Brevet FR2820251A1 — publié le 20020802

L'invention concerne un dispositif d'alimentation en énergie pour composants de système de véhicule, pertinents en ce qui concerne la sécurité et alimentés par le réseau de bord, notamment pour composants de frein de systèmes de freinage électromécaniques dans des véhicules automobiles, comprenant trois alimentations en énergie indépendantes l'une de l'autre et, pour chaque alimentation en énergie et chaque composant de système, une ligne de connexion respective située entre cette alimentation en énergie et ce composant de système et devant être ouverte et fermée au moyen d'un interrupteur, les trois lignes de connexion de chaque composant étant connectées en parallèle en amont de celui-ci. En arrière plan de l'invention, il convient d'indiquer que des composants de système de véhicule pertinents en ce qui concerne la sécurité sont soumis à des critères différents de défaillance en fonction, pour chacun, de la fonction et de l'emplacement de montage. Par exemple, des composants de systèmes de freinage électromagnétiques sont particulièrement critiques en ce qui concerne la sécurité et il leur est donc affecté un niveau très élevé pour les exigences techniques de sécurité les concernant. Certains de ceux-ci sont associés à la classe de ce qu'il est convenu d'appeler les "systèmes opérationnels de défaillance" (fa il operational systems), lesquels doivent encore fonctionner correctement même lors de l'apparition d'un nombre défini de défauts. Dans le cas de nombreux composants de systèmes de véhicule qui sont pertinents en ce qui concerne la sécurité et précisément pour des considérations de sécurité en relation avec un système de freinage électromécanique, l'alimentation de ceux-ci en énergie joue un rôle central. Une défaillance de l'alimentation en énergie entraînerait une défaillance complète du système de freinage, ce qui n'est bien entendu pas acceptable. C'est pourquoi il convient de prendre des mesures appropriées pour conférer une sécurité convenable vis-à-vis des défaillances à l'alimentation en énergie de composants de système pertinents en ce qui concerne la sécurité. Par le document DE 196 51 612 A1, on connaît un dispositif d'alimentation en énergie, constituant le type générique considéré, pour des composants de système de véhicules automobiles qui sont pertinents en ce qui concerne la sécurité et sont alimentés par le réseau de bord. Il est prévu au moins deux alimentations en énergie, indépendantes l'une de l'autre, qui sont reliées chacune à un composant de système respectif par l'intermédiaire d'un interrupteur pouvant être commandé. Ceci étant, le problème qui est à la base de la présente invention est d'alimenter en énergie électrique, d'une manière doublement sécurisée vis-à- vis des défauts, des composants de système de véhicule qui sont pertinents en ce sui concerne la sécurité et notamment des systèmes de freinage électromécaniques. L'invention doit également donner l'assurance que, même après l'apparition d'un double défaut, une alimentation correcte en énergie des composants raccordés soit encore possible. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation en énergie, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que, pour chacune des première, deuxième et troisième lignes de connexion de chaque composant de systèmes, il est prévu une unité de commande logique respective pour les interrupteurs associés à ces lignes de connexion. Les unités de commande logiques sont au nombre de trois. Grâce à cet agencement du dispositif d'alimentation en énergie conforme à l'invention, il est possible d'obtenir une redondance multiple de l'alimentation en énergie. Avec ce système, il est notamment encore possible de corriger, dans l'alimentation en énergie, une combinaison quelconque de deux défauts se présentant dans cette alimentation, par exemple des courts-circuits ou des connexions non conformes des lignes d'alimentation. Si des exigences encore plus élevées sont imposées à la sécurité vis-àvis des défaillances, il est également possible de prévoir un nombre supérieur aux trois alimentations en énergie indépendantes suffisantes, avec un nombre correspondant de lignes de connexion et d'unités de commande logiques. De ce fait, l'expression"trois alimentations en énergie"utilisée ici doit s'entendre comme englobant également des systèmes comportant un nombre plus élevé d'alimentations en énergie. Il convient enfin d'indiquer que, grâce au système conforme à l'invention, on a l'assurance qu'un défaut double se présentant à l'intérieur du dispositif d'alimentation en énergie n'entraîne pas une défaillance de l'alimentation sur l'une des lignes de connexion de composant. Le dispositif d'alimentation en énergie conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes : - les unités de commande logiques sont couplées chacune à une unité de diagnostic d'alimentation respective pour les alimentations en énergie, - les interrupteurs sont chacun respectivement pourvus d'une unité de diagnostic d'interrupteur qui est elle-même couplée aux unités de commande logiques, - au moins chacun d'une partie des interrupteurs est réalisé sous forme d'interrupteur à semiconducteur constitués de deux MOSFET connectés en antisérie, - dans les lignes d'alimentation alimentant les interrupteurs à semiconducteur, il est prévu un dispositif de protection contre une inversion de polarité, - le dispositif de protection contre une inversion de polarité est prévu d'une manière redondante simple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'alimentation en énergie pour un système de freinage électromécanique alimenté par le réseau de bord dans un véhicule automobile. Le dispositif d'alimentation en énergie est désigné dans son ensemble par 1 à la figure 1. Il alimente quatre composants de frein 2,3, 4,5 d'un système de freinage électromécanique, non représenté en détail, d'un véhicule automobile. En ce qui concerne les composants de frein, il peut par exemple s'agir des moteurs de réglage servant à l'actionnement des mâchoires de frein. Pour l'alimentation des composants 2,3, 4,5, il est prévu trois alimentations en énergie parallèles, à savoir une première alimentation de réseau de bord 6, une deuxième alimentation de réseau de bord 7 et une alimentation en énergie de système de sécurité 8. Pour assurer la résistance exigée vis-à-vis de doubles défauts, il est prévu d'agencer les deux alimentations de réseau de bord 5,7 d'une manière indépendante l'une de l'autre. En tout état de cause, en variante à cet agencement, il est possible de prévoir à cet effet une alimentation de réseau de bord qui est combinée à deux alimentations de batterie de sécurité indépendantes. Chaque composant 2,3, 4,5 est relié à ces trois alimentations 6,7, 8 par l'intermédiaire, pour chacune, d'une ligne de raccordement respectivement 9.1 à 9.3, 10.1 à 10.3, 11.1 à 11.3 et 12.1 à 12.3. Ces lignes de raccordement 9,10, 11, 12 sont connectées en parallèle en amont des composants 2,3, 4,5 respectifs correspondants. Les lignes de raccordement 9.1, 10.1, 11.1, 12.1 relient l'alimentation 6 aux composants respectifs 2 à 5, les lignes de raccordement 9.2, 10.2, 11.2, 12.2 relient l'alimentation 7 respectivement aux composants respectifs 2 à 5 et les lignes de raccordement 9.3, 10.3, 11.3, 12.3 relient la troisième alimentation 8 aux composants respectifs 2 à 5. Dans chaque ligne de raccordement 9. 1 à 12. 3, il est disposé un interrupteur respectif 13. 1 à 13. 3, 14. 1 à 14. 3, 15. 1 à 15. 3 et 16. 1 à 16. 3. Ainsi que cela est indiqué à la figure 1 pour des raisons de clarté uniquement à l'aide des interrupteurs 13.1, 13.2 et 14.1, il est associé aux différents interrupteurs 13.1 à 16.3 des unités de commande logiques respectivement 17,18, 19, une unité de commande logique commune 17,18, 19 étant prévue respectivement pour les premières lignes de raccordement 9.1 à 12.1, pour les deuxièmes lignes de raccordement 9.2 à 12.2 et pour les troisièmes lignes de raccordement 9.3 à 12.3 des différents interrupteurs 13.1 à 16.1, 13.2 à 16.2 ou 13.3 à 16.3 associés à chacun des composants de frein 2,3, 4,5. C'est ainsi que l'unité de commande logique 17 commande les interrupteurs 13.1, 14.1, 15.1 et 16.1. Il en est de même pour les deux autres unités de commande logiques 18,19. Les trois unités de commande logiques 17,18, 19 sont en outre reliées à une unité de diagnostic d'alimentation 20 qui surveille les trois alimentations 6,7, 8 en ce qui concerne un fonctionnement normal prévu. Dès qu'un défaut apparaît sur une ou plusieurs des alimentations 6,7, 8, cela est annoncé à l'unité de commande logique 17,18, 19 correspondante qui prend des mesures appropriées, telles qu'elles sont présentées ci-après en détail à l'aide d'une liste de fonctions défectueuses. Les interrupteurs 13.1 à 16.3 sont surveillés au moyen d'une unité de diagnostic d'interrupteurs 21 qui est elle-même reliée aux unités de commande logiques 17,18, 19 correspondantes. Pour des raisons de clarté, il n'est représenté que des lignes collectives 22,23 menant de l'unité de diagnostic d'interrupteurs 21 aux interrupteurs 13.1 à 16.3. Ces derniers peuvent par ailleurs être constitués de relais électromagnétiques ou-comme indiqué dans le cas de l'interrupteur 14. 3-par des interrupteurs à semi-conducteur se présentant par exemple sous forme de transistors MOSFET. Dans le dernier cas, il convient de tenir compte, pour la conception du dispositif d'alimentation en énergie sécurisée vis-à-vis des défauts, de la diode (qu'il est convenu d'appeler) parasite résultant du type que l'on trouve souvent, ce qui signifie que sont nécessaires une protection contre une inversion de polarité à redondance simple, se présentant par exemple sous forme de deux diodes connectées en série par alimentation en énergie 6,7, 8, et d'un agencement antisérie" des interrupteurs à MOSFET. Une telle protection contre l'inversion de polarité est indiquée à la figure 1 annexée par le repère 25. Grâce au dispositif d'alimentation en énergie conforme à l'invention, il est désormais possible qu'apparaissent des combinaisons doubles quelconques de défauts parmi la liste qui suit sans nuire à l'alimentation en énergie, ce qui signifie que les défauts sont tolérables sous des aspects relevant de la technique de sécurité. Dans cette liste, on indique le type de défaut, puis la mesure prévue pour qu'il soit toléré : - un interrupteur reste défectueux dans la position de commutation"en service" : étant donné que chaque composant raccordé est pourvu d'un interrupteur respectif par alimentation en énergie, une alimentation peut avoir lieu au moyen de l'un des interrupteurs intacts. - un interrupteur reste défectueux dans une position de commutation "hors service"et/ou un court-circuit dans un composant défectueux vis-à-vis d'un potentiel trop faible pour l'alimentation des composants 2,3, 4,5 : découplage des alimentations des composants 2,3, 4,5 par ouverture des interrupteurs intacts qui sont reliés directement à l'interrupteur défectueux ou aux composants mis en court-circuit d'une manière défectueuse. - une unité de commande logique commande d'une manière défectueuse l'interrupteur dans une position de commutation"en service" : étant donné qu'il est prévu trois unités de commande logiques parallèles et que chacune de celles-ci ne peut connecter ou déconnecter respectivement qu'une seule alimentation en énergie de système, on obtient une conception triple (c'est-à-dire une redondance double). - une unité de commande logique commande d'une manière défectueuse un interrupteur dans une position de commutation"hors service" et/ou un court-circuit d'un composant défectueux vis-à-vis d'un potentiel trop faible pour l'alimentation des composants 2,3, 4,5 : les unités de commande logiques sont agencées d'une manière telle qu'au maximum un défaut simple peut provoquer la commande défectueuse d'un interrupteur. Découplage des alimentations des composants non concernés par ouverture des interrupteurs intacts qui sont reliés directement à l'interrupteur fermé d'une manière défectueuse ou aux composants mis en court-circuit d'une manière défectueuse. - court-circuit dans un composant : le composant correspondant peut être découplé de l'ensemble des trois alimentations en énergie au moyen des interrupteurs qui lui sont associés. - du côté alimentation, il se présente dans les alimentations en énergie un court-circuit d'une ligne vis-à-vis de la masse : l'alimentation en énergie concernée peut être complètement découplée au moyen d'une mise hors circuit de l'interrupteur associé. - du côté alimentation, il se présente un court-circuit d'une ligne vis-à-vis d'une autre ligne de réseau de bord à niveau de tension différent : il est prévu une protection contre une inversion de polarité redondante simple par alimentation en énergie. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en énergie pour composants de système de véhicule, pertinents en ce qui concerne la sécurité et alimentés par le réseau de bord, notamment pour composants de frein de systèmes de freinage électromécaniques dans des véhicules automobiles, comprenant - trois alimentations en énergie (6,7, 8) indépendantes l'une de l'autre et, - pour chaque alimentation en énergie (6,7, 8) et chaque composant de système (2,3, 4,5), une ligne de connexion (9.1 à 12.3) respective située entre cette alimentation en énergie et ce composant de système et devant être ouverte et fermée au moyen d'un interrupteur (13.1 à 16. 3), les trois lignes de connexion (9.1 à 12.3) de chaque composant (2,3, 4,5) étant connectées en parallèle en amont de celui-ci, caractérisé en ce que, pour chacune des première, deuxième et troisième lignes de connexion (9.1 à 12.3) de chaque composant de systèmes (2,3, 4,5), il est prévu une unité de commande logique (17,18, 19) respective pour les interrupteurs (13.1 à 16.3) associés à ces lignes de connexion. 2. Dispositif d'alimentation en énergie suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les unités de commande logiques (17,18, 19) sont couplées chacune à une unité de diagnostic d'alimentation (20) respective pour les alimentations en énergie (6,7, 8). 3. Dispositif d'alimentation en énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les interrupteurs (13.1 à 16.3) sont chacun respectivement pourvus d'une unité de diagnostic d'interrupteur (21) qui est elle-même couplée aux unités de commande logiques (17,18, 19). 4. Dispositif d'alimentation en énergie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun d'au moins une partie des interrupteurs (13.1 à 16.3) est réalisé sous forme d'interrupteur à semiconducteur (14.3) constitué de deux MOSFET connectés en antisérie. 5. Dispositif d'alimentation en énergie suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, dans les lignes d'alimentation (6,7, 8) alimentant les interrupteurs à semiconducteur (14.3), il est prévu un dispositif de protection contre une inversion de polarité (25). 6. Dispositif d'alimentation en énergie suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de protection contre une inversion de polarité (25) est prévu d'une manière redondante simple.