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Evaluation de la sensibilité des organes de puissance du véhicule électrique en environnement atmosphérique

par DIRE - publié le , mis à jour le

Evaluation de la sensibilité des organes de puissance du véhicule électrique en environnement atmosphérique

Antoine Touboul (Université de Montpellier, Institut d’Electronique et des Systèmes)
Frédéric Wrobel, Frédéric Saigné (Institut d’Electronique et des Systèmes)
Maxime Makarov (Renault)

Evaluation de la sensibilité des organes de puissance du véhicule électrique en environnement atmosphérique

Contexte
L’effet du rayonnement atmosphérique naturel (e.g. neutrons atmosphériques) sur l‘électronique embarquée est connu depuis maintenant plus de vingt ans. Au niveau du sol, le flux de neutrons atteignant chaque centimètre carré est de l’ordre de 40 par heure. L’intégration technologique et la diminution subséquente de la charge nécessaire au basculement d’un transistor MOS élémentaire entrainent une altération avérée de la fiabilité des systèmes électroniques embarqués au flux de neutrons atmosphériques.. Si l’on se projette sur les technologies les plus intégrées (à partir du nœud 65nm), l’influence de la contamination en impuretés radioactives lors du process de fabrication entraine à elle seule un taux d’erreurs 5 fois supérieur à celui imputable au flux neutronique, de l’ordre de 1000 FIT/Mbit. Le développement du véhicule intelligent et la mise au point de fonctions avancées d’aide à la conduite doit se faire en tenant compte des solutions existantes pour la prise en compte de la contrainte radiative. En particulier, cette démarche déjà appréhendée par l’aéronautique depuis 20 ans nécessite d’être adaptée pour l’automobile. Dans le cas où les méthodologies de l’aéronautique ne soient pas applicables, il est nécessaire, à partir d’une connaissance fondamentale des processus de défiabilisation de proposer de nouvelles approches de sélection, qualification et intégration des nouvelles générations de composant dans les véhicules automobiles.

Résultats et conclusions Une première évaluation de la sensibilité des technologies embarquées sur le véhicule de première génération a dû être effectuée, à l’issue de laquelle la mise en place d’une méthode de test et d’évaluation des composants de puissance embarqués en environnement atmosphérique s’est avérée être une étape essentielle. D’un point de vue scientifique, la voie privilégiée est la voie pragmatique. Nous avons en effet cumulé plus de 200 heures de faisceau et testé plus de 3000 composants. L’ensemble de ces tests a permis de mettre en évidence que les standards de test existant dédiés à l’évaluation de la sensibilité des composants de puissance étaient inadaptés. En particulier, nous avons montré une forte dépendance de la section efficace à la statistique de composants testés. En parallèle, un effort sur le développement d’un outil de prédiction de la sensibilité des composants de puissance a été effectué.
Aujourd’hui, les considérations de développement durable mettent en avant le besoin de systèmes non polluant. L’avion tout électrique et le véhicule électrique sont un exemple de cette mutation sociétale. Si l’impact de la contrainte radiative a pu être quantifié sur les technologies actuellement embarquées, il est capital de tenir compte des évolutions technologiques pressenties. En particulier, le développement de systèmes de puissance intelligents (smart Power) associant sur la même puce organes de puissance et système intégré de commande impose dès aujourd’hui d’imaginer les solutions de tolérance aux erreurs dues à la contrainte radiative.

En effet afin d’être garant du maintien de notre industrie automobile face aux enjeux de la compétitivité au niveau international, le développement de fonctions avancées à bord des véhicules terrestre devra passer par la prise en compte dès le stade du développement, de solutions de durcissement tant au niveau système et design qu’au niveau logiciel.

Objectifs Les domaines d’application les plus sensibles sont les domaines civils liés à la sécurité des personnes (transports aérien, ferroviaire, routier ; centrales nucléaires) et les domaines militaires (satellites d’observation, moyens de frappe). Si l’industrie aéronautique appréhende cette problématique depuis 20 ans, l’industrie automobile, quant à elle, ne bénéficie d’aucune expérience dans le domaine des radiations. Les défaillances pouvant affecter les véhicules terrestres ne concernent pas seulement des fonctions de confort, mais peuvent également affecter des fonctions directement liées à la sécurité des personnes à bord (traction, fonctions d’assistance à la conduite…). Basé sur la priorité en terme de sûreté de fonctionnement donnée par l’échelle de sécurité fonctionnelle liée au domaine de l’automobile (ASIL : Automotive Safety Integrity Levels), l’objectif initial des travaux entrepris en collaboration avec Renault visait à quantifier l’impact du rayonnement atmosphérique sur l’étage de puissance assurant la traction du véhicule électrique.

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