Brevet FR2669728A1 — publié le 19920529

i Dispositif à capteur actif 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 (R.V I), 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 2420439 (WABCO) 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 lorsque la valeur d'un paramètre prédéterminé a franchi un seuil critique, 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 dont au moins un des segments aimantés est remplacé par une micro-bobine parcourue en permanence par un courant électrique continu dont le sens change lors du franchissement du seuil critique du paramètre détecté par ledit moyen de surveillance du pneumatique, la micro-bobine produisant un champ magnétique d'intensité sensiblement identique et de direction parallèle à celui que produirait le segment aimanté qu'elle remplace. 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. En outre, grâce au choix d'un anneau multipolaire comme élément codeur, l'invention permet l'utilisation de capteurs magnétiques du type actif, tel que sondes à effet Hall ou magnétorésistances qui sont de très petites dimensions et présentent un avantage non négligeable pour l'intégration du dispositif de l'invention dans un espace réduit. Selon l'invention, la micro-bobine intégrée à l'anneau multipolaire peut créer un champ magnétique dont le sens est soit identique à celui du segment aimanté qu'elle remplace, soit à l'opposé de celui-là de façon à pouvoir créer une irrégularité dans le signal induit dans le capteur magnétique actif si nécessaire. Le calculateur électronique relié au capteur magnétique actif 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. Il est possible de prévoir plusieurs micro-bobines reliées entre elles, par exemple en série, à un même capteur et disposées de façon régulière sur la circonférence de l'anneau multipolaire afin d'affiner l'information au moyen de plusieurs réponses par tour de roue. Il est également possible de prévoir plusieurs micro-bobines reliées chacune à un capteur spécifique pour la détection d'un paramètre spécifique, pour surveiller simultanément par exemple la pression et la température du pneumatique. 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 et 3 sont des schémas montrant deux états de fonctionnement d'une micro-bobine de l'invention; les figures 4 et 5 montrent des signaux induits dans le capteur correspondant respectivement aux figures 2 et 3; et les figures 6, 7 et 8 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 armature 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 dont au moins un est remplacé par une micro-bobine 12 a orientée radialement dans cet exemple 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 multipolaire ainsi constitué est entraîné 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 un capteur actif 19 qui peut être constitué par exemple par une sonde à effet Hall, une magnétorésistance ou un élément actif analogue sensible aux variations de champ magnétique Le capteur actif 19 est disposé directement entre deux éléments concentrateurs de flux magnétique 20, 21 réalisés à partir d'un matériau ferromagnétique Les éléments concentrateurs sont de préférence de même structure, l'élément concentrateur 20 étant disposé radialement à l'extérieur par rapport à l'axe de rotation du palier 1 tandis que l'élément concentrateur 21 est disposé à l'intérieur par rapport à l'élément concentrateur 20. Les éléments concentrateurs de flux 20, 21 présentent de préférence une forme en U dont une branche dite de concentration de flux est en contact avec une face interne ou externe du capteur 19 et dont l'autre branche dite collectrice de flux fait saillie au-delà du capteur 19 pour être en face de la circonférence intérieure ou extérieure de l'anneau multipolaire 12 Les branches collectrices des éléments concentrateurs de flux 20, 21 présentent une largeur sensiblement identique à la largeur circonférentielle d'un segment aimanté et délimitent ainsi un entrefer dans lequel défile l'anneau multipolaire 12, de sorte que deux pôles de signes opposés d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire 12 soient simultanément en regard des deux branches collectrices de flux des éléments concentrateurs 20, 21. L'ensemble constitué par le capteur et les deux éléments concentrateurs 20, 21 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 Les éléments concentrateurs de flux 20, 21 peuvent comporter des trous servant au centrage desdits concentrateurs dans le moule avant le surmoulage de la couronne de montage 24. Un circuit imprimé 26 est relié électriquement au capteur 19 afin de réaliser un traitement préalable du signal émis par le capteur 19 Le circuit imprimé 26 est intégré dans la couronne de montage 24 à proximité de l'élément capteur 18 Des broches de connexion 27 relient le circuit imprimé 26 à une tête de connexion 28 intégrée à la couronne de montage 24 et permettant la transmission du signal émis par le capteur 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 29 avec lequel entre en contact une lèvre d'étanchéité 30 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 6), mais il peut présenter également une aimantation axiale (figure 7) ou circonférentielle (figure 8) 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 à 5 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. La micro-bobine 12 a est disposée de façon à générer un champ magnétique d'intensité sensiblement identique et de direction parallèle à celui que produirait le segment aimanté qu'elle remplace La micro- bobine 12 a est reliée via la liaison 12 b à un moyen de surveillance non représenté de l'état de pneumatique, tel que la pression ou la température Le moyen de surveillance peut comprendre une source d'alimentation électrique, telle qu'une pile au lithium, un détecteur à seuil de pression ou de température, et un moyen d'inversion du courant électrique alimentant la micro-bobine 12 a La détection de pression ou de température par le moyen de surveillance est connue en soi. Lorsque l'état de pneumatique est satisfaisant, c'est-à-ditre lorsque la pression est supérieure à un seuil minimum critique ou inférieure à un seuil maximum critique, ou la température est inférieure à un seuil maximum critique, le moyen de surveillance contrôle le sens du courant continu alimentant la micro-bobine 12 a via la liaison 12 b, de façon à obtenir un champ magnétique généré par la microbobine 12 a de sens identique à celui obtenu par le segment aimanté qui est remplacé par la micro-bobine C'est-à-dire, la polarité du champ magnétique créé par la micro-bobine 12 a est différente de celle des deux segments aimantés adjacents Cet état de fonctionnement se traduit par les figures 2 et 4. La figure 4 représente en particulier une portion développée de l'anneau multipolaire 12 vu suivant une direction radiale L'état de pneumatique étant normal, le champ magnétique généré par la micro- bobine 12 a assure la périodicité du signal 31 issu du capteur actif 19. Le calculateur analyse le signal 31 pour en déduire la vitesse de rotation de la roue, l'accélération angulaire de la roue et l'absence d'anomalie de l'état de pneumatique. Lorsque l'état de pneumatique est anormal, c'est-à-dire lorsque la pression est inférieure au seuil critique minimum ou supérieure au seuil critique maximum, ou la température est supérieure à un seuil maximum, le moyen de surveillance inverse le sens du courant continu alimentant la micro-bobine 12 a (figures 3 et 5), ce qui entraîne une inversion de polarité du champ magnétique généré par la micro-bobine 12 a Il en résulte que, vu du capteur actif 19, l'anneau multipolaire 12 présente trois secteurs contigus de polarité identique et que le signal 31 induit dans le capteur actif 19 présente une irrégularité dans sa périodicité Le calculateur analyse le signal 31 et en déduit la vitesse de rotation de la roue, l'accélération angulaire de la roue et la présence d'anomalies dans le pneumatique qui peut être signalée par une alarme visuelle ou sonore. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la présence d'une seule micro-bobine dans l'anneau multipolaire 12 En effet, pour améliorer la surveillance de l'état de pneumatique de la roue, il est possible de prévoir plusieurs micro-bobines reliées les unes aux autres et espacées angulairement les unes des autres sur l'anneau multipolaire 12, les micro-bobines étant reliées au moyen de surveillance soit de la pression soit de la température du pneumatique L'avantage principal d'une telle disposition est de délivrer plusieurs informations sur l'état de pneumatique par tour de roue et de révéler par voie de conséquence la présente d'anomalies de pneumatique de façon presque instantanée. n est également possible de prévoir deux ou plusieurs moyens de surveillance de l'état de pneumatique, chacun contrôlant un paramètre prédéterminé, par exemple la pression, la température, etc A chaque moyen de surveillance est reliée(s) une ou plusieurs micro-bobine(s) répartie(s) sur l'anneau multipolaire 12 Le calculateur signale l'anomalie de pneumatique dès que le signal 31 généré par le capteur 19 présente une irrégularité de périodicité. 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 lorsque la valeur d'un paramètre prédéterminé a franchi un seuil critique, et un élément capteur fixe ( 18) coopérant avec l'élément codeur pour délivrer un signal ( 31) 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 dont au moins un des segments aimantés est remplacé par une micro-bobine ( 12 a) parcourue en permanence par un courant électrique continu dont le sens change lors du franchissement du seuil critique du paramètre détecté par ledit moyen de surveillance, la micro-bobine ( 12 a) produisant un champ magnétique d'intensité sensiblement identique et de direction parallèle à celui que produirait le segment aimanté qu'elle remplace. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la micro-bobine ( 12 a) produit un champ magnétique dont le sens est opposé à celui des segments aimantés adjacents lorsque la valeur du paramètre surveillé est considérée comme normale par rapport au seuil critique. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un moyen de surveillance de l'état de pneumatique comportant une source d'alimentation électrique, telle que pile au lithium, un détecteur à seuil du paramètre contrôlé, et un moyen d'inversion du courant électrique alimentant la micro-bobine ( 12 a). 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément capteur ( 18) comprend un capteur actif ( 19) tel qu'une sonde à effet Hall, une magnétorésistance ou analogue, et deux éléments concentrateurs de flux magnétique ( 20, 21) présentant chacun une branche collectrice de flux et une branche de concentration de flux, le capteur étant monté contre les deux branches de concentration de flux et l'anneau multipolaire ( 12) étant disposé entre les deux branches collectrices de flux dont la largeur est sensiblement identique à la largeur circonférentielle d'un segment aimanté de l'anneau multipolaire, de sorte que deux pôles de signes opposés d'un segment de l'anneau multipolaire soient simultanément en regard des branches collectrices de flux des éléments concentrateurs de flux ( 20, 21). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 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. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, 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. 7 Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs micro-bobines en série électriquement reliées au moyen de surveillance, lesdites micro-bobines étant disposées circonférentiellement sur l'anneau multipolaire ( 12) de façon sensiblement régulière. 8 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il surveille à la fois la pression et la température du pneumatique au moyen de deux micro-bobines.