Installation électrique pour véhicule automobileElectrical installation for a motor vehicle
La présente invention est relative à une installation électrique pour véhicule automobile doté de commandes électriques de conduite. Les commandes électriques de conduite sont souvent désignées par le terme anglais "X-by-wire" dans lequel la lettre X désigne des commandes telles que par exemple le système électrique de freinage ("brake-by-wire") ou le système électrique de direction ("steer-by-wire"). De telles commandes électriques sont critiques du point de vue de la sécurité. Elles impliquent l'utilisation de charges électriques non encore fréquemment utilisées dans les véhicules automobiles actuels, telles que par exemple des actionneurs électriques agissant sur les roues du véhicule. Ces charges doivent présenter un haut niveau de sécurité de fonctionnement et doivent cohabiter avec d'autres charges électriques ayant des contraintes de sécurité de fonctionnement différentes et généralement moins sévères. L'utilisation de telles charges électriques impose des exigences sévères de fiabilité au réseau de distribution d'énergie à bord du véhicule puisqu'il est commun à toutes les fonctions électriques de celui-ci de sorte que ces exigences sont multiples et diverses. Ainsi, on est conduit à gérer plusieurs sous-systèmes de distribution d'énergie en fonction des différentes exigences, et notamment en juxtaposant un réseau de distribution d'énergie conventionnel et un réseau de distribution d'énergie sécurisé, voire plusieurs réseaux de distribution d'énergie sécurisés (par exemple un pour le système électrique de freinage et un autre pour le système électrique de direction). Par le document EP 1 557 317, on connaît une installation d'alimentation en énergie d'un véhicule automobile comprenant au moins une commande électrique de conduite, telle qu'une commande électrique de freinage ou de direction. Dans ce cas, on prévoit deux sources d'énergie alimentant normalement de façon distincte la ou les commandes électriques et les moteurs de traction du véhicule. Les sources d'énergie sont surveillées quant à leur bon fonctionnement. En cas de défaillance de l'une d'entre elles, 3o un système de commutation permet de brancher les charges normalement alimentées par cette source, sur l'autre source. Le système dans son ensemble est régi par un calculateur. Ce système d'alimentation connu n'est que très partiellement sécurisé et ne tient pas compte des charges conventionnelles qui doivent également 35 être alimentées et éventuellement sécurisées à leur propre niveau de sécurité. The present invention relates to an electrical installation for a motor vehicle equipped with electrical driving controls. Electrical driving controls are often referred to by the term "X-by-wire" in which the letter X designates commands such as for example the electrical brake system ("brake-by-wire") or the electrical system. direction ("steer-by-wire"). Such electrical controls are critical from a safety point of view. They involve the use of electric charges not yet frequently used in current motor vehicles, such as for example electric actuators acting on the wheels of the vehicle. These loads must have a high level of operational safety and must coexist with other electrical loads with different operating safety constraints and generally less severe. The use of such electrical loads imposes severe reliability requirements on the on-board power distribution network since it is common to all the electrical functions of the vehicle so that these requirements are multiple and diverse. Thus, we are led to manage several energy distribution subsystems according to the various requirements, and in particular by juxtaposing a conventional energy distribution network and a secure energy distribution network, or even several distribution networks. secure energy (for example one for the electrical braking system and another for the electrical steering system). Document EP 1 557 317 discloses a power supply installation for a motor vehicle comprising at least one electrical driving control, such as an electric braking or steering control. In this case, two power sources are provided, normally separately supplying the one or more electrical controls and the traction motors of the vehicle. Energy sources are monitored for proper operation. In case of failure of one of them, 3o a switching system allows to connect the loads normally supplied by this source on the other source. The system as a whole is governed by a calculator. This known power system is only very partially secure and does not take into account conventional loads which must also be powered and possibly secured to their own level of security.
Il existe par ailleurs des installations électriques plus évoluées impliquant des commandes électriques de conduite, notamment à l'état de prototype chez de nombreux constructeurs d'automobiles, installations dans lesquelles on prévoit une architecture de distribution d'énergie sécurisée à topologie en étoile qui permet de confiner les défaillances des commandes électriques à l'endroit où elles ont lieu. Cependant, ces architectures sont complexes en soi, car elles nécessitent la gestion de plusieurs branches de circulation du courant et le transfert de l'énergie vers celles-ci à partir d'un point central. Mais surtout, lo elles se superposent à l'architecture conventionnelle qui fait cheminer un réseau d'alimentation dit "en guirlande" à travers tout le véhicule. Le nombre et le poids des câbles électriques se trouvent ainsi considérablement augmentés entraînant une complexité et un coût accrus. Par conséquent, qu'il s'agisse d'une commande électrique du type "X- 15 by-wire" ou de tout autre système nécessitant une approche sécurisée, la technique antérieure prévoit de sécuriser l'installation électrique du véhicule sans que la distribution de l'énergie électrique vers les différentes charges soit unifiée par un partage optimal des ressources en matière de distribution d'énergie et de sécurité. 20 L'invention vise à fournir une installation électrique pour un véhicule automobile doté de commandes de conduite électriques, dans laquelle la sécurisation est coordonnée pour l'ensemble des charges électriques présentes dans le véhicule qu'elles soient du type critique ou non critique, et qui nécessite un câblage simple et léger dont le coût peut être réduit à un 25 minimum. On atteint ce but de l'invention avec une installation électrique pour véhicule automobile comprenant : une pluralité de charges électriques critiques du point de vue de la sécurité, une pluralité de charges électriques non critiques sur le plan de la 30 sécurité et un réseau de distribution d'énergie électrique destiné à apporter l'alimentation électrique auxdits charges critiques et non critiques, ledit réseau de distribution comprenant un dispositif de commutation présentant un noeud central de connexion d'où s'étendent des branches de connexion par l'intermédiaire d'interrupteurs, deux de ses branches étant des 35 branches d'alimentation reliées respectivement à deux sources d'énergie à courant continu et les autres desdites branches étant des branches de consommation et reliées chacune à au moins l'une desdites charges critiques, tandis qu'au moins certaines desdits branches de consommation sont raccordées également à au moins certaines charges parmi ladite pluralité de charges non critiques, et ledit réseau de distribution comprenant également des moyens de dérivation pour, en cas de défaillance d'une charge critique appartenant à une branche donnée de consommation, assurer l'alimentation des charges non critiques appartenant à cette branche à travers une autre branche parmi lesdites branches de consommation. Grâce à ces caractéristiques, l'ensemble des charges électriques du 1 o véhicule peut être alimenté par le même réseau de distribution d'énergie d'où une simplification notable du câblage. Ceci étant, les charges critiques du point de vue de la sécurité conservent leur caractère "silencieux aux défaillances" (en anglais "Fail-Silent"), puisqu'en cas de défaillances de l'une d'entre elles les charges non critiques qui lui sont associées dans la même 15 branche du réseau de distribution conservent leur fonctionnalité. L'ensemble de l'installation reste ainsi "tolérant aux défaillances" (en anglais "Fail-Tolerant"), celles-ci étant confinées dans la branche de consommation où elles sont apparues. Avantageusement, lesdits moyens de dérivation comprennent d'une 20 part dans chacune desdites branches de consommation un composant unidirectionnel orienté de manière à permettre la circulation du courant à travers la branche de consommation considérée vers les charges non critiques appartenant à cette branche et bloquant la circulation du courant dans le sens opposé, et d'autre part des conducteurs transversaux reliant le côté dudit 25 composant unidirectionnel tourné vers lesdites charges non critiques au côté homologue du composant unidirectionnel d'une autre branche de consommation dudit réseau de distribution. Selon un autre aspect de l'invention, les charges non critiques appartenant à une même branche de consommation sont connectées audit 3o composant unidirectionnel à travers au moins un composant fusible. En outre, avantageusement, à chacune de leurs extrémités lesdits conducteurs transversaux sont chacun raccordés au composant unidirectionnel correspondant par l'intermédiaire d'un composant fusible. De préférence, ledit composant unidirectionnel est une diode. 35 Selon un autre aspect de l'invention, ledit réseau de distribution comporte quatre branches de consommation s'étendant en étoile à partir dudit noeud central situé au centre dudit véhicule vers les coins de celui-ci pour alimenter de concert les charges critiques et non critiques présentes au voisinage des roues situées dans ces coins. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel la figure unique représente un exemple de réalisation d'une installation électrique pour véhicule automobile selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Sur cette figure unique, on a représenté très schématiquement une vue en plan d'un véhicule automobile avec ses quatre roues R, son tableau de 1 o bord T et ses portières P, la vue étant uniquement destinée à illustrer l'implantation des divers éléments de l'installation électrique. Celle-ci comprend tout d'abord un commutateur central 1. Dans l'exemple représenté, ce commutateur présente six branches, toutes dotées d'un interrupteur bipolaire la à 1f, chaque interrupteur desservant une 15 branche A à F d'un réseau de distribution d'énergie en étoile. L'un des pôles de chaque interrupteur est relié aux pôles correspondants des autres interrupteurs en forrnant ainsi un noeud central 1g. Ce dernier est de préférence situé au centre du véhicule. Il est à noter que l'invention n'est limitée ni à un réseau de distribution 20 d'énergie à six branches en étoile, ni à une quelconque répartition topographique dans le véhicule de ses branches, la figure ne représentant que l'un des exemples de réalisation possibles de l'invention. Les branches A et B du réseau sont des branches d'alimentation et comprennent à cet effet des sources d'énergie 2 et 3. Celles-ci peuvent être 25 de tout type connu en soi et appliquent une tension continue au noeud central l g, lorsque l'interrupteur la et/ou lb est (sont) fermé(s). Dans l'exemple représenté qui correspond à la situation la plus courante dans l'industrie automobile, les sources d'énergie 2 et 3 sont connectées au réseau de distribution par leur pôle positif. L'invention s'applique naturellement 30 également dans le cas d'un branchement inverse de ces sources d'énergie 2 et 3. Les branches C à F du réseau sont des branches de consommation. Dans l'exemple représenté, elles sont identiques et situées respectivement aux quatre coins du véhicule, respectivement au voisinage des roues R. 35 Chaque branche de consommation C à F comprend au moins une charge M critique d"un point de vue de la sécurité de sorte qu'elle doit avoir un comportement silencieux à la défaillance, ce qui signifie qu'en cas de défaillance, elle ne doit en aucune manière répercuter cette défaillance sur le reste du réseau de distribution. Typiquement, une charge M peut être un actionneur électrique agissant par exemple sur une roue R et ayant besoin pour fonctionner dune quantité d'énergie importante. En l'occurrence, le comportement "silencieux à la défaillance" de la charge M est obtenu par le fait qu'en cas de défaillance, elle est déconnectée du réseau de distribution. Chaque branche de consommation C à F comprend également au moins une charge L (feux de position, de stop etc; par exemple) qui est moins critique du point de vue de la sécurité qu'une charge M et fonctionnellement 1 o indépendante de celle-ci. L'installation électrique selon l'invention comprend également des moyens de dérivation. Plus précisément, dans chaque branche de consommation C à F, les charges L sont connectées à l'interrupteur 1c à 1f correspondant à travers un composant unidirectionnel 4, connecté dans le 15 sens passant de l'interrupteur vers les charges L compte tenu du mode de connexion choisi dans l'exemple, des sources d'énergie 2 et 3. Ce composant est de préférence une diode dont la cathode est connectée aux charges L. II peut aussi être formé d'un composant semi-conducteur de structure plus complexe ayant le caractère unidirectionnel. Bien entendu, en cas de 20 polarisation inverse des sources d'énergie 2 et 3, l'orientation du composant unidirectionnel doit être inversée. Un composant fusible 5 est relié de préférence entre les charges L et le composant unidirectionnel 4. La jonction entre le composant unidirectionnel 4 et le composant fusible 25 5 dans les branches 1c et 1d est connectée à la jonction homologue de la branche opposée respective le et 1 f par l'intermédiaire d'une connexion transversale 6 comprenant un conducteur 7 et deux composants fusibles 8. Le commutateur central 1 est commandé par des moyens de commande symbolisés sous la forme d'un calculateur CAL du véhicule. Un tel 3o calculateur est supposé disposer de moyens de décision appropriés pour actionner les différents interrupteurs la à If au moment de l'apparition d'une défaillance à un endroit quelconque du véhicule, une telle défaillance étant signalée au calculateur CAL par l'intermédiaire d'entrées EN appropriées. Il s'agit d'une technologie à la portée des spécialistes de sorte qu'il n'est pas 35 nécessaire de faire une description détaillée ni de ce calculateur ni de son mode de fonctionnement. There are also more advanced electrical installations involving electrical controls for driving, especially as a prototype for many car manufacturers, installations in which a security architecture architecture with star topology that allows to confine failures of electrical controls to where they occur. However, these architectures are complex in themselves because they require the management of several branches of current flow and the transfer of energy to them from a central point. But most importantly, they are superimposed on the conventional architecture that leads a supply network said "garland" throughout the vehicle. As a result, the number and weight of electrical cables is greatly increased, resulting in increased complexity and cost. Therefore, whether it is an electrical control of the "X-by-wire" type or any other system requiring a secure approach, the prior art provides for securing the electrical installation of the vehicle without the distribution electrical energy to different loads is unified by an optimal sharing of resources in energy distribution and security. The object of the invention is to provide an electrical installation for a motor vehicle equipped with electrical driving controls, in which the securing is coordinated for all the electrical charges present in the vehicle, whether they be of the critical or non-critical type, and which requires simple and lightweight wiring whose cost can be reduced to a minimum. This object of the invention is achieved with an automotive electrical installation comprising: a plurality of security critical electrical charges, a plurality of non-security critical electrical charges, and a distribution network. electrical power supply for supplying power to said critical and non-critical loads, said distribution network comprising a switching device having a central connection node from which connection branches extend through switches two of its branches being supply branches respectively connected to two DC power sources and the other of said branches being consumption branches and each connected to at least one of said critical loads, while least some of said consumer branches are also connected to at least some loads i said plurality of non-critical loads, and said distribution network also comprising derivation means for, in the event of failure of a critical load belonging to a given branch of consumption, supplying the non-critical loads belonging to this branch through another branch of said consumer branches. Thanks to these characteristics, all the electrical charges of the vehicle 1 can be powered by the same power distribution network resulting in a significant simplification of the wiring. This being the case, the critical loads from the point of view of the security preserve their character "silent to the failures" (in English "Fail-Silent"), since in case of failures of one of them the non-critical loads which associated with it in the same branch of the distribution network retain their functionality. The entire installation thus remains "fault tolerant" (English "Fail-Tolerant"), these being confined to the consumer sector where they appeared. Advantageously, said derivation means comprise on the one hand in each of said consumption branches a unidirectional component oriented so as to allow the current to flow through the branch of consumption considered towards the non-critical loads belonging to this branch and blocking the circulation. current in the opposite direction, and on the other hand transverse conductors connecting the side of said unidirectional component facing said non-critical loads to the peer side of the unidirectional component of another consumer branch of said distribution network. According to another aspect of the invention, the non-critical loads belonging to the same consumption branch are connected to said unidirectional component 3o through at least one fuse component. In addition, advantageously, at each of their ends said transverse conductors are each connected to the corresponding unidirectional component via a fuse component. Preferably, said unidirectional component is a diode. According to another aspect of the invention, said distribution network comprises four consumption branches extending in a star form from said central node located at the center of said vehicle towards the corners thereof to supply the critical and non-critical loads together. critics present in the vicinity of the wheels located in these corners. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, given solely by way of example and with reference to the accompanying drawing in which the single figure shows an embodiment of an electrical installation. for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention. In this single figure, there is very schematically shown a plan view of a motor vehicle with its four wheels R, its table 1 edge T and its doors P, the view being only intended to illustrate the implementation of the various elements of the electrical installation. This first comprises a central switch 1. In the example shown, this switch has six branches, all having a bipolar switch the 1f, each switch serving a branch A to F of a network. star energy distribution. One of the poles of each switch is connected to the corresponding poles of the other switches thereby forming a central node 1g. The latter is preferably located in the center of the vehicle. It should be noted that the invention is not limited to a six star branch energy distribution network 20 or to any topographic distribution in the vehicle of its branches, the figure representing only one of the possible embodiments of the invention. The branches A and B of the network are supply branches and comprise for this purpose energy sources 2 and 3. These can be of any type known per se and apply a DC voltage to the central node lg, when the switch and / or lb is (are) closed (s). In the example shown, which corresponds to the most common situation in the automotive industry, the energy sources 2 and 3 are connected to the distribution network by their positive pole. The invention naturally also applies in the case of a reverse connection of these energy sources 2 and 3. The branches C to F of the network are consumer branches. In the example shown, they are identical and located respectively at the four corners of the vehicle, respectively in the vicinity of the wheels R. Each consumer branch C to F comprises at least one load M critical from a safety point of view. so that it must have a silent behavior to the failure, which means that in the event of a failure, it must not in any way pass on this fault to the rest of the distribution network.Typically, a load M can be an electric actuator acting for example on a wheel R and needing to operate a large amount of energy.In this case, the behavior "silent to failure" of the load M is obtained by the fact that in case of failure, it is disconnected from the distribution network Each consumer branch C to F also comprises at least one load L (position, stop, etc., for example) which is less critical of the point of contact. It is of the safety that a load M and functionally 1 o independent of it. The electrical installation according to the invention also comprises bypass means. More specifically, in each consumption branch C to F, the charges L are connected to the switch 1c to 1f corresponding through a unidirectional component 4, connected in the direction from the switch to the loads L given the mode in this example, sources of energy 2 and 3. This component is preferably a diode whose cathode is connected to the charges L. It can also be formed of a semiconductor component of more complex structure having the unidirectional character. Of course, in case of reverse bias of the power sources 2 and 3, the orientation of the unidirectional component must be reversed. A fusible component 5 is preferably connected between the charges L and the unidirectional component 4. The junction between the unidirectional component 4 and the fusible component 25 in the branches 1c and 1d is connected to the homologous junction of the respective opposite branch 1c and 1 f through a transverse connection 6 comprising a conductor 7 and two fusible components 8. The central switch 1 is controlled by control means symbolized in the form of a calculator CAL of the vehicle. Such a computer 30 is supposed to have appropriate decision means to actuate the various switches 1a to If at the time of the occurrence of a failure at any point of the vehicle, such a failure being reported to the calculator CAL via appropriate EN entries. This is a technology within the reach of specialists so that it is not necessary to make a detailed description of this calculator or its mode of operation.
Grâce à un agencement de l'installation électrique selon l'invention, les charges critiques M ont un comportement silencieux à la défaillance tout en garantissant le caractère de tolérance à la défaillance vis-à-vis des charges L moins critiques du point de vue de la sécurité. s En cas de défaillance de l'une des sources d'énergie 2 ou 3, la branche d'alimentation défaillante A ou B est déconnectée du réseau par l'ouverture de l'interrupteur 1 a ou 1'b associé. Le réseau peut donc continuer à fonctionner en étant alimenté paria branche d'alimentation encore intacte. En cas de défaillance de l'une des charges critiques M ou de l'une des 10 branches de consommation elles-mêmes, l'interrupteur correspondant 1c à 1f est ouvert sous la commande du calculateur CAL, ce qui déconnecte la branche de consommation en question du réseau. La charge M et la branche de consommation qui l'alimente sont ainsi silencieuses à la défaillance. Cependant, toutes les autres branches du réseau peuvent continuer à 15 fonctionner. Il en est de même des charges L qui sont présentes au voisinage de la charge critique M défaillante, puisque ces charges L sont désormais alimentées par l'intermédiaire de la branche de consommation opposée à laquelle elles sont reliées par la connexion transversale 6. Le composant unidirectionnel 4 situé près de la charge critique M défaillante empêche une 20 circulation de courant vers la branche correspondante. De la sorte, l'ensemble est également tolérant à la défaillance puisque toutes les charges L y compris celles se trouvant près de la charge M défaillante, peuvent continuer à recevoir leur alimentation. Si on souhaite également rendre les charges critiques M immunes 25 contre une défaillance (court-circuit) dans l'une des charges moins critiques L, il est avantageux, selon l'invention de prévoir les composants fusibles 5. Lorsque survient une telle défaillance, elle est empêchée de se propager vers la charge critique M associée et également vers le reste du réseau de distribution, grâce à la présence du composant fusible 5 capable 3o d'interrompre la liaison des charges L concernées par le court-circuit avec le réseau. Bien entendu, bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, on peut prévoir, au lieu d'un élément fusible commun pour toutes les charges L d'une même branche C à F, un composant fusible par charge L, laissant ainsi la possibilité aux charges L non défaillantes de la branche concernée de 35 continuer à fonctionner. Thanks to an arrangement of the electrical installation according to the invention, the critical loads M have a silent behavior to the failure while guaranteeing the tolerance character to the failure vis-à-vis the L loads less critical from the point of view of Security. s In the event of a failure of one of the energy sources 2 or 3, the faulty power supply branch A or B is disconnected from the network by the opening of the associated switch 1a or 1'b. The network can therefore continue to operate while being powered by its power supply branch which is still intact. In case of failure of one of the critical loads M or one of the 10 branches of consumption themselves, the corresponding switch 1c to 1f is opened under the control of the calculator CAL, which disconnects the branch of consumption in network issue. The load M and the branch of consumption that feeds it are thus silent at failure. However, all other branches of the network can continue to operate. It is the same with the charges L which are present in the vicinity of the critical load M failing, since these charges L are now fed via the opposite consumer branch to which they are connected by the transversal connection 6. The component unidirectional 4 located near the critical load M failed prevents a flow of current to the corresponding branch. In this way, the assembly is also tolerant to failure since all charges L including those near the charge M failed, can continue to receive their power. If it is also desired to make the critical loads M immune to a failure (short circuit) in one of the less critical loads L, it is advantageous, according to the invention, to provide the fusible components 5. When such a failure occurs, it is prevented from propagating towards the associated critical load M and also towards the rest of the distribution network, thanks to the presence of the fuse component 5 capable of interrupting the connection of the loads L concerned by the short circuit with the network. Of course, although this is not shown in the figure, it is possible to provide, instead of a common fuse element for all the charges L of the same branch C to F, a fuse component per load L, thus leaving the possibility for the non-failing loads L of the branch concerned to continue to function.
Les composants fusibles 8 ont une fonction analogue pour isoler la connexion transversale 6 dans laquelle ils sont insérés en cas de court-circuit sur cette connexion.. Il est à noter que dans la présente description, la notion "composant fusible" doit être prise sur le plan fonctionnel. II peut donc s'agir de tout composant y compris thermique ou semi-conducteur, capable d'interrompre une liaison électrique par exemple si le courant dans cette liaison dépasse une valeur prédéterminée ou si un autre paramètre dépasse une condition préfixée au-delà de laquelle on considère qu'il y a une défaillance. Les 1 o composants fusibles peuvent être ou pas être réarmables, de type passif ou actif. The fuse components 8 have a similar function to isolate the transverse connection 6 in which they are inserted in the event of a short circuit on this connection. It should be noted that in the present description, the notion "fuse component" must be taken on the functional plan. It can therefore be any component including thermal or semiconductor, capable of interrupting an electrical connection for example if the current in this link exceeds a predetermined value or if another parameter exceeds a prefixed condition beyond which we consider that there is a failure. The 1 o fusible components may or may not be resettable, passive or active type.