Brevet FR2778980A1 — publié le 19991126

DISPOSITIF ÉLECTROMÉCANIQUE A DÉTECTEURS DE POSITION, EN PARTICULIER POUR COMMANDE DE SERRURE ÉLECTRIQUE DE VÉHICULE AUTOMOBILE. L'invention est relative à un dispositif électromécanique à détecteurs de position pour repérer, par des informations électriques, la position d'éléments sur une première pièce, ce dispositif comportant un premier ensemble destiné à être monté sur la première pièce, ce premier ensemble comprenant des capteurs associés aux éléments à repérer, et un deuxième ensemble destiné à être monté sur une deuxième pièce, ce deuxième ensemble comportant un module principal rattaché à un connecteur principal sur lequel les informations sont recueillies, un mouvement relatif étant possible entre les deux pièces. D'une manière générale, le dispositif électromécanique de l'invention s'applique à des systèmes électromécaniques complexes et de petite taille, notamment dans le domaine de l'automobile, et plus particulièrement à la serrurerie automobile. L'invention vise plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel dispositif pour une commande de serrure électrique de véhicule automobile. Dans ce cas la première pièce est constituée par un ouvrant du véhicule, par exemple une portière ou un coffre, et la deuxième pièce est constituée par un élément de châssis du véhicule. La demande de brevet français n 97 13278 déposée le 23 octobre 1997 au nom de la même Société demanderesse concerne un dispositif électromécanique de ce type. Les mécanismes, en particulier les serrures, utilisés dans les véhicules automobiles remplissent aujourd'hui un nombre de fonctions toujours croissant, et doivent permettre le contrôle de l'accomplissement de ces fonctions. C'est pourquoi des réseaux de languettes et/ou de nappes et/ou de fils de connexion ont dû être mis en place pour cheminer dans le produit (mécanisme ou serrure) selon un parcours délicat, afin de raccorder électriquement tous les contacteurs ou capteurs de position à un connecteur principal. Cette pratique est non seulement contraignante mais coûteuse. Elle peut en outre constituer un obstacle à la mise en oeuvre de concepts de mécanismes techniquement intéressants. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif électromécanique comprenant un ensemble de capteurs capables d'échanger, sans connexion électrique, des informations avec le module principal directement rattaché au connecteur principal. Selon l'invention, un dispositif électromécanique à détecteurs de position sans raccords électriques pour repérer, par des informations électriques, la position d'éléments sur une première pièce, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait: - qu'à chaque capteur est associée une interface de type transpondeur propre à transmettre sans fil l'information émise par le capteur vers le module principal, - et que des moyens d'identification sont prévus au niveau de chaque détecteur et du module principal pour permettre à ce module de déterminer de quel détecteur provient une information reçue. Selon un premier mode de réalisation, les moyens d'identification comprennent: - pour chaque détecteur, un agencement lui donnant une fréquence propre de résonance, - et, pour le module principal, un générateur à fréquence variable propre à alimenter par induction le transpondeur associé à chaque capteur. Avantageusement chaque capteur et son interface transpondeur associée font partie d'un même boîtier et constituent un seul composant. Selon une première solution, le transpondeur associé à un capteur est un transpondeur passif. En particulier le transpondeur est constitué par un circuit résonant LC accordé sur la fréquence propre au détecteur considéré, et le capteur est constitué par un contacteur monté dans le circuit résonant qui peut ainsi être fermé en boucle ou coupé selon que le contacteur est fermé ou ouvert. Le module principal comprend alors un générateur de porteuse délivrant une rampe de fréquence variant de la fréquence la plus basse possible à la plus élevée. Le générateur de porteuse peut comprendre un générateur de rampe de tension relié à un oscillateur émettant la porteuse, afin d'obtenir une porteuse à fréquence progressivement variable. Selon une variante le transpondeur est actif et comprend un circuit intégré spécifique. Le générateur de porteuse fonctionne alors sur un nombre de fréquences porteuses égal au nombre de détecteurs à gérer. De préférence, dans les deux cas définis ci-dessus, la porteuse est envoyée sur l'entrée d'un amplificateur à transconductance dont le courant de sortie est proportionnel à la tension d'entrée, la sortie de cet amplificateur étant reliée à une borne d'une bobine émettrice dont l'autre borne est reliée à la masse, soit directement pour assurer une émission à large bande, soit par un condensateur. Un démodulateur/filtre passe-bas est branché sur la borne de sortie de l'amplificateur, et la sortie du démodulateur est reliée à un circuit à déclenchement par seuil ("trigger" ou bascule de Schmitt). La liaison entre la sortie du démodulateur et l'entrée du circuit à déclenchement par seuil peut comprendre un interrupteur piloté par l'oscillateur. Avantageusement, le circuit à déclenchement par seuil est relié au générateur de rampe afin que le seuil de déclenchement soit modifié en liaison avec la rampe, pour ramener à plat le signal de sortie du circuit. Selon un autre mode de réalisation, tous les circuits LC résonants des interfaces transpondeurs ont la même fréquence de résonance, et les moyens d'identification pour chaque transpondeur comportent un code d'adresse spécifique d'un détecteur, stocké dans le module principal et propre à être sélectionné et émis par ce module en vue de contrôler un détecteur, un dispositif électronique supplémentaire étant prévu dans chaque transpondeur pour que ce transpondeur ne puisse émettre que s'il a reçu précédemment le code d'adresse correct envoyé par le module principal. Le module principal est du même type que défini précédemment. Le code d'adresse peut être constitué par une modulation d'amplitude à fort taux, en particulier 80 % à 100 %, appliquée par le module principal sur la porteuse qu'il émet. On peut insérer entre le générateur de porteuse et l'amplificateur une porte logique ou un commutateur permettant de générer des interruptions de courte durée pour réaliser cette modulation. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci- après à propos d'exemples de réalisation décrits en se référant au dessin annexé, ces exemples n'étant cependant nullement limitatifs. Sur ce dessin - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un dispositif électromécanique selon l'invention; - la figure 2 est un schéma d'un détecteur selon l'invention; - la figure 3 est un schéma électrique plus détaillé du module principal; - la figure 4 est un diagramme illustrant la variation de la tension aux bornes de la bobine émettrice du module de la figure 3; - la figure 5 est un diagramme illustrant un signal à l'entrée du circuit à déclenchement par seuil du module de la figure 3; - la figure 6 est un schéma du signal obtenu à la sortie du circuit à déclenchement par seuil; - la figure 7 est un schéma d'une application du dispositif selon l'invention à une commande de serrure électrique de portière de véhicule automobile. En se reportant à la figure 1, on voit un dispositif électromécanique E comprenant un ensemble de détecteurs de position 1, 2,... 4 pour repérer, par des informations électriques, la position d'éléments (non représentés) sur une première pièce P2. Chaque élément associé à un détecteur peut se déplacer relativement à la pièce P1 et/ou aux autres éléments. Dans l'exemple considéré, quatre détecteurs ont été représentés. Il est clair que leur nombre n'est pas limité à cette valeur et peut être différent suivant le type d'application. Chaque détecteur comprend un capteur ou contacteur DI... D4. A chaque capteur est associée une interface de type transpondeur TRI... TR4. On rappelle qu'un transpondeur est un récepteur-émetteur radioélectrique répondant automatiquement à un signal extérieur en provenance, par exemple, d'un système de localisation. Dans le cas présent, chaque interface transpondeur TRi a pour rôle de recréer une alimentation électrique autonome par induction (télé-alimentation) et de transmettre l'information émise par le capteur ou contacteur Di vers un module principal M, selon la technologie des transpondeurs à induction. Le dispositif E comprend un deuxième ensemble pour montage sur une deuxième pièce P1, ce deuxième ensemble comportant le module principal M rattaché à un connecteur principal J sur lequel les informations peuvent être recueillies. Le module principal M, dont un exemple de réalisation sera décrit plus en détail en se référant à la figure 3, remplit les fonctions suivantes. Le module M assure une télé-alimentation des transpondeurs TRi par génération d'un champ magnétique alternatif RF (à radio-fréquence); il recueille des informations émises en retour par les transpondeurs il convertit les informations reçues des transpondeurs en signaux électriques simples accessibles sur le connecteur principal J. Pour chaque détecteur i, le capteur Di et l'interface transpondeur TRi, qui lui est associée, font avantageusement partie d'un même boîtier et constituent un seul composant. Des moyens d'identification sont prévus au niveau de chaque détecteur i et du module principal M pour permettre à ce module de déterminer de quel détecteur provient une information reçue. Selon un premier mode de réalisation, les moyens d'identification comprennent: - pour chaque détecteur i un agencement lui donnant une fréquence propre de résonance, -et, pour le module principal M, un générateur G à fréquence variable propre à alimenter par induction le transpondeur associé à chaque capteur. Selon une première solution particulièrement simple, chaque circuit TRi, comme illustré sur la figure 2, est constitué par un seul circuit résonant comportant une seule bobine Li et un condensateur Ci en série, ce circuit étant accordé sur la fréquence propre au détecteur considéré. Le capteur Di est constitué par un simple contacteur monté dans le circuit et qui peut être fermé ou ouvert selon la position d'un élément (non représenté), dont il convient de repérer la position, et qui coopère avec ce contacteur Di. Selon que le circuit résonant est fermé ou ouvert par le contacteur Di, l'absorption d'énergie par ce circuit résonant à la fréquence de résonance est modifiée, ce qui permet de connaître l'état du contacteur Di, et donc la position de l'élément associé. Le transpondeur de la figure 2 est un transpondeur passif, du genre de ceux utilisés dans les magasins pour empêcher le vol des articles. Le module principal M associé à ce type de détecteur est illustré sur la figure 3. Ce module M comprend un générateur 5 de rampe de tension 5a, dont la sortie est reliée à un oscillateur 6 du type VCO (oscillateur à fréquence réglée par variation de tension). Une borne de cet oscillateur 6 est reliée à la masse. L'oscillateur 6 fournit sur sa sortie une porteuse de fréquence progressivement variable qui est envoyée sur une entrée d'un amplificateur 7 à transconductence dont le courant de sortie est proportionnel à la tension d'entrée. L'ensemble du générateur 5 et de l'oscillateur 6 constitue le générateur G à fréquence variable. La sortie de l'amplificateur 7 est reliée à une borne 8 d'une bobine émettrice 9. L'autre borne de la bobine 9 est mise directement à la masse, sans l'intermédiaire d'un condensateur, afin que le circuit d'induction soit à large bande. En variante, cependant, l'autre borne de la bobine pourrait être reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur. En désignant par L le coefficient de self de la bobine 9, l'impédance de la bobine s'exprime par Lw, X correspondant à la pulsation du courant appliqué à la bobine 9. Comme c dépend de la fréquence du courant, l'impédance varie avec cette fréquence. La tension U au point 8 s'exprime, en fonction de l'intensité I par la relation U = (Lo)I Ainsi, la tension U augmente avec la fréquence selon la rampe 5a envoyée par le générateur 5. La tension au point 8 est schématiquement représentée sur la figure 4 o la droite H constitue l'enveloppe des maxima positifs de tension. Le point 8 est, en outre, relié à un démodulateur 10 qui permet de récupérer sur sa sortie 11 uniquement l'enveloppe haute H (fig. 4) de la tension au point 8. Le démodulateur 10 comprend une diode 12 dont l'anode est reliée au point 8 et la cathode est reliée à la sortie 11. En outre la cathode est reliée en parallèle par une résistance 12a et un condensateur 13 dont une borne est à la masse. La sortie 11 est reliée à un interrupteur 14 piloté par l'oscillateur 6, de telle façon qu'il permet de capturer la valeur fournissant l'enveloppe H en synchronisme avec l'émission de l'oscillateur 6, toujours à un même moment de la période de la porteuse. Un système de ce type est décrit dans la demande de brevet français n 97 13278 déjà citée. Cette façon d'opérer permet de lisser la valeur de la tension H qui, en l'absence de ce lissage, comporterait des ondulations relativement importantes. La sortie de l'interrupteur est reliée à un filtre passe-bas a comprenant une résistance 15 branchée en série sur la sortie de l'interrupteur 14 et un condensateur 16 branché en dérivation entre la sortie 17 de la résistance et la masse. La sortie 17 est reliée à l'entrée d'un circuit 18 à déclenchement par seuil, ou bascule de Schmitt. Une borne du circuit 18 est reliée à la sortie du générateur de rampe de tension 5 de manière que le seuil du circuit 18 soit modifié pour soustraire la rampe et ramener à plat le signal sur la sortie 19 du circuit 18. La sortie 19 est reliée à un circuit "intelligent" 20 plus simple qu'un microcontrôleur (toutefois un microcontrôleur peut convenir). Le circuit 20 restitue les informations électriques élémentaires qui sont acheminées vers le connecteur principal J. Le fonctionnement du dispositif électromécanique E formé par l'ensemble de détecteurs i (1... 4) et du module principal M est le suivant. L'oscillateur 6 délivre une rampe de fréquence variant de la fréquence la plus basse possible à la plus élevée. La bobine 9 émet un champ magnétique alternatif à fréquence variable suivant la rampe de fréquence. On supposera, pour les explications, que les détecteurs 1... 4 sont numérotés par ordre de grandeur croissant de leur fréquence de résonance et, qu'en outre, les détecteurs 1, 2 et 4 sont fermés, alors que le détecteur 3 est ouvert. Lors de la montée de la rampe de fréquence émise par la bobine 9, les détecteurs 1, 2 et 4 fermés entrent en résonance lorsque le signal reçu du module M passe par la valeur de fréquence propre du détecteur considéré. L'alimentation électrique créée par induction dans ce détecteur permet de transmettre une information en retour vers le module principal M. Ceci se traduit par un pic d'absorption récupéré en sortie 11 du démodulateur 10 et remis en forme à la sortie de la résistance 17. Comme indiqué précédemment, le signal de tension au point 8 présente une enveloppe supérieure constituée par la ligne oblique H (fig. 4) de sorte que le signal S (fig. 5) recueilli au point 17 sera également oblique. Ce signal S présente trois pics d'absorption Ai, A2, A4 dont les positions, sur la rampe de fréquence, correspondent aux fréquences propres des détecteurs fermés 1, 2 et 4. Il est à noter que le signal en 17 est obtenu par points correspondant aux fermetures de l'interrupteur 14. Le signal oblique S envoyé sur l'entrée du circuit 18 à déclenchement par seuil est ramené à plat suivant un signal Sa (fig. 6) par soustraction de la rampe envoyée sur une borne du circuit 18. A chaque creux ou pic d'absorption A1, A2, A4, le circuit 18 fournit en sortie un créneau rectangulaire RI, R2, R4 dont l'abscisse correspond à la fréquence propre de l'un des détecteurs fermés. Le signal de sortie Sa du circuit 18 est envoyé au circuit "intelligent" 20 qui peut donc identifier, lors de la détection de chaque pic d'absorption Ri, R2, R4, quel est le détecteur fermé. Le dispositif électromécanique E de l'invention permet donc, avec un seul module principal M, de caractériser la position d'autant d'éléments qu'il y a de détecteurs 1, 2... 4. La transmission des informations entre les détecteurs 1... 4 et le module M s'effectue sans câble électrique de transmission entre les parties Pl et P2 qui peuvent donc être mobiles l'une par rapport à l'autre. Selon une variante de réalisation, l'interface transpondeur TRi associée à chaque capteur est constituée par un circuit intégré spécifique fonctionnant d'une manière similaire à celle du dispositif de liaison sans contact décrit dans la demande de brevet français déjà citée n 97 13278 déposée le 23 octobre 1997. Dans cette variante les circuits résonants LC des interfaces transpondeurs ont également une fréquence de résonance propre, ce qui implique qu'un seul transpondeur à la fois peut fonctionner en présence d'une seule fréquence émise par le module principal M. Ce module M, selon cette variante, est semblable pour l'essentiel à celui de la figure 3. Toutefois, le générateur de porteuse G au lieu de délivrer une rampe de fréquence variant de la fréquence la plus basse possible à la plus élevée, fonctionne sur n fréquences distinctes, "n" étant le nombre de détecteurs à gérer. Selon un autre mode de réalisation, les circuits résonants LC des interfaces transpondeurs ont tous la même fréquence de résonance, mais un dispositif électronique supplémentaire est ajouté à chaque interface transpondeur TRi de sorte que les détecteurs n'émettent une trame de code que s'ils ont reçu précédemment un code d'adresse propre à chacun d'entre eux. Ce code d'adresse est stocké dans le module principal et est émis par ce module. Le code d'adresse peut être constitué par exemple par une modulation d'amplitude à fort taux (80 à 100 %) appliquée par le module principal sur la porteuse qui l'émet. Ce procédé est connu dans la plupart des transpondeurs à lecture-écriture utilisés pour l'identification, ou même dans les transpondeurs dits "answer on request" (réponse sur requête). Selon ce mode de réalisation, au niveau du module M qui correspond pour l'essentiel à celui de la figure 3, on insère entre le générateur de porteuse 6 et l'amplificateur 7 une porte logique ou un commutateur permettant de générer des interruptions de porteuse de courte durée, ceci afin de transmettre une modulation à fort taux. Cette modulation est commandée par le circuit "intelligent" 20 chargé d'effectuer la lecture des trames de réponse. Ce circuit 20 peut ainsi sélectionner par un code d'adresse le détecteur à contrôler. Le circuit "intelligent" 20 fait partie dans tous les cas du module principal et restitue les informations électriques élémentaires qui seront acheminées vers le connecteur principal J. Lorsque l'état de tous les détecteurs i est connu, les informations électriques élémentaires, par exemple "circuit ouvert" ou "circuit fermé" peuvent être reconstituées et acheminées vers le connecteur principal J. Il peut s'agir d'informations multiplexées ou non. Le dispositif électromécanique de l'invention peut s'appliquer à la commande d'une serrure électrique V de véhicule automobile (voir fig. 7). La partie P2, avec les détecteurs 1, 2, est constituée par une portière du véhicule, sur laquelle est prévue une gâche B, tandis que le module principal M est prévu sur une partie fixe P1 du châssis du véhicule. Les éléments associés aux détecteurs 1, 2... sont, par exemple, les poignées extérieure et intérieure d'ouverture de la portière. La serrure électrique V commandée par les informations provenant du connecteur J est montée sur la partie fixe du châssis. Une variante d'utilisation des détecteurs i, exposée ci- après, concerne tous les modes de réalisation décrits précédemment, sous réserve que l'absence de réponse d'un détecteur i soit prévue comme étant la constatation d'un état défini. Dans cette variante, une pièce mécanique métallique vient masquer, ou non, le détecteur i constitué uniquement de son interface transpondeur TRi, et ne comportant pas de contacteur. Lorsque la pièce métallique masque le détecteur, elle détourne les lignes de champ magnétique qui le couplent au module principal. Ce dernier peut donc reconnaître l'information élémentaire consistant dans la position de la pièce. Dans ce cas on n'utilise aucun contacteur Di ou capteur annexe. Cette façon de procéder peut, bien entendu, cohabiter avec l'utilisation des détecteurs évoqués précédemment, comprenant les contacteurs Di, dans un même système de détecteurs "sans fil". i11 REVENDICATIONS 1 - Dispositif électromécanique à détecteurs de position (1,... 4) sans raccords électriques pour repérer, par des informations électriques, la position d'éléments sur une première pièce (P2), ce dispositif comportant un premier ensemble destiné à être monté sur la première pièce, ce premier ensemble comprenant des capteurs (DI,... D4) associés aux éléments à repérer, et un deuxième ensemble destiné à être monté sur une deuxième pièce (P1), ce deuxième ensemble comportant un module principal (M) rattaché à un connecteur principal (J) sur lequel les informations sont recueillies, un mouvement relatif étant possible entre les deux pièces (P2, P1), en particulier pour une commande de serrure électrique de véhicule automobile, caractérisé par le fait: - qu'à chaque capteur (DI,... D4) est associée une interface de type transpondeur (TRI,... TR4) propre à transmettre sans fil l'information émise par le capteur (D1,... D4) vers le module principal (M), - et que des moyens d'identification sont prévus au niveau de chaque détecteur (1,... 4) et du module principal (M) pour permettre à ce module de déterminer de quel détecteur provient une information reçue. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'identification des détecteurs comprennent: - pour chaque détecteur (1,... 4) un agencement lui donnant une fréquence propre de résonance, - et, pour le module principal (M), un générateur à fréquence variable (G; 5, 6) propre à alimenter par induction le transpondeur (TRI,... TR4) associé à chaque capteur. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que chaque capteur (D1,... D4) et son interface transpondeur associée (TRI,... TR4) font partie d'un même boîtier et constituent un seul composant. 4-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le transpondeur (TRI,... TR4) associé à un capteur (D1,... D4) est un transpondeur passif. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le transpondeur (TRI,... TR4) est constitué par un circuit résonant LC accordé sur la fréquence propre au détecteur considéré, et que le capteur (DI,... D4) est constitué par un contacteur monté dans le circuit résonant, lequel peut être fermé en boucle ou coupé selon que le contacteur est fermé ou ouvert. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le module principal (M) comprend un générateur de porteuse (G) délivrant une rampe de fréquence variant de la fréquence la plus basse possible à la plus élevée. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le générateur de porteuse (G) comprend un générateur (5) de rampe de tension relié à un oscillateur (6) émettant la porteuse, afin d'obtenir une porteuse à fréquence progressivement variable. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le transpondeur comprend un circuit intégré spécifique. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le module principal comprend un générateur de porteuse, comportant un générateur de rampe de tension relié à un oscillateur, qui fonctionne sur un nombre de fréquences porteuses égal au nombre de détecteurs à gérer. - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que la porteuse est envoyée sur l'entrée d'un amplificateur (7) à transconductance dont le courant de sortie est proportionnel à la tension d'entrée, la sortie de cet amplificateur (7) étant reliée à une borne (8) d'une bobine émettrice (9), dont l'autre borne est reliée à la masse. 1 1 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comporte un démodulateur (10) branché sur la borne de sortie de l'amplificateur et un filtre passe-bas (0la) dont la sortie est reliée à un circuit (18) à déclenchement par seuil. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la liaison entre la sortie du démodulateur (10) et le filtre passe- bas (O10a) comprend un interrupteur (14) piloté par l'oscillateur (6). 13 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le circuit (18) à déclenchement par seuil est relié au générateur de rampe (5) pour que le seuil de basculement soit modifié en liaison avec la rampe, de manière à ramener à plat le signal de sortie (Sa) du circuit (18). 14 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que tous les circuits LC résonants des interfaces transpondeurs ont la même fréquence de résonance, et que les moyens d'identification pour chaque transpondeur comportent un code d'adresse stocké dans le module principal et propre à être sélectionné et émis par ce module pour contrôler un détecteur, et qu'un dispositif électronique supplémentaire est prévu dans chaque transpondeur de sorte que le transpondeur considéré ne peut émettre que s'il a reçu précédemment le code d'adresse correct envoyé par le module principal. 15 - Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le code d'adresse est constitué par une modulation d'amplitude à fort taux appliquée par le module principal sur la porteuse qu'il émet. 16 - Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé par le fait qu'une porte logique ou un commutateur permettant de générer des interruptions de courte durée est disposé entre un générateur de porteuse et un amplificateur.