Brevet FR2827090A1 — publié le 20030110

La présente invention concerne les circuits et appareils électriques utilisés sur un véhicule automobile, précisément les interrupteurs et la commutation, les conducteurs et les récepteurs électriques, la protection des circuits et des appareils électriques. Sur les véhicules automobiles, la mise en fonction des appareils électriques, que sont l'éclairage, la signalisation arrière et avant, la ventilation, les lève vitres, les essuies glaces, la lunette arrière chauffante et autres récepteurs, oblige des interrupteurs conséquents à l'intensité du courant électrique qui traverse ces récepteurs et, impose des conducteurs d'énergie électrique de forte section, la quantité de ces conducteurs électriques de fortes sections est régit par le nombre de récepteurs toujours croissants. Dans le compartiment moteur et sous la planche de bord, le trajet des circuits électriques est long et sinueux, ce trajet est lié à la place occupée par le coffret de fusibles et relais dans le véhicule et à l'emplacement des appareils interrupteurs. Ces distances entre coffret de fusibles, interrupteurs et récepteurs sont accrues sur les véhicules poids lourds, les ensembles de véhicules routiers et les véhicules de transports en commun. L'utilisation des relais électromagnétiques augmente la complexité du câblage électrique et diminue peu le trajet des circuits de puissance auxquels sont affectés les relais. Les protections des circuits et appareils électriques par fusibles sont souvent mal adaptées ; pour limiter la quantité de fusibles et diminuer la complexité des circuits électriques, les protections servent et protègent plusieurs récepteurs d'utilisation et de puissances différentes ; le départ de plusieurs conducteurs de section différente d'un même fusible augmente le risque de destruction irréversible des circuits électriques et accroît les causes d'incendie d'un véhicule automobile. Le repérage d'un fusible grillé est compliqué par la disposition et la confusion dans le coffret à fusibles. L'invention a donc pour but de fournir des boîtiers de récepteurs d'un nouveau type pour : l'alimentation, la protection et la commutation des récepteurs électriques, et notamment de fournir des boîtiers d'éclairage et de signalisation avant d'un nouveau type, notamment aussi de fournir des boîtiers de signalisation arrière d'un nouveau type. Ces boîtiers électriques d'un nouveau type répondent mieux que, jusqu'à ce jour, aux exigences de la pratique en matière de câblage et de protection des circuits et récepteurs électriques automobiles. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. L'invention sera aussi mieux comprise à l'aide des références aux dessins ci-annexés, lesquelles descriptions et dessins sont, bien entendu, donnés à titre d'indication. Le boîtier électrique d'un nouveau type est un boîtier de récepteurs quelconques, notamment de lampes d'éclairage ou de signalisation pour automobile, lequel boîtier selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte : des systèmes de protection, des systèmes de commutation par semi-conducteur formant interrupteurs et des récepteurs, qu'il comporte également une broche d'alimentation en énergie électrique, une broche de retour de courant vers la masse et un connecteur de liaison de l'information électrique de commande des commutateurs, par le fait que chaque récepteur est associé à un système de protection et à un système de commutation, et par le fait que les circuits électriques du boîtier reçoivent l'énergie électrique par un seul fil conducteur depuis la batterie d'accumulateurs, via des connecteurs et une protection de ligne. Les circuits de commande des commutateurs reçoivent leurs informations depuis le tableau de bord par un câble multifilaires de faible section et des connecteurs. Dans un mode de réalisation préférée de l'invention, sur un véhicule équipé d'une batterie d'accumulateur ayant son pôle négatif à la masse, le boîtier électrique de signalisation arrière BI illustré par la Fig. -1- comporte des circuits de protections et de commutations associés aux lampes réceptrices, les circuits de protection reçoivent l'énergie par un seul conducteur électrique 4 protégé par un fusible F3 depuis le coffret de protection à fusibles 6 via des connecteurs. Les lampes réceptrices sont constituées de quatre foyers lumineux de : feu de position antibrouillard arrière LI, feu clignotant indicateur de direction L2, feu de position L3, signalisation stop L4, les circuits de protection sont : quatre embases F31, F32, F33, F34, pour et avec fusibles amovibles, les circuits de commutation formant interrupteurs Cl, C2, C3, C4, sont des transistors MOSFET canal N avec leurs circuits de commande de grille ; la liaison des circuits de commande de grille des transistors MOSFET est réalisée, depuis le tableau de bord, par un câble multifilaires de quatre conducteurs de faible section de 0.22 mm2. Au repos, les interrupteurs sont à l'état ouvert par une polarisation négative de la grille des transistors, via une résistance et la masse du véhicule, et interdisent la circulation du courant électrique dans les lampes réceptrices. Lorsque l'automobiliste freine, l'action sur la pédale de frein libère et ferme le micro contact de stop 7 qui par l'intermédiaire du fil conducteur électrique de faible section de 0.22 mm2 polarise par une tension U maximum la grille du transistor MOSFET C4 correspondant via la diode D4 et la résistance R14, C4 est fermé et devient conducteur, l'énergie électrique depuis la borne d'alimentation positive (+) du boîtier de signalisation traverse le fusible de protection F34, de calibre adapté, traverse la lampe stop L4, traverse 1'interrupteur C4 devenu passant et conducteur et rejoint la masse et le pôle négatif, la lampe stop s'éclaire. Dans d'autres applications, par exemple une remorque avec un système de signalisation connu et conventionnel, on pourra avantageusement selon une nouvelle variante avoir recours à un boîtier électrique de signalisation arrière caractérisé par le fait qu'il comporte des systèmes de protections et de commutations par interrupteurs à semi-conducteur et en ce qu'il comporte un connecteur supplémentaire 9 pour acheminer le courant électrique depuis les interrupteurs vers des récepteurs associés lotis dans d'autres boîtiers, le retour du courant des récepteurs vers la batterie est assuré par la masse du véhicule. Selon une quatrième variante, le boîtier électrique est caractérisé par le fait que les circuits de protections et de commutations sont intégrés dans des modules électriques enfichables, qualifiés et déterminés par le choix du type d'interrupteur à semi-conducteur et le choix du récepteur, ce système modulaire permet d'adapter un ou plusieurs boîtiers au besoin en récepteurs du véhicule automobile et un permet remplacement rapide de module lors d'une défaillance de composant à la manière du 1 changement d'un fusible grillé. Selon une cinquième variante, le boîtier électrique est caractérisé par le fait que les circuits de commande des interrupteurs à semi-conducteurs reçoivent leurs informations électriques depuis un filtre démodulateur à plusieurs voies relié par un conducteur électrique à un modulateur à plusieurs voies proche des organes de commande du tableau de bord, ledit modulateur percevant et transformant les informations électriques des organes de commande. Selon une sixième variante, le boîtier électrique est caractérisé par le fait que les circuits de commandes des interrupteurs à semi-conducteurs reçoivent leurs informations électriques depuis des récepteurs optoélectroniques reliés par des fibres optiques à des émetteurs optoélectroniques percevant et transformant les informations électriques des organes de commande du tableau de bord. Conformément à une caractéristique supplémentaire avantageuse de l'invention liée à la relation électrique entre le récepteur et l'interrupteur ; et selon une nouvelle variante le boîtier de commandes et de récepteurs électriques est caractérisé par le fait que des points de connexions, sur les circuits entre récepteurs et interrupteurs, acheminent, via des résistances, par des conducteurs vers le tableau de bord des informations électriques qualifiantes sur l'état : des protections, des récepteurs et des interrupteurs des dits circuits. Il est également intéressant de noter que l'invention est susceptible d'offrir une possibilité de recherche de panne qui selon une nouvelle variante est caractérisée par le fait que les circuits de commandes des interrupteurs à semi-conducteurs peuvent recevoir leurs informations de commandes, lors d'une action de dépannage, non plus depuis le tableau de bord mais depuis un boîtier de vérification, ledit boîtier de vérification est connectable et composé de plusieurs commutateurs et d'un circuit électrique et électronique de contrôle. Les figures 1 et 2 illustrent l'utilisation d'interrupteurs à semi-conducteur de type MOSFET canal N avec les deux possibilités de raccordement de la batterie sur le véhicule automobile pôle négatif ou pôle positif à la masse. La figure 1 représente un circuit électrique composé : d'un accumulateur d'électricité 5 ayant son pôle négatif (-) à la masse du véhicule et son pôle positif (+) comme conducteur actif, d'une boite à fusibles 6 avec FI, F2, F3, d'un contacteur de stop 7 contact fermé lors de pression sur la pédale de frein et d'un boîtier de signalisation arrière BI alimenté en énergie électrique par un seul conducteur 4 depuis F3. Le boîtier est composé : de quatre foyers lumineux Ll lampe de position antibrouillard, L2 lampe indicateur de direction, L3 lampe de position, L4 lampe de stop, de quatre fusibles de protection adaptés aux puissances respectives des lampes F31 pour LI, F32 pour L2, F33 pour L3, F34 pour L4, de quatre circuits interrupteurs constitués de transistors MOSFET canal N : CI pour LI, C2 pour L2, C3 pour L3, C4 pour L4, de quatre résistances : RI, R2, R3, R4 de blocage transistors par U grille = 0 (Zéro), de quatre résistances : RII, R12, Rl3, Rl4 de polarisation grille U = maximum pour conduction transistors devenus passants, de quatre diodes : Dl, D2, D3, D4 de séparation de commande et de protection de retour de courant par défaillance éventuel de transistor ; V X Y Z sont des conducteurs de faible section acheminant les informations de commande de grille des interrupteurs à semi-conducteur depuis le tableau de bord, Z acheminant l'information depuis le micro contact 7 de stop En conduite normale, le contact 7 est ouvert le potentiel de courant appliqué sur la grille par la résistance de polarisation R4 est négatif (UGS = 0 (Zéro). Le courant, venant de F3, traverse F34 puis la lampe L4 et s'arrête sur C4 qui est bloqué et non conducteur, la lampe L4 est éteinte. Lorsque l'automobiliste freine par appui sur la pédale de frein, le contact du contacteur de stop 7 se ferme, le potentiel de courant U venant de F2 traverse le contact 7, la diode D4, la résistance R14 et polarise la commande de grille du transistor C4 (UGS = maximum), le transistor C4 est passant, le courant venant de F3 par le fil conducteur 4 traverse la broche d'alimentation 1 puis F34 la lampe L4 et traverse le transistor C4 devenu conducteur et rejoint le pôle négatif de la batterie par la broche 2 de masse du véhicule, la lampe L4 s'éclaire. Lorsque l'automobiliste relâche la pédale de frein, le contact 7 du contacteur de frein s'ouvre, l'absence de potentiel (UGS = 0 (Zéro) sur la grille du transistor bloque C4 la lampe de stop L4 s'éteint ; le fonctionnement des autres circuits CI-LI, C2-L2, C3-L3, est identique lorsque sont activés les commandes (V, X, Y) d'éclairage par temps de brouillard, de changement de direction ou de feux de position. La figure 2 représente un boîtier B2 de signalisation arrière avec : des interrupteurs Cl, C2, C3, C4 à transistors MOSFET canal N, des fusibles F31, F32, F33, F34, des lampes LI, L2, L3, L4, le véhicule à sa batterie 5 avec le pôle plus (+) connecté à la masse et le pôle négatif (-) comme conducteur actif. L'ordonnancement des composants des circuits est différent de la figure 1, pour L4 lampe de stop, allumée par exemple, contact 7 fermé lors de freinage par appui sur la pédale de frein, nous constatons que l'alimentation électrique du contact 7 s'effectue directement depuis la masse du véhicule. Le potentiel de courant de grille du transistor est de polarité positive pour la conduction de l'interrupteur C4 et la lampe stop L4 allumée. Les figures 3 et 4 illustrent plusieurs montages différents conformes à l'invention avec la mise en oeuvre d'interrupteurs à semi-conducteurs de type différent. La figure 3 représente un boîtier B3 de signalisation arrière avec des interrupteurs à transistors Cl, C2, C3, C4 de type MOSFET canal P, des fusibles et des lampes réceptrices, le véhicule à sa batterie 5 avec le pôle négatif (-) connecté à la masse et le pôle positif (+) comme conducteur actif ; l'ordonnancement des composants est le même que celui de la figure 2, les diodes Dl à D4 sont inversées pour cause de polarité de grille négative, la lampe L4 est allumée lorsque le potentiel de grille de C4 est négatif contact 7 fermé. Les commandes du tableau de bord sont alimentées directement depuis la masse du véhicule. La figure 4 représente un boîtier B4 de signalisation arrière avec des interrupteurs à thyristors, le circuit de commutation et de protection est alimenté par un seul conducteur 4, via une protection de ligne et des connecteurs (1), depuis un hacheur 8 de courant ou chopper ; le courant continu de la batterie devant passé par la valeur zéro pour le décrochage des thyristors et ce lors de lampes réceptrices éteintes, interrupteur ouvert par l'absence de courant de commande depuis le tableau de bord. Le véhicule a sa batterie 5 avec le pôle (-) négatif connecté à la masse et le pôle positif comme conducteur actif. Lors de freinage du véhicule par l'automobiliste, le courant de commande passe par D4 et R4 puis arrive sur la gâche de C4, le thyristor devient passant la lampe stop s'éclaire. Lorsque l'automobiliste relâche la pédale de frein, à l'ouverture du contact 7 le courant de gâche n'est plus et le thyristor C4 décroche la lampe L4 s'éteint. Les figures 5 et 6 illustrent plusieurs montages mettant la mise en oeuvre de récepteurs lotis dans d'autres boîtiers ainsi qu'un système modulaire de protection et commutation. La figure 5 représente un boîtier électrique de signalisation B5 avec 5 lampes, 5 protections et 5 commutations, utilisant des Transistors MOSFET canal P, avec un véhicule ayant le Pole négatif (-) de la batterie à la masse et le Pole positif (+) comme conducteur actif ; des récepteurs associés sont extérieurs et lotis dans d'autres boîtiers 10, 11, la liaison entre récepteur et commutateur se fait par conducteurs et connecteurs 9, le retour du courant électrique des récepteurs se fait par la masse du véhicule. La figure 6 représente un boîtier électrique de signalisation B6 possédant des embases EM1, EM2, EM3, EM4 pour modules enfichables de protection et de commutation, des lampes réceptrices L2, L3, L4 un connecteur 9 pour un ou des récepteurs lotis hors du boîtier et des modules enfichables Ml, M2, M4. Les figures 7 et 8 illustrent d'autres moyens de transfert de l'information de commande des commutateurs par semi-conducteur, depuis le tableau de bord. La figure 7 représente un boîtier électrique de signalisation BI avec des commutateurs MOSFET type N et des circuits de commande de grille de commutateur qui reçoivent leurs informations depuis un démodulateur 12 à plusieurs voies, un modulateur 13 organise les informations de commandes destinées au démodulateur ; la liaison électrique entre modulateur et démodulateur se fait par un seul fil 14 conducteur. La figure 8 représente un boîtier électrique de signalisation B 1 avec des commutateurs Mosfet type N, des lampes réceptrices, les circuits de commande de commutateur reçoivent leurs informations depuis des récepteurs 17 optoélectroniques Une liaison en fibres optiques 16 réunie les récepteurs optoélectroniques et les émetteurs optoélectroniques 15 qui transforment les informations du tableau de bord. Les figures 9 et 10 illustrent des possibilités de contrôles et de dépannage des circuits électriques automobiles avec l'invention. La figure 9 représente un boîtier électrique de signalisation arrière B7 avec quatre foyers lumineux LI, L2, L3, L4, quatre interrupteurs MOSFET canal N, quatre protections et quatre points de connexions Al, A2, A3, A4 qui permettent de remonter via des résistances des informations qualifiantes sur les composants, par un connecteur 18 et des conducteurs de faibles sections 1A, 2A, 3A, 4A, vers le tableau de bord. Lorsqu'aucune information de commande ne parvient par RI 1, sur la grille du transistor Cl le transistor est bloqué et la tension sur le point de connexion est maximum 12 Volts ; si la lampe ou le fusible est grillé ce point de connexion AI délivre une tension électrique nulle zéro Volt. Lorsque l'interrupteur à transistor CI est fermé, par une commande du tableau de bord, le point de connexion Al délivre une tension électrique voisine de 0.5 Volt environ, correspondante à la chute de tension dans le transistor CI, et la lampe LI est allumée ; si la tension électrique relevée est de U maximum 12Volts l'interrupteur est défaillant, il est donc possible de connaître l'état des composants du circuit. La figure 10 représente un boîtier électrique 23 de dépannage, avec un circuit électronique 19,20, 21 de vérification de présence de courant par diode LED 22 et des interrupteurs II, 12, 13, 14, ledit boîtier de vérification qui lors d'une recherche de panne électrique sur B8, se branche sur le connecteur 24 du circuit de commande de grille des transistors à la place du connecteur venant du tableau de bord. Lorsque le commutateur Il est fermé, il envoie une information de commande sur la grille de CI qui devient conducteur ; il est possible de constater l'effet LI doit s'allumer, le boîtier de dépannage trouve son efficacité dans la recherche de lampes d'éclairage ou de signalisation grillées ou de fusibles hors service. On remarque que le boîtier de dépannage est alimenté par la polarité positive avec protection et par la polarité négative depuis le boîtier B8. Le ou les boîtiers électriques de récepteurs quelconques et particulièrement le ou les boîtiers d'éclairage ou de signalisation pour véhicules automobiles selon l'invention sont destinés à alléger le câblage, à réorganiser la protection électrique des circuits et des appareils, à miniaturiser les commandes du tableau de bord. Le ou les boîtiers sont destinés aussi à un contrôle constant d'état des composants : fils conducteurs d'énergie, récepteurs, protections et commutations, et permettent une facilité dans la recherche de panne électrique. REVENDICATIONS 1) Boîtier de récepteurs électriques quelconques notamment boîtier de lampes de signalisation ou d'éclairage pour automobile caractérisé par le fait qu'il comporte des systèmes de protection, des systèmes de commutation par semi-conducteur formant interrupteurs et des récepteurs et, par le fait que chaque récepteur est associé à un système de protection et à un système de commutation, lequel boîtier comporte également une broche d'alimentation (1) en énergie électrique, une broche de retour de courant (2) vers la masse, des diodes de protection de circuit de commande des semi-conducteurs ainsi qu'un connecteur (3) de liaison de l'information de commande desdits commutateurs par semi-conducteur. 2) Boîtier électrique pour automobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que les circuits électriques du boîtier reçoivent, via la broche (1), l'énergie électrique par un seul fil conducteur (4) depuis la batterie d'accumulateurs (5), via des connecteurs et une protection de ligne (F3). 3) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'il comporte un connecteur supplémentaire (9) pour acheminer le courant électrique depuis les commutateurs vers des récepteurs associés lotis dans d'autres boîtiers (10, 11,). 4) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que les systèmes de protection et les systèmes de commutation sont des modules électriques enfichables (Ml), qualifiés et déterminés par : le choix du type d'interrupteur à semi-conducteur et le choix du ou des récepteurs. 5) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que des points de connexion sur les circuits électriques entre les récepteurs quelconques ou les lampes réceptrices et les interrupteurs acheminent, via des résistances (R), un connecteur (18) et des conducteurs, vers le tableau de bord des informations électriques qualifiantes sur l'état : des protections, des récepteurs et des interrupteurs desdits circuits. 6) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les circuits de commande des interrupteurs à semi-conducteur reçoivent leurs informations depuis un filtre démodulateur (12) à plusieurs voies lequel filtre est relié électriquement par un seul conducteur (14), via des connecteurs, au filtre modulateur (13) du tableau de bord. 7) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les circuits de commande des interrupteurs à semi-conducteur reçoivent leurs informations électriques depuis des circuits de capteurs (17) optoélectroniques via des fibres optiques (16) et des émetteurs optoélectroniques (15) du tableau de bord. 8) Boîtier électrique pour automobile selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'un boîtier de vérification, (23) composé de plusieurs interrupteurs et d'un circuit électrique et électronique de contrôle (19,20, 21,22,) envoie, lors de recherche de panne électrique, des informations par le connecteur (24) vers les circuits de commande des commutateurs, ledit boîtier de vérification est connectable.