Brevet FR2723448A1 — publié le 19960209

La présente invention a trait d'une façon générale aux dispositifs de détection d'eau ou analogue sur une glace de véhicule automobile, et notamment de pluie sur un pare-brise en vue de la commande automatique d'un essuie- glace. Un capteur de pluie utilisant une solution optoélectronique et basé sur la mesure de la variation de l'intensité lumineuse réfractée et rétrodiffusée à travers le verre du pare-brise est largement connu dans la technique. Un tel capteur utilise une ou plusieurs diodes (LEDs) d'émission et un ou plusieurs éléments de mesure de la puissance lumineuse réfractée tel qu'une photodiode ou un phototransistor. La figure 1 représente schématiquement le principe d'un tel capteur de pluie connu. Une diode d'émission 1 émet un faisceau incident 3 suivant un angle d'incidence 2 avec le pare-brise 4. Une partie de la puissance émise est perdue par réflexion directe sur la première face du pare-brise, indiquée par un trajet de rayon 5, alors que le reste de la puissance émise traverse le pare-brise (rayonnement 6) avec un angle de réfraction 7 différent de l'angle d'incidence 2. Lorsque le rayonnement 6 atteint la seconde face du pare-brise, une petite partie de la puissance reçue est réfléchie (rayonnement 8), alors que la majorité de la puissance transmise est perdue (rayonnement 9). Lorsque le rayonnement 8 atteint la face intérieure du pare-brise, une partie de celui-ci est à nouveau réfléchie (rayonnement 10), alors que l'autre partie émerge de la glace (rayonnement 11) et atteint un dispositif de mesure 12 à photodiode ou phototransistor. On comprend que toute perturbation intervenant sur la face extérieure de la glace et modifiant le milieu 13 situé à l'extérieur du pare-brise 4 modifie le rapport entre la puissance transmise du rayonnement 9 et la puissance réfléchie du rayonnement 8. Par voie de conséquence, les variations du flux lumineux enregistrées sur le récepteur 12 traduisent les modifications du milieu 13 et permettent d'interpréter la présence de gouttes de pluie sur le pare-brise. On comprend également que, pour optimiser la puissance reçue, il est nécessaire d'incliner la diode d'émission ainsi que le récepteur, et qu'il faut tenir compte de la distance 14 entre le point d'incidence du rayon 3 et le point d'émergence du rayon réfléchi 8, qui dépend de l'épaisseur 15 du pare-brise, pour positionner les composants 1 et 12. Il est certes possible de positionner les composants perpendiculairement au pare-brise, mais dans ce cas, la puissance émise ne sera pas maximale. Ceci est lié au fait que le plus souvent les diodes d'émission possèdent un diagramme d'émission donnant généralement la puissance émise maximale dans l'axe. Il est donc nécessaire d'utiliser des diodes d'émission à grand angle d'ouverture pour positionner celles-ci orthogonalement au pare-brise, alors que des diodes à faible angle d'ouverture doivent être inclinées et positionnées plus précisément. On connaît par ailleurs par le document US-A-4 355 271 un capteur de pluie qui comporte trois diodes d'émission disposées en triangle et associées à deux éléments photosensibles de réception dont les signaux de sortie font l'objet d'un traitement individuel suivi d'une comparaison. Les trois diodes sont reliées en série, et sont toutes allumées ou éteintes simultanément, suivant une commande impulsionnelle. Il en résulte un signal de sortie présentant une composante continue représentative de la valeur de l'éclairement ambiant. L'élimination de cette composante continue permet d'obtenir une valeur d'éclairement différentielle, et donc de s'affranchir des effets de l'éclairage ambiant. Un tel capteur connu comporte toutefois une électronique complexe et nécessitant un certain nombre de réglages. En outre, il est sensible aux salissures, rayures, etc... présentes sur le pare-brise, ainsi qu'au vieillissement et à la défaillance des diodes émettrices, dans la mesure o tous ces phénomènes vont affecter la mesure différentielle précitée. La présente invention vise à pallier les inconvénients de la technique antérieure et à proposer un capteur qui, tout en s'affranchissant des effets de l'éclairage ambiant (rayonnement solaire, éclairage public, éclairage des véhicules roulant en sens inverse, ), permette de faire face au viellissement des diodes émettrices, à la présence de salissures, rayures ou points d'impact sur le pare-brise, et ce sans nécessiter de réglage. La présente invention vise également à proposer un capteur présentant une sensibilité permettant une détection étendue allant des fines gouttelettes jusqu'aux trombes d'eau, permettant de détecter l'usure des balais de l'essuie-vitre. L'invention vise à atteindre l'ensemble de ces objectifs d'une manière simple et économique. Elle propose à cet effet un dispositif de détection d'eau ou analogue sur une glace de véhicule automobile, et notamment de pluie sur un pare- brise en vue de la commande automatique d'un essuie-glace, comprenant un capteur optoélectronique qui comporte au moins deux organes d'émission de rayonnement et des moyens de réception du rayonnement issu des organes d'émission et réfracté par le pare-brise, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande séquentielle de l'allumage et de l'extinction des organes d'émission définissant une pluralité de phases pendant lesquelles l'un des organes d'émission est allumé, respectivement, et au moins une phase pendant laquelle tous les organes d'émission sont éteints, et des moyens de mesure séquentielle de l'intensité du rayonnement réfracté pour chaque organe d'émission et en l'absence de rayonnement provenant des organes d'émission. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, du dispositif selon l'invention sont les suivants: - il est prévu une phase unique pendant laquelle tous les organes d'émission sont éteints. - le dispositif comprend des moyens pour soustraire de chaque mesure du rayonnement réfracté issu d'un organe d'émission une mesure du rayonnement reçu en l'absence de rayonnement provenant des organes d'émission. - le dispositif comprend des moyens pour effectuer une moyenne glissante d'une succession de mesures de rayonnement réfracté reçu pour chaque organe d'émission. - le dispositif comprend des moyens pour comparer les moyennes glissantes obtenues pour les différents organes d'émission. - le dispositif comprend des moyens pour déclencher la mise en route d'un dispositif d'essuyage lorsque la vitesse d'évolution d'au moins une moyenne glissante dépasse un seuil prédéterminé. - le dispositif comprend une unité de détection abritant les organes d'émission, les moyens de réception et un circuit de commande séquentielle des organes d'émission opérant en réponse à des signaux logiques de sélection fournis par une unité de traitement située à distance de ladite unité de détection. - ce circuit de commande séquentielle comprend un décodeur. - le dispositif comprend trois organes d'émission disposés aux trois sommets d'un triangle équilatéral s'étendant dans un plan essentiellement parallèle à la glace. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels, outre la figure 1 déjà décrite: la figure 2 est une vue de face montrant une unité de détection d'un capteur à trois diodes d'émission selon la présente invention, la figure 3 représente un circuit électronique de détection appartenant à l'unité de détection de la figure 2, la figure 4 représente sous forme de chronogramme différentes combinaisons de commandes du circuit électronique de la figure 3 et la mesure correspondante obtenue sur le détecteur. La figure 5 représente un circuit électronique de traitement associé à l'unité de détection des figures 2 et 3, la figure 6 représente le schéma d'un circuit de puissance associé à la commande d'un moteur d'essuie-vitre du véhicule, et la figure 7 est un autre chronogramme illustratif du fonctionnement du dispositif selon l'invention. En référence tout d'abord à la figure 2, on a représenté une unité optique de détection qui comprend trois diodes électroluminescentes D1, D2 et D3 réparties régulièrement, aux trois sommets d'un triangle équilatéral, autour et à égale distance d'une photodiode de réception centrale 19. Les trois diodes D1 à D3 sont orientées selon la même angle d'incidence par rapport au pare-brise. En variante, elles peuvent être placées à des distances différentes de la photodiode de réception 19, en étant orientées de façon telle que le flux rétrodiffusé est maximal sur ladite phtodiode 19. L'orientation et le placement de chacune des diodes d'émission sont choisis pour que le faisceau d'émission de chaque diode couvre une certaine surface 20 du pare-brise, indiquée par des hachures, et qu'après réflexion cette tache soit réfléchie sur la surface sensible 21 de la photodiode de réception 19. La zone couverte par les rayonnements issus des trois diodes après réflexion sur la face extérieure du pare-brise est indiquée par un cercle en tiertés. On observera ici qu'un capteur de pluie selon l'invention comportant seulement deux diodes d'émission, pourrait convenir. Néanmoins, les explications sur le fonctionnement du dispositif proposé seront données pour un capteur utilisant trois diodes d'émission. Ces explications peuvent aisément être transposées à des dispositifs à quatre, cinq diodes ou davantage. En référence maintenant à la figure 3, on retrouve les trois diodes d'émission D1-D3 commandées chacune par un transistor, respectivement 25, 26 et 27, ainsi que la photodiode de réception 19. Le signal reçu par cette la photodiode 19 est amplifié par un amplificateur opérationnel 29, et est disponible sur une borne de mesure 30 pour être traité par un circuit électronique de traitement, situé dans un boîtier électronique placé à l'intérieur de l'habitacle et que l'on décrira plus loin. Dans le présent exemple, le circuit électronique de la figure 3 est intégré au boîtier abritant les éléments de la figure 2, et est relié au circuit électronique de traitement décrit plus loin par cinq conducteurs, à savoir: un conducteur d'alimentation 31; un conducteur de masse 32; deux conducteurs 33, 34 de signaux de sélection A et B; et un conducteur 30 de sortie amplifiée du signal mesuré. L'alimentation du dispositif de détection de la figure 2 et du circuit électronique de capteur de la figure 3 est réalisée par une tension régulée délivrée par un circuit régulateur 35 associé à des condensateurs de filtrage 36 et 37 à partir d'une tension d'entrée +V. En fonction du nombre de diodes d'émission choisi, le nombre de conducteurs pour signaux logiques de sélection peut varier; ainsi pour commander trois diodes, deux conducteurs sont suffisants. Pour quatre à sept diodes, il faudrait utiliser trois signaux logiques de sélection, et donc trois conducteurs. Chaque transistor permettant d'obtenir la commande d'une diode d'émission est commandé par une sortie d'un circuit décodeur 38, dont les sorties sont actionnées par décodage des signaux A et B présents sur les conducteurs de sélection 33 et 34. Le fonctionnement du capteur sera mieux compris à l'aide de la figure 4, sur laquelle on trouve représentées sous forme de chronogramme les différentes combinaisons des commandes sur les signaux d'entrée A et B. Le traitement de ces signaux est réalisé par exemple à l'aide d'un circuit en logique câblée ou d'un microcontrôleur. On observe que lorsque les deux signaux A et B sont à un niveau logique zéro, pendant une phase indiquée en 39, aucune commande de transistor n'est activée, et les trois diodes D1, D2 et D3 sont éteintes; le signal de sortie 40 est à un niveau correspondant à la mesure de l'éclairement résiduel dû au rayonnement solaire ou ambiant. Lorsque le signal A est à un niveau logique "1" alors que le signal B est à un niveau logique zéro, pendant la phase indiquée en 41, seule la commande du transistor T1 (référence 42) est activée, et le signal de sortie 43 est à un niveau correspondant à la mesure de l'éclairement résiduel augmenté de l'éclairement correspondant à la valeur de la mesure du rayonnement réfracté issu de la diode D1. Lorsque le signal A est à un niveau logique zéro, alors que le signal B est à un niveau logique "1" comme indiqué pendant la phase 44, seule la commande du transistor T2, indiquée en 45, est activée, et le signal de sortie 46 est à un niveau correspondant à la mesure de l'éclairement résiduel augmenté de l'éclairement correspondant à la valeur de la mesure du rayonnement réfracté issu de la diode D2. Lorsque les signaux A et B sont tous deux au niveau logique "1" comme indiqué pendant la phase 47, seule la commande du transistor T3, indiquée en 48, est activée, et le signal de sortie 49 est à un niveau correspondant à la mesure de l'éclairement résiduel augmenté de l'éclairement correspondant à la valeur de la mesure du rayonnement réfracté issu de la diode D3. Le processus se répète ensuite pour donner une nouvelle mesure correspondant à la mesure de l'éclairement résiduel dû au rayonnement solaire ou ambiant 50. On voit que l'on dispose ainsi d'une suite de mesures de signaux issus des différents parcours définis par les chemins optiques entre chaque diode d'émission et la diode de réception, ainsi que d'une mesure représentative de l'éclairage ambiant. La figure 5 représente le circuit électronique de traitement associé à l'unité de détection et dans lequel on retrouve, regroupés autour d'un microcontrôleur 51: un circuit d'interface avec le capteur, incluant les cinq conducteurs de raccordement 31, 33, 34, 30 et 32; un circuit de commande construit autour de deux transistors 52 et 53, relié à deux sorties logiques du microcontrôleur et permettant d'engendrer les signaux de sélection A et B utilisés comme décrit plus haut; 5. un convertisseur analogique/numérique 54 permettant l'acquisition des différentes mesures fournies successivement par la photodiode de réception et l'amplificateur associé; un dispositif d'alimentation et de régulation de tension 55; de façon optionnelle, un dispositif de chien de garde 56 associé au microcontrôleur, qui peut être tout à fait classique en soi et qui ne sera pas décrit; deux relais 57 et 58 commandés par deux sorties respectives du microcontrôleur via deux transistors 59 et ; une pluralité de bornes d'entrée de commandes 61, 62 et 63 pouvant être lues par trois entrées 64, 65 et 66 du microcontrôleur. La figure 6 représente le schéma du circuit de puissance associé à la commande du moteur d'essuie-vitre 67, alimenté à travers les contacts des deux relais 57 et 58. Les contacts des relais sont représentés au repos. Le relais 57 permet d'amener le moteur à fonctionner sur la petite vitesse. La commande simultanée du relais 58 permet de faire fonctionner le moteur sur la grande vitesse. De façon classique en soi, le retour des inverseurs en position de repos permet le retour automatique des balais en position basse tant que la came C dite "came d'arrêt fixe" n'a pas commuté le contact d'arrêt fixe, désigné par CA, à la masse. Ainsi les circuits des figures 5 et 6 permettent de prendre en compte une commande par l'intermédiaire de la lecture d'un des contacts 61, 62 et 63. A titre d'exemple non limitatif, on peut attribuer la première commande à un fonctionnement en petite vitesse, la seconde commande à un fonctionnement en grande vitesse, et la troisième commande à un fonctionnement en mode automatique. Le microcontrôleur 51, qui assure la lecture de la commande activée, amène le dispositif, par l'intermédiaire des deux relais 57 et 58, dans le mode de fonctionnement désiré. La figure 7 montre à nouveau l'allure du signal de sortie constitué des différentes tensions successives Vl, V2, V3, V4, Vl', V2', V3', etc., indiquées également en , 43, 46, 49 et 50 sur la figure 4. Le microcontrôleur, après avoir positionné à la valeur logique appropriée ses deux sorties raccordées aux transistors 52 et 53, effectue une acquisition de la valeur lue Vl, V2, V3, v4, etc., en commandant une conversion analogique/numérique pendant la durée de la mise à disposition de cette valeur sur le conducteur 30. A cet effet, la durée de la mise à disposition de la valeur à lire est choisie plus grande que le temps nécessaire à la conversion analogique/numérique de la valeur acquise. Typiquement, cette valeur peut être de 100 microsecondes pour un temps de conversion de l'ordre de 50 microsecondes. On comprend ainsi que le dispositif est capable d'effectuer de l'ordre de 10 000 acquisitions par seconde. Bien entendu, cette valeur n'est donnée qu'à titre indicatif pour permettre de mieux comprendre les possibilités du dispositif proposé. Ces possibilités permettent en particulier de lisser chaque mesure en effectuant une moyenne glissante sur plusieurs valeurs consécutives correspondant à une même diode d'émission, d'évaluer la quantité de pluie en mesurant la vitesse d'évolution de chacune des valeurs, de lever le doute sur des variations brutales des valeurs en exploitant l'évolution conjuguée sur les trois mesures effectuées, et de corriger les erreurs dues aux éclairements parasites. On va maintenant décrire ci-après les moyens qui peuvent être mis en oeuvre au sein du microcontrôleur pour satisfaire aux contraintes exposées dans le préambule de la présente demande. L'insensibilité du capteur aux rayonnements extérieurs parasites, rayonnement solaire, éclairement public, etc..., peut être obtenue en soustrayant des valeurs trouvées V2 à V4 la mesure Vl correspondant au niveau de l'éclairement parasite. De cette manière, la valeur trouvée reste une valeur absolue de niveau de pluie pouvant servir à déclencher un fonctionnement en automatique. Comme on l'a déjà mentionné, les valeurs traitées peuvent être lissées par établissement préalable, dans le microcontrôleur, d'une moyenne glissante pour éviter tout déclenchement intempestif. Le dispositif permet de faire face à des différences de puissances d'émission des diodes, à leur vieillissement ans le temps et déréglages résultants. Plus précisément, le dispositif évite de recourir à des seuils fixes pour déclencher les différentes stratégies d'essuyage. Au contraire, le dispositif mesure l'évolution du mouillage du pare-brise et le déclenchement intervient automatiquement lorsque la pente de cette évolution, telle que mesurée sur au moins deux des trois tensions V2 à V4, franchit un certain seuil. De plus, si les puissances des diodes d'émission sont différentes, le signal mesuré pour chaque diode sera différent à mouillage égal. Une commande n'est déclenchée que lorsqu'il est confirmé qu'une évolution parallèle, dans le même sens, a lieu sur plus d'un capteur. L'immunité vis-à-vis des salissures, rayures ou points d'impact sur le pare-brise, susceptibles d'affecter le fonctionnement du capteur, est obtenue en utilisant les trois émissions consécutives à partir des trois diodes, et en surveillant l'évolution du niveau d'éclairement sur trois parcours différents. On réalise ainsi la confirmation d'une tendance par détection d'un comportement dominant et la non prise en compte de l'évolution d'une information ponctuelle avant et après balayage. Ce principe permet donc de s'affranchir des problèmes de salissures, des rayures ou des points d'impact qui pourraient autrement perturber le fonctionnement du capteur. Le dispositif selon l'invention ne nécessite aucun réglage car le principe de la détection est basé sur la mesure des variations et non sur des valeurs absolues, qui nécessiteraient un réglage à l'origine. Le dispositif présente une sensibilité permettant une détection étendue allant des fines gouttelettes jusqu'aux trombes d'eau. L'étendue de la mesure peut être fractionnée en autant de sauts que nécessaire, selon la valeur de la mesure délivrée par le convertisseur analogique/numérique. On peut, si besoin est, facilement définir une progressivité non linaire permettant d'exploiter de faibles variations. Le dispositif selon l'invention peut intégrer une fonction de diagnostic et offrir la possibilité de détecter l'efficacité, et donc le degré d'usure des balais de l'essuie-vitre. Plus précisément, le dispositif est capable de détecter le nonfonctionnement d'une diode d'émission, une salissure fixe, la qualité de l'essuyage par mesure de la transmission à travers le pare-brise juste après le passage des balais, etc. Le dispositif proposé par la présente invention est simple et peu onéreux en ce qu'il ne demande que des composants ordinaires, de faible coût. L'électronique de traitement nécessite un petit microcontrôleur et peu de composants périphériques. De plus, la souplesse donnée par le logiciel pilotant le microcontrôleur permet de s'adapter rapidement aux différentes stratégies de commande demandées. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci- dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'eau ou analogue sur une glace de véhicule automobile, et notamment de pluie sur un pare-brise en vue de la commande automatique d'un essuie-glace, comprenant un capteur optoélectronique qui comporte au moins deux organes d'émission de rayonnement (D1-D3) et des moyens de réception (19) du rayonnement issu des organes d'émission et réfracté par le pare-brise, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande séquentielle (51, 52, 53, 38, 25, 26, 27) de l'allumage et de l'extinction des organes d'émission définissant une pluralité de phases (41, 44, 47) pendant lesquelles l'un des organes d'émission est allumé, respectivement, et au moins une phase (39) pendant laquelle tous les organes d'émission sont éteints, et des moyens (29, 54, 51) de mesure séquentielle de l'intensité du rayonnement réfracté pour chaque organe d'émission et en l'absence de rayonnement provenant des organes d'émission. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande séquentielle (51, 52, 53, 38, 25, 26, 27) de l'allumage et de l'extinction des organes d'émission commandent une phase unique (39) pendant laquelle tous les organes d'émission (D1-D3) sont éteints. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (51) pour soustraire de chaque mesure (V2- V4) du rayonnement réfracté issu d'un organe d'émission une mesure (Vl) du rayonnement reçu en l'absence de rayonnement provenant des organes d'émission. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (51) pour effectuer une moyenne glissante d'une succession de mesures (V2-V4) du rayonnement réfracté reçu pour chaque organe d'émission. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (51) pour comparer les moyennes glissantes obtenues pour les différents organes d'émission. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (57, 58) pour déclencher la mise en route d'un dispositif d'essuyage lorsque la vitesse d'évolution d'au moins une moyenne glissante dépasse un seuil prédéterminé. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'il comprend une unité de détection abritant les organes d'émission (D1-D3), les moyens de réception (19) et un circuit (figure 3) de commande séquentielle des organes d'émission opérant en réponse à des signaux logiques de sélection (A, B) fournis par une unité de traitement (figure 5) située à distance de ladite unité de détection. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de commande séquentielle comprend un décodeur (38). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend trois organes d'émission (D1-D3) disposés aux trois sommets d'un triangle équilatéral s'étendant dans un plan essentiellement parallèle à la glace.