Fonctionnement des systèmes embarqués

Communication – Multiplexage

Dans un véhicule, chaque ECU (ou calculateur) gère son propre système, cependant il est possible pour un système de pouvoir interagir et échanger des informations avec tous les autres calculateurs contenus dans le véhicule. Pour ce faire, les calculateurs communiquent entre eux par types de langages différents suivants les fonctions qui leurs sont dédiées (gestion moteur, gestion habitacle…). Ceci représente un réseau multiplexé. Lors de l’introduction des systèmes embarqués dans les véhicules, le réseau utilisé était point-to-point, c’est-à-dire que chaque système était relié directement à un autre par l’intermédiaire de câbles. Cette méthode convient lorsque peu de systèmes sont installés car elle nécessite un nouveau câblage à chaque composant ajouté. Ainsi, lors de l’augmentation du nombre de systèmes embarqués dans les véhicules, des kilomètres de fils et de câbles se sont vus entasser dans les véhicules impliquant une forte quantité de poids mais surtout un risque de panne plus élevé. Ceci représentait notamment un coût important de la part du constructeur ainsi qu’un espace restreint pour l’éventuel ajout de système. C’est ainsi que le multiplexage a dû faire place permettant les transitions d’informations sur un seul câblage via des protocoles de langages dédiés.

CAN (Controller Area Network) fait partie des nombreux protocoles de communication d’un réseau multiplexé tels que le VAN, le LIN ou encore le MOST. Le bus CAN reste le protocole le plus utilisé dans les véhicules. Le protocole représente la manière dont sont encodées les informations circulant dans le bus.

Deux boitiers (ou supercalculateurs) électroniques spécifiques à la communication du bus sont présents dans l’habitacle afin de traiter les informations contenues. Un premier permet simplement d’encoder les informations émises par les capteurs ou calculateurs selon le protocole de communication et de les envoyer au bus de communication. Un second permet le décodage de ces informations pour les trier et les transmettre aux autres systèmes, tels que des calculateurs ou actionneurs. En effet, plusieurs protocoles peuvent être utilisés dans un même véhicule dépendant de la catégorie de fonctionnalités que propose le système ayant des besoins en termes de fiabilités, de débits et de coûts différents. Un réseau automobile peut se retrouver partagé en plusieurs sous-réseaux correspondant aux différents domaines de fonctionnalités. Ces « familles » de spécifications ont été classifié par la SAE (Society for Automotive Engineers) afin de déterminer les réseaux à adopter en fonction des besoins du système. L’usage correspond aux domaines des fonctionnalités nécessitant un réseau multiplexé. Le débit utilisé au réseau va dépendre des critères de temps réel demandés par les systèmes. La fiabilité, le coût, la sécurité ou encore la qualité de service font partie intégrante du choix du réseau.

Le bus CAN

Ce type de communication a été conçu et testé dans les années 1990 sur un modèle Mercedes puis a pris place dans la plupart des véhicules haut de gamme, pour être maintenant l’un des réseaux les plus utilisés de l’automobile. Ce type de réseaux a été normalisé en 1991 par la norme ISO 11898. Il en existe deux types : le bus CAN-B (Low Speed) et le bus CAN-C (High Speed). Le premier est composé d’un identifiant de 11 bits, peut contenir jusqu’à 20 noeuds (système relié au bus) et peut atteindre un débit maximal de 125 kb/s. Le second est composé d’un identifiant de 29 bits, peut contenir jusqu’à 30 noeuds et peut atteindre un débit maximal de 1 mb/s. Nous nous intéresserons au bus CAN-B, même si les deux ont le même principe de fonctionnement avec seulement quelques caractéristiques différentes. Physiquement, le bus est représenté par une paire de fils torsadée empêchant ainsi tout risque de parasite électrique.

Contrairement aux faisceaux électriques, ce type de câblage est alimenté par un réseau permettant la détection et la correction d’erreurs grâce à son protocole. Ce protocole de communication a pour principe de relier tous les systèmes à un même bus de communication permettant ainsi de faire passer les informations au même endroit et de les redistribuer à qui de droit. Cette méthode de communication fait référence au pattern Publish-Subrcribe qui consiste à une inscription de plusieurs composants à un bus de communication pouvant ainsi « s’abonner » au types d’informations qu’ils nécessitent ou qu’ils souhaitent transmettre. Ainsi, un registre se chargera d’enregistrer les « abonnements » des composants afin que chacun puisse recevoir les bonnes informations ou de pouvoir les transmettre.

Les principaux avantages de ce pattern sont de pouvoir réduire fortement les chemins de communication, placer un intermédiaire entre tous ces composants et de standardiser les méthodes de communication. Le bus CAN s’inspire donc de ce concept de modélisation en se basant sur le principe de diffusion générale où aucun noeud n’est visé particulièrement, mais grâce au contenu du message possédant un identifiant, ces noeuds (ou abonnés) peuvent savoir si ce message leur est destiné ou non. Ainsi, chaque système qui est constamment en écoute sur le bus peut faire le choix de garder l’information ou simplement de l’ignorer. Avec un bus CAN fonctionnant de façon asynchrone, plusieurs noeuds transmettent simultanément des informations au bus de communication, l’obligeant ainsi à prioriser les informations à faire circuler selon les contraintes de temps réel qu’imposent certains systèmes. Ceci est géré par le principe d’arbitrage, qui consiste à prioriser un message par l’intermédiaire de son identifiant. Les priorités sont définies par des valeurs binaires lors de l’analyse conceptuelle du réseau et ne pourront subir aucune modification dynamique. Ainsi, lors de l’émission d’un message de la part d’un noeud, son identifiant doit, de façon binaire, être le plus proche de la conception de la priorité réalisée par le bus de communication.

Système de freinage (ABS)

L’ABS (Anti Block System) est un système permettant de débloquer les roues lors d’un freinage d’urgence. Ce déblocage permet ainsi de diminuer la distance de glissement du véhicule et de rendre possible le contrôle directionnel du véhicule par le conducteur. Ce système nécessite la présence de capteurs pour recueillir les informations, d’un calculateur pour les traiter et d’un actionneur pour mettre en marche le système d’antiblocage. Quatre capteurs de mesure sont placés dans le véhicule, un au niveau de chaque roue. Ces capteurs aimantés permettent de s’accorder à une roue dentée fixée directement à la roue du véhicule. Une transmission de la vitesse de la roue dentée est donc émise par flux magnétique au capteur proportionnelle à la vitesse de la roue. Ces capteurs émettent donc en continu au calculateur ABS la vitesse de rotation de chaque roue. Celui-ci a pour but de traiter les informations reçues afin de faire appel aux actionneurs lorsque le véhicule nécessite une intervention ABS. Pour ce faire, le calculateur va constamment calculer, via son logiciel de traitement, le coefficient de glissement du véhicule qui est déterminer sur la base de la vitesse du véhicule et de la vitesse de la rotation des roues.

Un coefficient de glissement égal à 0% signifie une adhérence parfaite du véhicule contrairement à un coefficient égal à 100% qui signifierais un blocage complet des roues. Lors du traitement du calculateur, un coefficient de glissement trouvé supérieur à 20% est considéré comme une perte d’adhérence et nécessite l’intervention du système ABS. L’intervention est réalisée par des actionneurs qui ont pour but de réguler le freinage afin d’empêcher le blocage des roues. Ainsi, le calculateur envoie le signal à une valve régulatrice, nommée électrovanne, présente sur chaque roue et permettant de réguler les pressions de freinage. Ce système d’électrovanne est associé au maître-cylindre qui représente la pièce de transmission des pressions de freinage au travers de canalisations hydrauliques. Enfin, elles communiquent également avec l’étrier de frein, par l’intermédiaire d’un cylindre récepteur, qui permet de réaliser l’action mécanique sur les plaquettes de frein.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport gratuit propose le téléchargement des modèles gratuits de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Déclaration
Résumé
Liste des tableaux
Liste des figures
1. Introduction – Généralités
1.1 Historique
1.2 Les systèmes embarqués …
1.2.1 Définition
1.2.2 Contraintes
1.2.3 Caractéristiques
1.3 … Dans l’automobile
1.3.1 Contexte
1.3.2 Le temps réel
1.3.3 Quelques chiffres
2. Fonctionnement des systèmes embarqués
2.1 Composition d’un système embarqué
2.1.1 Calculateur
2.1.2 Actionneurs
2.1.3 Capteurs
2.1.4 Communication
2.2 Architecture système automobile
2.2.1 Communication – Multiplexage
2.2.2 Le bus CAN
2.3 Exemple de fonctionnement
2.3.1 Système de freinage (ABS)
2.3.2 Système de détection de pluie
3. Réalisation d’un prototype
3.1 Contexte
3.2 Outils utilisés
3.2.1 Outils physiques
3.2.2 Outils informatiques
3.3 Fonctionnement
3.3.1 Généralités
3.3.2 Mise en marche du prototype
3.3.3 Guidage par télécommande infrarouge
3.3.4 Détection d’obstacle
3.4 Déroulement du projet
4. Les risques de l’embarqué
4.1 Contexte
4.2 Menaces interne
4.2.1 Hardware
4.2.2 Software
4.3 Menace externe
4.3.1 Attaquants et objectifs
4.3.2 Types d’attaques
4.3.3 Conséquence d’une attaque
5. Conclusion
Bibliographie