Brevet FR2906418A1 — publié le 20080328

L'invention concerne un boîtier électronique destiné à être monté sur une roue de véhicule en vue de la mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de la dite roue de véhicule. De plus en plus de véhicules automobiles possèdent des systèmes de surveillance comportant des boîtiers électroniques montés sur chacune des roues de véhicules, dédiés à la mesure de paramètres, tels que pression et/ou température des pneumatiques équipant ces roues, et destinés à informer le conducteur de toute variation anormale du paramètre mesuré. Ces systèmes de surveillance comportent classiquement : ^ monté sur chacune des roues du véhicule, un boîtier électronique intégrant : • une électronique de surveillance d'au moins un paramètre de fonctionnement de la roue, comportant : ù des capteurs de mesure de paramètres tels que pression 15 température, accélération ..., ù un émetteur radiofréquence, ù et une unité centrale à microprocesseur programmée pour commander périodiquement au moins une mesure de chaque paramètre et l'émission d'une trame de données incorporant les dites mesures, 20 • et une pile, telle que pile bouton, d'alimentation électrique de l'électronique de surveillance. ^ et, montée sur le véhicule, une unité centrale de réception des signaux émis par les boîtiers électroniques, dotée d'un calculateur intégrant un récepteur radiofréquence connecté à une antenne. 25 En règle générale, un des éléments particulièrement sensibles des boîtiers électroniques consiste dans la pile bouton classiquement utilisée pour alimenter l'électronique de surveillance. En effet, la durée de vie des boîtiers électroniques est directement conditionnée par la durée de vie de ces piles. Une solution palliative a consisté à envisager de remplacer les piles boutons 30 par des moyens d'alimentation électrique comportant un élément piézoélectrique susceptible de transformer l'énergie mécanique résultant de la rotation et des vibrations des roues en énergie électrique. A cet effet, et tel que notamment décrit dans la demande de brevet U8200410078662, chaque boîtier électronique intègre des moyens d'alimentation 35 électrique comprenant : 2906418 2 - un élément piézoélectrique, - des moyens de stockage de l'énergie électrique produite par l'élément piézoélectrique, - un commutateur;, dit commutateur principal, apte à être commuté 5 entre une position ouverte d'accumulation de l'énergie dans les moyens de stockage et une position fermée de distribution de l'énergie accumulée, - et des moyens de commande du commutateur principal, comportant des moyens de fermeture du dit commutateur principal adaptés pour commuter ce dernier vers sa position fermée lorsque l'énergie accumulée par les moyens 10 de stockage devient supérieure à un seuil de charge prédéterminé. Ces moyens de commande sont, en outre, conçus de façon que leur consommation soit inférieure à celle de l'électronique de surveillance, et ont pour fonction de garantir une accumulation suffisante d'énergie dans les moyens de stockage entre chaque cycle de mesures. Selon ce principe, les moyens d'alimentation électrique produisent une énergie renouvelable, et la durée de vie des boîtiers électroniques est donc théoriquement illimitée. Toutefois, la quantité d'énergie fournie par les éléments piézoélectriques est relativement faible, et actuellement, cette quantité d'énergie s'avère trop faible pour obtenir une alimentation électrique suffisante des clivers composants électroniques intégrés dans les boîtiers électroniques, et particulièrement pour obtenir une périodicité acceptable, c'est-à-dire une périodicité suffisamment élevée, des séquences de mesure des paramètres de fonctionnement des roues. De ce fait, malgré ses avantages potentiels, la solution piézoélectrique n'est actuellement pas exploitée en vue de l'alimentation de boîtiers électroniques. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir des boîtiers électroniques intégrant des composants électroniques agencés pour générer une consommation d'énergie réduite de façon optimale, compatible avec la quantité d'énergie fournie par un élément piézoélectrique. A cet effet, l'invention vise un boîtier électronique destiné à être monté sur une 30 roue de véhicule et intégrant : • des moyens d'alimentation électrique de type piézoélectrique tels que décrit ci-dessus, • et une électronique de surveillance comportant au moins un capteur de rnesure, un émetteur radiofréquence, et une unité centrale à microprocesseur 35 programmée, dans la position fermée du commutateur principal, pour commander au rnoins une mesure de chaque paramètre et l'émission d'une trame de données incorporant les dites mesures. 2906418 3 Selon l'invention, ce boîtier électronique se caractérise en ce que : • l'unité centrale est programmée pour commander, après l'émission de chaque trame de données, la délivrance d'un signal de fin de cycle à destination des moyens de commande du commutateur principal, 5 • les moyens de commande du commutateur principal comprennent des moyens de coupure adaptés pour commuter le dit commutateur principal vers sa position ouverte à réception du signal de fin de cycle délivré par l'unité centrale. Le concept de l'invention conduit à optimiser la gestion de l'énergie produite par chaque élément piézoélectrique grâce à une coupure de l'alimentation de 10 l'électronique de surveillance dès la fin de l'émission de chaque trame de données. Dans la pratique, et selon cette conception, lors d'une séquence de mesures, seule une partie de l'énergie accumulée dans les moyens de stockage est consommée, de sorte que le temps requis, après chaque séquence de mesures, pour obtenir le seuil de charge déclencheur de la séquence de mesures suivante est réduit de façon 15 optimale, et s'avère conduire à une périodicité acceptable des séquences de mesure. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention visant à minimiser et maîtriser la consommation des moyens de commande de l'interrupteur principal : • les moyens de stockage de l'énergie électrique produite par l'élément piézoélectrique sont de type capacitifs, 20 • les moyens de fermeture du commutateur principal consistent en un circuit de commutation et d'auto maintien du dit commutateur principal dans sa position fermée, comportant un organe de détection de la tension aux bornes des moyens de stockage capacitifs, aptes à commuter le commutateur principal au delà d'un seuil de tension prédéterminé, et des moyens d'auto maintien du dit commutateur principal dans 25 sa position fermée, • et les moyens de coupure sont adaptés pour interrompre l'action des moyens d'auto maintien. De plus, également dans l'optique de minimiser la consommation électrique, est de façon avantageuse selon l'invention, le commutateur principal est du type commandé, tel qu'un transistor, et les moyens d'auto maintien comprennent également un commutateur commandé, dit commutateur d'auto maintien, adapté pour commuter entre un premier état de maintien du commutateur principal dans sa position fermée, obtenu après détection du seuil de tension, et un second état de commutation du commutateur principal vers sa position ouverte, commandé par les moyens de coupure. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens de coupure comprennent un élément capacitif apte à être chargé par le signal de fin de cycle délivré par l'unité centrale, et un commutateur commandé, dit commutateur de coupure, 2906418 4 adapté pour être commuté vers un état de commutation du commutateur principal vers sa position ouverte, une fois l'élément capacitif chargé. De plus, le commutateur de coupure est alors avantageusement adapté pour commuter le commutateur d'auto maintien entre ses premier et second états une fois 5 l'élément capacitif chargé. D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma fonctionnel des éléments intégrés dans d'un 10 boîtier électronique selon l'invention, - la figure 2 est un schéma similaire à celui de la figure 1 sur lequel sont détaillés les schémas électriques de certains des éléments intégrés dans le boîtier électronique, - la figure 3 est une courbe représentant la tension VI en sortie des 15 rnoyens de stockage de l'énergie électrique produite par l'élément piézoélectrique, - les figures 4a à 4d sont des courbes représentant, en régime établi, respectivement la tension : • V1 en sortie des moyens de stockage, • V2 en sortie des moyens de commutation et d'auto maintien, 20 • V3 en sortie de l'organe de détection de la tension aux bornes des rnoyens de stockage, • et V4 en sortie de l'élément capacitif des moyens de coupure, - et les figures 5a à 5c sont des graphiques représentant, en régime établi, les états successifs du commutateur principal (figure 5a), du commutateur d'auto maintien 25 (figure 5b) et du commutateur de coupure (figure 5c), pour une échelle de temps représentée à la figure 5d. Le boîtier électronique B selon l'invention représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2 est destiné à être monté sur une roue d'un véhicule en vue de la mesure de paramètres de fonctionnement (pression, température, accélération...) de la dite roue, et 30 de l'émission, à destination d'un calculateur disposé dans le véhicule, de trames de données incorporant les données relatives aux mesures effectuées. Tel que représenté aux figures 1 et 2, ce boîtier électronique B intègre : - un générateur 1 comprenant un élément piézoélectrique 2 adapté pour transformer l'énergie mécanique résultant de la rotation et des vibrations de la roue en 35 énergie électrique, - un redresseur de tension 4 composé d'un pont de diodes D, 2906418 5 - des moyens de stockage 5 de l'énergie électrique produite, comportant au moins une capacité Cl, - un circuit 6 de commutation et d'auto maintien d'un transistor Ti, dit transistor principal, décrit en détail plus loin en référence à la figure 2, adapté, en premier 5 lieu, pour commuter ce transistor principal Ti vers sa position fermée lorsque l'énergie accumulée dans la capacité Cl devient supérieure à un seuil de charge prédéterminé, puis, en second lieu, pour maintenir le dit transistor principal dans sa position fermée, - une électronique 7 de surveillance de paramètres de fonctionnement de la roue comportant : 10 • des capteurs de mesure tels que, par exemple, capteur de pression 8, capteur de température 9 et accéléromètre 10, • un émetteur radiofréquence 11, • et une unité centrale 12 programmée pour commander : ^ dans la position fermée du transistor principal T1, au 15 moins une mesure de chaque paramètre et l'émission d'une trame de données incorporant les dites mesures, ^ et, après l'émission de chaque trame de données, la délivrance d'un signal de fin de cycle S consistant par exemple en une impulsion présentant une tension de valeur prédéterminée. A titre d'exemple, la valeur de cette 20 tension peut être fixée à 3 volts. - et un circuit de coupure 13 décrit en détail plus loin en référence à la figure 2, destinataire du signal de fin de cycle S délivré par l'unité centrale 12, et adapté pour commuter le transistor principal Ti vers sa position ouverte à réception du dit signal. Tel que représenté à la figure 2, le circuit de commutation et d'auto maintien 6 25 comprend, en premier lieu, un organe U de détection d'un seuil de tension de valeur prédéterminée aux bornes de la capacité Cl, adapté pour présenter un état actif et entraîner une fermeture du transistor principal T1 lorsque le dit seuil de tension est atteint. A titre d'exemple, le seuil de tension peut être fixé à 3.5 volts. A cet effet, la sortie de cet organe de détection U est reliée à la grille du 30 transistor principal Ti, avec interposition entre ces dernières d'une diode coupe circuit Dl permettant de s'affranchir, dans l'état passif de l'organe de détection U, de la différence de tension parasite AV entre la tension VI en sortie de la capacité Cl et la tension V3 en sortie de l'organe de détection U. De plus, une résistance R1 de polarisation cle la grille du transistor principal 35 T1 est interposée entre la diode coupe circuit D1 et la source du dit transistor principal. Le circuit de commutation et d'auto maintien 6 comprend, en outre, des moyens d'auto maintien du transistor principal T1 dans sa position fermée, comportant 2906418 6 une résistance R2 et un transistor, dit d'auto maintien, T2 connectés en série entre le drain et la grille du dit transistor principal, de façon à forcer la conduction de ce dernier même si l'organe de détection U redevient passif (suite au passage de la tension VI en dessous de son seuil de déclenchement). 5 Le circuit de coupure 13 comporte, quant à lui, une capacité C2 adaptée pour être chargée lors de l'émission du signal de fin de cycle S par l'unité centrale 12 (fonction mémorisation temporaire de l'ordre de coupure du transistor principal T1), et un transistor, dit de coupure, T3 connecté entre la dite capacité et la grille du transistor d'auto maintien -f2, de façon : 10 - à être commuté vers sa position fermée une fois la capacité C2 chargée par le signal de fin de cycle S, -et à provoquer, dans cette position fermée, l'ouverture du transistor d'auto maintien T2, et par conséquent l'annulation de l'effet d'auto maintien du transistor principal T1 dans sa position fermée, et donc, l'ouverture de ce transistor principal T1 et 15 l'interruption de l'alimentation de l'électronique de surveillance 7. De plus, ce circuit de coupure 13 comporte une diode anti retour D2 interposée entre la capacité C2 et l'électronique de surveillance 7. Ce circuit de coupure 13 comporte, enfin, une résistance R3 de détermination de la vitesse de décharge de la capacité C2 (fonction de réglage de la durée de 20 commutation du transistor de coupure T3). Le cycle de fonctionnement d'un boîtier électronique B selon l'invention soumis aux vibrations d'une roue est décrit ci-dessous en référence aux figures 4a à 4d et 5a à 5d. En début de cycle, l'élément piézoélectrique 2 soumis aux vibrations génère 25 une tension électrique alternative qui est redressée par le pont de diodes D et charge progressivement la capacité Cl. Lors de cette charge, le transistor principal Ti, le transistor d'auto maintien T2 et le transistor de coupure T3 sont tous les trois commutés dans leur position ouverte. Une fois la capacité Cl suffisamment chargée, correspondant à l'instant tl de 30 la figure 5d, c'est-à-dire lors d'une charge correspondant à un seuil de tension prédéterminé, par exemple VI = 3.5 volts, l'organe de détection U commute dans un état actif dans lequel il entraîne les fermetures successives du transistor principal T1 et du transistor d'auto maintien T2. Une fois ces commutations effectuées, les moyens d'auto maintien T2, R2 35 bloquent le transistor principal T1 dans sa position fermée quelque soit l'état de l'organe de détection U, et ce notamment malgré la chute initiale de la tension V3 (Cf. figure 4c) 2906418 7 consécutive au début de consommation électrique des composants de l'électronique de surveillance 7. Parallèlement, l'électronique de surveillance 7, alimentée électriquement, réalise une série de mesures des différents paramètres, puis commande l'émission d'une 5 trame de données incorporant les dites mesures. Une fois son cycle de travail achevé, correspondant à l'instant t2 de la figure 5d, l'électronique de surveillance 7 délivre un signal de fin de cycle S consistant en une impulsion d'une tension donnée, adaptée pour permettre de charger la capacité C2 et d'obtenir, aux bornes de cette capacité, une tension V4, représentée à la figure 4d, apte à 10 entraîner la fermeture du transistor de coupure T3. Cette fermeture du transistor de coupure T3 provoque alors, en cascade, l'ouverture du transistor d'auto maintien T2, puis l'ouverture du transistor principal T1, entraînant l'arrêt de l'alimentation électrique de l'électronique de surveillance 7 et le démarrage d'un nouveau cycle de charge de la capacité Cl s'achevant à l'instant t'1 15 (figure 5d). Parallèlement, et en dernier lieu, la décharge de la capacité C2 provoque l'ouverture du transistor de coupure T3 au bout d'un laps de temps prédéterminé, aboutissant au temps t3 de la figure 5d, fonction de la valeur de la résistance R3. Dans la pratique, et tel que représenté à la figure 3, lors d'une séquence de 20 mesures et d'émission commandée par l'électronique de surveillance 7, seule une partie de l'énergie accumulée dans la capacité Cl est consommée, de sorte que le temps requis, après chaque séquence de mesures, pour obtenir le seuil de charge déclencheur de la séquence de mesures suivante est réduit de façon optimale, et s'avère conduire à une périodicité acceptable des séquences de mesure. 25 En effet, comme le montre la figure 3, la tension VI aux bornes de la capacité Cl augmente progressivement jusqu'à sa valeur maximale (courbe a). La fermeture du transistor Ti et la mesure des paramètres à surveiller (courbe b) provoque une diminution rapide de la tension VI. Cependant, selon l'invention, cette chute de tension est limitée au temps pendant lequel les mesures des paramètres à surveiller sont effectuées et ne 30 continue pas jusqu'à une décharge complète de la capacité Cl. Dés que le signal de fin de cycle S est émis, la chute de tension est stoppée et la capacité Cl reprend un cycle de charge (courbe a') jusqu'à obtention de la capacité maximale. Par la suite lors de chaque mesure on limite la chute de tension comme précédemment (courbe b') ... On évite donc une décharge complète de la capacité Cl entre chaque cycle de mesure. Ceci permet de 35 raccourcir le temps de recharge de Cl entre chaque mesure. A titre d'exemple numérique : 2906418 8 - le temps requis pour obtenir l'émission de la première trame de données par l'électronique de surveillance 7 est de l'ordre de 3 minutes, - et, par la suite, le temps entre deux émissions, lorsque la capacité est préchargée , se trouve réduit à une valeur de l'ordre de 45 secondes. REVENDICATIONS 1. Boîtier électronique, destiné à être monté sur une roue de véhicule et intégrant : • des moyens d'alimentation électrique (1, 4-6, 13) comprenant : - un élément piézoélectrique (2), - des moyens de stockage (5) de l'énergie électrique produite par l'élément piézoélectrique (2), -un commutateur (TI), dit commutateur principal, apte à être commuté entre une position ouverte d'accumulation de l'énergie dans les moyens de stockage (5) et une position fermée de distribution de l'énergie accurulée, - et des moyens de commande (6, 13) du commutateur principal (T1), comportant notamment des moyens de fermeture (6) du dit commutateur principal adaptés pour commuter ce dernier vers sa position fermée lorsque l'énergie accumulée par les moyens de stockage (5) devient supérieure à un seuil de charge prédéterminé, • et une électronique (7) de surveillance d'au moins un paramètre de 15 fonctionnement de la roue, comportant : - au moins un capteur (8-10) de mesure, - un émetteur radiofréquence (11), - et une unité centrale (12) à microprocesseur programmée, dans la position fermée du commutateur principal (TI), pour commander au moins une mesure 20 de chaque paramètre et l'émission d'une trame de données incorporant les dites mesures, le dit boîtier électronique étant caractérisé en ce que : • l'unité centrale (12) est programmée pour commander, après l'émission de chaque trame de données, la délivrance d'un signal de fin de cycle (S) à destination des 25 moyens de commande (6, 13) du commutateur principal (Ti), • les moyens de commande (6, 13) du commutateur principal (TI) comprennent des moyens de coupure (13) adaptés pour commuter le dit commutateur principal vers sa position ouverte à réception du signal de fin de cycle (S) délivré par l'unité centrale (12). 30 2/ Boîtier électronique selon la revendication 1 dont les moyens de stockage (5) de l'énergie électrique produite par l'élément piézoélectrique (2) sont de type capacitifs, caractérisé en ce que : • les moyens de fermeture (6) du commutateur principal (TI) consistent en un circuit de commutation et d'auto maintien du dit commutateur principal dans sa position 35 fermée, comportant un organe de détection (U) de la tension aux bornes des moyens de stockage capacitifs (5), aptes à commuter le commutateur principal (T1) au delà d'un seuil 10 2906418 de tension prédéterminé, et des moyens d'auto maintien (T2) du dit commutateur principal dans sa position fermée, • et les moyens de coupure (13) sont adaptés pour interrompre l'action des moyens d'auto maintien (T2). 5 3/ Boîtier électronique selon la revendication 2 dont le commutateur principal (Ti) est du type commandé, tel qu'un transistor, caractérisé en ce que les moyens d'auto maintien comprennent un commutateur commandé (T2), dit commutateur d'auto maintien, adapté pour commuter entre un premier état de maintien du commutateur principal (T1) dans sa position fermée, obtenu après détection du seuil de tension, et un second état de 10 commutation du commutateur principal (T1) vers sa position ouverte, commandé par les moyens de coupure (13). 4/ Boîtier électronique selon l'une des revendications 1 à' 3 caractérisé en ce que les moyens de coupure (13) comprennent un élément capacitif (C2) apte à être chargé par le signal de fin de cycle (S) délivré par l'unité centrale (12), et un commutateur commandé (T3), dit commutateur de coupure, adapté pour être commuté vers un état de commutation du commutateur principal (Ti) vers sa position ouverte, une fois l'élément capacitif (C2) chargé. 5/ Boîtier électronique selon les revendications 3 et 4 prises ensemble caractérisé en ce que le commutateur de coupure (T3) est adapté pour commuter le commutateur d'auto maintien (T2) entre ses premier et second états une fois l'élément capacitif (C2) chargé.