Brevet FR2579324A1 — publié le 19860926

DISPOSITIF DE CONTROLE DU GONFLAGE D'UN PNEUMATIQUE La présente invention se rapporte à un dispositif de contrôle du gonflage des pneumatiques, notamment pour véhicule automobile. Ce problème technique de la surveillance du gonflage d'un pneumatique est très i m portant dans la m esure o le gonflage des pneus influe fortement sur la tenue de route du véhicule dans les virages d'une part et sur la durée de vie des pneus d'autre part en raison des risques d' éclatement des pneus sous-gonflés par accroissement de leur te m pérature de fonctionne m ent. En effet, un pneu sous-gonflé peut éclater en raison du travail de flexion qu'il subit au niveau des flancs, ce travail provoquant soit une élévation de la température du pneu qui cause une désolidarisation de la gom me de la bande de roulement d'avec les ceintures de métal du pneu, soit une déchirure du tissu constituant 1' enveloppe interne du pneu. Actuellement, le contrôle du gonflage des pneumatiques s'effectue notam ment par mesure de la pression du fluide contenu dans le pneu, or cette mesure, pour être réellement intéressante, doit tenir compte à la fois de la te m pérature du pneu qui évolue au cours du fonctionnement - un pneu sous-gonflé s'échauffe et la valeur de la pression du fluide de gonflage croît - et de la charge du véhicule - pleine charge, les pneus d'un véhicule doivent être sur-gonflés par rapport à une charge correspondant au seul conducteur -. Le but de la présente invention est de contrôler le gonflage d'un pneu quelque soit la température de fonctionnement et le degré de la charge. Pour cela, cette invention est relative à un dispositif de contrôle dont le fonctionne m ent est basé sur la co m paraison entre 1' épaisseur du pneu dans sa partie écrasée en contact avec le sol et son épaisseur dans sa partie supérieure non défor m ée, cette comparaison renseignant sur 1' écrasement du pneu. Plus précisé ment, 1' objet de l'invention est un dispositif de contrôle du gonflage d'un pneumatique équipant une roue d'un véhicule roulant sur 49398 11676 -2- le sol, essentielle m ent caractérisé en ce qu' il co m porte, placés au niveau de la surface de la jante de la roue en regard de la bande de roulement du pneu, des moyens de mesure par ondes sonores de 1' écrasement du pneu à partir du calcul de la flèche du pneu. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de mesure sont constitués par un dispositif émetteur-récepteur émettant àA travers le fluide de gonflage du pneu les ondes sonores vers la surface interne de la bande de roulement et recevant les ondes réfléchies par cette surface, et par des moyens électroniques de calcul de la distance entre la jante et la face interne du pneu, mesurée aux deux extrémités du diam ètre de la roue orthogonal au sol. Le dispositif, objet de l'invention, permet de mesurer l'écrasement du pneumatique sous l'effet du poids du véhicule et la température de fonctionnement, sans capteur supplémentaire. Et à partir de là, définir un seuil d'écrasement du pneu au-delà duquel, la sécurité du véhicule n'est plus assurée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, de divers exemples de réalisation donnés A titre indicatif et non limitatif, illustrée par les figures suivantes qui représentent: - les figures 1 et 2: deux vues du dispositif de contrôle selon 1' invention, équipant une roue, selon deux plans de coupe respectivement perpendiculaire et parallèle à l'axe de rotation de la roue; - la figure 3: une vue du dispositif selon l'invention, après une rotation d'un demi-tour de roue par rapport à la figure 1; - les figures 4 et 5: des diagram m es de l'amplitude des ondes sonores émises et reçues par le dispositif selon la figure 1; 49398 1 -3- - les figures 6, 7, 8 et 10: des variantes de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 9: un diagram me de l'amplitude des ondes sonores émises et reçues par le dispositif selon la figure 8; Les éé m ents qui, dans les différentes figures, re m plissent les m ê mes fonctions en vue des m mes résultats portent des références identiques. La figure 1 représente une vue du dispositif de contrôle selon l'invention, équipant une roue d'un véhicule roulant sur le sol, cette vue étant prise selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe A et la figure 2 en montre une vue selon un plan de coupe parallèle à l'axe A. La roue 1 comporte une jante 2 centrée sur l'axe de rotation A, à laquelle est fixé un pneu 3, qui repose sur le sol 4 en subissant une déformation 5 de sa bande de roulement, cet écrasement du pneu étant plus ou moins accentué selon la charge du véhicule. Le dispositif de contrôle du gonflage d'un pneu, selon l'invention, est constitué d'une part par des moyens 8 d'émission-réception d'ondes sonores placés dans le pneu 3 et d'autre part par des moyens électroniques d'alimentation 80 associés à des moyens électroniques de traitement 81 des informations, destinés à renseigner sur l'écrasement du pneu et placés sur une partie fixe du véhicule. Les moyens d' émission-réception 8 d'ondes sonores sont destinés à envoyer des ondes sonores à travers le fluide de gonflage du pneu 3, entre la face 6 de la jante 2 qui est en regard du pneu 3 et la face interne 7 de la bande de roulement du pneu 3, aux deux extrémités E1 et E2 du diamètre de la roue orthogonal au sol 4. Ces moyens fonctionnent - avantageusement dans la bande des ultra-sons proches. La distance D entre la jante 2 et la bande de roulement a deux valeurs D1 et D2 selon qu'elle est mesurée aux points E1 ou E2, leur différence donnant une m esure de la flèche du pneu, renseignant sur l'écrasement du pneu. Ces moyens d'émission-réception 8 d'ondes 49398! 1676 - 4 - sonores doivent être associés à des moyens d'alimentation 80 qui permettent leur excitation provoquant l'apparition d'ondes sonores et à des moyens de traitement 81 des informations qu'ils recueillent après réflexion de ces ondes contre la bande de roulement. Ces moyens de traitement 81 ont essentiellemnt pour but de caleuler le pourcentage d' écrasement du pneu à partir des valeurs de la distance D ainsi mesurée et de le comparer à un seuil au-delà duquel il y aurait danger d'éclatement du pneu. Dans un exemple particulier de réalisation, les moyens d' missionréception 8 d'ondes sonores sont réalisés à partir d'une pastille piézoélectrique m étallisée sur les deux faces, disposée dans une ouverture pratiquée dans la jante 2 de la roue 1 et connectée électriquement aux moyens d'alimentation 80 qui l'excite et aux moyens de traitement 81 des informations. Sur la figure 1, une des électrodes de l'émetteur 8 est reliée au potentiel du véhicule par un fil 9 connecté à la jante 2 de la roue 1 et sur la figure 2, par un fil à l'essieu 10 de la roue par contact tournant 91. La connexion électrique aux moyens d'alimentation 80 et aux moyens de traitement 81 se fait par un collecteur tournant 12 portant deux bandes conductrices 12a et 12b connectées électriquement ensemble. Un balai 13 assure la liaison entre le collecteur tournant 12 et 1' é metteur-récepteur sonore 8. Le fonctionnement du dispositif de contrôle est le suivant: les moyens d'alimentation 80 excitent l'émetteur 8 à l'instant To ok celui-ci passe à la verticale du sol 4, en regard du point E1- L' é m etteur 8 envoie alors des ondes sonores qui se réfléchissent sur la face interne 7 du pneu 3 et sont recueillies par ce même émetteur-récepteur 8 à l'instant T1 tel que le temps T1 - To soit le temps nécessaire aux ondes sonores pour parcourir le double de la distance D1 mesurée entre la jante et le pneu au point E1. Lorsque l'émetteur-récepteur 8, après rotation d'un demi-tour de roue (figure 3), se trouve à la verticale au sol en regard du point E2, les moyens d'alimentation 80 envoient des impulsions de courant dans le but de l'exciter et il émet à l'instant T'0 des ondes sonores qui sont - aussi réfléchies par la face interne du pneu et sont recueillies à l'instant T2, tel que le temps T2 - T'0 soit supérieur à T1 - TO puisque la m esure est effectuée en un endroit o le pneu n'est plus écrasé par le poids du véhicule. Com me il s'agit de comparer les valeurs de la distance D aux deux endroits particuliers du pneu o celui-ci est eécrasé d'une part et a repris sa forme normale d'autre part, il peut être avantageux de mesurer le temps T2 - T'O juste un peu après que l'ém etteur-récepteur 8 soit passé à la verticale du sol. La figure 4 montre les diagram mes d'amplitude des ondes sonores émises et recueillies par le dispositif 8, en fonction du temps. On constate que le temps T2 - T'0 est supérieur au temps T1 - TO puisque le trajet parcouru par les ondes est supérieur dans la partie normale du pneu à celui correspondant à sa partie écrasée. Le rapport entre les temps (T2 - T'O) et (T1 - TO) est représentatif de l' écrasement du pneu au sol et est indépendant à la fois de l'hygrométrie et de la température du fluide de gonflage du pneumatique en fonctionnement puisque toute variation de la vitesse de propagation du son dans le fluide est perçue de la même façon aux instants T1 et T2.- Par contre le temps (T2 - T'O) est directement lié à la vitesse de propagation du son qui décroît avec la température et dans une plus faible mesure à la vitesse de rotation du pneu qui tend à accroître D2 sous l'effet de la force centrifuge s'exerçant sur le pneu. Ces deux effets vont donc dans le mêe sens lorsque la température et la vitesse de rotation croissent car ils sont perçus par le dispositif de contrôle com me un accroissement du dia mètre de la bande de roulement, ce qui est intéressant pour la sécurité du véhicule. Les moyens électroniques de traitement 81 des informations recueillies sont destinés à calculer le rapport T -T et la valeur absolue T2 - T'o T2 - T'0 et à comparer cette dernière à une valeur de référence fonction du type de pneu et de ses conditions de fonctionnement, stockée dans une mémoire. Cette valeur de référence correspond au 49398 1 1676 6-- seuil d' écrasement qu'il ne faut pas dépasser sous peine d'insécurité pour le véhicule. On peut prévoir une liaison avec des moyens d'alerte, sonores ou lumineux, prévenant le conducteur du véhicule de l'état de gonflage de chaque pneu. Les moyens d'émission-réception d'ondes sonores constituant une partie essentielle du dispositif de contrôle selon l'invention, peuvent être réalisés à partir d'une pastille de céramique piézo-électrique, d'un barreau magnétostrictif, d'un émetteur sonore à aimant et bobine mobiles selon les dimensions du dispositif à concevoir et la présence ou l'absence d'une chambre à air dans le pneu. La présence d'une chambre & air oblige notamment à utiliser des ondes sonores basses fréquences de façon à permettre le passage de ces ondes à travers le caoutchouc de la chambre à air. Dans le cas d'ondes basse fréquence, il est intéressant de mesurer le déphasage entre l'onde émise 01 et l'onde reçue 02' dont les enveloppes sont représentées sur la figure 5. La figure 6 montre un autre exe m ple de réalisation du dispositif de contr8le du gonflage d'un pneu, selon l'invention, dans lequel la liaison réalisée sur la figure 1 par un collecteur tournant et un balai frottant est remplacée par une liaison sans contact au moyen de bobines coaxiales ou condensateur tournant. Etant donné que l'on peut assimiler une pastille de céramique piézo-électrique à un condensateur dont les armatures se déforment en émettant une onde sonore, on peut réaliser un circuit oscillant à partir d'une bobine 22 et d'un condensateur piézo- électrique 8 solidaire de la jante 2 de la roue 1, alimenté deux fois par tour de roue au moyen de deux bobines 23 et 24 fixées au châssis du véhicule et connectées électriquement aux m o yens électroniques d'alimentation 80 et de traitement 81. Dans le cas o on remplace la pastille piézo-électrique par un barreau magnétostrictif, on peut supprimer la bobine 22, le barreau étant alors directement excité par les deux bobines 23 et 24 avantageusement pourvues d'un noyau magnétique. 49398 1 1676 - 7 Sur la figure 7 est représenté un dispositif selon l'invention comportant non plus un dispositif émetteur-récepteur d'ondes sonores tournant avec la roue, mais -deux tels dispositifs 28 et 29 fixés au châssis du véhicule, associés à une lumière 27 pratiquée dans la jante 2 de roue. Les deux m etteurs-r6cepteurs sonores 28 et 29 sont placés symétriquement par rapport à l'axe de rotation A de la roue et la lumière 27 est réalisée dans un matériau - du polyimide souple dit "Kapton" par exemple - fin et résistant à la pression de gonflage du pneu tout en autorisant le passage des ondes sonores émises et reçues après réflexion contre la paroi interne 7 du pneu 3. La distance D à mesurer a des valeurs supérieures & celles des cas précdem ment décrits puisqu'il est nécessaire de prévoir une marge de sécurité entre les m etteurs-r6cepteurs sonores 28 et 29 et la jante 2. La figure 8 représente une autre variante de réallsation du dispositif de contr6le selon l'invention, pour laquelle l'émetteur-rgcepteur sonore 8 est constitué par une bande mince de matériau piézo-électrique par exemple, métallisée sur ses deux faces, collée sur la face interne de la jante 2 et connectée com me préc de m ment aux moyens d'alimentation 80 et de traitement 81. Cette bande émettrice peut être réalisée en fluorovinylidène dit PV2F. La connexion avec les moyens 80 et 81 peut se faire par un contact tournant 12 présentant une conduction constante, les deux lames 1 2a et 1 2b étant confondue en une seule couronne. Les moyens de traitement 81 des ondes sonores reçues doivent pouvoir, dans ce cas, détecter le temps le plus court T1 - To et le temps le plus long T2 - T'0 de retour de l'écho sonore. Cette bande 8 é met et reçoit des ondes sonores sur toute la périphérie de la bande de roulement du pneu. La figure 9 montre le diagram me d'amplitude des ondes sonores en fonction du temps: à l'instant TO, une onde sonore est émise vers le point E1 du pneu sous forme d'impulsion d'amplitude Ao; à l'instant T1 apparaît une onde réfléchie d'amplitude A1, après réflexion dans le pneu au point E1s cette onde s'amplifiant au point E3 de la bande de roulement o le pneu cesse d'être écrasé par le poids du véhicule pour être maximale au point E2. 49398 I 1676 - 8- La figure 10 représente une autre variante de réalisation du dispositif de contrôle, dans laquelle le coqntact tournant entre l'émetteur-récepteur 8 d'ondes sonores et l'essieu du véhicule peut être remplacé par un système sans contact comprenant deux bobines coaxiales 30 et 31 disposées autour de l'axe de rotation A de la roue. L'une 30 est connectée à l'émetteur 8 et lui permet d'osciller autour de sa fréquence propre, l'autre 31 étant connectée aux moyens électroniques 80 et 81. Les caractéristiques de mise en oeuvre de l'invention ne sont pas bien entendu limitées aux seuls modes de réalisation décrits et représentés; elle comprend également tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs co m binaisons si elles sont effectuées dans l' esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications suivantes. 49398 1 -9 REVENDIC ATIONS 1. Dispositif de contrôle du gonflage d'un pneumatique équipant une roue d'un véhicule roulant sur le sol, caractérisé en ce qu'il comporte, places au niveau de la surface de la jante (2) de la roue (1) en regard de la bande de roulement du pneu (3), des moyens de mesure par ondes sonores de l' écrasement du pneu à partir du calcul de la flèche du pneu. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la flèche du pneu sont constitués par un dispositif 6metteurrécepteur (8) émettant à travers le fluide de gonflage du pneu (3) des ondes sonores vers la surface interne (7) de la bande de roulement et recevant les ondes réfléchies par cette surface et par des moyens électroniques (81) de calcul de la distance (D) entre la jante (2) et la face interne (7) de la bande de roulement du pneu, mesurée aux deux extrémités (E1 et E2) du diamètre de la roue (1) orthogonal au sol (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caraotérisé en ce que l'émetteurrécepteur (8) d'ondes sonores est connecté à des moyens électroniques (80) d'alimentation qui l'excitent à deux instants de chaque tour de rotation de la roue, correspondant au passage à la verticale du sol (4), audessous et au-dessus de l'axe de rotation (A) de la roue (1). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif ém etteur-r6cepteur (8) est constitu4 par deux émetteursrécepteurs (28 et 29) placés symétriquement par rapport à l'axe de rotation (A) de la roue (1) à la verticale du sol (4), sur le châssis du véhicule, ces deux ém etteurs étant associés à une fenêtre (27) pratiquée dans la jante (2). 49398 i 1676 - 10 - 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1' é m etteur-récepteur (8) est constitué par une pastille piézo-électrique métallisée sur ses deux faces ou par un barreau magnétostrictif, excité par les moyens d'alimentation (80). 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que 1' émetteurrécepteur (8) est constitué par une bande de matériau piézo-électrique métallisée sur ses deux faces et excitée par des moyens d'ali m entation (80). 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérlsé en ce que le dispositif é m etteur-r6cepteur sonore (8) est connecté aux moyens électroniques d'ali m entation (80) et de traite ment (81) des ondes sonores reçues par l'inter m édiaire d'un collecteur tournant (12) grâce à un balai (13) frottant sur deux plaques (12a et 12b) disposées symétriquement autour de l'axe (A), à la verticale du sol (4). 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, en ce que le dispositif é m etteur-récepteur (8) est relié électriquement sans contact aux moyens électroniques (80 et 81) par l'intermédiaire de deux bobines (23 et 24) fixes placées de part et d'autre de l'axe A, symétriquement et à la verticale du sol (4). 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le dispositif m etteur-récepteur (8) est connecté aux bornes d'une bobine (30) centrée sur l'axe (A) et couplée au moins périodiquement à une bobine (31) coaxiale reliée aux moyens électroniques d'alimentation (80) et de traitement (81). 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9 caractérisé en ce qu'une bobine tournante (22, 30) constitue l'un des élé m ents d'un circuit résonnant électro-acoustique dont le dispositif 4 m etteur (8) constitue l'autre élément. 49398 1 11 _1 "- 11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens électroniques (81) de caleul de la distance (D) sont destinés à calculer le temps de parcours (T1 - TO) de l'onde sonore 6mise et reçue par 1' 6 m etteur-r6cepteur (8) après réflexion sur la bande de roulement du pneu, au point (El1) de contact du pneu (3) avec le sol (4) et le temps de parcours (T2 - T'O) de l'onde sonore après réflexion au point (E2) au so met du pneu et d'en déduire la valeur de la flèche du pneu. 49398 1 1676