Brevet FR3039667A1 — publié le 20170203

Système de commande de l'alimentation électrique d'un aéronef. L'invention a pour domaine technique la commande de systèmes de distribution électrique, et plus particulièrement la commande sécurisée de tels systèmes Un aéronef possède en général un système électrique comprenant notamment un système de distribution primaire d'énergie électrique et un système de distribution secondaire. Ce système de distribution secondaire permet de protéger et de distribuer la puissance électrique provenant de sources internes, par exemple des générateurs ou des batteries, ou de sources externes, telles que des groupes de parc. Le système de distribution secondaire comprend des organes de commutation commandés, notamment par des cartes de commande ENMU (acronyme anglophone pour « Electrical Network Management Unit », unité de gestion de réseau électrique). Les organes de commutation sont des éléments modulaires aisément interchangeables, commandant des lignes d'alimentation électrique bénéficiant généralement d'une redondance pour les plus critiques d'entre elles. Les cartes de commande constituent une partie cruciale et centralisée de la gestion de la distribution électrique dans un aéronef. Les cartes de commande sont des éléments conçus pour des taches spécifiques et difficilement interchangeables ou remplaçables. Lors de la maintenance d'un aéronef, il est ainsi plus aisé de changer un organe de commutation qu'une carte de commande. De l'état de la technique antérieure, on connaît des systèmes de commande d'organes de commutation comprenant au moins deux cartes de commande 1, 3 connectées chacune à un organe de commutation 2, 4. La figure 1 illustre un tel système. Comme on peut le voir, une carte de commande 1,3 comprend, connectés en série, un processeur 5a,5b, un moyen de détermination de 3039667 2 la commande à transmettre 6a,6b, un moyen de détection de parallélisation 7a,7b et un actionneur de puissance 8a,8b. Le processeur 5a,5b reçoit des informations de capteurs et des instructions des organes de commande ou d'interprétation des 5 commandes de l'aéronef et détermine les états de commutation des organes de commutation 2,4 qui lui sont connectés. Le moyen de détermination de la commande à transmettre 6a,6b reçoit des signaux de commande et de validité des commandes des processeurs 3a,3b et compare les signaux reçus des processeur, 10 détermine si une commande est valide, et transmet cette commande. Le moyen de détection de parallélisation 7a,7b permet de vérifier si il n'y a pas de tension des deux côtés des contacts du commutateur 9a,9b avant fermeture pour éviter de relier deux sources électriques entre elles. Si c'est le cas, l'ordre de fermeture n'est pas 15 transmis à l'actionneur de puissance 8a,8b et le commutateur 9a,9b demeure alors ouvert. L'actionneur de puissance 8a,8b reçoit la commande relative à l'état de commutation du commutateur 9a,9b sous forme de faible courant et émet un signal de puissance à destination du commutateur 20 9a,9b afin d'en déclencher la commutation. Un organe de commutation 2,4 comprend uniquement un contacteur 9a,9b. Sur la figure 1, on peut voir que la spécificité du système de commande illustré est de disposer de connexions croisées 10a,10b 25 entre les cartes de commande 1,3 permettant d'établir une redondance des processeurs 5a,5b. Ainsi, un processeur 5a de la première carte de commande 1 est connecté en sortie au moyen de détermination de la commande à transmettre 6a de la première carte de commande 1, ainsi qu'au moyen de détermination de la commande à transmettre 6b de la 30 deuxième carte de commande 3. De même, le processeur 5b de la deuxième carte de commande 3 est connecté en sortie au moyen de détermination de la commande à transmettre 6b de la deuxième carte de commande 3, ainsi qu'au moyen de détermination de la commande à transmettre 6a de la première carte de commande 1. 3039667 3 Bien que les processeurs 5a,5b soient redondés, le système requiert deux cartes de commande 1,3 pour fonctionner. Bien qu'il suffise d'un seul processeur 5a,5b pour piloter les 2 contacteurs 9a,9b, il est par exemple impossible au processeur 5a de piloter le contacteur 5 9b si la carte 3 est détruite ou bien absente. De plus, le courant consommé par la bobine de l'organe de commutation doit être supporté par le câblage entre ce dernier et la carte de commande. Chaque moyen de détermination de la commande à transmettre 6a,6b reçoit au total quatre informations, la validité et la commande du 10 processeur 5a de la première carte de commande 1, la validité et la commande du processeur 5b de la deuxième carte de commande 3. Un tel système de commande équipe notamment les aéronefs de type A38OTM. La figure 2 illustre un deuxième type de système de commande. 15 Comme on peut le voir, une carte de commande 1 comprend, connectés en série, un processeur 5a, un moyen de détermination de la commande à transmettre 6a et un moyen de détection de parallélisation 7a. Un organe de commutation 2,4 comprend un actionneur de 20 puissance 8a,8b et un contacteur 9a,9b. L'actionneur de puissance 8a,8b est relié à l'entrée de commande du contacteur 9a,9b, permettant de choisir son état de commutation, passant ou non passant. Un tel système de commande équipe notamment les aéronefs de type A350TM 25 Sur la figure 2, on peut voir que la spécificité du système de commande illustré par rapport à celui illustré sur la figure 1 est de disposer de liaisons 12a,12b à faible courant entre les cartes de commande 1,3 et les organes de commutation 2,4 au lieu de liaisons de puissance 11a,11b. Une liaison à faible courant est plus facile à 30 employer du fait d'une réduction de l'émission de perturbations électromagnétiques dans le reste du système. Bien que ce deuxième type de système de commande soit plus évolué que celui du premier type, la redondance demeure imparfaite et 3039667 4 deux cartes de commande sont toujours nécessaires pour faire fonctionner le système. Il existe par ailleurs des systèmes utilisant deux bus de commande distincts (de type CAN par exemple) permettant la 5 redondance des commandes de chacun des organes de commutation. Par contre, de tels systèmes présentent plusieurs inconvénients parmi lesquels on peut citer les exemples suivants. Chaque bus de commande étant connecté à plusieurs organes de commutation, il suffit qu'il y ait une avarie de l'un des organes de 10 commutation pour invalider le bus correspondant. Si deux organes de commutation connectés chacun à un bus de commande différent présentent une avarie, le système est en panne. L'utilisation de bus de commande implique l'utilisation d'un micro-processeur plus onéreux car équipé d'une interface de gestion 15 du bus ce qui augmente le coût du système. Le développement du logiciel ou du code logique associé nécessite une certification plus coûteuse. Il existe donc un besoin pour un système de commande comprenant des cartes de commandes et des organes de commutation, 20 dans lequel les cartes de commande sont totalement redondées, la communication entre carte de commande et organe de commutation étant du type à faible courant. L'invention a pour objet un système de commande de l'alimentation électrique d'un aéronef comprenant au moins deux 25 cartes de commande et au moins deux organes de commutation connectés chacun à chaque carte de commande. Chaque carte de commande comprend un processeur apte chacun à déterminer une commande de commutation du contacteur de chaque organe de commutation ainsi qu'une information de validité de chaque commande 30 de commutation, chaque organe de commutation comprend un moyen de détermination de la commande à transmettre parmi les commandes de commutation et les informations de validité de commande à un moyen de détection de parallélisation, un actionneur de puissance apte à émettre un signal de puissance à destination d'un contacteur en 3039667 5 fonction de la commande reçue du moyen de détection de parallélisation, chaque contacteur étant apte à ouvrir ou fermer une ligne d'alimentation électrique. Chaque carte de commande peut être connectée à chaque moyen 5 de détermination de la commande à transmettre par une connexion comprenant un brin de référence et un brin portant un courant de commande émis par une carte de commande. Chaque carte de commande peut comprendre des moyens de modulation de la commande de commutation du contacteur de l'organe 10 de commutation ainsi que de l'information de validité de la commande de commutation, chaque organe de commutation comprenant des moyens de démodulation correspondants. Les moyens de modulation peuvent être de type modulation en amplitude. 15 Les moyens de modulation peuvent être de type modulation en longueur d'impulsion. Les moyens de modulation peuvent être de type modulation en fréquence à deux tons. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 20 apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d'un premier type de système de commande selon l'état de la technique antérieure, 25 - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un deuxième type de système de commande selon l'état de la technique antérieure, - la figure 3 illustre les principaux éléments d'un système de commande selon l'invention, - la figure 4 illustre les principaux signaux échangés entre une 30 carte de commande et un organe de commutation. Sur la figure 3, on peut voir un système de commande selon l'invention comprenant deux cartes de commande 1,3 connectées chacune à un organe de commutation 2,4. Bien que le système illustré 3039667 6 comprenne uniquement deux cartes de commande et deux organes de commutation, on comprendra aisément à la lecture de la description suivante que le système peut être généralisé à plus de deux cartes de commande et à plus de deux organes de commutation. 5 Chaque carte de commande 1,3 comprend un processeur 5a,5b. On voit ainsi que les cartes de commande 1,3 sont réduites à leur plus simple expression par rapport aux systèmes de commande de l'état de la technique antérieure, tous les organes de conversion et d'interprétation des commandes étant déplacés dans les organes de 10 commutation 2,4. Chaque organe de commutation 2,4 comprend un moyen de détermination de la commande à transmettre 6a,6b, un moyen de détection de parallélisation 7a,7b, un actionneur de puissance 8a,8b, et un contacteur 9a,9b. 15 La redondance des cartes de commande 1,3 est assurée en connectant le processeur 5a de la première carte de commande 1 au moyen de détermination de la commande à transmettre 6a du premier organe de commutation 2, ainsi qu'au moyen de détermination de la commande à transmettre 6b du deuxième organe de commutation 4, 20 tandis que le processeur 5b de la deuxième carte de commande 3 est connecté en sortie au moyen de détermination de la commande à transmettre 6a du premier organe de commutation 2, ainsi qu'au moyen de détermination de la commande à transmettre 6b du deuxième organe de commutation 4. 25 Ainsi les processeurs 5a,5b sont redondés et seule une carte de protection est requise pour faire fonctionner le système. En effet, les commandes d'une carte de commande sont émises directement à destination des organes de commutation 2,4. De plus, les cartes de commandes étant réduites à un processeur 5a,5b, il ne peut y avoir de 30 défaillance d'un organe non redondé autre que le processeur qui rendrait la carte inopérante. La figure 4 illustre plus en détail les signaux échangés entre la première carte de commande 1 et le premier organe de commutation 2 par l'intermédiaire de la connexion 10c. Bien que la première carte de 3039667 7 commande 1 et le premier organe de commutation 2 soient employés pour illustrer les signaux échangés, il en est de même pour les signaux échangés entre la première carte de commande 1 et le deuxième organe de commutation 3 par l'intermédiaire de la connexion 10a et entre la 5 deuxième carte de commande 3 et les deux organes de commutation 2,4 par l'intermédiaire des liaisons 10b, 10d correspondantes. Sur la figure 4, on peut voir la première carte de commande 1 comprenant un processeur 5a apte à émettre un signal de validité SV et un signal de commande SC. 10 Afin de limiter le nombre de connexions discrètes entre la carte de commande 1 et l'organe de commutation 2, les signaux de validité SV et les signaux de commande SC sont modulés en amplitude de courant afin d'être transmis au organe de commutation 2. Pour réaliser cela, la carte de commande 1 comprend un 15 premier interrupteur 13 connecté en série d'une part à une première sortie de l'organe de commutation 2 et d'autre part à une première source de courant 14. La carte de commande 1 comprend également un deuxième interrupteur 15 connecté en série d'une part à la première sortie de 20 l'organe de commutation 2 et d'autre part à une deuxième source de courant 16. La première source de courant 14 et la deuxième source de courant 16 sont connectées à une borne d'une résistance Rl. La résistance R1 est connectée par son autre borne à une deuxième sortie 25 de l'organe de commutation 2. Le micro-processeur 5a est connecté par une borne apte à émettre le signal de commande SC à une borne de commande du premier interrupteur 13, et par une autre borne apte à émettre le signal de validité SV à une borne de commande du deuxième interrupteur 15. 30 Le signal de commande SC est ainsi associé à une première valeur de courant de commande (par exemple 2 mA) lorsque l'organe de commutation 2 doit être passant, et à une deuxième valeur de courant (par exemple 0 mA) lorsque l'organe de commutation 2 doit être non passant. 3039667 8 Le signal de validité SV est associé à une troisième valeur de courant de commande (par exemple 1 mA) lorsque le signal est valide, et à une quatrième valeur de courant (par exemple 0 mA) lorsque le signal n' est pas valide. Afin de différencier les différentes 5 contributions des signaux de validité et de commande au courant émis, les première et troisième valeurs doivent être différentes. Avec les valeurs données en exemple, on obtient ainsi un courant de commande émis inférieur à 0,5mA pour une commande invalide, de 0,5mA à 1,5mA pour une commande d'ouverture valide, 10 de 1,5mA à 2,5mA pour une commande invalide, de 2,5mA à 3,5mA pour une commande de fermeture valide, et supérieur à 3,5mA pour une commande invalide. Le courant de commande émis est associé à une tension de commande par l'intermédiaire d'une résistance R1 (par exemple 11(S)). 15 La commande ainsi portée par le courant et la tension de commande est émise sur le connecteur 10c comprenant un brin portant le signal actif et un brin de référence. Par ailleurs, le processeur 5a est muni d'une entrée de surveillance permettant de recevoir un signal de retour SMON de 20 l'organe de commutation 2 de confirmation de l'ouverture ou de la fermeture de l'organe de commutation 2 par le biais d'une boucle de courant formée entre la carte de commande 1 et l'organe de commutation 2. Le processeur 5a reçoit le signal de retour SMON par l'intermédiaire d'une mesure de potentiel au niveau de la connexion 25 entre la résistance R1 et les sources de courant 14,16. Il est à noter qu'un choix de valeurs faibles pour les niveaux de courants (première, deuxième, troisième, et quatrième valeurs décrites ci-dessus) ainsi que pour la résistance R1 permettent une absorption importante d'une tension de mode commun VCM. 30 Dans un tel système, le temps de transfert de la commande est aussi rapide que dans le cas de l'utilisation d'un ensemble DSI-DSO. Sur la figure 4, on peut voir l'entrée de l'organe de commutation 2, dans lequel le signal de commande émis par la carte de 3039667 9 commande 1 est démodulé pour être transmis au moyen de détermination de la commande à transmettre 6a. L'entrée de l'organe de commutation 2 comprend une première borne connectée au brin du connecteur 10c portant le signal actif et 5 une deuxième borne connectée d'une part au brin de référence du connecteur 10c et d'autre part à la masse de l'organe de commutation 2. La première entrée est connectée à une résistance R2 elle-même connectée en série à un potentiel de référence +VDC. Un tel potentiel 10 peut être par exemple un bus ou rail d'alimentation électrique continu. En parallèle de la résistance R2, un soustracteur 17 réalise la différence des potentiels mesurés aux bornes de la résistance R2. Il émet en sortie un potentiel VSIG estimé par rapport à la masse, proportionnel à la chute de tension aux bornes de la résistance R2, et 15 donc proportionnel au courant de commande émis par la carte de commande 1. Connaissant les résistances R1 et R2, il est ainsi possible d'associer les valeurs SV et SC aux valeurs prises par le potentiel VSIG par l'intermédiaire d'une table de correspondance inverse 20 associant les valeurs des signaux SC et SV au potentiel VSIG. Dans un mode de réalisation préféré, les résistances R1 et R2 sont de même valeur. Il est alors possible de passer simplement de la valeur du courant de commande émis à la valeur du potentiel VSIG. La démodulation du potentiel VSIG en signaux SC et SV peut 25 aussi bien être faite par un système analogique que par un système numérique à base de micro-processeur couplé à convertisseur analogique-numérique. Alternativement, on peut substituer la modulation en amplitude du courant et de la tension de commande par une modulation en 30 longueur d'impulsion PWM (acronyme anglais pour « Pulse Width Modulation »). A titre d'exemple, on peut choisir une longueur d'impulsion présentant inférieure à 0,5ms pour une commande invalide, de 0,5ms à 1,5ms pour une commande d'ouverture valide, de 1,5ms à 2,5ms pour 3039667 10 une commande invalide, de 2,5ms à 3,5ms pour une commande de fermeture valide, et supérieure à 3,5ms pour une commande invalide. Les commandes sont rafraîchies périodiquement avec une période nettement supérieure à la longueur d'impulsion attendue la 5 plus grande (par exemple, ici 5ms de rafraîchissement pour une longueur d'impulsions maximale attendue de 2,5ms). Il faut par contre ajouter une durée maximale sans impulsion, par exemple 10 ms si les commandes sont rafraîchies toutes les 5 ms afin de l'utiliser comme seuil temporel de détection de mauvaise 10 fréquence de rafraîchissement ou d'absence de commande qui est ainsi traitée comme une commande invalide. Alternativement, on peut substituer une modulation en fréquence à deux tons DTMF (acronyme anglophone pour « Dual Tone Modulation Frequency ») à la modulation en amplitude ou en longueur 15 d'impulsion. Cette variante nécessite par contre de recourir à une électronique plus complexe devant réaliser la génération des signaux sinusoïdaux superposés du côté de la carte de commande et à la détection par implémentation de l'algorithme de Goertzel (transformée 20 de Fourier optimisée pour une seule fréquence) du côté de l'organe de commutation. REVENDICATIONS1. Système de commande de l'alimentation électrique d'un aéronef comprenant au moins deux cartes de commande (1,3) et au moins deux organes de commutation (2,4) connectés chacun à chaque carte de commande (1,3), caractérisé par le fait que chaque carte de commande (1,3) comprend un processeur (5a,5b) apte chacun à déterminer une commande de commutation du contacteur (9a,9b) de chaque organe de commutation (2,4) ainsi qu'une information de validité de chaque commande de commutation, chaque organe de commutation (2,4) comprend un moyen de détermination de la commande à transmettre (6a,6b) parmi les commandes de commutation et les informations de validité de commande à un moyen de détection de parallélisation (7a,7b), un actionneur de puissance (8a,8b) apte à émettre un signal de puissance à destination d'un contacteur (9a,9b) en fonction de la commande reçue du moyen de détection de parallélisation (7a,7b), chaque contacteur (9a,9b) étant apte à ouvrir ou fermer une ligne d'alimentation électrique. 2. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel chaque carte de commande (1,3) est connectée à chaque moyen de détermination de la commande à transmettre (6a,6b) par une connexion (10a,10b,10c,10d) comprenant un brin de référence et un brin portant un courant de commande émis par une carte de commande. 3. Système de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque carte de commande (1,3) comprend des moyens de modulation de la commande de commutation du contacteur (9a,9b) de l'organe de commutation (2,4) ainsi que de l'information de validité de la commande de commutation, chaque organe de commutation (2,4) comprenant des moyens de démodulation correspondants. 4. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel les moyens de modulation sont de type modulation en amplitude. 3039667 12 5. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel les moyens de modulation sont de type modulation en longueur d'impulsion. 6. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel 5 les moyens de modulation sont de type modulation en fréquence à deux tons.