Brevet FR2954864A1 — publié le 20110701

DISPOSITIF DE DISTRIBUTION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE DISPONIBLE DANS UN VEHICULE ET PROCEDE CORRESPONDANT Domaine technique L'invention concerne la gestion optimisée de l'énergie électrique disponible dans un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement la distribution de l'énergie électrique à des modules électroniques consommateurs d'énergie embarqués dans un véhicule. L'invention trouve notamment son application dans les véhicules automobiles de type électrique, ou de type thermique et électrique (également nommée « full hybride » ou « plugin hybride »), pour lesquels une optimisation de la consommation de l'énergie électrique disponible à bord du véhicule est recherchée. Etat de la technique antérieure Un véhicule automobile est notamment équipé de plusieurs organes tels que par exemple rétroviseurs, ouvrants, amortisseurs actifs, moteur thermique, moteur électrique, et autres accessoires analogues participant notamment au fonctionnement du véhicule, à la sécurité ou au confort des occupants du véhicule. De manière générale, chaque organe est commandé par un calculateur (ou ECU, acronyme anglo-saxon pour « Electronic control Unit » ou Unité de Commande Electronique). En outre, un organe peut être mis en mouvement par l'intermédiaire d'un actionneur commandé par l'un des calculateurs. Ces actionneurs et calculateurs sont alimentés par un générateur de tension, tel qu'une batterie (ou un convertisseur de tension DC/DC û AC/DC) délivrant une tension de l'ordre de 13,5 volts par exemple, embarquée à bord du véhicule, et sont donc consommateurs d'énergie électrique. Classiquement, la tension générée par la batterie 5 est distribuée à tous les calculateurs 21, 22, 23 et actionneurs 31, 32, 33 pour le fonctionnement des organes 41, 42, 43 embarqués à bord du véhicule, via des modules de traitement 11, 12, 13 de ladite tension batterie, comme illustré sur la figure 1. Chacun des modules de traitement 11, 12, 13 alimente donc un calculateur 21, 22, 23 ainsi que l'actionneur 31, 32, 33 commandé par ledit calculateur 21, 22, 23 , et permet de filtrer et de réguler la tension de la batterie 5. Chaque module de traitement 11, 12, 13 est notamment muni de moyen de filtrage de bruit présent dans la tension délivrée par la batterie, ainsi que des moyens de stockage de l'énergie pour les phases transitoires (démarrage du moteur thermique ou démarrage et arrêt des moteurs électriques de type moteur triphasé, commutation de tension batterie et de tension d'alternateur, etc...). Par exemple, chaque module de traitement 11, 12, 13 comprend une diode 61, 62, 63 de protection d'inversion de polarité, un condensateur 71, 72, 73 chimique pour le stockage de l'énergie et un régulateur 81, 82, 83 de type convertisseur DC-DC. Le calculateur 21, 22, 23, 24 est connecté à la sortie du régulateur 81, 82, 83 de tension et est alimenté avec une tension de 5,8 volts par exemple. L'actionneur 31, 32, 33 est connecté à la sortie de la diode 61, 62, 63 et est alimenté avec une tension de 12 volts par exemple. Dans cette solution, il y a donc au moins autant de diodes, de capacités de stockage et de régulateurs que de calculateurs ou d'organes embarqués dans le véhicule, induisant, outre une consommation non négligeable de l'énergie électrique, un coût de fabrication important. Afin d'optimiser la consommation d'énergie induit par le fonctionnement des organes embarqués, une solution de l'art antérieur consiste à classer les organes en fonction de leur degré de criticité lié à la sécurité du véhicule dans certaines situations de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule), telle que par exemple une phase de roulage, une phase de démarrage, une phase d'accélération, phase de freinage, ou une phase d'arrêt du véhicule avec moteur tournant. Par exemple, pendant la phase de roulage, on peut distinguer deux groupes d'organes : les organes sécuritaires (ou prioritaires) dont le fonctionnement est essentiel à la sécurité des occupants du véhicule, et les organes non-sécuritaires (ou équipement de confort et de servitude) dont le fonctionnement n'est pas indispensable à la sécurité des occupants du véhicule. Les calculateurs sécuritaires contrôlant ces organes sécuritaires sont par exemple le calculateur central d'habitacle, le calculateur moteur thermique ou moteur électrique, le calculateur sous capot (ou USM acronyme anglo-saxon pour Underhood Switching Module), le calculateur pour la direction assistée, le calculateur pour le contrôle de trajectoire, le calculateur de charge batterie (BMS acronyme anglo-saxon pour Battery Management System) pour les moteurs électriques des véhicules électriques ou hybrides. Les calculateurs non-sécuritaires contrôlant ces organes non-sécuritaires sont par exemple les calculateurs des ouvrants (tels que lève-vitres, toit ouvrant, porte du coffre motorisée), les calculateurs pour le réglage des sièges, le calculateur de commande d'allumage des phares de jour. Bien entendu, la liste de ces organes sécuritaires et non-sécuritaires n'est pas exhaustive et dépend des équipements embarqués dans le véhicule. Pour réduire la consommation de l'énergie électrique, le document FR 2 911 697 propose un procédé de surveillance des commandes relatives aux organes non-sécuritaires peu actives pendant la phase de roulage du véhicule. Ces commandes non sécuritaires sont par exemple la commande d'un lève-vitre ou la commande d'un toit ouvrant. Cette surveillance est notamment basée sur une temporisation (ou time-out) au bout de laquelle, si aucune sollicitation de la part de l'usager n'est enregistrée, les calculateurs de ces organes sont mis en mode veille (ou sleep mode) afin de réduire leur consommation électrique, ces organes n'étant réactivés que lors d'une nouvelle sollicitation par l'usager. De même, le document WO 2008-079084 propose une solution basée sur 30 l'activation ou non des organes plus ou moins prioritaires en fonction d'une temporisation programmable. Dans les deux solutions présentées précédemment, bien que la consommation électrique soit réduite par la mise en veille des calculateurs associés aux organes non-sécuritaires, lors de l'activation de ces organes, la consommation électrique liée aux composants électroniques intégrés dans les modules de traitement n'est pas négligeable. En outre, la réalisation de cette solution est complexe car elle nécessite au moins la mise en place d'une gestion du bus de communication et de la messagerie CAN (acronyme anglo-saxon pour « control area network »). Par ailleurs, ces solutions de l'art antérieur ne permettent pas de réduire le coût de fabrication. Dans ce contexte, la présente invention a notamment pour but de proposer une autre solution moins complexe permettant d'une part de réduire la consommation de l'énergie électrique disponible à bord du véhicule, et d'autre part de réduire le coût de fabrication. Exposé de l'invention L'invention a ainsi pour objet un dispositif de distribution de l'énergie électrique disponible à bord d'un véhicule automobile de type électrique (ou EV 20 acronyme anglo-saxon pour Electrique Vehicle), ou thermique et électrique (ou « full hybride » ou « plugin hybride electric vehicle PHEV » ou electrical grid), à une pluralité de modules de pilotage destinés au fonctionnement des organes embarqués dans ledit véhicule, ledit fonctionnement de chacun des organes étant corrélé à un degré de criticité lié à la sécurité dudit véhicule. 25 Selon l'invention, le dispositif de distribution comprend au moins : - un module de traitement de ladite énergie électrique, apte à générer au moins une tension adaptée à l'alimentation desdits modules de pilotage ; et - un commutateur de puissance programmable, apte à relier au moins un desdits 30 modules de pilotage audit module de traitement en fonction au moins de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement de l'organe associé15 audit module de pilotage dans ladite situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule). En d'autres termes, contrairement à l'art antérieur dans lequel les calculateurs ou actionneurs sont alimentés via des modules de traitement distincts, induisant l'utilisation d'une pluralité de diodes et de capacités de stockage et de régulateurs, au moins en nombre égal à celui des organes, la solution de l'invention propose de remplacer l'ensemble des modules de traitement de l'art antérieur par un seul et unique module de traitement pour alimenter l'ensemble des modules de pilotage. La connexion d'un module de pilotage au module de traitement dépend notamment de la situation de vie du véhicule, ainsi que du degré de criticité du fonctionnement de l'organe associé dans ladite situation de vie. Ainsi, un seul module de traitement alimentant l'ensemble des modules de pilotage des organes, l'utilisation de composants électroniques est réduite par rapport aux solutions de l'art antérieur nécessitant par exemple autant de diodes de protection que de modules de pilotage ou d'organes embarqués dans le véhicule. Dans une autre variante, il est possible de dissocier le module de traitement alimentant un type de modules de pilotage tels que calculateurs, et le module de 20 traitement alimentant un autre type de modules de pilotage tels que actionneurs. Avantageusement, ladite pluralité de modules de pilotage comprend des calculateurs et des actionneurs, lesdits calculateurs commandant les actionneurs, les actionneurs actionnant les organes, ledit module de traitement est apte à générer 25 sur une première sortie une tension adaptée à l'alimentation des calculateurs, et à générer sur une deuxième sortie une tension adaptée à l'alimentation des actionneurs. De préférence, le dispositif de distribution de l'énergie comprend en outre : - un premier commutateur de puissance programmable, apte à relier au moins un 30 des calculateurs à la première sortie du module de traitement au moins en fonction de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement de l'organe associé audit calculateur dans ladite situation de vie du véhicule ; et - un deuxième commutateur de puissance programmable, apte à relier au moins un des actionneurs à la deuxième sortie du module de traitement au moins en fonction de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement dudit organe associé dans ladite situation de vie du véhicule. Par exemple, l'énergie électrique disponible est une tension délivrée par une 10 batterie embarquée dans ledit véhicule. Le module de traitement peut comprendre au moins : - une diode de protection d'inversion de polarité ; - une capacité de stockage apte à stocker de l'énergie pendant la phase de 15 démarrage du véhicule et à filtrer les bruits présents dans l'énergie électrique du réseau ; et - un convertisseur de tension continue (ou « DC-DC converter » en anglais). L'invention a également pour objet un véhicule comprenant au moins : 20 - une batterie ; - un dispositif de distribution de l'énergie tel que présenté précédemment ; et - une pluralité de calculateurs et d'actionneurs alimentés par l'intermédiaire dudit dispositif de distribution destinés à piloter des organes embarqués dans ledit véhicule. 25 L'invention a également pour objet un procédé de distribution de l'énergie électrique disponible dans un véhicule automobile, destinée à l'alimentation électrique d'une pluralité de modules de pilotage embarqués dans ledit véhicule. Le procédé comprend au moins des étapes de : 30 - génération d'une tension adaptée à l'alimentation des modules de pilotage ; - vérification de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) ; - vérification du degré de criticité du fonctionnement de chaque organe dans ladite situation de vie du véhicule ; et - pour chaque organe, en fonction du degré de criticité de leur fonctionnement dans la situation de vie du véhicule, alimenter le module de pilotage associé audit organe avec ladite tension adaptée. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement 10 de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1, décrite précédemment, est une représentation schématique d'un système de distribution de l'énergie électrique de l'art antérieur ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un système de distribution de 15 l'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 3 est une représentation schématique d'un système de distribution de l'énergie électrique selon un autre mode de réalisation de l'invention. Exposé détaillé d'un mode de réalisation particulier 20 En référence à la figure 2, un système de distribution de l'énergie électrique embarqué dans un véhicule, comprend notamment : - une batterie 5 délivrant par exemple une tension de l'ordre de 13,5 volts ; - un dispositif de distribution 1 de l'énergie selon un premier mode de réalisation 25 de l'invention délivrant par exemple une tension filtrée et régulée de l'ordre de 5,8 volts ; et - des modules de pilotages tels que des calculateurs 21, 22, 23, 24 (sécuritaires et non-sécuritaires) pilotant des organes (non représentés) dont le fonctionnement est corrélé à un degré de criticité lié notamment à la sécurité du véhicule dans 30 une situation de vie donnée. Le dispositif de distribution 1 comprend notamment : - un module de traitement 10 de la tension délivrée par la batterie 5, apte à générer une tension adaptée (de l'ordre de 5,8 volts par exemple) pour l'alimentation des calculateurs 21, 22, 23, 24 ; et - un commutateur 91 de puissance programmable, apte à relier les calculateurs 21, 22, 23, 24 au module de traitement 10 en fonction de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement de l'organe associé au module de pilotage dans la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule). Le module de traitement 10 comprend notamment : - une diode 60 de protection d'inversion de polarité ; - une capacité de stockage 70 (par exemple une capacité chimique) apte à stocker de l'énergie pendant la phase de démarrage du véhicule et à filtrer les bruits présents dans l'énergie électrique du réseau ; et - un convertisseur de tension 80 de type continue-continue délivrant une tension adaptée pour l'alimentation des calculateurs. Le commutateur 91 de puissance programmable est piloté par une unité de 20 commande 90, et est apte à relier les calculateurs 21, 22, 23, 24 au régulateur en fonction de leur degré de criticité et de la situation de vie du véhicule. Le procédé de distribution de l'énergie électrique peut comprendre des étapes de : 25 - génération d'une tension adaptée à l'alimentation des modules de pilotage ; - vérification de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) ; - vérification du degré de criticité du fonctionnement de chaque organe dans ladite situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des 30 profils de mission du véhicule) ; et - pour chaque organe, en fonction de leur degré de criticité dans la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule), alimenter le calculateur associé audit organe avec ladite tension adaptée. Par exemple, pendant la phase de roulage, les calculateurs sécuritaires sont alimentés en permanence, alors que les calculateurs non-sécuritaires sont alimentés suivant une logique dite « d'activation des prestations » qui peut consister en une logique qui : - alimente le calculateur d'habitacles BCM (acronymes anglo-saxon pour Body control Module) après la dé-condamnation des portes ; - alimente le calculateur de toit ouvrant après le réveil du calculateur d'habitacle BCM ; - coupe l'alimentation du calculateur de la porte du coffre lorsque la vitesse du véhicule est supérieure à 7 km/h par exemple. Ainsi, dans cet exemple particulier, lors de la phase de roulage, l'alimentation des calculateurs 21, 22, 23, 24 est centralisée par le seul dispositif de distribution, et la distribution de l'énergie est variable en fonction du type de calculateur (selon qu'il est sécuritaire ou non-sécuritaire) et de la situation de vie dans laquelle se trouve le véhicule. En référence à la figure 3, un autre système de distribution de l'énergie électrique embarqué dans un véhicule, comprend notamment : - une batterie 5 délivrant par exemple une tension de l'ordre de 13,5 volts ; - un dispositif de distribution 1 de l'énergie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, délivrant par exemple une tension filtrée et régulée de l'ordre de 5,8 volts ; - des modules de pilotages tels que des calculateurs 21, 22 et des actionneurs 13, 32, les actionneurs 31, 32 étant commandés par les calculateurs 21, 22 et les organes 41, 42 étant mis en mouvement par les actionneurs 31, 32, le fonctionnement d'un organe 41, 42 étant corrélé à un degré de criticité lié notamment à la sécurité du véhicule dans une situation de vie donnée. Le dispositif de distribution selon cet autre mode de réalisation comprend notamment : - un module de traitement 10 de la tension délivrée par la batterie, apte à générer une première tension adaptée (de l'ordre de 5,8 volts par exemple) pour l'alimentation des calculateurs, et une deuxième tension adaptée (de l'ordre de 12 volts par exemple) pour l'alimentation des actionneurs ; - un premier commutateur 91 de puissance programmable par une unité de commande 90, apte à relier les calculateurs 21, 22 à la première sortie du module de traitement en fonction notamment de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement des organes associés ; et - un deuxième commutateur 92 de puissance programmable par la même unité de commande 90, apte à relier les actionneurs 31, 32 à la deuxième sortie du module de traitement en fonction notamment de la situation de vie du véhicule (ou des phases de vie du véhicule ou des profils de mission du véhicule) et du degré de criticité du fonctionnement des organes associés. L'exemple relatif à la stratégie d'alimentation exposé pour le premier mode de réalisation peut également être appliqué à ce deuxième mode de réalisation. 20 Ainsi, contrairement à l'art antérieur dans lequel les calculateurs et/ou actionneurs sont alimentés via des modules de traitement distincts, induisant non seulement une consommation non négligeable des composants électroniques présent dans les modules de traitement, mais également un cout de fabrication 25 important, la solution de l'invention propose de remplacer l'ensemble des modules de traitement de l'art antérieur par un seul et unique module de traitement pour alimenter l'ensemble des modules de pilotage. Ainsi, l'utilisation de composants électronique étant réduite, le coût de fabrication ainsi que la consommation de l'énergie électrique disponible à bord du véhicule est également réduite. De plus, 30 cette solution autorise la mise en place d'une stratégie d'alimentation dépendant du degré de criticité du fonctionnement des organes dans une situation de vie du véhicule, permettant d'optimiser et de réduire d'avantage la consommation de l'énergie électrique. En outre, la réduction de la consommation d'énergie électrique induit une réduction de l'émission gaz carbonique néfaste pour l'environnement, et la réduction du nombre de modules de traitement permet un gain de place non négligeable dans le véhicule.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de distribution de l'énergie électrique disponible à bord d'un véhicule automobile, à une pluralité de modules de pilotage (21, 22, 31, 32) destinés au fonctionnement des organes (41, 42) embarqués dans ledit véhicule, ledit fonctionnement de chacun des organes (41, 42) étant corrélé à un degré de criticité lié à la sécurité dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : - un module de traitement (10) de ladite énergie électrique, apte à générer au 10 moins une tension adaptée à l'alimentation desdits modules de pilotage (21, 22, 31, 32) ; et - un commutateur de puissance (91, 92) programmable, apte à relier au moins un desdits modules de pilotage (21, 22, 31, 32) audit module de traitement en fonction (10) au moins de la situation de vie du véhicule et du degré de criticité 15 du fonctionnement de l'organe (41, 42) associé audit module de pilotage (21, 22, 31, 32) dans ladite situation de vie du véhicule. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité de modules de pilotage comprend des calculateurs (21, 22) et des actionneurs (31, 20 32), lesdits calculateurs (21, 22) commandant les actionneurs (31, 32), les actionneurs (31, 32) actionnant les organes (41, 42), ledit module de traitement (10) est apte à générer sur une première sortie une tension adaptée à l'alimentation des calculateurs (21, 22), et à générer sur une deuxième sortie une tension adaptée à l'alimentation des actionneurs (31, 32), et en ce que le dispositif de 25 distribution (1) de l'énergie comprend en outre : - un premier commutateur de puissance (91) programmable, apte à relier au moins un des calculateurs (21, 22) à la première sortie du module de traitement (10) au moins en fonction de la situation de vie du véhicule et du degré de criticité du fonctionnement de l'organe (41, 42) associé audit 30 calculateur (21, 22) dans ladite situation de vie du véhicule ; et - un deuxième commutateur de puissance (92) programmable, apte à relier au moins un des actionneurs (31, 32) à la deuxième sortie du module detraitement (10) au moins en fonction de la situation de vie du véhicule et du degré de criticité du fonctionnement dudit organe (41, 42) associé dans ladite situation de vie du véhicule. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie électrique disponible est une tension délivrée par une batterie (5) embarquée dans ledit véhicule. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le 10 module de traitement (10) peut comprendre au moins : - une diode (60) de protection d'inversion de polarité ; - une capacité de stockage (70) apte à stocker de l'énergie pendant une phase de démarrage du véhicule et à filtrer les bruits présents dans l'énergie électrique du réseau ; et 15 - un convertisseur de tension (80) continue. 5. Véhicule automobile comprenant au moins : - une batterie (5) ; - un dispositif de distribution (1) de l'énergie selon l'une des revendications 1 à 20 4 ; et - une pluralité de calculateurs (21, 22) et d'actionneurs (31, 32) alimentés par l'intermédiaire dudit dispositif de distribution (1) destinés à piloter des organes (41, 42) embarqués dans ledit véhicule. 25 6. Procédé de distribution de l'énergie électrique disponible dans un véhicule automobile, destinée à l'alimentation électrique d'une pluralité de modules de pilotage (21, 22, 31, 32) embarqués dans ledit véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des étapes de : - génération d'une tension adaptée à l'alimentation des modules de pilotage (21, 30 22, 31, 32) ; - vérification de la situation de vie du véhicule ;- vérification du degré de criticité du fonctionnement de chaque organe dans ladite situation de vie du véhicule ; et - pour chaque organe (41, 42), en fonction du degré de criticité de leur fonctionnement dans la situation de vie du véhicule, alimenter le module de pilotage (21, 22, 31, 32) associé audit organe (41, 42) avec ladite tension adaptée.