Simulation de l’architecture électrique/électronique automobile : technologies de base, pratiques d’ingénierie et applications concrètes

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Dernière mise à jour : 17 mars 2026
Auteur: Johnny Liu, PDG de Dowway Vehicle
Note technique : Pour la publication finale, ajoutez un réviseur nommé tel qu’un architecte E/E principal, un responsable de la sécurité fonctionnelle ou un ingénieur réseau de véhicules.

La simulation d’architecture électrique/électronique automobile consiste à modéliser et valider virtuellement le système électronique et électrique d’un véhicule. Elle permet aux équipes d’ingénierie de tester la conception de l’architecture, le comportement des communications, la synchronisation, la sécurité et l’interaction entre les différents domaines avant la construction de prototypes matériels complets. Dans les véhicules à gestion logicielle, ce travail est désormais une composante essentielle du développement et non plus une tâche annexe.

• L’architecture électrique/électronique automobile évolue des calculateurs distribués vers des systèmes centralisés et zonaux.
• La simulation aide les équipes à vérifier plus tôt la topologie, la communication, la sécurité, la synchronisation et le comportement interdomaines.
• Il prend en charge la validation en amont et réduit les coûts des tests en phase finale.
• Le système technique comporte quatre couches : modélisation, exécution, validation et gestion des données.
• Les cinq principaux types de simulation sont la topologie, la communication par bus, la sécurité fonctionnelle, le temps réel et la co-simulation multi-domaines.
• Les principaux problèmes d’ingénierie concernent la fidélité du modèle, l’interopérabilité des outils, la charge en temps réel et la couverture des scénarios.
• Les outils courants incluent Simulink, Simcenter Amesim, Ansys, CANoe, RTaW-Pegase, dSPACE, ETAS LABCAR et QEMU.
• Les travaux futurs s’orientent vers la simulation assistée par l’IA, les jumeaux numériques, la simulation véhicule-cloud et les modèles légers.

Les véhicules modernes sont désormais conçus autour de logiciels, de systèmes de calcul centralisés, de la fusion de capteurs, de la connectivité et de mises à jour continues. Cette évolution a transformé le rôle de l’architecture électrique/électronique. Celle-ci ne se limite plus au câblage et à l’emplacement des contrôleurs ; elle détermine désormais le fonctionnement global du véhicule, la rapidité de mise à jour des fonctionnalités et la sécurité des interactions entre les différents systèmes. C’est pourquoi la simulation est devenue un moyen privilégié de tester des concepts avant d’envisager des modifications matérielles coûteuses.

Pourquoi la simulation de l’architecture électrique/électronique automobile est-elle désormais essentielle ?

C’est essentiel car le développement automobile a dépassé le cadre de l’ancien processus consistant à concevoir d’abord, à construire des prototypes, puis à identifier les problèmes tardivement lors des essais sur banc ou sur véhicule. Les véhicules modernes doivent prendre en charge les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS), la conduite automatisée, les systèmes de cockpit intelligents, la connectivité V2X, les groupes motopropulseurs électriques et un nombre croissant de fonctions logicielles. Toutes ces fonctionnalités reposent sur un système électrique/électronique (E/E) étroitement intégré.

L’architecture sous-jacente à ces fonctions évolue de contrôle distribué, où de nombreux calculateurs gèrent des fonctions distinctes, à architectures centralisées et zonales, où un unité de calcul centrale (CCU) travaille avec unités de contrôle zonal (ZCU). Cela réduit le nombre de calculateurs, simplifie le câblage et améliore l’évolutivité du logiciel. En revanche, cela complexifie l’intégration, la gestion du timing, la gestion des pannes, la conception de la sécurité et la coordination logicielle.

Le rapport met en lumière un point pratique important. Les essais physiques traditionnels sont coûteux et longs. Un seul programme d’essais complet d’un véhicule peut coûter des millions de yuans, et les essais sur banc ne permettent pas de couvrir suffisamment de conditions assez tôt. Les corrections en fin de cycle deviennent beaucoup plus onéreuses une fois le matériel construit. La simulation change la donne en avançant la validation : les problèmes de topologie, la congestion du bus, les conflits d’ordonnancement, les problèmes de compatibilité et les lacunes de réponse aux pannes peuvent ainsi être détectés avant le gel du prototype.

Cela correspond également aux pratiques d’ingénierie plus générales. La norme ISO 26262 demeure le principal cadre de sécurité fonctionnelle pour les systèmes électriques/électroniques des véhicules routiers, et la validation virtuelle basée sur le cloud devient de plus en plus courante dans les programmes de véhicules pilotés par logiciel.

Qu’est-ce que la simulation d’architecture électrique/électronique automobile ?

La simulation d’architecture électronique automobile consiste à utiliser un modèle virtuel du système électronique et électrique du véhicule pour simuler son comportement, analyser ses performances, vérifier ses fonctions et tester les défauts tout au long du développement.

Au fond, il s’agit de l’utilisation de logique du jumeau numérique En ingénierie électrique et électronique automobile, une version virtuelle du système réel est créée afin de modéliser les interactions entre les capteurs, les calculateurs, les bus, les actionneurs et l’environnement extérieur. Ce modèle sert ensuite à :

• vérifier la validité de l’architecture avant la réalisation de prototypes physiques
• analyser le timing, la latence, la charge du processeur et la fiabilité
• améliorer la conception du réseau, l’architecture et la planification des logiciels
• simuler les pannes et vérifier les mécanismes de sécurité
• prise en charge des tests de cycle de vie, des diagnostics et de la réutilisation des ressources de test

Le rapport définit quatre caractéristiques clés de la simulation d’architecture électrique/électronique :

1. Couverture à l’échelle du système tout au long de la chaîne capteur–ECU–bus–actionneur
2. Pertinence en temps réel avec une précision de simulation proche de celle du véhicule réel, idéalement à 5 % près.
3. Évolutivité à mesure que les architectures évoluent de formes distribuées à des formes centralisées et zonales
4. utilité en ingénierie grâce à l’intégration avec les outils de conception et de test courants

C’est cette combinaison qui rend la simulation utile dans les programmes de véhicules réels.

Quel système technique prend en charge la simulation de l’architecture électrique/électronique automobile ?

Le rapport divise le système technique en quatre couches : couche de modélisation de la simulation, couche d’exécution de la simulation, couche de validation de la simulation et couche de gestion des données. Ces différentes couches fonctionnent de concert pour prendre en charge l’intégralité du processus de simulation.

couche de modèle de simulation

Il s’agit de la base de l’ensemble du système. Elle contient les modèles numériques utilisés pour représenter l’architecture électrique/électronique réelle.

Le rapport indique que cette couche comprend :

• Modèles d’ECU pour les ressources matérielles telles que le processeur, la mémoire et les E/S, ainsi que la logique logicielle telle que les systèmes d’exploitation, la logique applicative et les protocoles de communication
• modèles de bus pour les protocoles CAN, CAN FD, Ethernet et TSN, y compris le délai de transmission, la charge de bande passante et les interférences de signal.
• Modèles de capteurs pour les caméras, les LiDAR, les radars à ondes millimétriques, les GPS et autres entrées, y compris les caractéristiques du signal de sortie et le comportement en cas d’erreur
• Modèles d’actionneurs pour le moteur, le freinage, la direction et les autres systèmes contrôlés
• Modèles environnementaux pour les routes, les conditions météorologiques et la circulation, qui affectent le comportement E/E en conditions réelles d’utilisation

Si cette couche est trop simple, le reste de la simulation devient moins fiable.

couche d’exécution de la simulation

Cette couche exécute la simulation.

Le rapport indique que cela dépend de :

• un moteur de simulation en temps réel qui peut gérer des pas de temps de l’ordre de la milliseconde et, dans certains cas, de l’ordre de la microseconde.
• un mécanisme de co-simulation qui relie les modèles E/E à la dynamique du véhicule, aux algorithmes ADAS, aux modèles de batterie ou à d’autres domaines de l’ingénierie

Cette couche transforme le modèle en un environnement de test d’ingénierie fonctionnel.

couche de validation de simulation

Cette couche vérifie si le système simulé répond aux exigences d’ingénierie.

Le rapport comprend :

• conception de cas de validation
• vérification de fonction
• analyse des performances
• vérification de sécurité
• simulation et injection de défauts

Il répertorie également les indicateurs de performance typiques tels que :

• Utilisation de la bande passante du bus
• délai de transmission du signal
• Charge du processeur
• taux de réussite de la planification des tâches
• temps de réponse
• nervosité
• efficacité du diagnostic des pannes

couche de gestion des données

Cette couche gère les données créées lors des simulations et des tests.

Le rapport comprend :

• paramètres de simulation
• cas de test
• stockage des résultats
• analyse comparative
• traçabilité
• réutilisation des données au fil des itérations

C’est important car un programme de simulation ne devient un véritable atout d’ingénierie que lorsque les résultats peuvent être gérés, comparés et réutilisés au fil du temps.

Quels sont les principaux types de simulation d’architecture électrique/électronique automobile ?

Le rapport identifie cinq types de simulation clés :

1. simulation de topologie architecturale
2. simulation de communication par bus
3. simulation de sécurité fonctionnelle
4. simulation en temps réel
5. co-simulation multi-domaines

Chacune résout un problème d’ingénierie différent, et ensemble, elles couvrent l’intégralité du flux de travail d’architecture.

Comment fonctionne la simulation de topologie architecturale ?

La simulation de la topologie architecturale est utilisée lors de la conception préliminaire et de la planification architecturale. Elle permet de vérifier si l’agencement est pertinent, évolutif et tolérant aux pannes, tout en contribuant à réduire les coûts.

Comme l’explique le rapport, la conception de la topologie influe directement sur le coût du câblage, la longueur du trajet du signal et la fiabilité dans les architectures centralisées et zonales. Il met en évidence trois principaux cas d’utilisation.

Vérification de la rationalité de la disposition

Les équipes simulent différentes structures, telles que :

• ordinateur central + 4 contrôleurs zonaux
• ordinateur central + 3 contrôleurs zonaux

L’objectif est de comparer les chemins de signaux, les itinéraires de câblage et l’emplacement des nœuds. Cela permet de réduire la longueur des faisceaux, le poids des câbles et le coût du système.

Le rapport donne un exemple concret : dans un projet d’architecture zonale, la simulation topologique a permis de réduire la longueur des faisceaux de câbles de 20% et coût par 15%.

Vérification de l’évolutivité

La simulation de topologie est également utilisée pour tester si l’architecture peut prendre en charge de nouvelles fonctions ultérieurement, notamment :

• capteurs ADAS supplémentaires
• nouvelles fonctionnalités du cockpit intelligent
• futures fonctions pilotées par logiciel

Cela permet d’éviter des modifications coûteuses ultérieurement.

Vérification de la redondance des défauts

Les équipes simulent également une panne de nœud, telle qu’une panne d’unité de contrôle zonale, afin de déterminer si les voies de secours peuvent préserver les fonctions critiques pour la sécurité, telles que le freinage ou la direction.

Le rapport indique que les outils couramment utilisés ici comprennent Canoë vectoriel, Siemens Simcenter Amesim, et MathWorks Simulink.

Pourquoi la simulation des communications par bus est-elle essentielle ?

La simulation des communications par bus est essentielle car le comportement du réseau influe directement sur la synchronisation, la fiabilité et les performances fonctionnelles du système. À mesure que les systèmes électriques et électroniques évoluent vers des architectures centralisées et zonées, les réseaux de communication doivent transporter davantage de données, via un plus grand nombre de protocoles, et avec des exigences de synchronisation plus strictes.

Le rapport note que les architectures évoluent du CAN traditionnel vers CAN FD, Ethernet automobile et TSN. Cela rend la compatibilité des protocoles, la charge du réseau et le comportement en cas de panne beaucoup plus importants.

La simulation de communication par bus se concentre sur le transfert de signal, le délai, les interférences et l’utilisation de la bande passante. Elle couvre trois principales tâches d’ingénierie.

vérification de la compatibilité du protocole

Les architectures électriques/électroniques modernes exécutent souvent plusieurs protocoles simultanément. Les ingénieurs doivent vérifier la bonne transmission des signaux entre :

• PEUT
• CAN FD
• Ethernet
• TSN
• passerelles entre ces réseaux

Le rapport mentionne spécifiquement la virtualisation basée sur QEMU combinée aux bus PCI et aux canaux de transfert Ethernet pour construire des modèles de communication virtuelle plus réalistes.

Optimisation de la bande passante et de la latence

Les différentes conditions de conduite engendrent des charges de trafic différentes. Les ingénieurs simulent le comportement du réseau dans les conditions suivantes :

• inactif
• accélération
• conduite automatisée
• conditions de trafic de capteurs élevées

Cela permet d’identifier les goulots d’étranglement et d’ajuster les règles de priorité ou les cycles de transmission. Le rapport indique que, dans le développement des systèmes ADAS, où le trafic des caméras et des LiDAR est important, la simulation de bus peut être utilisée pour maintenir le délai des signaux clés en dessous de ce seuil. 10 ms.

Il nomme également RTaW-Pégase comme un outil important car il prend en charge la synchronisation à la microseconde près, l’analyse du temps de transmission dans le pire des cas et l’analyse de la bande passante.

Pour le contrôle de synchronisation lié au TSN, la norme IEEE 802.1Qbv est l’une des normes pertinentes pour la planification temporelle du trafic critique.

Simulation et diagnostic des pannes de bus

Le rapport traite également de l’injection de fautes dans les réseaux de communication, notamment :

• courts-circuits
• circuits ouverts
• interférence de signal
• perturbation du message

Un exemple est la simulation d’interférences du bus CAN, utilisée pour vérifier si le module de diagnostic peut filtrer les signaux perturbés sans détection de défauts erronés.

Comment la simulation de sécurité fonctionnelle soutient-elle le développement de l’architecture électrique/électronique ?

Les tests de simulation de sécurité fonctionnelle vérifient si l’architecture reste sûre en cas de défaillance. Ceci est particulièrement important pour les systèmes ADAS et de conduite automatisée, où les exigences de sécurité sont souvent parmi les plus élevées. ASIL B à ASIL D gamme.

La norme ISO 26262 fournit le cadre relatif aux systèmes électriques/électroniques automobiles liés à la sécurité et à leur cycle de vie complet.

Le rapport divise la simulation de sécurité fonctionnelle en trois principaux usages.

Simulation d’injection de défauts

Les défauts sont injectés dans :

• calculateurs
• capteurs
• bus
• contrôleurs
• interfaces système

Exemples de défauts :

• Gel du calculateur
• Crash de l’ECU
• dérive du capteur
• perte de signal du bus
• communication corrompue

Le rapport présente un cas pratique : dans une architecture de conduite automatisée, lorsque le calculateur principal est tombé en panne, le calculateur de secours a dû prendre le relais. 50 ms pour soutenir ASIL D exigences.

vérification du mécanisme de sécurité

La simulation est utilisée pour vérifier :

• redondance du signal
• redondance des tâches
• isolation matérielle
• synchronisation des deux calculateurs
• comportement de basculement
• fonctionnement dégradé

Le rapport fait également référence à Virtualisation de type 1 des technologies telles que Xen et ACRN tester l’isolation entre les charges de travail critiques pour la sécurité et les charges de travail non critiques.

Évaluation du niveau de sécurité

Les résultats de la simulation peuvent être utilisés pour évaluer si l’architecture atteint son niveau de sécurité cible et pour déceler les risques cachés avant l’intégration matérielle complète.

Le rapport nomme spécifiquement Analyse des médias Ansys pour l’analyse des dangers, l’évaluation des risques et le soutien à la conception de la sécurité.

Pourquoi la simulation en temps réel est-elle essentielle à la validation des architectures électriques/électroniques modernes ?

La simulation en temps réel est essentielle car les architectures électriques/électroniques centralisées reposent sur une synchronisation rigoureuse des opérations de détection, de communication, de calcul et d’actionnement. Tout retard dans les tâches ou l’arrivée tardive des signaux peut compromettre immédiatement la qualité du contrôle et la sécurité du véhicule.

Le rapport met en évidence trois utilisations principales.

Simulation de planification des tâches

Cela concerne le processus de planification au sein des calculateurs ou des plateformes de calcul centrales, notamment :

• priorité des tâches
• périodes de planification
• dépendance des tâches
• Charge du processeur
• temps de réponse

L’objectif est de trouver les conflits et d’améliorer les règles de planification.

Le rapport donne un exemple où une tâche ECU prioritaire a eu un temps de réponse supérieur à 20 ms. Après modification des paramètres de priorité et de période, le temps de réponse a été réduit à moins de 10 ms.

Il est également à noter que RTaW-Pégase peut analyser AUTOSAR Classic RTOS et planification basée sur l’hyperviseur et évaluer comment l’activation des tâches affecte le délai du réseau.

Analyse temporelle de bout en bout

Cela couvre le chemin complet :

Acquisition des données du capteur → transmission par bus → traitement par le calculateur → réponse de l’actionneur

Le rapport donne deux exemples :

• La commande de direction en conduite automatisée peut nécessiter un délai inférieur à 5 ms
• Le TSN avec mise en forme temporelle IEEE 802.1Qbv permet de maintenir le trafic critique en dessous d’un seuil critique. 50 μs

Adaptation matérielle par simulation en temps réel

Le rapport souligne l’importance de connecter le modèle virtuel à du matériel en temps réel tel que dSPACE et ETAS LABCAR pour les tests HIL.

Cela crée une boucle fermée entre le modèle et les calculateurs ou actionneurs réels. dSPACE décrit le HIL comme une méthode essentielle pour valider les logiciels embarqués des calculateurs dans un environnement simulé réaliste, tandis qu’ETAS présente DESK-LABCAR comme un système HIL compact permettant d’intégrer les tests plus tôt dans le développement.

Le rapport explique également que les bancs d’essai LABCAR peuvent construire une boucle fermée « calculateur réel + modèle virtuel », ce qui permet de vérifier plus précisément le comportement en temps réel et l’exactitude du fonctionnement.

Qu’est-ce que la co-simulation multi-domaines dans l’architecture électrique/électronique automobile ?

La cosimulation multi-domaine consiste à exécuter la simulation de l’architecture électrique/électronique simultanément avec d’autres domaines d’ingénierie qui influent sur le comportement du véhicule. Ceci est important car le véhicule ne fonctionne pas selon des couches techniques isolées.

Le rapport identifie trois combinaisons principales.

co-simulation de l’architecture électrique/électronique et de la dynamique du véhicule

En reliant les modèles E/E aux outils de dynamique des véhicules tels que CarSim ou Siemens Simcenter VoitureLes ingénieurs peuvent ainsi tester comment les signaux de commande affectent le comportement réel du véhicule.

Le rapport cite des exemples tels que :

• coordination du freinage
• réponse de la direction
• stabilité du véhicule
• réglage de l’algorithme de contrôle

Il y est fait mention spécifiquement de simulations de freinage utilisées pour améliorer le contrôle du freinage.

co-simulation de l’architecture E/E et de l’algorithme ADAS

Ceci sert à tester comment :

• détection de cibles
• planification de trajectoire
• transfert de capteur
• planification des tâches
• exécution de l’actionneur

travailler ensemble à travers l’architecture.

Le rapport cite le freinage d’urgence en conduite automatisée comme exemple concret. Il fait également référence à : NVIDIA DRIVE Hyperion en tant qu’architecture prenant en charge l’intégration des capteurs, du calcul et de la simulation logicielle pour la conduite automatisée de haut niveau.

co-simulation de l’architecture électronique et du système de batteries

Pour les véhicules électriques, l’architecture électrique/électronique doit également être coordonnée avec :

• contrôle de la batterie
• contrôle de charge
• gestion de l’énergie
• comportement thermique

Le rapport indique que ce type de co-simulation permet d’améliorer la précision du contrôle, la fiabilité et l’autonomie du véhicule. Il mentionne également l’utilisation par Infineon des outils Ansys pour la simulation thermique et de contrôle des modules d’alimentation par batterie.

Pour permettre la co-simulation entre différents outils, les interfaces standard sont essentielles. Le rapport mentionne spécifiquement : FMI et HLA. FMI est maintenu par l’association Modelica et est largement utilisé pour l’échange de modèles de simulation entre différents outils.

Quelles sont les principales difficultés d’ingénierie liées à la simulation de l’architecture électrique/électronique automobile ?

Le rapport identifie quatre principales difficultés d’ingénierie :

1. fidélité du modèle insuffisante
2. difficulté de la co-simulation multi-domaines
3. goulots d’étranglement des performances de simulation en temps réel
4. conception incomplète de cas d’utilisation de simulation

Chacune de ces erreurs peut nuire à la valeur de la simulation si elle n’est pas gérée correctement.

Fidélité du modèle insuffisante

Un problème majeur réside dans le fait que le modèle virtuel risque de ne pas correspondre suffisamment au comportement réel du véhicule.

Le rapport mentionne des cas où :

• La logique du logiciel de l’ECU est beaucoup trop simplifiée.
• Les limites des ressources matérielles sont ignorées
• Le comportement de la transmission par bus n’est pas modélisé de manière réaliste.
• L’erreur et le bruit du capteur sont absents.

Il est à noter que certains modèles d’ECU simulent uniquement les fonctions essentielles et ignorent le délai d’exécution et les limites des ressources matérielles, ce qui peut entraîner un écart de charge du processeur supérieur à la normale. 10%. Il est également indiqué que les systèmes de test de simulation plus anciens peuvent manquer d’éléments de contrôle et d’un comportement de communication réaliste.

Difficultés de co-simulation multi-domaines

Ce problème provient d’une incompatibilité d’outils. Les outils d’architecture électrique/électronique, les outils de dynamique des véhicules, les outils ADAS et les outils de gestion des batteries peuvent utiliser :

• différents formats de données
• différentes interfaces
• différents intervalles de temps
• différentes méthodes de synchronisation

Le rapport donne un exemple concret dans lequel la liaison de CANoe et CarSim peut nécessiter le développement d’une interface personnalisée.

Goulots d’étranglement des performances de la simulation en temps réel

Les architectures centralisées modernes comprennent de nombreux contrôleurs, capteurs et nœuds de réseau. De ce fait, les modèles haute fidélité sont gourmands en ressources de calcul, notamment lorsqu’ils incluent :

• Horaire TSN
• planification multicœur
• analyse de la microseconde
• grands graphes de communication

Le rapport indique que les moteurs de simulation traditionnels ont souvent du mal à atteindre ce niveau de précision temporelle.

Conception incomplète des cas d’utilisation de simulation

La couverture des scénarios constitue un autre point faible. Les systèmes automobiles doivent être testés dans les conditions suivantes :

• différentes conditions routières
• différentes conditions météorologiques
• fonctionnement normal
• opération anormale
• conditions de défaut
• scénarios de conduite automatisée extrêmes

Le rapport souligne notamment l’absence de données concernant les fortes pluies et le brouillard dense, ce qui peut masquer les problèmes d’interférence des capteurs jusqu’à des tests ultérieurs. Il mentionne également une diversité de scénarios limitée, des liaisons de communication difficiles à personnaliser et un nombre insuffisant de supports de test fonctionnels.

Comment les équipes du secteur automobile peuvent-elles relever ces défis de simulation ?

Le rapport propose quatre groupes de solutions.

Améliorer la fidélité du modèle

Les méthodes recommandées comprennent :

• en utilisant un méthode de modélisation hybride qui combine la modélisation physique avec l’étalonnage basé sur les données
• réglage des paramètres de l’ECU, du bus et des capteurs à l’aide de données réelles du véhicule
• ajouter Simulation HIL avec de vrais calculateurs et capteurs
• Établir des normes de validation des modèles basées sur la comparaison avec les données mesurées des véhicules
• maintenir l’écart à l’intérieur 5% dans la mesure du possible

Le rapport souligne à nouveau la virtualisation des contrôleurs basée sur QEMU et la construction de bus virtuels comme moyens d’améliorer le réalisme.

Résoudre les difficultés de co-simulation multi-domaines

Le rapport recommande :

• en utilisant des interfaces standard telles que FMI et HLA
• construction d’une plateforme de simulation unifiée
• attribuer des tailles de pas de simulation différentes en fonction des besoins temporels de chaque domaine

Il s’agit d’une approche pratique car les différents sous-systèmes n’ont pas besoin de la même résolution temporelle.

Surmontez les goulots d’étranglement des performances en temps réel

Le rapport suggère :

• processeurs multicœurs
• Accélération GPU
• simplification des modèles non essentiels
• simulation distribuée sur plusieurs nœuds

Il est indiqué que l’accélération GPU peut améliorer la vitesse de simulation de 3 à 5 fois. NVIDIA présente également le calcul accéléré, l’IA et les outils de jumeaux numériques comme étant utiles pour la simulation et la validation automobile.

Améliorer la conception des scénarios de simulation

Le rapport recommande :

• construction de bibliothèques de scénarios structurées
• couvrant les conditions normales, anormales et de défaut
• Utilisation de l’IA pour générer automatiquement des cas de simulation
• Mise à jour des bibliothèques de scénarios en fonction des retours d’expérience des essais sur véhicules réels

Il donne un exemple concret d’un constructeur automobile constituant une bibliothèque avec plus de 1 000 scénarios, ce qui a augmenté la proportion de problèmes rencontrés lors de la simulation à plus de 85%.

Il est également à noter que les tests de contrainte de la topologie RTaW-Pegase peuvent aider à identifier les limites de l’architecture et à créer des scénarios plus extrêmes.

Quels sont les outils de simulation les plus importants pour le développement de l’architecture électrique/électronique automobile ?

Le rapport regroupe les outils en trois catégories : outils de simulation généraux, outils de simulation de bus spécialisés et outils de simulation en temps réel.

Outils de simulation généraux

MathWorks Simulink
Utilisé pour la modélisation de l’architecture E/E, la logique des calculateurs, les modèles de capteurs, le comportement du réseau et la connexion à d’autres domaines.

Siemens Simcenter Amesim
Utilisé pour la simulation multi-domaines, notamment lorsque la dynamique du véhicule, le comportement thermique et les systèmes fluidiques doivent être connectés.

Ansys
Utilisé pour la simulation multiphysique, l’analyse thermique, l’analyse électromagnétique et l’ingénierie de la sécurité. Le rapport mentionne spécifiquement : Analyse des médias Ansys.

Outils de simulation de bus spécialisés

Vector CANoe / CANalyzer
Utilisé pour la simulation CAN, CAN FD, Ethernet et TSN, l’analyse de signaux, l’injection de défauts et les tests de bande passante.

RTaW-Pégase
Utilisé pour :

• Analyse de synchronisation Ethernet/TSN
• Analyse de réseau mixte CAN FD
• analyse de planification multicœur
• analyse temporelle du pire scénario
• Configuration automatique des paramètres TSN
• visualisation du timing de bout en bout

Matériel Vector VN
Utilisé pour connecter la simulation virtuelle au matériel réseau réel et accroître le réalisme.

Outils de simulation en temps réel

dSPACE
Utilisé pour la simulation en temps réel et les tests HIL avec des modèles haute fidélité.

ETAS LABCAR
Utilisé pour les tests HIL axés sur l’ECU, la simulation de pannes et la validation intégrée.

QEMU
Utilisé pour le développement de contrôleurs virtuels, avec prise en charge de plusieurs noyaux et systèmes d’exploitation, réduisant ainsi la dépendance au matériel physique lors des tests.

À quoi ressemble une application concrète de l’ingénierie ? Deux études de cas

Le rapport comprend deux études de cas complètes en ingénierie.

Étude de cas 1 : Simulation dans le développement d’architectures E/E centralisées

Un grand constructeur automobile développant une architecture E/E centralisée de nouvelle génération a été confronté à trois problèmes principaux :

• optimisation topologique
• goulots d’étranglement de la bande passante du bus
• vérification de la sécurité fonctionnelle

Approche de mise en œuvre

1. Co-simulation Simulink + CANoe a été utilisé pour construire des modèles de topologie et comparer le calcul centralisé + 4 zones au calcul centralisé + 3 zones.
2. RTaW-Pégase a été utilisé pour simuler une communication mixte CAN FD et Ethernet et ajuster les priorités des messages.
3. dSPACE HIL a été utilisé pour les tests de sécurité fonctionnelle, y compris les défauts des calculateurs et des bus. Plus de 20 scénarios de panne.

Résultats

• longueur du harnais réduite par 22%
• coût de l’architecture réduit par 18%
• L’utilisation des bus a diminué. 75 % à 55 %
• délai de signal critique contrôlé dans 8 ms
• architecture vérifiée pour prendre en charge ASIL D attentes

valeur de l’ingénierie

Le rapport indique que ce flux de travail basé sur la simulation a réduit le temps de développement de 30%, a réduit les coûts de R&D de 25%et a réduit le nombre de problèmes initialement détectés lors d’essais réels sur véhicules par 80%.

Étude de cas 2 : Cosimulation multi-domaine dans une architecture électrique/électronique zonale pour un véhicule à énergie nouvelle

Un constructeur de véhicules à énergies nouvelles devait vérifier comment une architecture électrique/électronique zonale interagissait avec :

• dynamique du véhicule
• systèmes de batteries
• gestion de l’énergie
• performances de freinage

Approche de mise en œuvre

1. Une plateforme de co-simulation a été construite avec Simulink pour l’architecture E/E, CarSim pour la dynamique des véhicules, et Ansys pour la simulation de batterie.
2. FMI a été utilisé pour l’échange de données.
3. L’équipe a simulé plusieurs états de conduite, notamment le ralenti, l’accélération, le freinage et la conduite sur autoroute.
4. ETAS LABCAR a été utilisé pour les tests HIL avec un véritable contrôleur zonal.

Résultats

• La stratégie de gestion de l’énergie a été améliorée.
• L’autonomie du véhicule a été augmentée par 10%
• temps de réponse au freinage amélioré par 15%

Le rapport mentionne également des travaux de simulation thermique sur les modules d’alimentation par batterie utilisant des méthodes liées à Ansys, notamment un amélioration de 25 degrés de la température maximale dans la description du cas source.

valeur de l’ingénierie

Ce cas démontre que la simulation d’architecture électrique/électronique ne se limite pas à l’amélioration de la synchronisation du réseau. Elle permet également d’améliorer l’efficacité du véhicule, la gestion thermique et les performances de conduite réelles.

Quelles sont les tendances futures en matière de simulation d’architecture électrique/électronique automobile ?

Le rapport identifie quatre orientations futures.

L’IA et la simulation seront utilisées conjointement plus fréquemment.

L’IA peut aider à :

• construction automatique de modèles
• génération automatique de scénarios
• analyse automatique des résultats
• simulation et optimisation en boucle fermée

Cela peut réduire les efforts d’ingénierie et améliorer la couverture des scénarios.

Les jumeaux numériques seront plus étroitement liés à la simulation

L’étape suivante ne consiste pas seulement à réaliser une modélisation hors ligne, mais à établir une connexion en temps réel entre les modèles d’architecture virtuelle et les véhicules réels. Cela permettra de suivre le cycle de vie et d’améliorer en continu le système.

NVIDIA présente Omniverse comme une plateforme pour les jumeaux numériques industriels et les flux de travail de simulation, y compris pour le secteur automobile.

La co-simulation véhicule-cloud va se développer.

À mesure que les véhicules connectés et les systèmes V2X se développent, la simulation inclura de plus en plus :

• V2V
• V2I
• V2P
• interaction véhicule-nuage

Le rapport note que RTaW-Pegase possède des capacités de communication sans fil pertinentes pour la simulation du protocole V2X.

Une simulation légère aura plus d’importance.

Le rapport mentionne également des outils et des modèles plus légers pour :

• essais sur le terrain
• diagnostic sur place
• assistance technique mobile
• flux de travail de test flexibles en dehors du laboratoire principal

Conclusion complète en ingénierie

La simulation d’architecture électrique/électronique automobile est désormais une technologie clé pour les véhicules pilotés par logiciel. Elle accompagne le développement numérique tout au long du cycle de vie, depuis la conception des exigences et de l’architecture jusqu’aux tests d’intégration, à l’optimisation et au support opérationnel.

D’après le rapport source, sa valeur est claire :

• Cela avance la validation.
• réduit les coûts de développement
• raccourcit le temps de développement
• améliore la fiabilité
• prend en charge le développement d’architectures centralisées et zonales
• aide à résoudre les problèmes de topologie, de communication, de sécurité, de synchronisation et d’intégration interdomaines
• soutient la transition vers les jumeaux numériques, les tests assistés par l’IA et la validation véhicule-cloud

Les entreprises qui développent de solides capacités de simulation électrique/électronique prennent généralement de meilleures décisions architecturales plus tôt et avec moins de corrections.

Questions fréquentes sur la simulation d’architecture électrique/électronique automobile

1. Pourquoi la simulation devient-elle essentielle au développement des architectures électriques et électroniques automobiles modernes ?

Réponse courte : Parce que les architectures E/E modernes sont plus intégrées, plus gourmandes en logiciels et beaucoup plus difficiles à valider par des tests physiques uniquement.

Les véhicules modernes délaissent les systèmes ECU distribués au profit d’architectures électriques/électroniques centralisées et zonées. Cette évolution accroît la complexité des systèmes, notamment au niveau du calcul, du réseau et de la coordination logicielle. La validation traditionnelle, basée sur des prototypes physiques et des essais sur banc d’essai, est coûteuse et lente. La simulation permet une vérification précoce de l’architecture, des tests à grande échelle, des mises à jour logicielles plus rapides et des coûts de développement réduits. AWS a également souligné l’utilité de la simulation électrique/électronique dans le cloud et des flux de travail d’ECU virtuels pour accélérer le développement des modèles en V.

2. Quels sont les principaux défis techniques de la simulation d’architecture E/E ?

Réponse courte : Les principaux défis concernent la précision du modèle, l’intégration entre les outils, les performances en temps réel et la couverture des scénarios.

Les modèles de calculateurs, de capteurs ou de bus à faible fidélité peuvent produire des résultats ne correspondant pas au comportement réel du véhicule. La simulation interdomaines est complexe car différents outils peuvent utiliser des interfaces et des pas de temps différents. Les architectures centralisées nécessitent également une synchronisation précise à la microseconde près pour le trafic Ethernet et TSN. De plus, la création manuelle d’un nombre suffisant de scénarios est extrêmement chronophage. AWS souligne également des problèmes similaires de mise à l’échelle et d’intégration dans les flux de travail modernes de simulation électrique/électronique.

3. Quels sont les outils de simulation les plus couramment utilisés pour le développement de l’architecture électrique/électronique automobile ?

Réponse courte : La plupart des équipes utilisent une chaîne d’outils plutôt qu’un seul outil.

Les outils courants comprennent MathWorks Simulink pour la modélisation et la simulation fonctionnelle, Siemens Simcenter Amesim pour la simulation multi-domaines, et Ansys, y compris Medini Analyze, pour la sécurité et les travaux multiphysiques. Pour la simulation des communications, Vector CANoe/CANalyzer et RTaW-Pégase sont largement utilisées. Pour la validation en temps réel et HIL, dSPACE et ETAS LABCAR sont courantes. La validation virtuelle basée sur le cloud devient également de plus en plus courante dans les flux de travail SDV.

4. Comment la simulation soutient-elle la validation de la sécurité fonctionnelle selon la norme ISO 26262 ?

Réponse courte : Cela permet aux ingénieurs de tester en toute sécurité les cas de défaillance dangereuse avant qu’ils ne se produisent dans de vrais véhicules.

La simulation facilite la validation selon la norme ISO 26262 en permettant aux équipes d’injecter des défauts d’ECU, des défaillances de capteurs, des erreurs de communication et des violations de synchronisation dans un environnement contrôlé. Les ingénieurs peuvent ainsi vérifier la redondance, le temps de basculement, le fonctionnement dégradé et le comportement des mécanismes de sécurité avant les essais routiers. L’ISO définit la sécurité fonctionnelle comme s’appliquant aux systèmes électriques, électroniques et logiciels liés à la sécurité tout au long du cycle de vie du véhicule routier.

5. Comment la simulation va-t-elle évoluer à l’ère des véhicules définis par logiciel ?

Réponse courte : Il deviendra davantage axé sur le cloud, plus automatisé et plus étroitement lié aux jumeaux numériques.

La simulation évolue vers les jumeaux numériques, la validation à l’échelle du cloud, les flux de travail hybrides véhicule-dans-la-boucle (VIL) et HIL, ainsi que l’automatisation assistée par l’IA. NVIDIA présente les jumeaux numériques et la simulation accélérée comme des outils précieux pour une validation plus rapide et un déploiement plus sûr, tandis qu’AWS décrit la simulation dans le cloud comme un moyen de mettre à l’échelle les tests d’architecture ECU et E/E virtuelle. Ces tendances correspondent à la vision du rapport concernant la simulation pilotée par l’IA, la coordination des jumeaux numériques et la co-simulation véhicule-cloud.

Biographie de l’auteur

Johnny Liu est le PDG de Dowway Vehicle. Il se spécialise dans la stratégie technologique des véhicules, le développement des systèmes automobiles et la conception de produits axée sur l’ingénierie. Son approche de la simulation de l’architecture électrique/électronique automobile repose sur la nécessité de raccourcir les cycles de développement, d’améliorer la fiabilité des systèmes et de prendre en charge des plateformes de véhicules évolutives et pilotées par logiciel.

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