Brevet FR2670889A1 — publié le 19920626

i Dispositif à capteur passif pour la surveillance de l'état de pneumatique d'une roue de véhicule et la mesure des caractéristiques de rotation de la roue. La présente invention concerne un dispositif permettant d'une part de surveiller l'état des pneumatiques d'au moins une roue de véhicule, et d'autre part de mesurer les caractéristiques de rotation de la roue, telles que vitesse de rotation, accélération angulaire, etc. Un tel dispositif peut être utilisé pour de nombreux types de véhicules équipés de roues qui sont pourvus de pneumatiques On peut citer à titre d'exemples les véhicules automobiles, les véhicules de transport routier, les wagons de métro et les trains d'atterrissage des avions. En effet pendant le fonctionnement de tels véhicules, il est intéressant de connaître non seulement les caractéristiques de rotation des roues les équipant, mais également l'état de pneumatique de ces roues pour éviter notamment le sous-gonglage ou la surchauffe des pneumatiques, afin de préserver la sécurité des véhicules et par voie de conséquence la sécurité des usagers. On connaît par la demande de brevet européen N O 0117 172, un dispositif de détection de sous-gonflage d'un pneumatique et de mesure de l'état cinétique de la roue d'un véhicule Le dispositif comprend une roue dentée tournant avec la roue et dont les dents sont réalisées avec un matériau amagnétique et conducteur de l'électricité, à l'exception de l'une d'elles qui est réalisée avec un matériau non conducteur portant un bobinage conducteur, un électroaimant fixe constituant le capteur et dans lequel les dents orientées axialement de la roue dentée génèrent un signal qui sera traité par un calculateur Le bobinage conducteur peut être court-circuité ou ouvert selon l'état de gonflage du pneumatique. On connaît par ailleurs par la demande de brevet français 2 420 439 un dispositif contrôleur de pression de pneumatiques qui comporte une couronne dentée dont les dents sont orientées axialement A la couronne dentée est associé un mécanisme de piston dont le fonctionnement dépend de la pression du pneumatique Lorsque le pneumatique est sous- gonflé, le mécanisme permet, au moyen d'un piston, à une extrémité de broche de combler le vide entre deux dents consécutives de la couronne, de façon à ce que le signal induit dans le capteur présente une irrégularité lors de son passage devant l'extrémité de la broche. La présente invention a pour objet un dispositif permettant à la fois de surveiller l'état des pneumatiques d'une roue, tel que la pression et/ou la température, et de mesurer les caractéristiques de rotation de la roue, telles que la vitesse de rotation et l'accélération angulaire, cela d'une façon simple et peu coûteuse. Selon l'invention, le dispositif comprend un élément codeur rendu solidaire de la partie tournante du moyeu de roue, un moyen de surveillance de l'état d'un pneumatique de la roue en rotation pouvant modifier les caractéristiques de l'élément codeur selon la valeur d'au moins un paramètre prédéterminé de l'état du pneumatique, et un élément capteur fixe coopérant avec l'élément codeur pour délivrer un signal à un calculateur en vue de fournir des informations sur les caractéristiques de rotation de la roue d'une part, et l'état du pneumatique d'autre part. Selon l'invention, l'élément codeur est constitué par un anneau magnétique multipolaire dont les segments aimantés de polarité différente sont répartis circonférentiellement de façon régulière et alternée, et par une bobine émettrice montée coaxialement à l'anneau multipolaire sur la partie tournante du moyeu de roue et parcourue par un courant électrique pour générer un champ magnétique se superposant au champ magnétique créé par l'anneau multipolaire au niveau de l'élément capteur, l'amplitude du signal induit dans l'élément capteur et correspondant au champ magnétique généré par la bobine émettrice étant directement fonction de la valeur du paramètre surveillé. L'anneau multipolaire rendu solidaire d'un élément tournant du moyeu de roue peut être réalisé à partir de divers matériaux susceptibles de recevoir une magnétisation multipolaire permanente. Les matériaux choisis peuvent être rigides, tels que alliages métalliques, ou souples tels que matière plastique ou élastomère chargée d'une poudre magnétisable La grande diversité de choix de matériaux facilite grandement l'intégration de l'anneau multipolaire correspondant dans des sous-ensembles mécaniques de dimensions souvent réduites, ce qui diffère des roues dentées rigides classiques ci- dessus mentionnées. Selon l'invention, l'élément capteur fixe comprend une bobine réceptrice d'induction de forme annulaire, et un élément annulaire concentrateur de flux magnétique disposé coaxialement à l'anneau multipolaire et présentant une section en U dont les parties d'extrémité des deux branches forment un espace annulaire dans lequel l'anneau multipolaire est en rotation La bobine d'induction est de préférence disposée au fond de la section en U de l'élément concentrateur de flux pour être en regard de l'anneau multipolaire. Avantageusement, l'une au moins des parties d'extrémité des branches de la section en U de l'élément concentrateur de flux est pourvue de dents régulièrement espacées circonférentiellement par des absences de matière, de sorte que lesdites dents puissent concentrer et canaliser les lignes de champ magnétique dans le même sens à travers la bobine d'induction. De cette manière, lorsqu'une seule branche du U est dentée, toutes les dents sont situées à tout moment face aux segments aimantés dont la polarité magnétique est la même Lorsque les deux branches du U comportent des dents, les dents sont associées par paires de façon que deux pôles de signes opposés d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire soient simultanément en regard de deux dents de l'élément concentrateur de flux. L'élément concentrateur de flux magnétique est réalisé à l'aide d'un matériau ferromagnétique. La bobine émettrice peut être alimentée en permanence en courant électrique alternatif, l'amplitude nominale du champ magnétique ainsi généré au niveau de l'élément capteur est alors proportionnelle à la valeur du ou des paramètre(s) surveillé(s) La fréquence du courant alternatif se situe préférentiellement en dehors du domaine de fréquences relatives aux variations de champ magnétique créé par l'anneau multipolaire Si plusieurs paramètres sont surveillés simultanément, la bobine émettrice est subdivisée en autant de parties indépendantes que de paramètres à surveiller, chaque partie étant alimentée par une source de courant alternatif Les fréquences de courant sont alors choisies différentes l'une de l'autre. Selon un autre mode de réaslisation de l'invention, la bobine émettrice n'est alimentée en courant électrique alternatif que lorsque la valeur du paramètre surveillé est considérée comme anormale par rapport à un seuil critique. Il est possible de prévoir plusieurs sources électriques reliées chacune à la bobine émettrice et à un capteur spécifique pour la détection d'un paramètre spécifique, pour surveiller simultanément par exemple la pression et la température du pneumatique. Le calculateur électronique relié à l'élément capteur, c'est-à-dire à la bobine d'induction, procède de manière connue en soi à l'analyse du signal afin de pouvoir en déduire les informations sur la vitesse de la roue et ses variations, ainsi que les paramètres mesurés dans le pneumatique. On peut de cette façon choisir par exemple, soit la surveillance de la pression de gonflage du pneumatique, soit la température du pneumatique, soit les deux simultanément. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention équipant une roue non représentée et comportant un anneau multipolaire à aimantation radiale; les figures 2 a, 2 b et 2 c sont des signaux électriques induits dans la bobine réceptrice de l'invention; et les figures 3, 4 et 5 donnent trois types d'aimantation radiale, axiale, circonférentielle de l'anneau multipolaire selon l'invention. Comme montré sur la figure 1, le dispositif de surveillance de l'état de pneumatique d'une roue de véhicule et de mesure des caractéristiques de rotation de la roue, selon l'invention, est monté sur un palier à roulement 1 comportant une bague extérieure tournante 2 et deux demi-bagues intérieures non tournantes 3, 4 Entre la bague extérieure 2 et les deux demi-bagues intérieures 3, 4 sont montées deux rangées de billes 5, 6 à contact oblique maintenues avec un écartement convenable par une cage 7 La bague extérieure 2 peut être rendue solidaire ou faire corps avec le moyeu tournant de roue non représenté La rotation de la roue entraîne directement la rotation de la bague extérieure 2 du palier à roulement 1. L'étanchéité latérale du palier à roulement 1 est assurée d'un côté par un joint d'étanchéité de type classique 8 et de l'autre par un joint d'étanchéité 9 adapté au montage de l'élément codeur du dispositif de l'invention A cet effet, le joint d'étanchéité 9 présente un flasque de support 10, de préférence en matériau amagnétique tel qu'un acier inox, monté dans l'alésage de la bague extérieure tournante 2 et muni d'une collerette radiale 11, un anneau multipolaire 12 à magnétisation radiale étant fixé sur ladite collerette radiale 11 directement ou par l'intermédiaire d'une couronne 13 non magnétique réalisée par exemple par un élastomère ou un matériau plastique Le joint d'étanchéité 9 présente également une bague annulaire d'étanchéité 14 par exemple en caoutchouc venant en contact de frottement avec une annature 15 montée autour de la demi-bague 4 L'armature 15 présente une collerette 16 munie d'une pluralité de fentes 17. Selon l'invention, l'anneau multipolaire 12 est constitué par une pluralité de segments aimantés de polarité différente répartis circonférentiellement de façon alternée et régulière Une bobine émettrice 12 a est montée sur le flasque de support 10 coaxialement à l'anneau multipolaire 12 et reliée électriquement à un moyen de surveillance de l'état pneumatique de la roue tournante non représentée via une liaison 12 b, le moyen de surveillance pouvant être un manocontacteur pour la pression ou un thermocontacteur pour la température L'anneau multipolairel 2 ainsi que la bobine émettrice 12 a sont entraînés en rotation par la bague extérieure tournante 2 du palier à roulement 1 face à un élément capteur 18 fixe en rotation. L'élément capteur 18 comprend une bobine réceptrice d'induction 19 et un élément concentrateur de flux magnétique 20 réalisé à partir d'un matériau ferromagnétique L'élément concentrateur de flux 20, présente une forme annulaire dont la section est en U L'élément concentrateur 20 enferme la bobine d'induction 19 au fond du U dont les branches font saillie au-delà de la bobine 19 pour être en face des circonférences intérieure et extérieure de l'anneau multipolaire 12. Dans cet exemple, la branche du U située radialement à l'extérieur est pourvue d'une pluralité de dents 21 dont la largeur sensiblement identique à la largeur circonférentielle d'un segment aimanté, les dents 21 étant espacées circonférentiellement de façon régulière pour être situées simultanément en face des segments aimantés de même polarité. L'ensemble constitué par la bobine d'induction 19 et l'élément concentrateur 20 est avantageusement noyé par surmoulage à l'intérieur d'un bloc 23 de résine ou de matière plastique moulable et électriquement isolante pour constituer l'élément capteur 18 dans son ensemble. L'élément capteur 18 est rendu solidaire d'une couronne de montage 24 qui présente une pluralité de griffes radiales 25 capables de venir s'encliqueter dans les fentes 17 de l'armature 15, les griffes étant disposées dans l'alésage de la couronne 24 et venant pénétrer depuis l'extérieur dans les fentes 17 De cette manière, l'élément capteur 18 peut être aisément monté en regard de l'anneau multipolaire 12 se trouvant déjà en place, l'encliquetage de la couronne de montage 24 permettant de réduire les défauts de positionnement lors de l'assemblage. La bobine d'induction 19 est reliée électriquement à des broches de connexion 26 d'une tête de connexion 27 intégrée à la couronne de montage 24 pour la transmission du signal émis par la bobine 19 jusqu'à une unité de traitement extérieure faisant par exemple partie d'un dispositif anti-blocage de roue de véhicule automobile. Si cela est nécessaire, on peut prévoir des moyens d'étanchéité supplémentaires pour parfaire l'isolation par rapport au milieu extérieur A titre d'exemple, on a illustré sur la figure 1 une variante représentée en trait interrompu dans laquelle la couronne de montage 24 présente un rebord périphérique 28 avec lequel entre en contact une lèvre d'étanchéité 29 faisant partie de la bague 13 servant de fixation à l'anneau multipolaire 12. L'anneau multipolaire peut comporter une aimantation radiale comme dans l'exemple qui vient d'être décrit (figure 3), mais il peut présenter également une aimantation axiale (figure 4) ou circonférentielle (figure 5) Il suffit à cet effet de disposer l'élément capteur 18 radialement ou axialement de façon appropriée par rapport à l'anneau multipolaire 12 pour profiter de la variation périodique du champ magnétique lorsque l'anneau multipolaire est entraîné en rotation. Les figures 2 a à 2 c montrent le fonctionnement du dispositif de l'invention qui permet d'une part de mesurer la vitesse de rotation ou des variations de vitesse de rotation de la roue et, d'autre part de surveiller l'état du pneumatique de la roue. Sur les figures 2 a, 2 b et 2 c sont représentés les signaux électriques générés dans la bobine d'induction 19 respectivement provoqués par les variations du champ magnétique de l'anneau multipolaire 12, par le champ magnétique créé par la bobine émettrice 12 a lorsque celle-ci est alimentée en permanence en courant alternatif, et enfin la tension résultante du signal généré dans la bobine d'induction 19 et délivré au calculateur non représenté. Les deux signaux induits (figres 2 a et 2 b) sont périodiques et de forme sensiblement sinusoïdale par rapport au temps Les fréquences respectives de ces deux signaux sont distinctes l'une de l'autre pour que le calculateur puisse ensuite décomposer le signal résultant (figure 2 c), de manière connue en soi, afin d'en déduire d'une part la vitesse de rotation et l'accélération angulaire de la roue, et d'autre part la présence ou l'absence d'anomalies de l'état du pneumatique en surveillant par exemple l'amplitude du signal résultant. REVENDICATIONS 1 Dispositif de surveillance de l'état de pneumatique d'une roue de véhicule et de mesure des caractéristiques de rotation de la roue, comprenant un élément codeur rendu solidaire de la partie tournante ( 2) du moyeu de roue, un moyen de surveillance de l'état de pneumatique de la roue en rotation pouvant modifier les caractéristiques de l'élément codeur selon la valeur d'un paramètre prédéterminé de l'état du pneumatique, et un élément capteur fixe ( 18) coopérant avec l'élément codeur pour délivrer un signal à un calculateur en vue de fournir des informations sur les caractéristiques de rotation de la roue d'une part et l'état de pneumatique d'autre part, caractérisé par le fait que l'élément codeur est constitué par un anneau magnétique multipolaire ( 12) dont les segments aimantés de polarité différente sont répartis circonférentiellement de façon régulière et alternée, et une bobine émettrice ( 12 a) montée coaxialement à l'anneau multipolaire ( 12) sur la partie tournante ( 2) du moyeu de roue et parcourue par un courant électrique pour générer un champ magnétique se superposant au champ magnétique créé par l'anneau multipolaire au niveau de l'élément capteur ( 18), l'amplitude du signal induit dans l'élément capteur et correspondant au champ magnétique généré par la bobine émettrice étant directement fonction de la valeur du paramètre surveillé. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément capteur ( 18) comprend une bobine d'induction annulaire ( 19) et un élément annulaire concentrateur de flux magnétique ( 20) disposé coaxialement à l'anneau multipolaire ( 12) et présentant une section en U dont les parties d'extrémité des deux branches forment un espace annulaire dans lequel l'anneau multipolaire est en rotation, l'élément concentrateur de flux entourant la bobine d'induction dans la section en U. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'une des parties d'extrémité des branches de la section en U de l'élément concentrateur de flux ( 20) est pourvue de dents régulièrement espacées circonférentiellement par des absences de matière, chaque dent présentant une largeur sensiblement identique à la largeur circonférentielle d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire ( 12), toutes les dents étant situées face aux segments aimantés dont la polarité magnétique est la même. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux parties d'extrémité de la section en U de l'élément concentrateur de flux ( 20) sont pourvues de dents dont la largeur est sensiblement identique à la largeur circonférentielle d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire ( 12), les dents étant réparties circonférentiellement de façon régulière de sorte que deux pôles de signes opposés d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire soient simultanément en regard de deux dents de l'élément concentrateur de flux. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la bobine émettrice ( 12 a) est alimentée en permanence en courant alternatif dont la fréquence est située en dehors du domaine de fréquences relatives aux variations de champ magnétique généré par l'anneau multipolaire ( 12) en rotation avec la roue, l'amplitude du champ magnétique créé par la bobine émettrice étant proportionnelle à la valeur du paramètre surveillé, tel que la pression ou la température du pneumatique. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la bobine émettrice ( 12 a) comprend deux ou plusieurs parties indépendantes, chacune étant alimentée par une source de courant alternatif et correspondant à un paramètre spécifique de l'état du pneumatique, tel que la pression et la température du pneumatique, les fréquences des courants étant différentes l'une de l'autre. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la bobine émettrice ( 12 a) n'est alimentée en courant électrique que lorsque la valeur du paramètre surveillé est considérée comme anormale par rapport à un seuil critique. 8 Dispositif selon la revendications 7, caractérisé par le fait que le paramètre surveillé est la pression du pneumatique, et que le seuil critique est constitué soit par un seuil de pression minimum, ou un seuil de pression maximum, soit par deux seuils minimum et maximum de pression. 9 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le paramètre surveillé est la température du pneumatique et que le seuil critique correspond à un seuil de température maximale. Dispositif selon la revendications 7, caractérisé par le fait qu'il surveille à la fois la pression et la température du pneumatique au moyen de deux sources de courant indépendantes et reliées chacune à la bobine émettrice ( 12 a).