Brevet FR3077544A1 — publié le 20190809

Description Titre de l'invention : Procédé de gestion d'un réseau de bord Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un réseau de bord ainsi qu'à un réseau de bord mettant en oeuvre ce procédé. Technique antérieure [0002] Un réseau de bord ou réseau embarqué dans le domaine automobile représente l'ensemble des composants électriques d'un véhicule automobile. Il s'agit à la fois des consommateurs ou utilisateurs électriques constituant des sources de tension tels que les générateurs ou les accumulateurs électriques comme les batteries. Dans le véhicule on veille à ce que l'énergie électrique soit disponible pour démarrer le véhicule à tout moment et pour garantir une alimentation en courant suffisante pendant le fonctionnement. Mais aussi à l'état arrêté, il faut que de tels utilisateurs électriques puissent encore fonctionner pendant un temps déterminé sans que cela ne pénalise un démarrage ultérieur. [0003] Il est à remarquer que, du fait de l'électrification croissante des équipements ainsi que de l'introduction de nouvelles fonctions de conduite, les exigences concernant la fiabilité de l'alimentation électrique du véhicule est toujours croissante. Il faut en outre remarquer qu'à l'avenir, dans le cadre d'une conduite très automatisée, les activités étrangères à la conduite seront limitées. Dans ces conditions, un arrière-plan dans le domaine des capteurs, de la technique de régulation, des moyens mécaniques et électriques ne sera disponible que de façon limitée pour le conducteur. C'est pourquoi pour une conduite à automatisme très poussé ou totalement automatique ou autonome, l'alimentation électrique est une condition de sécurité inconnue jusqu'alors dans les véhicules automobiles. Les défauts du réseau électrique de bord doivent ainsi être décelés en toute sécurité et de façon aussi complète que possible à un instant donné. [0004] Une conduite automatique très poussée est une étape intermédiaire entre la conduite assistée selon laquelle le conducteur est aidé par les systèmes d'assistance et une conduite autonome selon laquelle le véhicule fonctionne automatiquement et sans l'intervention du conducteur. Dans le cas de la conduite très automatisée, le conducteur dispose de son intelligence propre pour faire des prévisions que la mission de conduite peut assurer au moins dans la plupart des cas de conduite. C'est pourquoi, dans le cas de la conduite très automatique, l'alimentation électrique est une garantie de sécurité très importante. L'alimentation en énergie et sa consommation peuvent se faire en principe réalisées de manière redondante. Mais il n'est pas toujours possible de mettre en double tous les consommateurs. C'est ainsi, que, par exemple, des capteurs dis- 2 ponibles pour la fonction automatisée des deux canaux peut être réalisée de façon très simple par l'alimentation à partir de deux sources d'énergie. [0005] L'alimentation en énergie, la fonction de freinage et la fonction de direction ne doivent pas être réalisées de manière redondante. Mais il existe également des consommateurs pour lesquels une réalisation indépendante, par exemple, à cause de leur trop forte consommation d'énergie et du mauvais bilan de CO2 qui en résulte, n'est pas satisfaisante. [0006] Dans le cadre de la conduite automatique, il faut disposer de certaines fonctions comme, par exemple, la direction, le freinage, la caractéristique « ASIL-D-Originale ou être alimenté par le réseau de bord. [0007] La fonction ASIL (Automative Safety Integrity Level = niveau d'intégrité locale d'un véhicule) est un composant important de la norme ISO 26262. Le niveau d'ASIL sera toutefois déterminé au début d'un procédé de développement. Pour cela on analyse les fonctions du système et on répartit les risques possibles. Le niveau ASIL-A correspond au niveau le plus faible de risques ; le niveau ASIL-D présente le niveau de risque plus élevé. [0008] Comme le conducteur ne constitue plus un moyen de secours on intègre des re- dondances dans le système. Ces redevances sont alimentées par l'intermédiaire de canaux de réseau séparés. Chaque canal doit éviter les sous-tensions et les surtensions pour le niveau ASIL-B(D). De plus, en cas de défaut d'un canal, il faut que les éléments de couplage entre les deux canaux évitent le couplage des canaux pour le niveau ASIL-D pour permettre un freinage selon le niveau ASIL-D. [0009] Il faut remarquer qu'il existe actuellement certains composants du réseau de bord qui ne sont plus sûrs en cas de court-circuit, c'est-à-dire qui peuvent être coupés par le niveau ASIL-B(D). Ces composants doivent être redéveloppés ou il faut développer des composants complémentaires assurant cette séparation. [0010] Il existe également une proposition consistant à utiliser un réseau de bord tertiaire alimenté à partir du premier canal, encore appelé canal 1 ou du second canal, encore appelé canal 2. On sélectionne l'alimentation par l'intermédiaire d'un commutateur. Ainsi, un composant qui serait doublé dans d'autres conditions, peut être réalisé comme composant simple. Cela permet, par exemple, de répartir le radar par le canal 1, le lidar (détection et balayage par faisceau) par le canal 2 et des caméras par un réseau de bord tertiaire. Le commutateur pour le réseau de bord tertiaire est un composant supplémentaire. [0011] Le document DE 10 2008 043 402 Al décrit un procédé de protection contre la surtension des installations raccordées à un réseau de bord ; selon ce procédé, on transfère la surtension à une charge absorbant de l'énergie ce qui réduit la surtension. La charge absorbant de l'énergie peut être réalisée par exemple comme démarreur. 3 [0012] Le document DE 10 2014 201 581 Al décrit un procédé de coupure d'un réseau de bord par rapport à un convertisseur de tension continue. Le procédé prévoit de convertir une tension d'alimentation par un convertisseur de tension continue en une tension de réseau de bord en déterminant une tension de blocage d'au moins un élément redresseur semi-conducteur et en commandant un disjoncteur pour couper le réseau de bord du convertisseur de tension continue en fonction de la valeur prise par la tension de blocage ainsi déterminée. [0013] EXPOSE ET AVANTAGES DE L'INVENTION [0014] Le procédé selon l'invention permet de gérer un réseau de bord, notamment le réseau de bord d'un véhicule automobile. Ce réseau de bord a un premier canal de réseau de bord et un second canal de réseau de bord reliés l'un à l'autre par un élément de couplage. En plus du premier et du second canal de réseau de bord, on peut également prévoir d'autres canaux de réseau de bord. Ceux-ci peuvent être à leur tour reliés par des éléments de couplage et/ou au premier et au second canal de réseau de bord. Comme élément de couplage on envisage, par exemple, un convertisseur de tension continue. [0015] Selon le procédé, le réseau de bord a un premier canal de réseau de bord et un second canal de réseau de bord, ces deux canaux de réseau de bord étant reliés l'un à l'autre par un élément de couplage et cet élément de couplage a un premier interrupteur et un second interrupteur, la prise médiane se faisant sur l'élément de couplage en ce qu'on mesure une grandeur électrique entre le premier interrupteur et le second interrupteur de l'élément de couplage pour surveiller le réseau de bord. [0016] Le réseau de bord comportant un premier canal de réseau de bord et un second canal de réseau de bord est conçu pour que les deux canaux de réseau de bord soient reliés par un élément de couplage comportant un premier interrupteur et un second interrupteur. L'élément de couplage est conçu pour avoir une prise médiane permettant de mesurer une grandeur électrique entre le premier interrupteur et le second interrupteur de l'élément de couplage. [0017] Selon un développement on évite le coût des développements supplémentaires décrits ci-dessus, si, l'élément de couplage entre le premier canal de réseau embarqué et le second canal de réseau embarqué comporte une prise médiane pour alimenter les composants. Cela permet d'alimenter d'autres composants qui n'ont pas été coupés en toute certitude en cas de court-circuit ou des composants qui sont reliés à un réseau de bord tertiaire. On supprime un composant supplémentaire tel qu'un interrupteur ou commutateur pour le réseau de bord tertiaire. [0018] Jusqu'à présent on séparait de tels composants par des fusibles en cas de défaut. Cela n'est plus suffisant sur des véhicules autonomes dans lesquels le conducteur ne peut plus intervenir car les temps de déclenchement ne peuvent être déterminés de façon 4 suffisamment précise. Ainsi, les deux canaux peuvent être défaillants avant que l'on ne coupe les composants. Il faut remarquer que dans ce cas les composants ne sont reliés qu'à un canal et qu'ils le feraient s'effondrer. Le second canal peut être séparé par un élément de coupure tel qu'un interrupteur en cas de défaut. La probabilité de défauts des composants qui sont protégés par un disjoncteur séparé, peut néanmoins être tellement élevée que l'on ne peut arriver à la qualification ASIL puisque la probabilité de défaillance en sous-tension dans ce réseau de bord est tellement élevée qu'il n'est plus possible d'atteindre une qualification de niveau ASIL-B(D). [0019] Comme la coupure des fusibles dans le cas d'un court-circuit ne peut être définie de manière certaine dans un temps donné, il faut que les composants en cas de court-circuit interne d'un composant, coupent eux-mêmes leur chemin conducteur ou développent un nouveau chemin pour répondre aux consignes, c'est-à-dire à la probabilité de défaillance. Jusqu'à présent, cela n'est pas prévu dans les composants. En variante, on peut également prévoir son propre disjoncteur en amont de chaque composant qui doit couper en cas de défaillance. Ces deux moyens nécessitent toutefois des mises en oeuvre importantes. [0020] Selon l'invention, il est prévu d'introduire une prise médiane dans l'élément de couplage qui applique la condition supplémentaire posée aux composants en cas de court-circuit de se couper en ce que l'élément de coupure entre les deux canaux AD (AD= entraînement automatique) soit assisté. [0021] En outre, il apparaît que les composants qui sont par ailleurs doublés peuvent être remplacés par un composant supplémentaire alimentant le commutateur pour le réseau de bord tertiaire, pour être alimenté par l'élément de couplage existant déjà dans le réseau de bord. [0022] Le procédé selon l'invention et le dispositif décrit ont au moins dans certaines réa- lisations, une série d'avantages. Il s'agit des avantages suivants : [0023] 1. des moyens de développements réduits, [0024] 2. des couches supplémentaires faibles, [0025] 3. un encombrement réduit. [0026] Il faut en outre veiller à ce que les deux canaux de réseau embarqué se trouvent au même niveau de tension redressé ou à des niveaux de tension différents. Brève description des dessins [0027] La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : [0028] [fig.1] montre une forme de réalisation d'un réseau embarqué, [0029] [fig.21 montre des modes de réalisation d'un élément de couplage explicitant différentes applications du procédé prévu. [0030] DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION [0031] La figure 1 montre un réseau de bord portant globalement la référence 10. Le réseau de bord 10 comporte un premier canal de réseau de bord 12 et un second canal de réseau de bord 14. Un générateur d'énergie 16 représenté schématiquement, alimente les deux canaux de réseau de bord 12, 14 sous une tension de 12V. En outre, entre le premier canal de réseau de bord 12 et le second canal, il est prévu un élément de couplage 18 car les deux canaux de réseau de bord 12, 14 sont reliés. Cet élément de couplage 18 est présenté ici de manière simplifiée comme élément de commutation ou de coupure et il pourra ouvrir la liaison entre les deux canaux de réseau de bord 12, 14. [0032] Le premier canal de réseau de bord 12 comporte un premier utilisateur concernant la sécurité 20 et une première batterie 22. Le second canal de réseau de bord 141 a un utilisateur standard 30, un second utilisateur 32 concernant la sécurité et une seconde batterie 34. Les deux utilisateurs 20, 32 concernant la sécurité peuvent être redondants. [0033] Les conditions sont ici les suivantes : éviter une surtension et une sous-tension selon le niveau ASIL-B(D) dans les deux canaux de réseau de bord 12, 14, garantir de l'énergie suffisante avec le niveau ASIL-B (D) pour un scénario ASIL-B(D) de marche/arrêt, prédéfini, et garantir la séparation des canaux par l'élément de couplage selon le niveau ASIL-D. [0034] La figure 2 est une représentation plus détaillée du mode de réalisation de la figure 1 pour l'élément de couplage dans deux cas d'application. [0035] Le côté gauche représente l'élément de couplage 18 avec un premier interrupteur 50 et un second interrupteur 52. Le premier interrupteur 50 comporte un premier transistor 60 et un second transistor 62. Dans le cas de cet exemple, il s'agit de deux composants MOSFET branchés en série, dos à dos, c'est-à-dire en opposition. Le second interrupteur 52 comporte également un premier transistor 70 et un second transistor 72. Il s'agit également ici de deux composants MOSFET qui sont réunis ligne par ligne, c'est-à-dire en opposition. Le premier canal de réseau de bord 12 est relié au premier interrupteur 50 et le second canal de réseau embarqué 14 est relié au second interrupteur 52. En outre, la figure montre un utilisateur standard 74 raccordé par la prise médiane 76 entre les deux interrupteurs 50, 52. [0036] Les conditions sont ici la coupure des deux canaux de réseau de bord 12, 14 selon le niveau ASIL-D (double flèche 80) pour éviter une première surtension avec le niveau ASIL-B(D) (flèche 82) et une seconde sous-tension avec le niveau ASIL-B(D) (flèche 84). On a surveillé le réseau de bord et notamment l'élément de couplage 18 ce que l'on peut également appeler diagnostic. La prise médiane 76 fournit une mesure. En 6 outre, il est prévu une mesure de tension par les deux interrupteurs 50, 52 (voir flèche 90). [0037] Des exemples de mesures dans un réseau de bord avec un premier canal et un second canal avec chacun un interrupteur et entre les deux réseaux de bord, un réseau tertiaire et à chaque fois le but de la mesure concernée est indiqué. Les diagnostics peuvent être exécutés de façon analogue dans le second canal. [0038] Rupture de ligne : [0039] Si, sur une période, prolongée il n'y a pas de courant dans le premier canal, il y aura un message d'erreur à l'unité de diagnostic principale ; en cas de besoin il y a un signal pour ouvrir un premier interrupteur dans le premier canal. [0040] Surtension : [0041] La cause de la surtension se détermine par le sens de passage du courant. Si dans le second canal, après la coupure, il y a toujours une surtension, un second interrupteur coupe également ce second canal. [0042] Court-circuit avec sous-tension dans le premier canal : [0043] La cause de la sous-tension se détermine à partir du sens du courant. Si, dans le second canal, après la coupure, il subsiste toujours une sous-tension, le second interrupteur coupe également. [0044] Court-circuit avec surintensité dans le premier interrupteur : [0045] En cas de surintensité, à l'aide du sens du courant, on détermine le canal défectueux. L'interrupteur correspondant sera ouvert. [0046] Surtempérature : [0047] En cas de surtempérature, on ouvre l'interrupteur concerné. [0048] La figure 2 montre en outre sur le côté droit, l'élément de couplage 18 avec un premier interrupteur 150 et un second interrupteur 152. Le premier interrupteur 150 comporte un premier transistor 160 et un second transistor 162. Il s'agit dans ce cas de deux transistors MOSFET branchés dos à dos, c'est-à-dire en sens opposé. Le second interrupteur 152 comporte également un premier transistor 170 et un second transistor 172. Il s'agit également de deux transistor MOSFET branchés en série dos à dos, c'est-à-dire en sens opposé. Le premier canal de réseau de bord 12 est relié au premier interrupteur 150 et le second canal de réseau de bord 14 est relié au second interrupteur 152. En outre, la figure montre un utilisateur 174 relevant de la sécurité et qui est raccordé aux deux interrupteur 150 et 152 par une prise médiane 176. [0049] Les exigences sont ici celles consistant à couper (double flèche 180) les deux canaux de bord 12, 14 avec le niveau ASIL-D, le premier canal 12 en cas de sous-tension ou de surtension dans le premier canal 12 avec le niveau ASIL-B(D) en le coupant (flèche 182) et le second canal 14 en cas de sous-tension et de surtension dans le second canal 14 avec le niveau ASIL-B(D) en le coupant (flèche 184). Pour cela on surveille le 7 réseau de bord et notamment l'élément de couplage 18 ce qui peut également s'appeler « diagnostic ». La prise 176 sert à faire les mesures. On peut en outre mesurer la tension sur les deux interrupteurs 150, 152 (flèche 190). [0050] La fonction de coupure des deux canaux de réseau bord 50, 52 ou 150, 152 avec le niveau ASIL-D est assurée par l'élément de couplage 18. La prise médiane 76 ou 176 est importante pour l'alimentation de l'utilisateur standard 74 ou de l'utilisateur 174 concerné par la sécurité de l'autre réseau de bord tertiaire. [0051] L'alimentation des deux canaux de réseau de bord 12, 14 peut se faire de manière suffisante en cas de court-circuit de l'un des composants par le commutateur de puissance. En cas de problème dans le réseau de bord on peut continuer de faire fonctionner les composants alimentés par l'élément de couplage 18 ou le disjoncteur et la liaison ne sera coupée que pour le système entaché du défaut. [0052] Les dessins montrent la réalisation d'un disjoncteur comme élément de couplage 18. En introduisant une prise pour l'alimentation des utilisateurs standards ou des composants du réseau de bord tertiaire, on peut également envisager des variantes dans lesquelles l'élément de couplage est réalisé comme convertisseur et notamment comme convertisseur de tension continue. [0053] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0054] 12 Canal de réseau de bord [0055] 14 Canal de réseau de bord [0056] 16 Génération d'énergie [0057] 18 Elément de couplage [0058] 20 Premier utilisateur concerné par la sécurité [0059] 22 Première batterie [0060] 30 Utilisateur standard [0061] 32 Second utilisateur concerné par la sécurité [0062] 34 Seconde batterie [0063] 50 Premier interrupteur [0064] 52 Second interrupteur [0065] 60 Premier transistor [0066] 62 Second transistor [0067] 70 Premier transistor [0068] 72 Second transistor [0069] 74 Utilisateur standard [0070] 76 Prise médiane [0071] 80 Double flèche [0072] 84 Flèche [0073] 150 Premier interrupteur 8 [0074] 152 Second interrupteur [0075] 160 Premier transistor [0076] 162 Second transistor [0077] 170 Premier transistor [0078] 172 Second transistor [0079] 176 Prise médiane [0080] 180 Double flèche [0081] 182 Flèche [0082] 184 Flèche [0083] 190 Flèche 9 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31 [Revendication 41 [Revendication 51 [Revendication 61 [Revendication 71 [Revendication 81 [Revendication 91 [Revendication 101