Brevet FR2578067A1 — publié le 19860829

- 1 - SYSTEME DE DISTRIBUTION COMMANDEE D' ENERGIE ELECTRIQUE DANS UN VEHICULE AUTOMOBILE. L'invention concerne un système de distribution commandée d' énergie électrique dans un véhicule automobile comportant des organes électriques devant être alimentés à partir d'une source d' énergie électrique selon des ordres de commande déterminés. Actuellement, les organes électriques d' un véhicule automobile, tels que les feux de croisement, les clignotants, le moteur d'essuie-glaces ou autres sont connectés à la source d' énergie électrique, la batterie en 1' occurence, par des fils d'alimentation passant par le tableau de bord au niveau duquel sont situés à la fois la majorité des moyens de commande tels que des commutateurs de cette distribution d' énergie et les moyens de protection contre les variations de courant tels que des fusibles. Or le nombre d'organes équipant un véhicule automobile tels que des moyens de contr8le de fonctionnement véhicule mis à la disposition du conducteur, -capteurs de température ou de niveau, synthèse de la parole.. .- et les besoins d'interconnexion entre eux ne cessent de croître, entraînant une plus grande complexité dans la réalisation en câblage classique des liaisons électriques dans le véhicule. La longueur totale du câble dans un véhicule augmente ainsi que le nombre de défauts électriques qui est fonction du nombre d' interconnexions. Le but de l'invention est de résoudre ces inconvénients de complexité de câblage électrique en proposant un nouveau système de communications à bord d'un véhicule qui notamment ne fait plus transiter 1' énergie nécessaire aux organes électriques par le tableau de bord, de façon à réduire la longueur des fils d'alimentation et à supprimer totalement leurs connexions avec ce tableau de bord. Pour cela 1' objet de l'invention est un système de distribution commandée d' énergie électrique dans un véhicule automobile, -2- comportant des organes électriques devant être alimentés à partir d'une source d' énergie électrique, des moyens de commande et des moyens de contrôle du fonctionnement de ces dispositifs disposés sur l'afficheur de bord, caractérisé en ce qu'il comporte: - un premier module dit "maître", placé à proximité de l'afficheur de bord, alimenté à partir de la source d'énergie électrique, connecté aux moyens de commande et comprenant des moyens de communication avec au moins un module esclave par liaison série infra-rouge, et des moyens électroniques de traitement des informations transitant par ce module maître - au moins un second module dit "esclave", associé aux organes électriques, alimenté à partir de la source d' énergie électrique, comprenant des moyens de communication avec le module maître par liaison série infra-rouge, des moyens de traitement des informations transitant par ce module, un interface de puissance avec les organes électriques et des moyens de connexion par liaisons parallèles avec ces organes, l'interface de puissance de chaque module esclave comprenant des moyens de commutation de la puissance aux organes électriques, associés d'une part à des moyens de surveillance du fonctionnement de ces organes et d' aUtre part à des moyens de protection de ces organes. Selon une autre caractéristique de l' invention, les moyens électroniques de traitement des modules mattre et esclave comportent un microprocesseur associé à des circuits logiques. Les avantages de ce système de distribution commandée d' énergie électrique résident tout d' abord dans la simplification à la fois de la conception du câblage et de son implantation dans le véhicule. Il permet également l' automatisation de la réalisation de ce câblage, la diminution du nombre de pièces nécessaires aux connexions, la facilité du dépannage. De plus, pour les véhicules actuels présentés avec différentes options pour un même modèle, un tel système permet l'implantation aisée de ces différentes options par simple modification du traitement des informations dans les modules c'est-à-dire modification des programmes internes aux microprocesseurs, sans modification du câblage proprement dit. 49398 I 1676 - 3 - D' autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures qui représentent - la figure I: le schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système de distribution d' énergie électrique selon l'invention; - la figure 2: le schéma synoptique d'un module maître selon ' linvention; - la figure 3: le schéma synoptique d'un module esclave selon l' invention - la figure 4: un exemple de réalisation d'un interface de puissance dans un module esclave selon l'invention. La figure 1 représente le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d'un système de distribution commandée d' énergie électrique dans un véhicule automobile, selon l'invention. Ce véhicule comporte une source d'énergie électrique 1, une batterie par exemple, servant notamment à alimenter des organes électriques Ely E2,... Ei,... dont dispose le véhicule. Ces organes sont par exemple les feux de croisement à l'avant, les clignotants à l'avant et à l' arrière, la jauge à essence etc... Leur fonctionnement est commandé par le conducteur par l'intermédiaire de moyens de commande 2 ou d' actionnement situés en partie sur la planche de bord, près du tableau de bord 3 et en partie sur la console centrale entre les sièges avant. Sur l'afficheur du tableau de bord 3 sont disposés des moyens de contrôle 4 du fonctionnement de ces organes Ei aidant à la bonne conduite du véhicule. Selon l'invention, la distribution d' énergie électrique à ces différents organes se fait à partir de modules électroniques consistant essentiellement en un microprocesseur associé à des circuits logiques destinés à remplir des fonctions bien déterminées. -4- Le système comporte un premier module 5 dit maître et des modules 6 dits esclaves alimentés à partir de la source d' énergie 1. Le module maître 5 est généralement placé à proximité de l' afficheur du tableau de bord 3, derrière la planche de bord, et est destiné à assurer une grande partie du traitement des informations transitant à travers le système de distribution ainsi que la gestion des communications avec les autres modules. Il est connecté à 1' afficheur de bord 3 par liaisons filaires 8 de faible longueur et supportant de faible intensité de courant. Les moyens de commande 2 tels que boutons-poussoirs ou manettes que le conducteur du véhicule actionne pour commander les organes électriques sont soit reliés directement par liaisons filaires 7 parallèles au module central soit reliés par de telles liaisons à un module esclave 6. Le module maître 5 comporte deux parties comme le montre la figure 2: la première comprend des moyens de connexion 9 avec les modules esclaves 6 par liaison série infra-rouge, permettant les communications entre le maître et les esclaves dans les deux sens. Les moyens sont par exemple des diodes électroluminescentes LED qui émettent par impulsions codées et des photodiodes pour la réception. La seconde partie du module maître 5 est constituée par des moyens de traitement 10 des informations transitant par ce module, informations reçues et/ou envoyées. Le traitement consiste d' une part en un codage et décodage des informations pour permettre la reconnaissance des adresses et des ordres de commandes ainsi que celle d'un message d'acquittement ou d'anomalie en vérification de la bonne exécution d'une commande et d'autre part en calculs des mesures devant apparaître sur l'afficheur du tableau de bord ainsi qu'en prises de décisions du déclenchement d'une alarme. Ces moyens de traitement sont réalisés à partir d'un microprocesseur par exemple. Le système de distribution comporte aussi des modules esclaves 6, distincts du module maître 5, associés aux organes électriques Ei qu'ils sont destinés à commander. Ils reçoivent les informations de commande envoyées par le module maître, sur ordre du conducteur qui a actionné les manettes par exemple, et commutent ou non l'énergie électrique provenant de la source d' énergie I. 49398 1 1676 - 5 - Ils reçoivent aussi les informations fournies par des capteurs placés à différents endroits du véhicule donnant par exemple le niveau d'huile, la température d'huile, la vitesse du véhicule etc. Ils renseignent aussi le conducteur sur le fonctionnement normal ou anormal des dispositifs électriques par 1' émission d'informations au module maitre , qui les traite pour actionner à son tour les moyens de contrôle, c'est-à-dire les différents voyants lumineux du tableau de bord par exemple. Pour remplir ces fonctions, chaque module esclave comporte une première partie (figure 3) comprenant des moyens de communication 12 avec le module maître 5 seulement par liaison série infra-rouge, ces moyens étant des diodes électroluminescentes émettrices et des photodiodes réceptrices par exemple. Chaque module esclave échange ainsi des informations avec le module mattre seul au moyen d'impulsions codées. Chaque module esclave 6 comporte de plus une seconde partie 13 de traitement des informations qui proviennent soit du module mattre 5 soit des organes électriques Ei. Lorsque ces organes sont du type capteurs, destinés à donner des mesures de niveau, de température, etc..., ils sont directement reliés par liaisons filaires parallèles à cette partie 13 de traitement qui prend en charge ces mesures pour les faire apparaître sous forme lisible sur 1' afficheur du tableau de bord. Par exemple, la jauge à essence réalisée sous forme de résistance variable transmet au module esclave 6 une information en volts et le microprocesseur de la partie 13 de traitement du module la transforme en litres ou en fractions de volume de réservoir. Lorsque les organes électriques sont du type consommateurs d' énergie comme les lampes, ils sont reliés à une troisième partie 14 du module esclave, partie servant d'interface de puissance entre le module et les organes. Cet interface 14 est lui-même réalisé à partir de trois sortes de moyens remplissant différentes fonctions: tout d'abord des moyens de commutation de 1' énergie électrique vers le ou les organes électriques concernés; des moyens de surveillance de 1' état de cet organe électrique de façon à savoir si un court-circuit ou un circuit ouvert affecte son entrée, associés à des moyens de protection de 1' organe contre ces court-circuits ou circuits ouverts. 49398 I 1676 - 6 - Le nombre de modules esclaves est variable, dépendant du niveau de complexité du véhicule c'est-à-dire du nombre d'organes électriques à commander et de leur emplacement géographique dans le véhicule. Il paraît intéressant de prévoir comme le montre la figure I un module pour le longeron droit et un module 16 pour le longeron gauche commandant les feux clignotants avant, les feux de position, de route ou la condamnation des portières par exemple. Inversement, par ces mêmes modules vont transiter les informations de température ou de niveau d'huile, d' usure des plaquettes de freins, de témoins d'allumage des feux données par différents capteurs placés à des endroits judicieux du véhicule et devant apparaître au conducteur sur l'afficheur du tableau de bord. On peut ajouter un module 17 pour les organes électriques situés à 1' arrière du véhicule et par lequel vont transiter les informations de feux arrière ou de niveau d'essence dans le réservoir. Lorsque les moyens de commande 2 des organes électriques sont nombreux et concernent des parties du véhicule de situations géographiques variées, il est possible de les relier à un ou plusieurs modules, un module de commande 18 par exemple placé sous le tableau de bord et relié aux commandes placées autour du volant du véhicule et un module 19 placé au niveau de la console centrale. Dans ces différents cas, les moyens de commande 2 sont reliés par liaisons parallèles filaires aux différents modules, communiquant eux-mêmes avec le module maître 5 par liaison série infra-rouge. Concernant les liaisons infra-rouge entre le module maître et les modules esclaves 6, ce type de liaison offre 1' avantage de ne pas nécessiter obligatoirement de support matériel ni un alignement parfait entre ces modules, facilitant aussi le montage des différents modules soit directement derrière la planche de bord soit en + différents endroits du véhicule. En effet un écart de. 10 angulaires entre les diodes émettrices et les photodiodes réceptrices est acceptable, ce qui permet de faire passer le faisceau infra-rouge par des chemins non linéaires et étroits et par des endroits quasiment inaccessibles du véhicule. La communication entre le 49398 1 1676 -7 - module maître et les esclaves peut même ne pas se faire à vue mais utiliser par exemple les réflexions sur les parois de la planche de bord, dont on aura pu améliorer les qualités de réflexion. Les distances d'émission nécessaires sous une planche de bord sont voisines du mètre mais peuvent être étendues pour communiquer avec -le reste du véhicule. La liaison série entre ces modules se fait à une vitesse élevée, 40 Kbauds par exemple dans le but de réaliser une communication de type "polling" et de s'affranchir de tous les parasites lumineux basse fréquence mais nombreux. L' alimentation en énergie électrique des modules est assurée à partir de la source 1 par 1' intermédiaire d'un bus filaire classique par exemple comportant des épissures permettant de connecter tous les modules. Mais dans le cas d' un véhicule automobile dont la planche de bord est en matériau plastique il est possible d'y inclure un réseau métallique genre treillis, et disposer des connecteurs métallique dans la face interne de cette planche de bord, côté moteur, dans lesquels sont enfichés les modules dotés de cliquets et destiner ce réseau métallique à 1' alimentation des modules, évitant ainsi le bus filaire. Grâce à cette réalisation le montage des modules peut être automatisé et simplifié, ce qui permet de réduire à la fois le temps et le coût des opérations de montage. Précédemment a été mentionnée la partie 14 d'un module esclave 6 servant d'interface de puissance avec 1' organe électrique à alimenter. La figure 4 représente un exemple de réalisation d' un tel dispositif 14 d'interface. Ce dispositif comporte une entrée 20 par laquelle arrivent les informations provenant des moyens de traitement 13 et donnant des ordres de commutation de 1' organe électrique à la source d'énergie électrique 1. Cette commutation s'effectue grâce à un transistor de communication 21, du type bipolaire ou MOS comme représenté sur la figure 4, dont la borne source S est reliée à la batterie I du véhicule. Ce type de transistor présente 1' avantage d'avoir une faible résistance en série, une bonne tenue en puissance 49398 1-1676 -8- tout en étant commandé à faible niveau de puissance. Par le drain D de ce transistor 21 circule un fort courant dans le cas o la communication entre la batterie et 1' organe électrique est réalisée. Lorsque 1' organe électrique Ei, une lampe par exemple, ne fonctionne plus, il y a un circuit ouvert entre cet organe et le drain du transistor, circuit ouvert qui est détecté par des moyens de comparaison 22 entre la tension sur le drain et la tension sur la source du transistor. Les moyens de comparaison sont par exemple constitués par un comparateur 23 associé à un pont de résistance 24. De même lorsqu'un court-circuit se produit, il est également détecté, par un comparateur 25, comparant la tension à 1' entrée 20 à la tension sur le drain D du transistor 21. Ainsi la surveillance des courts-circuits et des charges non connectées est assurée et ces informations sont ensuite gérées dans la partie traitement 13 du module esclave 6 par un microprocesseur qui commande la coupure de 1' alimentation du transistor et transmet une alarme au conducteur au niveau de l'afficheur du tableau de bord. Ainsi le système de distribution commandée d' énergie électrique dans un véhicule automobile décrit auparavant présente l' avantage de réduire considérablement le réseau de fils transportant 1' énergie de la batterie vers les différents organes électriques, et de ne plus concentrer ce réseau au niveau de la planche de bord. Pour cela, la transmission des ordres de commande de commutation des différents organes se fait par liaison série infra-rouge, entre des modules électroniques, encliquetés dans la planche de bord elle-même par exemple. De plus les fusibles traditionnels situés tous au niveau du tableau de bord sont remplacés par des moyens de protection situés au niveau de chaque organe. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes de réalisation décrits et représentés mais comprend également tous les équivalents techniques des moyens décrits et leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées dans 1' esprit de l'invention et mise en oeuvre dans le cadre des revendications suivantes. 49398 11676 REVENDICATIONS 1. Système de distribution commandée d'énergie électrique dans un véhicule automobile qui comporte des organes électriques (El, E2, Ei) qui doivent être alimentés à partir d'une source d'énergie électrique (1) telle qu'une batterie, et dont le fonctionnement doit être contrôlé, ce système comprend: - un premier module (5) dit "maître", alimenté à partir de la source (1), connecté à des moyens de commande (2) et capable d'émettre des signaux lumineux codés de commande en réponse à l'actionnement de commande, et de recevoir des signaux lumineux codés pour commander en réponse un dispositif d'affichage, et - au moins un second module (6) dit "esclave", alimenté à partir de la source (1), connecté aux organes électri- ques (El, E2, Ei), capable de recevoir des signaux lumineux codés de commande provenant du module maître et de connecter en réponse l'énergie vers les organes électriques, et d'émettre des signaux lumineux codés d'informations vers le module maître en réponse à des signaux électriques relatifs au fonctionnement desdits organes électriques, caractérisé en ce que: - chaque module esclave (6) est capable d'émettre en plus des signaux lumineux codés d'informations relatifs au fonctionnement des organes électriques, des signaux lumineux codés d'informations relatifs à des capteurs tels que de niveau d'essence, de température, de vitesse, etc.., - chaque module esclave (6) comprend des moyens de surveillance et des moyens de protection des organes électriques (El, E2, Ei), et - les signaux lumineux codés sont des signaux infra- rouges. 2. Système selon la revendication 1, et comprenant plus d'un module esclave, caractérisé en ce que chaque module esclave (6) échange des signaux lumineux codés avec le seul module maitre (1). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vitesse d'émission des impulsions codées, en lumière infra-rouge, est de 40 Kbauds. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens électroniques (10) et (13) de traitement des modules maître (5) et esclaves (6) respectivement comportent un microprocesseur associé à des circuits logiques. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'interface de puissance (14) d'un module esclave (6) comporte une entrée (20) reliée aux moyens de traitement (13) de ce module, des moyens de commutation comprenant un transistor de commutation (21) dont la borne source (S) est reliée à la source d'énergie (1) et dont le drain (D) est relié à un organe électrique (Ei) à commuter, des moyens de sur- veillance des circuits ouverts et des courts-circuits entre l'organe et le drain du transistor associés aux moyens électroniques de traitement pour commander la coupure de l'alimentation du transistor. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de surveillance des circuits ouverts entre les organes électriques et le transistor de commutation (21) sont constitués par des moyens de comparaison (22) entre la tension sur le drain (D) et la tension sur la source (S) du transistor et en ce que les moyens de surveillance des court.rcircuits sont constitués par des moyens de comparaison entre la tension à l'entrée (20) et la tension sur le drain (D) du transistor (21). 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un module esclave (15) associé au longeron droit du véhicule, un module esclave (16) associé au.longeron gauche, un module esclave (17) associé aux longerons situés à l'arrière du véhicule. 8.Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la totalité des moyens de commande (2) des organes électriques (E1, E2, Ei) est connectée par liaisons parallèles filaires au module maître (5). 9. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un module de commande (18) placé sous le tableau de bord et, un module de commande (19) placé au niveau de la console centrale, ces deux modules de commande étant connectés chacun à des moyens de commande (2) et capables d'échanger des signaux codés infrarouges avec le module maitre (1). 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le module maitre (5) est connecté- à l'afficheur du tableau de bord (3) par liaisons filaires. 11. Système selon l'une des revendications 1'à 10, adapté à un véhicule comprenant une planche de bord en matière plastique, caractérisé en ce qu'un réseau métallique est inséré dans ladite planche de bord et que ce réseau comporte des cliquets métalliques dans lesquels sont enfichés les modules et en ce que le bus d'alimentation des modules est constitué par une partie déterminée de réseau métallique.