Brevet FR2909183A1 — publié le 20080530

Emetteur-récepteur d'ultrasons, notamment pour véhicule automobile La présente invention concerne un émetteur-récepteur d'ultrasons pour véhicule automobile, du type comprenant une membrane externe adaptée pour émettre et recevoir des ultrasons par vibration de la membrane, et une couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons solidaire de la membrane . On connaît déjà des émetteurs-récepteurs d'ultrasons comprenant une couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons solidaire d'une membrane externe. La couche excitatrice et réceptrice comprend une couche piézoélectrique, une électrode externe solidaire de la membrane et une électrode interne. L'électrode externe et l'électrode interne sont disposées de part et d'autre de la couche piézoélectrique. Lorsque les électrodes sont soumises à une tension alternative de fréquence supérieure à 20 kHz, la couche excitatrice excite la membrane externe à cette fréquence de manière à émettre des ultrasons. Inversement, lorsque la membrane externe est déformée en recevant des ultrasons, la couche piézoélectrique produit une tension entre les électrodes permettant de mesurer ces ultrasons. Ces émetteurs-récepteurs d'ultrasons sont par exemple utilisés pour indiquer la distance entre un véhicule automobile et des obstacles autour du véhicule, par exemple pour aider au stationnement du véhicule. On connaît également des capteurs de pression dynamique, utilisés par exemple pour mesurer la pression dynamique résultant du vent relatif à un véhicule automobile. Ces capteurs de pression comprennent par exemple une membrane externe sur laquelle sont disposées des jauges de contrainte pour mesurer la déformation lente ou basse fréquence, jusqu'à quelques kHz, de la membrane et ainsi pouvoir calculer la pression dynamique de l'air s'exerçant sur la membrane. Cependant, les émetteurs-récepteurs d'ultrason et les capteurs de pression ont un coût important. L'invention a pour but de réduire leur coût. 2909183 2 A cet effet, l'invention a pour objet un émetteur-récepteur d'ultrasons du type précité, caractérisé en ce que l'émetteur-récepteur comprend également des moyens de mesure d'une déformation basse fréquence inférieure à 10 Hz de la membrane résultant de la pression dynamique de 5 l'air extérieur s'exerçant sur la membrane, la pression dynamique résultant de la vitesse du vent relatif à l'émetteur-récepteur, et une électronique de traitement pour calculer une valeur représentative de ladite pression dynamique. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'émetteur-récepteur 10 peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - lesdits moyens de mesure comprennent au moins une jauge de contrainte solidaire de la membrane, la ou chaque jauge est solidarisée à la couche excitatrice et 15 réceptrice d'ultrasons, - il comprend une couche de protection et d'isolation interposée entre la ou chaque jauge et la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons, - les moyens de mesure de déformation lente ou basse fréquence de la membrane comprennent une électrode mobile solidaire de la membrane 20 et une électrode fixe, ladite déformation lente ou basse fréquence étant mesurée par effet capacitif entre les électrodes mobile et fixe, - la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons comprend une couche piézoélectrique, une électrode externe solidaire de la membrane et une électrode interne, l'électrode externe et l'électrode interne étant disposées 25 de part et d'autre de la couche piézoélectrique, l'électrode interne étant également l'électrode mobile des moyens de mesure de déformation lente ou basse fréquence, - ladite électronique de traitement est propre à commander la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons, 30 - il comporte un fil pour l'alimentation électrique de l'émetteur-récepteur etlou pour la transmission de données à l'émetteur-récepteur, la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons et lesdits moyens de mesure de déformation lente ou basse fréquence étant reliés au fil. 2909183 3 L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur-récepteur d'ultrasons tel que décrit ci-dessus. 5 Suivant un mode particulier de réalisation, le véhicule peut comporter la caractéristique suivante : - il comporte un dispositif de mesure de vent relatif au véhicule et un dispositif de mesure de distance d'obstacles au déplacement du véhicule, les deux dispositifs comprenant au moins deux émetteurs-récepteurs 10 d'ultrasons selon une quelconque des revendications 1 à 8 communs et un calculateur commun pour déterminer alternativement une valeur représentative du vent relatif en fonction des valeurs de pression dynamique de l'air extérieur calculées par les émetteurs-récepteurs et une valeur représentative de distance d'obstacles au déplacement du véhicule en 15 fonction des valeurs de temps de parcours d'ultrasons émis par les émetteurs-récepteurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schématique d'une coupe d'un émetteur- récepteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'un émetteur-récepteur selon un deuxième mode de réalisation. Les figures 1 et 2 illustrent un émetteur-récepteur 2 d'ultrasons 25 comprenant un boîtier 4 et une membrane 6 externe portée par le boîtier 4 et adaptée pour émettre et recevoir des ultrasons par vibration de la membrane 6. L'émetteur-récepteur 2 comprend également des moyens 8 de mesure d'une déformation lente ou basse fréquence de la membrane 6 résultant de la pression dynamique de l'air extérieur s'exerçant sur la 30 membrane 6. L'émetteur-récepteur 2 comprend une électronique 14 de traitement par exemple disposée dans le boîtier 4 et reliée par des fils 16, 18 de 2909183 4 connexion internes à une couche 20 excitatrice et réceptrice d'ultrasons solidaire de la membrane 6. La couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20 comprend par exemple, comme illustré sur les figures 1 et 2, une couche 22 5 piézoélectrique, une électrode 24 externe solidaire de la membrane 6 et une électrode 26 interne. Les électrodes interne 26 et externe 24 sont disposées de part et d'autre de la couche piézoélectrique 22. Les fils de connexion internes 16, 18 comprennent un fil d'électrode interne 16 reliant l'électrode interne 26 à l'électronique de traitement 14 et 10 un fil d'électrode externe 18 reliant l'électrode externe 24 à l'électronique de traitement 14. Les électrodes 24, 26 sont propres à appliquer une tension à la couche piézoélectrique 22. En effet, lorsqu'elles sont soumises à une tension alternative de fréquence par exemple supérieure à 20 kHz (domaine 15 des ultrasons), la couche piézoélectrique 22 vibre à la même fréquence. La couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20 vibre alors à cette même fréquence et excite la membrane 6 en vibration de manière à ce qu'elle émette des ultrasons à cette même fréquence. L'émetteur-récepteur 2 comprend également des fils 28 de connexion 20 externes reliant par exemple l'électronique de traitement 14 à une alimentation électrique. Les fils de connexion externes 28 sont par exemple également aptes à assurer la transmission de données vers et / ou à partir de l'émetteur-récepteur 2. Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, les 25 moyens 8 de mesure de la déformation lente ou basse fréquence de la membrane 6 comprennent des jauges 30 de contrainte solidaires de la membrane 6. Chaque jauge 30 est par exemple reliée à l'électronique de traitement 14 par des fils de jauge 31. 30 Les jauges 30 sont par exemple disposées selon le montage en pont de Wheatstone et solidarisées par une couche 32 de protection et d'isolation de la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20, comme illustré sur la figure 1. La couche de protection et d'isolation 32 est ainsi interposée entre 2909183 5 les jauges de contrainte 30 et la couche excitatrice et réceptrice 20. II s'agit par exemple d'une couche 32 réalisée en colle électriquement isolante, d'une épaisseur par exemple comprise entre 0,05 mm et 0,13 mm. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la couche de protection et 5 d'isolation 32 est disposée sur l'électrode interne 26. Cependant, la disposition des jauges de contrainte 30 décrite ci-dessus n'est pas limitative. En effet, en variante les jauges 30 sont par exemple disposées directement sur la membrane externe 6 ou sur une couche liée à la membrane externe 6. 10 Les jauges 30 mesurent la déformation lente ou basse fréquence, jusqu'à quelques kHz, de la membrane 6, contrairement à la couche piézoélectrique 22 de la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20 qui mesure des déformations haute fréquence de la membrane 6. En effet, la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20 n'est pas apte à mesurer la 15 déformation lente ou basse fréquence de la membrane 6 puisqu'elle est adaptée pour la haute fréquence au-delà de 20 kHz. Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, les moyens de mesure 8 de la déformation lente ou basse fréquence de la membrane 6 comprennent une électrode fixe 34 par rapport au boîtier 4 et 20 une électrode mobile solidaire de la membrane 4. L'électrode mobile est avantageusement l'électrode interne 26 de la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons 20, comme illustré sur la figure 2. Les moyens de mesure 8 sont ainsi aptes à mesurer la distance entre les électrodes fixe 34 et mobile 26 et donc la déformation lente ou basse 25 fréquence de la membrane 6, par effet capacitif entre les électrodes fixe 34 et mobile 26. L'électrode fixe 34 est par exemple reliée par un fil 36 d'électrode fixe à l'électronique de traitement 14. L'invention concerne également un véhicule automobile comportant 30 un dispositif de mesure de distance d'obstacles au déplacement du véhicule et un dispositif de mesure du vent relatif au véhicule. Les deux dispositifs comportent des émetteurs-récepteurs 2 tels que décrits ci-dessus communs. L'émetteur-récepteur 2 selon l'invention est en 2909183 6 effet apte à basculer entre un mode d'émission et/ou réception d'ultrasons et un mode de mesure de pression dynamique. Les émetteurs-récepteurs 2 selon l'invention sont par exemple reliés par leur fils de connexion externes 28 à un calculateur du véhicule, le 5 calculateur étant commun aux deux dispositifs. Ils sont par exemple disposés sur un pare-chocs avant, au niveau de coudes gauche et droit du pare-chocs. Le calculateur est programmé de manière à commander les émetteurs-récepteurs 2 dans leurs deux modes de fonctionnement et de 1O manière à calculer une distance à un obstacle pour le dispositif de mesure de distance et / ou à calculer une mesure du vent relatif pour le dispositif de mesure du vent relatif. On comprend ainsi qu'avec l'invention, l'émetteur-récepteur d'ultrasons 2 est à la fois apte à émettre et recevoir des ultrasons et apte à 15 mesurer la pression de l'air s'exerçant sur l'émetteur-récepteur 2. Le coût des deux dispositifs est donc réduit. En effet, les émetteurs-récepteurs 2 assumant deux fonctions, le coût lié par exemple à l'implantation des fils de connexion externes 28 est presque divisé par deux. REVENDICATIONS 1. Emetteur-récepteur (2) d'ultrasons pour véhicule automobile, du type comprenant une membrane (6) externe adaptée pour émettre et recevoir des ultrasons par vibration de la membrane (6), et une couche (20) excitatrice et réceptrice d'ultrasons solidaire de la membrane (6), caractérisée en ce que l'émetteur-récepteur (2) comprend également des moyens (8) de mesure d'une déformation basse fréquence inférieure à 10 Hz de la membrane (6) résultant de la pression dynamique de l'air extérieur s'exerçant sur la membrane (6), la pression dynamique résultant de la vitesse du vent relatif à l'émetteur-récepteur (2), et une électronique (14) de traitement pour calculer une valeur représentative de ladite pression dynamique. 2. Emetteur-récepteur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (8) comprennent au moins une jauge (30) de contrainte solidaire de la membrane (6). 3. Emetteur-récepteur (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ou chaque jauge (30) est solidarisée à la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons (20). 4. Emetteur-récepteur (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (32) de protection et d'isolation interposée entre la ou chaque jauge (30) et la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons (20). 5. Emetteur-récepteur (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure (8) de déformation lente ou basse fréquence de la membrane (6) comprennent une électrode mobile (26) solidaire de la membrane (6) et une électrode fixe (34), ladite déformation lente ou basse fréquence étant mesurée par effet capacitif entre les électrodes mobile (26) et fixe (34). 6. Emetteur-récepteur (2) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons (20) comprend une couche (22) piézoélectrique, une électrode (24) externe solidaire de la membrane (6) et une électrode (26) interne, l'électrode externe (24) et l'électrode interne (26) étant disposées de part et d'autre de la couche 2909183 8 piézoélectrique (22), l'électrode interne (26) étant également l'électrode mobile (26) des moyens de mesure (8) de déformation lente ou basse fréquence. 7. Emetteur-récepteur (2) selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce que ladite électronique de traitement (14) est propre à commander la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons (20). 8. Emetteur-récepteur (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un fil (28) pour l'alimentation électrique de l'émetteur-récepteur et/ou pour la transmission de données à 10 l'émetteur-récepteur, la couche excitatrice et réceptrice d'ultrasons (20) et lesdits moyens de mesure (8) de déformation lente ou basse fréquence étant reliés au fil (28). 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur-récepteur (2) d'ultrasons selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes. 10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure de vent relatif au véhicule et un dispositif de mesure de distance d'obstacles au déplacement du véhicule, les deux dispositifs comprenant au moins deux émetteurs-récepteurs (2) 20 d'ultrasons selon une quelconque des revendications 1 à 8 communs et un calculateur commun pour déterminer alternativement une valeur représentative du vent relatif en fonction des valeurs de pression dynamique de l'air extérieur calculées par les émetteurs-récepteurs (2) et une valeur représentative de distance d'obstacles au déplacement du véhicule en 25 fonction des valeurs de temps de parcours d'ultrasons émis par les émetteurs-récepteurs (2).