Brevet FR2849918A1 — publié le 20040716

Système de détection capacitif, notamment pour intérieur de véhicule automobile. La présente invention est relative aux systèmes de 5 détection capacitifs, notamment pour intérieurs de véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de détection capacitif comprenant: - au moins un capteur capacitif comprenant au 10 moins une première électrode conductrice disposée pour générer un champ électrique au moins dans une zone de détection lorsque ladite première électrode est soumise à un potentiel électrique, - et un dispositif de commande électronique relié 15 au moins à la première électrode, ce dispositif de commande étant adapté pour imposer un potentiel électrique à la première électrode pendant au moins une période de mesure o des charges électriques s'accumulent sur la première électrode et pour lire ensuite, pendant une période de 20 lecture, les charges électriques accumulées sur ladite première électrode. Le document WO-A-00/25098 décrit un exemple d'un tel système de détection, dont les capteurs capacitifs permettent de détecter la présence ou la posture d'un 25 utilisateur assis sur un siège, par exemple pour contrôler le fonctionnement d'un sac à air gonflable ("air-bag"), ou autre. Ce type de siège donne généralement satisfaction, mais présente l'inconvénient que, lorsque la surface du 30 siège est humide (par exemple lorsqu'une serviette humide est posée sur le siège, ou lorsqu'un utilisateur précédent avait des vêtements humides dont l'eau a été partiellement absorbée par le siège, ou encore lorsque de la vapeur d'eau s'est condensée sur le siège), le signal délivré par le 35 capteur capacitif peut indiquer la présence d'une personne même en l'absence d'utilisateur assis sur le siège. Le même problème peut se poser lorsqu'un objet conducteur est posé sur le siège. La présente invention a notamment pour but de pallier cet inconvénient, notamment pour améliorer la fiabilité de la détection. A cet effet, selon l'invention, un système de détection du genre en question est caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un écran conducteur qui recouvre sensiblement toute la première électrode du capteur 10 capacitif à l'opposé de la zone de détection, ladite première électrode étant isolée électriquement dudit écran, et en ce que le dispositif de commande est relié audit écran et est adapté pour imposer un potentiel électrique à l'écran au moins pendant la période de mesure. Grâce à ces dispositions, on a pu constater expérimentalement que le signal donné par le capteur capacitif permettait une détection fiable même en présence d'humidité dans la zone de détection. Dans des modes de réalisation de l'invention, on 20 peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - le dispositif de commande est adapté pour polariser électriquement l'écran dans le même sens que la première électrode par rapport à la masse pendant la 25 période de mesure; - le dispositif de commande est adapté pour imposer le même potentiel électrique à l'écran qu'à la première électrode pendant la période de mesure; - le dispositif de commande est adapté pour relier 30 l'écran à la masse pendant la période de lecture; la première électrode est reliée au dispositif de commande par un premier conducteur doté d'un blindage adapté pour empêcher que ce conducteur ne diffuse un champ électrique vers l'extérieur, l'écran étant en contact 35 électrique avec le blindage dudit conducteur; - le capteur capacitif comporte en outre une deuxième électrode conductrice adjacente à la première électrode, le dispositif de commande étant relié à la deuxième électrode et étant adapté pour imposer un potentiel électrique à ladite deuxième électrode au moins pendant la période de mesure; - les première et deuxième électrodes du capteur capacitif sont disposées sur le même écran conducteur, qui est isolé électriquement de ladite deuxième électrode; - les première et deuxième électrodes du capteur 10 capacitif sont recouvertes sensiblement en totalité, à l'opposé de la zone de détection, par deux écrans conducteurs juxtaposés qui sont isolés électriquement desdites première et deuxième électrodes, chacune des première et deuxième électrodes présentant une longueur 15 répartie sensiblement également sur les deux écrans; - les deux électrodes du capteur capacitif sont sensiblement parallèles l'une à l'autre et enroulées en colimaçon; - le système de détection comporte en outre un 20 siège de véhicule comprenant au moins une surface d'appui destinée à servir de support pour un utilisateur, le capteur capacitif étant disposé dans le siège et la zone de mesure étant située à l'extérieur du siège, devant la surface d'appui; - le capteur capacitif est situé au voisinage de ladite surface d'appui du siège. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de plusieurs de ses formes de réalisation, données 30 à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique d'un véhicule comprenant un système de détection selon une forme 35 de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en plan d'un capteur capacitif utilisable dans le dispositif de la figure 1, - la figure 3 est une vue de détail en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, montrant le capteur capacitif lorsqu'il est en place dans l'assise du siège, - la figure 4 est une vue de détail partielle du circuit de contrôle des capteurs capacitifs du véhicule de la figure 1, - et les figures 5 à 8 sont des vues similaires à la figure 2, dans quatre variantes de l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 représente un véhicule automobile 1 qui comporte des sièges 2 dont l'un est visible sur la figure 1, en l'occurrence le siège du conducteur. Bien 15 entendu, l'invention serait également applicable aux autres sièges du véhicule. Le siège 2 comporte une assise 3 qui présente une surface d'appui supérieure 4, et un dossier 5 qui présente une surface d'appui avant 6. L'assise 3 et le dossier 5 20 définissent un espace d'accueil 7 situé audessus de l'assise 2 et devant le dossier 4, lequel espace d'accueil est destiné à recevoir un utilisateur 8 du siège. Pour protéger cet utilisateur 8 en cas d'accident de la route, le véhicule comporte en outre un ou plusieurs 25 sacs de sécurité gonflables (air-bags) par exemple un sac de sécurité gonflable 9 disposé dans la partie centrale 10 du volant 11 du véhicule. Ce sac de sécurité gonflable peut présenter plusieurs modes de fonctionnement, par exemple deux modes 30 de fonctionnement selon que l'on met à feu l'une ou l'autre de deux charges explosives 12, 13 adaptées pour générer des volumes de gaz différents à l'intérieur du sac de sécurité gonflable 9 lors de son déploiement. La mise à feu de l'une ou l'autre des deux charges 35 12, 13 est effectuée par un dispositif de contrôle 14 tel qu'un microcontrôleur électronique (CONTR.), en fonction d'informations provenant notamment - d'un capteur de choc 16 tel qu'un accéléromètre ou similaire (SENS.), - et d'un dispositif de mesure capacitif 17. Ce dispositif de mesure capacitif 17 peut notamment être du type de celui décrit dans le document WOA-00/25 098, et permettre d'effectuer une mesure capacitive de permittivité électrique dans l'espace d'accueil ou zone 10 de détection 7, de façon à déterminer la présence et/ou la position ou posture de l'utilisateur 8 sur le siège, et/ou sa masse. Un tel dispositif de mesure 17, qui ne sera pas décrit à nouveau en détail ici, peut comprendre par exemple 15 une unité centrale électronique 18 (CPU) telle qu'un microcontrôleur ou microprocesseur, relié à au moins un circuit de contrôle 19 (CTRL) lui-même relié à un ou de préférence plusieurs capteurs capacitifs 20 comprenant chacun au moins une électrode disposée notamment dans 20 l'assise 3 et/ou le dossier 5, au voisinage des surfaces d'appui, 4, 6 sur lesquelles vient s'appuyer l'utilisateur 8. Comme expliqué dans le document WO-A-00/25 098 susmentionné, le circuit de contrôle 19 fait générer dans 25 l'espace 7 un champ électrique, en appliquant par périodes une tension continue V entre les électrodes de chaque capteur 20. A la fin de chaque période de mesure, l'utilisateur de contrôle 19 coupe ladite tension continue et mesure la charge accumulée par effet capacitif entre les 30 électrodes de chaque capteur 20, ce qui permet de connaître la permittivité électrique de la zone de détection constituée par l'espace d'accueil 7. Comme cette permittivité varie en fonction de la présence ou non de l'utilisateur 8, de sa posture et de sa 35 masse, comme enseigné notamment dans le document FR-A-2 813 054, les mesures effectuées au moyen des différents capteurs permettent de déterminer la présence de l'utilisateur 8 et/ou un paramètre de position de l'occupant 8 et/ou un paramètre lié à la masse de l'utilisateur. Ces différents paramètres sont pris en compte par le dispositif de commande 14 pour déterminer laquelle des charges 12, 13 il déclencherait afin de déployer le sac de sécurité gonflable 9 si le capteur 16 détectait un choc 10 subi par le véhicule. Les informations provenant du dispositif de détection peuvent être également utilisées dans la gestion de commande d'autres organes du véhicule. Ainsi, ces informations pourraient être prises en compte, par exemple, 15 dans le cadre des lois de pilotage de divers dispositifs actionneurs tels que les suspensions du véhicule, la climatisation, le dispositif de répartition du freinage, le dispositif de contrôle de l'assiette du véhicule, etc. Afin d'éviter que les mesures des capteurs 20 capacitifs 20 ne soient perturbées par la présence d'humidité ou d'objets conducteurs notamment au niveau des surfaces d'appui 4, 6, au moins certains de ces capteurs capacitifs 20 ont leurs électrodes 21 entièrement disposées sur au moins un écran conducteur 22 qui s'étend 25 sensiblement parallèlement à la surface d'appui 4, 6 correspondante, comme représenté sur les figures 2 et 3. Comme on peut le voir sur la figure 3, les deux électrodes 21 du capteur capacitif 20 sont disposées vers l'extérieur du siège par rapport à l'écran conducteur 22, 30 l'ensemble du capteur 20 pouvant avantageusement être intégré dans la matelassure 23 de la partie du siège o est disposé le capteur 20 (en l'occurrence, l'assise 3 dans l'exemple de la figure 3), à une faible distance au-dessous de la coiffe d'habillage extérieure 24 de cette partie du 35 siège. L'écran 22 peut être constitué par exemple par une feuille métallique, de cuivre ou autre, de quelques centièmes ou dixièmes de millimètres d'épaisseur, et les électrodes 21 sont isolées électriquement de cette feuille conductrice, par exemple au moyen de gaines isolantes 25 entourant lesdites électrodes. On notera que les électrodes 21 et l'écran conducteur 22 pourraient être réalisés également par dépôt sérigraphique d'une matière conductrice sur des feuilles isolantes réalisées par exemple en polyester ou autre. Dans l'exemple des figures 2 et 3, les deux électrodes 21 du capteur 20 sont enroulées en colimaçon, à une distance sensiblement constante l'une de l'autre, sur un même écran conducteur 22. De plus, chacune de ces électrodes est reliée au circuit de contrôle 19 par deux 15 conducteurs électriques 26 qui sont dotés chacun d'un blindage conducteur 27 entourant ledit conducteur électrique 26 pour empêcher que ce conducteur ne génère un champ électrique vers l'extérieur du siège lorsqu'il est sous tension. Le blindage 27 est lui-même de préférence entouré par une gaine isolante 28, et l'écran conducteur 22 est connecté au blindage 27 d'au moins un des conducteurs électriques 26, par une liaison 29. En variante, les conducteurs électriques 26 et 25 leurs blindages respectifs 27 pourraient être réalisés par sérigraphie sur des feuilles isolantes en polyester ou autre, chaque conducteur électrique 26 se présentant alors sous la forme d'une ligne conductrice disposée entre deux bandes conductrices superposées plus larges qui forment le 30 blindage, lesdites bandes conductrices étant isolées de la ligne conductrice par interposition de matière synthétique isolante. Avantageusement, au cours de chaque mesure effectuée au moyen du capteur capacitif 20, le circuit de 35 contrôle 19 peut imposer un potentiel prédéterminé E à au moins une des deux électrodes 21, au conducteur électrique correspondant 26, et le cas échéant au blindage 27 des deux conducteurs électriques 26, de sorte que l'écran conducteur 22 se trouve toujours au potentiel E lorsqu'au moins une des deux électrodes se trouve audit potentiel E. Selon une forme de réalisation, le dispositif de commande formé par l'unité centrale électronique 18 et le circuit de contrôle 19 peut être adapté pour effectuer séquentiellement quatre mesures, dans un ordre quelconque: - une première mesure dans laquelle il mesure les 10 charges accumulées sur l'une des deux électrodes 21, dite première électrode, après avoir imposé le potentiel électrique E sur ladite première électrode pendant une durée prédéterminée pendant que la deuxième électrode est reliée à la masse, - une deuxième mesure au cours de laquelle il mesure les charges électriques accumulées sur l'autre électrode 21, dite deuxième électrode, après avoir imposé le potentiel électrique E à ladite deuxième électrode pendant une durée prédéterminée alors que la première 20 électrode est reliée à la masse, - une troisième mesure dans laquelle il mesure les charges électriques accumulées sur la première électrode 21 après avoir imposé le potentiel E aux deux électrodes pendant une durée prédéterminée, - et une quatrième mesure au cours de laquelle il mesure les charges électriques accumulées sur la deuxième électrode 21 après avoir imposé le potentiel E aux deux électrodes pendant une durée prédéterminée (les durées prédéterminées au cours desquelles le potentiel électrique 30 E est imposé à l'une des électrodes ou deux électrodes sont avantageusement les mêmes pour les quatre mesures). On a pu constater expérimentalement qu'en présence de l'écran conducteur 22, les combinaisons de ces quatre mesures permettaient de différencier les signaux obtenus 35 avec ou sans utilisateur 8 assis sur le siège, même en présence d'une forte humidité ou d'un objet conducteur à la surface du siège, par exemple en présence d'une serviette mouillée posée sur le siège. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit comme dans les autres modes de réalisation de l'invention, 5 le dispositif de commande 19 pourrait être par exemple du type de celui représenté schématiquement sur la figure 4. Ce dispositif de commande 19 peut comporter par exemple un microcontrôleur ou microprocesseur interne FtC 35 qui commande, pour chaque électrode 21: - un dispositif de commutation 31 (transistor ou autre) adapté pour relier l'écran 22 soit à la masse, soit à l'électrode 21, - un dispositif de commutation 32 adapté pour relier l'électrode 21 soit à la masse, soit à un potentiel 15 électrique prédéterminé V, - et un dispositif de commutation 33 adapté pour relier ou non l'électrode 21 à un dispositif de comptage de charges électriques 34 (CNT) pouvant être lu par le microcontrôleur 35. Bien entendu, le capteur capacitif 20 peut être différent de celui représenté sur les figures 2 et 3. Ainsi, comme représenté sur la figure 5, le capteur peut comporter plusieurs écrans conducteurs 22a, 22b, par exemple deux écrans conducteurs, qui seraient isolés 25 électriquement l'un de l'autre et reliés par exemple chacun au blindage 27 de l'un des conducteurs électriques 26 des électrodes, par l'intermédiaire de liaisons électriques 29. Dans ce cas, il est avantageux que chaque électrode 21 ait une longueur répartie sensiblement également sur les deux 30 écrans conducteurs 22a, 22b de la façon la plus symétrique possible entre ces deux écrans. Dans ce mode de réalisation, le circuit de contrôle 19 peut imposer des potentiels électriques différents aux deux blindages 27 pendant les phases de mesure: par 35 exemple, le potentiel électrique de chaque blindage 27 peut être toujours égal au potentiel du conducteur électrique 26 correspondant. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 6, les électrodes 21, 22 peuvent être disposées autrement que selon un colimaçon en spirale arrondie: à titre d'exemple, 5 les électrodes 21 peuvent également être disposées selon un colimaçon à angles droits qui peut par exemple former une bande allongée présentant une relativement faible largeur e comprise par exemple entre 2 et 5 cm et une longueur L comprise par exemple entre 10 et 30 cm, la longueur L du 10 capteur 20 pouvant être disposée soit dans le sens de la largeur du siège, soit dans le sens de sa longueur. Dans le mode de réalisation de la figure 7, le capteur capacitif 20 pourrait comporter une seule électrode 21, disposée comme dans les précédents modes de réalisation 15 sur l'écran 22, en étant isolée électriquement de cet écran. L'écran 22 est relié au dispositif de commande 17 pour être mis au même potentiel électrique (non nul) que l'électrode 21 pendant les périodes de mesure o des charges électriques s'accumulent sur ladite électrode, et à 20 la masse pendant les périodes de lecture o le dispositif de commande lit la charge électrique accumulée sur l'électrode 21 pendant la période de lecture. Dans ce mode de réalisation, on peut considérer que le milieu extérieur (notamment l'utilisateur 8, lorsqu'il est présent) forme 25 une deuxième électrode fictive du capteur capacitif. Dans le mode de réalisation de la figure 8, l'écran 22 est une feuille conductrice qui présente une forme en zigzag suivant la forme de l'électrode conductrice. De plus, dans ce mode de réalisation, l'écran 22 est relié au 30 circuit de contrôle 19 par un fil séparé 30 incluant le conducteur de liaison 29 susmentionné, lequel conducteur de liaison 29 peut être raccordé au circuit 19 comme dans les autres modes de réalisation (cette disposition serait également possible dans les autres modes de réalisation de 35 l'invention). On notera que, lorsque le siège 2 comporte plusieurs capteurs capacitifs 20, ces capteurs peuvent être de différents types, et ne pas tous être réalisés conformément à la présente invention. Par ailleurs, on notera également que le système de 5 détection, formé par au moins un des capteurs capacitifs susmentionnés et le dispositif de commande, pourrait être utilisé dans d'autres applications que dans un siège de véhicule. Par exemple, ce système de détection pourrait être intégré dans une planche de bord de véhicule, un 10 pavillon de véhicule, un volant, une portière, etc. Enfin, on notera également que, dans tous les modes de réalisation de l'invention, la ou les électrodes 21 du capteur capacitif pourraient ne pas être disposées contre l'écran conducteur 22. En effet, l'écran 22 pourrait être 15 disposé à quelques centimètres (par exemple 3 à 8 cm) au dessous de la ou des électrodes 21, ledit écran étant alors séparé de la ou des électrodes par exemple par une épaisseur de mousse synthétique appartenant à la matelassure du siège. Dans ce cas, l'écran conducteur 20 pourrait être éventuellement formé par la nappe de suspension élastique de la partie correspondante du siège. Dans toutes les formes de réalisation de l'invention, l'écran 22 pourrait être constitué par une organe conducteur quelconque (feuille conductrice, grille 25 conductrice, treillis conducteur, tissu conducteur, mousse conductrice, etc.) : - qui présente une certaine surface généralement supérieure à la surface occupée par la ou les électrodes - qui recouvre sensiblement la totalité de la ou des électrodes 21 du capteur capacitif à l'opposé de la zone de détection 7, - et qui soit isolé électriquement de la ou des électrodes 21. REVENDICATIONS 1. Système de détection capacitif comprenant - au moins un capteur capacitif (20) comprenant au 5 moins une première électrode conductrice (21) disposée pour générer un champ électrique au moins dans une zone de détection (7) lorsque ladite première électrode est soumise à un potentiel électrique, - et un dispositif de commande électronique (17) relié au moins à la première électrode (21), ce dispositif de commande étant adapté pour imposer un potentiel électrique à la première électrode pendant au moins une période de mesure o des charges électriques s'accumulent sur la première électrode et pour lire ensuite, pendant une 15 période de lecture, les charges électriques accumulées sur ladite première électrode, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un écran conducteur (22; 22a, 22b) qui recouvre sensiblement toute la première électrode (21) du capteur capacitif à l'opposé 20 de la zone de détection (7), ladite première électrode (21) étant isolée électriquement dudit écran (22), et en ce que le dispositif de commande (17) est relié audit écran (22; 22a, 22b) et est adapté pour imposer un potentiel électrique à l'écran au moins pendant la période 25 de mesure. 2. Système de détection selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commande (17) est adapté pour polariser électriquement l'écran (22; 22a, 22b) dans le même sens que la première électrode (21) par rapport à la 30 masse pendant la période de mesure. 3. Système de détection selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de commande (17) est adapté pour imposer le même potentiel électrique à l'écran (22; 22a, 22b) qu'à la première électrode (21) pendant la période de 35 mesure. 4. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de commande (17) est adapté pour relier l'écran (22; 22a, 22b) à la masse pendant la période de lecture. 5. Système de détection selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, dans lequel la première électrode (21) est reliée au dispositif de commande (17) par un premier conducteur (28) doté d'un blindage (27) adapté pour empêcher que ce conducteur ne diffuse un champ électrique vers l'extérieur, l'écran (22; 22a, 22b) étant 10 en contact électrique avec le blindage (27) dudit conducteur. 6. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur capacitif (20) comporte en outre une deuxième électrode 15 conductrice (21) adjacente à la première électrode (21), le dispositif de commande (17) étant relié à la deuxième électrode (21) et étant adapté pour imposer un potentiel électrique à ladite deuxième électrode au moins pendant la période de mesure. 7. Système de détection selon la revendication 6, dans lequel les première et deuxième électrodes (21) du capteur capacitif sont disposées sur le même écran conducteur (22), qui est isolé électriquement de ladite deuxième électrodes. 8. Système de détection selon la revendication 4, dans lequel les première et deuxième électrodes (21) du capteur capacitif sont recouvertes sensiblement en totalité, à l'opposé de la zone de détection, par deux écrans conducteurs juxtaposés (22a, 22b) qui sont isolés 30 électriquement desdites première et deuxième électrodes, chacune des première et deuxième électrodes (21) présentant une longueur répartie sensiblement également sur les deux écrans (22a, 22b). 9. Système de détection selon l'une quelconque des 35 revendications 6 à 8, dans lequel les deux électrodes (21) du capteur capacitif sont sensiblement parallèles l'une à l'autre et enroulées en colimaçon. 10. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un siège de véhicule (2) comprenant au moins une surface d'appui (4, 6) 5 destinée à servir de support pour un utilisateur, le capteur capacitif étant disposé dans le siège et la zone de mesure (7) étant située à l'extérieur du siège devant la surface d'appui (4, 6). 11. Système de détection selon la revendication 10, 10 dans lequel le capteur capacitif (21) est situé au voisinage de la surface d'appui (4, 6) du siège.