Brevet FR2500161A1 — publié le 19820820

La présente invention concerne la surveillance de la pression des pneumatiques d'un véhicule. La durée de vie d'un pneumatique de véhicule oui est insuffisamment gonflé ou trop gonflé peut diminuer fortement, et ceci implique des conséquences financières importantes quand on considère le prix des pneumatiques, surtout ceux des grands véhicules routiers ou des avions. En dehors de ces considérations, il faut tenir compte de l'aspect sécurité, les caractéristiques de suspension du véhicule ou de l'avion étant dégradées par des pneumatiques insuffisamment gonflés, et en outre du fait que le coût de fonctionnement augmente dans ces circonstances en raison de l'augmentation de la friction de roulement. De nombreuses solutions ont été proposées à ce problème dans le domaine des brevets et ces solutions font l'objet des brevets suivants: brevets U. S. no 2727721, 3016515, 3588815, 3713092, 3805229, 3938077, 3950726, 4037192, 4048614, 4210898, 4059823, 2248047, 3281784, 3697947, 3757295, 3662335, 3723966, 4006449, 4208649, 4237445, 3155938 et 3249916 et brevet allemand n0 942904. Dans les grandes lignes, ces solutions se classent en deux catégories. Dans la première catégorie, il est fait appel à des techniques radio pour transmettre au véhicule un signal provenant du pneumatique alors que dans la seconde catégorie, il est fait appel à des techniques à conducteur ou à des dispositifs statiques, c'est-à-dire des dispositifs qui ne sont pas excités électriquement pour donner une indication sur la pression du pneumatique. La première catégorie de dispositifs peut utiliser des transpondeurs, mais normalement ce sont des émetteurs actifs qui sont incorporés à chaque roue, et il est donc nécessaire de monter une source de puissance indépendante dans la roue. En ce qui concerne les dispositifs de la seconde catégorie, et si on se réfère particulièrement aux dispositifs à conducteur, la puissance est envoyée à des moyens de détec- tion de pression qui sont montés dans-la roue, en provenance d'une source de puissance externe. Quand on utilise ce type de dispositif, le traitement du signal devient une question d'importance critique. Parmi les brevets sus-mentionnés, quatre méritent un examen plus détaillé. Dans le brevet US nP 3281784, on utili- se un circuit en pont et un galvanomètre qui fournit une indication sur l'augmentation ou la diminution de pression. loCe dispositif a l'inconvénient de devoir être soumis à un calibrage initial, et par ailleurs la lecture n'est pas directement proportionnelle à la pression du pneumatique. Dans le brevet US nO 4237445, on utilise un tube Bourdon qui fait agir la pression interne du pneumatique pour régler l'entrefer magnétique d'un dispositif à induction électroma- gnétique. Le brevet US n0 2248047 décrit un dispositif de commutation mécanique monté à l'extérieur de la roue et utilisant deux ensembles d'anneaux de glissement pour trans- mettre un signal à l'intérieur d'un véhicule. Le brevet allemand n0 942904 décrit un système analogique o on sur"'i1- le le courant passant par un dispositif dont la résistance. est déterminée par la pression du pneumatique. Dans tous les dispositifs de l'art antérieur, on constate divers inconvénients. Généralement, on peut dire que ces inconvénients concernent la difficulté de l'installation du moniteur de pression du pneumatique sur la roue en question et par ailleurs la manière selon laquelle le signal est transmis du pneumatique à l'intérieur du véhicule. La ques- tion de l'alimentation en puissance du dispositif détecteur est intimement associée à ces problèmes. Un objet de la présente invention est de créer un appa- reil perfectionné de surveillance de la pression d'un pneu- matique de véhicule. Dans cette description, le mot "véhi- cule" est utilisé de façon générale pour désigner tout véhi- cule, y compris et en particulier les véhicules routiers. Cependant, les avions et autres véhicules munis de pneumati- ques venant en contact avec le sol sont inclus dans ce terme générique de "véhicule". L'invention crée un appareil de surveillance de la Dres- sion d'un pneumatique de véhicule comprenant un dispositif générateur de signaux, un dispositif de traitem.nt de signaux et des moyens pour fournir de l'nergie électrique au dispo- sitif de génération de signaux à partir d'une source de puissance Montée sur le vhicule, le dispositif générateur comprenant des moyens transducteurs pour engendrer un premier signal qui est dépendant de la pression régnant à l'intérieur du pneumatique, et dus moyens de c,:rYanJe sensibles au Dre- mier signal pour produire un second signal qui est appliqué au dispositif de traitement de signaux par les moyens d'ali- mentation en énergie électrique, les moyens de traitement de signaux comprenant des moyens énonciateurs qui fournissent une indication sur la pression régnant dans le pneumatique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de traitement de signaux est situé à l'extérieur du pneumatique, et le dispositif générateur de signaux à l'intérieur du pneumatique. Les moyens d'alimentation en énergie électrique peuvent comprendre au moins un anneau de glissement conducteur qui peut tourner avec le pneumatique, et un dispositif à balais qui vient en contact avec l'anneau de glissement et qui est relié à la source de puisance. Normalement, on prévoit un anneau de glissement pour chaque pneumatique sur le moyeu du véhicule. Par exemple, quand il s'agit d'un véhicule motorisé léger ne comprenant qu'une unique paire de roues sur chaque essieu, on prévoit un anneau de glissement à chaque extrémité de l'essieu. D'un autre côté, quand il s'agit d'un véhicule routier lourd pouvant comprendre deux ou plusieurs paires de roues sur chaque essieu, on prévoit un anneau de glissement pour chacune des roues à chaque extrémité de l'essieu. Les moyens de commande peuvent comprendre au moins un transistor, dont le courant de collecteur est fourni par les moyens d'alimentation en énergie électrique, et le courant de base est déterminé au moins partiellement par le premier signal. Le dispositif générateur de signaux peut comprendre un régulateur de tension relié aux moyens d'alientati-on en énergie électrique et qui constitue une source de puissance stabilisée pour les moyens transducteurs et les moyens de commande. Selon l'invention, le second signal est constitué par le courant électrique envoyé au dispositif g-.n.raLeur de signaux par les moyens d'alimentation en énergie électrique. Cette caractéristique permet à l'appareil de l'invcntion de fo'nc- tionrner seulement avec deux connexions électriques qui sont prévues entre l'appareil et la source de puissance. Fonda-.en- talement, le dispositif générateur de signaux a pour fonction de modifier la sortie du courant d'alimentation provenant des moyens d'alimentation en énergie électrique. Ainsi, le pre- mier signal est en fait superposé au signal d'alimentation de puissance. Le dispositif de traitement de signaux peut comprendre un régulateur de courant qui surveille un courant qui est pro- portionnel au second signal. Cette technique d'observation passive présente l'avantage que le second signal n'est pas sensiblement modifié par l'énonciateur. L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple et avec référence aux dessins ci-annexés. La figure 1 représente le circuit électrique de l'appa- reil selon l'invention. La figure 2 est une vue simplifiée et en élévation d'une partie d'une roue sur laquelle est installé l'appareil de l'invention. La figure 3 est une coupe selon la ligne 3-3 d'une partie de l'ensemble représenté à la figure 2, La figure 4 est une vue en coupe d'une partie de la jante de la roue sur laquelle l'appareil de l'invention est installé. La figure 1 représente le circuit électrique de l'appa- reil selon un mode de réalisation de l'invention. Le circuit électrique tel qu'il est représenté sur cette figure consiste essentiellement en deux composants principaux, à savoir un dispositif de génération de signaux 10 et un dispositif de traitement de signaux 12. Ces deux dispositifs sont reliés l'un à l'autre au moyen d'un dispositif mécanique représenté dans son ensemble aux figures 2 et 3, et aui fonctionne en tant que moyen pour fournir de l'énergie électrique au dispo- sitif générateur de signaux et simultaniPment en tant que moyen pour appliquer le signal produit par le dispositif 10 au dispositif de traitement de signaux 12. Le dispositif de génération de signaux 10 comprend un transducteur de pression ultra-miniaturisé 14 qui, comme représenté à la figure 4, est monté sur la jante 16 d'une roue de véhicule sur une partie 18, disposée radialetient, d'une cornière 20. La cornière 20 est boulonnée sur la jante 16 par des moyens 22. Le transducteur 14 est aligné radiale- ment de manière à réduire au minimum les effets centrifuges qui lui sont appliqués et qui sont dus à la rotation de la roue. Un transducteur convenant dans ce cas est celui du type PS-A ou B vendu par la société KYOWA ELECTRONIC INSTRUMENTS COMPANY LIMITED de Tokyo, Japon. On choisit la gamme de transduction du transducteur en fonction de la pression maximale que l'on peut constater dans le pneumatique. Le reste du circuit du dispositif de génération de signaux 10 est également monté sur une cornière 20. Si on se réfère à nouveau à la figure 1, le reste du circuit comprend respecti- vement trois amplificateurs opérationnels 24, 26 et 28, un transistor 30 et un régulateur de tension 32. L'amplificateur 24 est relié à la manière d'un amplifica- teur différentiel et ses deux entrées sont reliées respecti- vement aux deux conducteurs de sortie 34 et 36 du transduc- teur 14 qui a essentiellement une configuration en pont. L'amplificateur 26 est relié à la sortie 34 de manière à fournir une référence stable à l'amplificateur différentiel 24. L'amplificateur 28 constitue un étage inverseur, avec ses entrées provenant des amplificateurs 24 et 26 et une contre- réaction provenant de l'émetteur du transistor 30. Cette contre-réaction augmente le gain de l'amplificateur 28. La puissance est fournie au circuit par le régulateur de tension 32 et la tension qui passe dans le transducteur 14 est fixée à une valeur convenable au moyen de résistances 38 et 40 reliées respectivement en série. Le dispositif 10 comprend deux conducteurs respectifs 42 et 44. Le conducteur 44 est relié au châssis du véhicule par l'intermédiaire d'un parcours électrique qui passe par les paliers de la roue. Pour améliorer la conductivité électrique de ce parcours, les paliers peuvent être remplis d'une grais- se électriquement conductrice. A la figure 1, la connexion du palier à la masse est représente schématiquement par une borne 46. La puissance est envoyée au régulateur 32 et de là au reste du circuit par le conducteur 42 qui est relié à une alimentation V dérivée de la batterie du véhicule. La connexion du connecteur 42 à l'alimentation V s'effectue par l'inter- médiaire d'un anneau de glissement qui est représenté aux figures 2 et 3 et qui est indiqué schématiquement à la figure 1 simplement par une borne 48. Le dispositif de traitement de signaux 1. représenté & la figure 1 comprend un régulateur de courant 50, deux ccnpara- teurs respectifs 52 et 54, des indicateurs lum'irneux re-pec- tifs tels que des diodes émettrices de lumière 56 et 5, une porte OU 60, un circuit avertisseur 62, un convertisseur analogique-numérique 64 et un affichage 66. Le régulateur de courant 50 comprend une resistanc, d'alimentation 68 et une résistance proportionnelle 70 reliée à un amplificateur 72 et à un transistor à effet de O: ? . Le courant qui provient de l'alimentation V est divise eJn un rapport fixe entre les résistances 68 et 70. Le courant qui passe par la résistance 68 parvient au dispositif 10 alors que le courant qui passe par la résistance 70, et qui est proportionnel au courant fourni au dispositif 10, est traité par l'amplificateur 72 et le transistor 74. Le courant fourni en sortie par le transistor 74 passe par un diviseur de tension résistif 76 dont le point de jonction est relié au convertisseur 64. L'affichage 66 est de préférence un affichage visuel tel qu'un affichage à cristaux liquides numériques. Le dispositif avertisseur 62 peut être visuel, mais il est de préférence sonore et il est mis en fonctionnement quand l'une quelconque des diodes 56 et 58 est excitée. Les points auxquels 2500 16 1 l'excitation de ces diodes a lieu sont déterminés respecti- vement au moyen des résistances variaoles 78 et 80. Ces résistances peuvent être réglées à l'avance ou réalées à l'intérieur du véhicule quand on le souhaite, selon les pressions limites des pneumatiques que l'on considère comme acceptables. L'agencement mécanique de la borne dèsignee dans son ensemble en 48 à la figure i est re>'résenté aux Figures 2 et 3. Dans cet exemple particulier, la roue sur laquelle le moniteur de pression du pneumatique est nonté comprend un frein à disque comportant des pinces de frein 82. Sur le moyeu 84 de la roue est montée une plaque d'acier 86 dont la périphérie porte une base en époxy 88 dans laquelle est partiellement noyé un noyau conducteur en bronze au phosphore 90. La plaque 86 est enfilée directement par des trous sur les goujons de roue 92 du moyeu, ce qui fait que la plaque est maintenue en position quand la roue munie de son pneuma- tique est boulonnée. Deux balais 94 et 96 sont montés sur des bras 98 s'étendant d'une embase isolée 100 fixée aux pinces 82. Les bras 98 sont sollicités vers l'intérieur de manière que les balais 94 et 96 s'appliquent toujours fermement contre l'anneau conducteur 90 et assurent de ce fait des connexions électriques saines entre les balais et l'anneau de glissement. Comme représenté à la figure 3, la base 88 comprend un trou 102, et une vis 104 est vissée dans l'anneau de glisse- ment 90. La vis détermine une connexion électrique entre l'anneau conducteur et un conducteur isolé 106 qui traverse un trou 108 pratiqué dans la jante 16 de la roue, comme représenté à la figure 4, et qui provient du dispositif de traitement de signaux 10 disposé à l'intérieur de la roue. Le conducteur 106 correspond au conducteur 42 représenté sur la figure 1. Le conducteur 44 représenté à la figure 1 n'est pas représenté aux figures 2 à 4 et il est constitué simplement par une connexion électrique directe entre le dispositif 10 et la jante 16. Lorsque l'appareil fonctionne, la puissance électrique est envoyée au dispositif 10 en provenance de l'alimentation V, en passant par l'anneau de glissement et le dispositif à balais représentés aux figures 2 et 3. La puissance est stabilisée dans le régulateur de tension 32 et une tension stable est donc appliquée au reste du dispositif 10. La tension est divisée par les résistances 38 et 40 et une tension réduite d'amplitude prrdétermrinée est actliuée au transducteur 14. Le reste du circuit en pont du transduc-teur est affecté par les variations de pression et ceci se traduit par une modification de la résistance qui a un effet sur la îo tension aux bornes de sortie du pont. La variation de tensl.on entre les bornes de sortie est détectée et amplifiée par l'amplificateur différentiel 24 et, de la manière précédem- ment décrite, il est tenu compte des variations du niveau de référence au moyen de l'amplificateur 26. Le courant de sortie provenant de l'amplificateur 24 est inversé à l'étage 28 et amplifié avec un gain accru dû à la contre-reaction provenant du transistor 30. Le courant de collecteur du transistor est commandé par son courant de base et ce courant est de son côté fourni par l'amplificateur 28. En d'autres termes, le courant de collecteur est déterminé par le courant de base qui est de son côté dépendant de la pression à la- quelle le transducteur 14 est exposé. Le courant de collecteur du transistor 30, en conjonction avec le courant de repos des divers amplificateurs, constitue le courant total qui est envoyé par le régulateur de tension 32. Les courants de repos des amplificateurs opérationnels sont maintenus à un état stable grâce à une conception d'en- semble appropriée, de manière à compenser entre autres les effets thermiques. Il convient de souligner que le courant envoyé au dispo- sitif générateur de signaux 10 en provenance de la source V est utilisé pour exciter le circuit et constitue simultané- ment le moyen utilisé pour transmettre l'information sur la pression régnant à l'intérieur du pneumatique au dispositif de traitement de signaux 12. Le courant qui passe de l'ali- mentation V au dispositif 10 parcourt la résistance 68 et cette résistance est de préférence de puissance élevée de manière que si la borne 48 est accidentellement mise à la masse, il soit peu probable que le circuit subisse des dégâts. On a déjà souligné que le courant passant par le disposi- tif 10 est proportionnel au courant qui passe par la résis- tance 70. Ce dernier courant est essentiellement le même que celui qui passe par le diviseur de tension 76, et la chute de tension qui survient dans le diviseur de tension est propor- tionnelle à la pression retenant dans le pneumatique ou dépen- dante de celle-ci. Le signal de tension analogique produit par le diviseur de tension est converti en numérique par le convertisseur 64 et un affichage numérique est constitué par l'unité 66 à l'intérieur du véhicule, de manière qu'une indication visuelle directe et continue de la pression régnant dans le pneumatique soit disponible. Le signal de tension analogique qui représente la pres- sion régnant dans le pneumatique est également appliquée, avant division, aux deux comparateurs 52 et 54. Le compara- teur 52 est réglé par la résistance réglable 78 de manière à commuter quand la limite supérieure de la pression du pneuma- tique est atteinte, alors que l'autre comparateur est réglé de manière similaire pour commuter quand une pression infé- rieure limite et acceptable du pneumatique est atteinte. Les sorties des deux comparateurs sont appliquées par la porte OU à l'avertisseur 62, ce qui fait que ce dispositif est excité quand l'un des deux comparateurs commute. Dans chaque cas, l'une des diodes émettrices de lumière 56 ou 58 est excitée et indique qu'une pression limite supérieure ou inférieure du pneumatique est atteinte. L'avantage de l'invention consiste dans le fait qu'il suffit d'un conducteur unique pour le circuit monté à l'in- térieur du pneumatique. Ce conducteur est celui qui passe par la borne 48 représentée schématiquement à la figure 1. La connexion de retour du courant électrique est constituée, comme déjà mentionné, par la connexion par le palier entre la jante du pneumatique et le châssis du véhicule. L'appareil peut fonctionner ainsi du fait que le conducteur en question est utilisé pour exciter le dispositif générateur de signaux et que simultanément le courant qui est envoyé à ce dispositif est maintenu dépendant de la pression régnant dans le pneumatique, du fait de la conception du circuit. Le circuit du dispositif 10 est extrêmement petit et peut donc être facilement monté à l'intérieur du pneumatique du vëhi- cule avec un minimum d'interférence ou de possibilités de dégâts. Par exemple, le transducteur 14 a un diamètre d'envi- ron 6 mm et une épaisseur de 0,6 mm. La section radiale 18 sur laquelle le transducteur est monté (voir figure 4) a une hauteur d'approximativement 1 cm. Jusqu'ici, l'invention a été décrite en ce qui concerne seulement une roue. Naturellement, un circuit identique au dispositif générateur de signaux 10 peut être installé sur chaque roue d'un véhicule dont la pression des pneumatiques doit être surveillée. Dans ces conditions, il est relative- ment simple de commuter automatiquement le dispositif de traitement de signaux 12 sur les divers dispositifs gEnera- teurs de signaux de manière que tous les pneumatiques soient continuellement surveillés en succession et séquentiellement. Un échantillonnage de ce type peut être facilement réalisé au moyen d'un multiplexeur. Finalement, il convient de souligner à nouveau que, bien que l'application essentielle de l'appareil de l'invention soit envisagée pour des véhicules routiers, il n'existe aucune restriction à son utilisation sur des pneumatiques d'avions, et les applications de cette nature doivent être considérées comme comprises dans le champ d'application de l'invention. L'appareil du type illustré a été testé de façon appro- fondie sur des véhicules routiers. On a constaté que la fiabilité de l'apparreil est extrêmement bonne et qu'il est capable de détecter des variations de pression du pneumatique de 0,01 bar. L'invention a été décrite dans le cas o elle est appli- quée à des véhicules à freins à disque. Mais elle peut égale- ment être appliquée à des véhicules à freins à tambour. Quand l'invention est utilisée avec des pneumatiques à chambre à air, la pression interne des chambres à air peut être appli- quée au transducteur monté dans une chambre étanche à l'air par l'intermédiaire d'un tuyau couplé à la valve de la 250O161 chambre à air. En variante, la chambre étanche à l'air peut être prégonflée, comprendre une paroi flexible, et être située à l'intérieur du pneumatique de manière que la paroi flexible soit en contact avec la chambre à air. Ainsi, des variations de pression dans la chambre à air sont transmises à la chambre étanche à l'air par l'intermédiaire de la paroi flexible, et elles sont ain.si détectées par le transducteur. Cette configuration est indiquée schématiquerent à la figure 4 o la ligne en tiretés 112 représente une chambre étanche à 1o l'air et à paroi flexible. Il est clair que si le dispositif générateur de signaux 10 est disposé dans une telle chambre, il est indifférent que le pneumatique soit un pneumatique sans chambre à air ou muni d'une chambre à air, du moins pour une gamme de pressions prédéterminée. Ainsi, le transducteur et le dispositif de traitement de signaux 10 peuvent être situés, selon les circonstances, à l'intérieur ou à l'extérieur du pneumatique. Si le transduc- teur est monté à l'extérieur du pneumatique, il est alors de préférence monté de manière à réduire au minimum les effets des forces centrifuges qui lui sont appliquées. REVENDICATIONS 1. Appareil de surveillance de la pression d'un pneumati- que d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il co.prend un dis- positif générateur de signaux (10), un dispositif de traite- ment de signaux (12), et des mDyens {48) pour fournir de l'énergie électrique au dispositif générateur de siîgn5: partir d'une source de puissance (V) montée sur le véhicu!e, le dispositif générateur de signaux (10) comprenant des moyens transducteurs (14) pour engendrer un preiier signal qui est dépendant de la pression régnant à i'intérieur du pneumatique, et des moyens de commande (30) sensibles au premier signal pour produire un second signal qui est appli- qué au dispositif de traitement de signaux {12) par les moyens d'alimentation en énergie électrique (48), les moyens de traitement de signaux (12) comprenant des moyens énoncia- teurs (62) pour fournir une indication sur la pression r6- gnant dans le pneumatique. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de signaux (12) est disposé à l'extérieur du pneumatique, et en ce que le dispositif géne- rateur de signaux (10) est disposé à l'intérieur du pneuina- tique. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en énergie électrique (48) comprennent au moins un anneau de glissement conducteur (90) qui peut tourner avec le pneumatique, et des moyens à balais (94, 96) qui sont en contact avec l'anneau de glissement et qui sont reliés à la source de puissance (V). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande (30) compren- nent au moins un transistor (30), dont le courant de collec- teur est fourni par les moyens d'alimentation en énergie électrique (48), et le courant de base est déterminé au moins partiellement par le premier signal. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif générateur de signaux (10) comprend des moyens régulateurs de tension (32) GO O161 reliés aux moyens d'alimentation en énergie électrique (48) pour appliquer une source de puissance stabilisée aux moyens transducteurs (14) et aux moyens de commande (30). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le second signal est constitué par le courant électrique fourni au dispositif géérrateur de signaux (10) par les moyens d'alimentation en énergie élec- trique (48). 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de signaux (12) comprend des moyens de surveillance de courant (50) pour surveiller un courant qui est proportionnel au second signal. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de signaux (12) comprend des moyens (52, 54) pour détecter au moins une valeur limite du second signal.