Brevet FR2933832A1 — publié le 20100115

" Carte électronique pour faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire dans un véhicule automobile ". L'invention concerne une carte électronique pour faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire dans un véhicule, notamment dans un véhicule automobile. Dans un contexte automobile il est intéressant de faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire du véhicule. Ceci permet au réseau filaire d'échanger des informations avec le réseau sans fil. Trois types de réseaux sans fil sont considérés. Premièrement, un réseau sans fil à l'intérieur du véhicule automobile, permet de faire coopérer le réseau sans fil avec le réseau filaire, en effet la présence d'un réseau sans fil pour contrôler et commander divers organes du véhicule équipés à cet effet, procure une économie de câblage et une plus grande souplesse de disposition de l'organe dont un changement de place, par exemple pour raison d'encombrement, ne nécessite pas alors de revoir le câblage. Deuxièmement, un réseau sans fil entre plusieurs véhicules automobiles, permet de faire communiquer les réseaux filaires de différents véhicule en transitant par un réseau sans fil reliant plusieurs véhicules. Ceci a pour effet d'autoriser des communications entre des organes reliés à un réseau véhicule mais situés dans des véhicules différents, alors que ces communications seraient impossibles en réseau filaire. Troisièmement, un réseau sans fil entre un véhicule automobile et une infrastructure, permet de faire communiquer un réseau filaire véhicule avec un système d'information placé dans une infrastructure hors automobile en transitant par un réseau sans fil entre le véhicule avec cette infrastructure. Ceci a pour effet d'autoriser des communications entre des organes reliés à un réseau véhicule et un système d'information hors automobile, alors que ces communications seraient impossibles en réseau filaire. Cependant un réseau sans fil utilise généralement des ondes électromagnétiques dont la propagation est sensible dans certains endroits particulièrement perturbés du véhicule. D'autre part, dans un souci constant de réduction des coûts, il est utile de pouvoir utiliser des organes dont le contrôle et la commande ont été prévus par fils. Le besoin se fait donc sentir d'utiliser un réseau filaire en synergie avec un réseau sans fil. L'idée d'adjoindre un réseau sans fils à un réseau filaire est déjà connue dans le domaine de la domotique. Ainsi le document WO2007058415 divulgue une architecture pour communiquer avec des équipements domotiques en liaison avec Internet. Les communications Internet s'appuient sur le protocole IP qui, en dépit de progrès surprenants, par exemple dans le cadre de la voix sur IP, reste un protocole mal adapté au domaine automobile, particulièrement dans les environnements contraignants propres à l'automobile. Ces contraintes sont liées à la sécurité de fonctionnement, à la disponibilité des fonctions, à des aspects de temps, de débit, de topologie et de coût. Ce qui pourrait être toléré sur un équipement domotique, pourrait être catastrophique sur un organe de véhicule, en cas de non respect de ces contraintes (temps, topologie, coût disponibilité, sécurité de fonctionnement), notamment lorsque cet organe fait intervenir la sécurité de fonctionnement ou des passagers. L'application d'une technologie non robuste dans le domaine automobile, tel que IP, obligerait à sécuriser les signaux de contrôle commande, par une architecture à redondance complexe. Cependant une telle démarche entraînerait des complications difficilement compatibles avec une recherche maximale de simplicité dans un véhicule pour des raisons tant d'encombrement que de coût, de fiabilité et de robustesse. Pour remédier aux inconvénients connus de l'état antérieur de la technique, l'invention a pour objet une carte électronique qui pour faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire dans un véhicule automobile, comprend un émetteur récepteur de réseau filaire de type bus de terrain , un module d'émission réception sur réseau sans fil, une antenne connectée au module d'émission réception sans fil pour générer et capter des ondes électromagnétiques et un microcontrôleur agencé pour transcrire à destination du réseau filaire, des informations reçues par le module d'émission réception et/ou pour transcrire à destination du réseau sans fil, des informations reçues par l'émetteur récepteur. Parmi les mises en oeuvres préférées de l'invention, on peut encore citer les caractéristiques selon lesquelles le réseau filaire est régi conformément à la norme ISO 11898 ou à une norme issue de la norme ISO 11898 ; le réseau sans fil est régi conformément à la norme IEEE 802.15.4 ou à une norme issue de la norme IEEE 802.15.4 ; la carte électronique comprend un module d'alimentation pour alimenter au moins l'émetteur récepteur, le module d'émission réception sans fil et le microcontrôleur ; comprend un port série de programmation du microcontrôleur ; comprend un connecteur agencé pour connecter l'émetteur récepteur à une architecture électrique électronique de véhicule comprenant un réseau filaire ; comprend un port série d'interface homme-machine déportée, relié au connecteur alors agencé pour connecter le port série d'interface homme-machine déportée, à une interface homme-machine déportée à l'extérieur de la carte ; comprend un bloc d'entrée/sortie, relié au connecteur alors agencé pour connecter le bloc d'entrée/sortie individuellement à des organes du véhicule ; et/ou comprend une interface homme-machine directe avec la carte ; ou encore comprend une mémoire. Avantageusement un module d'alimentation pour alimenter les composants de la carte, est relié au connecteur de façon à connecter le module d'alimentation à une source d'alimentation électrique du véhicule. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma bloc de carte électronique conforme à l'invention ; - la figure 2 est un schéma bloc de carte électronique comprenant les éléments essentiels pour mettre en oeuvre l'invention. En référence à la figure 1, une carte électronique 1 comprend différents blocs, parmi lesquels on distingue un microcontrôleur 2, un émetteur-récepteur CAN 3, un module ZIGBEE 4, un port série de programmation 17, un port série d'interface homme-machine (IHM) déportée 18, une antenne 5, un module d'alimentation 6, une interface homme-machine 7 directe avec la carte et une mémoire 8. Le microcontrôleur 2 comprend des interfaces pour dialoguer avec les autres blocs de la carte 1. Une liaison 9 idoine d'émission réception entre microcontrôleur et CAN permet de dialoguer avec l'émetteur-récepteur 3. Une liaison série 10, par exemple de type RS232, permet de dialoguer avec le module 4. Une interface de téléchargement et programmation 11, par exemple de type JTAG, permet de dialoguer avec le port série 17. Un lien d'alimentation 12 est connectée au bloc d'alimentation 6. Une liaison série 13, par exemple de type RS232, permet de dialoguer avec le bloc 7 d'interface homme-machine. Les entrées/sorties supplémentaires 14 sont optionnellement raccordées à un bloc d'entrée/sortie supplémentaire 16. Optionnellement, une interface 15 est raccordée au bloc de mémoire 8. Un micro-logiciel dédié à chaque interface, est hébergé dans le microcontrôleur 2 pour gérer les ressources matérielles associées à chaque interface. De plus, le microcontrôleur est agencé pour exécuter au moins un logiciel applicatif. La carte électronique 1 comprend également un connecteur 19, raccordé d'une part à l'intérieur de la carte avec l'émetteur-récepteur 3, l'ensemble d'entrées/sorties supplémentaires 16 en option, le port série 18 d'interface homme-machine déportée en option et le port série de programmation 17, et d'autre part agencé pour être raccordé à l'extérieur de la carte avec un outil de programmation 22, une interface homme-machine déportée 21 optionnelle et une architecture électrique et électronique 20 de véhicule comprenant un bus de type CAN. Le bus CAN (Controler Area Network en langue étrangère) est un bus système série dont l'utilisation se généralise dans le secteur de l'automobile. De façon connue, l'accès au bus CAN exploite une technique CSMA/CR (écoute de chaque station avant de parler mais sans tour de parole, résolution des collisions par priorité). Pour plus de détails, on peut se référer aux normes 11898-2 et 11898-3. Le bus ou réseau CAN a pour objectif de réduire la quantité de câbles dans les véhicules en faisant communiquer les différents organes sur un bus unique et non plus sur des lignes dédiées. Dans la carte électronique 1, l'émetteur-récepteur CAN 3 est relié au connecteur 19, au microcontrôleur 2 et au bloc d'alimentation 6. L'émetteur-récepteur 3 est agencé pour lire physiquement les données du réseau CAN de l'architecture 20 via le connecteur 19 et pour transformer ces données en signaux interprétables par le microcontrôleur 2. L'émetteur-récepteur 3 est aussi agencé pour écrire physiquement des données sur le réseau CAN 20 via le connecteur 19 à partir de signaux issus du microcontrôleur 2. L'interface CAN 9 est pilotée par un micro-logiciel de communication CAN qui permet au microcontrôleur 2 dans lequel il réside, de recevoir et d'émettre de l'information numérique sur des trames CAN. Le micro- logiciel de communication CAN est ordonnancé dans le microcontrôleur de façon à filtrer les trames CAN à émettre ou à recevoir en fonction d'une liste d'identifiants CAN, extraire les données d'une trame CAN reçue, recevoir et émettre des trames CAN périodiques ou événementielles, définir la période d'une trame CAN à émettre, créer une trame CAN à émettre et paramétrer les phases de vie réseau CAN du microcontrôleur 2 en fonction de communication avec le microcontrôleur principal, non représenté, qui gère le fonctionnement du véhicule. Dans la carte électronique 1, le module ZIGBEE 4 est connecté à l'antenne 5, au microcontrôleur 2 et au bloc d'alimentation 6. Le module 4 est agencé pour lire physiquement les données radiofréquences via l'antenne et les transformer en signaux interprétables par le microcontrôleur, pour émettre physiquement des données radiofréquences via l'antenne à partir de signaux du microcontrôleur et pour créer, gérer et paramétrer un réseau sans fil utilisant de préférence le protocole ZIGBEE. Le protocole ZIGBEE est décrit dans la norme IEEE 802.15.4. C'est un protocole de communication radio qui peut fonctionner avec environ 32 kilooctets de mémoire alors que le protocole de la norme 802.15.1 nécessite environ 250 kilooctets de mémoire et le protocole de la norme 802.11 a/b/g (Wi-Fi) nécessite environ un mégaoctet de mémoire. Le protocole de la norme 802.15.4 plus simple que les protocoles des deux autres normes, est plus faible consommateur en énergie, de sorte qu'il offre une autonomie sur pile se comptant en mois ou en années, alors que le protocole de la norme 802.15.1 a une autonomie sur pile de quelques jours et le protocole de la norme 802.11 a/b/g a une autonomie sur pile de quelques heures avec une alimentation par piles. Le nombre de noeuds est lui aussi plus avantageux avec le protocole de la norme 802.15.4 dans laquelle un même canal de communication permet de gérer théoriquement 65000 noeuds. Dans les mises en oeuvre courantes, on note des réseau comptant plusieurs centaine de noeuds sur le même réseau géré par un seul coordinateur de réseau. En comparaison, le protocole de la norme 802.15.1 permet de gérer 7 noeuds et le protocole de la norme 802.11 a/b/g permet de gérer sensiblement 32 noeuds sur un même canal de communication. Dans la carte électronique 1, l'antenne 5 est agencée pour s'interfacer avec d'une part, le module 4, et d'autre part, les ondes radiofréquences portées par l'air. L'antenne 5 permet d'émettre physiquement des ondes radiofréquences (QHF) à partir de signaux du module ZIGBEE et de recevoir physiquement des ondes radiofréquences (QHF) pour les transformer en signaux interprétables par le module 4. L'interface de liaison série RS232 10 est pilotée par un micro-logiciel de communication RS232 qui permet au microcontrôleur 2 dans lequel il réside, de recevoir et d'émettre de l'information numérique sur des trames série RS232 échangées avec le module 4, cette liaison série 10 peut être augmentée de quelques liaisons filaires véhiculant des informations sur la disponibilité du module Zigbee 4 ou du microcontrôleur 2. Le micro-logiciel de communication RS232 est ordonnancé dans le microcontrôleur de façon à doter cette liaison d'un protocole permettant de paramétrer la liaison série, filtrer les trames série à émettre ou à recevoir en fonction d'une liste d'identifiants RS232, extraire un identifiant d'une trame RS232 reçue, recevoir et émettre des trames série périodiques ou événementielles, lire et écrire les paramètres du module 4, lire et écrire le micro-logiciel (firmware en langue étrangère) d'un microcontrôleur non représenté dans le module 4 et chargé de gérer la liaison ZIGBEE. Le bloc d'alimentation 6 est agencé pour alimenter en énergie le microcontrôleur, l'émetteur-récepteur CAN, le module ZIGBEE, les ports série pour la programmation et l'interface homme-machine déportée, l'interface homme machine, la mémoire et le connecteur. Le bloc d'alimentation 6 est relié au connecteur 19 de façon à recevoir de l'énergie de l'architecture électronique du véhicule. Le bloc d'alimentation 6 est régulé de façon à mettre à niveau et à protéger les niveaux de tension et de courant dans la carte 1. Le bloc d'alimentation 6 est agencé de façon à distribuer aux éléments cités ci-dessus ces niveaux de courant et de tension. L'interface 12 du microcontrôleur 2 avec le bloc d'alimentation 6, est exploitée par un micro-logiciel du microcontrôleur qui permet de paramétrer la gestion d'alimentation de la carte électronique 1. En référence à la figure 2, de façon à faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire dans un véhicule automobile, les éléments essentiels de la carte électronique 1, comprennent : - l'émetteur récepteur 3 de réseau filaire ; - le module d'émission réception 4 sur réseau sans fil ; - l'antenne 5 connectée au module d'émission réception 4 pour générer et capter des ondes électromagnétiques ; - le microcontrôleur 2 agencé pour transcrire à destination du réseau filaire, des informations reçues par le module d'émission réception 4 et/ou pour transcrire à destination du réseau sans fil, des informations reçues par l'émetteur récepteur 3. Particulièrement, le réseau filaire est de type CAN, plus généralement, le réseau filaire est régi 35 conformément à la norme ISO 11898 ou à une norme issue de la norme ISO 11898. Le réseau sans fil est de type ZIGBEE, plus généralement, le réseau sans fil est régi 30 conformément à la norme IEEE 802.15.4 ou à une norme issue de la norme IEEE 802.15.4. Dans la carte électronique, le module d'alimentation 6, pour alimenter au moins l'émetteur récepteur 3, le module d'émission réception 4 et le microcontrôleur 2, est agencé pour s'interfacer avec une alimentation, y compris sa masse associée, de l'architecture électrique électronique du véhicule. Le microcontrôleur possède un logiciel applicatif haut niveau qui permet de réaliser des applications en utilisant les fonctions de différents logiciels de bases et d'autres ressources du microcontrôleur. Parmi les logiciels de base, on trouve les micro-logiciels précédemment mentionnés. Le port série 17 de programmation du microcontrôleur 2 est connectable à l'outil de programmation 22 qui permet de coder, paramétrer, compiler, éditer les liens, déboguer et télécharger le programme du microcontrôleur de la carte électronique. L'outil de programmation 22 permet aussi de coder, paramétrer, compiler, éditer les liens, déboguer et télécharger le programme du module ZIGBEE de la carte électronique via le microcontrôleur 2. Le port série de programmation s'interface avec le connecteur, le microcontrôleur et le bloc d'alimentation. Le port série de programmation est agencé pour recevoir physiquement les données de programmation de l'outil de programmation via le connecteur et de transformer les données reçues en signaux interprétable par le microcontrôleur. Le port série de programmation est aussi agencé pour émettre physiquement les données de programmation vers l'outil de programmation via le connecteur à partir de signaux générés par le microcontrôleur. Le connecteur 19 est agencé pour connecter l'émetteur récepteur 3 à l'architecture électrique électronique 20 de véhicule de façon à interfacer la carte avec le réseau CAN de type réseau filaire. Des connecteurs distincts peuvent être prévus pour connecter en option le port série 18 d'interface homme-machine déportée, à l'interface homme-machine déportée 21 à l'extérieur de la carte 1, pour connecter le bloc d'entrée/sortie 16 individuellement à des organes du véhicule, pour connecter le module d'alimentation 6 à une source d'alimentation électrique du véhicule. L'agencement d'un connecteur unique, en l'occurrence le connecteur 19, pour connecter l'ensemble des composants de la carte qui nécessitent d'être connectés par fil, en réseau ou individuellement, à l'extérieur de la carte, simplifie considérable le raccordement de la carte à l'architecture électrique du véhicule. Des contraintes liées au faisceau du véhicule peuvent rendre avantageux d'agencer les interfaces de la carte électronique sur plusieurs connecteurs. Le connecteur vers l'interface de programmation peut par exemple, dans un souci économique, être réduit à sa plus simple expression. Parmi les options présentées en référence à la figure 1, on note que la carte électronique est agrémentée d'une interface homme-machine simple 7, en d'autres termes, directe avec la carte. Cette interface en liaison avec le microcontrôleur et le bloc d'alimentation, permet de visualiser des états du microcontrôleur parmi lesquels on cite à titre purement illustratif, les états d'alimentation et d'activité. L'interface 7 permet aussi de piloter simplement certains états du microcontrôleur tels que par exemple la remise à zéro (reset en langue étrangère). Lorsque la carte électronique comprend la mémoire 8, celle-ci s'interface avec le microcontrôleur et le bloc d'alimentation de façon à pouvoir stocker des informations utiles au microcontrôleur pour configurer le module Zigbee et faire des calculs. Lorsque la carte électronique comprend des entrées sorties supplémentaire qui s'interfacent avec le microcontrôleur et le connecteur, ces entrées sorties permettent de recevoir physiquement des données de l'architecture électrique électronique du véhicule via le connecteur et les transformer en signaux interprétables par le microcontrôleur hors du réseau CAN. Ces entrées sorties permettent aussi d'émettre physiquement des données à destination de l'architecture électrique électronique du véhicule via le connecteur à partir de signaux générés par le microcontrôleur hors du réseau CAN. Ainsi, en fonction des besoins non couverts par le réseau CAN, la carte électronique peut s'interfacer avec des entrées sorties supplémentaires de l'architecture électronique du véhicule. Lorsque la carte électronique comprend un port série d'interface homme machine déportée qui s'interface avec le microcontrôleur, le bloc d'alimentation et le connecteur, ce port série permet de recevoir physiquement des données de l'interface homme machine déportée via le connecteur et de les transformer en signaux interprétables par le microcontrôleur hors du réseau CAN. Ce port série permet aussi d'émettre physiquement des données vers l'interface homme machine déportée via le connecteur à partir de signaux générés par le microcontrôleur hors du réseau CAN. Ainsi, en fonction des besoins non couverts par le réseau CAN et les entrées sorties, la carte électronique peut s'interfacer avec l'interface homme machine déportée. L'invention est particulièrement utile en termes d'application industrielle car elle permet de faire coopérer le réseau filaire d'un véhicule avec un réseau sans fil via la carte électronique 1, pour relier soit : - des composants du véhicule ; - le véhicule avec un autre véhicule ; - le véhicule avec une infrastructure.35 REVENDICATIONS1. Carte électronique (1) pour faire coopérer un réseau sans fil avec un réseau filaire dans un véhicule 5 automobile, comprenant : - un émetteur récepteur (3) de réseau filaire ; - un module d'émission réception (4) sur réseau sans fil ; - une antenne (5) connectée au module d'émission réception (4) pour générer et capter des ondes électromagnétiques ; - un microcontrôleur (2) agencé pour transcrire à destination du réseau filaire, des informations reçues par le module d'émission réception (4) et/ou pour transcrire à destination du réseau sans fil, des informations reçues par l'émetteur récepteur (3). 2. Carte électronique selon la revendication 1, 20 caractérisée en ce que le réseau filaire est régi conformément à la norme ISO 11898 ou à une norme issue de la norme ISO 11898. 3. Carte électronique selon la revendication 1 ou 25 2, caractérisée en ce que le réseau sans fil est régi conformément à la norme IEEE 802.15.4 ou à une norme issue de la norme IEEE 802.15.4. 4. Carte électronique selon l'une des 30 revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un module d'alimentation (6) pour alimenter au moins l'émetteur récepteur (3), le module d'émission réception (4) et le microcontrôleur (2). 35 5. Carte électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle 10 15comprend un port série (17) de programmation du microcontrôleur (2). 6. Carte électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un connecteur (19) agencé pour connecter l'émetteur récepteur (3) à une architecture électrique électronique (20) de véhicule comprenant un réseau filaire. 7. Carte électronique selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un port série (18) d'interface homme-machine déportée, relié au connecteur (19) et en ce que le connecteur (19) est agencé pour connecter le port série (18) d'interface homme-machine déportée, à une interface homme-machine déportée (21) à l'extérieur de la carte (1). 8. Carte électronique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un bloc d'entrée/sortie (16), relié au connecteur (19) et en ce que le connecteur (19) est agencé pour connecter le bloc d'entrée/sortie (16) individuellement à des organes du véhicule. 9. Carte électronique selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un module d'alimentation (6) pour alimenter les composants de la carte, ledit module d'alimentation (6) étant relié au connecteur (19) de façon à connecter ledit module d'alimentation (6) à une source d'alimentation électrique du véhicule. 10. Carte électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une interface homme-machine (7) directe avec la carte. 11. Carte électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une mémoire (8).5