Brevet FR2112212A1 — publié le 19720616

La présente invention a pour objet un dispositif indicateur de vitesse initiale et de distance d'arrêt d'un véhicule automobile. Avant la présente invention, pour analyser une phase de freinage d'un véhicule automobile, une cinquième roue devait être fixée à ^ ce véhicule afin de mesurer la vitesse initiale et la distance totale d'arrêt nécessaire à une seule application des freins. Cette cinquième roue, qui était normalement fixée au châssis arrière du véhicule, devait être maintenue en contact permanent avec la surface du sol. Lorsque cette surface était irrégulière ou recouverte de .j q gravillons, cette cinquième roue pouvait perdre le contact avec la surface du sol et déterminer ainsi des erreurs dans la distance d'arrêt ou dans la vitesse initiale. De même, comme la circonférence de cette cinquième roue pouvait varier selon sa pression de gonflage, la vitesse initiale et la distance d'arrêt pouvaient être •j 5 entâchées d'erreurs. D'autre part, la cinquième roue était encombrante et n'était pas aisément interchangeable d'un véhicule à un autre. Un avantage de la présente invention est de fournir un système indicateur utilisant un radar Doppler pour indiquer la vitesse du 20 véhicule pendant le temps d'application des freins et la distance totale d'arrêt pour une application continue de ces freins. Un autre avantage de la présente invention est de fournir un tel indicateur qui ne soit sensible ni à l'état de surface du sol ni à la nature du contact avec le sol. 25 Un autre avantage de la présente invention est de fournir un tel indicateur qui soit de dimensions réduites et qui permette un transport facile, et en même temps, qui permette une interchangeabilité aisée d'un véhicule à un autre. I]h autre avantage de l'invention est de fournir un indicateur 30 dont le signal de sortie du radar Doppler est converti en un nombre convenable de Hertz par mètre et par seconde. Une fois que ce signal de sortie est transformé en impulsions convenables, il est continuellement dirigé dans un circuit qui indique la vitesse et la distance d'arrêt. Lorsque ce circuit reçoit un signal indiquant l'application 55 des freins, l'indicateur de vitesse retient immédiatement cette vitesse initiale pendant que l'indicateur de distance d'arrêt compte les impulsions dont la somme représente la distance totale d'arrêt dudit véhicule. Un autre avantage de l'invention est de fournir un indicateur 40 utilisant un radar Doppler qui soit indépendant des changements 71 34778 2 2112212 angulaires pouvant survenir entre le rayon émis par le radar Doppler et la surface du sol, tels qu'ils peuvent résulter d'une forte décélération lors d'un freinage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 5 qui va suivre et se réfère aux dessins annexés dans lesquels : La Figure 1 est un diagramme fonctionnel d'un ensemble radar Doppler indiquant la vitesse initiale et la distance d'arrêt pendant une application des freins, La Figure 2 est un diagramme de la portion du circuit détermi-•j g nant la vitesse représenté Figure 1 , La Figure 3 est un diagramme de la portion du. circuit déterminant la distance d'arrêt représenté Figure 1 , La Figure 4 est un diagramme d'un autre mode de réalisation permettant d'obtenir le temps d'arrêt lors d'une application des 15 freins et par suite de calculer la distance d'arrêt en utilisant des mesures de vitesse initiale et de temps. On a représenté Figure 1 un radar Doppler désigné sous le numéro général 10. Ce radar Doppler 10 comprend une cavité 12 formant générateur-mélangeur fournissant continuellement un signal 20 de haute fréquence au moyen soit d'une diode à avalanche soit d'un dispositif G-unn. L'énergie fournie par la cavité 12 est dirigée au moyen d'un guide d'ondes 14 vers une antenne éméttrice 16. Le signal ainsi émis, lorsqu'il rencontre un autre objet, normalement la surface du sol, est réfléchi vers l'antenne 16. Ce signal réfléchi est 25 décalé en fréquence d'une quantité proportionnelle à la vitesse relative qui existe entre l'antenne 16 et l'objet réfléchissant. Si l'antenne est dirigée vers le sol selon un angle prédéterminé 0 , ce décalage de fréquence est proportionnel à la vitesse linéaire du véhicule sur lequel cette antenne est montée. Ce décalage ou 30 fréquence Doppler est relié à la vitesse du véhicule par l'équation fd = 2V QDS ® où fd est le décalage Doppler en Hertz, V la vitesse du véhicule ^ une constante et & l'angle existant entre la surface du sol et la direction incidente du rayon radar émis par l'antenne 16. 35 Le signal réfléchi est reçu par l'antenne émettrice 1 6 et dirigé à travers le guide d'ondes 14 vers le générateur-mélangeur 12. La différence de fréquence entre les signaux émis et réfléchis, ou fréquence Doppler, est extraite par un coupleur 18 qui est relié par une résistance 20 à une source de tension + U. Le point 21 du 40 coupleur 18 qui est relié à la résistance 20 conduit aussi à un 71 34778 3 2112212 amplificateur de haut gain 23 suivi par un trigger de Schmitt 25 fournissant une onde de sortie rectangulaire dont la fréquence est égale à la fréquence Doppler. le générateur-mélangeur 12 réalise simultanément les fonction:.'. 5 de générateur et de mélangeur. De même, le générateur-mélangeur U sert de filtre passe-bas éliminant tous les signaux sauf le signai Doppler au point 21. Un dispositif d'accord 15 est incorporé dans le guide dsoii-i6s 14. Ce dispositif d'accord est ajusté de façon à assurer à la 10 fréquence Doppler une amplitude maximum. Ls réglage de ce dispositif d'accord ne coïncide paa nécessairement avec 13 maximum ds puissance transmise ou le maximum de puissance du dispositif G-unn.. Par un choix judicieux de la tension + U et de l'angle 6 , la fréquence Doppler peut être directement proportionnelle à la 15 vitesse du véhicule selon des unités convenables. Un réducteur 27 peut cependant être nécessaire pour convertir la fré quence Doppler fd en différentes unités de mesure. Supposons par exemple que la fréquence Doppler fd soit égale à 20 Hertz par mètre et par seconde. En utilisant une fréquence d'émission plus 20 haute et en la divisant pour obtenir une fréquence convenable, une plus grande résolution peut être obtenue pour les faibles valeurs de vitesse du véhicule. De même, l'emplacement de montage du radar Doppler 10 peut être situé sur le côté du véhicule, dans l'alignement de son centre de gravité, de façon à minimiser les 25 erreurs dues au changement angulaire résultant du freinage. le signal de sortie du diviseur 27 est conduit dans le circuit 22 de la Figure 1, correspondant à la portion indicatrice de vitesse initiale. Cette portion 22 comprend un compteur 24 qui fournit en permanence la vitesse du véhicule, lorsque ce compteur reçoit 30 une impulsion de commande en provenance de l'interrupteur de frein, il retient cette vitesse particulière et la conduit dans un dispositif de lecture de vitesse 26. Ce dispositif 26 indique donc la vitesse du véhicule lors de l'instant d'application des freins à ce véhicule. 35 le signal de sortie du diviseur 27 est aussi conduit dans la portion 28 de la figure 1, correspondant à la portion indicatrice de distance d'arrêt. Dans cette portion 28, un compteur 30 commence à. recevoir des signaux du diviseur 27 à partir du momènt où il est mis en service par l'interrupteur de frein. Pendant cëtte appli-40 cation, le compteur 30: reçoit en permanence des' signaux depuis le 71 34778 4 2112212 diviseur 27 jusqu'à ce que le véhicule se soit arrêté complètement ou que la pédale de frein ait été relâchée. l'indication du compteur 30 représente la distance totale d'arrêt du véhicule. Le signal de sortie de ce compteur est conduit dans un dispositif de lecture 5 de distance 32 qui donne une indication visible de la distance d'arrêt totale. Comme on le voit maintenant sur la Figure 3» la fréquence Doppler fd est dirigée dans un trigger de Schmitt 34 de façon à fournir un signal rectangulaire convenable. Le signal de sortie 10 de ce trigger de Schmitt, représenté par la lettre À, agit sur une porte monostable 36. Lorsqu'elle reçoit un ordre depuis l'interrupteur de frein, une porte 38 autorise la porte monostable 36 à laisser passer les signaux en provenance du trigger de Schmitt 34. Le signal de sortie de la porte monostable 36 est alors conduit 15 dans une série de registres à décalage 40. Ces registres à décalage 40 sont composés detrois convertisseurs binaires-décimaux (CBD) 42, 44 et 46. Le signal en provenance du monostable 36 est dirigé initialement vers le CBD 42. Lorsque le CBD 42 est saturé, une impulsion est dirigée vers le CBD 44, et de la même façon lorsque 20 celui-ci est saturé une impulsion est dirigée vers le CBD 46. Ceci peut être répété autant de fois que de convertisseurs sont nécessaires pour une distance d'arrêt donnée. Cependant, l'exemple décrit ici ne présente que trois digits de sortie dans la portion indicatrice de distance d'arrêt 28. Les signaux de sortie des 25 convertisseurs 42, 44 et 46 sont conduits dans des décodeurs binaires-décimaux à sept voies 48, 50 et 52 respectivement. Les signaux de sortie de ces décodeurs 48, 50, 52 commandent des diodes électroluminescentes (DEL) 54, 56 et 58. Bien que dans la présente invention on ait utilisé des DEL 30 à sept voies, il est également possible d'utiliser d'autres types d'indicateurs visuels pour donner la distance d'arrêt totale du véhicule pendant une seule application des freins. Si la fréquence Doppler fd traversant le trigger de Schmitt 34 et la porte monostable 36 n'a pas une fréquence convenable, un 35diviseur 60 peut être utilisé pour réduire là fréquence fd en une fréquence donnée. Il est souhaitable que cette fréquence fd soit telle qu'elle puisse être facilement divisée par 60 pour qu'un nombre donné de périodes corresponde à une certaine distance par seconde. Une fois que le véhicule s'est arrêté, et que la distance 40 d'arrêt a été obtenue, le circuit logique dans les convertisseurs 71 34778 5 2112212 42, 44 et 46 et les décodeurs 48, 50, 52 peuvent être remis à zéro en poussant le "bouton de remise à aéro manuel. 0e bouton de remise à zéro replace en position non déclenchée le flip-flop 62. La sortie de ce flip-flop 62, lorsqu'il est en position 5 déclenchée, permet au décodeur 48, 50 et 52 de recevoir les signaux en provenance des convertisseurs 42, 44 et 46 respectivement. De même, la sortie du flip-flop 62, lorsqu'il est en position non déclanchée, commande la porte 38 de façon à ce qu'aucun signal ne puisse être reçu en provenance de la porte 10 monostable 36, et cecitant que l'interrupteur n'a pas déclanché le flip-flop 62. Lorsque le flip-flop 62 est actionné par le bouton de remise à zéro manuel, la porte 38 bloque la porte monostable 36, et les décodeurs 48, 50 et 52 sont bloqués par l'absence de signal convenable à la sortie du flip-flop 62. Les 15 convertisseurs 42, 44 et 46 sont remis à zéro par le signal de non déclanchement du flip-flop 62. Le signal de sortie du flip-flop 62, lorsque celui-ci est en position déclanchée, est représenté généralement par la lettre B. On a montré Figure 2 la portion 22 correspondant à l'indi-20 cateur de vitesse initiale selon l'invention. La fréquence Doppler fd qui est le signal de sortie du trigger de Schmitt 34 représenté Figure 3 et correspondant à la lettre A, est conduit vers des portes monostables 66 et 68. Un oscillateur 70, qui peut être de type à cristal de façon à obtenir une haute préci-25 sion, assure le fonctionnement de la portion 22. Le signal de sortie de l'oscillateur 70 est divisé et mis en forme dans un circuit 72 de façon à fournir un signal de base de temps convenable qui est représenté par la lettre C. Afin d'obtenir le signal opposé au signal de base 0, un inverseur 74 est inséré et 30 fournit le signal c. Le monostable 66 est commandé par le signal de base G alors que le monostable 68 est commandé par le signal de base c. Si la fréquence de la base G est réglée au niveau de 1 période par seconde, le nombre d'impulsions du signal d'entrée A que laissent passer l'un et l'autre des monostables 66 et 68 35 représente un nombre de mètres par seconde. Supposons qu'un véhicule automobile se déplace sur une route, et soit équipé du dispositif selon la présente invention. Lorsque le monostable 66 reçoit une impulsion C, un signal est dirigé vers le CBD 76. Les impulsions provenant de la fréquence 40 Doppler fd traversent la porte monostable 66 et alimentent le 71 34778 6 2112212 convertisseur 76 jusqu'à ce que l'impulsion C ait disparu au bout d'uae seconde, ou au bout de la base de temps qui est utilisée. En même temps que la porte monostable 66 arrête le passage de la fréquence fd à cause de la disparition du signal C, le signal de 5 base c apparait sur la porte monostable 68, qui autorise alors le passage de la fréquence Doppler fd reçue en tant que signal A. Le signal de sortie de la porte monostable 68 est ensuite conduit dans le convertisseur 78 qui commence alors à compter de la même manière que précédemment le faisait le convertisseur 76. L'infor-10 mation contenue dans le convertisseur 76 représente la vitesse du véhicule et peut être lue tant qu'un nouveau signal de base C n'est pas apparu. De la même façon, le convertisseur 78 conserve l'information qu'il a reçue tant qu'un autre signal c n'est pas apparu. Par conséquent, l'un ou l'autre des convertisseurs 76 ou 15 78 indiquera en permanence un signal de vitesse lisible immédiatement, la fréquence d'effacement étant le double de la fréquence de base de temps. Au moyen d'un sélecteur logique 80, le convertisseur de sortie convenable peut être sélectionné. Lors de l'application 20 des freins, le signal en provenance de l'interrupteur de freins fait fonctionner le sélecteur logique 80 et s'il est en présence d'un signal de base C, il commande un circuit de sélection 82 afin de laisser passer le signal de sortie du convertisseur 78. De la même façon, si le sélecteur logique 80 ne reçoit aucun si-25 gnal de base, c'est à dire si l'on se trouve en condition c, le sélecteur logique 80 commande le circuit de sélection 82 afin de laisser passer le signal de sortie du convertisseur 76. Le signal de sortie du circuit de sélection 82 est traité dans un décodeur logique à sept voies 84 qui met en service un lecteur à sept 30 voies à diodes électroluminescentes 86. Par conséquent,' dès l'application des freins, une information de vitesse est immédiatement disponible sur le lecteur 86 au moyen d'une sélection convenable des convertisseurs 76 et 78 par le circuit de sélection 82. La portion 22 correspondant à l'indication de vitesse initiale 35 est remise à zéro par le même signal B que la portion 28 correspondant à l'indication de distance d'arrêt. Lors de l'application des freins sur une surface à haut coefficient de frottement, l'angle 0 peut changer à cause du basculement du véhicule. Si cet angle change, la fréquence Doppler fd h'est 40 plus me fonction simple de la seule vitesse du véhicule. Bien que 71 34778 7 2112212 l'erreur due à ces variations de l'angleB puisse être réduite par une bonne disposition du radar Doppler sur le véhicule, une plus grande précision dans la distance d'arrêt peut être souhaitée. M Figure 4 montre une autre méthode d'obtention de cette distance 5 d'arrêt, indépendante des changements angulaires dus au basculement du véhicule ou des changements de pente de la surface du sol. Puisque : ÏL = v t 10 ou Y1 est la vitesse initiale lors de l'application des freins, t le temps d'arrêt et v la vitesse moyenne durerle freinage, cette vitesse v peut être utilisée dans l'équation bien connue : S= 1 vt2 2 15 pour obtenir la distance d'arrêt S. En substituant la vitesse moyenne v, on obtient : 3= 1 V1t ( 1 ) 2 Un détecteur de vitesse à effet Doppler 88, qui peut être 20 analogue à la portion 22 montrée sur les Figures 1 et 2, est utilisé pour déterminer la vitesse du véhicule au commencement du freinage. Cette vitesse initiale correspondant à celle de l'équation (l) est mise en mémoire dans un circuit mémorisateur 90. L'interrupteur de frein commande l'intervalle de temps pen-25 dant lequel le circuit mémorisateur 90 gardera en mémoire cette vitesse initiale Y1. Cette vitesse initiale V1 peut être rendue lisible comme il a été décrit précédemment à propos de la figure 3, ou par un autre moyen conventionnel. Pour déterminer la décélération du véhicule, un accéléro-30 mètre 92, qui peut être semblable à celui décrit dans le brevet américain N°. 3,525,553, est mis en service par l'interrupteur de frein. Si le véhicule est freiné sur une surface à haut coefficient de frottement, l'accéléromètre 92 fournit à un détecteur de niveau 94 tm signal de sortie représentant un taux de décélé-55 ration élevée. Lorsque le véhicule est proche de l'arrêt, il tend à se redresser et l'accéléromètre 92 peut déceler ce changement de décélération, et le traduit en une différence de tension de sortie. Le détecteur de niveau 94 détecte ce changement de décélération et fournit un signal de sortie indiquant que la décéié-40 ration est proche de zéro, ou que le véhicule recommence à 71 34778 8 2112212 accélérer, ces deux possibilités produisant les mêmes effets sur un sol à grand coefficient d'adhérence. En même temps, l'interrupteur de frein déclenche un flip-flop 96 commandant une porte 98 laissant passer les signaux à 5 100 Hertz provenant d'une horloge 100. Par conséquent, a l'instant ioaitial d'application des freins, l'interrupteur de freins déclenche le flip-flop 96 qui permet à la porte 98 de laisser passer les signaux de l'horloge 100 afin de donner une indication digitale, correspondant au terme "t" dans l'équation (1) à 10 l'organe de lecture d'un compteur de temps digital 102. Une période de l'horloge 100 correspond à un centième de seconde. Par conséquent, le temps d'arrêt donné par l'appareil de lecture 102 a une précision d'au moins 1/100 de seconde. Le rcemps de réponse de l'accéléromètre 92 étant du même ordre de gran-15 deur, lors de l'arrêt du véhicule, le signal de sortie du détecteur de niveau 94 remet en position non déclenchée le flip-flop 96 qui à son tour ferme la porte 98. Ceci a pour effet d'arrêter l'arrivée des impulsions en provenance de l'horloge 100 vers l'organe de lecture 102. Il suffit maintenant de multiplier le 20 temps d'arrêt "t" sur l'organe de lecture 102 par la moitié de la vitesse V1 mise eg. mémoire dans le circuit 90, pour obtenir la distance d'arrêt total "S" du véhicule. L'angle6 n'intervient pas dans ce calcul. Puisque Y1 peut être obtenu avec précision de même que le temps d'arrêt peut l'être, la distance 25 d'arrêt total peut être obtenue avec une bonne précision. Bien que la Figure 4 ne le montre pas, la logique peut être remise à zéro de la même façon qu'il est indiqué sur les Figures 2 et 3. Par conséquent, à chaque nouvelle application des freins, l'organe de lecture 102 et la mémoire 90 ne contiendront aucune 30 information . 71 34778 9 2112212 ROTBTOTflM'IOm 1. Dispositif indicateur de vitesse initiale d'un véhicule et de distance d'arrêt de celui-ci destiné à déterminer sa vitesse initiale et sa distance totale d'arrêt lors de l'application des freins, ledit dispositif comprenant une source de tension et des 5 moyens générateurs délivrant un signal de haute fréquence à partir de ladite source de tension, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant antenne émettant vers le sol ledit signal de haute fréquence et en recevant un signal réfléchi, lesdits moyens générateurs mélangeant ledit signal émis et ledit signal réfléchi de 10 façon à en obtenir un signal de fréquence harmonique proportionnelle à la vitesse relative existant entre ladite antenne et le sol, des moyens délivrant un signal de vitesse à partir dudit signal de fréquence harmonique, des premiers moyens indiquant ladite vitesse initiale à partir dudit signal de vitesse lors de l'application des 15 freins, et des seconds moyens indiquant ladite distance d'arrêt du véhicule au moyen dudit signal de vitesse lors de ladite application des freins. 2. Dispositif indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre lesdits moyens formant antenne et lesdits moyens 20 générâteurs/sont placés des moyens de mise à l'accord desdits signaux émis et réfléchis, de façon à obtenir une amplitude maximum dudit signal de fréquence harmonique. 3. Dispositif indicateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens délivrant ledit signal de 25 vitesse comprennent des moyens amplificateurs et de mise en forme dudit signal de fréquence harmonique afin d'obtenir ledit signal de vitesse, ladite fréquence harmonique étant la différence entre la fréquence dudit signal émis et la fréquence dudit signal réfléchi. 30 4. Dispositif indicateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs comprennent une cavité, munie de moyens de couplage, connectée à des moyens résistants placés en série avec ladite source de tension, ladite cavité étant munie de moyens formant filtre éliminant toutes les harmoniques sauf celles correspondant à ladite différence de 35 fréquence, placés entre la connection desdits moyens de couplage et desdits moyens résistants, de façon à fournir un signal de sortie de type Doppler. 5. Dispositif indicateur selon la revendication 4, caractérisé 71 34778 10 2112212 en ce qu'il comprend des moyens convertissant ledit signal de type Doppler en unités convenables. 6. Dispositif indicateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit signal de sortie de type Doppler est 5 directement transformé en impulsions dont la fréquence est représentative de ,1a distance parcourue par ledit véhicule. 7. Dispositif indicateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comptent lesdites impulsions pendant une période de temps donnée de façon à fournir une mesure 10 de ladite vitesse pendant ladite application des freins, et que lesdits seconds moyens indicateurs comptent lesdites impulsions jusqu'à l'arrêt dudit véhicule de façon à fournir une mesure de ladite distance d'arrêt totale. 8. Dispositif indicateur selon la revendication 7» caracté- •j 5 risé en ce que lesdits premiers moyens comportent deux compteurs comptant alternativement lesdites impulsions pendant ladite période de temps de façon à ce que ladite mesure de vitesse initiale soit continuellement disponible audit instant d'^application des freins. 20 9. Dispositif indicateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens utilisent des diodes électroluminescentes donnant des indications lisibles desdites vitesse initiale et distance d'arrêt. 10. Dispositif indicateur selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens formant horloge mesurant la durée de fonctionnement desdits premiers moyens, et des moyens remettant à zéro lesdits premiers et seconds moyens. 11. Dispositif indicateur selon l'une des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comprennent des moyens déterminant le temps d'arrêt total dudit véhicule et des moyens calculateurs déterminant ladite distance d'arrêt totale en fonction dudit temps d'arrêt total et de ladite vitesse initiale fournie par lesdits premiers moyens. 35 12. Dispositif indicateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens déterminant le temps d'arrêt total comprennent une horloge fournissant une base de temps sous forme d'impulsions, des moyens comptant ces impulsions formant base de temps dès l'instant d'application des freins, et des moyens sensibles 40 à la décélération dudit véhicule arrêtant le fonctionnement desdits 71 34778 11 2112212 moyens comptant lesdites impulsions formant "base de temps lors de l'arrêt final dudit véhicule.