Brevet FR2117831A1 — publié le 19720728

La présente invention concerne un appareil détecteur de collision imminente ou possible déterminant la direction de déplacement d'un objet sur le trajet du véhicule en détectant la modification de la fréquence par effet Doppler d'une onde êlectro-5 magnétique émise par le véhicule et en produisant un signal prédéterminé pour commander le fonctionnement d'un dispositif de sécurité pour la protection des passagers quand l'objet se trouvant sur le trajet du véhicule arrive dans la région de choc brutal pratiquement inévitable. 10 Des dispositifs de sécurité déjà connus pour la protection des passagers d'un véhicule comportent des sacs à air placés dans le véhicule aux endroits où les passagers ont le plus de risque d'être projetés, ces sacs étant adaptés pour être gonflés rapidement en cas de collision afin que leur élasticité empêche le 15 "choc secondaire" risquant de blesser les passagers en raison d'un "choc primaire". On rappellera que le choc primaire désigne le choc brutal d'un véhicule contre un objet tel qu'un autre véhicule et qae le choc secondaire désigne le choc des passagers contre des parties intérieures de l'habitacle résultant de leur 20 projection en raison du choc primaire. Pour faire fonctionner un tel dispositif de sécurité pour la protection des passagers, un système déjà connu détecte la force de choc résultant du choc brutal du véhicule et provoque le gonflage des sacs à air par explosion de poudre à canon ou d'un ex-25 plosif analogue pendant la période assez courte disponible entre le choc primaire du véhicule et le choc secondaire des passagers. Cependant, avec un système détecteur mesurant la force de choc, l'intervalle de temps disponible pour faire fonctionner le dispositif de sécurité est assez court et, par suite, il est dif-30 ficile de commander efficacement le fonctionnement de ce dispositif malgré l'utilisation de l'explosion d'une charge explosive. De plus, l'utilisation d'un explosif est difficile et présente des inconvénients. En outre, dans le cas de retard au fonctionnement du dispositif de sécurité, le gonflage rapide des sacs à air peut 35 avoir des effets nuisibles pour le passager au lieu de le protéger et peut se traduire par des blessures sérieuses pour les passagers. Pour la détection d'une collision imminente, la distance relative entre le véhicule et l'objet entre les deux véhicules 40 est déterminée en détectant la variation de fréquence, par effet 71 21241 2. 2117831 Doppler, de l'onde électromagnétique émise à partir du véhicule, ainsi qu'en déterminant le niveau du signal de l'onde électromagnétique réfléchie, afin de déterminer le temps disponible avant la collision réelle. Les ondes électromagnétiques réfléchies par 5 un objet se trouvant sur le trajet du véhicule sont reçues en deux points du véhicule et la position de l'objet se trouvant sur le trajet du véhicule est déterminée suivant deux paramètres d'après deux quantités électriques proportionnelles aux différences entre la fréquence de l'onde électromagnétique émise et chacune des fré-10 quences des deux ondes électromagnétiques réfléchies afin d'éviter le fonctionnement indésirable du dispositif de sécurité, par exemple dans le cas où il doit y avoir un simple contact non violent. Dans un système détecteur de collision imminente du type décrit, les ondes électromagnétiques réfléchies par un objet se trouvant 15 sur le trajet du véhicule sont reçues en deux points du véhicule afin de déterminer suivant deux paramètres la position de l'objet. Cependant, si, dans ce cas, les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises par le véhicule sont du même type, il en résulte une interférence des ondes électromagnétiques réfléchies 20 et, par suite, il est possible qu'un signal Doppler précis résultant de l'effet Doppler ne puisse pas être obtenu. La présente invention a pour but un système détecteur de collision potentielle du type décrit ci-dessus, et plus particulièrement un système dans lequel 1'interférence, mutuelle de deux ondes 25 électromagnétiques est évitée, en décalant de 9CP les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises à partir du véhicule. Un système détecteur de collision potentielle selon l'invention comporte deux émetteurs-récepteurs montés respectivement sur 30 les deux côtés du véhicule pour émettre des ondes électromagnétiques vers un objet se trouvant sur le trajet du véhicule et pour recevoir les ondes électromagnétiques réfléchies afin d'établir deux signaux Doppler permettant de déterminer l'angle entre la direction de déplacement du véhicule et la direction de l'objet, 35 afin de déterminer 1'imminence d'une collision. Un système selon l'invention comporte donc deux éaietteurs-récepteurs montés de façon que le plan de polarisation de l'onde électromagnétique émise par un émetteur-récepteur soit à angle droit avec le plan de polarisation de l'onde électromagnétique émise par l'autre émetteur-40 récepteur. 71 21241 2117831 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulière/ne it de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : Fig. 1 représente schériiatiquement an plan les bases de fonc-5 tionnement d'un système détecteur de collision potentielle selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, •Fig. 2A représente deux formes d'ondes de signaux Doppler obtenus quand les ondes électromagnétiques émises par deux antennes disposées selon la fig» 1 sont polarisées dans le même plan, 10 Fig. 2B représente les caractéristiques des signaux électri ques proportionnels aux fréquences des signaux Doppler de la fig. 2A, Fig. 3A représente deux for-nes d'onde de signaux Doppler obtenus quand les plans de polarisation des ondes électromagnéti-15 ques émises par les deux antennes de la fig. 1 sont décalés de 90° , Fig. 3B représente les caractéristiques de trois signaux électriques proportionnels aux fréquences des signaux Doppler de . la fig. 3A, 20 Fig. 4 est une vue en perspective d'une partie d!un appareil selon un mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel les plans de polarisation des signaux émis par les deux antennes sont décalés à 90°, Fig. 5 est une vue schématique en plan montrant le cas où la 25 direction de déplacement d'un véhicule est parallèle à la direction de déplacement d'un autre véhicule croisant le premier, Fig. 6 est une vue schématique en plan montrant le cas où les directions de déplacement des deux véhicules sont inclinées l'une par rapport à l'autre, et 30 Fig. 7 est le schéma général par blocs d'un appareil selon un mode de mise en oeuvre de l'invention pour détecter une collision potentielle. La fig. 1 représente un véhicule a équipé d'un appareil selon l'invention pour détecter l'imminence ou la possibilité d'une col-35 lision qui est muni de deux antennes émettrices-réceptrices A^ et A^. Les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises par les deux antennes sont décalés l'un de l'autre de 90°. Le véhicule a approche d'un autre véhicule b à une vitesse relative v. Dans ces conditions, les deux antennes A^ et A-^ établissent une 40 plage de détection de l'objet en éventail S en raison des directi 71 21241 4. 2117831 vités des antennes, cette plage étant représentée en traits mixtes. Quand le véhicule b arrive dans cette plage S, les ondes électromagnétiques qu'il réfléchit sont reçues par les deux antennes Ag et A-^. Des essais confirment que la plus grande partie des 5 ondes électromagnétiques réfléchies devant être reçues par une antenne sont dans ce cas celles qui sont réfléchies par un point P.j ou un point voisin du véhicule b se trouvant à la distance minimale de cette antenne. Ce point est appelé "point de réflexion équivalente". L'onde électromagnétique émise par l'antenne A-^ et 10 réfléchie par ce point de réflexion équivalente est captée par l'antenne A-^ ainsi que par l'antenne A^. De même, l'onde électromagnétique émise par l'antenne A^ et réfléchie par le point de réflexion équivalente P^ est reçue par l'antenne A^ ainsi que par l'antenne A^. 15 Les états des champs de l'onde électromagnétique émise et de l'onde électromagnétique réfléchie (appelée ci-après champ électrique E) sont décrits ci-après. Le champ électrique E de l'onde électromagnétique réfléchie est inversé de 180° à partir du point de réflexion équivalente P^ par rapport au champ électrique de 20 l'onde émise, le plan de polarisation n'étant pas changé. Par suite, si les champs électriques E de l'onde électromagnétique émise et-de l'onde électromagnétique réfléchie sont ceux qui sont indiqués par les flèches, le champ électrique E de l'onde émise est représenté par la flèche Ec quand les plans de polarisation 25 des ondes électromagnétiques émises par les deux antennes A-^ et Ajj sont les mêmes. Le champ électrique E de l'onde électromagnétique réfléchie est indiqué par la flèche Ed. Quand le plan de polarisation de l'onde électromagnétique émise par l'antenne Ag est décalé de 90° par rapport à celui de l'onde électromagnétique émise 30 par l'antenne A-^, le champ électrique E des ondes émises est représenté par la flèche Ee. Le champ électrique E des ondes électromagnétiques réfléchies est indiqué par la flèche Eg. Quand les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises par les deux antennes A^ et A^ sont les mêmes, les plans de 35 polarisation des ondes électromagnétiques réfléchies sont aussi les mêmes. Ainsi, l'antenne A^ reçoit l'onde électromagnétique réfléchie revenant le long du même trajet que celui de l'onde électromagnétique émise par cette antenne, et elle reçoit aussi l'onde électromagnétique émise par l'autre antenne A^ et réfléchie de 40 sorte que les deux ondes sont combinées. L'antenne Ag reçoit les 71 21241 5- 2117831 ondes électromagnétiques et les combine de la même façon que l'antenne A^. Les ondes électromagnétiques réfléchies ainsi combinées sont soumises à une détection homodyne en utilisant les ondes électromagnétiques émises par les antennes A^ et A^ comme signaux 5 de référence pour obtenir deux signaux Doppler. A ce moments deux ondes électromagnétiques réfléchies et combinées suivent des trajets différents D^ et et, par suite, leurs phases sont combinées. Quand la différence des trajets D^, satisfait à la condition D2 - D.j =A/2n, (n = 1 , 2, 3s les deux ondes électro-10 magnétiques réfléchies sont combinées, leurs phases étant inverséea Quand le plan de polarisation de l'onde électromagnétique émise par l'antenne A^ est décalé de 90° par rapport à celui de l'onde électromagnétique émise par l'antenne A^, le plan de polarisation de l'onde électromagnétique réfléchie provenant de l'antenne Ag 15 est décalé de 90° par rapport à celui de l'onde électromagnétique réfléchie provenant de l'antenne A-^. Par suite, le plan de polarisation de l'onde électromagnétique réfléchie provenant de l'antenne A^ ou Ag est différent de celui de l'onde électromagnétique émise provenant de l'antenne A^ ou A^ et, de ce fait, cette onde 20 électromagnétique n'est pas reçue. Autrement dit, chaque antenne A^ et Ag reçoit seulement l'onde électromagnétique réfléchie revenant par le même trajet que l'onde électromagnétique émise par la meme antenne. Deux signaux Doppler séparés sont ainsi obtenus indépendamment par détection homodyne. 25 Quand les plans de polarisation sont identiques, les ondes des signaux Doppler reçus par les deux antennes A^ et Ag sont modifiées en raison de l'interférence mutuelle, ce qui provoque des fluctuations des amplitudes de la façon représentée sur la fig„2A. Les tensions proportionnelles aux fréquences de ces signaux Doppler 30 ont aussi des fluctuations de la façon représentée sur la fig. 2B. Quand les plans de polarisation sont, décalés de 90° , les ondes des signaux Doppler reçues par les deux antennes A^ et Ag sont normales sans aucune interférence, de la façon représentée sur la fig. 3A. Les tensions proportionnelles aux fréquences des signaux 35 Doppler varient d'une façon progressive de la façon représentée sur la fig. 3B. Il ressort de ces figures qu'un système détecteur de collision potentielle selcn l'invention dans lequel les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises par les deux antennes AT et An sont décalés de 900 est plus avantageux que le L ri 40 système dans lequel Tes plans de polarisation ne sont pas décalés. 71 21241 2117831 Le dispositif pour obtenir des ondes électromagnétiques émises dont les plans de polarisation sont décalés de 90° est décrit ci-après en considérant la fig. 4> qui représente un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif de 5 la fig. 4 comporte un générateur d'ondes ultracourtes i dont le signal est dévié dans deux sens par un tube en T 21 , un côté étant connecté par un canal de connexion 22b à un circulateur 23bj à une antenne 2b et à un détecteur 24b, et l'autre côté étant connecté par un guide d'onde 22a à torsion, à un circulateur 23a et à un 10 détecteur 24a. L'antenne 2b reçoit a.insi l'onde électromagnétique engendrée par le générateur 1 et elle émet l'onde électromagnétique à champ électrique E dont la direction est Ec. L'antenne 2a reçoit l'onde électromagnétique, engendrée par le générateur 1, dont le plan de polarisation est décalé ou tourné de 90°, et elle 15 émet ainsi une onde électromagnétique dont le champ électrique E a la direction Ed. Le guide d'onde 22a peut être un guide d'onde tordu, un guide d'onde flexible ou un autre type équivalent de guide d'onde. Les conditions de détection d'une collision imminente ou pos-20 sible dans le cas où les trajets des véhicules sont parallèles et dans le cas où les trajets des véhicules sont inclinés l'un sur l'autre 'sont décrites ci-après en considérant les fig. 5 et 6. Dans le cas de la fig. 5S la direction de déplacement du véhicule a est parallèle à la direction de déplacement d'un autre véhi-25 cule b. La vitesse relative v des véhicules est indiquée par les vecteurs et les axes longitudinaux des véhicules a et b sont respectivement Ca et Cb. La plage de détection d'un objet par les antennes A^ et Ag du véhicule a est indiquée par la ligne en traits mixtes S. Le point de réflexion équivalente du véhicule b est in-30 diqué en et le point de l'angle avant opposé à celui du point de réflexion équivalente P^ est indiqué P^. Les intersections avec la ligne S des lignes prolongeant les côtés du véhicule a sont désignées et P^. Les angles entre les droites reliant les antennes A^ et Ag su point de réflexion équivalente P^ et la direc-35 tion de déplacement du véhicule b sont respectivement ©^ et 6g. D'une façon générale, quand une onde électromagnétique d'une fréquence f^ est émise, la fréquence du signal Doppler dérivé de l'onde électromagnétique réfléchie, dent la fréquence a subi la modification par effet Doppler, est donnée par la formule suivante 40 dans laquelle c_ est la vitesse de propagation de l'onde électro- 71 21241 7- 2117831 magnétique, 2vf, f, = z d c Par suite, les fréquences f^ et f^ des signaux Doppler reçus par les antennes A^ et Ag suivant les angles 0^ et 0^ entre la 5 direction de déplacement du véhicule b et les directions de propagation des ondes électromagnétiques sont données par les relations suivantes 2vf, fdL = — oos 6L •2 Vf. fdR = ~~c~ cos 0R 10 Si des quantités électriques proportionnelles aux fréquences des signaux Doppler f^ et sont V-^ et V^, le quotient de ces quantités est donné par la relation suivante vR cos eR vj; ~ cos 0^ Les relations ci-dessus montrent que le quotient est déter- 15 miné par le rapport des cosinus des angles 0^ et 0^ formés entre les directions des ondes électromagnétiques émises par les antennes Ag et A^ et la direction de déplacement du véhicule b. La relation entre le quotient et la distance entre les axes Ca et Cb de déplacement des deux véhicules est expliqué ci-20 après. Quand les deux axes Ca et Cb coïncident, l'angle 0^ est égal à l'angle 0^. Par suite, est égal à 1. Quand l'axe Cb est déplacé vers le point P^ à partir de l'axe Ca, l'angle 0^ devient plus petit que l'angle 9^. Par suite, devient plus petit que 1„ Quand le point P^ coïncide avec le point Pl'angle 25 6^ est égal à 0 et le quotient V^/V-^ est égal à cos 0^ „ Quand l'axe Cb est déplacé vers le point P^ à partir de l'axe Ca, l'angle 0-^ devient plus grand que l'angle 0^. Par suite, le quotient V^/V-^ devient plus grand que 1 . Quand le point P^ coïncide avec le point P^ l'angle correspondant 0^ est égal à zéro et le quo-30 tient est égal à 1/cos 9^. Il ressort de la description qui précède que, quand le quotient VR/VL est plus grand que cos 07 mais plus petit que l/cos 0 le véhicule b est dans la zone de collision, c'est-à-dire qu'un point du véhicule b est entre les points P2 et P^. Par contre, si 35 le quotient est plus petit que cos 0^ ou plus grand que 1/cos 0£, le véhicule b n'entrera pas en collision avec le véhi 71 21241 8. 2117831 cule a, les véhicules passant l'un à côté de l'autre. Comme il a été indiqué ci-dessus, le système détecteur de collision imminente selon l'invention détecte l'imminence d'une collision entre le véhicule a et le véhicule b en déterminant"si le rapport des deux 5 quantités électriques proportionnelles aux fréquences des signaux Doppler reçus par les deux antennes A^ et A-^ est compris dans une plage prédéterminée. La fig. 6 montre le cas où le véhicule b approche du véhicule a dans un-e direction oblique. La vitesse relative est v. Le point 10 de réflexion équivalante, pris sur l'axe central du véhicule b par rapport à la région ou plage S, est indiqué en . Les angles entre les droites reliant les antennes A^ et A^ au point P^ et la direction de déplacement du. véhicule b sont respectivement 0^ et 0g. Les limites d'une collision inévitable sont indiquées en et 15 P-j sur la plage S. Dans ce cas, les quantités électriques et proportionnelles aux fréquences des signaux Doppler reçus par les antennes A^ et A^ sont déterminées de la même façon que dans le cas de la fig. 5» L'imminence du choc brutal est détectée en déterminant si le quotient est ou non dans une plage prédéter-20 minée. En plus de cette détection du choc entre les véhicules, la direction d'approche du véhicule b est déterminée. Autrement dit, si le quotient V^/V-^ est plus petit que 1 , cela indique que le véhicule b approche du véhicule a sur le côté gauche. Quand le quotient Vg/VL est plus grand que 1, le véhicule b approche sur 25 le côté droit. Un système détecteur de collision possible selon l'invention est décrit plus en détail en considérant la fig. 7- Une partie de l'onde électromagnétique engendrée par le générateur d'ondes ultracourtes 1 est émise par l'antenne émettrice-réceptrice 2b. L'autre 30 partie de l'onde électromagnétique est émise par l'antenne émettrice-réceptrice 2a, l'angle de polarisation étant décalé ou tourné de 90° de' la façon représentée sur la fig. 4» Par suite, des ondes électromagnétiques réfléchies n'interférant pas mutuellement sont reçues par les deux antennes émettrices-réceptrices de la 35 façon indiquée sur la fig. 1. Ces ondes électromagnétiques réfléchies sont soumises à une détection homodyne par les détecteurs 3a et 3]3. Deux signaux Doppler tels que ceux qui sont représentés sur la fig. 3a sont ainsi obtenus et sont amplifiés par les amplificateurs 4a et Ensuite, des tensions et proportionnelles 40 aux fréquences des signaux Doppler représentées sur la fig. 3B, 71 21241 2117831 sont établies par les convertisseurs de fréquence en tension 5a et 5b. Ces deux tensIons et sont divisées 1'ans par 11 autre par le diviseur 7 pour former le quotient Vg/V^. Ce quotient est comparé à la plage prédéterminée par un comparateur 10 qui appli-5 que un signal sortant A à un circuit ET 13 quand le véhicule b est dans la région de collision. •Les deux tensions Vg et sont additionnées par un circuit additionneur 8 et sont comparées par un circuit à seuil 11 pour déterminer si la somme de ces deux tensions est supérieure à une 10 valeur prédéterminée. Comme la somme des tensions est proportionnelle à la vitesse relative v, un signal sortant B est appliqué au circuit ET 13 seulement quand la vitesse relative entre les deux véhicules est dans la plage des vitesses critiques. Les signaux Doppler sortant des deux amplificateurs 4a et l+b V15 sont redressés par les redresseurs 6a et 6b pour produire des tensions proportionnelles aux niveaux des signaux Doppler. Ces tensions sont additionnées par un circuit additionneur 9 dont le signal de sortie est appliqué à un circuit de zone à seuil 12 dans lequel la somme des tensions est comparée pour déterminer si 20 elle est ou non dans une plage prédéterminée. Comme la somme des tensions est inversement proportionnelle à la distance entre les véhicules, un signal sortant C est appliqué au circuit 13 seulement quand la distance relative est dans la plage critique et quand le temps disponible jusqu'au choc réel est obtenu. Quand 25 les trois signaux A, B et C sont appliqués simultanément au circuit ET 13, un circuit de commande 14 est excité pour provoquer le fonctionnement d'un dispositif de sécurité pour la protection des passagers, par exemple le gonflage de sacs à air. Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, dans un système détec-30 teur de collision potentielle selon l'invention les plans de polarisation des ondes électromagnétiques émises par les deux antennes ércettrices-réceptrices sont décalés de 900 l'un par rapport à l'autre et, par suite, les ondes des signaux Doppler devant être détectés, les quantités électriques proportionnelles aux différen-35 ces de ces signaux Doppler et d'autres caractéristiques sont obtenues avec une grande précision. Par suite, la possibilité de détection erronée d'une collision peut être considérablement réduite, et il est possible d'obtenir une grande sûreté de fonctionnement. De plus, la région de choc violent pour un objet se 40 trouvant sur le trajet du véhicule est déterminée par des facteurs 71 21241 10. 2117831 à deux paramètres d'après les angles entre les directions de déplacement des véhicules et, par suite, une commande indésirable est évitée dans le cas où il doit y avoir un simple contact. De plus, comme le dispositif de sécurité pour la protection des oc-5 cupants du véhicule est actionné par détection du temps disponible jusqu'à la collision réelle d'après la vitesse relative et ■ la distance relative, les occupants du véhicule sont protégés avec certitude. Suivant le mode de réalisation décrit ci-dessus, les antennes 10 émettriees-réceptrices sont installées à la partie avant du- véhicule pour détecter une collision imminente avec un objet se trouvant devant le véhicule. Cependant, d'autres antennes peuvent' aussi être installées sur les côtés ou à l'arrière du véhicule pour détecter la possibilité de collision sur un côté ou à l'ar-15 rière. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cedre. 71 21241 2117831 REVENDICATIONS 1. Appareil détecteur de collision potentielle pour un véhicule, caractérisé par deux émetteurs-récepteurs montés espacés sur le véhicule pour émettre des ondes électromagnétiques vers un 5 objet se trouvant sur le trajet du véhicule et pour recevoir les ondes électromagnétiques réfléchies par l'objet pour produire deux -signaux Doppler de détermination de l'angle entre la direction de déplacement du véhicule et la direction de déplacement de l'objet quand cet objet est mobile afin de détecter ls possibili-10 té d'une collision, les deux émetteurs-récepteurs étant combinés pour que le plan de polarisation de l'onde électromagnétique émise par l'un des émetteurs-récepteurs soit à angle droit par rapport au plan de polarisation de l'onde électromagnétique émisé par l'autre émetteur-récepteur. 15 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour émettre un premier signal si le rapport entre deux quantités électriques proportionnelles aux fréquences des deux signaux Doppler est compris dans une plage donnée ; des moyens pour émettre un deuxième signal si la somme 20 des deux signaux Doppler est supérieure à une valeur donnée ; des moyens pour émettre un troisième signal si la somme des niveaux des deux signaux Doppler est supérieure à une valeur donnée ; et des moyens pour commander un dispositif de sécurité tel que des sacs à air si ces trois signaux existent simultanément. 25 3. Véhicule équipé de l'appareil selon l'une des revendica tions 1 et 2.