Brevet FR2944231A1 — publié le 20101015

B9223 - DD11007 1 ÉVALUATION D'UNE DÉFORMATION PÉRIPHÉRIQUE D'UN PNEUMATIQUE EN COURS D'UTILISATION Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les systèmes de mesure et, plus particulièrement un système d'évaluation de la déformation périphérique d'un pneumatique d'une roue de véhicule automobile. Exposé de l'art antérieur Pour des questions de sécurité et d'environnement, les roues de véhicule automobile sont de plus en plus souvent équipées de capteurs de pression susceptibles d'alerter le conducteur quand la pression du pneumatique devient insuffisante (par exemple, en cas de crevaison lente). Généralement, des capteurs de pression sont fixés sur la valve de la jante, côté intérieur du pneumatique, et transmettent périodiquement, par une liaison radio, une mesure de la pression à un système électronique (typiquement, l'ordinateur de bord du véhicule). Un inconvénient d'une telle technique de mesure directe est que le recours à des capteurs de pression est coûteux. De plus, les capteurs requièrent une source d'énergie, en pratique, une pile. On connaît également des techniques d'évaluation indirecte de la pression d'un pneumatique. Une première B9223 - DD11007 2 technique consiste à comparer la vitesse de chaque roue par rapport à une vitesse de référence fonction de la vitesse du véhicule. Une telle technique n'est pas fiable si plusieurs roues sont dégonflées. Une autre technique indirecte a recours à des ultrasons pour évaluer la distance entre la jante de la roue et la ceinture externe du pneumatique côté route (là où le rayon de la roue diminue si le pneumatique est dégonflé). Une telle technique est complexe à mettre en oeuvre. Le document US-A-7 412 879 prévoit d'équiper la surface interne de chaque pneumatique de deux couronnes aimantées disposées symétriquement par rapport au milieu de la bande de roulement du pneumatique. Un capteur de champ magnétique, porté par le moyeu de la roue est placé entre les deux couronnes de telle sorte qu'en position normale (pneumatique non déformé), le champ résultant des deux émetteurs de champ magnétique s'annule. En cas de déformation du pneumatique, ce champ ne s'annule plus au niveau du capteur. Un inconvénient de cette technique est qu'elle requiert l'intégration de couronnes aimantées dans les pneumatiques. De plus, elle requiert un positionnement précis du capteur par rapport aux couronnes contenues dans le pneumatique. Il serait souhaitable de disposer d'un système d'évaluation d'une déformation subie par un pneumatique en cours d'utilisation qui évite le besoin d'un capteur dans la roue ou dans le pneumatique. Il serait également souhaitable de disposer un système de constitution simple et fiable. Plus généralement, il serait souhaitable de disposer 30 d'un système d'évaluation d'une déformation d'un élément en rotation autour d'un axe. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des B9223 - DD11007 3 systèmes connus d'évaluation d'une déformation d'un pneumatique pour détecter une perte de pression interne du pneumatique. Un objet d'un mode de réalisation est de proposer un système ne nécessitant aucune modification d'un pneumatique usuel ou d'une jante usuelle. Plus généralement, un objet d'un mode de réalisation de l'invention est de proposer un système de mesure d'une déformation périphérique d'un objet métallique en rotation. Pour atteindre tous ces objets ainsi que d'autres, il est prévu un système d'évaluation d'une déformation périphérique d'un objet en rotation autour d'un axe et présentant une ceinture en un matériau au moins partiellement ferromagnétique, contrainte en forme de cercle en l'absence de pression extérieure imposée sur un tronçon de sa périphérie, comportant : au moins un magnétomètre dans le prolongement d'un rayon dudit objet hors dudit tronçon ; et des moyens d'évaluation d'une variation d'une grandeur dépendant de la valeur moyenne du champ magnétique émis par ladite ceinture sur plusieurs révolutions de l'objet. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit magnétomètre est placée à une distance fixe de l'axe de rotation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit magnétomètre est placée à une distance variable de l'axe 25 de rotation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comporte deux magnétomètres dans le prolongement d'un même rayon de l'objet. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 le système comporte deux magnétomètres dans une direction othoradiale à l'objet. Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits moyens évaluent un gradient du champ magnétique entre les deux magnétomètres, de préférence intégrés dans un gradient- 35 mètre. B9223 - DD11007 4 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système est appliqué à une évaluation d'une variation de flèche d'un pneumatique de véhicule automobile. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 le système est appliqué à une évaluation d'un sous gonflage d'un pneumatique de véhicule automobile. Il est également prévu un procédé d'évaluation d'une déformation périphérique d'un objet en rotation autour d'un axe et présentant une ceinture en un matériau au moins partiellement 10 ferromagnétique, contrainte en forme de cercle en l'absence de pression extérieure imposée sur un tronçon de sa périphérie, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : mesurer le champ magnétique dans le prolongement d'un rayon dudit objet hors dudit tronçon ; et 15 déduire la présence d'une déformation de l'objet au niveau du tronçon d'une variation d'une grandeur liée à la valeur moyenne du champ magnétique sur plusieurs révolutions de l'objet. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 une valeur de référence de ladite grandeur est mémorisée alors que l'objet est considéré comme non déformé. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante 25 de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'évaluation d'une déformation périphérique d'un pneumatique ; 30 la figure 2 est un exemple d'allure du champ magnétique d'une roue de véhicule en fonction d'une position angulaire ; la figure 3 est une vue latérale d'une roue équipée d'un pneumatique illustrant le fonctionnement d'un système 35 d'évaluation d'une déformation périphérique ; B9223 - DD11007 les figures 4A et 4B sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du système de la figure 3 ; et la figure 5 est une vue latérale d'une roue équipée d'un autre mode de réalisation d'un système d'évaluation d'une 5 déformation périphérique. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Description détaillée Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier, les détails constitutifs d'un pneumatique à carcasse ou ceinture métallique auquel s'applique à titre d'exemple la présente invention n'ont pas été exposés, l'invention étant compatible avec tout pneumatique à carcasse ou ceinture métallique usuel. De plus, l'exploitation faite des mesures (par exemple, affichage d'un message d'alerte au conducteur, information sonore du conducteur, etc.) n'a par non plus été détaillée, l'invention étant compatible avec toute application usuelle de telles mesures. Sauf précision contraire, les qualificatifs de direction (vertical, horizontal, etc.) et de position relative (dessous, dessus, etc.) sont arbitrairement exprimés dans l'orientation des figures. Les modes de réalisation de la présente invention qui vont être décrits tirent profit de l'existence, dans un pneumatique de véhicule automobile, d'une ceinture métallique en un matériau ferromagnétique, le plus souvent en acier, présentant donc une aimantation rémanente liée aux champs magnétiques auxquels l'acier a été soumis. Cette ceinture métallique est intégrée dans la gomme de pneumatique au niveau de sa bande de roulement. La figure 1 représente schématiquement une roue 1 de véhicule automobile (dont seul le passage de roue 21 de la carrosserie est représenté). La roue 1 est portée par une jambe de force 3 dont une extrémité porte le moyeu 11 de la roue sur lequel est montée une jante 12 recevant un pneumatique 4. B9223 - DD11007 6 L'autre extrémité de la jambe de force 3 est reliée au châssis (symbolisé par un trait 2) par l'intermédiaire d'un mécanisme amortisseur (non représenté). Le pneumatique 4 comporte une ceinture métallique 41 qui présente une aimantation rémanente. L'aimantation de la ceinture 41 dépend de l'histoire du pneumatique et des champs magnétiques subis par celui-ci, en particulier lors de sa fabrication. De plus, les inventeurs ont constaté que cette aimantation est variable sur la circonférence du pneumatique. Le dispositif de mesure de déformation de la figure 1 comporte au moins un magnétomètre 5, placé à une distance d du centre A de la roue supérieure au rayon de la roue, c'est-à-dire à l'extérieur de la périphérie du pneumatique. Dans l'exemple, le magnétomètre est placé à une distance fixe du centre de la roue, par exemple en étant placé sur la spire du ressort d'amortisseur le plus près de l'axe. Le magnétomètre 5 est relié par une liaison 51 filaire ou non à un dispositif centralisateur 6 des mesures effectuées sur les différentes roues, par exemple l'ordinateur de bord du véhicule. Comme l'aimantation du pneumatique n'est pas régulière, la valeur du champ magnétique mesurée par le magnétomètre 5 varie lorsque la roue tourne. Ces variations, qui sont fonction de la position angulaire de la roue, définissent une signature magnétique du pneumatique qui se répète d'un tour à l'autre. Les autres éléments métalliques de la roue (la jante si elle est en acier, le disque de frein, les roulements, etc.) influent également sur la signature magnétique. Toutefois, ils sont plus éloignés du capteur et influent donc moins sur la signature. Le cas échéant, le pneu est lors de sa fabrication soumis à un champ magnétique contrôlé lui conférant une aimantation irrégulière. Cela permet d'accroître l'aimantation, donc l'intensité du signal capté par les magnétomètres. La figure 2 représente un exemple de variation de l'intensité du champ magnétique (en microtesla pT) mesurée à une distance fixe de l'axe de la roue en fonction d'une position B9223 - DD11007 7 angulaire oc en degrés (°). La représentation de la figure 2 identifie de façon arbitraire des positions angulaires entre 0 et 360 degrés ainsi qu'un ordre de grandeur d'amplitude du champ magnétique. Cette amplitude dépend bien entendu de la distance du magnétomètre par rapport à la surface du pneumatique. De la même façon, le niveau de référence à 0 microtesla est arbitraire et dépend de l'étalonnage du magnétomètre. La figure 3 est une représentation plus détaillée de la roue 2 de la figure 1 illustrant une déformation liée à son appui au sol S dans une situation où le pneumatique est partiellement dégonflé. Cela se traduit par un fort écrasement de la périphérie du pneumatique qui touche le sol. En pratique, un écrasement plus léger se produit également pour un pneumatique normalement gonflé (figure 1). On appelle cet écrasement la flèche du pneumatique. L'évaluation de la flèche est un paramètre important dans la détection d'un défaut de gonflage. La présente invention tire profit du fait que la ceinture métallique 41 (également appelée nappe-sommet) de la périphérie du pneumatique (sous sa bande de roulement 42) peut être considérée comme ayant une longueur constante (inextensible et incompressible) en raison de sa rigidité liée à son caractère métallique. L'aplanissement de la partie basse 412 de la ceinture (tronçon de sa périphérie) en contact avec le sol engendre, en considérant la ceinture métallique de longueur invariante, un accroissement du rayon de cette ceinture (trait plein 413) dans le reste de la périphérie du pneumatique et notamment en partie haute. Pour faire ressortir ce phénomène, la position au repos (figure 1) de la ceinture 41 a été illustrée par un pointillé 411 en figure 3. La hauteur d'enfoncement de la ceinture en partie basse représente la flèche f de la déformation. Cette flèche est liée à la longueur 1 de contact de la bande de roulement du pneumatique et au rayon R de la ceinture métallique 41 dans sa partie supérieure. Des calculs théoriques reliant la déformation B9223 - DD11007 8 de la ceinture du pneumatique, la flèche, la longueur de la bande de roulement au sol et le rayon, sont décrits par exemple dans un ouvrage Applied Mathematical Modelling de 1981 page 422 à 427 dans un article de F. Koutny (Load-deflection curves for radial Tyres). Toutefois, la mise en oeuvre des modes de réalisation décrits n'exige pas de connaître ces distances f, 1 et R. Comme le magnétomètre 5 est, dans l'exemple des figures 1 et 2, placé à une distance d fixe par rapport au centre A de la roue, le champ magnétique qu'il mesure présente une amplitude plus importante lorsque le rayon R de la ceinture 41 dans sa partie supérieure augmente. Il est donc possible de déduire, d'une variation de l'amplitude moyenne du champ magnétique mesuré par le capteur 5, une information sur la déformation du pneumatique dans sa partie basse, donc sur la charge du véhicule ou sur la pression dans le pneumatique. On voit que, même si le pneumatique présente toujours une déformation en raison du poids du véhicule, on est quand même en mesure de déduire une diminution de la pression à l'intérieur du pneumatique en mesurant une variation de l'amplitude du champ magnétique. Les moyens de traitement des signaux reçus du capteur 5 effectuent une moyenne sur plusieurs révolutions de la roue et évaluent une variation d'une grandeur fonction de cette moyenne. Selon un mode de réalisation préféré, on évalue une variation d'une dispersion autour de la valeur moyenne, par exemple une variation de la variance ou de l'écart type de l'amplitude du champ magnétique mesurée par le magnétomètre. Cela permet de s'affranchir d'éventuelles perturbations magnétiques environnementales au système. De préférence, on réalise une moyenne sur un très grand nombre de tours de roue (plusieurs centaines). En pratique, les normes de sécurité prescrivent que la fourniture d'une information sur la pression du pneumatique toutes les vingt minutes suffit. B9223 - DD11007 9 On notera que la mesure doit s'effectuer alors que la roue est en rotation. En effet, si la roue est arrêtée sur une position angulaire qui correspond à un point de la signature où le champ est nul, il devient impossible de détecter une variation de l'amplitude du champ. Toutefois, si le pneumatique perd de la pression à l'arrêt, cette perte pourra être détectée dès le démarrage du véhicule en ayant mémorisé la dernière valeur moyenne. En d'autres termes, le calculateur électronique ou l'ordinateur de bord gérant le système est, de préférence, paramétré ou programmé pour ne pas exploiter de mesure quand le véhicule est à l'arrêt, afin de ne pas perdre la dernière valeur fiable au moment de l'arrêt. Par exemple, on ne tient pas compte des premier et dernier tours de roue. En variante, le calculateur identifie et mémorise spécifiquement la dernière valeur considérée comme fiable. En variante, le capteur 5 n'est pas situé à hauteur constante du centre de la roue mais est, pour des raisons pratiques, porté par le châssis. Moyenner la réponse du capteur sur un très grand nombre de révolutions permet de considérer que la distance moyenne entre le capteur et le centre de la roue est constante. Ainsi, la valeur moyenne permet de négliger les variations d'amplitude dues au débattement des roues liées aux amortisseurs. Tout type de magnétomètre (scalaire, vectoriel mono- axe, vectoriel tri-axes peut être utilisé. Dans le cas d'un magnétomètre vectoriel, on alignera préférentiellement la direction de mesure (ou l'une des directions) selon un rayon de la roue ou selon une direction tangente au pneumatique, pour optimiser le niveau du signal reçu. Un magnétomètre scalaire présente l'avantage de s'affranchir de la projection du champ magnétique terrestre sur un des axes, et donne directement le module du champ magnétique. Les figures 4A et 4B sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du système de mesure. La figure 4A représente B9223 - DD11007 10 la signature magnétique B d'une roue. La figure 4B représente l'écart type 6 obtenu. Temporellement, ces figures illustrent une première phase T1 dans laquelle l'écart type de la valeur moyenne du champ magnétique prend une valeur 61, suivie d'une deuxième phase T2 dans laquelle le pneumatique se dégonfle. L'écart type prend alors une valeur supérieure 62. Pour simplifier, le retard entre le changement d'amplitude dans le champ magnétique mesuré et le changement de valeur (instant t0) de l'écart type a été ignoré. En pratique, un retard dépendant du nombre de tours pris en compte par valeur moyenne apparaît. Dans une troisième phase T3, on suppose une accélération de la vitesse de rotation. Une telle variation de la vitesse est sans effet sur l'écart type de valeur moyenne du champ magnétique. L'exploitation des mesures requiert une phase d'apprentissage de façon à déterminer une valeur de référence correspondant à un pneumatique considéré comme non déformé (ou déformé de façon normale). Cela permet, entre autres, de s'affranchir de tolérances de positionnement du magnétomètre lors de la fabrication du véhicule. Par ailleurs, dans des applications où l'on souhaite indiquer une estimation de la valeur de la pression interne du pneumatique, un étalonnage du système est effectué pour convertir une variation de la valeur moyenne en valeur de pression. La figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un système d'évaluation de la déformation d'un pneumatique. Deux capteurs magnétiques 51 et 52 sont portés par le châssis 2. En pratique, ces capteurs sont préférentiellement intégrés dans un dispositif appelé gradient-mètre incluant deux capteurs très proches l'un de l'autre et mesurant le gradient du champ, par exemple, dans la direction radiale. Comme dans d'autres modes de réalisation déjà décrits, le système moyenne B9223 - DD11007 11 le champ magnétique sur un très grand nombre de tours de roue pour lisser l'effet du débattement vertical de la roue. Un tel mode de réalisation améliore la sensibilité de la mesure. En particulier, un gradient-mètre est plus sensible aux variations d'amplitude avec la distance. En variante, les deux capteurs sont dans des dispositifs distincts et le système de traitement calcule la différence entre les valeurs moyennes mesurées par les deux capteurs. Selon une autre variante, les deux capteurs 51 et 52 (intégrés ou non dans un gradient-mètre) sont alignés sur une direction ortho-radiale (parallèle ou perpendiculaire à une tangente au pneumatique). Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments et ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. Par ailleurs, la mise en oeuvre pratique de l'invention et les calculs à effectuer par des moyens informatiques ou calculateurs électroniques est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De plus, le choix des positions des capteurs sur le châssis du véhicule dépend de l'application et de la carrosserie qui déterminent des positions préférées. En outre, bien que l'invention ait été plus particulièrement décrite en relation avec une application à une roue de véhicule automobile, elle s'applique plus généralement à la mesure d'une déformation d'un objet en rotation, pourvu que cet objet comporte une ceinture au moins partiellement en un matériau ferromagnétique, de longueur constante et conservant au repos (en l'absence de contrainte extérieure) une forme circulaire. En pratique, il s'agira le plus souvent d'une ceinture métallique noyée dans une matière plastique (gomme dans le cas du pneumatique) ayant une forme et une dureté adaptées à contraindre l'objet en forme de couronne. REVENDICATIONS1. Système d'évaluation d'une déformation périphérique d'un objet (1) en rotation autour d'un axe (A) et présentant une ceinture (41) en un matériau au moins partiellement ferromagnétique, contrainte en forme de cercle en l'absence de pression extérieure imposée sur un tronçon de sa périphérie, caractérisé en ce qu'il comporte : au moins un magnétomètre (5 ; 51, 52) dans le prolongement d'un rayon dudit objet hors dudit tronçon ; et des moyens (6) d'évaluation d'une variation d'une grandeur dépendant de la valeur moyenne du champ magnétique émis par ladite ceinture sur plusieurs révolutions de l'objet. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit magnétomètre (5) est placé à une distance fixe de l'axe (A) de rotation. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit magnétomètre (5) est placé à une distance variable de l'axe (A) de rotation. 4. Système selon la revendication 3, comportant deux magnétomètres (51, 52) dans le prolongement d'un même rayon de 20 l'objet (1). 5. Système selon la revendication 3, comportant deux magnétomètres (51, 52) dans une direction otho-radiale à l'objet (1). 6. Système selon la revendication 4 ou 5, dans lequel 25 lesdits moyens (6) évaluent un gradient du champ magnétique entre les deux magnétomètres (51, 52), de préférence intégrés dans un gradient-mètre. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, appliqué à une évaluation d'une variation de flèche d'un 30 pneumatique de véhicule automobile. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, appliqué à une évaluation d'un sous gonflage d'un pneumatique de véhicule automobile.B9223 - DD11007 13 9. Procédé d'évaluation d'une déformation périphérique d'un objet (1) en rotation autour d'un axe (A) et présentant une ceinture (41) en un matériau au moins partiellement ferromagnétique, contrainte en forme de cercle en l'absence de pression extérieure imposée sur un tronçon de sa périphérie, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : mesurer le champ magnétique dans le prolongement d'un rayon dudit objet hors dudit tronçon ; et déduire la présence d'une déformation de l'objet au niveau du tronçon d'une variation d'une grandeur liée à la valeur moyenne du champ magnétique sur plusieurs révolutions de l'objet. 10. Procédé selon la revendication 9, appliqué à un système selon l'une quelconque des revendication 2 à 7. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel une valeur de référence de ladite grandeur est mémorisée alors que l'objet est considéré comme non déformé.