Brevet FR3049412A1 — publié le 20170929

MODEM DE COMMUNICATION PAR COURANTS PORTEURS, CIRCUIT D'INTERFACE ET RESEAU DE COMMUNICATION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un modem de communication par courants porteurs, ainsi qu'un circuit d'interface et un réseau de communication d'un véhicule automobile comprenant un tel modem. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. La mise en oeuvre d'un nombre toujours plus grand d'appareils électromécaniques dans les véhicules automobiles a conduit à multiplier les circuits électriques. Pour réduire la complexité croissante du câblage, des techniques de type « réseaux » ou « bus », déjà connues dans le domaine de l'informatique, ont été adaptées aux contraintes du monde de l'automobile. Les fonctions essentielles du véhicules sont généralement réalisées « sous le capot » en faisant appel à un réseau temps réel à haut débit reliant à une unité de contrôle électronique (l'acronyme anglais ECU est le terme consacré pour Electronic Control Unit) les actuateurs et les capteurs du moteur, de la transmission, du système de freinage, de la suspension, du châssis etc... Un Réseau Local de Contrôleurs, ou CAN (acronyme anglais pour Controller Area Network), offrant un haut degré de sécurité et un débit de ordre de 1 Mbit/s est fréquemment utilisé pour ces fonctions. Pour d'autres fonctions sécuritaires moins essentielles et les fonctions de 25 confort, dites « fonctions habitacle », un Réseau Local d'Interconnexion, ou LIN (acronyme anglais pour Local Interconnect Network), a été développé par les constructeurs d'automobiles et des fabricants de semi-conducteurs. Ce réseau secondaire à coût réduit est basé sur une interface UART/ SCI qui est standard pour la plupart des microcontrôleurs. Il fonctionne avec le bus CAN 30 et il est spécifiquement utilisé pour les applications telles que les miroirs électriques, les sièges électriques, la fermeture centralisée, les lève-vitres, les systèmes d'éclairage. Toutefois, ces réseaux de communication nécessitent une paire de fils, torsadés ou non, pour une transmission des données numériques en plus d'un 35 réseau d'alimentation électrique. 3049412 - 2 - Dans le but de supprimer la paire filaire supplémentaire, il a été développé dans le domaine de l'automobile des réseaux de communication de type CPL, "CPL" étant l'acronyme de "Courants Porteurs en Ligne", consistant à superposer des signaux à haute fréquence modulés au courant continu fourni par une batterie 5 de bord aux équipements du véhicule pour transmettre des informations. Des modules d'échange d'informations par courants porteurs sont notamment décrits dans la demande W02006/008363 de la société VALEO ELECTRONIQUE ET SYSTEMES DE LIAISON. Cependant, ces modules d'échange d'informations ne semblent plus être 10 adaptés aux exigences des constructeurs d'automobiles en termes de bande passante et de standardisation: - plusieurs porteuses réparties dans deux bandes fréquences sont utilisées pour activer ou dé-activer, et piloter un organe électrique selon un protocole qui semble propriétaire. 15 - les fréquences limitées à environ 3 MHz ne semblent pas être adaptées pour offrir un débit très supérieur à celui d'un réseau CAN. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. La présente invention vise donc à proposer un système de communication 20 par courants porteurs améliorant la bande passante des dispositifs connus de l'état de la technique dans le domaine de l'automobile et présentant une interface normalisée. Elle a précisément pour objet un modem de communication par courants porteurs apte à être agencé entre un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile et un circuit d'application, ce modem étant du type de ceux transmettant bi-directionnellement des informations numériques par un procédé de modulation multifréquencielle de courants porteurs. Selon l'invention ce procédé de modulation est de type COFDM. Selon l'invention encore, le circuit d'application est un contrôleur d'un bus de 30 terrain. Selon l'invention enfin, le bus de terrain est un bus de type CAN ou LIN. Dans le modem selon l'invention, la modulation multifréquencielle comprend des premières fréquences comprises entre environ 9 kHz et environ 500 kHz pour un premier débit compris entre environ 50 kbit/s et environ 1 Mbit/s ou bien des 3049412 - 3 - secondes fréquences comprises entre environ 1,5 MHz et environ 500 MHz pour un second débit compris entre environ 1 Mbit/s et environ 10 Mbit/s. Selon l'invention, ce modem comprend un composant capacitif ou inductif destiné à être relié au réseau électrique de bord et transmettant les premières ou 5 secondes fréquences. L'invention concerne également un circuit d'interface de réseau de communication par courants porteurs d'un véhicule automobile, qui comprend un modem présentant les caractéristiques précédentes connecté à un contrôleur de bus de terrain. 10 L'invention concerne en outre un réseau de communication par courants porteurs d'un véhicule automobile comprenant plusieurs exemplaires du modem décrit ci-dessus transmettant des données numériques. Selon l'invention, ce réseau comprend en outre plusieurs contrôleurs de bus de terrain de type CAN ou LIN connectés aux exemplaires du modem. 15 Selon l'invention encore, chacun des exemplaires du modem est intégré avec chacun des contrôleurs dans un même boîtier d'interface. Le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention comprend en outre: - un premier réseau d'alimentation électrique à une première tension nominale; 20 - au moins un second réseau d'alimentation électrique à une seconde tension nominale différente de la première tension nominale; - un circuit de couplage transmettant lesdites données numériques entre les premier et second réseaux d'alimentation électrique. Selon l'invention, les première et seconde tensions nominales sont 25 continues. Selon l'invention encore, le circuit de couplage comprend des moyens de couplage capacitif et/ou inductif. Selon l'invention enfin, le circuit de couplage est intégré dans un convertisseur de courant continu- courant continu. Le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention présente au moins partiellement une architecture en chaîne. Alternativement ou simultanément, le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention présente au moins partiellement une architecture arborescente. 3049412 - 4 - Selon l'invention, ces dispositifs d'éclairage sont choisis parmi un groupe comprenant des projecteurs d'éclairage de route ou de croisement, des dispositifs de signalisation de position ou de changement de direction, des dispositifs de signalisation de jour et des dispositifs de signalisation arrière. 5 Alternativement ou simultanément, dans le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention, les données numériques sont des commandes et des états d'au moins une unité de contrôle électronique. Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'invention par rapport à l'état de la technique 10 antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. 15 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. La Figure 1 est une représentation schématique d'un réseau électrique de bord d'un véhicule de type "Mild-Hybrid" supportant un réseau de communication par courants porteurs transmettant des informations numériques selon l'invention. 20 La Figure 2 est une représentation schématique d'un réseau électrique de bord d'un véhicule hybride supportant un réseau de communication par courants porteurs transmettant des informations numériques selon l'invention. La Figure 3 est une représentation schématique d'un réseau électrique de bord multitension d'un véhicule présentant une architecture de plusieurs sous--25 réseaux en chaîne supportant un réseau de communication par courants porteurs transmettant des informations numériques selon l'invention. La Figure 4 est un schéma de principe d'un modem de communication par courants porteurs selon l'invention. La Figure 5 est une représentation schématique d'un protocole de 30 communication du modem de communication par courants porteurs selon l'invention. La Figure 6 illustre un principe d'une connexion d'un équipement à un réseau de communication par courants porteurs selon l'invention. La Figure 7 est une représentation schématique de l'agencement entre deux 3049412 - 5 - réseaux électriques de bord, supportant un réseau de communication par courants porteurs selon l'invention, d'un convertisseur courant continu - courant continu comprenant un circuit de couplage apte à transférer des données numériques. La Figure 8 est un schéma de principe du convertisseur courant continu 5 courant continu montré sur la Figure 7. La Figure 9 est une représentation schématique d'une fonction de pilotage de phares ou de feux arrière d'un véhicule par le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention. La Figure 10 est un schéma de principe d'un projecteur d'éclairage, d'un 10 dispositif de signalisation ou dispositif d'éclairage intérieur apte à être piloté par le réseau de communication par courants porteurs selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION. Un réseau de communication par courants porteurs d'une automobile ou 15 APLC (acronyme de "Automotive Power Line Communication" en terminologie anglaise) est basé sur la superposition d'une composante alternative à une tension continue d'un réseau électrique de bord en utilisant une modulation multifréquencielle. L'architecture générale de ce réseau de communication est donc celle du 20 réseau électrique de bord qui est multitension dans les véhicules les plus récents, notamment dans les véhicules hybrides ou les véhicules dit "mild-hybrid", dans une intégration moins aboutie d'une propulsion par un moteur électrique. La Figure 1 montre un réseau électrique de bord 1, 2 d'un véhicule 3 de type "mild-hybrid" comprenant un premier réseau d'alimentation électrique 1 présentant 25 une première tension nominale de 12V et un deuxième réseau d'alimentation électrique 2 présentant une deuxième tension nominale de 48V. Le premier réseau électrique de bord 1 comporte une première batterie 4 acide- plomb de 12V à laquelle sont reliées des charges électriques standard 5 prévues pour fonctionner sous cette première tension nominale. 30 Le deuxième réseau d'alimentation électrique 2 comporte une deuxième batterie 6 de 48V à laquelle sont connectées des équipements de forte puissance, notamment: - un onduleur réversible 7 d'un alterno- démarreur 8 couplé mécaniquement au moteur thermique 9 du véhicule 3; - un dispositif de suspension active 10 3049412 - 6 - - une assistance électrique de direction 11 - une installation de climatisation d'air électrique 12; - un dispositif de refroidissement 13 du moteur thermique 9; - un dispositif de chauffage de pare-brise 14; 5 - un radiateur de chauffage 15. Un premier convertisseur courant continu - courant continu réversible 16 assure les échanges d'énergie électrique entre les premier et deuxième réseaux d'alimentation électrique 1, 2. La Figure 2 montre un autre réseau électrique de bord 1, 2, 17 d'un véhicule 10 3 hybride comprenant le premier réseau d'alimentation électrique 1 présentant la première tension nominale de 14V décrit ci-dessus, ou similaire, le deuxième réseau d'alimentation électrique 2 présentant la deuxième tension nominale de 48V, et, en outre un troisième réseau d'alimentation électrique 17 à haute tension. Le troisième réseau d'alimentation électrique 17 comporte une troisième 15 batterie 18 à haute tension à laquelle est connecté un autre onduleur réversible 19 alimentant un moteur/ générateur 20 de forte puissance susceptible de remplacer complètement le moteur thermique 9 en mode moteur. Un second convertisseur courant continu - courant continu réversible 21 assure les échanges d'énergie électrique entre les deuxième et troisième réseaux 20 d'alimentation électrique 2, 17. Des unités de contrôle électroniques 22, les convertisseurs courant continu courant continu réversibles 16, 21, les charges standard 5, et les équipements de forte puissance 10, 11, 12, 13, 14, 15 peuvent échanger des informations numériques sur ces réseaux d'alimentation électriques 1, 2, 17 au moyen de circuits 25 d'interface par courants porteurs 23 tout en étant alimentés par ces réseaux d'alimentation électriques 1, 2, 17 sous les tensions nominales requises U1, U2, U3 comme le représente schématiquement la Figure 3. Comme le montre bien la Figure 3, une unité de contrôle électronique 22 comprend un circuit d'interface 23 qui permet de transmettre TX et de recevoir RX 30 des données numériques en étant relié au réseau électrique de bord 1, 2, 17 par un composant capacitif ou inductif tout en étant isolé galvaniquement. L'unité de contrôle électronique 22 comprend en outre un filtre d'alimentation 24 bloquant les composantes alternatives des signaux circulant sur le réseau électrique de bord 1, 2, 17. 3049412 - 7 - Un convertisseur courant continu - courant continu réversible 16, 21 comprend également un circuit d'interface par courants porteurs 23 lui permettant de communiquer sur le réseau électrique de bord 1, 2, 17. Un tel convertisseur courant continu - courant continu réversible 16, 21 qui assure une conversion de 5 tension entre deux réseaux d'alimentation électriques 1, 2, 17 comprend en outre un circuit de couplage 25 comprenant des moyens de couplage capacitifs ou inductifs transmettant les données numériques TX, RX entre les deux réseaux d'alimentation électriques 1, 2, 17. Le circuit d'interface de communication par courants porteurs 23 comprend 10 un modem 26 dont le schéma de principe est donné sur la Figure 4. Le modem 26 utilise un procédé de modulation multifréquentielle de type COFDM, acronyme en terminologie anglaise de "Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing", c'est-à-dire "Multiplexage par Partage de Fréquences Orthogonales Codées". 15 Le procédé de modulation COFDM est un procédé qui combine un codage de canal OFDM ("Orthogonal Frequency Division Multiplexing") avec une modulation numérique des signaux élémentaires (sous-porteuses multiples). Les données numériques D(t) en entrée en mode série sont converties en mode parallèle par un bloc de conversion série - parallèle 27. Un bloc d'allocation 20 28 alloue les données binaires parallèles aux symboles alk d'une constellation d'une modulation d'amplitude en quadrature à seize états (16QAM) ou à ceux d'une constellation d'une modulation de phase en quadrature (QPSK). Le principe de l'OFDM est de partager le canal de communication en sous-canaux et de transmettre dans chacun d'entre eux en modulation numérique. Ce 25 procédé permet de corriger les chemins multiples longs, mais pas suffisamment si ces chemins sont fortement perturbés. Certaines fréquences (c'est-à-dire certains sous-canaux) peuvent être largement réduits et perturbés. Si, de plus la communication est full duplex avec le récepteur, comme cela est souvent le cas dans l'automobile, une telle interférence peut perdurer rendant impossible 30 l'utilisation des sous-canaux concernés. Afin de surmonter ce problème, la modulation COFDM utilise un code correcteur d'erreur associé à un entrelacement des fréquences. Il est donc possible d'approcher la performance d'un canal sans écho. La modulation COFDM apparaît comme une solution intéressante pour 35 augmenter le débit binaire d'un signal soumis à un canal dispersif. Dans un 304 94 12 - 8 - système de modulation multifréquencielle, l'information est partagée en un ensemble de sous-canaux parallèles ayant un débit binaire plus faible. Chaque séquence de données parallèles module ensuite une sous-porteuse spécifique. Cette approche permet aux sous-porteuses de se chevaucher sans interférer 5 entre elles, mais, de plus, l'allocation et la puissance de chaque sous-porteuse peuvent être adaptées pour fournir un meilleur débit. Un signal multifréquenciel modulé est composé des symboles au, et peut être représenté par l'expression: 10 dans laquelle k= 0, 1, N - 1 est un indice des sous-porteuses (c'est-à-dire des fréquences), I est l'indice des symboles (c'est-à-dire le temps), N est le nombre de sous-porteuses, Ns est le nombre de symboles, T la durée des symboles, fk la 15 fréquence de la k ième sous-porteuse et u(t) est la fonction créneau définie par: 0 REVENDICATIONS1) Modem de communication par courants porteurs (26) apte à être agencé entre un réseau électrique de bord (1, 2, 17) d'un véhicule automobile (3) et un circuit d'application (16, 21, 22, 40, 41), ledit modem (26) étant du type de ceux transmettant bi-directionnellement des informations numériques (TX, RX) par un procédé de modulation multifréquencielle de courants porteurs, caractérisé en ce que ledit procédé de modulation est de type COFDM. 2) Modem (26) selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que ledit circuit d'application est un contrôleur d'un bus de terrain. 3) Modem (26) selon la revendication 2 précédente, caractérisé en ce que ledit bus de terrain est un bus de type CAN ou LIN. 4) Modem (26) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que ladite modulation multifréquencielle comprend des premières fréquences (fk) comprises entre environ 9 kHz et 500 kHz pour des premiers débits compris entre environ 50 kbit/s et 1 Mbit/s ou bien des secondes fréquences (fk) comprises entre environ 1,5 MHz et 500 MHz pour des seconds débits compris entre environ 1 Mbit/s et 10 Mbit/s. 5) Modem (26) selon la revendication 4 précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un composant capacitif ou inductif destiné à être relié audit réseau 25 électrique de bord (1, 2, 17) et transmettant lesdites premières ou secondes fréquences (fk). 6) Circuit d'interface de réseau de communication par courants porteurs (23) d'un véhicule automobile (3), caractérisé en ce qu'il comprend un modem (26) selon 30 l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes connecté à un contrôleur de bus de terrain. 7) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) d'un véhicule automobile (3), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs exemplaires du modem 304 94 12 - 13 - (26) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes transmettant des données numériques (TX, RX). 8) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon la revendication 5 7 précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre plusieurs contrôleurs de bus de terrain de type CAN ou LIN connectés auxdits exemplaires. 9) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon la revendication 8 précédente, caractérisé en ce que chacun desdits exemplaires est intégré avec 10 chacun desdits contrôleurs dans un même boîtier d'interface (23). 10) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: 15 - un premier réseau d'alimentation électrique (1) à une première tension nominale (U1); - au moins un second réseau d'alimentation électrique (2, 17) à une seconde tension nominale (U2, U3) différente de ladite première tension nominale (U1); - un circuit de couplage (25) transmettant lesdites données numériques (TX, RX) 20 entre lesdits premier et second réseaux d'alimentation électrique (1, 2, 17). 11) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon la revendication 10 précédente, caractérisé en ce que lesdites première et seconde tensions nominales (U1, U2, U3) sont continues. 12) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de couplage (25) comprend des moyens de couplage capacitif et/ou inductif. 13) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon l'une quelconque de revendications 10 à 12 précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de couplage (25) est intégré dans un convertisseur de courant continu-courant continu (16, 21). 3049412 - 14 - 14) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins partiellement une architecture en chaîne. 5 15) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 précédentes, caractérisé en ce qu'il présente au moins partiellement une architecture arborescente. 16) Réseau de communication par courants porteurs selon l'une quelconque des 10 revendications 7 à 15 précédentes, caractérisé en ce que lesdites données numériques (TX, RX) sont des commandes et des états de dispositifs d'éclairage (40). 17) Réseau de communication par courants porteurs (1, 2, 17) selon la 15 revendication 16 précédente, caractérisé en ce que lesdits dispositifs d'éclairage (40) sont choisi parmi un groupe comprenant des projecteurs d'éclairage de route ou de croisement, des dispositifs de signalisation de position ou de changement de direction, des dispositifs de signalisation de jour et des dispositifs de signalisation arrière. 20