FR3082960A1 - Architecture electronique de vehicule automobile avec redondance des reseaux d’alimentation electrique et de communication inter-calculateurs. - Google Patents

Architecture electronique de vehicule automobile avec redondance des reseaux d’alimentation electrique et de communication inter-calculateurs. Download PDF

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Abstract

Il est divulgué une architecture électronique de véhicule automobile comprenant une pluralité de calculateurs embarqués (11-16), un réseau d'alimentation électrique principal (31) adapté pour alimenter les calculateurs, un réseau d'alimentation électrique secondaire (32) adapté pour alimenter les calculateurs qui sont alimentés par le réseau d'alimentation électrique principal en cas de défaillance dudit réseau d'alimentation électrique principal, et un réseau de communication de données (21) adapté pour l'échange de données entre les calculateurs. La communication de données est assurée par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d'alimentation électrique principal et/ou via le réseau d'alimentation électrique secondaire, en cas de défaillance du réseau de communication de données.

Description

ARCHITECTURE ELECTRONIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC REDONDANCE DES RESEAUX D’ALIMENTATION ELECTRIQUE ET DE COMMUNICATION INTER-CALCULATEURS.
Domaine Technique
La présente invention se rapporte de manière générale aux architectures électroniques de véhicules automobiles, et plus particulièrement à une telle architecture avec redondance des réseaux d’alimentation électrique et de communication inter-calculateurs.
Arrière-plan Technologique
Les architectures électroniques des véhicules automobiles intègrent des calculateurs, des capteurs pour acquérir des informations utilisées par les calculateurs, et des organes électriques ou électromécaniques commandés directement ou indirectement par les calculateurs afin d’assurer des fonctions spécifiques dans le véhicule concerné.
Ces différents éléments (calculateurs, capteurs et organes) sont agencés pour échanger des données entre eux par l’intermédiaire de liaisons de données dédiées et à haut débit, comme des liaisons Ethernet embarquées. Ces liaisons embarquées (aussi appelées « réseaux de données ») peuvent comprendre des liaisons redondantes afin de renforcer les chances que les données soient correctement échangées malgré des pannes éventuelles de certaines liaisons, ou afin d’en augmenter le débit.
De plus, des réseaux d’alimentation assurant l’alimentation électrique des éléments précités peuvent aussi être dupliqués, en tout ou partie. Cette redondance d’alimentation électrique permet d’obtenir une tolérance à l’égard de pannes d’alimentation éventuelles. En effet, ce type de panne peut être critique en particulier pour les éléments dont la perte d’alimentation électrique peut potentiellement provoquer un défaut de sécurité dans le véhicule concerné.
Art Antérieur
Le document US 20080100141 divulgue des techniques permettant de fournir une alimentation électrique redondante à un dispositif Ethernet. Un premier régulateur de commutation de retour en ligne tire un courant d'un premier port Ethernet. Un second régulateur de commutation de retour en ligne tire un courant d'un second port Ethernet. Le courant tiré est régulé par chaque régulateur et envoyé à un combineur de courant. Le combineur de courant combine le courant de chaque régulateur et fournit le courant combiné au dispositif Ethernet. En d’autres termes, ce document enseigne l’utilisation de deux liaisons Ethernet permettant d’assurer une redondance d’alimentation électrique d’un dispositif Ethernet.
L’enseignement du document FR 3031406 concerne quant à lui une architecture pour véhicule automobile avec des réseaux redondants. L’architecture comporte ainsi un premier réseau de communication, un deuxième réseau de communication, ainsi qu’une source alimentation principale et source une alimentation de secours.
En pratique toutefois, l’utilisation de la redondance des réseaux d’alimentation électrique et de communication de données demeurent peu répandue à ce jour, sauf pour des véhicules de très haut de gamme. La raison en est probablement double : d’une part le coût de la redondance des faisceaux de communication à haut-débit demeure élevé à ce jour, et d’autre part l’utilisation de la redondance engendre une difficulté pour proposer des extensions de fonctions par ajout de calculateurs à une architecture électronique de base.
Résumé de l'invention
L'invention propose l’utilisation d’une architecture électronique de véhicule automobile qui permet d’améliorer la situation.
Selon le premier aspect, l’invention propose une architecture électronique de véhicule automobile comprenant :
- une pluralité de calculateurs embarqués ;
- un réseau d’alimentation électrique principal adapté pour alimenter une partie au moins des calculateurs ;
- un réseau d’alimentation électrique secondaire adapté pour alimenter les calculateurs qui sont alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal en cas de défaillance dudit réseau d’alimentation électrique principal ; et,
- au moins un réseau de communication de données adapté pour l’échange de données entre les calculateurs,
L’architecture comprend en outre des moyens pour assurer la communication de données par courant porteur entre une partie au moins des calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire qui alimentent lesdits calculateurs, en cas de défaillance du réseau de communication de données.
Avantageusement, l’architecture selon l’invention permet de surmonter les problèmes selon l’art antérieur susmentionné, ainsi qu’il ressortira de la description détaillée de modes de réalisations qui va suivre.
Des modes de réalisation pris isolément ou en combinaison, prévoient en outre que :
- la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire peut utiliser des bandes de fréquences comprises entre quelques kilohertz et quelques dizaines ou centaines de kilohertz ;
- la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire peut mettre en oeuvre un protocole de communication ajoutant de la redondance de transmission de données ;
- la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire peut mettre en oeuvre un protocole de communication avec un contrôle d’intégrité des données ;
- la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire peut mettre en oeuvre une technique de partage de canal afin de permettre la communication simultanée d’informations de plusieurs réseaux de communication de données sur le même réseau d’alimentation électrique ;
- l’architecture électronique peut comprendre en outre un réseau d’alimentation électrique supplémentaire, distinct du réseau d’alimentation électrique principal et distinct du réseau d’alimentation électrique secondaire, pour l’alimentation électrique de calculateurs distincts de calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal ; et l’un des calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal peut alors être adapté pour assurer une fonction passerelle pour la communication de données entre les calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique supplémentaire et les calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal, par courant porteur via ledit réseau d’alimentation électrique supplémentaire ainsi que via ledit réseau d’alimentation électrique principal, en cas de défaillance du réseau de communication de données ; et,
- les calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique supplémentaire peuvent présenter une contrainte de sécurité de fonctionnement moindre que les calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal.
Dans un deuxième aspect, l’invention concerne également un véhicule automobile comprenant une architecture électronique selon le premier aspect.
Dans un troisième aspect, l’invention concerne également un procédé d’utilisation d’une architecture électronique comprenant :
- une pluralité de calculateurs embarqués ;
- un réseau d’alimentation électrique principal adapté pour alimenter les calculateurs ;
- un réseau d’alimentation électrique secondaire adapté pour alimenter au moins une partie des calculateurs en cas de défaut d’alimentation électrique par le réseau d’alimentation électrique principal ; et,
- un réseau de communication de données adapté pour l’échange de données entre les calculateurs.
Le procédé selon le troisième aspect de l’invention comprend :
- la surveillance d’une défaillance du réseau de communication de données ; et, en cas de défaillance du réseau de communication de données,
- l’utilisation du réseau d’alimentation électrique principal et/ou du réseau d’alimentation électrique secondaire pour assurer l’échange de données par courant porteur entre les calculateurs.
Un quatrième et dernier aspect de l’invention concerne enfin un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un calculateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre toutes les étapes du procédé selon le troisième aspect ci-dessus. Le produit programme d'ordinateur comprend une ou plusieurs séquences d'instructions stockées sur un support de mémoire lisible par une machine comprenant un processeur du calculateur.
Brève Description des Dessins
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 :
- la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un premier exemple d’architecture électronique selon l’invention ;
- la figure 2 est un schéma fonctionnel d’un calculateur de l’architecture de la figure 1 ;
- la figure 3 est un diagramme d'étapes illustrant des modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et,
- La Figure 4 est un schéma fonctionnel montrant un second exemple d’architecture électronique selon l’invention.
Description détaillée de modes de réalisation
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.
En référence au schéma de la figure 1, on va décrire un exemple d’architecture électronique de véhicule automobile conforme à des modes de réalisation de l’invention. Cet exemple, qui n’est nullement limitatif des possibilités de mise en œuvre de l’invention, est une architecture assurant l’alimentation électrique et l’interconnexion de calculateurs d’un système d’aide à la conduite automobile ADAS (ou ADAS, de l’anglais « Advanced Driver Assistance Systems »).
L’architecture représentée comprend une pluralité de calculateurs (ou ECU, de l’anglais « Electronic Central Unit») qui sont interconnectés par l’intermédiaire d’un faisceau 21 formant un réseau de communication de données pour l’échange de données entre lesdits calculateurs.
Dans l’exemple représenté, l’architecture comprend ainsi :
- un calculateur d’acquisition 11 qui est essentiellement dédié à l’acquisition d’informations provenant de capteurs (non représentés). Ces capteurs comprennent, par exemple, un radar, une ou plusieurs caméras optiques, ces capsules ultrasonores, un lidar, un système de positionnement par satellites (ou GNSS, de l’anglais « Global Navigation Satellite System >>), etc. Le calculateur ECU1 assure le pré-traitement des informations qu’il reçoit des capteurs, et peut transmettre des données correspondantes aux autres calculateurs de l’architecture via le faisceau 21 ;
- un calculateur de décision 12 qui est essentiellement dédié à la prise de décisions sur la base des informations fournies par les capteurs, et qui exécute à cet effet des algorithmes complexes, par exemple basés sur des règles de décision ou sur des réseaux de neurones ;
-un calculateur superviseur 13, qui supervise le fonctionnement des autres calculateurs, et des organes électriques et électromécaniques en particulier des actionneurs (non représentés) du système qui sont commandés en fonction des décisions prises par le calculateur ECU2 ; et,
-un calculateur passerelle 14 qui assure une fonction de passerelle (« Gateway >> en anglais) avec d’autres réseaux de communication de données du véhicule, et/ou avec des réseaux de communication de données externes au véhicule, comme un bus CAN (de l’anglais « Controller Area Network >>) utilisé à des fins de diagnostic et de maintenance, par exemple.
Un point commun entre les calculateurs 11, 12, 13 et 14 ci-dessus est, dans l’exemple considéré ici, qu’ils présentent un aspect de sécurité important en ce sens que la sécurité du véhicule et de ses passagers dépend de leur sûreté de fonctionnement. C’est pourquoi, dans l’exemple, ces calculateurs bénéficient d’une redondance d’alimentation électrique afin de fournir une tolérance aux pannes d’alimentation électrique.
Plus spécifiquement, l’architecture comprend un réseau d’alimentation électrique principal 31, qui est adapté pour alimenter les calculateurs 11-14, et en outre un réseau d’alimentation électrique secondaire 32 qui est adapté pour alimenter les calculateurs 11-14 en cas de défaut d’alimentation électrique par le réseau d’alimentation électrique principal 31. Cette architecture d’alimentation électrique des calculateurs permet de garantir le maintien d’un certain niveau de fonctionnalité, et par conséquent la préservation de la sécurité si le réseau d’alimentation électrique principal est défaillant. Au niveau de chaque calculateur, des moyens assurent la capacité d’alimenter le calculateur par l’un ou l’autre voire par les deux réseaux 31 et 32, en fonction des états respectifs des réseaux d’alimentation électrique principal et secondaire, respectivement 31 et 32. La commutation ou le délestage de l’alimentation des calculateurs depuis le réseau 31 vers le réseau 32 en cas de défaut d’alimentation par le réseau 31, et inversement en cas de rétablissement de l’alimentation par le réseau 31, est connue en soi, notamment dans le domaine des systèmes informatiques où la redondance d’alimentation électrique des équipements est d’usage courant. Elle fait appel à des techniques et utilise des composants matériels dont la description détaillée sortirait du cadre du présent exposé. Par exemple, on peut utiliser des commutateurs intelligents, i.e., qui évitent la propagation du défaut au réseau d’alimentation électrique secondaire.
Dans le contexte de l’invention, le réseau d’alimentation principal 31 peut être le réseau d’alimentation basse tension du véhicule, par exemple sous une tension de 12 Volts (V). Cette tension d’alimentation est par exemple fournie par la batterie de service (non représentée) du véhicule. Le réseau d’alimentation secondaire 32 peut délivrer du courant d’alimentation également sous une tension de 12 V, soit à partir d’une autre batterie de service directement sous la même tension (à savoir 12 V dans l’exemple) que la batterie formant la source d’alimentation du réseau principal 31, soit à partir d’une autre batterie sous une tension différente, par exemple sous 48 V, laquelle peut être la batterie haute tension d’un véhicule hybride, par exemple. Dans le second cas, bien entendu, l’architecture comprend en outre des moyens de conversion de tension pour convertir l’énergie fournie par la source d’alimentation du réseau d’alimentation secondaire 32 à la valeur de la tension d’alimentation du réseau d’alimentation principal 31.
Le fait que le réseau d’alimentation principal 31 et le réseau d’alimentation secondaire 32 utilisent des sources d’alimentation distinctes, comme les batteries distinctes précitées, élimine leur mode commun de défaillance. On rappelle que le « mode commun de défaillance » de deux éléments se réfère au fait que l’un et l’autre s’appuient sur un troisième élément dont la défaillance éventuelle entraîne la défaillance de chacun desdits deux éléments.
Dans l’exemple représenté, l’architecture comprend en outre deux autres calculateurs, 15 et 16, qui sont alimentés par le réseau d’alimentation principal 31 et qui peuvent échanger des données avec les calculateurs 11-14 via le réseau de communication de données 21, mais qui n’ont pas besoin de redondance d’alimentation, par exemple parce qu’ils ne représentent pas des ressources critiques en termes de sécurité ou autre. C’est pourquoi les calculateurs 15 et 16 ne sont pas couplés au réseau d’alimentation secondaire 32, dans cet exemple. Le calculateur 15 est par exemple un calculateur qui met en oeuvre des algorithmes de traitement des antennes intelligentes (« Smart Antenna » en anglais) qui sont utilisées par le système ADAS pour communiquer avec des systèmes distants. Et le calculateur 16 est par exemple un calculateur qui gère l’info-divertissement à bord du véhicule (ou IVI, de l’anglais « In-Vehicle Infotainment ») et commande en particulier l’écran de bord utilisé pour l’affichage de certaines informations produites par le système ADAS.
En d’autres termes, le réseau d’alimentation secondaire 32 peut n’alimenter, en mode dégradé (c’est-à-dire en cas de défaillance partielle ou totale du réseau d’alimentation principal 31), qu’une partie des calculateurs du système alimenté par le réseau d’alimentation principal en mode de fonctionnement normal.
On a décrit dans ce qui précède la redondance du réseau d’alimentation électrique du véhicule, dont la défaillance entraîne une perte complète des capacités de contrôle du système. Mais, de la même façon, la perte totale de communication entre deux calculateurs peut entraîner une perte de contrôle du système causée par l’absence de données relatives à la perception de l’environnement, ou l’absence de commande des actionneurs (frein, direction, ...) en cas de besoin.
C’est pourquoi, le principe des modes de réalisation de l’invention qui vont maintenant être décrits, consiste à superposer au courant électrique continu circulant sur un réseau d’alimentation électrique qui est utilisé pour l’alimentation électrique de calculateurs embarqués, des signaux alternatifs et de faible énergie. Ces signaux permettent de transporter des données entre des calculateurs en cas de défaillance d’un réseau de communication de données qui est normalement dédié à cette fonction.
A cet effet, tout ou partie des calculateurs comprennent une interface de ligne couplée au réseau d’alimentation principal 31. Dans l’exemple montré à la figure 1, les calculateurs 11 à 16 comprennent ainsi une interface de ligne 41 à 46, respectivement, couplée au réseau d’alimentation principal 31. Un tel calculateur peut aussi comprendre, en outre et de préférence, une autre interface de ligne couplée au réseau d’alimentation secondaire 32 lorsque le calculateur concerné est aussi couplé à ce réseau pour son alimentation électrique en mode dégradé. Ainsi, dans l’exemple montré à la figure 1, les calculateurs 11 à 14 comprennent une interface de ligne 51 à 54, respectivement, couplée au réseau d’alimentation secondaire 32.
En référence au diagramme fonctionnel de la figure 2 sur laquelle on a représenté une interface de ligne 100 comme les interfaces de ligne 41-46 et 51-54 de la figure 1 ainsi qu’un calculateur 200 comme les calculateurs 11-16 de la figure 1, chacune de ces interfaces de ligne comprend un modem 101. A la figure 2, l’interface de ligne 100 est couplée à un réseau d’alimentation qui peut être le réseau d’alimentation 31 ou le réseau d’alimentation 32 de la figure 1.
Le modem 101 de l’interface de ligne 100 transforme un flux de bits généré par le calculateur 200 en un signal analogique pour l’émission, en courant porteur, vers un autre calculateur via le réseau d’alimentation concerné, 31 ou 32. Inversement, c’est-à-dire en réception, le modem 101 transforme un signal analogique reçu en courant porteur via le réseau d’alimentation concerné 31 ou 32, en un flux de bits à traiter par le calculateur 200.
Grâce aux interfaces de ligne 41-46 et 51-54 de la figure 1, l’échange de données est assuré par courant porteur entre les calculateurs 11-16 via le réseau d’alimentation électrique principal 31 et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire 32, en cas de défaillance du réseau de communication de données 21.
Le calculateur 200 de la figure 2 comprend une unité centrale de calcul 203 (ou CPU, de l’anglais « Central Processing Unit») et une mémoire non volatile 202, par exemple une mémoire EEPROM ou une mémoire de type Flash EPROM. La mémoire 202 peut stocker le programme applicatif 203 qui est exécuté par le calculateur 200 en fonctionnement. On reviendra plus loin sur ce programme d’ordinateur.
Le calculateur 200 de la figure 2 comprend en outre un contrôleur de protocole 204, pour assurer le respect des spécifications protocolaires qui s’appliquent aux communications de donnée via le réseau de communication de données 21 de l’architecture de la figure 1. De cette manière, le canal physique par lequel les données sont émises ou reçues est une caractéristique transparente du point de vue du calculateur. Le protocole de communication concerné peut être un protocole à commutation de paquets comme le protocole Ethernet (ISO/IEC 8802-3), ou tout autre protocole utilisé dans les réseaux embarqués dans le domaine en automobile, comme le CAN, LIN, FlexRay, MOST, etc.
L’utilisation de l’architecture décrite ci-dessus en référence aux digrammes fonctionnels de la figure 1 et de la figure 2, va maintenant être décrite en référence au diagramme d’étapes de la figure 3, dans un exemple de mise en oeuvre par exemple dans le calculateur 11 de l’architecture électronique de la figure 1.
On suppose que, en 301, le calculateur utilise le réseau de communication de données, par exemple un réseau Ethernet, pour échanger des données avec un (ou plusieurs) autre(s) calculateur(s) de l’architecture. Les réseaux d’alimentation auquel l’ECU est couplé ne sont pas utilisés pour un tel échange de données. Bien entendu, l’un et/ou l’autre de ces réseaux d’alimentation est(sont) toutefois utilisé(s) pour l’alimentation électrique du calculateur en question.
En 302, on surveille l’apparition éventuelle d’une défaillance du réseau de communication de données.
En cas de détection d’une défaillance du réseau de communication de données, alors en 303 on utilise l’un et/ou l’autre des réseaux d’alimentation électrique principal 31 et secondaire 32, pour assurer l’échange de données par courant porteur entre les calculateurs. Sinon, on continue d’utiliser le réseau de communication de données comme précédemment en 301.
Le fait d’utiliser à la fois l’un et l’autre des deux réseaux d’alimentation électrique pour supporter la communication de données par courant porteur permet d’augmenter le débit de communication en mode dégradé. Cela permet aussi d’introduire de la redondance pour cette communication de données par courant porteur dans ce mode dégradé. Ainsi, si l’un seulement de ces deux réseaux d’alimentation est également défaillant, alors la communication de données peut quand même voir lieu via l’autre réseau d’alimentation électrique.
La détection d’une défaillance du réseau de communication de données peut résulter des mécanismes de répétition automatique de paquets ou ARQ (de l’anglais « Automatic Repeat reQuest»), pour les protocoles de communication à commutation de paquets comme Ethernet. Un tel mécanisme utilise des accusés de réception ou ACK (de l’anglais « Acknowledgement ») en lien avec des durées d’attente. Les accusés de réception sont envoyés à l'émetteur d’une trame par le récepteur, pour signifier que la trame reçue est valide et a été correctement reçue, i.e., sans erreur détectée. Après avoir envoyé une trame, le calculateur qui est l’émetteur d’une trame à destination d’un autre calculateur, à savoir le récepteur, attend un certain temps (ou «time-out», en anglais) que l'ACK correspondant lui soit envoyé par le récepteur. Si l’émetteur ne reçoit pas d'ACK pour la trame envoyée, il considère que celle-ci n'a pas été reçue correctement et, en général la renvoie au moins une fois, et attend à nouveau pendant une nouvelle durée d’attente. Au bout de quelques ré-envois et durées d’attente successifs, et si l’ACK n’a toujours pas été reçu, le calculateur peut en déduire que le réseau de communication est défaillant. On notera que ceci n’est qu’un exemple de surveillance d’une défaillance du réseau de communication de données. Bien d’autres techniques sont envisageables, en fonction du type de réseau de communication de données et du protocole de communication correspondant. Un simple test électrique de la liaison via le réseau de communication de données peut permettre de détecter une défaillance de ce réseau, par exemple un test de continuité électrique, un test de mise à la masse, ou au contraire de court-circuit, etc. Ces tests peuvent être passifs, ou dynamiques c’est-à-dire être basés sur l’amission d’un motif électrique déterminé et la surveillance des réflexions reçues du réseau de communication de données.
Un signal analogique portant les données émises par le calculateur émetteur se propage sur le réseau d’alimentation électrique principal 31 et sur le réseau d’alimentation électrique secondaire 32, et peut être reçu et décodé à distance par le calculateur récepteur, qui est le destinataire des données. Dit autrement, le signal en courant porteur est reçu par le modem de tout calculateur de même conception qui est couplé au même réseau d’alimentation électrique que le calculateur émetteur. L’homme du métier appréciera en effet que, en mode réception, chaque calculateur de l’architecture peut être adapté pour surveiller en permanence la réception éventuelle de données qui lui sont destinées, via l’un et/ou l’autre des réseaux d’alimentation électriques 31 et 32 auquel(auxquels) il est couplé, le cas échéant. Cette mise en oeuvre est la plus simple.
En variante, une procédure dynamique d’alerte peut utiliser d‘autres moyens, quand il en existe, pour signaler aux calculateurs de l’architecture que le réseau de communication de données est hors service, et qu’il convient d’utiliser l’un et/ou l’autre des réseaux d’alimentation électrique pour communiquer entre eux en mode dégradé.
La mise en oeuvre par un calculateur du procédé illustré par le diagramme d’étapes de la figure 3, tant en émission qu’en réception de données, peut être obtenue par l’exécution d’instructions d’un programme d’ordinateur. Cette exécution est par exemple réalisée par l’unité centrale de calcul 203 du calculateur 200, d’un programme 203 stocké dans la mémoire non volatile 202 de ce calculateur (figure 2). Il peut s’agir d’une routine du programme applicatif du calculateur, ou d’un programme spécifique exécuté en parallèle avec le programme applicatif.
L’homme du métier appréciera que le réseau d’alimentation électrique principal 31, de même en général que le réseau d’alimentation électrique secondaire 32, ne sont pas adaptés au transport de signaux à haute fréquence (de l’ordre de quelques mégahertz à quelque dizaines ou centaines de mégahertz, MHz) car ils ne sont pas blindés. On peut équiper ces réseaux d’un blindage afin d’éviter qu’une grande partie de l'énergie injectée par le modem 101 de l’interface de ligne 100 ne soit rayonnée sous forme d'onde radio et ne génère des problèmes de compatibilité électromagnétiques (ou CEM) dans le véhicule. Toutefois, cela semble être une solution inadaptée aux contraintes de coût qui sont prédominantes dans le domaine automobile. C’est pourquoi les bandes de fréquences utilisées sont de préférence comprises entre quelques kilohertz (kHz) et quelques dizaines ou centaines de kilohertz. A ces fréquences, le rayonnement électromagnétique est faible ou modéré, au prix d’un débit relativement plus faible. L’apparition de nouvelles techniques de modulation large bande (avec introduction de pseudo bruit) permet d’augmenter le débit tout en limitant l’énergie et les perturbations transportées et émises par le câble, du fait de l’étalement du spectre). Ces technologies permettent de transporter des centaines de Mégabits par seconde sur des réseaux domestiques et sont adaptables au contexte automobile.
Quel que soit le débit, la communication par courant porteurs est soumise aux bruits et aux atténuations. Il est donc avantageux de mettre en oeuvre un protocole de communication ajoutant de la redondance de transmission de données, ainsi, en variante ou en complément, qu’un contrôle d’intégrité des données, par exemple sous la forme de codes correcteurs d’erreurs. On peut par exemple mettre en oeuvre une technique CRC (de l’anglais « Cyclic Redundancy Check») qui permet de détecter les erreurs de transmission de données par ajout, combinaison et comparaison de données redondantes. Le modem 101 intègre par exemple de telles fonctions d’ajout de redondance et de reconstitution du flux de bits original ou correction d’erreurs. Un coupleur peut en outre être intégré en entrée des récepteurs afin d’éliminer les composantes basses fréquences avant le traitement du signal reçu.
Les calculateurs 15 et 16 appartiennent à un domaine dit de « faible sécurité », mais peuvent échanger des données avec les calculateurs 11-14 qui appartiennent à un domaine dit à «forte sécurité». Ces échanges de données peuvent être soumis à un certain niveau de sécurité (comme la preuve d’intégrité par exemple) qui peut mettre en oeuvre des mécanismes de protection logiciel spécifique pour garantir des niveaux d'intégrité de sécurité automobile, ou ASIL (de l’anglais « Automotive Safety Integrity Level »), comme ASIL A et ASIL B comme ASIL A et B selon la norme ISO 26262, par exemple. La norme ISO 26262 (« Véhicules routiers - Sécurité fonctionnelle ») est une norme pour les systèmes de sécurité dans les véhicules routiers à moteur. L'ISO 26262:2011 définit un cadre et un modèle d'application, ainsi que les activités, les méthodes à utiliser et les données de sortie attendues. La mise en oeuvre de cette norme vise à permettre de garantir la sécurité fonctionnelle des systèmes électrique/électronique embarqués dans les véhicules automobiles.
En référence au schéma fonctionnel de la figure 4, on va maintenant décrire une variante de l’architecture électronique de la figure 1.
Dans cette variante, on utilise le calculateur 14 («gateway supervisor») pour réaliser une ségrégation supplémentaire entre les calculateurs 11-14 d’un côté, et les calculateurs 15-16 d’un autre côté.
Dans ce mode de réalisation, en effet, les calculateurs 15 et 16 ne partagent ni l’alimentation ni la communication de données avec les calculateurs 11-14 via les réseaux d’alimentation principal 31 et secondaire 32. Au lieu de cela, un troisième réseau d’alimentation électrique 33 est prévu spécifiquement pour l’ensemble d’un domaine « faible sécurité » qui comprend les calculateurs 15 et 16. On notera que la notion de domaine «faible sécurité » est utilisée ici par opposition à un domaine « forte sécurité » qui comprend les calculateurs 11-14 du système ADAS qui sont très sensibles en termes de sécurité.
Ainsi, la communication de données en mode dégradé, c’est-à-dire en cas de défaillance du réseau de communication de données 21, entre les calculateurs 15 et 16 d’une part et les autres calculateurs du véhicule d’autre part, est assurée par courant porteur sur le réseau d’alimentation électrique 33. Une fonction de passerelle pour la transmission des messages, si nécessaire, entre les calculateurs 15 et 16 du domaine «faible sécurité» et les calculateurs 11-14 du domaine « forte sécurité » est réalisée par le calculateur 14 qui fonctionne comme une passerelle réseau. A cet effet, celui-ci comprend une interface de ligne supplémentaire 64, pour son couplage au réseau d’alimentation électrique 33.
Un avantage de ce mode de réalisation est qu’il permet de relâcher les contraintes de fiabilité sur les interfaces de ligne 45 et 46 des calculateurs 15 et 16, respectivement. En effet, si ces interfaces génèrent un court ci-circuit ou un circuit ouvert, par exemple, sur le réseau d’alimentation électrique auquel elles permettent de coupler ces calculateurs, alors cela n’affecte pas les réseaux d’alimentation électrique 31 et 32 auxquels les calculateurs 11-14 du domaines « forte sécurité » sont couplés non seulement pour leur alimentation mais aussi pour la communication de données en mode dégradé. L’homme du métier appréciera toutefois que, d’une manière générale, le risque de court-circuit interne dans les interfaces de ligne est relativement faible, et qu’une protection par fusible permet de réduire les effets si ce défaut se produit.
En résumé, les modes de réalisation de l’invention qui ont été décrits ci-dessus permettent d’introduire de la redondance pour le réseau de communication de données à haut débit sans augmentation de la masse du faisceau global du véhicule, puisqu’on utilise pour la communication de données en mode dégradé, i.e., pour la communication de données en courant porteur, un réseau d’alimentation électrique déjà existant à bord du véhicule, à savoir le réseau d’alimentation électrique principale 31. Si un réseau d’alimentation électrique secondaire 32 est prévu pour assurer de la redondance d’alimentation (en cas de panne du réseau d’alimentation principal 31), alors l’invention permet d’utiliser en outre ce réseau d’alimentation électrique secondaire 32 pour la communication de données en mode dégradé, par courant porteur.
On peut ainsi augmenter le débit de la communication de données en mode dégradé, et en même temps réduire le mode commun de défaillance. En effet, si la défaillance du réseau de communication de données 21 a pour origine une panne d’une source d’alimentation qui alimente aussi le réseau d’alimentation électrique principal 31, alors ce dernier sera aussi défaillant, mais la communication de données pourra néanmoins être assurée en mode dégradé par courant porteur sur le réseau d’alimentation électrique secondaire 32.
Les communications qui sont essentielles à la sécurité du véhicule et de ses utilisateurs (comme les communications des calculateurs 11-14 du système ADAS dans l’exemple considéré dans la présente description), sont ainsi assurées en cas de défaillance du réseau de bord à haut débit en sorte que cette sécurité est préservée.
Par rapport au paradigme classique d’introduction de redondance suivant lequel un réseau de communication de données haut débit comme le réseau 21 est doublé d’un autre réseau de communications données haut débit pour être utilisé en cas de défaillance dudit réseau 21, la distribution de l’information dans le véhicule selon les modes de mise en oeuvre de l’invention est simplifiée en cas de défaillance du réseau 21, par transport entre calculateurs des informations fonctionnelles sur les lignes du (ou des) réseau(x) d’alimentation électrique principal (et/ou secondaire).
Avantageusement, cette prise en compte intrinsèque des besoins de redondance autorise une extension ultérieure de l’architecture par simple ajout de calculateurs, sans surcoût important. Au niveau matériel, les calculateurs ajoutés doivent seulement être couplés au(x) réseau(x) d’alimentation électrique via une interface de ligne correspondante. Au niveau logiciel, seule une configuration du programme applicatif standard d’un calculateur existant est nécessaire pour mettre en oeuvre l’invention. Ceci n’est pas le cas, ou alors au prix d’un coût significativement plus important, lorsqu’un réseau de communication de données est doublé d’un autre réseau de communication de données redondant selon le paradigme de l’art antérieur évoqué plus haut. En effet, dans ce cas, chaque calculateur doit être équipé d’une autre interface haut débit, et le réseau de communication de données redondant doit être étendu jusqu’au calculateur, à l’endroit où il est installé dans le véhicule. Ces impératifs existent aussi s’agissant des réseaux d’alimentation électriques, mais avec un impact sur le coût qui est significativement moindre.
De surcroît, la communication par courant porteur autorise la transmission simultanée des informations de plusieurs réseaux de communication de données sur le même réseau d’alimentation électrique, par des techniques de partage de canal qui sont des techniques éprouvées dans d’autres domaines techniques comme la domotique. En effet, il est connu dans ce domaine technique que la communication par courants porteurs en ligne (ou CPL) permet de construire des réseaux informatiques sur le réseau électrique d'une habitation, par exemple. En d’autres termes, l’utilisation d’un (ou plusieurs) réseau(x) d’alimentation électrique se révèle très pertinent pour introduire de la redondance de communication de données par courant porteur, car un seul et même support physique peut être utilisé pour assurer la redondance de plusieurs réseaux de communication de données.
En effet, les lignes électriques du réseau d’alimentation électrique forment un canal de diffusion dont l’accès peut être partagé entre des émetteurs et des récepteurs de plusieurs réseaux de données différents. Ainsi, on peut par exemple prévoir des bandes de fréquences disjointes allouées à chaque réseau de communication de données sur le(s) réseau(x) d’alimentation électrique selon une technique d’accès multiple à répartition de fréquence (AMRF, ou FDMA en anglais). En variante, on peut utiliser une technique d’accès multiple par répartition en code (AMRC, ou CDMA en anglais), qui est basée sur l’étalement de spectre permettant à plusieurs liaisons numériques d'utiliser simultanément la même fréquence porteuse. Dans tous ces cas de multiplexage, les signaux portés pour chaque réseau de communications sont perçus comme du bruit par les autres réseaux de communications de données utilisant le même réseau d’alimentation électrique par courant porteur. Ils sont alors traités en conséquence par filtrage, de manière à être éliminés avant le décodage des signaux reçus.
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.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Architecture électronique de véhicule automobile comprenant :
    une pluralité de calculateurs embarqués (11-16, figure 1 ; 11-14, figure 2) ;
    un réseau d’alimentation électrique principal (31) adapté pour alimenter une partie au moins des calculateurs ;
    un réseau d’alimentation électrique secondaire (32) adapté pour alimenter les calculateurs qui sont alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal en cas de défaillance dudit réseau d’alimentation électrique principal ;
    au moins un réseau de communication de données (21) adapté pour l’échange de données entre les calculateurs, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre des moyens (41-46,5154,100,203) pour assurer la communication de données par courant porteur entre une partie au moins des calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire qui alimentent lesdits calculateurs, en cas de défaillance du réseau de communication de données.
  2. 2. Architecture selon la revendication 1, dans laquelle la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire utilise des bandes de fréquences comprises entre quelques kilohertz et quelques dizaines ou centaines de kilohertz.
  3. 3. Architecture selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire met en oeuvre un protocole de communication ajoutant de la redondance de transmission de données.
  4. 4. Architecture selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire met en oeuvre un protocole de communication avec un contrôle d’intégrité des données.
  5. 5. Architecture selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la communication de données par courant porteur entre les calculateurs via le réseau d’alimentation électrique principal et/ou via le réseau d’alimentation électrique secondaire met en oeuvre une technique de partage de canal afin de permettre la communication simultanée d’informations de plusieurs réseaux de communication de données sur le même réseau d’alimentation électrique.
  6. 6. Architecture selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un réseau d’alimentation électrique supplémentaire (33), distinct du réseau d’alimentation électrique principal et distinct du réseau d’alimentation électrique secondaire, pour l’alimentation électrique de calculateurs (15-16, figure 3) distincts de calculateurs (11-14, figure 3) alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal, et dans lequel l’un desdits calculateurs alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal est adapté pour assurer une fonction passerelle pour la communication de données entre les calculateurs (15-16, figure 3) alimentés par le réseau d’alimentation électrique supplémentaire (33) et les calculateurs (11-14, figure3) alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal (31), par courant porteur via ledit réseau d’alimentation électrique supplémentaire (33) ainsi que via ledit réseau d’alimentation électrique principal (31), en cas de défaillance du réseau de communication de données.
  7. 7. Architecture selon la revendication 6, dans laquelle les calculateurs (1516, figure 3) alimentés par le réseau d’alimentation électrique supplémentaire (33) présentent une contrainte de sécurité de fonctionnement moindre que les calculateurs (11-14, figure 3) alimentés par le réseau d’alimentation électrique principal (31).
  8. 8. Véhicule automobile comprenant une architecture électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. 9. Procédé d’utilisation d’une architecture électronique comprenant :
    une pluralité de calculateurs embarqués (11-16) ;
    un réseau d’alimentation électrique principal (31) adapté pour alimenter les calculateurs ;
    un réseau d’alimentation électrique secondaire (32) adapté pour alimenter au moins une partie des calculateurs en cas de défaut d’alimentation électrique par le réseau d’alimentation électrique principal ;
    un réseau de communication de données (21) adapté pour l’échange (301) de données entre les calculateurs, ledit procédé comprenant :
    la surveillance (302) d’une défaillance du réseau de communication de données ; et, en cas de défaillance du réseau de communication de données, l’utilisation (303) du réseau d’alimentation électrique principal (31) et/ou du réseau d’alimentation électrique secondaire (32) pour assurer l’échange de données par courant porteur entre les calculateurs.
  10. 10. Produit programme d’ordinateur (203) comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un calculateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre toutes les étapes du procédé selon la revendication 9.
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