Brevet FR3064417A1 — publié le 20180928

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LA PROPAGATION DE COURT-CIRCUIT ENTRE RESEAUX ELECTRIQUES REDONDANTS Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine de la protection de réseaux électriques redondants et plus particulièrement à un dispositif de protection contre la propagation de court-circuit entre des réseaux électriques de tension continue redondants. L'invention est plus particulièrement destinée au domaine automobile. Etat de la technique L'augmentation de l'électronique embarquée à bord des véhicules automobiles requiert un réseau électrique embarqué puissant et suffisamment fiable pour répondre aux besoins de sécurité du véhicule. Le véhicule peut alors comporter plusieurs réseaux électriques couplés entre eux ou redondants. Lorsqu'un véhicule comporte au moins deux réseaux électriques couplés, il est important de les isoler entre eux pour empêcher la propagation d'un courant de court-circuit d'un réseau vers l'autre et éviter qu'un court-circuit dans l'un des réseaux n'entraine une défaillance dans l'autre réseau. Lorsque ces deux réseaux sont couplés entre eux par un convertisseur DC/DC, cette isolation peut être réalisée par le convertisseur DC/DC. Ce cas correspond généralement à des réseaux électriques délivrant des niveaux de tension continue différents, par exemple 12 3064417 2 volts et 42 volts, le couplage des deux réseaux étant réalisé via le convertisseur DC/DC. Dans le cas de réseaux redondants délivrant un même niveau de tension continue, par exemple 12 volts, les 5 réseaux n'ont normalement pas besoin d'être connectés entre eux par un convertisseur DC/DC puisqu'il n'y a pas de conversion de tension à effectuer. Mais, en pratique, un convertisseur DC/DC est malgré tout utilisé pour réaliser cette fonction d'isolation. 10 Cette solution n'est toutefois pas optimale en termes d'encombrement et de coût. Résumé de l'invention L'invention vise à proposer un dispositif de protection 15 ayant un nombre réduit de composants. L'invention a pour objet un dispositif de protection pour éviter la propagation d'un court-circuit entre des premier et deuxième réseaux électriques dans un véhicule automobile, lesdits premier et deuxième 20 réseaux électriques délivrant des tensions continues sensiblement identiques, caractérisé en ce qu'il comporte : une première borne d'entrée apte à être connectée au premier réseau électrique ; 25 une deuxième borne d'entrée apte à être connectée au deuxième réseau électrique ; une diode montée en série avec un premier interrupteur commandé normalement fermé entre lesdites première et deuxièmes bornes d'entrée, et 3064417 3 - un circuit de commande du premier interrupteur commandé, la diode étant polarisée de sorte à autoriser le passage d'un courant de la première borne d'entrée 5 vers la deuxième borne d'entrée et le premier interrupteur commandé étant commandé pour s'ouvrir dès que la tension sur ladite deuxième borne d'entrée passe en dessous d'une tension seuil prédéterminée. Ainsi, selon l'invention, en cas de court-circuit dans 10 le premier réseau électrique, la diode bloque la propagation d'un courant de court-circuit du deuxième réseau électrique vers le premier réseau électrique et, en cas de court-circuit dans le deuxième réseau électrique, le circuit de commande détecte une baisse 15 de tension au niveau du deuxième réseau électrique et commande l'ouverture du premier interrupteur commandé pour protéger le premier réseau électrique. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de commande est alimenté en tension conjointement par 20 lesdits premier et deuxième réseaux électriques. Ainsi, le circuit de commande reste opérationnel en cas de défaillance de l'un des réseaux électriques. Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de commande comprend 25 - un comparateur de tension apte à comparer la tension présente sur la deuxième borne d'entrée avec ladite tension seuil prédéterminée et à générer un signal de comparaison, et - un contrôleur pour commander l'ouverture du 30 premier interrupteur commandé en fonction du signal de comparaison. 3064417 4 Selon un mode de réalisation particulier, la tension seuil est une tension fixe générée à partir de la tension d'alimentation du circuit de commande (140), non impactée par les variations de ladite tension 5 d'alimentation du circuit de commande (140). Selon un mode de réalisation particulier, la tension seuil est une fraction ou un pourcentage d'une valeur nominale de la tension continue délivrée par les premiers et deuxièmes réseaux électriques, compris 10 entre 5% et 80%. Selon un mode de réalisation particulier, le contrôleur est en outre agencé pour transmettre l'état, ouvert ou fermé, du premier interrupteur commandé vers un circuit externe au dispositif de protection. L'état de 15 l'interrupteur commandé est par exemple transmis à l'ordinateur de bord du véhicule. L'invention concerne également un véhicule automobile comportant des premier et deuxième réseaux électriques délivrant des tensions continues sensiblement 20 identiques, lesdits premier et deuxième réseaux électriques étant couplés par un dispositif de protection tel que défini ci-dessus, lesdites première et deuxième bornes d'entrée du dispositif de protection étant connectées respectivement au premier réseau 25 électrique et au deuxième réseau électrique. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premier et deuxième réseaux électriques sont couplés par ledit dispositif de protection pour la mise en oeuvre d'un premier mode de fonctionnement du véhicule, 3064417 5 dit de roulage autonome, dans lequel le véhicule roule de manière autonome sans intervention d'un conducteur. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premier et deuxième réseaux électriques sont couplés 5 par ledit dispositif de protection pour la mise en oeuvre d'un deuxième mode de fonctionnement du véhicule dans lequel le véhicule roule de manière standard sous le contrôle total du conducteur et dans lequel le deuxième réseau électrique alimente un circuit dédié du 10 véhicule. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de protection comporte en outre un deuxième interrupteur commandé monté entre ledit premier interrupteur et ladite deuxième borne d'entrée, ledit deuxième 15 interrupteur commandé étant apte à commuter entre une première position dans laquelle il relie la deuxième borne d'entrée au premier interrupteur commandé pour la mise en oeuvre dudit mode de roulage autonome et une deuxième position dans laquelle il relie la deuxième 20 borne d'entrée au circuit dédié pour la mise en oeuvre dudit deuxième mode de fonctionnement du véhicule. Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premier et deuxième réseaux électriques sont des réseaux aptes à fournir une tension continue de valeur 25 nominale sensiblement égale à 12 volts. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, données à titre 30 illustratif. 3064417 6 Brève description des figures La figure 1 représente un schéma d'un dispositif conforme à l'invention, 5 La figure 2 représente un logigramme illustrant la mise en oeuvre d'un mode de roulage autonome d'un véhicule utilisant des réseaux électriques redondants couplés entre eux par le dispositif de la figure 1; La figure 3 représente un schéma d'une variante 10 du dispositif de la figure 1 ; et La figure 4 représente un logigramme modifié dans le cadre de l'utilisation du dispositif de la figure 3. 15 Description détaillée de l'invention En référence à la figure 1, le dispositif de protection de l'invention, référencé 1, comporte une diode 10 et un interrupteur commandé 11 montés en série entre deux bornes d'entrée 12 et 13. La borne d'entrée 12 et la 20 borne d'entrée 13 sont respectivement raccordées à des réseaux électriques de tension continue 20 et 21. Les réseaux électriques 20 et 21 sont des réseaux délivrant un même niveau de tension continue. Ce sont par exemple des réseaux électriques d'un véhicule 25 délivrant chacun une tension continue ayant une valeur nominale de l'ordre de 12 volts. La diode 10 est polarisée de sorte à autoriser le passage d'un courant de la borne 12 vers la borne 13. 3064417 7 L'anode de la diode 10 est reliée à la borne 12 et la cathode est reliée à la borne 13 via l'interrupteur 11. L'interrupteur 11 est normalement fermé, c'est-à-dire que, en l'absence de commande particulière, il est dans 5 un état fermé (état dans lequel il relie électriquement la cathode de la diode 10 à la borne 13). L'interrupteur 11 est par exemple un transistor. L'interrupteur 11 est commandé par un circuit de commande 14. Ce circuit de commande est de préférence 10 alimenté par les deux réseaux 20 et 21 pour rester opérationnel en cas de défaillance de l'un des réseaux. A cet effet, il comporte un circuit 140 de type OU logique pour alimenter les composants du circuit de commande. Le circuit 140 reçoit en entrée la tension du 15 réseau 20 et la tension du réseau 21 et délivre en sortie le maximum des deux tensions. Le circuit de commande 14 est agencé pour commander l'ouverture de l'interrupteur 11 lorsque la tension du réseau 21 (tension au niveau de la borne 13) passe en 20 dessous d'une tension seuil prédéterminée inférieure à la tension nominale des réseaux 20 et 21. A cet effet, le circuit de commande 14 comporte un comparateur de tension 141 pour comparer la tension présente sur la borne 13 avec la tension seuil 25 prédéterminée et générer un signal de comparaison, et un contrôleur 142 pour commander l'ouverture de l'interrupteur commandé en fonction du signal de comparaison. La tension seuil est par exemple une tension fixe 30 générée à partir de la tension d'alimentation du 3064417 8 circuit de commande 140, cette tension fixe étant non impactée par les variations de la tension d'alimentation du circuit de commande. Lorsque le contrôleur 142 détecte une baisse de tension 5 du réseau 21 à partir du signal de comparaison délivré par le comparateur 141, il déclenche l'ouverture de l'interrupteur 11. Le dispositif de protection illustré par la figure 1 fonctionne de la manière suivante. En l'absence de 10 défaillance des réseaux 20 et 21, l'interrupteur 11 est fermé. En cas de court-circuit dans le réseau 20, la tension présente sur la borne d'entrée 12, chute et la diode 10 bloque la propagation d'un courant de court-circuit entre les deux réseaux 20 et 21. En cas de 15 court-circuit dans le réseau 21, le circuit de commande 14 détecte une baisse de tension au niveau de la borne 13 et commande l'ouverture de l'interrupteur 11 pour protéger le réseau 20. Avantageusement, le contrôleur 142 et le comparateur 20 141 sont conçus pour ouvrir l'interrupteur 11 avec un temps de réaction très court, de préférence inférieure à 50 ms. Le comparateur 141 est par exemple constitué d'un amplificateur opérationnel et d'un pont de résistances alimenté par un régulateur de tension pour 25 fournir la tension seuil et le contrôleur 142 est par exemple un microcontrôleur ou un transistor. Comme illustré sur la figure 1, le contrôleur 142 est avantageusement agencé pour transmettre, via une liaison filaire adaptée, l'état de l'interrupteur 11 30 vers un équipement externe, tel que par exemple 3064417 9 l'ordinateur de bord ou ECU (pour Electronic Control Unit en langue anglaise) du véhicule. Cette transmission peut servir à informer l'ECU d'une défaillance sur le réseau 21. En réponse à cette 5 transmission, l'ECU peut alors bloquer l'utilisation de modes de fonctionnement du véhicule nécessitant que les deux réseaux 20 et 21 soient opérationnels. Par exemple, si le véhicule possède un mode de fonctionnement dit de roulage autonome (sans 10 intervention du conducteur) exigeant que les deux réseaux 20 et 21 soient opérationnels, l'ECU peut alors rendre inaccessible ce mode de fonctionnement ou, si ce dernier est en cours d'utilisation, informer le conducteur que ce mode de fonctionnement va être 15 désactivé. La figure 2 représente un logigramme illustrant la mise en oeuvre d'un mode de roulage autonome utilisant les réseaux 20 et 21 redondants, lesdits réseaux 20 et 21 étant couplés entre eux via le dispositif de protection 20 1 de la figure 1. En début de mission, l'interrupteur 11 est fermé. Tant que l'interrupteur 11 est fermé, le mode de roulage autonome est disponible. Dès que la tension sur la borne d'entrée 13 devient inférieure à la tension 25 seuil, le mode de roulage autonome n'est plus disponible et subit une désactivation. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de l'invention est agencé pour que certaines fonctions du véhicule, telle que par exemple la fonction dite de 30 « sailing stop » (en français, roulage du véhicule en 3064417 10 roue libre) soit opérationnelles notamment si le mode de roulage autonome n'est pas disponible. La fonction de « sailing stop » consiste à arrêter d'alimenter le moteur à combustion interne du véhicule en dessous 5 d'une vitesse seuil, par exemple 30 km/h, si aucune commande d'accélération n'est donnée. Pour que cette fonction de « sailing stop » soit disponible en dehors du mode du roulage autonome, il est proposé de modifier le dispositif de protection 10 comme illustré à la figure 3. Le dispositif de la figure 3 reprend les composants du dispositif de la figure 1. Il comprend en outre un interrupteur commandé 15 monté entre l'interrupteur commandé 11 et la borne d'entrée 13. L'interrupteur 15 commandé est apte à commuter entre une position A dans laquelle il relie la borne d'entrée 13 à l'interrupteur commandé 11 et une position B dans laquelle il relie la borne d'entrée 13 au démarreur du véhicule. Lorsque l'interrupteur 15 est dans la position A, le véhicule 20 fonctionne dans un mode de roulage autonome et, lorsque l'interrupteur 15 est dans la position B, le véhicule fonctionne dans un autre mode de fonctionnement dans lequel le réseau 21 alimente le démarreur du véhicule pour assurer les démarrages et les arrêts du moteur 25 nécessaires pour la mise en oeuvre de la fonction de « sailing stop » tout en protégeant les autres composants du véhicule alimentés par le réseau 20 des fortes variations de tension du réseau 21 pendant ces phases de fonctionnement du véhicule. 30 Bien entendu, on peut envisager de rendre accessibles, via l'interrupteur 15, des fonctions autres que la 3064417 11 fonction « sailing stop » en dehors du mode de roulage autonome. Le circuit alimenté par l'interrupteur 15 en position B peut donc être un circuit du véhicule autre que le démarreur. 5 Le logigramme associé au dispositif de protection de la figure 3 est représenté sur la figure 4. En début de mission, l'interrupteur 11 normalement est fermé et l'interrupteur 15 est en position A ou B. Lorsque l'interrupteur 11 est fermé et que l'interrupteur 15 10 est sur la position A, le mode de roulage autonome est disponible. Si la tension du réseau 21 passe en dessous de la tension seuil et, si l'interrupteur 11 est ouvert et/ou si l'interrupteur 15 est sur la position B, le mode de roulage autonome n'est plus disponible. 15 Les réseaux ci-dessus mentionnés permettent une redondance d'alimentation des calculateurs, actionneurs et capteurs participant à la prestation de roulage en mode autonome du véhicule de façon à répondre aux exigences de sécurité de leur fonctionnement. 20 En cas de perte d'un moyen de stockage ou de production d'énergie, l'ensemble des composants utilisés pour faire rouler le véhicule en mode autonome, reste ainsi opérationnel grâce à un doublement du nombre de boitiers de distribution électrique, ce qui permet, 25 soit une reprise en main du véhicule en conduite non autonome, soit une mise en sécurité du véhicule en mode autonome sur la voie publique. Parallèlement, ce type de réseau électrique permet de 30 réaliser les fonctions S&S (Stop and Start) de deuxième génération qui comprennent en outre le roulage en roue 3064417 12 libre moteur débrayé (Sailing), le roulage en roue libre jusqu'à l'arrêt du véhicule (Coasting) et le roulage en roue libre avec ouverture d'embrayage et moteur coupé tant que le conducteur ne fait pas de 5 demande d'accélération du véhicule (Sailing Stop) sur le véhicule, ceci dans le cas où celui-ci ne roule pas en mode autonome. Dans cette situation l'interrupteur 15 est sur la position B de façon à isoler les organes 14v principaux et d'éviter ainsi toute chute de tension 10 14 V sur le réseau 20 lors du démarrage du moteur thermique par le réseau 21 comprenant de préférence une batterie Lithium. Seuls les organes redondants sont impactés, mais sans incidence sur le fonctionnement du véhicule qui n'est alors pas autorisé à fonctionner en 15 mode autonome. L'invention est décrite dans ce qui précède à travers différents modes de réalisation donnés à titre d'exemple. Il est entendu que la personne de l'art est 20 à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention, en utilisant par exemple des moyens équivalents, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 25 REVENDICATIONS1) Dispositif de protection (1) pour éviter la propagation d'un court-circuit entre des premier et deuxième réseaux électriques (20,21) dans un véhicule automobile, lesdits premier et deuxième réseaux électriques (20,21) délivrant des tensions continues sensiblement identiques, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première borne d'entrée (12) apte à être connectée au premier réseau électrique (20) ; - une deuxième borne d'entrée (13) apte à être connectée au deuxième réseau électrique (21) ; - une diode (10) montée en série avec un premier interrupteur commandé (11) normalement fermé entre lesdites première et deuxièmes bornes d'entrée, et - un circuit de commande (14) de l'interrupteur commandé (11), la diode (10) étant polarisée de sorte à autoriser le passage d'un courant de la première borne d'entrée (12) vers la deuxième borne d'entrée (13) et ledit premier interrupteur commandé (11) étant commandé pour s'ouvrir dès que la tension sur ladite deuxième borne d'entrée (13) passe en dessous d'une tension seuil prédéterminée. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (14) est alimenté en tension conjointement par lesdits premier et deuxième réseaux électriques (20,21). 3064417 14 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (14) comprend - un comparateur de tension (141) apte à 5 comparer la tension présente sur la deuxième borne d'entrée (13) avec ladite tension seuil prédéterminée et à générer un signal de comparaison, et - un contrôleur (142) pour commander l'ouverture de l'interrupteur commandé (11) en fonction 10 du signal de comparaison. 4) Dispositif selon l'un quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension seuil est une tension fixe définie en fonction de la tension d'alimentation du circuit de commande (140), 15 non impactée par les variations de ladite tension d'alimentation du circuit de commande (140). 5) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contrôleur (142) est en outre agencé pour transmettre l'état, ouvert ou fermé, du 20 premier interrupteur commandé (11) vers un circuit externe au dispositif de protection. 6) Véhicule automobile comportant des premier et deuxième réseaux électriques (20,21) délivrant des tensions continues sensiblement 25 identiques, lesdits premier et deuxième réseaux électriques étant couplés par un dispositif de protection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lesdites première et deuxième bornes d'entrée (12,13) du dispositif de protection 3064417 15 étant connectées respectivement au premier réseau électrique (20) et au deuxième réseau électrique (21). 7) Véhicule selon la revendication 6, dans lequel lesdits premier et deuxième réseaux électriques 5 (20,21) sont couplés par ledit dispositif de protection (1) selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre d'un premier mode de fonctionnement du véhicule, dit de roulage autonome, dans lequel le véhicule roule de manière autonome sans intervention d'un conducteur 10 lorsque le premier interrupteur commandé (11) est fermé, ledit de roulage autonome étant désactivé lorsque la tension sur la deuxième borne d'entrée (13) devient inférieure à ladite tension seuil. 8) Véhicule selon l'une des revendications 6 ou 15 7, dans lequel lesdits premier et deuxième réseaux électriques (20,21) sont couplés par ledit dispositif de protection (1) selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre d'un deuxième mode de fonctionnement du véhicule dans lequel le véhicule roule de manière 20 standard sous le contrôle total d'un ou du conducteur et dans lequel le deuxième réseau électrique alimente un circuit dédié du véhicule, dans lequel le dispositif de protection (1) comporte en outre un deuxième interrupteur commandé (15) monté entre ledit premier 25 interrupteur (11) et ladite deuxième borne d'entrée (13), ledit deuxième interrupteur commandé (15) étant apte à commuter entre une première position (A) dans laquelle il relie la deuxième borne d'entrée au premier interrupteur commandé (11) pour la mise en oeuvre dudit 30 premier mode de fonctionnement et une deuxième position (B) dans laquelle il relie la deuxième borne d'entrée 3064417 16 audit circuit dédié pour la mise en oeuvre dudit deuxième mode de fonctionnement. 9) Véhicule selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits 5 premier et deuxième réseaux électriques (20, 21) sont des réseaux aptes à fournir une tension continue de valeur nominale sensiblement égale à 12 volts.