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WO2007074257A2 - Dispositif electronique de commutation de charge electrique commande par microcontroleur - Google Patents

Dispositif electronique de commutation de charge electrique commande par microcontroleur Download PDF

Info

Publication number
WO2007074257A2
WO2007074257A2 PCT/FR2006/051314 FR2006051314W WO2007074257A2 WO 2007074257 A2 WO2007074257 A2 WO 2007074257A2 FR 2006051314 W FR2006051314 W FR 2006051314W WO 2007074257 A2 WO2007074257 A2 WO 2007074257A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mode
microcontroller
vbat
power supply
state
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/051314
Other languages
English (en)
Other versions
WO2007074257A3 (fr
Inventor
Christophe Dang Van Nhan
Original Assignee
Renault S.A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault S.A.S. filed Critical Renault S.A.S.
Priority to US12/158,173 priority Critical patent/US7808130B2/en
Priority to EP06842125A priority patent/EP1963933A2/fr
Priority to JP2008546541A priority patent/JP5052526B2/ja
Publication of WO2007074257A2 publication Critical patent/WO2007074257A2/fr
Publication of WO2007074257A3 publication Critical patent/WO2007074257A3/fr

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for

Definitions

  • the invention relates to a device for switching electric charge by a microcontroller electronic system.
  • the application to lighting and automotive locking functions is particularly appropriate.
  • a simple degraded mode is to place the load in a permanent idle state.
  • the direct disadvantage is the loss of availability of the switching function of the load.
  • the indirect disadvantage is the possible loss of security due to the loss of availability.
  • the inactive state is not necessarily the most functionally and safely appropriate state.
  • Another degraded mode is to place the load in a permanent active state, to better meet the functional and security needs.
  • the extended active state can lead to other malfunctions such as overheating, over-consumption, destruction of the load or switch associates. These can induce avalanche failures on other systems such as cables, fuses, energy sources. This can still have a negative impact on availability and security.
  • the two degraded modes described above are in fact only safe modes, according to the terminology in the field of dependability, since they inhibit the function and make it unavailable.
  • the solution is to implement redundant systems, by duplicating the electronic system or by adding a manual backup system.
  • the invention provides an electronic device for switching electric charge comprising an electronic switch controlled by improved microcontroller.
  • the invention therefore relates to an electronic device for switching electric charge comprising a microcontroller-controlled electronic switch powered by a voltage Vcc, comprising an output port with at least three states and operating in a "nominal" mode, the latter being suitable for to enter a mode "degraded" intentionally or by default in the event of failure of said device, characterized in that said electronic device further comprises: - a switched Vbat power supply connected by a resistive biasing device to the microcontroller of the electronic device to act security barrier, an interface device making it possible to recognize the presence or absence of the switched Vbat power supply.
  • the object of the invention is to implement an intermediate degraded mode between the nominal mode and the refuge mode, in order to improve the availability and the security of the system, without adding complexity that could affect the reliability , the availability, security, and cost of the system.
  • the invention thus proposes an electronic device for switching electrical charge comprising a microcontroller-controlled electronic switch powered positively at a voltage Vcc, comprising an output port with at least three states and operating in a "nominal" mode, the latter being suitable to enter a mode "degraded" intentionally or by default in case of failure of said electronic switching device, characterized in that said electronic switching device further comprises:
  • the operating states of the electronic switching device make it possible to select the operating mode "nominal” or “degraded” to be preferred for the electronic switching device
  • the low impedance and low impedance Vcc states of the output port of the microcontroller are the most dominant states
  • the high impedance state of the microcontroller is the most recessive
  • the switched Vbat power supply applied through the resistive polarization device is a state of intermediate dominance
  • switched Vbat power supply for "degraded” mode is a power supply common to other devices of a host system whose active state is representative of a global phase of operation of the host system,
  • the switched Vbat power supply for the "degraded” mode originates from a pre-existing manual switch or added in the host system.
  • the switched Vbat power supply for the "degraded” mode is issued both from a common supply to other devices in the host system and a specific manual switch pre-existing or added in the host system,
  • the host systems are either a position light or a brake light, or a motor for unlocking the trunk of a motor vehicle.
  • the electronic switching device further comprises a sleep device for putting the electronic switching device in "sleep" mode, said sleep device being powered by a switched Vbat power supply and triggered intentionally. by the microcontroller, wherein the output ports go to the high impedance state and the load is permanently disabled.
  • the invention also relates to a method of operating an electronic charge switching device controlled by a microcontroller operating in a "nominal” mode and able to go into a "degraded” mode.
  • the transition from one of the operating modes “nominal” or “degraded” to a “sleep” mode is performed according to the following steps: a - activation by the microcontroller of the sleep mode device, b - passage of the ports of microcontroller output in the high impedance recessive state to keep the sleep device active, c - permanent deactivation of the load until the return to nominal mode.
  • FIG. 1 schematically represents a device according to the invention, the application of which is a position light
  • FIG. 2 diagrammatically represents a device according to the invention whose application is a stop light
  • FIG. 3 diagrammatically represents a device according to the invention whose application is a trunk unlocking motor
  • FIG. 4 schematically shows a sleep mode device according to the invention.
  • the present invention enables the efficient implementation of an electrical charge switching function in a so-called “nominal” mode when the system has no failure, and in a so-called “degraded” mode when the "nominal" mode can no longer be provided following a failure.
  • the degraded mode is implemented according to the principle of safety barrier, namely a palliative device as independent as possible, active only in degraded mode and regularly monitored in nominal mode. This advantageously ensures compliance with the availability and safety requirements.
  • the device consists of: - a positive power supply Vbat,
  • Vcc a positive power supply Vbat
  • a monitoring means acting as a "watchdog”, which resets the microcontroller 12 in the event of a voltage drop or non-refresh by the microcontroller 12,
  • Vcc low impedance an output port of the microcontroller 12 with three states: Vcc low impedance, low impedance mass and high impedance.
  • the high impedance state is the state in which the microcontroller 12 is not powered or when it is reset.
  • An electronic switch 16 controlled by the output port of the microcontroller 12, which switches the power on the load when it is positively polarized.
  • the load is activated by configuring the output port in low impedance Vcc, - the load is deactivated by configuring the output port in low impedance mass, - it is The high impedance state is not used.
  • the device 10 accommodates: a switched Vbat power supply: commonly present in the automobile, typically switched by the ignition key or by a similar device, or switched by a manual switch, a resistive biasing device 14 which connects the Vbat state switched to the control of the electronic switch 16, also connected to the output port of the microcontroller 12, - an interface device 18 which connects the switched Vbat state to another port of the microcontroller 12 configured as a logic input, to recognize the presence or absence of the switched Vbat state.
  • a switched Vbat power supply commonly present in the automobile, typically switched by the ignition key or by a similar device, or switched by a manual switch
  • a resistive biasing device 14 which connects the Vbat state switched to the control of the electronic switch 16
  • an interface device 18 which connects the switched Vbat state to another port of the microcontroller 12 configured as a logic input, to recognize the presence or absence of the switched Vbat state.
  • the transition to degraded mode is materialized by the passage of the output port of the microcontroller 12 to the high impedance state intentionally or by default when the microcontroller 12 is faulty. Then, the electronic switch
  • the load is activated and deactivated according to the switching of the output port of the microcontroller 12 between a Vcc low impedance state and low impedance mass, without being disturbed by the switched Vbat state connected by a resistive polarization device 14.
  • the switched Vbat state which acts as a security barrier, is regularly monitored on the input port of the microcontroller 12, so as to detect the possible loss of this barrier and to take the necessary measures.
  • the arbitration between the nominal mode and degraded mode devices is naturally done by the dominant and recessive characters of these devices. So :
  • the low impedance and low impedance Vcc states of the output port of the microcontroller 12 are the most dominant states.
  • the high impedance state of the microcontroller 12 is the most recessive state.
  • the switched Vbat state applied through a resistive polarization device 14 is an intermediate dominance state.
  • the switched Vbat state is a power supply common to other services, typically a power supply switched by the ignition key of an automobile.
  • the load is activated and deactivated at the same time as the other services sharing the switched Vbat state, according to a global operating phase of the host system 22.
  • the switched Vbat state is a power switched by a specific manual contact (but possibly pre-existing) which is actuated precisely when it would be desirable to switch the load, typically a contact brake pedal which is supposed to be synchronous with the ignition of the brake lights.
  • a specific manual contact but possibly pre-existing
  • the load is activated and deactivated under conditions close to nominal mode operation.
  • the switched Vbat state is a switched power supply according to several conditions, typically an association of a common switched Vbat state (contact key type) and a specific manual contact.
  • a common switched Vbat state contact key type
  • a third mode of operation is added, namely the sleep mode which is shown schematically in Figure 4 described later in the description. This is a mode intentionally triggered by the microcontroller 12, in which the output ports go to the high impedance state, and in which the load is permanently disabled.
  • the switched Vbat state is considered to be cut off simultaneously with the transition to sleep mode, and under these conditions the electronic switching device 1 0 is designed so that the load is not activated. not.
  • the transition to sleep mode induces the permanent deactivation of the load until the return to nominal mode.
  • the switched Vbat state is considered uncut at the same time as the sleep mode, in which case it is necessary to prevent this sleep mode from triggering the degraded mode, since the recessiveness of the state High impedance sleep mode leaves control to degraded mode devices.
  • a device 20 that is active when switching to sleep mode, and that forces the deactivation of the load with a dominant state prohibiting any action of degraded mode devices, and this throughout the sleep mode.
  • Such a device 20 is controlled directly or indirectly by the microcontroller 12, and therefore has a capacity to memorize its state when the microcontroller 12 is no longer able to control after its passage in sleep mode.
  • the transition to sleep mode is effected, firstly, by the microcontroller 12 which activates the sleep mode device and puts itself in sleep mode. Then, the output ports of the microcontroller 12 pass in high impedance. The sleep mode device 20 then maintains its active state. This state of the sleep mode device 20 forces the load to be permanently deactivated until it returns to normal mode. nominal (when the microcontroller 12 will disable the sleep mode device).
  • the electronic switch 16 is produced by way of example with a relay in configuration allowing forcing in the Vbat state or so-called "high side” in English (component K1) controlled by an NPN bipolar transistor in configuration allowing the pull to the ground or so-called “low side” in English (component Q1 and its polarization resistors R1 and R2).
  • This electronic switch 1 6 is itself controlled by a tri-state output port of the microcontroller 12 (port "command"). Thanks to these provisions, it ensures the operation in nominal mode: the load is activated when the control is Vcc low impedance, and disabled when the control is low impedance ground.
  • a switched power supply Vbat (for example: a power supply switched by the ignition key in an automobile) connected by a resistor R3 to the control of the electronic switch 1 6 (also connected to the output port of the microcontroller 12).
  • the availability and security of the function is ensured by the implementation of a nominal mode and a degraded mode with a monitored security barrier, advantageously using the high intrinsic recessive state that is intrinsic to the microcontroller 12 in case of failure, and advantageously using a switched Vbat state already available (for example: ignition key in an automobile) to perform the switching of the load in degraded mode (for example: lighting of the position light at start-up of the vehicle and extinguishing the fire when the ignition is switched off).
  • a switched Vbat state already available for example: ignition key in an automobile
  • the electronic switch 1 6 is produced by way of example with a relay in configuration allowing forcing in the Vbat state (component K2) controlled by an NPN bipolar transistor in a configuration allowing the pull to ground (component Q2 and its polarization resistors R6 and R7).
  • This electronic switch 1 6 is itself controlled by a tri-state output port of the microcontroller 12 (port "command"). Thanks to these arrangements, the operation is ensured in nominal mode: the load is activated when the control is at low impedance Vcc, and deactivated when the control is at low impedance ground.
  • Vbat power supply switched by a manual contact such as the contact of the brake pedal connected by a resistor R8 to the control of the electronic switch 16 also connected to the output port of the microcontroller 12.
  • an interface device 1 made here by way of example with a resistor bridge R9 and R1 0, enabling the microcontroller 12 to detect the closing or opening of the manual contact by simple binary reading.
  • an input port (“watch” port).
  • the integrity of the safety gate is monitored during nominal mode operation, provided that the manual contact is activated regularly in nominal mode. This is the case of the example of the stop lamp since the closing of the contact of the brake pedal is very common and moreover very often at the origin of the decision of activation of the brake light in nominal mode.
  • the availability and security of the function is ensured by the implementation of a nominal mode and a degraded mode with a monitored security barrier, advantageously using the recessive high intrinsic impedance state of the microcontroller 12 in case of failure, and advantageously using a manual contact already available for switching the load in degraded mode as the ignition of the brake light with each pressure on the brake pedal.
  • the electronic switch 16 is made by way of example with a relay in configuration allowing forcing in the Vbat state (component K3) controlled by an NPN bipolar transistor in configuration allowing the pull to ground (component Q3 and its polarization resistors R11 and R12).
  • This electronic switch 16 is itself controlled by a tri-state output port of the microcontroller 12 (port "command"). Thanks to these arrangements, the operation is ensured in nominal mode: the load is activated when the control is at low impedance Vcc, and deactivated when the control is at low impedance ground.
  • a device consisting of a PNP bipolar transistor in configuration enabling forcing in the Vbat state (component Q4 and its biasing resistors R14 and R15), powered by a switched Vbat state (for example: a switched power supply). by the ignition key in an automobile), and controlled by a manual contact, the whole being connected by a resistor R13 to the control of the electronic switch 16 also connected to the output port of the microcontroller 12.
  • Vbat switched by simple binary reading of an input port ("monitoring" port).
  • the availability and security of the function is ensured by the implementation of a nominal mode and a degraded mode with monitored security barrier, advantageously using the high intrinsic recessive state intrinsic to the microcontroller 12 in the event of a fault, and advantageously using a switched Vbat state already available (for example: ignition key in an automobile) and an already available manual contact (for example: the trunk opening contact) to perform the switching of the charging in degraded mode, according to an advanced strategy (for example: unlocking the trunk each time the opening contact is pressed, provided that the key switch is engaged).
  • a switched Vbat state already available for example: ignition key in an automobile
  • an already available manual contact for example: the trunk opening contact
  • the manual contact used in degraded mode is a different contact of the manual contact used in nominal mode to control the unlocking, in order to guarantee the fault tolerance on these contacts (whereas a single manual contact serving both the nominal mode and the degraded mode can lead to the unavailability of the function on a simple failure of this contact).
  • an exemplary flip-flop device 20 with an NPN bipolar transistor in a configuration allowing the pull to ground (component Q5 and its polarization resistors R18 and R19). looped back through a resistor R22 with a PNP bipolar transistor in configuration allowing forcing in the Vbat switched state (component Q6 and its polarization resistors R20 and R21).
  • This flip-flop 20 is powered under a switched Vbat power supply, and controlled by a tri-state output port of the microcontroller 12 ("sleep" port), so as to behave in the following manner according to the state of the output port :
  • the microcontroller 12 can signal the transition to sleep mode by putting its output port Vcc low impedance, and memorize this state during the actual transition to sleep mode and the high impedance of the output port.
  • the electronic switch 16 of the first mode of embodiment (example of the position light) is biased to ground, and the switched Vbat state of the third embodiment (example of the trunk release) is forced to cut, which results in the inhibition of charges, prohibiting any Mode device degraded to implement, until return to nominal mode (when the microcontroller 12 again change the state of the rocker by putting a low impedance mass on its output port).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif électronique (10) de commutation de charge électrique comprenant un commutateur électronique (16) commandé par microcontrôleur (12) alimenté positivement sous une tension (Vcc), comprenant un port de sortie à au moins trois états et fonctionnant dans un mode 'nominal', ce dernier étant apte à passer dans un mode 'dégradé' intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance dudit dispositif électronique de commutation (10), caractérisé en ce que ledit dispositif électronique de commutation (10) comprend, en outre : une alimentation positive commutée (Vbat) supérieure à (Vcc) et reliée par un dispositif de polarisation résistif (14) au microcontrôleur (12) du dispositif électronique de commutation (10) pour faire office de barrière de sécurité ; et un dispositif d'interface (18) permettant de reconnaître la présence ou l'absence de l'alimentation (Vbat) commutée. L'invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un tel dispositif.

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE COMMUTATION DE CHARGE ELECTRIQUE COMMANDE PAR MICROCONTROLEUR
L'invention concerne un dispositif de commutation de charge électrique par un système électronique à microcontrôleur. L'application à des fonctions d'éclairage et de condamnation automobile est particulièrement appropriée.
Lorsqu'un système électronique à microcontrôleur qui commute une charge électrique est défaillant, cette charge se retrouve dans un état incontrôlé et fixe. La perte de contrôle de la charge rend la fonction voulue indisponible. L'indisponibilité de la fonction peut dans certains cas amoindrir la sécurité du système qui l'héberge et son environnement.
Un état fixe et permanent de la charge, qu'il soit prédisposé par défaut ou fixé aléatoirement, peut aussi à terme mener à d'autres dysfonctionnements qui eux-mêmes peuvent induire des dysfonctionnements en avalanche sur d'autres systèmes.
Actuellement, le problème est géré par l'implémentation d'un mode dégradé, de façon intentionnelle ou tout simplement par défaut.
Un mode dégradé simple consiste à placer la charge dans un état inactif permanent. L'inconvénient direct est la perte de disponibilité de la fonction de commutation de la charge. L'inconvénient indirect est l'éventuelle perte de sécurité du fait de la perte de disponibilité. Par ailleurs, l'état inactif n'est pas forcément l'état le plus approprié sur les plans fonctionnel et sécuritaire.
Un autre mode dégradé consiste à placer la charge dans un état actif permanent, pour mieux répondre aux besoins fonctionnel et sécuritaire. Pour ce mode, on retrouve les mêmes inconvénients précités pour le mode dégradé simple. Par ailleurs, l'état actif prolongé peut mener à d'autres dysfonctionnements tels que la surchauffe, la surconsommation, la destruction de la charge ou du commutateur associés. Ces derniers peuvent induire des dysfonctionnements en avalanche sur d'autres systèmes comme sur les câbles, les fusibles, les sources d'énergies. Ceci peut encore avoir des conséquences néfastes sur la disponibilité et la sécurité. Les deux modes dégradés décrits ci-dessus ne sont en fait que des modes refuges, selon la terminologie en vigueur dans le domaine de la sûreté de fonctionnement, puisqu'ils inhibent la fonction et la rendent indisponible.
Or pour maintenir la disponibilité de la fonction, la solution consiste à implémenter des systèmes redondants, par la duplication du système électronique ou par l'ajout d'un système de secours manuel.
Cependant, un inconvénient majeur est le surcoût important que cela engendre. Par ailleurs, une fonction d'arbitrage plus ou moins complexe doit être implémentée pour résoudre d'éventuels conflits entre les deux acteurs et bien délimiter les rôles de chacun en mode nominal et en mode dégradé, ceci afin de satisfaire correctement aux exigences de disponibilité et de sécurité.
A cet effet l'invention fournit un dispositif électronique de commutation de charge électrique comprenant un commutateur électronique commandé par microcontrôleur amélioré.
L'invention concerne donc un dispositif électronique de commutation de charge électrique comprenant un commutateur électronique commandé par microcontrôleur alimenté sous une tension Vcc, comprenant un port de sortie à au moins trois états et fonctionnant dans un mode « nominal », ce dernier étant apte à passer dans un mode « dégradé » intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance dudit dispositif, caractérisé en ce que ledit dispositif électronique comprend, en outre : - une alimentation Vbat commutée reliée par un dispositif de polarisation résistif au microcontrôleur du dispositif électronique pour faire office de barrière de sécurité, - un dispositif d'interface permettant de reconnaître la présence ou l'absence de l'alimentation Vbat commutée.
Ainsi, l'objet de l'invention est d'implémenter un mode dégradé intermédiaire entre le mode nominal et le mode refuge, afin d'améliorer la disponibilité et la sécurité du système, sans pour autant ajouter de complexité qui pourrait nuire à la fiabilité, à la disponibilité, à la sécurité, et au coût du système.
L'invention propose donc un dispositif électronique de commutation de charge électrique comprenant un commutateur électronique commandé par microcontrôleur alimenté positivement sous une tension Vcc, comprenant un port de sortie à au moins trois états et fonctionnant dans un mode « nominal », ce dernier étant apte à passer dans un mode « dégradé » intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance dudit dispositif électronique de commutation, caractérisé en ce que ledit dispositif électronique de commutation comprend, en outre :
- une alimentation positive commutée Vbat supérieure à Vcc et reliée par un dispositif de polarisation résistif au microcontrôleur du dispositif électronique de commutation pour faire office de barrière de sécurité, et
- un dispositif d'interface permettant de reconnaître la présence ou l'absence de l'alimentation commutée.
Selon les caractéristiques de l'invention :
- les états de fonctionnement du dispositif électronique de commutation permettent de sélectionner le mode de fonctionnement « nominal » ou « dégradé » à privilégier pour le dispositif électronique de commutation,
- les états Vcc basse impédance et masse basse impédance du port de sortie du microcontrôleur sont les états les plus dominants,
- l'état haute impédance du microcontrôleur est le plus récessif, - l'alimentation Vbat commutée appliquée au travers du dispositif de polarisation résistif est un état de dominance intermédiaire,
- le passage du mode « nominal » au mode « dégradé » s'effectue grâce au passage du port de sortie du microcontrôleur d'un état basse impédance à un état haute impédance de la masse ou de l'alimentation Vcc, De préférence, l'alimentation Vbat commutée pour le mode « dégradé » est une alimentation commune à d'autres dispositifs d'un système hôte dont l'état actif est représentatif d'une phase globale de fonctionnement du système hôte,
Avantageusement, l'alimentation Vbat commutée pour le mode « dégradé » est issue d'un commutateur manuel pré-existant ou ajouté dans le système hôte, Avantageusement encore, l'alimentation Vbat commutée pour le mode « dégradé » est issue à la fois d'une alimentation commune à d'autres dispositifs du système hôte et d'un commutateur manuel spécifique pré-existant ou ajouté dans le système hôte,
De préférence, les systèmes hôtes sont soit un feu de position, soit un feu stop, soit un moteur de déverrouillage de coffre d'un véhicule automobile.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif électronique de commutation comprend, en outre, un dispositif de sommeil permettant de mettre le dispositif électronique de commutation en mode « sommeil », ledit dispositif de sommeil étant alimenté par une alimentation Vbat commutée et déclenché intentionnellement par le microcontrôleur, dans lequel les ports de sortie passent à l'état haute impédance et dans lequel la charge est désactivée en permanence. L'invention concerne également un procédé de fonctionnement d'un dispositif électronique de commutation de charge électrique commandé par un microcontrôleur fonctionnant dans un mode « nominal » et apte à passer dans un mode « dégradé » intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance du dispositif, comprenant les étapes suivantes : a - passage du port de sortie du microcontrôleur d'un état basse impédance à un état haute impédance de la masse ou de l'alimentation Vcc, b - polarisation du dispositif électronique par l'alimentation Vbat commutée, supérieure à Vcc, et c - activation et désactivation de la charge conformément aux commutations de l'alimentation Vbat commutée. Avantageusement, le passage d'un des modes de fonctionnement « nominal » ou « dégradé » à un mode « sommeil » s'effectue selon les étapes suivantes : a - activation par le microcontrôleur du dispositif de mode sommeil, b - passage des ports de sortie du microcontrôleur à l'état récessif haute impédance pour maintenir le dispositif de sommeil actif, c - désactivation permanente de la charge jusqu'au retour en mode nominal. L'invention est maintenant décrite de façon non limitative en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention dont l'application est un feu de position,
- la figure 2 représente schématiquement un dispositif selon l'invention dont l'application est feu stop,
- la figure 3 représente schématiquement un dispositif selon l'invention dont l'application est un moteur de déverrouillage de coffre, et
- la figure 4 représente schématiquement un dispositif de mode sommeil selon l'invention.
En référence aux dessins, la présente invention permet l'implémentation efficace d'une fonction de commutation de charge électrique selon un mode dit « nominal » lorsque le système ne présente pas de défaillance, et selon un mode dit « dégradé » lorsque le mode « nominal » ne peut plus être assuré suite à une défaillance.
En particulier, le mode dégradé est implémenté selon le principe de barrière de sécurité, à savoir un dispositif palliatif le plus indépendant possible, actif uniquement en mode dégradé et surveillé régulièrement en mode nominal. Ceci assure avantageusement le respect des exigences de disponibilité et de sécurité.
Selon la caractéristique principale, le dispositif se constitue : - d'une alimentation positive Vbat,
- d'une alimentation positive Vcc, inférieure à Vbat,
- d'un microcontrôleur 12 alimenté sous la tension Vcc,
- d'un moyen de surveillance, jouant le rôle d'un « chien de garde », qui réinitialise le microcontrôleur 12 en cas de chute de tension ou de non rafraîchissement de la part du microcontrôleur 12,
- d'un port de sortie du microcontrôleur 12 à trois états : Vcc basse impédance, masse basse impédance et haute impédance. Classiquement, l'état haute impédance est l'état dans lequel le microcontrôleur 12 n'est pas alimenté ou lorsque celui-ci est réinitialisé.
- d'un commutateur électronique 16, commandé par le port de sortie du microcontrôleur 12, qui commute la puissance sur la charge lorsqu'il est polarisé positivement.
Grâce à ces dispositions, on peut fonctionner en mode nominal de la manière suivante : la charge est activée en configurant le port de sortie en Vcc basse impédance, - la charge est désactivée en configurant le port de sortie en masse basse impédance, - il n'est pas fait usage de l'état Haute impédance. Selon une caractéristique complémentaire, le dispositif 10 accueille : une alimentation Vbat commutée : couramment présente en automobile, typiquement commutée par la clé de contact ou par un dispositif similaire, ou commutée par un commutateur manuel, un dispositif de polarisation résistif 14 qui relie l'état Vbat commuté à la commande du commutateur électronique 16, également reliée au port de sortie du microcontrôleur 12, - un dispositif d'interface 18 qui relie l'état Vbat commuté à un autre port du microcontrôleur 12 configuré en entrée logique, permettant de reconnaître la présence ou l'absence de l'état Vbat commuté.
Grâce à ces dispositions, on peut fonctionner en mode dégradé. Tout d'abord, le passage en mode dégradé est matérialisé par le passage du port de sortie du microcontrôleur 12 à l'état haute impédance intentionnellement ou par défaut lorsque le microcontrôleur 12 est défaillant. Puis, le commutateur électronique
1 6 est polarisé par l'état Vbat commuté. Enfin, la charge s'active et se désactive conformément aux commutations de l'alimentation Vbat commutée.
Par ailleurs, grâce à ces dispositions, on peut fonctionner en mode nominal. Tout d'abord, la charge s'active et se désactive conformément aux commutations du port de sortie du microcontrôleur 12 entre un état Vcc basse impédance et masse basse impédance, sans être perturbé par l'état Vbat commuté relié par un dispositif de polarisation résistif 14. Puis, l'état Vbat commuté, qui fait office de barrière de sécurité, est surveillé régulièrement sur le port d'entrée du microcontrôleur 12, de façon à détecter l'éventuelle perte de cette barrière et à prendre les mesures nécessaires. En fait, l'arbitrage entre les dispositifs de mode nominal et de mode dégradé se fait naturellement par les caractères dominants et récessifs de ces dispositifs. Ainsi :
• les états Vcc basse impédance et masse basse impédance du port de sortie du microcontrôleur 12 sont les états les plus dominants.
• l'état haute impédance du microcontrôleur 12 est l'état le plus récessif.
• l'état Vbat commuté appliqué au travers d'un dispositif de polarisation résistif 14 est un état de dominance intermédiaire.
Selon un premier exemple d'application, l'état Vbat commuté est une alimentation commune à d'autres prestations, typiquement une alimentation commutée par la clé de contact d'une automobile. Grâce à cette disposition, en mode dégradé, on active et désactive la charge en même temps que les autres prestations partageant l'état Vbat commuté, selon une phase de fonctionnement globale du système hôte 22.
D'autre part, selon une deuxième application, l'état Vbat commuté est une alimentation commutée par un contact manuel spécifique (mais si possible pré-existant) qui est actionné précisément au moment où il serait souhaitable de commuter la charge, typiquement un contact de pédale de frein qui est sensé être synchrone de l'allumage des feux stop. Ainsi, en mode dégradé, on active et désactive la charge dans des conditions proches du fonctionnement en mode nominal.
Enfin, selon une troisième application, l'état Vbat commuté est une alimentation commutée selon plusieurs conditions, typiquement une association d'un état Vbat commuté commun (type clé de contact) et d'un contact manuel spécifique. Ainsi, en mode dégradé, on peut implémenter des stratégies d'activation plus évoluées, typiquement des activations et désactivations de la charge uniquement dans une fenêtre autorisée par l'état Vbat commuté commun. Selon une variante de réalisation, un troisième mode de fonctionnement est ajouté, à savoir le mode sommeil qui est schématisé sur la figure 4 décrite plus tard dans la description. Il s'agit d'un mode déclenché intentionnellement par le microcontrôleur 12, dans lequel les ports de sortie passent à l'état haute impédance, et dans lequel la charge est désactivée en permanence.
Selon un premier mode d'exécution de cette variante, l'état Vbat commuté est considéré comme coupé simultanément au passage en mode sommeil, et dans ces conditions le dispositif de commutation électronique 1 0 est conçu de telle sorte que la charge ne s'active pas. Ainsi, le passage en mode sommeil induit la désactivation permanente de la charge, jusqu'au retour en mode nominal.
Selon un deuxième mode d'exécution de cette variante, l'état Vbat commuté est considéré comme non coupé simultanément au passage en mode sommeil, auquel cas il faut éviter que ce mode sommeil ne déclenche le mode dégradé, puisque la récessivité de l'état haute impédance du mode sommeil laisse le contrôle aux dispositifs de mode dégradé. A cet effet, on rajoute un dispositif 20 que l'on active au passage en mode sommeil, et qui force la désactivation de la charge avec un état dominant interdisant toute action des dispositifs de mode dégradé, et ceci tout au long du mode sommeil. Un tel dispositif 20 est commandé directement ou indirectement par le microcontrôleur 12, et dispose donc d'une capacité à mémoriser son état lorsque le microcontrôleur 12 n'est plus apte à la commande après son passage en mode sommeil.
Grâce à ces dispositions, le passage en mode sommeil s'effectue, tout d'abord, par le microcontrôleur 12 qui active le dispositif de mode sommeil et se met lui-même en mode sommeil. Puis, les ports de sortie du microcontrôleur 12 passent en haute impédance. Le dispositif 20 de mode sommeil maintient alors son état actif. Cet état du dispositif 20 de mode sommeil force la désactivation permanente de la charge, jusqu'au retour en mode nominal (lorsque le microcontrôleur 12 désactivera le dispositif de mode sommeil).
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs.
Premier mode de réalisation : exemple du feu de position
Selon ce premier mode de réalisation représenté sur la figure 1 , le commutateur électronique 16 est réalisé à titre d'exemple avec un relais en configuration permettant le forçage à l'état Vbat ou dite « high side » en anglais (composant K1 ) commandé par un transistor bipolaire NPN en configuration permettant le tirage à la masse ou dite « low side » en anglais (composant Q1 et ses résistances de polarisation R1 et R2). Ce commutateur électronique 1 6 est lui- même commandé par un port de sortie à trois états du microcontrôleur 12 (port « commande »). Grâce à ces dispositions, on assure le fonctionnement en mode nominal : la charge est activée lorsque la commande est au Vcc basse impédance, et désactivée lorsque la commande est à la masse basse impédance.
A cela s'ajoute une alimentation Vbat commutée (par exemple : une alimentation commutée par la clé de contact dans une automobile) reliée par une résistance R3 à la commande du commutateur électronique 1 6 (également reliée au port de sortie du microcontrôleur 12).
Ainsi, on assure le fonctionnement en mode dégradé lorsque le port de sortie du microcontrôleur 12 est à l'état récessif haute impédance : la charge est activée lorsque l'état Vbat commuté est présent, et désactivée lorsque l'état Vbat commuté est coupé. Ces dispositions n'altèrent en rien le fonctionnement en mode nominal, du fait de la liaison résistive R3 qui doit être suffisamment résistive pour être récessive par rapport aux basses impédances de sortie du port du microcontrôleur 12. A cela s'ajoute encore un dispositif d'interface 1 8, réalisé ici à titre d'exemple avec un pont de résistances R4 et R5, permettant au microcontrôleur 12 de détecter la présence ou l'absence de l'état Vbat commuté par simple lecture binaire d'un port d'entrée (port « surveillance »). Grâce à ces dispositions, on assure la surveillance de l'intégrité de la barrière de sécurité pendant le fonctionnement en mode nominal.
Selon ce premier mode de réalisation, on assure la disponibilité et la sécurité de la fonction par l'implémentation d'un mode nominal et d'un mode dégradé avec barrière de sécurité surveillée, utilisant avantageusement l'état récessif haute impédance intrinsèque au microcontrôleur 12 en cas de défaillance, et en utilisant avantageusement un état Vbat commuté déjà disponible (par exemple : clé de contact dans une automobile) pour réaliser la commutation de la charge en mode dégradé (par exemple : allumage du feu de position à la mise en route du véhicule et extinction du feu à la coupure du contact).
Deuxième mode de réalisation : exemple du feu stop
Selon ce deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2, le commutateur électronique 1 6 est réalisé à titre d'exemple avec un relais en configuration permettant le forçage à l'état Vbat (composant K2) commandé par un transistor bipolaire NPN en configuration permettant le tirage à la masse (composant Q2 et ses résistances de polarisation R6 et R7). Ce commutateur électronique 1 6 est lui-même commandé par un port de sortie à trois états du microcontrôleur 12 (port « commande »). Grâce à ces dispositions, on assure le fonctionnement en mode nominal : la charge est activée lorsque la commande est au Vcc basse impédance, et désactivée lorsque la commande est à la Masse basse impédance.
A cela s'ajoute une alimentation Vbat commutée par un contact manuel tel que le contact de la pédale de frein reliée par une résistance R8 à la commande du commutateur électronique 16 également reliée au port de sortie du microcontrôleur 12. Grâce à ces dispositions, on assure le fonctionnement en mode dégradé lorsque le port de sortie du microcontrôleur 12 est à l'état récessif haute impédance : la charge est activée lorsque le contact manuel est fermé, et désactivée lorsque le contact manuel est ouvert.
Ces dispositions n'altèrent en rien le fonctionnement en mode nominal, du fait de la liaison résistive R8 qui doit être suffisamment résistive pour être récessive par rapport aux basses impédances de sortie du port du microcontrôleur 12.
A cela s'ajoute encore un dispositif d'interface 1 8, réalisé ici à titre d'exemple avec un pont de résistances R9 et R1 0, permettant au microcontrôleur 12 de détecter la fermeture ou l'ouverture du contact manuel par simple lecture binaire d'un port d'entrée (port « surveillance »).
Ainsi, on assure la surveillance de l'intégrité de la barrière de sécurité pendant le fonctionnement en mode nominal, à condition que le contact manuel soit activé régulièrement en mode nominal. Ceci est le cas de l'exemple du feu stop puisque la fermeture du contact de la pédale de frein est très courante et d'ailleurs très souvent à l'origine de la décision d'activation du feu stop en mode nominal.
Selon ce deuxième mode de réalisation, on assure la disponibilité et la sécurité de la fonction par l'implémentation d'un mode nominal et d'un mode dégradé avec barrière de sécurité surveillée, utilisant avantageusement l'état récessif haute impédance intrinsèque au microcontrôleur 12 en cas de défaillance, et en utilisant avantageusement un contact manuel déjà disponible pour réaliser la commutation de la charge en mode dégradé comme l'allumage du feu stop à chaque pression sur la pédale de frein.
Troisième mode de réalisation : exemple du moteur de déverrouillaαe de coffre Selon ce troisième mode de réalisation représenté sur la figure 3, le commutateur électronique 16 est réalisé à titre d'exemple avec un relais en configuration permettant le forçage à l'état Vbat (composant K3) commandé par un transistor bipolaire NPN en configuration permettant le tirage à la masse (composant Q3 et ses résistances de polarisation R11 et R12). Ce commutateur électronique 16 est lui-même commandé par un port de sortie à trois états du microcontrôleur 12 (port « commande »). Grâce à ces dispositions, on assure le fonctionnement en mode nominal : la charge est activée lorsque la commande est au Vcc basse impédance, et désactivée lorsque la commande est à la Masse basse impédance.
A cela s'ajoute un dispositif composé d'un transistor bipolaire PNP en configuration permettant le forçage à l'état Vbat (composant Q4 et ses résistances de polarisation R14 et R15), alimenté par un état Vbat commuté (par exemple : une alimentation commutée par la clé de contact dans une automobile), et commandé par un contact manuel, le tout étant relié par une résistance R13 à la commande du commutateur électronique 16 également reliée au port de sortie du microcontrôleur 12.
Grâce à ces dispositions, on assure le fonctionnement en mode dégradé lorsque le port de sortie du microcontrôleur 12 est à l'état récessif Haute impédance, selon une stratégie plus évoluée : la charge est activée lorsque le contact manuel est fermé, et désactivée lorsque le contact manuel est ouvert, mais tout ceci uniquement lorsque l'état Vbat commuté est présent, car lorsque ce dernier est coupé la charge est désactivée indépendamment de l'état du contact manuel. Ces dispositions n'altèrent en rien le fonctionnement en mode nominal, du fait de la liaison résistive R13 qui doit être suffisamment résistive pour être récessive par rapport aux basses impédances de sortie du port du microcontrôleur 12. A cela s'ajoute encore un dispositif d'interface 1 8, réalisé ici à titre d'exemple avec un pont de résistances R1 6 et R17, permettant au microcontrôleur 12 de détecter la présence ou l'absence de l'état
Vbat commuté par simple lecture binaire d'un port d'entrée (port « surveillance »).
Grâce à ces dispositions, on assure la surveillance de l'intégrité de la barrière de sécurité pendant le fonctionnement en mode nominal, à condition que l'état de santé du contact manuel soit aussi surveillé en mode nominal. Ceci peut être le cas de l'exemple du déverrouillage de coffre, puisque la fermeture du contact est lue sur le port « requête » en mode nominal, mais ce qui peut s'avérer difficile à mettre en œuvre compte tenu des statistiques d'activation du contact qui ne sont pas aussi simples que dans le cas du contact de pédale de frein. Selon ce troisième mode de réalisation, on assure la disponibilité et la sécurité de la fonction par l'implémentation d'un mode nominal et d'un mode dégradé avec barrière de sécurité surveillée, utilisant avantageusement l'état récessif haute impédance intrinsèque au microcontrôleur 12 en cas de défaillance, et en utilisant avantageusement un état Vbat commuté déjà disponible (par exemple : clé de contact dans une automobile) et un contact manuel déjà disponible (par exemple : le contact d'ouverture de coffre) pour réaliser la commutation de la charge en mode dégradé, selon une stratégie évoluée (par exemple : déverrouillage du coffre à chaque pression sur le contact d'ouverture, à condition que le contact à clé soit enclenché).
Selon une variante de ce troisième mode de réalisation, et en se replaçant dans l'exemple du déverrouillage de coffre, le contact manuel utilisé en mode dégradé est un contact différent du contact manuel utilisé en mode nominal pour commander le déverrouillage, ceci afin de garantir la tolérance à une faute sur ces contacts (alors qu'un contact manuel unique servant à la fois au mode nominal et au mode dégradé peut mener à l'indisponibilité de la fonction sur une simple défaillance de ce contact).
Variante de réalisation : dispositif de mode sommeil
Selon une variante de réalisation représentée sur la figure 4, on rajoute un dispositif 20 de bascule réalisé à titre d'exemple avec un transistor bipolaire NPN en configuration permettant le tirage à la masse (composant Q5 et ses résistances de polarisation R18 et R19), rebouclé au travers d'une résistance R22 avec un transistor bipolaire PNP en configuration permettant le forçage à l'état Vbat commuté (composant Q6 et ses résistances de polarisation R20 et R21).
Cette bascule 20 est alimentée sous une alimentation Vbat commutée, et commandée par un port de sortie à trois états du microcontrôleur 12 (port « sommeil »), de façon à se comporter de la manière suivante en fonction de l'état du port de sortie :
• A Vcc basse impédance, le point A est à la masse basse impédance, le point B est à l'état Vbat basse impédance, • A masse basse impédance, le point A est à l'état Vbat haute impédance, le point B est à la masse haute impédance, et
• A haute impédance, les points A et B conservent leur état (avec toutefois une impédance encore plus haute pour B dans l'état masse haute impédance) Les points A et B sont reliés à leurs homonymes de la figure 1 du premier mode de réalisation (exemple du feu de position) et de la figure 3 du troisième mode de réalisation (exemple du déverrouillage de coffre).
Grâce à ces dispositions, le microcontrôleur 12 peut signaler le passage en mode sommeil en mettant son port de sortie au Vcc basse impédance, et mémoriser cet état lors du passage effectif en mode sommeil et la mise en haute impédance du port de sortie. Dans cet état, le commutateur électronique 16 du premier mode de réalisation (exemple du feu de position) est polarisé à la masse, et l'état Vbat commuté du troisième mode de réalisation (exemple du déverrouillage de coffre) est forcé à la coupure, ce qui résulte en l'inhibition des charges, interdisant tout dispositif de mode dégradé de se mettre en œuvre, jusqu'au retour en mode nominal (lorsque le microcontrôleur 12 changera à nouveau l'état de la bascule en mettant une Masse basse impédance sur son port de sortie).
Grâce aussi à ce dispositif, on peut éviter une activation furtive de la charge pendant que le microcontrôleur 12 se réinitialise et que ses ports de sortie sont à l'état haute impédance, en particulier dans le premier mode de réalisation où l'état Vbat commuté peut être présent pendant la réinitialisation.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif électronique (10) de commutation de charge électrique comprenant un commutateur électronique (16) commandé par microcontrôleur (12) alimenté positivement sous une tension
(Vcc), comprenant un port de sortie à au moins trois états et fonctionnant dans un mode « nominal » , ce dernier étant apte à passer dans un mode « dégradé » intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance dudit dispositif électronique de commutation (10), caractérisé en ce que ledit dispositif électronique de commutation (1 0) comprend, en outre :
- une alimentation positive commutée (Vbat) supérieure à (Vcc) et reliée par un dispositif de polarisation résistif (14) au microcontrôleur (12) du dispositif électronique de commutation (1 0) pour faire office de barrière de sécurité, et
- un dispositif d'interface (18) permettant de reconnaître la présence ou l'absence de l'alimentation (Vbat) commutée.
2. Dispositif électronique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les états de fonctionnement du dispositif électronique de commutation (1 0) permettent de sélectionner le mode de fonctionnement « nominal » ou « dégradé » à privilégier pour le dispositif électronique de commutation (1 0).
3. Dispositif électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les états (Vcc) basse impédance et masse basse impédance du port de sortie du microcontrôleur (12) sont les états les plus dominants.
4. Dispositif électronique selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'état haute impédance du microcontrôleur
(12) est le plus récessif.
5. Dispositif électronique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'alimentation (Vbat) commutée appliquée au travers du dispositif de polarisation résistif (14) est un état de dominance intermédiaire.
6. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du mode « nominal » au mode « dégradé » s'effectue grâce au passage du port de sortie du microcontrôleur d'un état basse impédance à un état haute impédance de la masse ou de l'alimentation (Vcc).
7. Dispositif électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (Vbat) commutée pour le mode « dégradé » est une alimentation commune à d'autres dispositifs d'un système hôte (22) dont l'état actif est représentatif d'une phase globale de fonctionnement du système hôte (22).
8. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation (Vbat) commutée pour le mode « dégradé » est issue d'un commutateur manuel pré-existant ou ajouté dans le système hôte (22).
9. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation (Vbat) commutée pour le mode « dégradé » est issue à la fois d'une alimentation commune à d'autres dispositifs du système hôte (22) et d'un commutateur manuel spécifique pré-existant ou ajouté dans le système hôte (22).
10. Dispositif électronique selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les systèmes hôtes (22) sont soit un feu de position, soit un feu stop, soit un moteur de déverrouillage de coffre d'un véhicule automobile.
11. Dispositif électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un dispositif de sommeil (20) permettant de mettre le dispositif électronique de commutation (10) en mode « sommeil », ledit dispositif de sommeil (20) étant alimenté par une alimentation (Vbat) commutée et déclenché intentionnellement par le microcontrôleur (12), dans lequel les ports de sortie passent à l'état haute impédance et dans lequel la charge est désactivée en permanence.
12. Procédé de fonctionnement d'un dispositif électronique de commutation de charge électrique commandé par microcontrôleur (12) fonctionnant dans un mode « nominal » et apte à passer dans un mode « dégradé » intentionnellement ou par défaut en cas de défaillance du dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a - passage du port de sortie du microcontrôleur (12) d'un état basse impédance à un état haute impédance de la masse ou de l'alimentation (Vcc), b - polarisation du dispositif électronique par l'alimentation (Vbat) commutée, supérieure à (Vcc), et c - activation et désactivation de la charge conformément aux commutations de l'alimentation (Vbat) commutée.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le passage d'un des modes de fonctionnement « nominal » ou « dégradé » à un mode « sommeil » s'effectue selon les étapes suivantes : a - activation par le microcontrôleur (12) du dispositif (20) de mode sommeil, b - passage des ports de sortie du microcontrôleur (12) à l'état récessif haute impédance pour maintenir le dispositif (20) actif, c - désactivation permanente de la charge jusqu'au retour en mode nominal.
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