Brevet FR3065291A1 — publié le 20181019

DISPOSITIF DE DETECTION DE PRESENCE D'UN OCCUPANT A L'INTERIEUR DE L'HABITACLE D'UN VEHICULE [1] La présente invention concerne de manière générale un dispositif capacitif de détection de la présence d'un occupant à l'intérieur d'un véhicule automobile. Le dispositif peut notamment servir à détecter la présence des mains d'un conducteur sur le volant du véhicule ou la présence d'un occupant sur l'un des sièges du véhicule. [2] Il est connu dans l'art antérieur de tels dispositifs capacitifs, comme celui divulgué dans le document US 2010/0295563, divulguant un dispositif comportant deux électrodes séparées par un matériau diélectrique, un générateur de tension alternative et un circuit de mesure du courant circulant entre les deux électrodes. Le générateur de tension alternative est connecté entre la deuxième électrode et la masse électrique du véhicule. Ce dispositif est monté dans un siège du véhicule pour détecter la présence d'un occupant sur ce siège. La détection est réalisée en mesurant le courant circulant les deux électrodes, l'intensité de ce courant étant modifiée lorsque le siège est occupé. [3] Un inconvénient majeur de ce dispositif est qu'il crée en permanence des interférences (ou perturbations) électromagnétiques car un courant alternatif circule continuellement entre la deuxième électrode et la masse du véhicule. [004] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier de réduire l'émission d'interférences électromagnétiques. [005] Pour cela, un premier objet de l'invention concerne un dispositif de mesure capacitif dans un véhicule automobile pour détecter la 25 présence d'un occupant à l'intérieur du véhicule, ledit dispositif comprenant : 3065291 -2- - une première électrode séparée d'une deuxième électrode par un matériau diélectrique pour former un capteur capacitif, ledit capteur capacitif étant disposé sur une surface d'un composant du véhicule, - un générateur de tension agencé pour générer une tension 5 alternative entre lesdites première et deuxième électrodes, et - un circuit de mesure de courant agencé pour mesurer le courant entre la deuxième électrode et une masse électrique du véhicule, la présence dudit occupant à proximité dudit composant étant fonction du courant mesuré. 10 [006] Avec ce montage, le circuit de mesure du courant ne reçoit du courant que lorsqu'un occupant s'approche de la première électrode, ce qui permet notamment de réduire l'émission d'interférences électromagnétiques car aucun signal ne passe par la masse électrique lorsque l'occupant n'est pas à proximité du dispositif. La détection s'en trouve 15 également améliorée puisque cela permet de différencier plus facilement la présence d'un occupant à proximité de la première électrode (présence d'un courant) et l'absence d'occupant (pas de courant). [7] Avantageusement, le générateur de tension est connecté entre lesdites première et deuxième électrodes. En d'autres termes, le 20 générateur de tension comprend deux bornes de sortie, et chacune des bornes de sortie est connectée électriquement avec l'une de la première électrode ou de la deuxième électrode. [8] En particulier, le composant du véhicule est un volant ou un siège, comprenant une armature métallique (ou une structure de base formant un châssis), et la première électrode et la deuxième électrode sont chacunes distinctes de l'armature. En d'autres termes, selon une mise en oeuvre particulière, le générateur de tension n'est pas connecté à l'armature, pour mettre sous tension la première électrode ou la deuxième électrode. [9] Selon un mode de réalisation, le générateur de tension est 30 connecté entre lesdites première et deuxième électrodes via un circuit 3065291 - 3 - transformateur de tension. Ce mode de réalisation permet notamment de s'affranchir des imperfections du générateur de tension. Un générateur à base d'amplificateurs opérationnels serait plus onéreux car il nécessiterait des composants précis et donc chers pour rejeter le mode commun. 5 [0010] Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure de courant comporte un amplificateur opérationnel, monté en convertisseur courant-tension connecté entre la deuxième électrode et la masse électrique du véhicule, délivrant une tension de sortie qui est fonction du courant 10 circulant entre la deuxième électrode et la masse électrique du véhicule, et un circuit de traitement de ladite tension de sortie pour en déduire la présence ou non dudit occupant à proximité dudit composant. [0011] Dans ce mode de réalisation, l'amplificateur opérationnel ne reçoit du courant que lorsque le conducteur est à proximité du volant. 15 L'amplificateur opérationnel est alors moins sensible à la saturation, ce qui permet une sensibilité ou précision de mesure plus importante. [0012] Un deuxième objet de l'invention concerne un volant de véhicule équipé du dispositif capacitif tel que défini dans le premier objet de l'invention et dans lequel la deuxième électrode est disposée entre ladite 20 première électrode et une armature du volant. L'armature du volant peut être connectée ou pas à une masse du véhicule. [0013] Un troisième objet de l'invention concerne un véhicule automobile comprenant un volant tel que défini dans le deuxième objet de l'invention. 25 [0014] Un quatrième objet de l'invention concerne un siège de véhicule équipé du dispositif capacitif tel que défini dans le premier objet de l'invention, ledit siège comprenant une armature et dans lequel la deuxième électrode est disposée entre la première électrode et l'armature du siège. 3065291 - 4 - [0015] Un cinquième objet de l'invention concerne un véhicule automobile comprenant un siège tel que défini dans le quatrième objet de l'invention. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de la présente 5 invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un schéma de principe montrant un volant équipé de deux électrodes pour détecter la présence des mains d'un 10 conducteur sur le volant ; la figure 2 représente un schéma électrique d'un dispositif capacitif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente un schéma électrique du dispositif de la figure 2, dans lequel le circuit de mesure de courant est détaillé ; et 15 la figure 4 représente un schéma électrique d'un dispositif capacitif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0017] L'invention est décrite ci-après dans le cadre d'un dispositif capacitif monté sur le volant d'un véhicule, ledit dispositif étant destiné à détecter la présence de mains (celles du conducteur) sur le volant d'un 20 véhicule. [0018] La figure 1 représente schématiquement un volant muni d'une armature 10 qui peut être connectée à une masse électrique du véhicule. Selon l'invention, le volant est équipé d'une électrode externe 20 et d'une électrode interne 21 séparées par une couche de matériau diélectrique 25 22. L'électrode 21 est présente entre l'électrode 20 et l'armature 10 du volant 1. L'électrode 21 est présente sur le volant et n'est pas en contact direct (contact électrique) avec l'armature du volant. Lesdites électrodes 20, 21 et le matériau diélectrique forme un élément ou capteur capacitif ayant une capacité C10 de construction prédéterminée. La capacité C10 est généralement comprise entre 500 pF et 10 nF, de préférence entre 1 nF et 5 3065291 - 5 - nF et encore plus préférentiellement entre 1 et 3 nF. Cette capacité est visible sur la figure 2. [0019] Lorsque le conducteur du véhicule rapproche ses mains du volant, il vient ajouter une capacité proportionnelle à la surface de l'organe 5 approchée entre l'électrode externe 20 et la masse électrique du véhicule. Ainsi, la capacité globale au niveau du volant du véhicule est modifiée. La figure 2 montre les capacités présentes au niveau du volant : - la capacité de construction C10 présente entre les électrodes 20 et 21 ; 10 - la capacité Cl 1 présente entre le volant 1 et la masse électrique du véhicule ; cette capacité inclut la capacité rapportée par les mains et, le cas échéant, une ou plusieurs capacités de fuite liées à la construction du volant ; et - la capacité de construction C12 présente entre l'électrode interne 15 21 et la masse électrique du véhicule. [0020] La figure 2 illustre un dispositif capacitif 2 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comporte, en plus des électrodes 20 et 21, un générateur de tension 23 agencé pour générer une tension alternative entre les électrodes 20 et 21 et un circuit de mesure de 20 courant 24 agencé pour mesurer le courant entre l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule. [0021] Le générateur de tension 23 est connecté entre les électrodes 20 et 21 et le circuit de mesure de courant 24 est connecté entre l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule. 25 [0022] Le référentiel du générateur de tension 23 est constitué par l'électrode 21. Le générateur de tension 23 est de préférence configuré pour présenter une impédance très faible par rapport à la capacité C10 de manière à ce que cette dernière n'ait qu'une influence négligeable sur le courant mesuré par le circuit de mesure de courant 24. 3065291 - 6 - [0023] La présence des mains du conducteur à proximité du ou sur le volant est détectée en mesurant le courant entre l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule. Comme indiqué ci-avant, ce courant est mesuré par le circuit de mesure de courant 24. Un schéma électrique du circuit de mesure 5 de courant 24 est montré à la figure 3. [0024] Le circuit de mesure de courant 24 comporte un amplificateur opérationnel 240 connecté entre l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule et un circuit de traitement 241 connecté à la sortie de l'amplificateur opérationnel. La borne d'entrée positive (+) de l'amplificateur opérationnel est 10 connectée une tension de polarisation qui en courant alternatif est équivalente à une masse électrique. La borne d'entrée négative (-) de l'amplificateur opérationnel est connectée à l'électrode 21. La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel est reliée à la borne d'entrée négative via une résistance 242 montée en parallèle avec un condensateur 243 de manière à 15 ce que l'amplificateur opérationnel forme un convertisseur courant-tension filtré par le condensateur 243. [0025] La valeur de la résistance 242 est par exemple comprise entre 1 kr) et 10 kr), préférentiellement entre 1 kr) et 5 kfl. La valeur de la résistance est avantageusement sélectionnée pour que les tests de 20 compatibilité électromagnétique ne saturent pas l'étage d'entrée de l'amplificateur. La capacité du condensateur 243 est sélectionnée en fonction de la bande passante souhaitée par rapport à la fréquence du générateur de tension sinusoïdale. Par exemple, pour une fréquence 100kHz et une résistance 242 de 2kfl, la capacité du condensateur 243 est de l'ordre de 25 220pF. [0026] La tension entre les bornes d'entrée de l'amplificateur opérationnel 240 est nulle ou quasi-nulle et son impédance d'entrée est très élevée et considérée comme infinie. De ce fait, l'électrode 21 constitue une masse virtuelle, ce qui annule tout impact de la capacité C12 (entre 3065291 - 7 - l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule) sur la mesure car la tension aux bornes de la capacité C12 est nulle. [0027] L'amplificateur opérationnel 240 étant monté en convertisseur courant-tension, la tension présente à sa sortie est une 5 réplique du courant circulant entre l'électrode 21 et la masse électrique du véhicule. [0028] Le circuit de traitement 241 détermine à partir de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel la présence ou non des mains du conducteur à proximité du volant. En effet, lorsque le conducteur approche 10 ses mains de l'électrode 20 (électrode externe), un courant apparait entre l'électrode 21 et la masse virtuelle du véhicule. Ce courant est converti en tension par l'amplificateur opérationnel 240 et détecté par le circuit de traitement 241. Le circuit de traitement 241 est par exemple un circuit intégré de mesure d'impédance du type AD5933 commercialisé par la société 15 Analog Devices. [0029] Ce montage présente un avantage majeur, à savoir qu'un courant ne circule vers la masse électrique du véhicule, à travers l'armature du volant ou le circuit de mesure de courant 24, que lorsque les mains du conducteur sont en contact ou à proximité du volant. Cela permet de réduire, 20 voire supprimer, les perturbations électromagnétiques générées par le dispositif en dehors de cette situation. [0030] Ce montage permet également d'améliorer la précision de la détection. En effet, la capacité C11 ajoutée par le conducteur étant très faible (de l'ordre de 150 pF pour deux mains et 15 pF pour un doigt quand il y a 25 contact avec le volant), le courant circulant à travers la capacité Cl 1 et le circuit de mesure de courant 24 via la masse électrique du véhicule est très faible. La présence d'un courant circulant entre l'électrode 21 et la masse virtuelle du véhicule, qu'il soit faible ou non, indique donc que les mains du conducteur sont à proximité du volant du véhicule. 3065291 - 8 - [0031] Par ailleurs, l'amplificateur opérationnel 240 ne recevant du courant que lorsque le conducteur est à proximité du volant, il est moins sensible à la saturation, ce qui permet une sensibilité ou précision de mesure plus importante. 5 [0032] Dans ce premier mode de réalisation, le générateur de tension 23 peut être réalisé au moyen de deux amplificateurs opérationnels. Toutefois, cela nécessite d'utiliser des amplificateurs ayant des composants précis relativement onéreux pour rejeter le mode commun. [0033] Aussi, selon un deuxième mode de réalisation illustré par la 10 figure 4, le générateur de tension 23 est connecté entre les électrodes 20 et 21 via un transformateur de tension 25. Le générateur de tension 23 d'une part et les électrodes 20 et 21 d'autre part sont reliées respectivement au primaire et au secondaire du transformateur 25. Le transformateur est employé pour créer une isolation galvanique entre le générateur de tension 15 23 et les électrodes 20,21, et empêcher la propagation d'effets de mode commun vers les électrodes 20, 21. [0034] Les électrodes 20 et 21 sont avantageusement reliées au secondaire du transformateur 25 via un câble blindé 26. Les électrodes 20 et 21 sont connectées, via respectivement l'âme et le blindage du câble blindé, 20 au secondaire du transformateur. La borne d'entrée négative (-) de l'amplificateur opérationnel est connectée au secondaire du transformateur 25. [0035] Le câble blindé 26 permet de ramener une capacité constante. Il protège le signal de mesure par la masse virtuelle. L'armature 25 du volant n'a alors pas d'impact sur le signal de mesure. Le câble blindé permet également d'éviter toute capture de signal entre le générateur de tension 23 et les armatures 20, 21 susceptible de perturber la mesure de courant. [0036] On comprendra que diverses modifications et/ou 30 améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux 3065291 - 9 - différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, la figure 1 représente un volant de véhicule, mais le dispositif électrique de l'invention peut tout aussi bien être implanté dans un 5 siège ou toute autre pièce d'habitacle de véhicule. [0037] L'invention est par exemple applicable à la détection de la présence d'un occupant sur un siège automobile. Tout ce qui est décrit précédemment pour un volant est alors applicable à un siège, l'armature du siège correspondant alors à l'armature du volant. Les valeurs de capacités et 10 de résistance indiquées ci-avant pour la détection de mains sur le volant sont alors adaptées si nécessaire à cette nouvelle application. REVENDICATIONS1. Dispositif capacitif (2,2') dans un véhicule automobile pour détecter la présence d'un occupant à l'intérieur du véhicule, ledit dispositif 5 comprenant une première électrode (20) séparée d'une deuxième électrode (21) par un matériau diélectrique (22) pour former un capteur capacitif, ledit capteur capacitif étant disposé sur une surface d'un composant du véhicule, un générateur de tension (23) agencé pour générer une tension 10 alternative entre lesdites première et deuxième électrodes (20,21), et un circuit de mesure de courant (24) agencé pour mesurer le courant entre la deuxième électrode et une masse électrique du véhicule, la présence dudit occupant à proximité dudit composant étant fonction du courant mesuré. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le générateur de tension (23) est connecté entre lesdites première et deuxième électrodes via un circuit transformateur de tension (25). 20 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit de mesure de courant (24) comporte un amplificateur opérationnel (240), monté en convertisseur courant-tension connecté entre la deuxième électrode et la masse électrique du véhicule, délivrant une tension de sortie qui est fonction du courant 25 circulant entre la deuxième électrode et la masse électrique du véhicule, et un circuit de traitement (241) de ladite tension de sortie pour en déduire la présence ou non dudit occupant à proximité dudit composant. 3065291 -11- 4. Volant de véhicule équipé du dispositif capacitif (2,2') selon l'une des revendications précédentes et dans lequel la deuxième électrode (21) est disposée entre ladite première électrode (20) et une armature du volant. 5. Véhicule automobile comprenant un volant selon la revendication précédente. 6. Siège de véhicule équipé du dispositif capacitif (2,2') selon l'une 10 des revendications précédentes, ledit siège comprenant une armature et dans lequel la deuxième électrode (21) est disposée entre ladite première électrode (20) et l'armature du siège. 7. Véhicule automobile comprenant un siège selon la 15 revendication précédente.