Brevet FR3161783A1 — publié le 20251031

L'invention concerne un système de communication embarqué dans un véhicule comprenant un ensemble de dispositifs de communication configurés pour communiquer entre eux au moyen d’un réseau sans-fil interne au véhicule. Le dispositif comprend une carte d’acquisition (110) configurée pour s’interfacer avec un sous-système du véhicule ; une carte réseau (120) configurée pour s’interfacer avec le réseau sans-fil interne ; et une unité de contrôle (140) configurée pour prélever des données du sous-système au moyen de la carte d’acquisition (110) ; et transmettre les données à un ou plusieurs autres dispositifs de communication par l’intermédiaire du réseau sans-fil interne au moyen de la carte réseau (120) afin que lesdites données soient accessibles à chacun des autres des dispositifs de communication. L’invention concerne également un procédé diagnostic d’un véhicule à distance équipé d’un tel système de communication. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Système de communication embarqué dans un véhicule Arrière-plan de l'invention Le présent exposé concerne un système de communication embarqué dans un véhicule, en particulier dans le domaine ferroviaire. Les véhicules ferroviaires comprennent généralement un ensemble de sous-systèmes d’architectures et de capacités de connectivité variées qui ne communiquent pas systématiquement ensemble. Ces sous-systèmes peuvent comprendre, par exemple, les portes, les sanitaires, la climatisation, et les freins. En particulier, certaines flottes de véhicules comprennent des trains ne possédant pas de bonnes capacités de connectivité et ne permettent donc pas d’accéder aux données des sous-systèmes sans se connecter physiquement à ces sous-systèmes. Par exemple, bien que certains trains possèdent un réseau filaire (de type CAN, MVB, FIP, Ethernet, RS485, LON, Profinet, etc.) qui connecte certains sous-systèmes, ce réseau a souvent un débit insuffisant et/ou ne connecte pas l’intégralité des sous-systèmes du train ou ne fait transiter qu’une partie des informations pertinentes relatives aux sous-systèmes. Les données générées par les sous-systèmes restent souvent non exploitées et sont souvent volatiles (ne sont pas stockées). Dans ce contexte, une manière d’améliorer les capacités de communications d’un véhicule ferroviaire entre les sous-systèmes est généralement de créer un réseau filaire haut-débit dans le train (par exemple de type Ethernet). Cela génère cependant des coûts très élevés car il est nécessaire de remplacer intégralement la couche matérielle (électronique de contrôle) et la couche logicielle de chaque sous-système, ce qui entraîne un besoin de revalider l’ensemble du fonctionnel du train. De plus, certains problèmes spécifiques aux trains limitent l’applicabilité d’une telle solution, par exemple, la difficulté de transmettre un signal entre voitures car cela nécessite le remplacement des coupleurs (système permettant la connexion électrique entre deux voitures voisines). Des solutions ont été proposées afin de résoudre ce problème de connectivité des sous-systèmes des véhicules ferroviaires. Par exemple, il a été proposé d’intégrer dans les trains un système de communication sans-fil de type LoRa (d’après le terme anglais « Long-Range »), voir [REF 1]. Ce système permet de créer un réseau sans-fil dans le train auquel sont connectés les différents sous-systèmes. Toutefois, ce système est conçu de sorte que le volume d’informations remontées est très limité et consiste souvent à la remontée de valeurs discrètes (de type lecture de capteur individuel). De plus, les solutions de l’état de l’art ne permettent pas d’accéder à l’ensemble des informations à bord du véhicule sans passer par une connexion directe, ou via une architecture en nuage (« cloud »), à un système concentrateur qui agrège lesdites informations et les transmet au cloud. Il existe donc un besoin de remédier aux problèmes de l’état de l’art. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées, sur lesquelles : FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique d’un exemple de dispositif de communication selon la présente description ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique d’un exemple de système de communication embarqué dans un véhicule selon la présente description ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue schématique d’exemples de topologies formées par les dispositifs de communications selon la présente description. Description détaillée de l’invention La FIG. 1 représente un exemple de dispositif 100 de communication selon la présente description connecté à un sous-système 200 d’un véhicule. Le dispositif de communication comprend plusieurs cartes électroniques 110, 120, 130 connectées à une carte mère 140 faisant office d’unité de contrôle du dispositif. Le dispositif de communication comprend en particulier une carte d’acquisition 110 configurée pour s’interfacer avec un sous-système 200 d’un véhicule. Pour cela, selon les spécificités du sous-système visé, la carte d’acquisition peut par exemple être une carte avec une fonctionnalité de connexion à un réseau filaire de type Ethernet, CAN, MVB, RS485, ou encore RS232. Par ailleurs, la carte d’acquisition peut être une carte de type « DAIO » (acronyme de l’expression anglaise « Digital Analog Input Output ») qui permet de s’interfacer avec un ou plusieurs capteurs analogiques et/ou digitaux et de contrôler par exemple un équipement additionnel. Cette carte permet l’acquisition de signaux discrets analogiques ou digitaux (en particulier venant de capteurs). Cette carte peut également envoyer des signaux vers le sous-système afin, par exemple de permettre le contrôle du sous-système. Le dispositif de communication comprend également une première carte réseau 120 configurée pour s’interfacer avec un réseau sans-fil interne au véhicule, en particulier un réseau de type « sub-Ghz ». Ce réseau de type sub-GHz a une fréquence de porteuse incluse dans une bande de fréquence comprenant uniquement des fréquences inférieures à 1 GHz. La première carte réseau 120 est utilisée par le dispositif pour transmettre des données extraites des sous-systèmes vers le réseau sans-fil interne. Le dispositif de communication comprend également une deuxième carte réseau 130 configurée pour s’interfacer avec un réseau sans-fil externe au véhicule. Ainsi, cette deuxième carte réseau possède des fonctionnalités de connexion à un réseau de type cellulaire (LTE) ou WiFi afin de pouvoir communiquer à distance avec des éléments ou opérateurs qui sont extérieurs au véhicule. En particulier, cette deuxième carte électronique 130 permet une communication entre un véhicule muni du présent système de communication et un centre de contrôle au sol, via un architecture réseau en nuage (de type « cloud »). Par souci de simplicité, seuls certains éléments utiles sont représentés dans la FIG. 1 . Ainsi, les dispositifs peuvent aussi comprendre d’autres éléments nécessaires au fonctionnement d’un module électronique présentant les fonctionnalités décrites dans la présente description, comme par exemple une carte d’alimentation ou bien des cartes d’acquisition supplémentaires. La FIG. 2 représente un exemple de système 20 de communication selon la présente description embarqué dans un véhicule 20. A titre d’illustration, le véhicule 20 représenté est un exemple de véhicule ferroviaire (train) comprenant trois voitures. Chacune des voitures comprend plusieurs sous-systèmes : un système de climatisation 201, un système de gestion des portes 202, et un système de gestion des freins 203. Selon une architecture classique d’un train, les sous-systèmes sont reliés entre eux via un réseau « squelette » 22 par lequel ils communiquent avec un ordinateur central 21 du train. De plus, le véhicule est muni d’un système de communication selon la présente description qui comprend trois dispositifs de communication 101, 102, 103 localisés dans les trois voitures. Chaque dispositif est connecté à un sous-système d’une voiture (en l’occurrence, à titre d’exemple, le système de gestion des portes 202 par l’intermédiaire d’une liaison filaire 131. Ainsi, chaque dispositif de communication peut prélever des données du système de gestion des portes d’une voiture dans laquelle il est situé. De plus, dans le cas général, chaque dispositif de communication peut envoyer des signaux, tels que des signaux de commande, vers le sous-système auquel il est connecté. Ceci est réservé aux systèmes non-sécuritaires du véhicule comme par exemple les systèmes de gestion de la climatisation 201. Les configurations décrites sont généralisables pour toute autre configuration, en particulier des configurations dans lesquelles les dispositifs de communication sont connectés à des sous-systèmes de nature différente, et des configurations dans lesquelles plusieurs dispositifs de communication sont localisés dans la même voiture. Cependant, comme décrit plus haut l’envoi de signaux de commande vers les sous-systèmes est réservé aux sous-systèmes non-sécuritaires. Les données, par exemple des données relatives au statut de fonctionnement d’un sous-système, peuvent ensuite être transmises à un ou plusieurs autres dispositifs de communication ou à un ou plusieurs opérateurs (ou agents) externe au véhicule, comme décrit dans ce qui suit. Les dispositifs de communication 101, 102, 103 communiquent entre eux via un réseau sans-fil interne 150 au véhicule 20. De cette manière, les dispositifs de communication 101, 102, 103 peuvent échanger des données prélevées des sous-systèmes (ici les systèmes de type gestion des portes 202) auxquels ils sont connectés. En pratique, il est possible d’accéder aux données prélevées par le dispositif 103 situé en queue de véhicule 20 en se connectant au dispositif 101 situé en tête de véhicule, ceci grâce à l’interconnexion des dispositifs dans le réseau, par exemple selon une topologie linéaire par l’intermédiaire du dispositif 102 jouant le rôle de relais (c’est la topologie illustrée schématiquement à l’aide des pointillés dans la FIG. 2 ). De plus, si le dispositif 102 cesse de fonctionner où s’il n’est pas disponible pour tout autre raison, il est toujours possible d’accéder aux données de queue depuis la tête, car la topologie du réseau sera dynamiquement changée par synergie des unités de contrôle des dispositifs 101, 102, 103 pour permettre cette fonctionnalité. En particulier, la topologie du réseau pourra être changée depuis une topologie linéaire vers une topologie étoile dans lequel le dispositif de tête 101 est connecté directement au dispositif de queue 103. Dans l’exemple de la FIG. 2 , le dispositif de tête est un dispositif « relais » muni d’une fonctionnalité de connexion à un réseau sans-fil externe de type cellulaire (LTE) 30. Ceci permet la transmission de données issues d’un ou plusieurs sous-systèmes vers un agent connecté au réseau LTE 30. Les données transmises vers le réseau LTE 30 peuvent être issues du sous-système auquel est connecté ledit dispositif de tête 101 mais aussi, le cas échéant, d’un ou plusieurs des sous-systèmes connectés aux autres dispositifs 102, 103 du système de communication. L’agent auquel sont transmises les données peut être un centre de contrôle au sol qui est donc extérieur au véhicule. Ainsi le système de communication selon la présente description permet de pouvoir accéder à distance à des données issues de n’importe quel sous-système du véhicule. Par ailleurs, une autre configuration peut avoir lieu lorsque l’on considère le cas où un opérateur situé en queue de train dans la dernière voiture souhaite accéder à un sous-système de la voiture de tête auquel est connecté un dispositif de communication. Bien que l’opérateur ne puisse pas se connecter à l’ordinateur de bord 21 centralisant les informations de tous les sous-systèmes, il est possible, à l’aide du système de communication selon la présente description, de se connecter à un dispositif de communication le plus proche via un réseau courte portée (de type Bluetooth) afin de prélever les données souhaitées, la communication entre différents dispositifs étant effectué par le réseau sans-fil interne. La configuration du système de communication représenté dans la FIG. 2 est purement illustrative. Une configuration particulière peut être choisie selon les spécificités du véhicule considéré et les choix de fonctionnalités souhaitées au regard des sous-systèmes présents dans le véhicule. La FIG. 3 illustre des exemples de topologie que peut adopter le réseau constitué par les dispositifs de communication au sein d’un système de communication selon la présente description. Le réseau formé par les dispositifs de communication peut en particulier adopter des topologies de type étoile 310, des topologies de type linéaire 320, et/ou des topologies de type maillé 330. Sur la FIG. 3 , les cercles noirs représentent des dispositifs de communication relais pouvant transmettre les informations à des agents non connectés au réseau sans-fil interne, c’est-à-dire en particulier des agents dans un centre de contrôle au sol. Les cercles gris représentent des dispositifs de communication qui ne sont pas de type relais où qui en ont la capacité mais qui ne sont pas utilisés en tant que tel à un moment prédéterminé. Les tiges reliant les cercles représentent des liens de connexion directs entre dispositifs de communication via le réseau sans-fil interne au véhicule. Comme décrit précédemment, le système de communication selon la présente description peut dynamiquement changer la configuration du réseau par lequel sont connectés les dispositifs de communication. En particulier, le système de communication peut modifier une architecture de topologie linéaire pour qu’elle devienne une architecture de typologie maillé ou autre. En cas de défaillance d’un des dispositifs de communication (par exemple à cause d’une carte d’alimentation défectueuse), toute donnée qui transitait initialement par ce dispositif de communication sera reroutée vers un autre dispositif de communication (celui qui permet la meilleure transmission des données), changeant ainsi la topologie du réseau sans fil interne. Quoique le présent exposé ait été décrit en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. Système de communication embarqué dans un véhicule comprenant : - un ensemble de dispositifs (100) de communication configurés pour communiquer entre eux au moyen d’un réseau sans-fil interne au véhicule, chaque dispositif comprenant : - une carte d’acquisition (110) configurée pour s’interfacer avec un sous-système (200) du véhicule ; - une carte réseau (120) configurée pour s’interfacer avec le réseau sans-fil interne ; et - une unité de contrôle (140) configurée pour : - prélever des données du sous-système au moyen de la carte d’acquisition (110) ; et - transmettre les données du sous-système aux autres dispositifs de communication par l’intermédiaire du réseau sans-fil interne afin que lesdites données soient accessibles à chacun des autres dispositifs de communications. Système selon la revendication 1, dans lequel les dispositifs de communication sont reliés entre eux par le réseau sans-fil interne selon une architecture réseau dont la topologie est déterminée par la capacité à assurer un transfert de données entre un dispositif de communication demandeur qui émet une requête de données relatives à un sous-système cible et un dispositif de communication cible qui est connecté audit sous-système cible. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel chaque dispositif de communication est configuré pour être adressable par un opérateur par l’intermédiaire d’un réseau sans-fil de courte portée différent du réseau sans-fil interne, afin que l’opérateur puisse accéder aux données prélevées par le dispositif de communication et aux données prélevées par tout autre dispositif de communication connecté au réseau sans-fil interne. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la carte réseau (102) est une première carte réseau, et au moins un des dispositifs de communication est un dispositif de communication relais comprenant en outre : - une deuxième carte réseau (103) configurée pour s’interfacer avec un réseau sans-fil externe au véhicule, dans lequel l’unité de contrôle (110) est configurée pour transmettre les données d’un ou plusieurs sous-systèmes vers un centre de contrôle extérieur au véhicule par l’intermédiaire du réseau sans-fil externe. Système selon la revendication 4, dans lequel la deuxième carte réseau est une carte réseau de type LTE permettant d’établir une liaison véhicule-sol par l’intermédiaire d’un réseau cellulaire de type LTE. Système selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le dispositif de communication relais est configuré pour : - recevoir des signaux de commande depuis le réseau sans-fil externe au moyen de la deuxième carte réseau ; et - transmettre, par le réseau sans-fil interne, les signaux de commande à au moins un autre dispositif de communication parmi l’ensemble des dispositifs de communication au moyen de la première carte réseau dudit au moins un autre dispositif de communication, - commander un changement de l’état de fonctionnement du sous-système auquel est connecté ledit au moins un autre dispositif de communication au moyen desdits signaux de commande. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la carte d’acquisition comprend au moins l’une parmi : - une carte d’acquisition configurée pour acquérir et ou transmettre des données d’un réseau filaire de type CAN, MVB, FIP, Ethernet, LON, Profinet, RS485, et/ou RS232; et - une carte d’acquisition configurée pour acquérir des signaux analogiques ou numériques d’un capteur. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la fréquence porteuse du réseau sans-fil est incluse dans une bande de fréquence utile comprenant uniquement des fréquences inférieures à 1 GHz. Système selon la revendication 8, dans lequel les dispositifs de communication sont configurés pour échanger des informations en utilisant un protocole comprenant : - un balayage de différents canaux à l’intérieur de la bande de fréquence utile ; et - la transmission d’informations par un canal optimal sélectionné parmi les différents canaux balayés, le canal optimal étant le canal ayant l’indicateur de puissance signal reçue (RSSI) le plus grand. Procédé de diagnostic d’un véhicule à distance équipé d’un système de communication selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - l’envoi d’un signal de requête depuis un opérateur à distance du véhicule vers un des dispositifs de communication du système de communication du véhicule ; - la transmission de données d’un sous-système du véhicule auquel est connecté le dispositif vers l’opérateur à distance en réponse à la requête ; et - l’analyse des données à distance afin de diagnostiquer un état de fonctionnement du véhicule.