Brevet FR2123350A1 — publié le 19720908

La présente invention se rapporte à un dispositif hyperfréquence compteur de vitesse et de distance parcourue. La plupart des véhicules terrestres, tels que les véhicules de tourisme et les camions, possèdent un compteur de vitesse et de distance parcourue qui procure une indication continuellement à jour de la vitesse du véhicule ainsi qu'un enregistrement permanent de la de la distance totale parcourue par le véhicule. Ces indications de vitesse et de distance parcourue sont obtenues à l'aide d'un capteur qui détecte la vitesse de rotation d'une roue du véhicule. la sortie du capteur est accouplée par un cable à un organe rotatif situé dans le véhicule. la rotation de cet organe est alors utilisée pour actionner une aiguille qui indique la vitesse du véhicule et aussi un enregistreur mécanique qui est destiné à enregistrer d'une manière permanente et cumulative la distance totale parcourue par le véhicule. Ces systèmes sont tout à fait communs et bien connus et ont été reconnus satisfaisants pour le but recherché. Cependant, il est admis que ces compteurs de vitesse et de distance parcourue souffrent de certains inconvénients inhérents à leur conception et que certaines améliorations seraient souhaitables. L'un de ces inconvénients provient du fait que la détection initiale du mouvement est effectuée pour une roue du véhicule et, par conséquent, les indications de vitesse et de distance parcourue dépendent du rayon de la roue. Ce rayon varie avec l'usure du pneumatique et aussi avec les variations de taille du pneumatique lorsque des pneumatiques plus grands ou plus petits sont montés sur le véhicule. De la sorte, une précision de 10% est jugée comme étant satisfaisante pour de tels systèmes. Un autre inconvénient de ces systèmes résulte du fait que le mouvement du capteur est couplé au compteur de vitesse et de distance parcourue au moyen d'un cable flexible. En ce qui concerne les véhicules de tourisme, l'entretien du cable ne présente aucune difficulté particulière puisque le cable traverse généralement des parties du véhicule qui sont fixes par rapport au chassis de ce dernier, de sorte que le cable ne se trouve pas soumis à des efforts importants de flexion. En revanche, l'entretien du cable est un problème sévère et coûteux en ce qui concerne les grands camions. En effet, la majeure partie de l'entretien d'un grand camion nécessite le levage de la cabine autour d'un axe de pivotement ; le cable engendre alors des difficultés puisqu'il est nécessaire de le faire passer du capteur situé à la roue dans la cabine.Fréquemment, cette opération est réalisée en fai sant passer le cable dans la cabine au point de pivotement de cette dernière par rapport au chassis. Il en résulte un entretien fréquent du cable, puisqu'il doit être flexible dans la zone de pivotement, ainsi que le remplacement fréquent de celui-ci. Par conséquent, les frais d'entretien annuels nécessités par le cable du compteur de vitesse et de distance parcourue, en ce qui concerne un grand camion, sont très importants. La liaison par cable des compteurs de vitesse et de distance parcourue présente égalementun autre inconvénient en raison des effets de torsion à l'intérieur du cable qui viennent s'ajouter aux autres imprécisions mentionnées ci-dessus. Une autre imprécision encore des compteurs de vitesse et de distance parcourue précédemment connus survient lorsque la roue sur laquelle le compteur est monté vient à patiner. lors du patinage, la roue tourne à grande vitesse tandis que le véhicule ne se déplace que lentement ou pas du tout. Evidemment, une telle situation engendre des indications du compteur de vitesse et de distance parcourue qui sont inexactes. Le système selon l'invention surmonte les inconvénients mentionnés ci-dessus des systèmes précédemment connus en raison du fait qu'il ne nécessite pas de cable pour accoupler le capteur de vitesse au mécanisme d'indication situé à l'intérieur du véhicule. En effet, le système selon l'invention utilise un système à radar Doppler, de sorte qu'une vitesse relative vraie entre le véhicule et le sol est mesurée. Par conséquent, des variations intervenant dans le rayon de la roue en raison de l'usure des pneumatiques ou du remplacement de ceux-ci par d'autres plus grands ou plus petits n'ont aucun effet sur la précision du système. Il en résulte un système bien plus précis que les systèmes précédemment connus. En effet, avec le système selon l'invention une précision de l'ordre de 2% est facilement obtenue sans faire usage d'un équipement coûteux. l'élimination du capteur de vitesse de roue et du cable de liaison permet à l'équipement de mesure de vitesse ainsi qu'à celui d'indication d'être montés dans la cabine du véhicule et, par conséquent, les difficultés rencontrées avec le cable de liaison se trouvent du même coup éliminée3.De plus, même si le capteur hyperfréquence est monté en-un point situé hors de la cabine du véhicule, la connexion de ce capteur au dispositif de sortie peut se faire à l'aide d'un fil. Comme il est bien connu, de nombreux fils souples et résistants sont disponibles sur le marché de sorte que la difficulté de faire passer le fil par le point de pivotement de la cabine et le chassis du véhicule est bien moins br--nde que dans le cas du cable de liaison. Par conséquent, un objet de ia présente invention consiste à réaliser un système hyperfréquence compteur de vitesse et de distance parcourue ne prcetant as les inconvénients des systèmes précédemment connus et étant bien plus précis que ces derniers. Get objet et d'autres encore de la présente invention appa raîtront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif. Sur les dessins la Fig. 1 est un schéma s-noptique d'une forme de réalisation préférée du système selon l'invention la Fig. 2 est une représentation simplifiée d'un oscillateurmélangeur à diode Gunn qui est utilisé comme capteur dans le système selon l'invention ; et La Fig. 5 est un diagramme montrant l'orientation angulaire du capteur par rapport à la surface de la route. le système selon l'invention utilise le principe des radars Doppler à ondes entretenues. Dans un tel système de radar, un signal est transmis vers une cible et le signal d'écho qui est réfléchi depuis la cible est mélangé avec un échantillon de l'énergie transmise afin de produire une fréquence de glissemeit Doppler. Dans le système selon l'invention, le capteur est mobile tandis que la cible est fixe. Cependant, une fréquence Doppler d est produite puisqu'il existe une vitesse relative entre les deux objets. La fréquence Doppller est par conséquent définie par fd =cos # (1) avec V = vitesse du véhicule, # = = longueur d'onde de l'énergie transmise, et G = angle d'incidence du faisceau d'énergie par rapport à la surface e réflexion. La distance parcourue est obtenue en comptant continuellement le nombre d cycles Doppler L, lequel est lié à la distance parcourue S par la relation D = 2s cos #. (2) Il est à remarquer que dans cette expression le nombre de cycles Doppler b est un comptage total des cycles Doppler et non une fréquence mesurée en cycles par seconde.Il est à remarquer également que l'équation (2) est indépendante de la vitesse du véhicule et, par conséquent, le même nombre de cycles est représentatif d'une unité particulière de longueur quelle que soit la vitesse du véhicule. du système Une autre différenct;/selon l'invention par rapport aux sys tèmes précédemment connus apparaît de l'équation (1) dont un terme un vehicule est la vitesse du véhicule V. Puisque la vitesselJst presente, le sens ou la polarité de la vitesse détermine la phase de la fréquence Doppler. Cependant, la phase de la fréquence Doppler par rapport au signal transmis est Indifférente pour des mesures précises à l'in- térieur du système.Par conséquent, le système selon l'invention pro cure des indications de vitesse et de distance parcourue que le vé- se replace hicule/en marche avant ou en marche arrière. En se reportant maintenant à la Fig. 1, on y voit une antenne 11 connectée à un dispositif émetteur-récepteur 12 de sorte qu' une radiation 10 est transmise et reçue par l'antenne 11. L'énergie reçue est réfléchie par la surface de la route tandis que le véhicule se déplace. Par conséquent, l'énergie reçue est décalée en fréquence par rapport à l'énergie transmise et le décalage de fréquence est representatif de la vitesse relative entre le véhicule et la surface de la route selon l'équation (1) ci-dessus. le fonctionneent du dispositif émetteur-récepteur 12 sera mieux compris en se reportant à la Fig. 2. Sur cette figure, les éléments semblables à ceux représentés à la Fig. 1 sont indiqués par les mêmes numéros de référence. Le dispositif 12 comprend un composant à état solide 26 qui est polarisé par une batterie 27 à travers une résistance 28. le composant 26 est situé dans une cavité 29 de sorte que la tension de polarisation le fait osciller à une fréquence particulière. l'oscillation s'effectue sur une hyperfréquence et la tension de polarisation est choisie de manière qu'une fréquence convenable soit engendrée. Le signal à cette fréquence est transmis par l'antenne 11 et le signal d'écho est reçu par celle-ci.En raison des caractéristiques uniques de fonctionntment du composant 26, ce dernier sert également de mélangeur, de sorte qu'un signal qui est proportionnel à la différence de fréquence entre les signaux transmis et reçus apparaît sur la ligne de sortie 13. Ce signal représente la fréquence Doppler et est injecté dans un amplificateur 14 pour procurer un signal de fréquence Doppler amplifie. Le composant 26 peut être l'un de ceux disponibles actuellement sur le marché, comme par exemple une diode à avalanche ou une diode Gunn. Ces deux types de diode sont connus pour simultanément servir d'oscillateur et de mélangeur. Une diode Gunn est particulièrement utile dans un système qui doit- être utilisé sur un véhicule terrestre puisqu'elle fonctionne avec une tension comprise entre 6 et 12 volts et que, par conséquent, elle convient bien à la batterie généralement montée sur de tels véhicules.Une diode à avalanche peut également être utilisée cependant, sa tension de fonctionnement est de tordre de 70 volts, de sorte que la tension de la batterie doit être multipliée pour que cette diode puisse être utilisée En se reportant à nouveau à la Fig. 1, on y voit que le signal de sortie de l'amplificateur 14 est appliqué par un conducteur 15 à un limiteur 16. De cette manière, le signal de sortie du limiteur 16 est une onde en créneaux, laquelle est appliquée par un conducteur 17 à un différentiateur 18 et un compteur 23. Le différentiateur 18 différentie l'onde en créneaux, de sorte qu'une impulsion positive est obtenue pour chaque partie à excursion positive de cette onde et qu'une impulsion négative est obtenue pour chaque partie à excursion négative de celle-ci.Les impulsions positives sont utilisées pour déclencher une bascule monostable 19 dont le signal de sortie est intégré dans un intégrateur 20. Le signal intégré est filtré dans un filtre 21, de sorte que le signal délivré par ce filtre est une tension qui est directement proportionnelle à la vitesse du véhicule. Un dispositif indicateur de vitesse 22, qui peut être un voltmètre gradué en Milles par heure, est par conséquent alimenté par le signal de sortie du filtre 21 de sorte que la vitesse du véhicule est directement indiquée par le dispositif 22. Il est à remarquer que puisque le signal délivré par le différentiateur 18 dépend directement de la fréquence Doppler, l'indication de vitesse donnée par le dispositif 22 change avec les variations réelles de vitesse du véhicule. Comme il apparaît de l'équation (2), la distance parcourue peut être obtenue en comptant le nombre de. cycles Doppler. Cette opération est effectuée en injectant l'onde en créneaux délivrée par le limiteur 16 dans un compteur 23 qui compte les cycles Doppler. Lorsque le nombre de cycles comptés correspond à-0,1 Mille (0,16 km), le compteur électronique 23 actionne le compteur de distance parcourue 24, lequel peut être formé d'un enregistreur mécanique d'un type semblable à celui utilisé actuellement pour les compteurs de distance parcourue équipant couramment les véhicules. Comme alternative, un indicateur électronique peut être prévu si cela est désiré. L'interface convenable entre le compteur 23 et le compteur de distance parcourue 24 exige que le nombre de cycles Doppler qui doit être compté pour un intervalle de 0,1 Mille (0,16 km) soit exactement égal à une puissance de deux. Par exemple, pour 2n = 16384 ; n = 14 e = 300 et X = 1,7 cm. Cette dernière valeur correspond à une. fréquence d'oscillation de 17,65 GHz. Si l'on utilise n = 13, alors X = 3,4cm et la fréquence est de 8,825 SHz. Des diodes Gunn ou à avalanche fonctionnant à ces fréquences sont actuellement disponibles sur le marché. Dans ces exemples, un accroissement de 0,1 Mille (0,16 km) a été choisi ; cependant, si cela est désiré, un accroissement plus grand ou plus petit peut être utilisé. De l'examen de l'équation (1), il ressort que des imprécisions du système pourraient survenir en raison de variations de X, laquelle est liée à la fréquence d'oscillation, ou de.cos e, qui définit l'orientation angulaire du faisceau radar par rapport à la surface de la route. Ia Fig. 3 montre l'antenne 11 montée de manière que l'axe de symétrie 31 de l'énergie transmise fasse un angle d'incidence e avec la surface 32 de la route. En raison de la présence de l'angle e dans l'équation (1)-, des variations de la surface de la route provoquent des variations de l'angle e qui engendrent des variations de la fréquence Doppler qui est utilisée pour déterminer la vitesse et la distance parcourue. le signal d'écho est réfléchi depuis une zone de la surface de la route qui est sensiblement de forme elliptique et e est alors l'angle d'incidence effectif et, pour une section de faisceau symétrique, il représente l'angle entre la surface de la route et 1' axe de symétrie.Le rétrécissement du faisceau peut procurer une meilleure définition de e pour une surface de route lisse. Les petites variations de l'angle a occasionnées par le tangage du véhicule sur des routes rugueuses se trouvent rapidement compensées, puisque l'orientation moyenne de l'antenne 11 par rapport à la surface de la route correspond généralement à l'orientation fixe &commat;. L'emplacement du capteur sur le véhicule est indifférent au fonctionnement du système. Par conséquent, l'antenne 11 peut être montée sur le toit du véhicule ou sur un axe situé sous celui-ci. Dans l'un ou l'autre cas, il est plus commode de faire passer le conducteur électrique de liaison du capteur au dispositif indicateur que de faire passer le cable mécanique de liaison des systèmes utilisés actuellement. Il est à remarquer que l'antenne 11 peut être orientée soit vers l'avant ou vers l'arrière du véhicule, le système fonctionnant d'une manière satisfaisante dans les deux cas. L'imprécision des systèmes utilisés actuellement qui se produit lors du patinage de la r ue est éliminée dans le système selon l'invention, puisque les indications du compteur de vitesse et du totalisateur de distance parcourue dépendent de la vitesse relative réelle entre le véhicule et la surface de la route. le système selon l'invention fonctionne aussi bien par beau temps que par mauvais temps, puisque le signal radar se trouve réfléchi par la surface de la route quelles que soient les conditions atmosphériques. Ces dernières sont cependant susceptibles de dégrader quelque peu le signal d'écho, mais il est possible de surmonter simplement cette petite difficulté en prévoyant un niveau de signal transmis suffisant ainsi qu'un gain d'antenne suffisant pour réaliser un système fonctionnant convenablement par tous les temps. Les accumulations normales de boue n'ont pas un effet néfaste sensible sur le fonctionnement du système, puisque de-telles accumulations sont transparentes pour l'énergie hyperfréquence Bien que dans un but d'explication de l'invention une forme de réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changeioents ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Compteur de vitesse et de distance parcourue pour un ve- hicule terrestre, caractérisé en ce qu'il comprend : un Doppler possédant un composant à état solide destiné simultanément à engendrer un signal oscillatoire et à mélanger un signal reçu à ce signal oscillatoire pour produire un signal Doppler ; un moyen de mesure de distance parcourue destiné à compter continuellement les cycles du signal Doppler et à délivrer un signal de sortie indicatif de la distance parcourue par le véhicule ; et un moyen de mesure de vitesse sensible à la fréquence du signal Doppler pour engendrer un signal proportionnel à la vitesse du véhicule. 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant à état solide est une diode sensible à la tension qui engendre un signal oscillatoire dont la fréquence dépend d'une tension de polarisation. 3. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diode est une diode Gunn. 4. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est prévu un moyen de traitement de signal recevant le signal Doppler et engendrant un signal traité, lequel est destiné à piloter le moyen de mesure de distance parcourue et le moyen de mesure de vitesse. 5. Compteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de traitement de signal est un limiteur de sorte que le signal traité est une onde en créneaux. 6. Compteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure de distance parcourue est un compteur destiné à compté les impulsions de l'onde en créneaux. 7. Compteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure de vitesse comprend un moyen destiné à produire une tension continue dont le niveau est proportionnel à la vitesse du véhicule. 8. Compteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen produisant la tension continue comprend un différentiateur recevant le signal traité formé par l'onde en créneaux et un intégrateur sensible au fonctionnement du différentiateur. 9. Compteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il est prévu un générateur d'impulsions qui est inséré entre le différentiateur et l'intégrateur.