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Dernière modification 19/12/2023

Fonctionnement du Multiplexage d'une voiture


Le multiplexage a commencé à être adopté de manière massive dans les années 90. Cette évolution a été motivée par l'augmentation de la complexité et du nombre de fonctions électroniques dans les voitures, nécessitant une gestion plus carrée et centralisée des données et des commandes qui circulent dans les faisceaux.


Utilité première du multiplexage

À l'origine, les véhicules utilisaient des systèmes électriques relativement simples, avec un câblage direct et séparé pour chaque composant électrique. Cependant, avec l'avènement de technologies plus avancées, comme les systèmes de gestion moteur, les systèmes de sécurité actifs, l'informatique de bord et les dispositifs de confort, le besoin d'une méthode plus efficace pour gérer et faire transiter toutes ces fonctions est devenu évident.



Le multiplexage a fourni une solution en permettant de transmettre de multiples signaux de données à travers un seul câble ou réseau, réduisant ainsi le nombre de câbles nécessaires et simplifiant le système électrique du véhicule. Cette technologie a également permis une plus grande flexibilité dans la conception des systèmes électroniques des véhicules (on ajoute plus facilement un élément grâce à ce réseau), ainsi qu'une amélioration de la fiabilité et de la facilité de diagnostic des problèmes (OBD-II).

 

Les premiers systèmes multiplexés étaient relativement simples, mais avec le temps ils sont devenus beaucoup plus complexes et sophistiqués, intégrant des protocoles tels que CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), FlexRay, et plus récemment, Ethernet.

SANS MULTIPLEXAGE


AVEC MULTIPLEXAGE

Le réseau multiplexé est à distinguer du circuit d'alimentation 12V qui alimente en énergie les différents composants. Le circuit multiplexé se limite à envoyer des informations binaires qui seront décryptées et attribuées aux organes destinataires, il n'est pas calibré pour faire circuler de hautes intensités électriques. Par exemple, un capteur ou un actionneur connecté au réseau LIN reçoit son alimentation électrique (énergie) directement à partir du système électrique 12V du véhicule, tandis que les instructions de commande et les données de retour transitent via le réseau LIN.


Le multiplexage consiste donc à installer un ou plusieurs réseaux normalisés (CAN, LIN etc.) informatiques dans la voiture. Au lieu de connecter les différents organes de leur emplacement jusqu'au calculateur ou boîtier de commande, avec chacun un câble, il suffit de joindre l'organe au réseau qui parcoure toute la voiture, exactement comme avec un réseau informatique dans une entreprise, il suffit de trouver la prise RJ45 la plus proche pour se connecter plutôt que de devoir tirer un câble entre votre PC et le serveur central.
L'autre avantage est que les différentes choses connectées au réseau multiplexé pourront aussi communiquer entre elles. Il s'agit donc d'une sorte d'autoroute où tout le monde peut échanger des informations.


Matérialisation d'un réseau multiplexé

Le réseau CAN utilise une paire de fils tordus, appelés CAN High et CAN Low. Ces deux fils fonctionnent ensemble pour transmettre et recevoir des informations. Les fils CAN High et CAN Low sont souvent tordus ensemble pour améliorer davantage la résistance aux interférences, une technique couramment utilisée dans les câbles de transmission données.

La méthode de communication dans un réseau CAN est différentielle, ce qui signifie que les signaux sont transmis par des différences de tension entre les deux fils. Cette approche aide à réduire les interférences et améliore la fiabilité de la communication, surtout dans un environnement sujet à de fortes perturbations électriques, comme une voiture.



La communication sur le réseau CAN est bidirectionnelle, permettant aux différents modules connectés au réseau de communiquer les uns avec les autres dans les deux sens sur la même paire de fils.

Les principaux protocoles de communication

Controller Area Network (CAN)

C'est l'un des protocoles les plus répandus dans les véhicules pour la communication entre divers modules électroniques. Il est fiable, peut fonctionner dans des environnements à forte interférence électromagnétique et supporte une vitesse de communication modérée à élevée.


La tension typique pour les signaux sur un bus CAN est de 2,5 volts pour le niveau de repos (aucune communication), avec une différence de potentiel entre CAN High et CAN Low de 0 volt pour le bit dominant (logique 0) et environ 2 volts pour le bit récessif (logique 1).

Cependant, la tension du bus CAN ne doit pas être confondue avec la source d'alimentation du réseau, qui est souvent liée au système électrique 12V du véhicule.

Local Interconnect Network (LIN)

Il est souvent utilisé en complément du CAN pour connecter des capteurs et des actionneurs moins complexes et moins coûteux. Le LIN est plus simple et moins coûteux que le CAN, mais avec une vitesse de transmission plus faible.


Le réseau LIN fonctionne généralement avec une tension de signal d'environ 12 volts, correspondant à la tension du système électrique du véhicule. Bien que le réseau LIN opère typiquement à une tension proche de celle du système électrique du véhicule (généralement 12 volts), cela ne signifie pas qu'il fournit l'énergie principale pour les composants connectés.

Le réseau LIN est un système de communication série simple et peu coûteux, principalement utilisé pour la gestion de petits actionneurs et capteurs. La plage de débit des données dans les systèmes LIN varie de 1 à 20 Kbits/s, une valeur qui est configurée via le logiciel des unités de contrôle LIN. Cette vitesse maximale est seulement un cinquième de celle atteinte par le réseau CAN Confort.


Les composants reliés au réseau LIN sont alimentés directement par le système électrique du véhicule (c'est-à-dire la batterie de servitude 12V ou le circuit électrique associé), et non par le bus LIN lui-même.

VAN

Le protocole VAN a été développé dans les années 1990, principalement par PSA Peugeot Citroën et Renault. Il est conçu pour supporter des communications à haut débit et est particulièrement efficace pour gérer des données nécessitant une transmission en temps réel. Ce protocole était particulièrement apprécié pour sa robustesse et sa capacité à gérer simultanément des données de nature diverse (par exemple, des commandes de signalisation et des données de capteurs). Avec le développement et l'adoption généralisée des protocoles CAN et LIN, qui offrent une plus grande flexibilité et une meilleure standardisation, l'utilisation du protocole VAN a diminué.


FlexRay

Il est utilisé pour des applications nécessitant une plus grande bande passante et une meilleure fiabilité que le CAN, comme le contrôle de châssis et les systèmes de freinage. Il supporte donc des débits de données élevés et offre une communication très fiable.

MOST (Media Oriented Systems Transport)

Il est principalement utilisé pour les systèmes de divertissement et de communication dans les véhicules. Il est donc conçu pour transférer des données audio et vidéo, supporte des débits de données très élevés.


Ethernet Automobile

Un peu comme le MOST, il est de plus en plus utilisé dans les véhicules modernes pour des applications nécessitant une transmission de données à très haut débit, comme les caméras de recul, la navigation, et la connectivité aux réseaux externes. Il fournit des vitesses de transfert de données beaucoup plus élevées comparées aux autres bus automobiles, permettant une meilleure intégration avec les technologies de l'information et de la communication.

Les différentes manières de faire circuler l'information sur le réseau

Le multiplexage temporel par paquets (Packet Time Division Multiplexing, PTDM) et le multiplexage fréquentiel (Frequency Division Multiplexing, FDM) sont deux méthodes de multiplexage utilisées pour transmettre plusieurs signaux sur un même canal de communication, mais elles fonctionnent de manière très différente. Voici une comparaison des deux :

Multiplexage Temporel par Paquets (PTDM)

Le PTDM implique la division du temps en segments ou tranches, chacun étant alloué à un signal différent. Les données sont transmises sous forme de paquets, et chaque paquet est identifié par une adresse ou un identifiant indiquant sa destination. On pourrait matérialiser ça par des wagons qui se suivent et qui doivent donc faire la queue en cas de ralentissement.


Multiplexage Fréquentiel (FDM)

Le FDM fonctionne en divisant la bande passante disponible en plusieurs bandes de fréquences distinctes, chaque bande étant allouée à un signal différent. Elles peuvent donc se chevaucher sans se coincer les unes envers les autres.


Superposition de Fréquences : les signaux sont transmis simultanément sur le même canal, mais chacun occupe une bande de fréquence différente. Cette technique est possible car les signaux sont modulés à différentes fréquences porteuses.

Différences Clés

Le PTDM est principalement utilisé pour les signaux numériques, tandis que FDM peut être utilisé pour les signaux analogiques et numériques.

Le PTDM utilise toute la bande passante pour chaque paquet pendant son intervalle de temps, alors que FDM répartit la bande passante en plusieurs bandes de fréquence plus étroites, utilisées simultanément.

Le FDM nécessite souvent des filtres de bande passante et des modulateurs/démodulateurs plus complexes, tandis que PTDM peut être plus simple en termes de traitement du signal, mais requiert une gestion efficace du temps et des paquets.

Le FDM peut être plus sensible aux interférences entre les canaux (interférence de canal adjacent), tandis que PTDM doit gérer les problèmes liés au timing et à la synchronisation des paquets.

En résumé, PTDM et FDM sont deux méthodes de multiplexage complémentaires qui servent à optimiser les flux de communication, mais elles diffèrent dans leur approche et leur application (d'où leur complémentarité et le choix de l'une ou l'autre selon l'application).

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