FR2853171A1 - Routage des liaisons electriques entre appareils electriques equipant un vehicule de transport. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble électrique équipant un véhicule de transport.L'ensemble électrique comprend un réseau d'éléments électriques et des faisceaux électriques. Les éléments électriques, alimentés en énergie électrique, sont chacun apte à traiter des signaux électriques de données reçus ou à émettre.Les signaux électriques sont transmis et l'énergie électrique est fournie à chaque élément électrique par un même faisceau électrique de manière à réaliser une transmission des données par courant porteur.Les faisceaux électriques sont routés à courte distance de la prise de masse électrique des faisceaux de manière à limiter les parasites et les atténuations électriques ou électromagnétiques des données transmises.
Description
i
La présente invention concerne un ensemble d'éléments électriques équipant un véhicule de transport, tel qu'une automobile par exemple.
Plus particulièrement, l'invention concerne une pluralité de ces éléments traitant chacun des signaux électriques d'information reçus ou à transmettre et fonctionnant chacun par alimentation en énergie électrique.
Avec l'essor des technologies électroniques de communication, les informations échangées au sein d'un véhicule, tel qu'une automobile, augmentent de façon importante.
L'évolution actuelle tend à y échanger d'avantage d'informations à haut 10 débit au travers de supports de transmission haut débit, tels que par exemple des fibres optiques ou des paires de cuivre torsadées.
Mais les coûts économiques de tels supports de transmission haut débit sont nettement supérieurs à ceux de supports de transmission à débit classique.
En outre, le nombre croissant d'appareils électriques et électroniques équipant les véhicules implique une augmentation du nombre, du volume et du poids des câbles embarqués.
Pour illustration, et en référence à la figure 1, un exemple d'architecture d'un réseau de calculateurs référencés 100, 200, 300 jusqu'au nombre N, est 20 représenté, chaque calculateur ou contrôleur nécessitant au moins: - un câble d'alimentation en énergie électrique (10b, 20b, 30b ou 40b) se branchant sur le câble général d'alimentation en énergie électrique 1; et - un câble de signal (10a, 20a, 30a ou 40a) se branchant sur le câble du bus de données général 2 pour transmettre entre calculateurs des 25 signaux électriques d'information.
Ce schéma montre bien qu'en augmentant le nombre d'appareils électriques, le nombre de câbles, le volume nécessaire pour les loger, et le poids des câbles augmentent aussi.
Cette complexification de l'architecture électrique et électronique risque alors de limiter dans l'avenir l'émergence d'équipements et de prestations nouvelles réparties entre des appareils d'une automobile.
Afin de pallier ces problèmes, la Demanderesse a récemment proposé d'appliquer la technologie des " courants porteurs " à l'automobile.
En référence à la figure 2, est représenté un exemple d'architecture utilisant des courants porteurs dans le réseau de calculateurs, référencés 100, 200, 300 jusqu'au nombre N, d'une automobile.
Chaque calculateur 100, 200, 300,..., N est relié électriquement au reste 10 de l'ensemble électrique par l'intermédiaire du réseau de distribution d'énergie électrique 3 et au moyen d'une unique liaison filaire électrique respective 10, 20, 30, 40.
Cette liaison filaire 10, 20, 30, ou 40 assure: - le transport de l'énergie électrique; et - la transmission des signaux électriques de données; au calculateur respectif 100, 200, 300 ou N sur un même support.
Cette transmission de données superposée au transport d'énergie s'appelle " transmission de données par courants porteurs ", et est véhiculée entre les calculateurs par le réseau de distribution d'énergie 3.
Ce système de transmission de données par courants porteurs permet ainsi de diminuer le nombre de câbles électriques dans un véhicule d'environ de moitié par rapport à l'exemple référencé sur la figure 1, permettant ainsi de réduire les coûts, le volume et le poids des câbles.
Cependant, la mise en oeuvre de systèmes utilisant la technologie des 25 courants porteurs est typiquement accompagnée de parasitages et d'atténuations électriques et/ou électromagnétiques importants, qui peuvent perturber fortement la qualité des signaux, notamment pour les raisons suivantes: - le réseau d'alimentation électrique 3 est un milieu de propagation particulièrement dispersif; - pour des fréquences supérieures à environ 30 MHz, le milieu du faisceau d'alimentation électrique 3 devient rayonnant; - des bruits " électro-mécaniques " (comme par exemple un contact mis en oeuvre) sont couramment créés dans un véhicule, produisant des fréquences harmoniques sur les signaux des courants porteurs aptes à nuire électriquement à la qualité des données ainsi transmises; les bruits électromécaniques habituellement rencontrés se situent dans des fréquences 10 inférieures à 1 MHz; - les signaux transmis par courants porteurs ayant des fréquences appartenant typiquement au domaine des MHz, des phénomènes d'échos sont susceptibles d'apparaître, entraînant alors des trajets multiples de signaux et donc des interférences parasites; - des impulsions aléatoires peuvent en outre être créées et nuire aux transmissions d'informations; - selon les trajets et la longueur des liaisons de transmission, la bande passante des signaux n'est pas souvent stationnaire et uniforme.
Toutes ces nuisances électriques et électromagnétiques sur la qualité 20 des informations transmises sont autant de contraintes qui pèsent sur l'appareillage électrique composant les éléments électriques 100, 200, 300,..., N du véhicule.
La présente invention tend à résoudre ces problèmes en proposant un ensemble électrique équipant un véhicule de transport, comprenant un réseau 25 d'éléments électriques et des faisceaux électriques, les éléments électriques, alimentés en énergie électrique, étant chacun apte à traiter des signaux électriques de données reçus ou à émettre, les signaux électriques étant transmis et l'énergie électrique étant fournie à chaque élément électrique par un même faisceau électrique de manière à réaliser une transmission des données par courants porteurs, caractérisé en ce que les faisceaux électriques sont routés à courte distance de la prise de masse électrique des faisceaux de manière à limiter les parasites et les atténuations électriques ou électromagnétiques des données transmises.
Des aspects préférés de l'invention sont: - en cas d'éloignement d'une portion de faisceau de la prise de masse, une extension de la prise de masse est disposée et routée à courte distance le long de la portion de faisceau; - l'extension de la prise de masse longeant à courte distance la portion 10 de faisceau est réalisée au moyen d'une liaison filaire torsadée avec la portion de faisceau; - la prise de masse électrique est le châssis du véhicule; - les liaisons électriques sont configurées de sorte que les éléments électriques soient montés en série, et qu'ils soient reliés ensemble par un 15 même faisceau; - les éléments électriques sont montés en " guirlande" (encore appelée " daisy chain " en anglais); les éléments électriques comprennent chacun: o un modem apte à extraire et à injecter des signaux de données 20 dans un faisceau de courant porteur; o un régulateur d'énergie électrique; o au moins un composant électrique apte à traiter des signaux électriques de données; - les éléments électriques comprennent chacun en outre un 25 connecteur apte à se connecter sur la " daisy chain "; - les signaux sont des signaux modulés en fréquence sur une porteuse, les fréquences étant comprises entre 1 MHz et 30 MHz.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de sa description détaillée suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente un dispositif de liaison et d'alimentation d'appareils électriques entre eux selon l'état de la technique.
La figure 2 représente un dispositif de liaison et d'alimentation d'appareils électriques entre eux selon l'invention.
La figure 3 représente un principe de liaison des éléments électriques entre eux selon l'invention.
La figure 4 représente un schéma de liaison électrique d'un élément électrique à une prise de masse.
La figure 5 représente un schéma de liaison électrique d'un élément électrique à une prise de masse selon l'invention.
La figure 6 représente des moyens de liaison d'éléments électriques 15 entre eux.
La figure 7 représente un schéma des moyens de liaison d'éléments électriques entre eux selon l'invention.
Un objectif de la présente invention est d'adapter la technologie des courants porteurs à des véhicules de transport, tels que des automobiles, en y 20 réduisant les nuisances électriques et électromagnétiques.
Dans ce document on entend par: " élément électrique ": appareil électrique ou électronique susceptible d'équiper un véhicule de transport pour une application déterminée, possédant des moyens d'alimentation en énergie électrique et des moyens de réception de 25 signaux électriques de données permettant respectivement d'apporter l'énergie et de transmettre les données nécessaires à son fonctionnement; les gammes fréquentielles des données reçues et émises par un élément électrique sont avantageusement comprises dans l'invention entre environ 1 MHz et 30 MHz, afin de se situer au-delà du plafond fréquentiel desdits bruits électromécaniques et en deçà du seuil dudit rayonnement du réseau d'alimentation électrique 3.
"faisceau ": voie de transport d'une énergie électrique, comme par exemple un fil cuivré.
L'énergie électrique de l'ensemble électrique selon l'invention est fournie par une source électrique équipant le véhicule considéré, telle qu'une batterie d'automobile à courant continu.
En référence à la figure 3, un premier élément électrique 200 et un deuxième élément électrique 300 sont respectivement reliés au réseau de distribution d'énergie 3 au moyen d'un faisceau de courant porteur 20 et d'un faisceau de courant porteur 30.
La source de l'énergie électrique délivre avantageusement une tension 15 électrique continue, qui est pour une automobile classique actuelle typiquement comprise entre environ 12 Volts et environ 42 Volts.
Cette tension électrique continue (ou non) constitue la tension porteuse U dont l'amplitude va être modulée dans le temps par les éléments électriques (générateurs et récepteurs de signaux fréquentiels), générant des informations 20 fréquentielles de fréquence F, et des informations fréquentielles de fréquence F2.
Dans une configuration particulière, F1 représente un niveau bas et F2 un niveau haut d'un signal numérique.
L'énergie électrique et les données électriques sont donc transportées 25 par un même courant porteur.
L'élément électrique 200 selon l'invention comprend - un régulateur 220; un modem 230; - des composants électriques 210, comme par exemple ici un microcontrôleur 211, des interrupteurs/transistors 212, un actionneur 213.
Le courant porteur est transmis à l'élément électrique 200 au moyen de 5 la liaison 20, et plus particulièrement au régulateur 220 et au modem 230 de l'élément électrique 200 par les dérivations respectives 21 et 22 du faisceau 20.
Le régulateur 220 transforme la valeur de la tension électrique reçue en 21 en une valeur de tension électrique de fonctionnement des composants électriques 210 et du modem 230.
Le régulateur 220 pourra ainsi, par exemple, transformer du 42 Volts en Volts afin de faire fonctionner les composants électroniques 210 et le modem 230.
Le régulateur 220 alimente ainsi en énergie les composants électriques 210 et le modem 230 par l'intermédiaire des faisceaux respectifs 23 et 24.
Le modem 230 est une interface entre les composants électriques 210 et le réseau d'alimentation électrique 3.
La communication entre le modem 230 et le réseau d'alimentation électrique 3 se fait par l'intermédiaire du faisceau 22.
La communication entre le modem 230 et les composants électriques 20 210 se fait au moyen d'une liaison de réception 25 (encore notée RX) et d'une liaison d'émission 26 (encore notée TX).
Le modem 230 est apte à recevoir, par l'intermédiaire de la liaison d'émission 26, les signaux de données des composants électriques 210 et à injecter ces signaux de données dans le réseau 3, par l'intermédiaire du 25 faisceau 22, sur les courants porteurs.
Le modem 230 est donc apte à traiter les signaux de données reçus des composants électriques 210 de manière à les transformer en signaux de données fréquentiels superposables aux courants porteurs du réseau 3.
Ainsi, par exemple, si les signaux de données reçus des composants 30 électriques 210 sont des signaux numériques, le modem 230 les modulera pour donner des signaux de données analogiques haute fréquence à superposer sur le courant porteur du réseau 3, de fréquence FI pour le niveau bas et de fréquence F2 pour le niveau haut.
De manière inverse, le modem 230 est apte à traiter les signaux de 5 données fréquentiels reçus des courants porteurs du réseau 3, par l'intermédiaire du faisceau 22, de manière à les transformer en signaux de données émis vers les composants électriques 210, par l'intermédiaire de la liaison de réception 25.
Les composants électriques 210 sont, quant à eux, aptes à traiter des 10 signaux électriques de données reçus du modem 230 et à envoyer au modem 230, afin de remplir des fonctionnalités déterminées au sein du véhicule.
Ces composants électriques 210 peuvent par exemple remplir une fonction de calculateur, de contrôleur ou autres.
Les composants électriques 210 peuvent par exemple être intégrés dans 15 des systèmes multimédias, de télématique, " by Wire ", dans des contrôleurs de moteur, dans des applicatifs ABS, etc. L'ensemble de l'élément électrique 200 est relié à une masse 240.
De façon similaire, l'élément électrique 300 selon l'invention comprend un régulateur 320; - un modem 330; - des composants électriques 310, comme par exemple ici un microcontrôleur 311, des interrupteurs/transistors 312, un actionneur 313; - une masse 340.
Dans cette application selon l'invention, on voit que les éléments électriques 200 et 300 peuvent communiquer entre eux au moyen du réseau d'alimentation électrique 3.
Les performances du système de transmission d'informations utilisant un tel réseau d'alimentation électrique 3 comme support de l'information dépendent notamment des caractéristiques et de la configuration du canal physique de transmission.
Etant donné que l'infrastructure d'un véhicule de transport dans laquelle les données électriques sont transmises, est maîtrisée (contrairement aux 5 systèmes de communication à distance), il est alors possible d'ajuster des caractéristiques du canal physique de manière à améliorer la qualité des signaux transmis, et à soulager le modem 230 d'une partie de ses contraintes.
Un choix judicieux de caractéristiques du canal physique de transmission des données peut ainsi être déterminant pour l'obtention d'une qualité des 10 signaux transmis, notamment lorsqu'on utilise comme ici la technologie des courants porteurs.
Et peut notamment diminuer sensiblement des parasitages électriques et électromagnétiques qui perturberaient la qualité des signaux, notamment pour les raisons détaillées plus haut.
En référence à la figure 5, une première amélioration de la qualité du signal transmis par courants porteurs selon l'invention est trouvée en routant des liaisons électriques dans le véhicule.
Dans un véhicule de transport, la prise de masse électrique est habituellement son châssis.
En référence à la figure 4, un faisceau (ou câble) 20 est disposé selon l'état de la technique pour alimenter un élément électrique 200.
Une portion de câble 20b du câble 20 est maintenue le long de la partie de châssis 1000 par des moyens de fixation 11 01 (la protégeant ainsi contre des parasitages), mais une autre portion de câble 20a du câble 20 s'éloigne du 25 châssis afin de se connecter sur l'élément électrique 200.
Selon l'état de la technique, l'élément électrique est protégé du parasitage au moyen d'une liaison 2010 avec une partie de châssis 2000.
Cependant, la portion de câble 20a reste peu protégée du parasitage du fait de son éloignement de la prise de masse 1000. 30 Et la qualité du signal est alors perturbée.
En référence à la figure 5, au lieu de relier l'élément électrique 200 au châssis 2000 indépendamment de la portion de câble 20a, on effectue selon l'invention cette liaison par l'intermédiaire de la portion de câble 20a, permettant ainsi de protéger à la fois la portion de câble 20a et l'élément électrique 200 du parasitage.
Une extension 1010 de la prise de masse est ainsi prévue et située à courte distance de la portion de câble 20a.
Cette extension 1010 est avantageusement une liaison filaire comprise dans la portion de câble 20a et torsadée avec les autres liaisons filaires du 10 câble 20, située entre l'élément électrique 200 et le châssis 1000.
L'ensemble du câble 20 de l'élément 200 est ainsi routé à courte distance de la prise de masse 1000.
De façon avantageuse, l'ensemble des câbles (ou faisceaux) de liaison entre les éléments électriques 100, 200, 300,..., N équipant le véhicule est ainsi 15 situé à courte distance de la prise de masse 1000 (c'est à dire le châssis).
En référence à la figure 7, une deuxième amélioration de la qualité du signal transmis par courants porteurs selon l'invention est trouvée en configurant des liaisons électriques dans le véhicule.
En référence à la figure 6, les connexions 80 et 90 de l'état de la 20 technique entre le réseau d'alimentation électrique 3 et deux faisceaux particuliers respectifs 20 et 30 alimentant respectivement deux contrôleurs 200 et 300, sont susceptibles de former des épissures à leur niveau, lors de leur usage dans le temps.
Ces épissures 80 et 90 causent alors notamment des réflexions multiples 25 (ou échos) et des affaiblissements en amplitude de signal.
En référence à la figure 7, on s'affranchit de ce problème en montant les éléments électriques 200 et 300 en série, et reliés ensemble par un même câble 3 dans lequel circulent les courants porteurs.
Disparaissent ainsi toute connexion entre faisceaux, et donc tout 30 problème d'épissures 80 et 90 liés aux connexions entre faisceaux. il
Selon l'invention, le câble 3 forme des coudes 3a et 3b afin de se connecter aux éléments électriques 200 et 300 respectifs, par l'intermédiaire de connecteurs 250 et 350 respectifs.
Les connexions dans le connecteur entre le circuit électrique du câble 3 5 et l'élément électrique 200 ou 300 se font avantageusement au moyen de liaisons PIN.
Ce réseau d'éléments électriques montés ensemble en série sur l'ensemble du réseau électrique est une configuration appelée " guirlande " (ou " daisy chain " en anglais).
Avec cette configuration, le nombre d'éléments électriques montés sur la guirlande n'a ainsi pas ou peu d'influence sur la qualité du signal transporté.
Et les problèmes d'épissures disparaissent aussi.
Des essais de mesure fréquentielle et temporelle par transmission et réflexion sur une partie du câblage d'un véhicule ont été effectués par la 15 Demanderesse.
Ces essais ont concerné un câblage réel, muni de ses charges, uniquement déconnecté à ses embouts des charges d'extrémité afin d'y brancher les instruments de mesures.
L'analyse des résultats a montré que l'adoption de certaines règles de 20 routage des faisceaux dans le véhicule selon l'invention (comprenant les deux règles discutées en référence aux figures 5 et 7) améliore la qualité des signaux transmis, en garantissant notamment un rapport signal sur bruit le plus grand possible à l'entrée des composants électriques 210 et 310, une bande passante élargie de façon optimum et un affaiblissement en amplitude de signal voisin 25 pour tous les types de liaisons.
Ces règles de câblage (ou de routage de faisceaux) permettent ainsi d'utiliser de façon fiable la technologie des courants porteurs, et notamment des courants porteurs haut débit (de 2 à 25 Mbits), dans des véhicules de transport tels que des automobiles.
Claims (9)
1. Ensemble électrique équipant un véhicule de transport, comprenant un réseau d'éléments électriques et des faisceaux électriques, les éléments électriques, alimentés en énergie électrique, étant chacun apte à traiter des signaux électriques de données reçus ou à émettre, les signaux électriques étant transmis et l'énergie électrique étant fournie à chaque élément électrique 10 par un même faisceau électrique de manière à réaliser une transmission des données par courants porteurs, caractérisé en ce que les faisceaux électriques sont routés à courte distance de la prise de masse électrique des faisceaux de manière à limiter les parasites et les atténuations électriques ou électromagnétiques des données transmises.
2. Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'en cas d'éloignement d'une portion de faisceau de la prise de masse, une extension de la prise de masse est disposée et routée à courte distance le long de la portion de faisceau.
3. Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extension de la prise de masse longeant à courte distance la portion de faisceau est réalisée au moyen d'une liaison filaire torsadée avec la portion de faisceau.
4. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la prise de masse électrique est le châssis du véhicule.
5. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments électriques sont montés en série, et sont reliés ensemble par un même faisceau.
6. Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments électriques sont montés en " guirlande " (encore appelée " daisy chain " en anglais).
7. Ensemble électrique selon l'une des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que les éléments électriques comprennent chacun: - un modem apte à extraire et à injecter des signaux de données dans un faisceau de courant porteur; - un régulateur d'énergie électrique; - au moins un composant électrique apte à traiter des signaux 15 électriques de données.
8. Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les éléments électriques comprennent chacun en outre un connecteur apte se connecter sur la " daisy chain ".
9. Ensemble électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les signaux sont des signaux modulés en fréquence sur une porteuse, les fréquences étant comprises entre 1 MHz et 30 MHz.
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