Brevet FR2772128A1 — publié le 19990611

"DISPOSITIF ET PROCEDE DE DETECTION D'EAU SUR UN PARE-BRISE, ET SYSTEME D'ESSUIE-GLACE AUTOMATIQUE INCLUANT CE DISPOSITIF" La présente invention concerne un dispositif de détection d'eau sur un pare-brise. Elle vise également un procédé mis en oeuvre dans ce dispositif, ainsi qu'un système d'essuie-glace automatique incluant ce dispositif de détection. Le domaine technique de l'invention est celui de l'équipement automobile, et en particulier pour l'automatisation des essuie-glace pour tout type de véhicule. I1 s'agit de proposer un dispositif de détection de pluie, qui soit susceptible de déclencher la mise en route automatique des essuie-glace d'une automobile. En pratique, il faut obtenir un signal électrique proportionnel à la quantité d'eau de pluie déposée sur un pare-brise. On connaît par le brevet US 3,786,330 un système d'essuie-glace automatique mettant en oeuvre un dispositif de détection d'eau sur un pare-brise comprenant un oscillateur micro-onde, un guide d'onde conçu pour irradier les micro-ondes générées par l'oscillateur sur le pare-brise et des moyens pour détecter tout changement de la fraction de micro-ondes réfléchie ou transmise par ce pare-brise. Ce dispositif de détection d'eau délivre un signal de détection dont l'amplitude varie en fonction de la quantité de gouttes d'eau adhérant au pare-brise, et qui est appliqué en entrée d'un amplificateur différentiel pour être comparé à un signal de référence correspondant à une absence de gouttes d'eau sur le parebrise. Mais les exemples numériques exposés dans ce document montrent que ce dispositif de détection n'est pas en mesure de fournir une information quantitative sur l'épaisseur du film d'eau, qui soit directement exploitable. En particulier, il ne semble pas possible d'établir pour ce dispositif de détection une loi de variation du signal de sortie en fonction de l'épaisseur moyenne du film d'eau sur le pare-brise. Or, l'existence d'une telle loi de variation permettrait une automatisation de la commande des essuie-glace plus performante que la simple détection actuelle de présence ou d'absence de gouttes d'eau sur un pare-brise. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de détection de gouttes d'eau sur un pare-brise qui délivre un signal de détection qui soit représentatif de l'épaisseur moyenne du film d'eau présent sur le pare-brise. Cet objectif est atteint avec un dispositif pour détecter de l'eau sur un pare-brise, comprenant: - des moyens pour générer un rayonnement électromagnétique hyperfréquence à proximité d'une portion délimitée de ce pare-brise, - des moyens pour détecter une puissance réfléchie, - et des moyens pour délivrer un signal de détection à partir de la détection de la puissance réfléchie. Suivant l'invention, les moyens générateurs hyperfréquences comprennent: - une cavité résonante ayant une ouverture fermée par la portion de pare-brise, et - une sonde excitatrice disposée à l'intérieur de ladite cavité résonante et reliée à l'oscillateur hyperfréquence via des moyens de couplage auxquels sont reliés les moyens de détection de la puissance réfléchie, cette cavité hyperfréquence et cette sonde excitatrice étant agencées de sorte que le signal de détection est sensiblement proportionnel à l'épaisseur moyenne d'un film d'eau présent sur la portion de pare-brise. Ainsi, avec le dispositif de détection selon l'invention, il devient possible de réaliser une commande plus précise et plus efficace des systèmes d'essuieglace. I1 est à noter que la sonde excitatrice est aussi une sonde détectrice. Afin d'éviter le déclenchement du dispositif de détection selon l'invention par une source extérieure de rayonnement électromagnétique, on peut avantageusement prévoir que les moyens générateurs hyperfréquences comprennent en outre des moyens pour moduler à basse fréquence le signal de sortie issu de l'oscillateur hyperfréquence. Dans un premier mode de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention, la cavité résonante est de forme sensiblement parallélépipédique et la sonde excitatrice est fixée sensiblement au centre d'une face de plus grande dimension adjacente à la face ouverte de la cavité résonante. Un fonctionnement optimal du dispositif de détection selon l'invention a été obtenu en concevant une cavité résonante dont les dimensions respectives du grand côté, du petit côté et de la profondeur de la cavité résonante sont sensiblement égales à B/2, B/4 et 4X/5, X étant la longueur d'onde du rayonnement hyperfréquence émis dans la cavité résonante. Dans un second mode de réalisation du dispositif de détection selon l'invention, la cavité résonante est de section circulaire. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'un usinage plus facile à précision égale. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour détecter la présence d'eau sur un pare-brise d'un véhicule, mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention, comprenant: - une émission d'un rayonnement électromagnétique hyperfréquence à proximité d'une portion délimitée de ce pare-brise, - une mesure de la puissance réfléchie par la cavité résonante, et - une fourniture d'un signal de détection à partir de la détection de la puissance réfléchie. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on effectue par couplage une mesure de la puissance réfléchie par la cavité résonante et en ce que le signal de détection est sensiblement proportionnel à l'épaisseur moyenne du film d'eau présent sur la portion de pare-brise. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un système d'essuie-glace automatique pour véhicule, incluant un dispositif de détection d'eau selon l'invention. La cavité résonante de ce dispositif de détection peut être par exemple disposée derrière le rétroviseur central. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 illustre le concept de détection mis en oeuvre dans un dispositif de détection selon l'invention; - la figure 2 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif de détection selon 1' invention; - la figure 3 illustre le mode opératoire mis en oeuvre avec une maquette probatoire du dispositif de détection selon l'invention; et - la figure 4 illustre l'évolution de la puissance réfléchie en fonction de l'épaisseur du film d'eau équivalent, obtenue expérimentalement avec la maquette probatoire de la figure 3. On va maintenant décrire un exemple de réalisation d'un dispositif 1 de détection selon 1 invention, en référence aux figures 1 et 2. Le dispositif de détection 1 selon l'invention comprend une cavité résonante CR, une source hyperfréquence HF, un coupleur CP disposé entre cette source et la cavité CR, et un circuit MP de mesure de la puissance réfléchie Pr. La cavité résonante CR, de forme sensiblement parallélépipédique, comporte une ouverture OU plaquée contre une portion délimitée PD du pare-brise PB à l'intérieur de l'habitacle du véhicule et une sonde excitatrice et détectrice AN fixée via un orifice de couplage OC au centre d'une face adjacente à l'ouverture OU. Les dimensions optimales de la cavité résonante CR sont respectivement pour le grand côté, le petit côté et l'épaisseur, B/2, B/4 et 4x/5. Les gouttes de pluie 2 se déposent sur la paroi de verre du pare-brise PB fermant la cavité résonante CR. La cavité CR est excitée par l'oscillateur OS à une fréquence choisie parmi les modes résonants sensibles à la présence de matière dans l'ouverture OU. La puissance Pr réfléchie par la cavité CR, obtenue avec un coupleur directionnel CP, est détectée. Si la détection de l'amplitude du signal réfléchi est linéaire, la tension de sortie Vd est proportionnelle à l'épaisseur du film d'eau équivalent. Afin d'éviter le déclenchement du dispositif par une source extérieure de rayonnement électromagnétique, la source HF est modulée en tout ou rien par un oscillateur basse fréquence, par exemple à 1000 Hz. Le signal détecté est alors lui-même modulé à la même fréquence. Le signal de sortie alternatif carré obtenu a une amplitude qui est alors représentative de la présence du film d'eau. Un rayonnement extérieur ne peut que diminuer l'amplitude de ce signal et donc inhiber le dispositif mais non le déclencher. Le traitement du signal de sortie consiste par exemple en une détection synchrone. L'information de sortie est par exemple ensuite associée à l'information de position des essuie-glace pour commander leur vitesse. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de détection comporte un nombre minimum de composants. La source hyperfréquence HF à 5,8 GHz (fréquence choisie dans la bande ISM: 5,725 à 5,875 GHz) comprend un oscillateur à transistor OS associé à un résonateur diélectrique RD. On trouvera une description détaillée d'un tel montage dans le document "A survey of stable and low noise dielectric resonator oscillators"de Joseph ANDREWS (VARIAN ASSOCIATES, Janvier 1985). Le coupleur CP est réalisé sur un circuit imprimé à partir de deux lignes parallèles. La détection utilise une simple diode D suivie d'un condensateur C et d'un amplificateur. Le générateur basse fréquence, l'acquisition et le traitement du signal de sortie sont inclus dans un microcontrôleur MC. Un circuit d'interface TTL/MOS IN est interposé entre le microcontrôleur MC et l'oscillateur HF pour appliquer le signal CO de commande délivré par le microcontrôleur. La régulation VR de l'alimentation prise sur la tension 12V du véhicule est soit incluse dans le microcontrôleur MC, soit un composant supplémentaire. La fréquence d'excitation de la cavité CR, qui est susceptible de varier selon les tolérances de fabrication et le type de pare-brise, est réglable au moyen d'une vis d'ajustage du résonateur diélectrique RD. La puissance Pr réfléchie par la cavité CR, qui est susceptible de varier selon le type de pare-brise, est ajustée à une valeur minimum au moyen d'une vis de réglage traversant une paroi de cette cavité. On peut aussi envisager un autre mode de réalisation dans lequel la cavité résonante présente une section circulaire, ce qui offre l'avantage d'un usinage plus facile à précision égale. Une maquette probatoire 1' a été réalisée pour laquelle il a été choisi une fréquence environ dix fois plus faible et par suite un capteur de dimensions dix fois plus importantes, en référence à la figure 3. On a utilisé, pour réaliser la cavité résonante CR, un coupleur de puissance en guide de grande dimension (section rectangulaire de 25x12,5 cm) fermé à l'extrémité inférieure par une plaque métallique et à la partie supérieure par une plaque de verre PB'. Le dispositif originel de couplage à l'extrémité du connecteur de type N situé au centre de la face de plus grande dimension a été remplacé par un fil conducteur AN' d'une longueur d'environ 9 cm. La cavité CR' est excitée à partir d'un analyseur de réseau AR Hewlett-Packard 8753A fonctionnant entre 0,3 et 3 GHz. Dans ce cas pratique, la fréquence d'excitation optimale est égale à 620 MHz, ce qui correspond à une longueur d'onde de 50 cm. L'analyseur AR permet de visualiser la puissance réfléchie relative en dB. On a relevé une valeur nominale qui est la moyenne des valeurs minimales et maximales observées lorsque des objets quelconques sont présentés devant la cavité à une distance supérieure à une longueur d'onde. On déduit de la valeur de puissance réfléchie Pr une valeur de l'amplitude Vd du signal détecté par la relation: Vd= 10(Pr/2O) Les résultats expérimentaux obtenus avec cette maquette probatoire 1' montrent une variation sensiblement linéaire de la tension de sortie Vd en fonction de l'épaisseur du film d'eau équivalent, comme l'illustre la figure 4. Après avoir effectué un ajustement sur les points de mesure, on observe une relation linéaire du type: Vd=0,0095 + 0,52.h où h représente l'épaisseur du film équivalent. Il est à noter qu'un dispositif de détection selon l'invention peut être aisément implanté au sein d'un système d'essuie-glace automatique conçu par exemple pour réaliser une commande proportionnelle de la vitesse de balayage en fonction de l'épaisseur moyenne du film d'eau sur le pare-brise. Bien sûr, l'invention n' est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, on peut concevoir des cavités résonantes de dimensions différentes de celles qui viennent d'être décrites. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) pour détecter de l'eau sur un parebrise (PB), comprenant: - des moyens (HF, CR) pour générer un rayonnement électromagnétique hyperfréquence à proximité d'une portion délimitée (PD) de ce pare-brise (PB), ces moyens générateurs (HF, CR) comprenant un oscillateur hyperfréquence (OS), - des moyens (MP) pour détecter une puissance réfléchie (Pr), - et des moyens pour délivrer un signal de détection d'eau (Vd) à partir de la mesure de la puissance réfléchie, caractérisé en ce que les moyens générateurs hyperfréquences (HF, CR) comprennent: - une cavité résonante (CR) ayant une ouverture (OU) fermée par la portion de pare-brise PD, et - une sonde excitatrice (AN) disposée à l'intérieur de ladite cavité résonante (CR) et reliée à l'oscillateur hyperfréquence (OS) via des moyens de couplage (CP) auxquels sont reliés les moyens (MP) de détection de la puissance réfléchie, cette cavité hyperfréquence (CR) et cette sonde excitatrice (AN) étant agencées de sorte que le signal de détection (Vd) est sensiblement proportionnel à l'épaisseur moyenne du film d'eau présent sur la portion de pare-brise (PD). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs hyperfréquences (HF, CR) comprennent en outre des moyens (MC, CO, IN) pour moduler à basse fréquence le signal hyperfréquence issu de l'oscillateur hyperfréquence (OS). 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens générateurs hyperfréquences (HF, CR) comprennent en outre un résonateur diélectrique (RD) associé à l'oscillateur hyperfréquence (OS). 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour ajuster le résonateur diélectrique (RD) de façon à régler la fréquence de résonance. 5. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour régler la cavité résonante (CR) de façon à ajuster la puissance réfléchie à une valeur minimum. 6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu il comprend en outre des moyens de contrôle et de traitement (MC) agencés pour commander les moyens générateurs hyperfréquences (HF) et traiter le signal de détection (Vd). Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité résonante (CR) est de forme sensiblement parallélépipédique et en ce que la sonde excitatrice (AN) est fixée sensiblement au centre d'une face de plus grande dimension adjacente à la face ouverte (OU) de la cavité résonante (CR). 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dimensions respectives du grand côté, du petit côté et de la profondeur de la cavité résonante (CR) sont sensiblement égales à B/2, B/4 et 4X/5, X étant la longueur d'onde du rayonnement hyperfréquence émis dans la cavité résonante (CR). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cavité résonante est à section circulaire. 10. Procédé pour détecter la présence d'eau sur un parebrise (PB) d'un véhicule, mis en oeuvre dans le dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant: - une génération d'un rayonnement électromagnétique hyperfréquence à proximité d'une portion délimitée (PD) de ce pare-brise (PB), - une mesure de la puissance réfléchie (Pr) par cette portion de pare-brise (PD), - une fourniture d'un signal de détection (Vd) à partir de la détection de la puissance réfléchie (Pr), caractérisé en ce qu'on effectue par couplage la mesure de la puissance réfléchie par la cavité résonante (CR) dont les dimensions sont choisies de sorte que le signal de détection (Vd) est sensiblement proportionnel à l'épaisseur moyenne du film d'eau présent sur la portion de pare-brise (PD). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique hyperfréquence émis est préalablement modulé à basse fréquence et en ce qu'on effectue une détection synchrone sur le signal de détection. 12. Système d'essuie-glace automatique incluant un dispositif de détection d'eau (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.