FR3094935A1 - Architecture électrique de véhicule automobile comprenant un boîtier de distribution d’au moins une alimentation électrique commutée, procédé pour son utilisation, et véhicule automobile l’incorporant - Google Patents
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Abstract
Il est divulgué une architecture électrique de véhicule automobile avec une alimentation commutée par un relais, par exemple le +APC. L’architecture comprend une charge résistive pilotable (60) assurant une consommation de, par exemple au moins 500 mA, connectée sur la sortie dudit relais et pilotée par un calculateur (30) selon une loi de commande La charge résistive pilotée n’est activée que lorsque la vitesse du véhicule est nulle, ou très proche de 0. Cela permet de limiter la durée d’alimentation de la charge résistive, et par conséquent la dissipation thermique, la consommation électrique et les émissions de CO2 sur la durée du roulage tout en assurant une consommation sur la tension d’alimentation commutée +APC dans les phases où le conducteur est susceptible de couper le contact et ainsi causer l’ouverture du relais +APC. F igure pour l’abrégé : f ig ure 2
Description
La présente invention se rapporte de manière générale aux architectures électriques des véhicules automobiles, et plus particulièrement à la distribution d’alimentations électriques commutées.
Elle concerne une telle architecture électrique de véhicule automobile comprenant un boîtier de distribution d’au moins une alimentation électrique commutée, un procédé pour son utilisation ainsi qu’un véhicule automobile l’incorporant.
Etat de la technique
Les véhicules automobiles comportent différents types d’alimentations électriques, permanentes et commutées, généralement protégées par des fusibles. Par les termes « alimentation électrique », on désigne dans le domaine automobile une source de courant électrique sous une tension d’alimentation déterminée, comme une batterie d’accumulation on un convertisseur de tension DC/DC.
Dans le contexte de la présente invention, la commutation d’une alimentation électrique se réfère au fait d’établir ou d’interrompre un ou plusieurs branchements électriques entre ladite alimentation électrique et un ou plusieurs dispositifs consommateurs de courant électrique. Ces dispositifs peuvent être présents à bord du véhicule, ou être alimentés en courant électrique via le véhicule, comme par exemple un outil de diagnostic pouvant être connecté au véhicule via une prise de diagnostic en étant alimenté à partir d’une source d’alimentation du véhicule.
Les alimentations commutées comprennent généralement les alimentations suivantes :
- le +ACC (ou « + Accessoires »), présent lorsque la clé de contact est en position « Accessoires », cette alimentation étant généralement coupée durant l’activation du démarreur du véhicule ;
- le +APC (ou « + Après-Contact »), présent lorsque la clé de contact est en position « Marche » ; et,
- possiblement d’autres alimentations commutées qui sont spécifiques, par exemple à l’alimentation des calculateurs (comme l’alimentation commutée du calculateur de contrôle du moteur, ou l’alimentation pour des calculateurs multiplexés comme le +CAN pour les véhicules du groupe PSA Automobiles SA, etc.).
- le +ACC (ou « + Accessoires »), présent lorsque la clé de contact est en position « Accessoires », cette alimentation étant généralement coupée durant l’activation du démarreur du véhicule ;
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- possiblement d’autres alimentations commutées qui sont spécifiques, par exemple à l’alimentation des calculateurs (comme l’alimentation commutée du calculateur de contrôle du moteur, ou l’alimentation pour des calculateurs multiplexés comme le +CAN pour les véhicules du groupe PSA Automobiles SA, etc.).
Les alimentations commutées, notamment le +ACC et le +APC, peuvent être commutées de différentes manières :
- soit directement par l’antivol de direction (aussi appelé « Neiman™ » dans le jargon de l’homme du métier) dans le cas d’un antivol « courant fort », ce qui est une solution utilisée plutôt sur des véhicules de conception ancienne ou sur des véhicules de conception plus récente mais d’entrée de gamme,
- soit via des commutateurs (relais ou transistors) pilotés par le calculateur central du véhicule, à savoir le BSI (mis pour « Boîtier de Servitudes Intelligent ») aussi appelé VSM (mis pour « Vehicle Supervisor Module » en anglais) ou BCM (mis pour « Body Control Module » en anglais) dans la terminologie courante.
- soit directement par l’antivol de direction (aussi appelé « Neiman™ » dans le jargon de l’homme du métier) dans le cas d’un antivol « courant fort », ce qui est une solution utilisée plutôt sur des véhicules de conception ancienne ou sur des véhicules de conception plus récente mais d’entrée de gamme,
- soit via des commutateurs (relais ou transistors) pilotés par le calculateur central du véhicule, à savoir le BSI (mis pour « Boîtier de Servitudes Intelligent ») aussi appelé VSM (mis pour « Vehicle Supervisor Module » en anglais) ou BCM (mis pour « Body Control Module » en anglais) dans la terminologie courante.
La seconde solution ci-dessus est plus couramment utilisée de nos jours.
La commutation par des commutateurs peut être réalisée, en utilisant :
- les informations d’un antivol à « courant faible » ; ou,
- les informations fournies par un bouton push de démarrage (bouton « Start/Stop »), généralement utilisé sur les véhicules dotés d’un système d’accès et démarrage mains libres. Dans le cas d’un bouton push de démarrage, celui-ci n’ayant pas de position « Marche » stable, l’utilisation de commutateurs (comme des relais ou des transistors) pilotés par un calculateur permet de transformer des transitions de tension (générées par les appuis sur le bouton push) en états électriques stables.
- les informations d’un antivol à « courant faible » ; ou,
- les informations fournies par un bouton push de démarrage (bouton « Start/Stop »), généralement utilisé sur les véhicules dotés d’un système d’accès et démarrage mains libres. Dans le cas d’un bouton push de démarrage, celui-ci n’ayant pas de position « Marche » stable, l’utilisation de commutateurs (comme des relais ou des transistors) pilotés par un calculateur permet de transformer des transitions de tension (générées par les appuis sur le bouton push) en états électriques stables.
Pour les autres alimentations commutées (comme par exemple l’alimentation commutée du calculateur de contrôle du moteur, ou l’alimentation pour des calculateurs multiplexés, par exemple le +CAN précité etc.), on utilise généralement des commutateurs (relais ou transistors) pilotés, car la commande de ces commutateurs ne correspond pas directement à la position d’une interface homme-machine (IHM) de commande comme la clé de l’antivol de direction, des boutons pushes, des commodos, etc.
Par ailleurs, les alimentations commutées, en particulier le +ACC et le +APC, alimentent plusieurs dispositifs consommateurs de courant du véhicule. Dans ce qui suit, ces dispositifs sont appelés plus simplement « consommateurs de courant » ou même encore plus simplement « consommateurs », par raccourci. Les alimentations commutées font généralement appel à un relais, ou similaire, associé à plusieurs fusibles en aval, lesquelles ont pour fonction de protéger les consommateurs en cas d’anomalie électrique comme un court-circuit à la masse par exemple.
Ces commutateurs et ces fusibles sont généralement montés dans un boîtier de distribution électrique, encore appelé « boîtier fusibles relais » dans le jargon de l’Homme du métier. Un tel boîtier comprend au moins une entrée couplée à la source d’alimentation électrique, au moins une sortie couplée à un ou plusieurs consommateurs via un faisceau électrique externe, ainsi qu’au moins un commutateur de puissance (généralement un relais, mais qui pourrait être aussi un transistor de puissance ou un thyristor) agencé en série entre ladite entrée et ladite sortie du boîtier et commandé pour commuter l’alimentation en fonction des différentes configurations opérationnelles du véhicule.
Certaines alimentations commutées, en particulier le +APC, alimentent un nombre variable de consommateurs, selon le niveau de gamme et les options du véhicule. Il s’ensuit que le commutateur peut faire passer un courant d’une intensité variable selon les consommateurs présents et activés.
De plus, certains consommateurs peuvent avoir une consommation de courant variable selon la phase de vie ou la phase de fonctionnement du véhicule, cette consommation pouvant être nulle lorsque la fonction n’est pas utilisée. Par exemple, la molette et les moteurs de réglage de site des projecteurs ne consomment du courant que lorsqu’on modifie le réglage de site. Selon un autre exemple, la prise de diagnostic du véhicule ne consomme que lorsqu’un outil de diagnostic est connecté sur la prise, etc.
Il résulte de cela une grande variabilité du courant consommé sur le relais associé à l’alimentation +APC (aussi appelé plus simplement « relais +APC » dans ce qui suit, par raccourci). Ce courant peut varier de quelques milliampères (mA) sur un véhicule d’entrée de gamme, hors activation d’une fonction, à une trentaine ou une quarantaine d’Ampères (A) sur un véhicule haut de gamme avec ses fonctions activées.
Pour des courants élevés, de quelques dizaines d’Ampères par exemple, et l’alimentation de plusieurs consommateurs, la technologie basée sur des relais et fusibles est la plus compétitive économiquement par rapport à des solutions alternatives basées sur des transistors de puissance. Ainsi, par exemple, sur la nouvelle architecture électrique électronique NEA R1 de PSA, le relais +APC est un relais amovible monté sur l’UDB (mis pour «Under hood Distribution Box»), qui est un « boîtier fusibles relais » implanté dans le compartiment moteur du véhicule.
Mais les relais ne sont pas compatibles avec des courants trop faibles. En particulier, un courant minimal de 500 mA environ est nécessaire lors de l’ouverture du relais (i.e.à la coupure de l’alimentation) afin de créer un arc électrique permettant d’éviter l’encrassement du point de contact du relais dû à l’oxydation passive à la surface de celui-ci.
Une solution envisageable pour garantir le courant minimal serait l’ajout d’une résistance sur la sortie du relais +APC, soit directement dans l’UDB, soit dans le faisceau électrique entre la sortie du boîtier et le(les) consommateur(s).
Une telle solution comprend toutefois certains ou plusieurs des inconvénients suivants :
- un dimensionnement en puissance élevé de la charge résistive pour supporter les tensions exceptionnelles (18 V, 24 V) que l’architecture doit être capable de supporter selon les cahiers des charges habituels des constructeurs automobiles. Pour assurer un courant minimum de 500 mA sous 12 V, la résistance doit faire 24 Ω. Sous une tension moyenne du réseau de bord d’environ 14 V qui peut e constater lors de la charge par l’alternateur, cela représente déjà une puissance dissipée de 8,17 W. Mais sous une tension exceptionnelle de 18 V à laquelle l’architecture doit être capable de résister, cela représente une puissance dissipée de 13,5 W et sous une tension exceptionnelle de 24 V, cela représente une puissance dissipée de 24 W, ce qui est considérable ;
- l’ajout d’une telle dissipation de puissance supplémentaire dans un environnement (i.e.le compartiment moteur) déjà très chaud, et surtout confiné, qui est déjà le siège d’une forte dissipation thermique, est une difficulté majeure, surtout dans le cas de l’intégration de la résistance à l’UDB ;
- un impact sur le temps de développement de l’UDB dans le cas où l’on intègre la résistance directement dans l’UDB, par exemple sur le circuit imprimé de celui-ci ;- un impact sur de la diversité des versions de l’UDB à utiliser selon le modèle dé véhicule ou un surcoût pour tous les types d’UDB dans le cas où l’on intègre la résistance directement dans l’UDB, par exemple sur le circuit imprimé de celui-ci ; et enfin,
- un impact sur les coûts, notamment sur le coût des faisceaux électriques, et plus particulièrement dans le cas d’une résistance intégrée au faisceau.
- un dimensionnement en puissance élevé de la charge résistive pour supporter les tensions exceptionnelles (18 V, 24 V) que l’architecture doit être capable de supporter selon les cahiers des charges habituels des constructeurs automobiles. Pour assurer un courant minimum de 500 mA sous 12 V, la résistance doit faire 24 Ω. Sous une tension moyenne du réseau de bord d’environ 14 V qui peut e constater lors de la charge par l’alternateur, cela représente déjà une puissance dissipée de 8,17 W. Mais sous une tension exceptionnelle de 18 V à laquelle l’architecture doit être capable de résister, cela représente une puissance dissipée de 13,5 W et sous une tension exceptionnelle de 24 V, cela représente une puissance dissipée de 24 W, ce qui est considérable ;
- l’ajout d’une telle dissipation de puissance supplémentaire dans un environnement (i.e.le compartiment moteur) déjà très chaud, et surtout confiné, qui est déjà le siège d’une forte dissipation thermique, est une difficulté majeure, surtout dans le cas de l’intégration de la résistance à l’UDB ;
- un impact sur le temps de développement de l’UDB dans le cas où l’on intègre la résistance directement dans l’UDB, par exemple sur le circuit imprimé de celui-ci ;- un impact sur de la diversité des versions de l’UDB à utiliser selon le modèle dé véhicule ou un surcoût pour tous les types d’UDB dans le cas où l’on intègre la résistance directement dans l’UDB, par exemple sur le circuit imprimé de celui-ci ; et enfin,
- un impact sur les coûts, notamment sur le coût des faisceaux électriques, et plus particulièrement dans le cas d’une résistance intégrée au faisceau.
L'invention propose une alternative aux solutions connues ou envisagées dans ce qui précède, qui permet de pallier tout ou partie des inconvénients précités.
Plus particulièrement, un premier aspect de l’invention se rapporte à une architecture électrique de véhicule automobile comprenant :
- une masse électrique et une source de tension continue délivrant au moins une tension d’alimentation ;
- au moins un dispositif consommateur de courant ;
- un boîtier de distribution électrique avec au moins un rail d’alimentation couplé à une entrée du boîtier pour recevoir la tension d’alimentation et un rail de masse couplé à la masse, au moins une sortie, et au moins un relais disposé en série entre le rail d’alimentation et la sortie du boîtier et adapté pour commuter la tension d’alimentation sur la borne de sortie ;
- un faisceau électrique, disposé entre la sortie du boîtier de distribution électrique et le dispositif consommateur de courant afin d’alimenter électriquement ledit dispositif avec la tension d’alimentation commutée ; et
- au moins un calculateur.
- une masse électrique et une source de tension continue délivrant au moins une tension d’alimentation ;
- au moins un dispositif consommateur de courant ;
- un boîtier de distribution électrique avec au moins un rail d’alimentation couplé à une entrée du boîtier pour recevoir la tension d’alimentation et un rail de masse couplé à la masse, au moins une sortie, et au moins un relais disposé en série entre le rail d’alimentation et la sortie du boîtier et adapté pour commuter la tension d’alimentation sur la borne de sortie ;
- un faisceau électrique, disposé entre la sortie du boîtier de distribution électrique et le dispositif consommateur de courant afin d’alimenter électriquement ledit dispositif avec la tension d’alimentation commutée ; et
- au moins un calculateur.
L’architecture comprend en outre une charge résistive pilotable connectée électriquement en parallèle entre la sortie du boîtier de distribution électrique, d’une part, et le rail d’alimentation positive ou la masse, d’autre part, ladite charge résistive pilotable comprenant au moins un commutateur en série avec au moins une résistance, ledit commutateur étant adapté pour être piloté par le calculateur selon une loi de commande adaptée pour causer la fermeture du commutateur pour une vitesse du véhicule inférieure à un premier seuil de vitesse déterminé, en permettant d’assurer une consommation de courant dans le relais sous la tension d’alimentation qui soit supérieure à un seuil de courant déterminé, d’une part, et pour causer l’ouverture du commutateur pour une vitesse du véhicule supérieure à un second seuil de vitesse déterminé, plus élevé que ledit premier seuil de vitesse, d’autre part.
Sachant que, dans les cas d’usage envisagés dans lesquels la tension d’alimentation considérée est par exemple le +APC, l’ouverture du relais ne peut en principe se produire que lorsque le véhicule est à l’arrêt et que l’utilisateur agit sur le Neiman™ ou sur le bouton « Start/Stop » pour couper l’alimentation électrique du véhicule (i.e.pour commuter l’alimentation +APC de sorte qu’elle ne soit plus délivrée aux consommateurs de courant), la mise en œuvre de modes de réalisation de l’invention permet d’assurer un courant minimum dans le relais +APC au moins au moment de son ouverture. Ce courant minimum, qui est par exemple d’au moins 500 mA et qui est déterminé notamment par le choix de la valeur de la résistance en série avec le commutateur), a pour effet de produire un nettoyage du contact du relais par l’arc électrique généré. Le résultat obtenu est une meilleure longévité du relais, notamment sur les véhicules d’entrée de gamme n’ayant pas forcément une consommation minimale suffisante sur le relais +APC.
Avantageusement, l’homme du métier appréciera que la commande de la charge résistive pilotée est non-permanente. Par exemple, elle n’a lieu que dans les situations d’arrêt du véhicule (i.e., lorsque la vitesse du véhicule est nulle ou presque nulle), dans lesquelles seulement une coupure de l’alimentation +APC par le conducteur est susceptible de se produire. Ceci permet de limiter la puissance dissipée dans la charge pilotée, et l’échauffement induit au niveau du boîtier fusibles relais lorsque cette charge est intégrée dans ledit boîtier fusibles relais. Plus particulièrement, cela permet de minimiser la puissance moyenne dissipée pendant la durée du roulage afin d’éviter un échauffement trop important de l’UDB qui se trouve dans le compartiment moteur avec une température ambiante très élevée (jusqu’à 110°C) et qui a déjà une dissipation de plusieurs dizaines de watts.
Cela permet aussi de minimiser la surconsommation électrique et les émissions de CO2 générés par l’ajout de la charge résistive.
Le fait que le second seuil de vitesse du véhicule soit supérieur au premier seuil de vitesse du véhicule crée une hystérésis qui évite les commutations trop rapprochées du commutateur de la charge pilotée, et donc l’instabilité du système.
Dans des modes de réalisation, la valeur de la résistance de la charge pilotée est telle que, compte tenu par ailleurs de la valeur de tension d’alimentation commutée qui est concernée, la commande de la charge résistive pilotée permet d’assurer une consommation minimale de 500 mA sur le relais au moment de l’ouverture dudit relais. Cette valeur assure un auto-nettoyage du point de contact du relais, par l’arc électrique qui est produit à l’ouverture du relais.
En résumé, la solution proposée consiste à ajouter sur les véhicules ne présentant pas une consommation suffisante sur un relais, et de préférence uniquement sur ceux-ci, une charge résistive pilotable assurant une consommation de par exemple au moins 500 mA, connectée sur la sortie dudit relais et pilotée par un calculateur selon une loi de commande permettant à la fois d’assurer la consommation minimale au moment de l’ouverture du relais et de minimiser la puissance moyenne dissipée pendant la durée du roulage du véhicule.
Des modes de réalisation pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que :
- la charge résistive pilotable peut être agencée dans un boîtier de relais amovible, par exemple un boîtier ayant un format de type relais « Ultra-micro », « Micro », « Mini » ou « Power », qui est adapté pour être monté dans le boîtier de distribution électrique ; ce permet de limiter les problèmes d’implantation et de montage, de pouvoir facilement décliner la présence de la charge résistive afin d’éviter de la monter sur les véhicules n’en ayant pas besoin, en évitant de créer de la diversité sur l’UDB « nu », c’est-à-dire l’UDB non encore équipé de ses boîtiers relais ; également, cela permet de ne pas modifier la définition technique (boîtier plastique, connectique et circuit imprimé) de l’UDB ;
- la charge résistive pilotable peut être agencée en dehors du boîtier de distribution électrique, par exemple dans le faisceau électrique ;
- l’architecture électrique peut en outre comprendre un capteur de température agencé pour capter la température au niveau de la charge résistive pilotable, et le calculateur peut être adapté pour implémenter une fonction de protection thermique afin d’inhiber la commande de fermeture du commutateur lorsque la température au niveau de la charge résistive pilotable est supérieure à un seuil déterminé ; cela permet de protéger la charge résistive pilotable et l’UDB en cas de surchauffe (par exemple si l’activation de ladite charge pourrait avoir lieu à un moment où l’environnement est à la température maximale tolérable) ; cela permet aussi de dimensionner la charge résistive et son système de refroidissement au juste nécessaire ;
- le calculateur peut être adapté pour implémenter une fonction de diagnostic associée à la charge résistive pilotable ; ceci permet de contrôler que la charge résistive pilotable est bien présente ;
- l’architecture électrique peut en outre comprendre un capteur de courant en série avec le relais du boîtier de distribution électrique et adapté pour produire une information relative au courant circulant réellement dans ledit relais, et la stratégie de pilotage de la charge résistive pilotée peut être fonction de ladite information ;
- le pilotage du commutateur de la charge résistive pilotable peut être commandé par un signal périodique modulé en largeur d’impulsion ;
- le calculateur peut être adapté pour comparer la valeur de la tension d’alimentation commutée à un seuil déterminé, par exemple 16 V, et pour forcer la désactivation de la charge résistive pilotable en cas de dépassement dudit seuil ; ceci permet de limiter le dimensionnement en puissance de la charge résistive et l’impact thermique sur l’UDB en assurant un délestage de la charge lors des tensions exceptionnelles (18 V ou 24 V, par exemple). Ainsi, en délestant pour une tension supérieure à 16 V par exemple, on peut réduire la puissance dissipée à 10,67 W au lieu de 24 W pour une tenue à la tension exceptionnelle de 24 V.
Dans un deuxième aspect, l’invention concerne également un procédé d’utilisation d’une architecture selon le premier aspect ci-dessus, dans lequel la charge résistive pilotable est activée et est adaptée pour assurer la circulation d’un courant électrique minimal dans le relais, par exemple un courant égal à 500 mA environ, lorsque la vitesse du véhicule est inférieure ou égale à un premier seuil de vitesse, par exemple égal à 0 Km/h environ, et dans lequel la charge résistive pilotable est désactivée lorsque la vitesse du véhicule est supérieure à un second seuil de vitesse, strictement supérieur au premier seuil de vitesse, et par exemple égal à 5 Km/h environ.
Un troisième aspect de l’invention se rapporte à un véhicule automobile comprenant une architecture électrique selon le premier aspect.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Dans la description de modes de réalisation qui va suivre et dans les Figures des dessins annexés, les mêmes éléments ou des éléments similaires portent les mêmes références numériques aux dessins.
L’invention se situe dans le domaine de la distribution électrique des véhicules terrestres à moteur thermique (essence, diesel, GPL, GNV, Ethanol, etc.), ou des véhicules électriques, hybrides, plug-in hybrides, ou encore à pile à combustible, avec un réseau de bord en 6 Volts (V), 12 V, 24 V ou 48 V.
Il peut s’agir de véhicules automobiles de tourisme pour les particuliers, de véhicules utilitaires légers, de camping-cars, d’ambulances, de véhicules de pompiers, de camions poids-lourds, d’autocars, d’autobus, de véhicules de chantiers, d’engins agricoles, de véhicules militaires, de quadricycles légers, de motocyclettes, de sidecars, etc. Cette liste n’est pas limitative.
Dans la suite du document, l’application considérée est destinée à des véhicules particuliers ou des véhicules utilitaires légers, avec réseau de bord 12 V. Mais l’homme du métier appréciera que des modes de réalisation peuvent être étendus aux autres types de véhicules mentionnés dans le paragraphe précédent, avec des réseaux de bord 6 V, 24 V ou 48 V, par exemple.
En référence au schéma de lafigure 1, l’architecture électrique classique d’un véhicule automobile comprend une masse électrique et au moins une source de tension continue 100 délivrant une tension d’alimentation, qui est est une tension continue positive par rapport à la masse. Dans l’exemple représenté cette tension est le +PERM (+permanent), qui a une valeur nominale égale à 12 V. La source de tension continue 100 est par exemple une batterie d’accumulation. La batterie 100 est rechargée par un générateur tel qu’un alternateur ou un alterno-démarreur 110, qui comporte à cet effet un redresseur de courant et un régulateur de tensionad-hoc. Lors de la charge de la batterie 100 par le générateur 110, la valeur de la tension +PERM peut augmenter, à environ 14 V. D’après les nomes applicables, le réseau de bord doit supporter l’application d’une tension d’alimentation égale à 24 V lors de tests, notamment afin de garantir la robustesse de l’architecture électrique à une mauvaise manipulation d’un opérateur qui brancherait par erreur une batterie de camion, dont la tension nominale est égale à 24 V, à la place de la batterie de véhicule prévue, dont la tension nominale est égale à 12 V. A la place d’une batterie, le générateur 100 peut être, par exemple, un convertisseur DC-DC qui génère la tension d’alimentation +PERM à partir de la tension d’une batterie de véhicule électrique dont la valeur nominale est supérieure à 12 V, par exemple égale à 48 V, et qui sert par ailleurs à alimenter le(s) moteur(s) électrique(s) de traction du véhicule électrique ou hybride.
L’architecture électrique du véhicule comprend aussi un ou plusieurs dispositifs consommateurs de courant, comme un moteur électrique 21 (par exemple un moteur de lève-vitre, un moteur d’essuie-glace, un servo-moteur d’un actionneur de réglage de site des projecteurs, etc.), une lampe 23 (comme un projecteur avant, un feu de position avant ou arrière, un clignotant, ou une ampoule d’éclairage de l’habitacle, etc.), et/ou tout équipement électrique 21 avec une composante résistive qui est susceptible de consommer du courant électrique lorsqu’il est activé.
L’architecture électrique du véhicule comprend par ailleurs un boîtier de distribution électrique 10 avec au moins un rail d’alimentation positive 18 couplé à une entrée 15 du boîtier pour recevoir la tension d’alimentation +PERM délivrée par le générateur 100 et un rail de masse 19 couplé à la masse du véhicule. Le boîtier 10 comprend aussi une ou plusieurs bornes de sortie comme les bornes 11, 12 et 13.
Il comprend par ailleurs au moins un relais comme le relais R1, disposé en série entre le rail d’alimentation 18 et des bornes de sortie comme les sortie 11, 12 et 13, à travers des fusibles F1, F2 et F3, respectivement. Le relais R1 est adapté pour commuter la tension d’alimentation +PERM, afin de générer la tension +APC (+ après contact) qui est alors délivrée sur les bornes de sortie 11, 12 et 13. En d’autres termes, la tension +APC en aval du relais R1 (le terme « aval » étant considéré ici par rapport au sens de circulation du courant depuis la source de tension 100 vers la masse) correspond à la tension d’alimentation permanente +PERM lorsque le relais R1 est fermé, et est indéterminée lorsque le relais R1 est ouvert (état à haute impédance de la sortie du relais). L’homme du métier appréciera qu’on dit aussi que, lorsque le relais R1 est fermé, la tension +APC est commutée à la valeur de la tension d’alimentation permanente +PERM.
L’architecture comprend encore un faisceau électrique 20, comprenant un nombre N de fils électriques, où N est un nombre entier, disposé chacun entre une borne de sortie du boîtier de distribution électrique et un dispositif consommateur de courant déterminé, afin d’alimenter électriquement ledit dispositif avec la tension d’alimentation +APC lorsqu’elle est commutée par le relais R1. Ainsi, les consommateurs 21, 22 et 23, sont alimentés par la tension commutée +APC, et sont protégés contre les surtensions et courts-circuits éventuels par les fusibles F1, F2 et F3, respectivement.
En résumé, les bornes de sortie 11, 12 et 13 du boîtier fusible relais 10 sont adaptées pour délivrer la tension d’alimentation +APC à un ou plusieurs dispositifs consommateurs de courant du véhicule 21, 22 et 23, respectivement, à travers le relais R1 et à travers des fusibles respectifs F1, F2 et F3, respectivement pour l’alimentation desdits dispositifs consommateurs de courant.
L’architecture électrique du véhicule comprend aussi un ou plusieurs calculateurs comme le calculateur 30 de l’exemple représenté à la figure 2. Dans cet exemple, le calculateur 30 est le calculateur central d’habitacle ou VSM (de l’anglais «Vehicle Supervisor Module»), aussi appelé BSI («Boîtier de Servitudes Intelligent») chez PSA Automobiles SA, ou encore BCM (de l’anglais «Body Control Module») chez d’autres constructeurs automobiles. Dans l’exemple représenté, le calculateur 30 est alimenté en permanence par la tension d’alimentation permanente +PERM (. A cet effet, le calculateur est connecté par exemple au rail d’alimentation 18 du boîtier de distribution électrique 10, en amont du relais R1 (le terme « amont » étant là encore considéré par rapport au sens de circulation du courant depuis la source 100 vers la masse). Cette connexion a toutefois lieu à travers un fusible F0 du boîtier 10, afin de protéger le calculateur contre les surtensions et les sur-courants éventuels.
Dans l’exemple représenté, l’architecture possède pour finir une Interface Homme-Machine 40, qui peut comprendre le « Neiman™ » ou le bouton « Start/Stop » du véhicule automobile, ou tout dispositif similaire par lequel l’utilisateur peut déclencher la commutation du +APC. En actionnant un tel dispositif de commande, en effet, l’utilisateur du véhicule déclenche l’émission par l’IHM 40 d’un signal IGNIT, par exemple un signal binaire actif à l’état haut (état binaire « 1 »), qui est interprété par le calculateur 30 comme un signal de commande pour permettre l’alimentation des consommateurs électriques 21, 22 et 23 avec la tension +APC. C’est pourquoi, en réponse au signal IGNIT, le calculateur 30 génère un signal CTRL_+APC qui est appliqué sur la borne de commande du relais R1 du boîtier 10, afin de provoquer la fermeture du relais R1 et donc la commutation de la tension +APC qui est alors délivrée sur les sorties 11, 12 et 13 du boîtier 10.
Afin de palier à la consommation insuffisante de courant sur le relais +APC sur certains véhicules, et notamment les véhicules d’entrée de gamme, qui est source d’encrassement du point de contact du relais, une solution réside dans l’ajout d’une charge résistive pour forcer la circulation d’un courant minimal dans le relais R1. Cette charge doit être dimensionnée pour assurer un courant minimum de, par exemple, 500 mA dans le relais R1 de la figure 1. Cependant, une charge résistive « simple » (c’est-à-dire non commutée) qui serait par exemple directement connectée sur le faisceau 20 pourrait certes répondre au besoin d’avoir un courant minimal dans le relais +APC, mais elle aurait aussi un impact non négligeable sur le coût du faisceau et augmenterait la consommation électrique et les émissions de CO2. Une telle charge « simple » aurait aussi un impact non négligeable sur la dissipation thermique, ce qui est rédhibitoire dans le cas d’une intégration directe sur le circuit imprimé de l’UDB.
C’est pourquoi, selon des modes de réalisation, la charge résistive est pilotée c’est-à-dire qu’elle est non permanente. Cela permet de limiter la puissance dissipée et l’échauffement induit sur le boîtier fusibles relais ainsi que la consommation électrique et les émissions de CO2 associées.
En référence en particulier aux modes de réalisation montré à lafigure 2et à lafigure 3, l’architecture électrique proposée comprend une charge résistive pilotable 60. Cette charge 60 est connectée électriquement en parallèle entre l’une des bornes de sortie du boîtier de distribution électrique, d’une part, et le rail d’alimentation positive 18 ou la masse, d’autre part. Elle comprend au moins un commutateur 62 en série avec au moins une résistance 61.
Plus particulièrement, la charge résistive pilotable 60 comporte une ou plusieurs résistances 61 adaptée(s) pour assurer une consommation électrique minimale dans le relais R1. Ce courant électrique minimal est par exemple de 500 mA sous la tension nominale d’alimentation du réseau, qui est typiquement égale à 12 V dans le cas d’un véhicule automobile, 24 V dans le cas d’un véhicule de type poids lourd, ou inversement 6 V dans le cas d’une motocyclette.
La charge résistive pilotable 60 comporte en outre un commutateur 62, par exemple un transistor bipolaire ou un transistor MOSFET, disposé en série avec la ou les résistances. Selon qu’il est fermé ou ouvert, ce commutateur permet de connecter ou de déconnecter, respectivement, la(les) résistance(s) 61 de la tension d’alimentation entre le +APC et la masse.
Le commutateur 62 de la charge résistive pilotable 60 est piloté par un calculateur du véhicule, par exemple le calculateur central d’habitacle VSM («Vehicle Supervisor Module») ou BSI (« Boîtier de Servitudes Intelligent ») chez PSA Automobiles SA, appelé généralement BCM (« Body Control Module ») chez d’autres constructeurs automobiles. Dans des modes de réalisation, la loi de commande assurant le pilotage de la charge résistive pilotable peut être codée dans le logiciel applicatif du VSM. Le commutateur 62 est activé par un signal SW_CTRL qui est délivré, dans l’exemple représenté, par le calculateur 30. En effet, la loi de commande du pilotage de la charge 60 peut avantageusement être codée dans le logiciel applicatif du calculateur VSM.
Le signal SW_CTRL peut être un signal en « Tout-Ou-Rien » (ou signal TOR), de type «Low- Side» (commande active à la masse) ou de type «High- Side» (commande active à la tension d’alimentation positive), selon le type du commutateur 62, c’est-à-dire selon que le commutateur 62 est de type «Low- Side» ou de type «High- Side», respectivement. On reviendra plus loin sur ces différentes variantes. En variante encore, le signal SW_CTRL peut être un signal multiplexé, par exemple selon le protocole de réseau multiplexé comme LIN («Local Interconnect Network»). Le LIN est un protocole de réseau multiplexé utilisé dans l’industrie automobile en complément du bus CAN, par rapport auquel LIN est plus simple d’utilisation et moins coûteux en ressources.
La commande de la charge résistive pilotée a pour fonction d’assurer une consommation minimale, par exemple de 500 mA, sur le +PERM au moment de l’ouverture du relais R1. Ceci est obtenu, notamment, par un choix approprié de la valeur de la résistance de la charge résistive pilotable. Ce choix dépend en particulier du niveau d’équipement du véhicule. Plus ce niveau est élevé et plus il existe en principe de consommateurs de courant électrique installés à bord du véhicule (notamment pour des équipements de confort comme la climatisation, des sièges électriques chauffants, etc.) qui, en moyenne, tirent du courant de l’alimentation +PERM à travers le relais R1.
Une fois adopté le principe d’une charge électrique pilotable comme il vient d’être exposé ci-dessus, une difficulté d’implémentation est celle qui consiste à connaître le moment où le +APC va être, ou simplement est susceptible d’être désactivé. Cette désactivation est provoquée par l’ouverture du relais R1, qui commandée par le retour à zéro du signal IGNIT et par la désactivation corrélative du signal de commande du relais CTRL_+APC. En effet, il convient d’activer auparavant la charge résistive pilotée 60, en activant le signal SW_CTRL, afin d’assurer la consommation minimale de 500 mA au moment de l’ouverture du relais R1. Or, la désactivation du +APC intervient lorsque le conducteur coupe le contact du véhicule, et cette action n’est pas prévisible de façon certaine.
La proposition consiste à ne commander la charge résistive pilotée que lorsque la vitesse du véhicule est nulle, ou très proche de 0, étant observé que le conducteur est susceptible de couper le contact seulement dans ces conditions. Afin d’éviter une instabilité du pilotage, il est avantageux d’avoir une hystérésis. Par exemple, la charge pilotée est activée si la vitesse du véhicule est inférieure ou égale à un premier seuil Vth1 (par exemple Vth1 = 0 Km/h), alors que la charge pilotée est désactivée lorsque la vitesse du véhicule dépasse un second seuil Vth2 strictement supérieur au premier seuil Vth1 (par exemple Vth2 = 5 Km/h).
L’information SPEEDO relative à la vitesse du véhicule peut être fournie au calculateur 30 par un capteur 50 comme représenté symboliquement sur les figures 2 et 3. Préférentiellement, l’information SPEEDO peut être transmise au calculateur 30 par le calculateur d’ABS/ESP du véhicule (non représenté, au sein duquel ladite information est disponible) via un réseau multiplexé comme le bus CAN par exemple.
On reviendra plus loin sur la description détaillée du pilotage de la charge résistive 60 en fonction du signal SPEEDO, en regard de la figure 4. Auparavant, divers modes de réalisation de l’architecture électrique de véhicule vont maintenant être explicités.
Dans un mode de réalisation conforme à lafigure 2, la charge résistive pilotable 60 peut être intégrés dans un boîtier au format d’un relais amovible « ISO » de type Ultra Micro, Micro, Mini ou Power. Ce boîtier de la charge résistive pilotable 60 peut être monté dans le boîtier fusibles relais 10, comme montré à la figure.
Le boîtier de la charge résistive pilotable 60 possèdea minimatrois broches de connexion pour, respectivement :
- sa connexion à la tension d’alimentation commutée +APC ;
- sa connexion au rail de masse comme dans l’exemple montré à la figure 1 ou au rail d’alimentation positive 18 ; et,
- recevoir la commande SW_CTRL d’activation de la charge résistive en provenance du calculateur 30, ladite commande d’activation causant la fermeture du commutateur 62.
- sa connexion à la tension d’alimentation commutée +APC ;
- sa connexion au rail de masse comme dans l’exemple montré à la figure 1 ou au rail d’alimentation positive 18 ; et,
- recevoir la commande SW_CTRL d’activation de la charge résistive en provenance du calculateur 30, ladite commande d’activation causant la fermeture du commutateur 62.
Plus particulièrement, la connexion à la tension d’alimentation commutée +APC a lieu de préférence en aval de l’un des fusibles F1, F2 et F3 (en considérant le sens de circuit du courant depuis la source de tension 100 jusqu’au consommateurs de courant 21, 22 et 23), afin que la charge résistive pilotée bénéficie de la protection par ce(s) fusible(s).
Dans l’exemple représenté, la connexion du boîtier de la charge résistive pilotable 60 se fait au niveau du faisceau électrique 20, à l’extérieur du boîtier fusibles relais 30 (UDB), à partir d’une sortie 14 dudit boîtier fusibles relais 30. Cela permet d’utiliser pour le boîtier de la charge pilotable 60 un emplacement de la carte de circuit imprimé de l’UDB qui est normalement réservé à un boîtier relais, la sortie 14 de l’USB étant la sortie prévue par le dessin («pattern») dudit circuit imprimé pour la connexion d’un boîtier relais qui serait monté à cet emplacement, à un consommateur quelconque via la faisceau électrique 20 externe.
Ce mode de réalisation a l’avantage de ne pas nécessiter de modification du circuit imprimé de l’UDB 10 : pas de modification mécanique, ni du routage du circuit imprimé de l’UDB, notamment car le montage du composant « charge résistive pilotable » amovible sur un emplacement relais de réserve de l’UDB et sans impact sur le routage du circuit imprimé.
L’homme du métier appréciera que le boîter de la charge résistive pilotable 60 peut disposer de broches complémentaires, non connectées électriquement, qui permettent d’améliorer sa tenue mécanique sur le circuit imprimé du boîtier fusibles relais, et qui contribuent à une meilleure dissipation thermique par conduction de la chaleur via ces broches additionnelles.
Dans un autre mode de réalisation montré à la figure 3, la charge résistive pilotable 60 peut être agencée en dehors du boîtier de distribution électrique 10, par exemple dans le faisceau électrique 20.
L’avantage de cette solution est qu’elle permet de délocaliser l’effet d’élévation thermique dû à l’échauffement par effet Joule dans la résistance 61 de la charge résistive pilotable 60. En particulier, les calories ainsi générées ne sont plus à éliminer du boîtier fusibles relais 10, lequel est déjà, par nature, le siège d’un échauffement substantiel et dont le refroidissement est déjà, en soi, une réelle problématique. Avec le mode de réalisation de la figure 3, la chaleur générée par la circulation du courant dans la charge résistive pilotable 60 lorsque le commutateur 62 est fermé, est localisée ailleurs dans le compartiment moteur (voire plus loin encore) et peut ainsi être plus facilement évacuée.
En référence à la figure 4a et à la figure figure 4b, nous allons maintenant décrire deux variantes d’agencement de la charge résistive pilotable 60, correspondant à deux types de montage respectifs du commutateur 62. Dans les deux cas, la charge résistive pilotable est connectée entre la tension d’alimentation commutée +APC et la masse.
Dans le cas de lafigure 4a, qui reprend l’exemple déjà montré aux figures 2 et 4, le montage du commutateur 62 est de type «Low- Side», c’est-à-dire que le commutateur 62 peut être disposé entre la résistance 61 et la masse. Lorsque le commutateur 62 est un transistor bipolaire, il s’agit dans ce cas d’un transistor de type NPN. Si c’est un transistor MOSFET, il s’agit d’un transistor de type NMOS. Ce montage présente l’avantage que le signal de commande SW_CTRL peut être un signal référencé par rapport à la masse, qui est plus facile à générer. Si le commutateur est un transistor PMOS, qui en tant que transistor MOSFET est commandé en tension, le signal SW_CTRL peut directement attaquer sa grille de commande. Si c’est un transistor bipolaire, la commande en courant d’un tel transistor nécessite une polarisation en tension qui requiert un étage d’adaptation (étage pilote, ou « driver »), mais sa réalisation est simplifiée du fait que la tension à appliquer sur la base du transistor est référencée par rapport à la masse.
Dans le cas de lafigure 4 b, le montage du commutateur 62 est de type «High- Side», c’est-à-dire qu’il est disposé entre la tension d’alimentation commutée +APC et la résistance 61. Lorsque le commutateur 62 est un transistor bipolaire, il s’agit dans ce cas d’un transistor de type PNP. Si c’est un transistor MOSFET, il s’agit d’un transistor de type PMOS. Ces deux types de transistors sont commandés par un signal référencé par rapport à la tension d’alimentation commutée +APC. Ce montage peut être préféré au montage de la figure 4a, par exemple lorsqu’on utilise pour le signal de commande SW_CTRL une sortie disponible du calculateur 10 qui est du type «High- Side». Dans ce cas en effet, le référencement du signal de commande SW_CTRL tel qu’il est généré par le calculateur 30 convient mieux pour l’attaque du transistor qui implémente le commutateur 62 de la charge résistive pilotable 60.
D’autres modes de réalisation, qui vont maintenant être décrits, permettent d’apporter des avantages supplémentaires. Par souci de concision, ces modes de réalisation ne sont pas illustrés aux dessins, mais l’homme du métier ne manquera pas de percevoir une ou plusieurs manières de les mettre en œuvre sur la base de ses connaissances générales.
Dans un premier mode de réalisation, l’architecture électrique du véhicule peut comprendre un capteur de température agencé pour capter la température au niveau de la charge résistive pilotable. Il peut s’agir par exemple d’un dispositif de type bilame, en série avec la ou les résistances de la charge résistive pilotable. Il peut également s’agir d’un composant de type CTN (mis pour « coefficient de température négatif ») ou CTP (mis pour « coefficient de température positif ») associé à un dispositif de mesure de l’impédance de celle-ci. Cette mesure peut être implémentée dans le calculateur 30.
Le calculateur 30, qui implémente la stratégie de pilotage de la charge résistive pilotable 60, peut alors avantageusement être adapté pour implémenter une fonction de protection thermique afin d’inhiber la commande de fermeture du commutateur 62 lorsque la température au niveau de la charge résistive pilotable 60 est supérieure à un seuil déterminé. Si tel est le cas, alors le signal SW_CTRL est forcé à l’état logique bas, i.e. la charge résistive pilotable est désactivée. Cette stratégie de protection thermique permet de déconnecter la ou les résistances 61 en cas de détection de surchauffe. Cela protège tous les composants de l’architecture et notamment de l’UDB.
Dans un second mode de réalisation, le calculateur 30 peut être adapté pour implémenter une fonction de diagnostic associée à la charge résistive pilotable 60.
Par exemple, l’étage de sortie du calculateur assurant le pilotage de la charge résistive pilotable peut être associé à une mesure de tension et/ou de courant permettant de détecter une déconnexion du boîtier comprenant la charge résistive pilotable 60. Cette déconnexion est prise en compte par le calculateur et peut être signalée selon toute procédure appropriée dans le cadre des opérations de diagnostic du véhicule.
On notera que, dans le cas où une protection thermique telle que décrite plus haut est mise en œuvre, il est possible de faire en sorte que l’activation de la protection thermique déclenche un comportement de l’étage d’entrée du boîtier équivalent à un circuit ouvert, donc équivalent à une absence du boîtier. Ainsi, une information représentative de la situation de surchauffe peut également être remontée via la fonction de diagnostic.
Dans le cas d’une commande par un réseau multiplexé (LIN par exemple), un diagnostic plus élaboré peut être mis en œuvre, permettant de remonter au calculateur de commande les informations suivantes :
- le fait que le boîtier de la charge résistive pilotable est absent du boîtier de distribution électrique ;
- une relecture de la présence de la tension d’alimentation +APC ;
- le fait que la protection thermique est activée (pour les modes de réalisation dans lesquels la fonction de protection thermique décrite plus haut est mise en œuvre) ;
- la mesure de température au sein du boîtier de la charge résistive pilotable, cette information pouvant permettre d’extrapoler la température ambiante du boîtier relais fusibles dans les phases où la charge résistive pilotable n’est pas pilotée.
- le fait que le boîtier de la charge résistive pilotable est absent du boîtier de distribution électrique ;
- une relecture de la présence de la tension d’alimentation +APC ;
- le fait que la protection thermique est activée (pour les modes de réalisation dans lesquels la fonction de protection thermique décrite plus haut est mise en œuvre) ;
- la mesure de température au sein du boîtier de la charge résistive pilotable, cette information pouvant permettre d’extrapoler la température ambiante du boîtier relais fusibles dans les phases où la charge résistive pilotable n’est pas pilotée.
Dans un autre mode de réalisation, un capteur de courant peut être ajouté en série avec le relais R1 (relais +APC) afin de mesurer le courant circulant réellement dans ce relais.
On peut alors adapter la stratégie de pilotage de la charge résistive pilotée en fonction de cette information. Dans un tel mode de réalisation, la charge résistive pilotée 60 peut comprendre une pluralité de résistances agencées en parallèle, ayant des valeurs identiques ou pas, et disposées chacun en série avec un commutateur respectif, chaque commutateur étant commandé individuellement par le calculateur. Le signal de commande SW_CTRL peut alors être un signal multi-bit (porté par un faisceau de fils respectivement associés à chaque commutateur), chaque bit commandant un commutateur respectif. En fonction de ce signal, tout ou partie des commutateurs sont fermés, provoquant la mise en parallèle de tout ou partie des résistances, et donc la circulation d’un courant additionnel d’autant plus important que le nombre de résistances ainsi activées est élevé.
Une telle stratégie de pilotage basée sur le courant réel dans le relais +APC permet non seulement de n’activer la charge résistive pilotée que lorsque ce courant est réellement inférieur au seuil défini (par exemple 500 mA) et que le conducteur est susceptible de couper le contact, mais également uniquement dans la juste mesure nécessaire pour compléter le courant déjà existant dans le relais par un courant additionnel permettant d’atteindre le seuil de courant minimal de 500 mA considéré dans le présent exemple.
Dans un autre mode de réalisation, au lieu de s’effectuer par un signal SW_CTRL sous la forme d’un signal TOR (« Tout Ou Rien »), le pilotage du commutateur 62 de la charge résistive pilotable 60 peut être commandé par un signal périodique modulé en largeur d’impulsion, ou signal en PWM (de l’anglais «Pulse- width modulation»).
Une telle commande de la charge résistive pilotée 60 par un signal en PWM permet :
- de réguler le courant efficace à 500 mA en fonction de la tension du réseau de bord, ou,
- en présence du capteur de courant décrit ci-dessus, de limiter le courant efficace circulant à travers la charge pilotée à une valeur telle que la somme de celui-ci et du courant déjà consommé par les consommateurs existants et activés soit supérieure ou égale à 500 mA.
- de réguler le courant efficace à 500 mA en fonction de la tension du réseau de bord, ou,
- en présence du capteur de courant décrit ci-dessus, de limiter le courant efficace circulant à travers la charge pilotée à une valeur telle que la somme de celui-ci et du courant déjà consommé par les consommateurs existants et activés soit supérieure ou égale à 500 mA.
Un autre mode de réalisation vise à faire en sorte que, en cas de tension d’alimentation +APC qui serait trop élevée, au-delà de 16 V par exemple, la charge résistive pilotée 60 soit désactivée.
On rappelle que l’architecture électrique d’un véhicule peut être volontairement soumise à de telles tensions exceptionnelles (comme 18 V, ou 24 V) lors de tests de validation, afin de vérifier que l’architecture résiste, par exemple, au branchement par erreur d’une batterie de camion de tension nominale égale à 24 V à la place d’une batterie de voiture de tension nominale égale à 12 V. La désactivation de la charge résistive pilotable en cas de dépassement d’un seuil déterminé de tension permet d’optimiser le dimensionnement en puissance de ladite charge. En effet, si elle devait être capable de résister à l’application d’une tension de 24 V à la place du +APC de valeur nominale égale à 12 V, par exemple, elle devrait être réalisée par un composant valant plus cher, et qui serait aussi plus volumineux.
En effet, faire circuler un courant de 500 mA dans la charge pilotée sous une tension supérieure à 16 V, par exemple, occasionne une dissipation d’énergie et donc un échauffement qui peuvent empêcher de respecter les spécifications de sécurité auxquelles l’architecture est soumise.
En pratique, la tension +APC est fournie au calculateur 30 via le boîtier fusible relais 10 et son fusible F0 dédié. Le calculateur est donc apte à comparer la valeur de cette tension à un seuil, à savoir 16 V dans l’exemple considéré ici, qui est supérieur aux valeurs que le +APC peut prendre en conditions normales de fonctionnement du véhicule. Si tel est le cas, alors le signal SW_CTRL est forcé à l’état logique bas par le calculateur 30, i.e. la charge résistive pilotable est désactivée. On dit aussi qu’elle est délestée. Plus particulièrement, le calculateur force la désactivation de la charge résistive pilotable 60 en imposant le signal SW_CTRL à l’étant logique bas tant que le +APC est supérieur au seuil de 16 V considéré.
Le seuil de tension pris en compte est supérieur aux valeurs que peut normalement prendre le +APC notamment lorsque l’alternateur 110 recharge la batterie 100. Dans un tel cas, la tension +APC peut légèrement dépasser 12 V et atteindre par exemple 13,8 V environ, ce qui n’est donc pas considéré comme une valeur exceptionnelle. Seule une valeur supérieure à 16 V est considérée comme une valeur exceptionnelle dans l’exemple.
Le délestage de la charge résistive pilotable lors de l’application de tensions exceptionnelles (18 V ou 24 V, par exemple) sur l’entrée 15 du boîtier fusibles relais 10 (UDB) permet de limiter le dimensionnement en puissance de la charge résistive et l’impact thermique sur l’UDB. Ainsi, en délestant pour une tension supérieure à 16 V par exemple, on peut réduire la puissance dissipée à 10,67 W au lieu de 24 W pour une tenue à la tension exceptionnelle de 24 V. Le dimensionnement en puissance est ainsi divisé par plus de 2 (réduction de plus de 50%).
Afin d’éviter une instabilité du pilotage, il est également préférable d’avoir une hystérésis pour l’activation du pilotage de la charge en fonction de la valeur de la tension d’alimentation. Dans un exemple, on peut prévoir que la charge pilotée soit désactivée si la tension +APC devient supérieure à 16 V, et que la charge pilotée soit réactivée si la tension +APC repasse en-dessous de 15,5 V. L’homme du métier appréciera que ces valeurs, ainsi que l’écart entre ces valeurs (qui est de 0,5 V dans cet exemple) ne sont que des exemples non limitatifs.
On se tourne désormais vers la figure 5, pour décrire le fonctionnement de l’architecture conforme aux modes des réalisation des figures 2 et 3. Plus particulièrement, la figure 5 présente deux chronogrammes (A) et (B) qui montrent l’évolution, en fonction du temps t et pour une même portion du temps, du signal CTRL_+APC de commutation de l’alimentation +APC et du signal SW_CTRL de commande de la charge résistive pilotable (en traits continus), respectivement. Chaque chronogramme montre aussi l’évolution, en fonction du temps t et pour la même portion du temps, du signal SPEEDO représentatif de la vitesse du véhicule (en traits pointillés). Dans l’exemple considéré ici, qui n’est nullement limitatif mais qui présent l’avantage de la simplicité, le signal SW_CTRL est un signal de type « low-side », en « Tout-ou-Rien » (TOR), et non modulé en largeur d’impulsion. Le signal CTRL_+APC est également un signal de type « low-side » et en « Tout-ou-Rien » (TOR).
On suppose qu’à l’instant t1 l’utilisateur actionne le bouton « Start/Stop » de l’interface homme-machine, ou tourne la clé d’un premier cran dans le Neiman™ ou réalise toute action similaire afin de « mettre le contact ». En réponse à cette action, le calculateur 10 active le signal CTRL_+APC, qui passe de l’état logique bas à l’état logique haut comme montré par le chronogramme (A). De même, en réponse à cette action, le calculateur 10 active également le signal SW_CTRL, comme il est visible sur le chronogramme (B), afin d’activer la charge pilotable 60. En effet, il se peut que l’utilisateur, notamment s’il a agi par erreur, coupe rapidement le contact du véhicule sans même que le véhicule démarre et ne prenne de la vitesse. L’activation du signal SW_CTRL garantit que, dans cette hypothèse, un courant d’au moins 500 mA circulera dans le relais + APC (relais R1 des figures 2 et 3) au moment de cette coupure.
Toutefois, dans l’exemple considéré, une telle coupure du contact du véhicule n’intervient pas immédiatement après l’instant t1, et au contraire le véhicule démarre et ne prenne de la vitesse. Le signal SPEEDO croît donc assez rapidement. Lorsque le signal SPEEDO dépasse un seuil de vitesse Vth2 (par exemple Vth2 = 5 Km/h), le signal SW_CTRL repasse à l’état logique bas étant donné qu’il est peu probable que l’utilisateur coupe le contact alors que le véhicule roule. Ceci désactive la charge résistive pilotable, réduisant la consommation et la production de chaleur par effet Joule.
A l’instant t3, le véhicule ayant ralenti après avoir roulé à une certaine vitesse de croisière sensiblement constante, le signal SPEEDO passe sous un seuil de vitesse Vth1, ce qui rend possible, sinon probable, la coupure du contact par l’utilisateur. Dans un exemple, le seuil Vth1 est égal à 0 Km/h, ce qui veut dire, en fait, que le véhicule est mis à l’arrêt (i.e., il ne bouge plus) à l’instant t3. Le signal SW_CTRL est remis à l’état logique haut par le calculateur 30, afin d’activer la charge pilotable 60. Toutefois, l’utilisateur ne coupe pas le contact, et au contraire le véhicule reprend de la vitesse en sorte que, à l’instant t4, le signal SPEEDO repasse au-dessus du seuil Vth2. Cela peut se produire lorsque le véhicule a du stoppé à un feu tricolore, par exemple, mais que le trajet n’est pas fini et que le conducteur ne coupe pas le contact de son véhicule. A cet instant t4, le signal SW_CTRL repasse à l’état logique bas étant donné qu’il est de nouveau peu probable que l’utilisateur coupe le contact alors que le véhicule roule, pour les mêmes raisons et avec les mêmes effets qu’à l’instant t2.
A l’instant t5, et après que le véhicule ait de nouveau roulé à une certaine vitesse de croisière sensiblement constante, le signal SPEEDO repasse sous le seuil de vitesse Vth1. Pour les mêmes raisons et avec les mêmes effets qu’à l’instant t3, à cet instant t5 le signal SW_CTRL est remis à l’état logique haut par le calculateur 30, afin d’activer la charge pilotable 60.
Ainsi, lorsque à l’instant t6 l’utilisateur coupe le contact du véhicule comme illustré par le fait que le signal CTRL_+APC passe à l’état logique bas sur le chronogramme (A), un courant minimal de 500 mA circule dans le relais, et permet de nettoyer le contact du relais grâce à l’arc électrique de rupture du circuit électrique qui se produit alors au niveau de ce contact.
Comme on l’aura compris, la proposition consiste à ne commander la charge résistive pilotée que lorsque la vitesse du véhicule est nulle, ou très proche de 0, étant observé que le conducteur est susceptible de couper le contact seulement dans ces conditions. Afin d’éviter une instabilité du pilotage, il est avantageux d’avoir une hystérésis. Par exemple, la charge pilotée est activée si la vitesse du véhicule est inférieure ou égale à un premier seuil Vth1 (par exemple Vth1 = 0 Km/h), alors que la charge pilotée est désactivée lorsque la vitesse du véhicule dépasse un second seuil Vth2 strictement supérieur au premier seuil Vth1 (par exemple Vth2 = 5 Km/h).
Cela permet de limiter la durée d’alimentation de la charge résistive et par conséquent la dissipation thermique, la consommation électrique et les émissions de CO2 sur la durée du roulage tout en assurant une consommation sur la tension d’alimentation commutée +APC au moment de l’ouverture du relais +APC. L’impact thermique sur l’UDB et l’impact en termes de consommation électrique et d’émission de CO2 sont donc limités du fait d’un pilotage uniquement dans les phases où le conducteur est susceptible de couper le contact.
La présente invention a été décrite et illustrée dans la présente description détaillée et dans les figures des dessins annexés, dans des formes de réalisation possibles. La présente invention ne se limite pas, toutefois, aux formes de réalisation présentées. D’autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des dessins annexés.
En particulier, l’homme du métier appréciera que, si la description détaillée se rapporte à la problématique de l’alimentation commutée +APC, le principe proposé peut être généralisé à toute alimentation commutée par un relais ou similaire.
Dans le présent exposé, le terme "comprendre" ou "comporter" n’exclut pas d’autres éléments ou d’autres étapes. Un seul processeur ou plusieurs autres unités peuvent être utilisées pour mettre en œuvre l’invention. Les différentes caractéristiques présentées peuvent être avantageusement combinées. Leur présence dans des parties différentes, n’excluent pas cette possibilité. Les signes de référence ne sauraient être compris comme limitant la portée de l’invention.
Claims (10)
- Architecture électrique de véhicule automobile comprenant :
- une masse électrique et au moins une source de tension continue (100) délivrant une tension d’alimentation (+PERM) ;
- au moins un dispositif consommateur de courant (21,22,23) ;
- un boîtier de distribution électrique (10) avec au moins un rail d’alimentation couplé à une entrée du boîtier pour recevoir la tension d’alimentation et un rail de masse couplé à la masse, au moins une borne de sortie, et au moins un relais disposé en série entre le rail d’alimentation et la borne de sortie du boîtier et adapté pour commuter la tension d’alimentation sur la borne de sortie ;
- un faisceau électrique ’20), disposé entre la borne de sortie du boîtier de distribution électrique et le dispositif consommateur de courant afin d’alimenter électriquement ledit dispositif avec la tension d’alimentation commutée (+APC) ; et,
- au moins un calculateur (30),
caractérisé en ce qu’il une charge résistive pilotable (60) connectée électriquement en parallèle entre la sortie du boîtier de distribution électrique, d’une part, et le rail d’alimentation positive ou la masse, d’autre part, ladite charge résistive pilotable comprenant au moins un commutateur (62) en série avec au moins une résistance (61), ledit commutateur étant adapté pour être piloté par le calculateur selon une loi de commande adaptée pour causer la fermeture du commutateur pour une vitesse du véhicule inférieure à un premier seuil de vitesse déterminé (Vth1), en permettant d’assurer une consommation de courant dans le relais sous la tension d’alimentation qui soit supérieure à un seuil de courant déterminé, d’une part, et pour causer l’ouverture du commutateur pour une vitesse du véhicule supérieure à un second seuil de vitesse déterminé (Vth2), plus élevé que ledit premier seuil de vitesse, d’autre part. - Architecture électrique selon la revendication 1, dans lequel la charge résistive pilotable est agencée dans un boîtier de relais amovible, par exemple un boîtier ayant un format de type relais « Ultra-micro », « Micro », « Mini » ou « Power », qui est adapté pour être monté dans le boîtier de distribution électrique.
- Boîtier de distribution électrique selon la revendication 1, dans lequel la charge résistive pilotable est agencée en dehors du boîtier de distribution électrique (10), par exemple dans le faisceau électrique (20).
- Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un capteur de température agencé pour capter la température au niveau de la charge résistive pilotable, et dans laquelle le calculateur est adapté pour implémenter une fonction de protection thermique afin d’inhiber la commande de fermeture du commutateur lorsque la température au niveau de la charge résistive pilotable est supérieure à un seuil déterminé.
- Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le calculateur est adapté pour implémenter une fonction de diagnostic associée à la charge résistive pilotable.
- Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre un capteur de courant en série avec le relais (R1) du boîtier de distribution électrique (10) et adapté pour produire une information relative au courant circulant réellement dans ledit relais, et dans lequel la stratégie de pilotage de la charge résistive pilotée est fonction de ladite information.
- Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le pilotage du commutateur (62) de la charge résistive pilotable (60) est commandé par un signal périodique modulé en largeur d’impulsion (SW_CTRL).
- Architecture électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le calculateur est adapté pour comparer la valeur de la tension d’alimentation commutée à un seuil déterminé, par exemple 16 V, et pour forcer la désactivation de la charge résistive pilotable en cas de dépassement dudit seuil.
- Procédé d’utilisation d’une architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la charge résistive pilotable est activée et est adaptée pour assurer la circulation d’un courant électrique minimal dans le relais, par exemple un courant égal à 500 mA environ, lorsque la vitesse du véhicule est inférieure ou égale à un premier seuil de vitesse (Vth1), par exemple égal à 0 Km/h environ, et dans lequel la charge résistive pilotable est désactivée lorsque la vitesse du véhicule est supérieure à un second seuil de vitesse (Vth2), strictement supérieur au premier seuil de vitesse, et par exemple égal à 5 Km/h environ.
- Véhicule automobile comprenant une architecture électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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