Qu'il soit autonome, semi-autonome ou électrique, le véhicule moderne consomme plus d'énergie : son évolution vers un centre de données sur roues signifie que les opportunités sont nombreuses pour gagner en efficacité énergétique sans compromis sur les caractéristiques intelligentes.
Plus le véhicule est intelligent, plus il faut pratiquer l'efficacité énergétique. Un défi permanent pour les véhicules à délégation de conduite est l'énorme quantité d'énergie nécessaire pour l'autonomie : les capteurs embarqués pompent énormément d'énergie tandis que l'informatique présente à bord réalise en permanence des calculs pour soutenir les décisions de conduite.
Les gigaoctets de données par seconde générés accélèrent les demandes et donc, comme un serveur ou un smartphone, le véhicule moderne doit gérer intelligemment la consommation d'énergie parce que, contrairement à un serveur ou un smartphone, l'utilisation de la puissance automobile a une incidence sur le carburant et l'autonomie du véhicule.
Chaque fonction automobile lutte pour avoir de l'énergie
Nos véhicules modernes sont de plus en plus énergivores. Il est loin le temps où une simple radio ou peut-être un lecteur de cassettes suffisaient pour se distraire dans l'habitacle. Les vitres électriques et les portes verrouillées sont maintenant la norme. Même un système avancé d'aide à la conduite (ADAS) de base avec caméra de recul est maintenant la norme (et même obligatoire). Ainsi, le tableau de bord de toute nouvelle voiture, même modeste, ressemble plus à une console de la NASA.
Ajoutez à cela le GPS, la radio par satellite et le stockage multimédia embarqué, et les besoins en énergie d'un véhicule moyen montent en flèche rapidement, sans parler des niveaux inférieurs d'autonomie, de l'électronique et de l'informatique nécessaires pour un véhicule à délégation de conduite. L'architecture automobile déborde de systèmes électroniques embarqués pour soutenir le moteur, le châssis, les fonctionnalités de sécurité et le divertissement des passagers.
Dans un véhicule moderne, l'électronique du bloc moteur, sous la forme d'une unité de commande électronique (ECU), sert à contrôler les fonctions telles que les émissions, l'allumage, le refroidissement, la limitation et l'injection de carburant, entre autres choses. Ces ECU doivent communiquer avec les sous-systèmes électroniques du châssis qui incluent le contrôle de la traction, la distribution du freinage électronique et le système de freinage antiblocage ainsi que l'aide au stationnement. Les systèmes de sécurité passive ont également besoin de composants électroniques pour le contrôle et l'ouverture des airbags, le freinage d'urgence et le contrôle d'adhérence en descente en cas de collision ou autre incident sur la route.
Autres éléments moins critiques mais standard dans les véhicules : les options de confort côté passager, telles que le contrôle automatique de la climatisation, le réglage électronique des sièges, les contrôles environnementaux automatiques, les essuie-glace automatiques, ainsi que les systèmes de navigation et de divertissement. Tous ces éléments sont à ranger dans la catégorie des systèmes d'« infodivertissement ».
Tous ces éléments électroniques évoluent et prolifèrent à mesure que les véhicules deviennent plus intelligents tandis que les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) dépendent davantage de l'électronique avec l'intégration de l'affichage tête haute et la reconnaissance gestuelle en voiture. Plus d'électronique et de capacités ne doit pas forcément rimer avec plus d'énergie – tout comme les smartphones acquièrent des fonctionnalités supplémentaires tout en étant moins énergivores, les voitures le peuvent aussi.
Les données automobiles doivent être déplacées et stockées efficacement
Dans la voiture, les opportunités de réduire la consommation électrique sont possibles dans les nombreux composants électroniques nécessaires pour rendre le véhicule plus intelligent et autonome : les dispositifs de mémoire et de stockage, les capteurs et la connectivité, qu'elle soit filaire ou sans fil.
Même si atteindre l'autonomie complète prend plus de temps à grande échelle, l'autonomie de niveaux 2 et 3, sous la forme de systèmes de surveillance du conducteur, de contrôle de la trajectoire adaptatif, d'aide au maintien dans la voie et de freinage automatique, implique plus de données et donc plus de mémoire et de stockage. Et c'est là que la mémoire économe en énergie joue un rôle dans la consommation énergétique générale du véhicule même lorsque les systèmes gagnent en complexité et qu'on intègre toujours plus d'informatique dans les voitures.
Les fonctions qui exigent plus de mémoire et un traitement plus rapide peuvent employer la LPDDR4X/5X pour trouver un juste milieu entre performances et puissance tandis que nous nous rapprochons des véhicules autonomes de niveaux 4 et 5, qui exécutent des applications activées par l'intelligence artificielle et qui doivent aussi respecter de hauts niveaux de sécurité fonctionnelle. La mémoire flash NOR est idéale pour stocker de petites quantités de données sur les dispositifs du véhicule et répondre à des besoins « immédiats » afin de ne pas utiliser d'énergie tant que le véhicule n'est pas démarré.
Pour le stockage haute capacité, les dispositifs à mémoire flash NAND optimisés dans d'autres cas d'utilisation que ceux avec mémoire eMMC ou UFS (Universal Flash Storage) permettent de stocker des données d'infodivertissement. Des disques SSD peuvent même être déployés pour renforcer un dispositif de stockage des données avec intelligence intégrée qui hiérarchise la disponibilité et la fiabilité des données critiques. Leur fiabilité est partiellement due au fait que les pièces ne bougent pas, ce qui contribue aussi à améliorer le profil de l'utilisation de l'énergie.
En dehors de la mémoire et du stockage, la connectivité et les capteurs sont omniprésents dans les véhicules modernes, qui ne sont pas que des centres de données sur roues, mais aussi un écosystème connecté (IoD) avec des systèmes embarqués qui doivent communiquer entre eux et avec l'environnement alentour, en particulier en cas de véhicules complètement autonomes.
Même les plus petits capteurs ont des besoins d'alimentation et, lorsqu'ils sont nombreux, cette consommation d'énergie s'additionne : la voiture moderne déborde de capteurs pour contrôler les conditions, détecter les obstacles en conduisant et en stationnement, et même surveiller la santé du conducteur (un capteur de température à infrarouge basse consommation a besoin d'environ 15 mW, ce qui n'est pas beaucoup). Toutefois, dans la conception automobile, un problème majeur persiste dans le fait que cette énergie est immanquablement perdue en tant que chaleur. Une partie de cette énergie perdue peut être récupérée en récupérant cette chaleur avec des générateurs thermoélectriques (TEG), qui font office de sources d'alimentation, en particulier dans les systèmes embarqués. Du fait de leur état solide, ils sont pratiquement sans entretien et améliorent les performances globales du système en contribuant à l'alimentation des capteurs.
La technologie Ethernet automobile (Automotive Ethernet) joue également un rôle essentiel dans l'efficacité énergétique en aidant à la transmission des données dans le véhicule. Le PoE (Power over Ethernet) évite le recours aux sources d'alimentation supplémentaires et limite le câblage dans le véhicule, tout comme il permet le transfert des données entre les dispositifs de véhicule à vitesse normale. L'Ethernet écoénergétique, dans le même temps, réduit la consommation électrique en désactivant les segments du réseau lorsque le moteur est à l'arrêt et en utilisant l'Ethernet écoénergétique lorsque le moteur est en marche.
Si vous ne parvenez pas à dissiper la chaleur, sortez de la voiture
L'autre moyen pour améliorer la consommation électrique automobile consiste à utiliser des semi-conducteurs à large bande (WBG) en SiC et en GaN, deux éléments ayant une bande interdite énergétique relativement large. Par rapport au silicium, le SiC et le GaN fournissent des performances supérieures et offrent de meilleures efficacité de fonctionnement et fiabilité dans les environnements difficiles, y compris l'automobile.
La technologie des résistances a également un rôle à jouer dans l'efficacité automobile. Les résistances à couche épaisse, par exemple, ont un excellent rapport puissance-taille en dissipant le gros de leur chaleur dans les couches épaisses du dispositif (tandis que la « conception du hotspot réduite » des résistances tolérantes aux impulsions permet de dissiper plus de puissance à l'état d'équilibre).
En matière de gestion de la puissance automobile, les possibilités sont nombreuses
L'efficacité énergétique dans le véhicule moderne est maintenant un enjeu majeur : la consommation électrique doit toujours être un facteur clé lorsqu'il s'agit de choisir le calcul, la mémoire, le stockage ou la connectivité nécessaires pour transférer les données dans l'environnement automobile. Plus le véhicule est intelligent, plus l'efficacité énergétique doit être une priorité et être gérée en réduisant la consommation électrique, en récupérant l'énergie et en améliorant la gestion thermique.
