Mouser: Relever les défis du secteur automobile

L’automobile est une branche fascinante de l’électronique. Grâce aux améliorations apportées aux techniques et à la qualité de fabrication, la durée de vie d’un véhicule moderne peut atteindre les 320 000 km, ce qui représente plus d’une décennie d’utilisation, et ce, dans des environnements parfois hostiles, de la chaleur estivale d’Athènes en Grèce aux hivers glaciaux de Kautokeino en Norvège.

Figure 1 : diverses normes ISO décrivent les séquences d’alimentation et les discontinuités auxquelles les unités de commande électroniques (UCE) automobiles doivent pouvoir résister. (Source : Précision B&K)

Pour répondre à ces exigences spécifiques, les fournisseurs de semi-conducteurs fabriquent des éléments spécialement conçus pour l’industrie automobile ou des éléments de conception standard soumis à une validation supplémentaire pour être utilisés dans l’industrie automobile.

Ces systèmes prennent la forme d’unités de commande électroniques (UCE) et sont ensuite soumis à une batterie de tests qui, pour le profane, sembleraient pour le moins bizarres et peut-être bien exagérément minutieux. Chacun de ces tests a pourtant sa raison d’être. La plupart d’entre eux ont été élaborés à la suite des analyses détaillées menées sur les véhicules retournés afin de comprendre les causes des pannes ou des défaillances.

Après tout, personne n’a envie de renvoyer un mois après achat un produit haut de gamme coûtant des dizaines de milliers d’euros, de dollars ou de livres parce qu’un rétroviseur électrique a cessé de fonctionner. En soutien à tous les professionnels qui conçoivent, testent et entretiennent nos voitures, l’industrie des tests et mesures propose une large gamme d’équipements destinés à mettre (et maintenir) sur les routes notre moyen de transport préféré.

Tester l’alimentation électrique
Malgré le recul des ventes, les véhicules thermiques représentent encore une part importante des nouveaux véhicules mis en circulation chaque année. Le démarrage d’un moteur nécessite d’envoyer un courant électrique de forte intensité vers le démarreur électrique. Des technologies d’économie de carburant comme le Start-Stop[endnoteRef:2] multiplient par ailleurs le nombre de démarrages par rapport aux véhicules plus anciens. La surtension du courant consommé a tendance à provoquer une baisse de la tension d’alimentation sur des kilomètres de câblage, ce qui perturbe le bon fonctionnement des UCE. Ce phénomène, ainsi que d’autres causes de défaillances propres aux véhicules, a poussé l’industrie automobile à définir toute une série de normes définissant les tests auxquels les produits des fournisseurs doivent être soumis.

Ainsi, la norme ISO 7673-2 concerne les impulsions négatives provoquées par les charges inductives, avec des chutes de plus de -75 V en une microseconde, et les impulsions positives résultant de la suppression de charges qui culminent à 112 V. La norme ISO 16750-2:2012 définit quant à elle des profils de tension complexes pour refléter l’alimentation au démarrage d’un véhicule (voir figure 1).



Figure 2 : le 9115-AT de B&K Precision est une alimentation de 1 200 W entièrement programmable avec des profils intégrés pour tester les systèmes électroniques automobiles.

Ces tests sont difficiles à programmer dans des alimentations standard, mais des équipements tels que le B&K Precision 9115-AT[endnoteRef:3] sont capables, entre autres fonctionnalités, de générer ces transitoires et discontinuités de tension d’alimentation (voir figure 2). Délivrant une puissance maximale de 1 200 W sur 0 à 80 V et 0 à 60 A, le 9115-AT fait varier intelligemment le courant et la tension pour rester dans sa zone de fonctionnement sûre .

Le panneau avant de cette alimentation montée en rack 1U comprend un clavier numérique, un afficheur fluorescent à vide (VFD) pour une lecture claire et des boutons rotatifs permettant de configurer simplement la sortie et les fonctionnalités. À l’arrière se trouvent les bornes de détection à distance, les ventilateurs et les interfaces de contrôle analogiques et numériques (GPIB, RS-232, RS-485, USB compatible USBTMC). Bien entendu, l’unité peut également être contrôlée à l’aide d’un logiciel comme LabVIEW. Des profils pour tester les systèmes automobiles sont également inclus, allant de l’injection de transitoires de tension de l’alimentation selon la norme ISO 7637 aux chutes et discontinuités de tension de la norme ISO 16750-2:2012.

Rechercher les défauts dans un système automobile
Des phares qui scintillent inopinément, des fusibles qui sautent régulièrement, des lumières qui restent allumées même quand on les éteint… Ce sont des problèmes électriques courants dans un véhicule, mais avec des kilomètres de câble à vérifier, trouver la source du dysfonctionnement peut être une tâche ardue. C’est sans compter les facteurs environnementaux, qui peuvent entraîner l’oxydation des connecteurs, et la difficulté d’accès des conducteurs dans les connecteurs. Le kit de multimètre pour applications automobiles Fluke 88 V/A[endnoteRef:4] est une solution idéale pour tout professionnel qui cherche la cause d’un problème électrique dans, sous et autour d’un véhicule (voir figure 3).

Comme tous les produits Fluke, cet appareil portatif est doté d’un étui amovible jaune pour le protéger en cas de chute, d’un cordon de test intégré et d’un espace de rangement de la sonde. Avec une plage de mesure qui s’étend de 600 mV à 1000 V et de 60 mA à 10 A pour CC et CA, il est capable de répondre à tous les besoins de mesure dans des applications automobiles. Il comprend également un ohmmètre (de 600 Ω à 50 MΩ).



Figure 3 : le Fluke 88V/A combine un multimètre robuste et reconnaissable par sa couleur jaune avec des sondes, des câbles et des capteurs adaptés à des prises de mesures quotidiennes sur le réseau électrique des véhicules. (Source : Fluke)

Le Fluke 88 V/A se démarque principalement des multimètres standard par sa gamme de sondes et d’accessoires inclus. La sonde de détection inductive RPM80 est parfaite pour mesurer le nombre de tours par minute. Le système de suspension magnétique TPAK permet quant à lui d’avoir les deux mains libres pour tenir les sondes. Le multimètre est également livré avec des sondes TP220 adaptées aux bornes oxydées, des pinces crocodiles et la sonde de température 80BK. Notons parmi les accessoires en option des connecteurs à perforation d’isolant[endnoteRef:5], un jeu de pointes de touche arrière[endnoteRef:6] et un transducteur de pression/vide.

Contrôler les bus de données
Dans la multitude de câbles qui parcourent une voiture, nombre d’entre eux servent au transport de données en prenant en charge toute une série de protocoles utilisés dans différentes applications automobiles. Développé dans les années 1980 par Bosch, le bus de données CAN fournit une interface série robuste qui assure la liaison entre les UCE centraux et certaines fonctions du véhicule comme les freins de stationnement électroniques, le système start-stop et les systèmes d’aide au stationnement, pour n’en nommer que quelques-unes. Parce qu’il nécessite deux fils, des microcontrôleurs avec un bus de données CAN périphérique dédié et un émetteur-récepteur, ce réseau développé pour l’automobile peut s’avérer trop complexe ou coûteux pour certaines applications.

Le bus réseau interconnecté local, ou plus couramment bus LIN, est un bus monofilaire capable de transporter des données jusqu’à 19,2 Kbits/s sur 40 m de câble. N’ayant besoin que d’une interface série UART standard et d’un émetteur-récepteur approprié, LIN est souvent utilisé pour des fonctions de confort, l’éclairage ambiant, les contrôleurs de moteurs électriques et toute autre application où un bus CAN serait jugé excessif. Enfin, le système de communication FlexRay fournit une interface avec plus de bande passante qu’un bus CAN ainsi qu’un meilleur déterminisme. Il est surtout destiné aux systèmes x-by-wire pour la direction et le freinage.



Figure 4 : le MCC 134 est un HAT pour Raspberry Pi produit par Digilent. Il peut supporter quatre thermocouples et il est possible d’en empiler jusqu’à huit unités.

Grâce aux oscilloscopes à signaux mixtes (MSO) et multidomaines (MDO), qui permettent de saisir des signaux analogiques aussi bien que numériques, les développeurs sont en mesure d’étudier dans le détail le fonctionnement des UCE complexes. Ces appareils nécessitent toutefois des accessoires supplémentaires pour le décodage et l’analyse de réseaux automobiles. Par exemple le module DPO4AUTO[endnoteRef:7] pour la série MDO4000C[endnoteRef:8] de Tektronix. Une fois le module installé, l’oscilloscope prend en charge les protocoles CAN, CAN-FD, LIN 1.x et LIN 2.x et peut saisir des données CAN ou LIN sur les canaux analogiques ou numériques.

Le décodage de ces protocoles est simplifié grâce à un code couleur signalant le démarrage, la synchronisation, l’identifiant, les données, les erreurs de bourrage de bits, les checksums, etc. L’oscilloscope peut également être déclenché par le contenu de paquets de données. Le module d’application pour la série MDO4000C prend en charge la recherche dans les paquets de données. L’utilisateur peut ainsi se concentrer sur une zone donnée afin de résoudre plus rapidement les problèmes. Ce module propose également un affichage tabulaire des données de bus saisies.

Le DPO4AUTOMAX[endnoteRef:9] propose en plus la prise en charge du système FlexRay. Il s’accompagne d’un logiciel pour ordinateur personnel qui fournit à partir des données collectées une analyse du diagramme de l’œil tracé par rapport au masque TP1 normalisé. Les possesseurs d’oscilloscopes WaveSurfer 4000HD[endnoteRef:10] de Teledyne LeCroy pourront se tourner vers une mise à niveau similaire qui prend en charge les trois systèmes de bus automobiles et qui est disponible sous le nom de WS4KHD-AUTO TD[endnoteRef:11].



Figure 5 : schéma fonctionnel du HAT MCC 134 montrant le convertisseur A/N et la compensation de soudure froide avec l’EEPROM I2C pour la configuration de la carte.

Garder un œil sur la température
Les véhicules peuvent devenir très chauds, que ce soit sous le capot ou dans l’habitacle. Or, il peut s’avérer difficile de surveiller de manière simultanée tous les emplacements possibles, car les systèmes d’acquisition de données (DAQ) n’ont qu’un nombre limité de canaux. Il est toutefois possible d’y remédier assez facilement grâce à l’ajout d’un système informatique bon marché comme le nano-ordinateur Raspberry Pi et d’un grand espace de stockage pour les mesures enregistrées. Le Digilent MCC 134[endnoteRef:12] est un DAQ HAT à thermocouple dont on peut empiler jusqu’à 8 unités sur le Raspberry Pi (voir figure 4).

Le HAT comprend des bornes à vis pouvant accueillir quatre thermocouples (TC) convertis à l’aide d’un convertisseur A/N 24 bits à entrée différentielle (voir figure 5). L’unité comprend également une compensation de soudure froide et une linéarisation. Elle assure le suivi des TC pour les connexions ouvertes. Les rapports sont consultables à l’aide du logiciel fourni. L’alimentation est assurée par l’en-tête. Du fait que le Raspberry Pi génère pas mal de chaleur, il est recommandé d’y ajouter un petit ventilateur afin de produire un flux d’air qui réduira les erreurs de mesure du HAT le plus proche du processeur.

Pour toutes ces platesformes, une multitude de logiciels pour C, C++ et Python sont disponibles sur GitHub[endnoteRef:13]. Il existe également un service de déclenchement IFTTT (If-This-Then-That) écrit en Python. Des instructions d’installation complètes sont téléchargeables depuis le dépôt. Les TC compatibles incluent J, K, R, S, T, N, E et B.




Un outil de test pour chaque défi posé par les applications automobiles
Le secteur de l’automobile ne manque pas de défis, que ce soit pour les développeurs de nouveaux véhicules ou pour les personnes chargées de les entretenir et de les réparer après leur mise en circulation. Les lignes électriques des voitures sont particulièrement bruyantes et ce que l’on attend des UCE en termes de performances peut sembler déraisonnable aux yeux des non-initiés. Les alimentations programmables capables de simuler tous les profils de test standard actuels sont des solutions idéales pour en démontrer la conformité en laboratoire.

Les kits multimètres pour applications automobiles fournissent l’essentiel des sondes et des transducteurs nécessaires pour réaliser toutes les mesures, y compris sur des connecteurs très oxydés. Pour les personnes qui ne sont pas encore très familiarisées avec les réseaux automobiles, les modules de mises à niveau pour oscilloscopes permettent non seulement de décoder, mais aussi de signaler les erreurs de données et de protocole. Associés à d’autres signaux, ils aident les équipes à localiser rapidement la cause des problèmes. Enfin, la température est un grand défi dans l’automobile. Si votre DAQ a atteint ses limites, une extension HAT couplée à un Raspberry Pi présente une solution adaptée pour enregistrer les variations de température lors d’un essai routier.

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