Les véhicules autonomes et connectés d'aujourd'hui sont bourrés d'électronique et de capacités de calcul pour pouvoir effectuer des fonctions d'assistance à la conduite. Non seulement ces dispositifs sont de gros consommateurs d'énergie, mais ils ajoutent également un poids non négligeable au véhicule.
En 2005, « Standley », vainqueur du premier concours Darpa de véhicules autonomes, possédait cinq unités LiDAR Sick AG fixées sur le toit, un système de guidage interne utilisant des gyroscopes et des accéléromètres, une caméra vidéo servant à observer les conditions de conduite jusqu'à une distance de 80 m (au-delà de la portée du LiDAR) et six ordinateurs équipés de processeurs Intel Pentium M dans le coffre. Tout cet équipement lui permit de parcourir par lui-même un trajet prédéterminé de 240 km à travers le désert des Mojaves.
Le véhicule, une version modifiée du Volkswagen Touareg européen, possédait un moteur diesel. S'il s'était agi d'un véhicule électrique chargé des batteries d'aujourd'hui, il n'aurait pas pu parcourir plus de quelques kilomètres car les systèmes embarqués auraient vidé les batteries en quelques minutes.
Aujourd'hui, 17 ans plus tard, un véhicule connecté équipé d'un système avancé d'assistance à la conduite (ADAS) de niveau 2, capable d'exécuter quelques tâches autonomes telles que l'avertissement de changement de file, le freinage d'urgence et l'aide au stationnement, dispose de 100 fois plus de puissance de calcul et de capacités de détection, tout en n'utilisant qu'une faible partie de la puissance disponible.
L'arrivée des véhicules entièrement électriques pose un autre problème aux industriels de l'électronique. Contrairement à leurs homologues à moteurs à combustion interne, les VE utilisent l'énergie stockée dans leurs batteries pour tout. Or, l'électronique embarquée, en plus du moteur électrique, en consomme une part non négligeable, ce qui réduit encore l'autonomie.
En outre, les constructeurs automobiles améliorent constamment leurs VE en leur ajoutant des fonctionnalités, dont des capacités ADAS supplémentaires, des équipements d'infodivertissement et des fonctionnalités de confort, tout cela augmentant encore la consommation électrique.
À elle seule, la connectivité est un important poste de consommation. Une voiture connectée, sans capacités autonomes, serait susceptible d'envoyer et de recevoir plusieurs gigaoctets de données chaque jour sur des réseaux cellulaires. On estime qu'un véhicule ADAS simple de niveau 1 pourrait échanger plus de 100 téraoctets en moins de cinq ans, essentiellement pour actualiser des cartes et transmettre des données de capteurs. Un véhicule entièrement autonome utilisant des réseaux 5G et des fonctions de communication C-V2X transmettra plus de 5 téraoctets en 24 heures de fonctionnement.
Réduire la capacité des véhicules n'est pas envisageable
Pour réduire la puissance nécessaire, il faut investir dans des composants électroniques plus compacts et des systèmes informatiques basse consommation. En outre, une informatique en périphérie efficace devrait pouvoir limiter l'obligation de transmettre d'énormes quantités de données vers le cloud et donc l'utilisation d'une connectivité cellulaire gourmande en énergie.
Les véhicules électriques connectés d'aujourd'hui intègrent une armée de capteurs pour appréhender leur environnement, ainsi que des capacités de communication supplémentaires pour se relier à d'autres véhicules (V2V) et à l'infrastructure routière (V2X). Les modèles les plus élémentaires possèdent des capteurs de proximité pour aider leurs conducteurs à se garer et à se déplacer dans des espaces réduits. Les modèles avancés possèdent également plusieurs caméras pour détecter d'autres véhicules et les infrastructures qui les entourent. Quant aux voitures équipées de fonctions ADAS sophistiqués, elles disposent également d'autres capteurs, comme des radars et des LiDAR.
Heureusement, ces sous-systèmes électroniques ont progressé beaucoup plus vite que les véhicules eux-mêmes. Une unité LiDAR actuelle de Velodyne peut enregistrer plusieurs millions de points de données par seconde, créant une image précise de la route devant la voiture. En comparaison du modèle utilisé pour le concours Darpa, un Velarray H800 peut s'insérer sans problème derrière le pare-brise d'un camion, d'un bus ou d'une voiture et utilise moins de 5 % de son énergie.
L'électronique et les processeurs embarqués évoluent à la vitesse de l'informatique
Des entreprises telles que Nvidia, Arm, NXP, Infineon, Qualcomm et un grand nombre d'autres s'investissent lourdement dans l'industrie automobile. À mesure que les voitures se mettent à ressembler davantage à des ordinateurs sur roues, il devient nécessaire d'optimiser leurs processeurs et d'en réduire la taille tout en améliorant leurs performances afin de réduire leur consommation électrique.
Récemment, ARM a dévoilé son architecture Scalable Open Architecture for Embedded Edge (SOAFEE), un environnement informatique hétérogène optimisé pour l'automobile, qui offre la fourchette de performances électriques nécessaire à des systèmes ADAS niveau 4 et 5, le tout dans un SoC qui ne nécessite que peu de refroidissement externe, voire aucun. L'an dernier, Nvidia a annoncé son Atlan Autonomous Vehicle Platform, un SoC de nouvelle génération qui exécutera 1 000 milliards d'opérations par seconde (TOPS) sur une seule puce.
Ces quelques exemples ne sont qu'un échantillon de la vitesse à laquelle l'informatique progresse dans le secteur automobile. Ces nouveaux outils de calcul hautes performances, qui peuvent facilement se loger sous un tableau de bord, permettent de traiter en interne tous les capteurs et autres sous-systèmes du véhicule, ce qui limite le besoin de transférer les informations dans le cloud.
Les véhicules autonomes d'aujourd'hui et de demain devraient être capables de fonctionner sans assistance externe, sauf pour leur communication locale avec d'autres véhicules et avec l'infrastructure routière.
Le rechargement sur secteur pourrait réduire encore l'électronique embarquée et permettre des recharges rapides
Pour les utilisateurs qui rechargent leur véhicule électrique à domicile, l'option la plus populaire est une borne de charge CA murale. Malheureusement, brancher un véhicule électrique à une borne de charge à courant alternatif signifie que la nécessaire conversion en courant continu pour recharger les batteries s'effectue dans le véhicule.
Pour que la charge soit rapide, celui-ci doit être connecté à une borne de charge à courant continu. Aujourd'hui, l'infrastructure de bornes de charge rapide, celles que l'on trouve maintenant sur les parkings des entreprises, dans la rue, sur l'autoroute et dans quelques stations essence classiques, propose plusieurs prises, avec du CA et du CC.
Si les fabricants de véhicules électriques pouvaient supprimer les transformateurs CA et si les propriétaires de VE pouvaient également utiliser des recharges CC chez eux, cela changerait complètement la donne.
Des entreprises comme Wallbox commercialisent désormais une solution domestique pour recharge CC. Avec sa prise CHAdeMO le chargeur domestique Quasar 2 de Wallbox peut recharger en CC jusqu'à 11,5 kW, ce qui permet à la batterie de la voiture d'alimenter la maison même en cas de coupure de courant. Par exemple, une voiture électrique entièrement chargée d'une capacité de 75 kWh peut fournir de l'électricité pour les besoins essentiels d'une maison type pendant plus d'une semaine. Pour en savoir plus sur la recharge des VE, lire Comment les chargeurs embarqués (OBC) et les chargeurs rapides en courant continu permettent de surmonter l’angoisse de l’autonomie des VE.
Les constructeurs de véhicules électriques doivent commencer à penser comme les sociétés d'informatique
Les véhicules à moteur à combustion interne sont menacés de disparaître progressivement dans le monde entier. Les fabricants de véhicules électriques doivent travailler plus étroitement avec les sociétés technologiques pour fabriquer des systèmes électroniques embarqués, des infrastructures de communications cellulaires, des bornes de charge et des services cloud pour profiter de cette tendance.
Optimiser l'électronique existante ne suffira pas. Les constructeurs automobiles doivent adapter leurs chaînes de production à la flexibilité des conceptions électroniques. Cela leur permettrait de profiter rapidement de nouvelles technologies et de mieux gérer les pénuries de leur chaîne logistique en cas de difficulté d'approvisionnement pour certains composants. Aujourd'hui, un véhicule électrique ressemble davantage à un ordinateur et à des batteries sur roues qu'à un système de transport pur et simple. Les constructeurs automobiles doivent se montrer innovants et accepter cette réalité inéluctable.
