Brevet FR2709831A1 — publié le 19950317

SYSTEME DE DETECTION DE CRASH POUR VEHICULE, NOTAMMENT POUR AERONEF L'invention concerne les dispositifs de sécurité du type utilisable chaque fois qu'il est nécessaire de détecter une accélération subie par un mobile, en vue de fournir une information pouvant être sonore et/ou visuelle, de déclencher une alarme ou d'effectuer une action spécifique. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs à déclenchement à impact comprenant un capteur d'accélération. Un tel système de sécurité est utilisable par exemple dans le domaine de l'automobile pour déclencher les dispositifs de protection du type "AIR BAG" ou pour désactiver certaines commandes électriques telles que l'allumage ou la condamnation électromagnétique des portes. Une autre application importante concerne la détection de crash des aéronefs selon laquelle une radiobalise de détresse est activée automatiquement par un dispositif de mise en marche associé à un détecteur de crash. La contrainte primordiale imposée à ces dispositifs est que le déclenchement se fasse avec un maximum de fiabilité, c'est-à-dire sans défaillance ni activation intempestive. Ainsi, le critère déterminant l'activation d'une radiobalise fait intervenir une combinaison de valeurs de seuil de durée et d'accélération dans une direction et un sens déterminés. Ces conditions sont établies de façon précises par les autorités aéronautiques internationales, actuellement sous la forme d'un diagramme durée/accélération. Les déclencheurs à impact connus jusqu'à présent utilisent des accéléromètres à mesure de déplacement où une masse sismique est associée à un dispositif d'amortissement et à un élément de rappel. Le mouvement de la masse, soumise aux accélérations et contrôlée dans son déplacement par les éléments élastiques et amortisseurs, vient établir directement ou indirectement un contact électrique temporaire permettant de produire un signal de détection. Les dispositifs connus présentent tous les inconvénients liés à la présence d'éléments mécaniques. Ainsi, leur précision est difficile à garantir car leur fabrication en série est sujette aux aléas de tolérance propres aux réalisations de pièces mécaniques. De plus, l'exigence d'une bonne précision entraîne des coûts de fabrication élevés. Enfin, ces dispositifs étant prévus pour être placés dans un environnement sévère, il en résulte une diminution de leur fiabilité due aux modifications dans le temps des caractéristiques de certains de leurs éléments. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents en proposant une réalisation ne comportant aucune pièce mécanique. Dans ce but, l'invention a pour objet un système de détection de crash pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur d'accélération statique pour fournir un signal de mesure d'accélération de l'aéronef, une unité de traitement numérique programmable recevant ledit signal d'accélération, ladite unité de traitement comportant au moins une mémoire non volatile pour mémoriser des valeurs limites de paramètres dynamiques du véhicule, en ce que ladite mémoire contient en outre des données de correction d'accélération et en ce que ladite unité de traitement comporte un programme de détection de crash, l'exécution dudit programme consistant périodiquement à prendre en compte ledit signal de mesure d'accélération et en déduire une valeur d'accélération corrigée correspondante au moyen desdites données de correction, à calculer des valeurs mesurées desdits paramètres dynamiques en fonction desdites valeurs d'accélération corrigées et à comparer périodiquement lesdites valeurs mesurées auxdites valeurs limites pour produire un signal de détection de crash en fonction de ladite comparaison. La mémoire non volatile permet ainsi d'adapter le système aux évolutions des critères d'activation et de compenser les dispersions de fabrication du capteur d'accélération. Pour améliorer encore la souplesse d'utilisation du système et selon un autre aspect de l'invention, le système est en outre caractérisé en ce qu'il comporte une unité d'entrée-sortie permettant d'échanger des données avec l'extérieur du système et de recevoir des signaux de commande, en ce que ladite mémoire non volatile est modifiable électriquement par des moyens d'écriture de ladite unité de traitement et en ce que ledit programme d'écriture est activable par des signaux de commande de chargement pour effectuer par l'intermédiaire de ladite unité d'entrée-sortie le chargement dans la mémoire non volatile desdites valeurs limites et/ou desdites données de correction. Les dispositions précédentes permettent ainsi d'ajuster précisément les conditions de déclenchement non seulement lors de la fabrication mais aussi au cours de la vie du système en prévoyant périodiquement des opérations de réétalonnage au moyen d'appareils de test. I1 est clair qu'une telle possibilité est pratiquement exclue dans le cas d'un détecteur comportant des éléments mécaniques. Selon une première variante de réalisation, le système comporte une entrée d'étalonnage pour recevoir un signal d'accélération de référence, l'unité de traitement comportant un programme d'étalonnage activable par des signaux de commande d'étalonnage, l'exécution dudit programme d'étalonnage consistant à mémoriser lesdites données de correction en réponse audit signal d'accélération de référence. Selon une autre caractéristique visant à améliorer la précision, le système comporte un capteur de température fournissant un signal de température à l'unité de traitement, lesdites données de correction d'accélération corrigeant également les caractéristiques dudit capteur d'accélération en fonction dudit signal de température. I1 est d'autre part indispensable que le système de détection soit capable de fonctionner en toute circonstance, notamment en cas de défaillance du système électrique du véhicule. Pour cela, selon encore un autre aspect de l'invention, le système comporte une source d'alimentation électrique autonome et un dispositif de commande d'alimentation de l'unité de traitement, ledit capteur d'accélération étant muni d'un transducteur et ledit dispositif de commande recevant le signal fourni par ledit transducteur et étant conçu de façon à établir l'alimentation de l'unité de traitement lorsque le signal fourni par ledit transducteur dépasse une valeur de seuil déterminée. Le transducteur mentionné ci-dessus peut être du type piézorésistif, silicium ou piézoélectrique. Dans ce dernier cas, on pourra utiliser l'élément piézoélectrique comme source d'énergie en exploitant le fait que les vibrations auxquelles il est soumis dans son environnement lui permettent de charger un accumulateur par l'intermédiaire d'un circuit de charge qu'il alimente. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de la description en référence aux figures. - La figure 1 est un schéma d'ensemble d'un système de détection conforme à l'invention. - La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'unité de traitement du système selon l'invention. - La figure 3 représente une courbe de déclenchement pour détecteur de crash. - Les figures 4 et 5 montrent deux possibilités de correction des valeurs d'accélération. - La figure 6 montre les variations d'un signal de mesure d'accélération en fonction de l'accélération réelle et de la température. - La figure 7 montre schématiquement un exemple de correction de l'accélération tenant compte de la température. - La figure 8 est un organigramme montrant un exemple de fonctionnement de l'unité de traitement. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un système de détection de crash conforme à l'invention. Le système comporte une unité de traitement 1 commandant une radiobalise 10 par le signal de détection s. L'unité de traitement 1 comporte trois entrées analogiques prévues pour recevoir respectivement un signal de mesure GO d'accélération, un signal d'accélération de référence Gref et un signal de mesure de température 00. Le signal de mesure d'accélération GO est fourni par un capteur d'accélération constitué d'un transducteur d'accélération 2 et d'un amplificateur 3. Le transducteur, par exemple du type piézoélectrique, fournit à l'entrée de l'amplificateur 3 une tension e sensiblement proportionnelle à l'accélération. La tension e amplifiée par l'amplificateur 3 constitue le signal GO. Le signal de mesure de température eo est fourni par un capteur de température constitué d'un transducteur thermoélectrique 4 associé à un amplificateur 5. Le signal Gref est un signal d'accélération de référence qui n'est appliqué que lors des opérations d'étalonnage. L'unité 1 comporte également une entrée numérique bidirectionnelle a permettant un dialogue avec l'utilisateur par l'intermédiaire d'une unité d'entrée-sortie 6. L'unité 1, la radiobalise 10, les amplificateurs 3 et 5 et le transducteur 4 sont alimentés par une source d'alimentation 7 par l'intermédiaire d'un interrupteur 9. L'interrupteur 9 est commandé par un circuit à seuil 8 qui reçoit en entrée la tension e fournie par le transducteur 2. La source 7 comporte une pile 7C reliée à l'interrupteur 9 ainsi qu'un accumulateur 7B relié à un circuit de charge 7A qui reçoit la tension e. L'accumulateur 7B et la pile 7C sont reliés à un circuit d'alimentation 7D du circuit à seuil 8. Le système de la figure 1 fonctionne de la façon suivante. Tant que la tension e fournie par le transducteur d'accélération 2 reste inférieure à une valeur de seuil el déterminée par le détecteur de seuil 8, l'interrupteur 9 reste ouvert et l'unité 1, la radiobalise 10, les amplificateurs 3 et 5 et le transducteur 4 ne sont pas alimentés. Le circuit à seuil 8 sera dimensionné de façon à ce que la valeur de seuil el reste en tout cas inférieure au seuil de déclenchement de l'exécution du programme de déclenchement de l'unité 1, indépendamment des dispersions de fabrication et des dérives prévisibles des caractéristiques du transducteur 2 et du détecteur 8 ainsi que des fluctuations de la tension d'alimentation. Dans un environnement normal d'utilisation, les vibrations subies par le transducteur piézoélectrique 2 lui permettent de fournir en permanence une énergie électrique utilisable pour charger l'accumulateur 7B par l'intermédiaire du circuit 7A. Le circuit d'alimentation 7D est toutefois prévu pour permettre l'alimentation du circuit à seuil 8 par la pile 7C dans le cas où la charge de l'accumulateur 7B serait insuffisante. Dès que la tension e dépasse le seuil el, le détecteur de seuil 8 commande la fermeture de l'interrupteur 9, autorisant ainsi l'alimentation des amplificateurs, du transducteur de température, de l'unité et de la radiobalise. Les signaux analogiques GO et 00 sont alors appliqués à l'entrée de l'unité 1. Avant de continuer l'explication du fonctionnement, il convient de se référer à la figure 2 qui représente un exemple de structure de l'unité de traitement 1. L'unité est organisée autour d'un bus de communication B composé de lignes de donnée, d'adresse et de commande non représentées séparément. Sur le bus B sont branchés un microcontrôleur 11, une mémoire de programme 12, une mémoire programmable modifiable électriquement 13, une mémoire vive 14, un convertisseur analogique-numérique 15 et une interface de dialogue 17. L'ensemble est complété par un générateur de signaux d'horloge 18, une interface de sortie 19 et un circuit à seuil 16. Le microcontrôleur 11 est destiné à exécuter un programme de détection de crash contenu dans la mémoire de programme 12. La mémoire 12 pourra également contenir un programme d'écriture et/ou un programme d'étalonnage comme nous le verrons plus en détail ultérieurement. La mémoire vive 14 est prévue pour stocker les valeurs de mesure d'accélération et de température ainsi que des résultats obtenus lors de l'exécution des programmes. La mémoire programmable 13 est par exemple du type EEPROM et contient des valeurs limites de paramètres dynamiques du véhicule, par exemple sous la forme de courbes de déclenchement. Elle peut également être utilisée pour personnaliser l'équipement, par exemple en stockant le nom d'un aéronef, de son propriétaire, de la date de mise en service, des révisions effectuées, etc. Le convertisseur analogique-numérique 15 comporte un multiplexeur d'entrée commandé par le microcontrôleur 11 de façon à échantillonner périodiquement les signaux analogiques GO, eo et Gref. Le signal GO est appliqué à l'entrée du détecteur de seuil 16 dont la sortie fournit un signal d'activation du microcontrôleur 11. Le détecteur de seuil 16 est dimensionné de façon à activer le microcontrôleur lorsque le signal de mesure d'accélération GO dépasse une valeur de seuil G1 en tout cas inférieure aux valeurs limites d'accélération impliquées dans le programme de détection de crash. Pour un aéronef, ce seuil sera par exemple fixé à la valeur 0,3g (g étant l'accélération de la pesanteur). Pour expliquer le fonctionnement de l'unité 1, nous supposons d'abord que les programmes et les données nécessaires au fonctionnement sont chargés dans les mémoires. Tant que le signal GO est inférieur au seuil G1, l'unité est au repos. Dès que ce seuil est dépassé, le signal d'activation du détecteur 16 réveille le microcontrôleur 11 et, si ce signal persiste au-delà d'une durée déterminée, le microcontrôleur 11 commence l'exécution du programme de détection de crash. Un tel programme sera expliqué plus en détail en référence à la figure 8. L'exécution de ce programme permet de détecter si les conditions d'un crash sont réunies. Dans ce cas, le microcontrôleur 11 positionne un signal s de détection de crash destiné à être transmis à la radiobalise 10 par l'intermédiaire de l'interface 19. L'interface de dialogue 17 sert d'abord à l'initialisation du système en fin de fabrication. Elle consiste en particulier en une opération d'étalonnage de la mesure d'accélération. Bien entendu, l'interface 17 peut également servir lors de révision pour réétalonner le processus de mesure si des dérives de caractéristiques des composants se sont produites. Ces opérations mettront en oeuvre un programme d'écriture de données de correction dans la mémoire non volatile 13. Selon une première possibilité, on utilise un système d'étalonnage externe qui calcule sous forme numérique les données de correction d'accélération en fonction du signal analogique GO et ces données sont transmises à l'unité par l'intermédiaire de l'interface 17. Selon une autre possibilité, on prévoit dans l'unité 1 un programme d'étalonnage capable de calculer en interne les corrections en fonction d'un signal d'accélération de référence Gref fourni par un capteur d'accélération calibré. Le programme de détection est conçu pour analyser l'accélération corrigée en vue de détecter si les conditions du crash sont réunies. Ces conditions peuvent bien sûr être variables en fonction de l'application du système mais, pour une application donnée, elles peuvent être modifiées notamment pour suivre l'évolution de normes. A titre d'illustration, nous allons décrire le cas de la norme actuellement en vigueur dans le domaine de l'aéronautique. Selon cette norme, le système doit déclencher le signal de détection si l'accélération dépasse une valeur de seuil GdO et si la variation de vitesse de l'aéronef dépasse une valeur limite SVd, cette variation de vitesse étant calculée depuis l'instant où et aussi longtemps que l'accélération dépasse la valeur de seuil GdO. Ces conditions peuvent être représentées par une courbe de déclenchement telle que représentée à la figure 3. La courbe représente la valeur d'accélération limite Gd en fonction du temps Std, l'unité d'accélération étant l'accélération de la pesanteur g et le temps étant exprimé en millisecondes. La courbe présente l'allure d'une hyperbole pour les valeurs d'accélération supérieures à la valeur de seuil GdO (ici à environ 2g) et se prolonge par une horizontale à partir de cette valeur. Ainsi, si les valeurs moyennes de l'accélération de l'aéronef calculées pour plusieurs intervalles de temps successifs se situent au-dessus de la courbe, le signal de détection s est déclenché. Bien entendu, la figure 3 représente une courbe de déclenchement idéale mais en pratique, il est prévu une plage de tolérance autour de cette courbe. Quelques exemples de mise en oeuvre pratique pour déterminer la valeur d'accélération corrigée en fonction des signaux analogiques de mesure vont maintenant être présentés. Les cas où une correction en température n'intervient pas sont schématisés aux figures 4 et 5. Dans le cas de la figure 4, l'accélération corrigée Gc est directement obtenue par adressage de la mémoire programmable 13 en fonction du signal de mesure d'accélération GO sous sa forme numérique. Si l'on veut réduire la quantité d'informations en mémoire, on peut utiliser la méthode schématisée à la figure 5 où seules les corrections 6G0 sont mémorisées. Dans ce cas, l'adressage de la mémoire 13 en fonction de GO est suivi d'une opération de sommation GO + EG0 pour obtenir la valeur corrigée Gc. La figure 6 montre un ensemble de courbes représentant les variations de l'accélération mesurée GO en fonction de l'accélération réelle G pour plusieurs valeurs de la température T1, T2, T3, T4. Ainsi à une température donnée, par exemple T2, l'accélération mesurée G0(T2) doit correspondre à une valeur corrigée Gc correspondant à une correction EG0. Ainsi, pour tenir compte de la température dans le processus de correction, on pourra par exemple organiser la mémoire 13 conformément à la figure 7. Pour plusieurs valeurs 01-04 de la température mesurée 00, on associe une table de correction. La valeur d'accélération corrigée Gc (ou la valeur de correction EG0) est alors obtenue par un adressage à deux niveaux, d'abord en fonction de la température par les poids forts de l'adresse puis en fonction de l'accélération GO par les poids faibles. La figure 8 est un organigramme montrant un exemple de programme de détection de crash. L'accélération mesurée GO, sous forme analogique, est comparée en permanence à la valeur de seuil Gl par le détecteur de seuil 16. Si le seuil est atteint, le microcontrôleur 11 est réveillé et il prend en compte (étape 20) périodiquement les valeurs d'accélération GO et de température 00 mesurées par l'intermédiaire du convertisseur analogique-numérique 15. I1 calcule ensuite (étape 21) l'accélération corrigée Gc en fonction des valeurs mesurées GO, 00. Si l'accélération corrigée Gc est supérieure à la valeur de seuil GdO, l'unité calcule la variation de vitesse EVc en effectuant le cumul Gc des valeurs d'accélération corrigées Gc (étape 24). Ce cumul se poursuit aussi longtemps que Gc reste supérieur ou égal à GdO et que EVc reste inférieur à une valeur limite de variation de vitesse EVd. Si Gc redevenait inférieur à GdO, le cumul ZGc est remis à zéro (étape 23). Si d'autre part la valeur de cumul EVc devient supérieure ou égale à la variation de vitesse limite EVd (étape 25), le signal de détection s est mis à 1 (étape 26). L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Elle couvre au contraire toutes les variantes utilisant des moyens équivalents. En particulier, d'autres conditions de déclenchement du signal de détection s pourraient être imposées simplement en modifiant le programme d'exécution correspondant ainsi que les paramètres dynamiques impliqués. Par ailleurs, le système pourrait être simplifié en supprimant la correction en température et/ou le programme d'étalonnage et/ou le dispositif de mise en veille. REVENDICATIONS 1. Système de détection de crash pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (2, 3) d'accélération statique pour fournir un signal de mesure (GO) d'accélération de l'aéronef, une unité de traitement (1) numérique programmable recevant ledit signal d'accélération (Go), ladite unité de traitement (1) comportant au moins une mémoire non volatile (13) pour mémoriser des valeurs limites (GdO, EVd, Gd, Etd) de paramètres dynamiques (5V, G, Et) du véhicule, en ce que ladite mémoire (13) contient en outre des données de correction d'accélération (6GO) et en ce que ladite unité de traitement (1) comporte un programme de détection de crash, l'exécution dudit programme consistant périodiquement à prendre en compte ledit signal de mesure d'accélération (GO) et en déduire une valeur d'accélération corrigée (Gc) correspondante au moyen desdites données de correction, à calculer des valeurs mesurées (suc, Gc, Et) desdits paramètres dynamiques en fonction desdites valeurs d'accélération corrigées (Gc) et à comparer périodiquement lesdites valeurs mesurées (suc, Gc, Et) auxdites valeurs limites (GdO, dVd, Gd, Etd) pour produire un signal (s) de détection de crash en fonction de ladite comparaison. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une unité d'entrée-sortie (6) permettant d'échanger des données avec l'extérieur du système et de recevoir des signaux de commande, en ce que ladite mémoire non volatile (13) est modifiable électriquement par des moyens d'écriture (11) de ladite unité de traitement (1) et en ce que ledit programme d'écriture est activable par des signaux de commande de chargement pour effectuer par l'intermédiaire de ladite unité d'entrée-sortie (6) le chargement dans la mémoire non volatile (13) desdites valeurs limites (GdO, & Vd, Gd, Etd) et/ou desdites données de correction (6G0). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est muni d'une entrée d'étalonnage pour recevoir un signal d'accélération de référence (Gref) et en ce que l'unité de traitement (1) comporte un programme d'étalonnage activable par des signaux de commande d'étalonnage, l'exécution dudit programme d'étalonnage consistant à mémoriser lesdites données de correction (6GO) en réponse audit signal d'accélération de référence (Gref). 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de température (4, 5) fournissant un signal de température (00) à l'unité de traitement (1) et en ce que lesdites données de correction d'accélération corrigent également les caractéristiques dudit capteur d'accélération (2, 3) en fonction dudit signal de température (00). 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une source d'alimentation électrique (7) autonome et un dispositif de commande d'alimentation (8, 9) de l'unité de traitement (1), en ce que ledit capteur d'accélération (2, 3) est muni d'un transducteur (2), en ce que ledit dispositif de commande (8, 9) reçoit le signal (e) fourni par ledit transducteur (2) et est conçu de façon à établir l'alimentation de l'unité de traitement (1) lorsque le signal fourni par ledit transducteur (2) dépasse une valeur de seuil (el) déterminée. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transducteur (2) est du type piézoélectrique, piézorésistif ou silicium. 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transducteur (2) est du type piézoélectrique et en ce que ladite source d'alimentation électrique (7) comporte un accumulateur d'énergie électrique (7B) chargé par un circuit de charge (7A) alimenté par ledit transducteur (2). 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites valeurs limites desdits paramètres dynamiques sont les valeurs limites d'accélération (GdO) et de variation de vitesse (sud) du véhicule et en ce que lesdites valeurs mesurées (6Vc, Gc) desdits paramètres dynamiques sont ladite valeur d'accélération corrigée (Gc) et la variation de vitesse mesurée (suc) obtenue par intégration par rapport au temps de la valeur d'accélération corrigée (Gc) depuis l'instant où et aussi longtemps que la valeur d'accélération corrigée (Gc) dépasse ladite valeur limite d'accélération (GdO). 9. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits paramètres dynamiques sont l'accélération (G) du véhicule et le temps (Et), en ce que lesdites valeurs limites (sud, Gd) desdits paramètres dynamiques (6V, G) sont mémorisées sous la forme d'une courbe de déclenchement liant l'accélération (G) au temps (Et) et en ce que lesdites valeurs mesurées desdits paramètres dynamiques sont des valeurs moyennes des valeurs d'accélération corrigées (Gc), lesdites valeurs moyennes étant calculées pour plusieurs intervalles de temps dès que et aussi longtemps que la valeur d'accélération corrigée dépasse une valeur limite (GdO) d'accélération. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une radiobalise (10) commandée par ledit signal (s) de détection de crash.