Brevet FR2622289A1 — publié le 19890428

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DE LA PRESSION REGNANT DANS UNE ENCEINTE CLOSE MOBILE CYCLIQUENENT ET APPLICATION DANS UN AVERTISSEUR DE SOUS-GONFLAGE DE PNEUMATIQUE La présente invention est relative à Un dispositif de surveillance de la pression régnant dans une enceinte close mobile cylcliquement tel qu'un avertisseur de sous-gonflage de pneumatique vérifiant e permanence la pression dans chacun des quatre pneus et alertant le conducteur dès qu'une anomalie apparaît. Pour une mellleure clartc de l'e > posé, n décrira le problème posé par ce dispositif en relation avec des pneumatlques. En effet, l'usage d'un véhicule dont les pneumatiques sont sous-gonflés ou en cours de dégonflage présente des inconvénients très graves. Dan un premier temps, un sous-gonflage des pneumatiques à comme conséquence une augmentation de la résistance au roulement du véhicule donc une augmentation sensible de la consommation en énergie. Plus grave, un pneumatique sous-gonflé et tournant à haute vitesse s échauffe anormalement ce qui peut conduire à un éclatement et destruction du pneumatique, d'où perte de contrôle de la direction du véhicule. Alors que l'on réalise d'ores et déjà des systèmes anti-blocage de roues lors de freinage, des boites de vitesses répartissant automatiquement le couple moteur sur l'une des quatre roues en fonction de l'état de la route traversée, on peut constater qu'un tel avertisseur de sous-gonflage n'est pas encore réalisé à l'échelle industrielle du fait de fortes contraintes techniques, Il y a en effet nécessité d'installer d'une part, sur chacune des Jantes un capteur de pression et un système de transmission de signal qui soit simple, fiable et ne nécessitant pas de modifications majeures de 1 jante, d'autre part en face de chaque roue, un récepteur fixé sur le châssis recueillant l'information, et subissant les intempéries comme le gel ou des projections de sels ainsi que les fortes variations de température. De plus, il faut prévoir des. moyens de traitement du signai pour faire apparaître sur le tableau de berd unt alarme de manière significative. Compte-tenu de l'importance du s-il jet, divers dispositifs ont déjà été proposés, Un premier type de dispositifs comprend, fixé sur le véhicule, un oscillateur incomplet avec des bobines et, mohlles sur la roue, un circuit résonnateur composé d'une bobine passant à chaque tour de roue devant les bobines fixes, d'un condensateur et d'un manostat enclenché en fonction de la pression , ou composé plus simplement d'une bobine et d'un condensateur variable en fonction de la pression. (Exposés FP 2 564 041, FR 2 472 981, FR 2 459 146). La transmission d'énergie de la section fixe à la section mobile se fait par inductance mutuelle entre les deux bobines. Au besoin, ce transfert d'énergie est renforcé par un circuit d'excitation spécifique (EP 0 108 176, FF 1 539 019). Tous ces systèmes reposant sur les accords en fréquence sont difficiles à industrialiser compte-tenu des problèmes que posent, en grande série, les circuits accordés, d'autant plus que dans ce type d'application le couplage, soit la position relative des deux circuits, a une grande importance. L'exposé FR 2 475 466 divulgue un résonnateur quartz avec une antenne montés sur la roue et un second dispositif disposé près du siège du conducteur comportant un agencement émetteur/récepteur muni d'une antenne. Eventuellement, le résonnateur à quartz est utilisé à la fois comme moyen d'émission de i 'information et comme capteur de pression. Toutefois, ce système est encore trop complexe et sensi~ble aux signaux parasitez extérieurs. Le système proposé dans l'exposé FR 2 584 344 prévoit d'une part un ensemble de transmission d'énergie et de réception du signal associé à une bobine montée sur une partie fixe du véhicule et d'autre part un circuit de codage comportant un rnultivibrateur instable transformant la mesure de la pression et de la température en une mesure de temps. Ce dernier circuit électronique, mont C sur la roue, apparaît trop complexe peur pouveir titre suffisamment fiable face aux rudes conditions extérieures. L'exposé FR 2 579 323 présente un autre type de dispositif dans lequel l'énergie pour la transmission du signal de la partie mobile à la partie fixe est fournie par un aimant permament ce qui permet un signal plus fort donc moins sensible aux bruits extérieurs. Mais, comptetenu que les capteurs magnétiques connus actuellement sont très sensibles à la température environnante, la mesure réalisée par ce dispositif est fortement entachée d'erreurs. L'objet de cette invention est de résoudre le problème précité en proposant un dispositif dans lequel le système mobile comprend une source d'énergie propre pour une transmission puissante du signal, done insensible aux bruits extérieurs, tut e restant suffisamment simple de conception pour ne pas déséquilibrer la roue et pour être fiable face au conditions extérieures. Ce dispositif doit notamment tenir compte d e s fortes variations en températurè apparaissant autour de la roue, par exemple au moment du freinage, et ce aussi bien au niveau du capteur de pression qu'au niveau de la transmission de l'information.Enfin, les signaux délvrés par le récepteur doivent être tels qu'il soit possible de les traiter de manière simple par des moyens électroniques pour en déduire une mesure précise eF proportionnelle de la pression règnant dans le pneumatique. Ces buts sont atteints grace à un dispositif de surveillance de la pression règnant dans une enceinte close mobile cycliquement comprenant des moyens solidaires de l'enceinte rotative et générant un champ magnétique variable en fonction de la pression régnant dans l'enceinte un capteur magnétique extérieur et fixé mesurant le champ magnétique variable lors du passage cyclique des moyens devant le capteur. Associés à ces moyens, le dispositif comprend de plus des moyens solidaires de l'enceinte rotative générant un champ magnétique de référence influençant cycliquement le capteur magnétique afin de permettre une compensation en température de la mesure du champ magnétique variable réalisé par le capteur magnétique. Utilement, les moyens gQni-rant un champ magnétique de référence est un aimant permanent et ces moyens ainsi que ceux générant un champ magnétique variable sont disposés sur l'enceinte rotative de tell' sorte qu'ils induisent dans le capteur magnétique deux signaux de polarité opposés respectivement par rapport t une valeur de base. Selon un mode de réalisation préférentiel le les moyens électroniques de traitement comprennent en série une unité de multiplexage ; un amplificateur/bloqueur traduisant la valeur maximale dc chaque impulsion recue en une tension, continue un convertisseur analogique/numérique et une unité de traitement numérique générant une alarme selon la valeur du rapport des deux signaux consécut i f ayant pour origine le capteur de pression et la référence magnétique respectivement. Selon une forme de réalisation avantageuse appliquée à un avertisseur de sous-gonflage pneumatique monté sur une jante, les moyens générant un champ magnétique variable e fonction de la pression régnant a l'intérieur du pneumatique comprennent une cage parallèle à l'axe de la jante qu'elle traverse de manière étanche en son fond et qui est ouverte seulement à la pression interne du pneumatique ; un soufflet métallique sensible à la pression interne du pneumatique en étant pressurisé à une pression de référence, situé dans la partie de la cage intérieure à la jante et dont l'un des embouts est fixe , et un aimant situé dans la partie de la cage extérieure à la jante et relié à l'embout mobile du soufflet par une entretoise coulissante dans un chemin d billes. Un dispositif conforme 3 'i r v e n t i o n e s t représenté à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 présente une vue en coupe du dispositif lorsque les moyens générant un champ magnétique variable passent devant le capteur magnétique, alors que la pression dans l'enceinte est faible ou nulle, - 1 a f figure 2 est une e vue e n coupe du dispositif lorsque les meyene générant un champ magnétique de référence passent devant le capteur, et -- la figure 3 présent e un schéma de principe des' moyens électroniques de traitement du signal. En référence i la figure 1, le dispositif comprend un capteur/transmetteur situé sur la ante 100 et un récepteur 220 placé sur une partie fixe du véhicule tel le que, par exemple, l'enveloppe der freins 110 ou sur la fusée d'une roue de direction. Le capteur/transmetteur est disposé parallèlement à l'axe de la Jante 100 au fond de celle-ci. Elle comprend une cage formée de deux parties 120 et 130 dont la partie 120 est entièrement située à l'intérieur de l'enceinte close constituée de la jante 100 et du pneumatique, et dont la partie 130 traverse de manière hermétique cette jante 100 grâce au joint annulaire 140 et son siège de joint 150 taillé dans la partie 120, La partie 120 contient un soufflet métallique 160 pressurisé à une pression de référence PO et obturé par deux embouts 170 et 180. L'embout 170 est solidaire de la cage i20, tandis que l'embout 180 est mobile parallèlement à l'axe de la jante 100.Cet embout 180 est prolongé par une entretoise 190 coulissant à l'intérieur d'un chemin de billes 195 dans la partie 130 et portant en son extrémité un porte-aimant équipé d'un aimant 200. Le porte-aimant est guidé en translation dans une chambre 210 interne à la partie 130. Le chemin de billes 195 facilite le coulissement de l'ensemble entretoise/porte aimant en réduisant à une valeur négligeable le coefficient de frottement à ce niveau. En effet la force centrifuge apparaissant lors de la rotation de la roue tend à plaquer l'ensemble contre les parois interne ae la partie 130 donc à augmenter le frottement entre ce pièces. Le récepteur 220 est un capteur magnétique linéaire monté sur un support 230 solidaire d'une partie fixe du véhicule tel que, dans le cas de la figure l'enveloppe des freins. Ce capteur est éguipé d'un câble à quatre fils 240 : deux pour son alimentatlon et deuz pour la mesure du signai. En référence à la figure 2, un aimant 250, du meme type que l'aimant du capteur de pression, est mont Ce fixe sur la jante, diamètralement opposé au capteur transmetteur de préférence. Les positions relatives de ces aimants 200 et 250 sur un axe (x) parallèle à l'axe de la vante font que ceux-ci passent de part et d'autre du récepteur 200 lors de la rotation de la roue, et ce quelque soit la position de l'aimant 200 en fonction de la pression. Le dispositif décrit précédemment fonctionne de la manière suivante. L'intérieur de la cage constitué par les parties 120 et 130 est étanche à la pression atmosphérique mais ouvert à la pression du pneumatique. Compte-tenu que la pression PO règnant à l'intérieur du soufflet 160 a une valeur inférieure à la valeur P de la pression de gonflage usuel le du pneumatique, ce soufflet est comprimé lorsque le pneumatique est normalement gonflé. L'aimant 200 est alors placé par l'entretoise 190 ver s le côté intérieur de la chambre 21 0, soit vers la droite tel que représenté sur la figure 1. Si la pression du pneumatique chute pour une quelconque raison, le soufflet 160 se détend provoquant ainsi, au travers de l'entretoise 190, un mouvement de l'aimant 200 vers le cbte extérieur de la chambre, solt vers la gauche, directement fonction de la variation d pression. A chaque tour de roue, le récepteur voit passer l'aimant 200 et délivre alors un pie de tension X proportionnel à la valeur du champ magnétique de l'aimant 200 et de sa position par rapport au récepteur 220. L'importance de ce pic dépend donc de la pression dans le pneumatique. Pour obtenir une image de la pression dans le pneumatique, il suffit d'analyser la valeur de ce pic à chaque instant par rapport à sa valeur d'origine lorsque le pneu est à sa pression normale. Du fait que le soufflet est situé dans le creux de jante, une première compensation en température est accomplie à ce niveau. En effet, ce soufflet subit les mêmes variations de températures que l'air ambiant à l'intérieur du pneumatique. Sa pression interne évolue donc d e marnière analogue à la pression interne du pneumatique. Ceci revient à dire que pour toute température, les déplacements de l'aimant sont similaire à ce qu'ils seraient à la température ambiante. on contrôle ainsi la pression du pneumatique ramenée à a température ambiante. Une deuxième compensation en température est réalisée au niveau de la transmission de l'information vers le récepteur selon le procédé décrit dans l'exposé FR 86.05915 du déposant. Le récepteur émet un premier pic de tension X au passage de l'aimant du capteur de pression et un second pic de tension Y au passage de l'aimant de référence 250 de la figure 2. Les aimants passant respectivement d'un eCité pu@@ de de l'autre du récepteur, les pics correspondants sont de signe opposés par rapport à une valeur de base 2 du signal en l'absence de champ magnétique, valeur appelle décalage ou offset. Les effets de la variation de température extérieure, du: soit à des conditions climatiques soi à un freinage intensif, sont identiques en pourcentage sur les pics Y et Y. Pour supprimer ces effets sur la mesure réalisée par le capteur 220, on analyse le rapport X/Y plütot que la seule valeur absolue de X. Cette analyse du rapport X/Y est accomplie dans les moyens électroniques présentés en figure 3 et comprenant, en série, une unité de multiplexage 340, un amplificateur/bloqueur 350, un convertisseur analogique/numérique 360 et un microprocesseur 370. Sous le contrôle du microprocesseur 370 au travers de la ligne j, le multiplexeur se branche successivement sur chaque ligne a, b, c et d d'où il reçoit les impulsions X et Y correspondantes qu'il applique en série sur la ligne R pour transfert dans l'unité 350. Dans cette unité 350, les impulsions sont préamplifiées avant d'attaquer des bloqueurs traduisant leur valeur maximale en une tension continue appliquée sur la ligne S. Le bloqueur est réinitialisé par le microprocesseur 370 au travers de la ligne m après chaque lecture d'impulsion. La valeur de chaque tension successive et représentative des ziqnaux venant de rouer est numiriuée en 360.Ces données sont transféreeE dans le midroprocesseur 370 sur la ligne omnibue T sous son contrôle sur la ligne u. Enfin, le quotient deux à deux consécutif X/Y est établi dans le microprocesseur 370 et si nécessaire un signal d'alarme est envoyé sur la ligne L. Au montage du véhicule. quatre roues sont montées et gonflées à leur pression nominale. L 'u t i i i s a t e u r a ct i o n n e a i o r le bouton u t o n poussoir d'initialisation k du microprocesseur 370. Lors de la première mise sous tension du dispositif, ce dernier déclenche la mesure initiale de Xo et Vo sur chaque rou et ceci dès les premiers tours. Un rapport de référence Ro = XO/YO caractéristique pour chaque roue équipée est alors mis en mémoire dans l'unité de traitement 370. Puis, une surveillance débute dès que le déplacement du véhicule est supérieur à quelques km/h, moment dont l'unité de traitement 370 est informée par un signal appliqué sur la ligne j. Un contrôle en temps réel du rapport R = X/Y est effectué en le comparant au rapport initial mémorisé Ro. Lorsque la différence entre Ro et R atteint une valeur correspondant à un seuil d'enclenchement fixé par le constructeur, le système délivre sur la ligne L une alarme de sous-gonflage qu allume le voyant situé sur le tableau de bor" correspondant à la roue fautive. Par exemple, la pression de déclenchement est établie à la pression nominal c diminuée de 0,2 bars. Lors d'une alarme d e sous-gonflage l'utilisateur peut soit réajuster la pression de sa rouc soit changer de roue. Le seul réajustement de la pression de la roue ne nécessite aucune action suppléméntaire sur le dispositif dont le voyant d'alarrne disparaît dès que la pression redevient supérieure au seuil de déclenchement. Par contre, en cas de changement de roue, l'utilisateur doit réappuyer sur ive bouton poussoir d'initialisation k et le système réinitialise le rapport Ro de cette roue uniquement. Grâce à ce procédé de com,pensatiori en température de la mesure effectuée par un capteur magnétique, on peut utiliser des aimant s de forte puissance pour la transmission des signaux de la section mobile à la section fixe, ce qui donne une bonne immunité aux bruits et autorise une conception mécanique simple du dispositif qui devient fiable, De plus, les moyens électroniques permettent un étalonnement spécifique de chaque roue, lors de l'initialisation du dispositif, pour compenser les écarts du positionnement des éléments respectifs et assurer ainsi un calcul exact de la pression de gonflage. Présenté dans le cadre des avertisseurs de sous-gonflage de pneumatiques pour faciliter l'exposé, ce dispositif peut s'appliquer avec des modifications mineures à toute enceinte pressurisée et mobile cycl iquement : soit en rotation complète mais aussi en mouvement oscillatoire ce qui est le cas pour certains robots de manutention électropneumatique ou des montages pour expériences de physique fondamentale. REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance de la pression règnant dans une enceinte close rotative comprenant de moyens solidaires de l'enceinte rotative et générant un champ magnétique variable en fonction de la pression règnant dans l'enceinte ; un capteur magnétique extérieur et fixe mesurant le champ magnétique variable lors du passage cyclique des moyens devant le capteur , et d moyens électroniques de traitement de i a mesure caractérisé en ce qu'il comprend les moyens solidaires de l'enceinte rotative et générant un champ magnétique de référence influançant cycliquement le capteur magnétique afin de per-mettre une compensation en température de i a mesure du champ magnétique variable réalisé par lt. capteur magnétique. 2. D i s p o s i t i f s e 1 o n la r e v e n d i c a t i o n 1 caractérisé en ce que les moyens générant un champ magnétique de référence est un aimant permanent (250). 3. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que les moyens générant un champ magnétique variable et les moyens générant un champ magnétique de référence sont disposés sur l'enceinte rotative de telle sorte qu'ils induisent dans le capteur magnétique des signaux (X,Y) de polarité opposes respectivement par rapport à une valeur de base (Z). 4. Dispositif sel on la revendication I caractérisé en ce que les moyens électroniques de traitement comprennent en série une unité de multiplexage (340), un amplificateur/blogueur (350) traduisant la valeur maximale de chaque impulsion reçue en une tension continue, un convertisseur analogique/numérique (360) et une unité de traitement numérique (370) générant une alarme selon la valeur du rapport des deux signaux consécutifs due à l'influence du capteur- de pression (X) et de la référence magnétique (Y) respectivement. 5. Avertisseur de sous-gonflage de pneumatique monté sur une jante, caractérise en ce qu'il associe un dispositif selon la revendication 1 dont les moyens générant un champ magnétique variable en fonction de la pression régnant à l'intérieur du pneumatique comprennent une cage (120,130) parallèle à l'axe de la Jante qu elle traverse de manière étanche en son fond et qui est ouverte seulement à la pression interne du pneumatique un soufflet métallique (160) sensible à la pression interne du pneumatique en étant pressurise à une pression de référence, situé dans la partie de la cage intérieure à la jante et dont l'un des embouts (170) est fixe ; et un aimant (200) situé dans la partie de la cage extérieure à la jante (130) et relié à l'embout mobile (180) du soufflet par une entretoise (190) coulissante dans un chemin de billes (195).