Brevet FR2818045A1 — publié le 20020614

Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte à l'alimentation en énergie d'éléments alimentés en tension dans des véhicules automobiles, et, plus particulièrement, mais non exclusivement, à l'alimentation en énergie d'éléments de dispositifs de climatisation. Outre un groupe motoventilateur produisant le flux d'air pulsé, les dispositifs de climatisation de véhicules automobiles comprennent une pluralité d'éléments fonctionnant sous alimentation en énergie, tels les actionneurs de volets de répartition et de mixage d'air, des éléments de tableau de commande de la climatisation, et des capteurs, notamment des sondes de température. De façon habituelle, tant le motoventilateur que les autres éléments du dispositif de climatisation sont alimentés à partir d'un bus d'énergie principal du véhicule transmettant la tension de la batterie. A chaque élément doit être associé un circuit ayant pour objets: - de réaliser un filtrage et une protection vis-à-vis de la "pollution" électrique présente sur le bus d'énergie principal, et -de délivrer une ou plusieurs tensions régulées pour des circuits logiques de commande ou des interfaces analogiques telles que, par exemple, des interfaces d'alimentation d'enroulements de moteurs pas à pas constituant des actionneurs de volets. La "pollution" électrique est généralement importante dans un véhicule: impulsions, ondes transitoires, surtensions, coupures, interférences électromagnétiques, inversions accidentelles de polarité, ondulations... Par ailleurs, la fourniture de tension régulée pour circuits logiques requiert le passage d'une tension de batterie de 12V ou 24 V, voire 42 V dans le futur, à une tension de 5 V, voire moins avec des nouvelles générations de composants. Même si des circuits de filtrage, protection et régulation fonctionnant de façon satisfaisante dans de telles conditions peuvent être produits à bas coûts, ils engendrent une dissipation calorifique significative. La sophistication des dispositifs de climatisation requiert un nombre toujours croissant d'éléments alimentés en tension. Le coût global des circuits de filtrage, protection et régulation devient non négligeable, et leur dissipation calorifique totale devient très importante ce qui, lorsque le dispositif de climatisation fonctionne en réfrigération, affecte la capacité de refroidissement utile. Objets et résumé de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et propose à cet effet une unité de distribution d'énergie pour des éléments d'un dispositif de climatisation ou, plus généralement, pour une pluralité d'éléments alimentés en énergie électrique dans un véhicule automobile, Cette unité comporte une entrée d'alimentation en énergie pour recevoir une tension d'entrée, une sortie d'énergie, et un ensemble de filtrage, protection et régulation de tension connecté entre l'entrée d'alimentation et la sortie d'énergie pour délivrer une même tension de fonctionnement sécurisée auxdits éléments via un bus d'énergie relié à la sortie d'énergie. Ainsi, les différents éléments étant connectés sur un bus d'énergie sécurisé, les circuits électroniques de traitement de l'énergie reçue associés à ces éléments peuvent être limités à des circuits éventuels d'abaissement et régulation de tensions pour l'alimentation de circuits logiques ou d'interfaces analogiques particulières. L'unité de distribution d'énergie peut comporter en outre une entrée d'informations pour connexion à un premier bus d'informations, une sortie d'informations pour connexion à un bus d'informations particulier auxdits éléments, et un circuit de contrôle pour transférer sur le bus d'informations particulier les informations relatives auxdits éléments circulant sur le premier bus d'informations, et inversement. Grâce à cette disposition, I'unité de distribution d'énergie constitue à la fois une passerelle d'énergie et une passerelle d'informations entre, d'une part, un bus d'énergie et un bus d'informations du véhicule et, d'autre part, un bus d'énergie et un bus d'informations particulier. Avantageusement alors, le circuit de contrôle comprend des moyens pour répartir dans le temps l'énergie distribuée aux différents éléments, par décalage temporel éventuel des commandes adressées à ces éléments via le bus d'informations particulier. On dispose ainsi d'un système de répartition et gestion d'énergie qui permet de limiter la puissance à délivrer à tout instant, donc le dimensionnement de l'ensemble de filtrage, protection et régulation de tension, et du bus d'énergie sécurisée. L'invention a aussi pour objet un dispositif de climatisation de véhicule automobile comprenant un groupe motoventilateur et une pluralité d'éléments alimentés en tension, dispositif comprenant une unité de distribution d'énergie telle que définie ci-dessus et un bus d'énergie sécurisée relié à la sortie d'énergie de l'unité de distribution d'énergie et alimentant lesdits éléments. L'unité de distribution d'énergie peut être implantée dans le groupe motoventilateur. Il est alors possible de disposer en entrée d'alimentation en énergie de la tension préfiltrée fournie au motoventilateur, et de profiter du flux d'air produit par le motoventilateur pour évacuer les calories dissipées. Il est toutefois possible d'implanter l'unité de distribution d'énergie dans le tableau de commande de la climatisation, ou sous forme d'un module indépendant. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est un schéma très général d'un dispositif de climatisation de véhicule automobile selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; -la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation de l'unité de distribution d'énergie incluse dans le dispositif de la figure 1; - la figure 3 est un schéma de l'ensemble de filtrage, protection et régulation de tension de l'unité de distribution d'énergie de la figure 2; - les figures 4A, 4B illustrent un exemple de réalisation de gestion d'énergie au moyen de l'unité de distribution d'énergie de la figure 2; - la figure 5 est un schéma d'une variante d'implantation de l'unité de distribution d'énergie de la figure 2; et -les figures 6 et 7 sont des schémas très généraux de dispositifs de climatisation de véhicule automobile selon d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 montre très schématiquement différents composants d'un dispositif de climatisation de véhicule automobile, à savoir un groupe motoventilateur 10 destiné à produire un flux d'air pulsé et une pluralité d'autres éléments comprenant un ensemble d'activateurs 12a 12b, 12c pour la commande de volets de répartition du flux d'air, un tableau 14 de commande de la climatisation et un ou plusieurs capteurs 16 tels capteurs de température, capteurs d'ensoleillement,... Les activateurs 12a, 12b, 12c sont généralement des moteurs pas à pas. Bien que trois seulement soient représentés sur la figure 1, par souci de simplicité, leur nombre peut être beaucoup plus élevé. L'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du dispositif de climatisation est fournie par un bus d'énergie principal 18 constitué par une paire de conducteurs reliés à la batterie du véhicule. Le bus 18 alimente le groupe motoventilateur 10 ainsi que, conformément à l'invention, une unité de distribution d'énergie 20 qui délivre une tension régulée et sécurisée sur un bus d'énergie 22 alimentant en commun les autres éléments du dispositif de climatisation. De la sorte, au niveau de chacun de ces éléments, il n'est pas utile de prévoir des moyens de filtrage et protection de tension. Peuvent éventuellement être nécessaires des circuits de régulation de tension pour fournir des niveaux de tension logique ou analogique requis. Dans le mode de réalisation illustré, I'unité de distribution d'énergie 20 constitue également une interface entre un premier bus d'informations 24 et un bus d'informations 26 spécifique du dispositif de climatisation. Le bus 26 dessert les éléments 12a, 12b, 12c_ 14, 16 pour acheminer, par adressage, des informations destinées à ceux-ci, par exemple, des informations de consigne de position de volets de répartition de flux d'air, et des informations transmises par ceux-ci, par exemple reflétant l'état du panneau de commande, ou les mesures des capteurs ou les positions réelles des volets. On notera que la connexion d'éléments d'un dispositif de climatisation de véhicule sur un bus commun pour assurer une liaison informative avec une unité centrale (non ici représentée) est en elle- même connue. Dans l'exemple ici considéré, le bus 24 peut être un bus général sur lequel circulent des informations intéressant différents organes fonctionnels du véhicule ou un bus dédié au dispositif de climatisation mais différent du bus 26. Un mode de réalisation de l'unité de distribution d'énergie 20 est illustré schématiquement par la figure 2. L'unité 20 comprend un ensemble 30 de filtrage, protection et régulation de tension ayant une entrée d'énergie 32 connectée au bus d'énergie principal 18 et une sortie d'énergie 34 connectée au bus d'énergie sécurisée 22. L'unité 20 comprend en outre un circuit de contrôle ou microcontrôleur 40 relié à une première interface de bus 42 reliée au bus d'informations 24 et à une deuxième interface de bus 44 reliée au bus d'informations 26. L'ensemble 30 de filtrage, protection et régulation est réalisé de façon classique. Un mode de réalisation est illustré par la figure 3 et sera décrit brièvement ci-après. L'ensemble 30 comprend un circuit de filtrage et protection d'entrée 310, un circuit de régulation de tension 320, un circuit de protection en courant 330 et un circuit de filtrage de sortie 340. Le circuit 310 reçoit la tension du bus 18 sur l'entrée 32 et réalise des fonctions de filtrage et protection contre les surtensions et transitoires par circuit LC et diodes, de façon bien connue. Le circuit de régulation de tension 320 reçoit, via un diviseur de tension 322 une tension image de celle en entrée du circuit de filtrage de sortie 340 et commande un transistor 324 inséré entre les circuits 310 et 340 pour maintenir la tension en entrée du circuit de filtrage de sortie 340 à la valeur voulue. Le circuit de protection en courant 330 reçoit une tension prélevée aux bornes d'un shunt 332 placé immédiatement en amont du circuit de sortie 340 et agit sur un interrupteur 334 pour couper l'alimentation en entrée du circuit de filtrage 310. Le circuit de filtrage de sortie 340 est un circuit classique de type LC délivrant une tension régulée et sécurisée sur la sortie d'énergie 34. L'ensemble 30 délivre aussi une tension d'alimentation régulée Vcc pour l'alimentation du microcontrôleur 40, cette tension étant prélevée sur le diviseur de tension 322 et filtrée par un circuit de filtrage 350 de type LC. Le microcontrôleur 40 est programmé pour transférer les informations du bus 24 au bus 26, et réciproquement, à travers les interfaces de bus 42, 44. A cet effet, de façon bien connue en soi, les informations circulant sur l'un des bus sont lues par le microcontrôleur et retransmises sur l'autre bus à leur emplacement et avec le format voulu dans la trame utilisée sur ce dernier bus. Le microcontrôleur 40 est en outre programmé de manière à réaliser une gestion de la distribution d'énergie sur le bus d'énergie 22, pour limiter la puissance maximale devant être délivrée à tout instant par l'unité de distribution d'énergie, et limiter par là-même le dimensionnement de l'ensemble 30 de filtrage, protection et régulation de tension, et du bus d'énergie 26. Cela peut être réalisé en répartissant dans le temps l'énergie destinée à différents éléments, en particulier ceux requérant une puissance relativement importante. Il s'agit notamment des actionneurs 12a, 12b, 12c qui requièrent la puissance nécessaire à l'alimentation des moteurs pas à pas via une interface analogique. La régulation d'air et de température est gérée par une unité centrale reliée au bus d'informations 24. A chaque commande générale d'une fonction telle que recyclage, désembuage, distribution pied ou distribution aération correspond une séquence d'activation des volets et du motoventilateur. Ainsi, par exemple, comme le montre la figure 4A, une commande de désembuage peut se traduire, sur le bus d'informations 24 par une séquence comprenant des premières phases de pilotage simultanées des moteurs pas à pas associés à des volets 1, 2 et 3, puis des deuxièmes phases de pilotage pour les volets 1, 2 et 3 et des troisièmes phases de pilotage pour les volets 1, 2 et 3. Les informations lues sur le bus 24 et destinées aux éléments connectés sur le bus d'énergie 22 sont lues par le microcontrôleur. Celui-ci détermine si de l'énergie devrait être fournie simultanément à plusieurs noeuds du bus 22 reliés à des éléments respectifs, tels les noeuds reliés aux actionneurs. Dans l'affirmative, le microcontrôleur réorganise les informations de commande lues sur le bus d'informations 24 avant de les réinjecter sur le bus d'informations 26 afin de répartir ou décaler dans le temps la fourniture d'énergie à ces différents noeuds. Ainsi, dans le cas de commande de désembuage évoqué plus haut, les phases de pilotage des moteurs pas à pas sont décalées temporellement et entrelacées comme montré par la figure 4B pour injecter sur le bus d'informations 26 une commande de désembuage comprenant une suite formée par les différentes premières phases de pilotage des volets 1, 2 et 3 suivie d'une suite formée par les deuxièmes phases de pilotage et d'une suite formée par les troisièmes phases de pilotage. A chaque instant, une seule phase de pilotage est activée, ce qui limite l'appel de courant. D'une façon plus générale, selon le nombre d'éléments devant être activés simultanément par fourniture d'énergie, tel qu'il ressort des informations de commande véhiculées par le bus d'infor- mations 24, le microcontrôleur 40 retransmet ces informations de commande sur le bus d'informations particulier 26 avec un décalage temporel éventuel, de manière à limiter le nombre d'éléments à activer dans le même temps, ce nombre pouvant être égal à un ou plus, éventuellement en fonction du type d'éléments concernés, de leur consommation en puissance... Le montage de l'unité de distribution d'énergie 20 sur le groupe motoventilateur 10 permet de tirer parti du flux d'air pulsé produit par ce dernier pour évacuer les calories dissipées par l'unité 20. Le motoventilateur proprement dit 100 étant alimenté par le bus d'énergie 18 à travers un circuit de filtrage propre 110, on pourra avantageusement relier l'entrée d'énergie 32 à la sortie du circuit de filtrage 110, comme montré sur la figure 5. De la sorte, on dispose en entrée de l'unité de distribution d'énergie 20 d'une tension préfiltrée, ce qui permet d'alléger éventuellement les circuits de filtrage compris dans l'ensemble de filtrage, protection et régulation. Il est toutefois possible de monter l'unité de distribution d'énergie en d'autres emplacements, par exemple au niveau du panneau de contrôle de ventilation 14 (figure 6) ou sous forme d'un module indépendant 28 (figure 7) monté par exemple sur le boîtier de climatisation portant les actionneurs 12a, 12b, 12c. Dans ces deux modes de réalisation, le groupe motoventilateur 10 est relié au bus d'informations spécifique 26. Bien que l'on ait envisagé ci-dessus la combinaison des fonctions de passerelle d'énergie et de passerelle d'informations au sein de l'unité de distribution d'énergie, celle-ci pourra être limitée à la seule fonction de passerelle d'énergie matérialisée essentiellement par l'ensemble 30 de filtrage, protection et régulation de tension. REVENDICATIONS 1. Unité de distribution d'énergie pour une pluralité d'éléments alimentés en tension dans un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte une entrée d'alimentation en énergie pour recevoir une tension d'entrée, une sortie d'énergie et un ensemble de filtrage, protection et régulation de tension connectée entre l'entrée d'alimentation et la sortie d'énergie pour délivrer une même tension de fonctionnement sécurisée auxdits éléments via un bus d'énergie relié à la sortie d'énergie. 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une entrée d'informations pour connexion à un premier bus d'informations, une sortie d'informations pour connexion à un bus d'informations particulier auxdits éléments, et un circuit de contrôle pour transférer sur le bus d'informations particulier les informations relatives auxdits éléments circulant sur le premier bus d'informations, et inversement. 3. Unité selon la revendication 2, caractérisée en ce que le circuit de contrôle comprend des moyens pour répartir dans le temps l'énergie disponible entre différents éléments, par décalage temporel éventuel des commandes adressées à ces éléments via le bus d'informations particulier. 4. Dispositif de climatisation de véhicule automobile comprenant un groupe motoventilateur et une pluralité d'éléments connectés à des moyens d'alimentation en tension, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et un bus d'énergie sécurisée relié à la sortie d'énergie de l'unité de distribution d'énergie et alimentant lesdits éléments. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de distribution d'énergie est implantée dans le groupe motoventilateur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que I'entrée d'alimentation de l'unité de distribution d'énergie reçoit la tension d'alimentation du motoventilateur. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de distribution d'énergie est implantée dans un tableau de commande du dispositif de climatisation