Brevet FR3062815A1 — publié le 20180817

DISPOSITIF DE MESURE DE LA DEFORMATION D'UN PNEUMATIQUE Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des capteurs. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique. Le dispositif selon la présente invention est un dispositif de mesure bidimensionnelle embarqué permettant l'accès à l'enveloppe 3D interne d'un pneumatique lors de son utilisation, et à son évolution cyclique tour de roue après tour de roue. L'évolution des déformations du pneumatique dans le temps et selon les conditions d'utilisation est ainsi accessible. Le système selon la présente invention contribue à la compréhension du contact roue-sol et au développement des pneumatiques. Etat de la technique Le développement de pneus tout-terrain à haut rendement doit permettre d'obtenir un gain économique et écologique élevé au cours des travaux agricoles, grâce à la réduction du compactage du sol et à la réduction de la consommation d'énergie. Afin d'évaluer les performances du pneumatique, les professionnels ont besoin de nouveaux dispositifs de mesure afin d'optimiser les performances des pneus et de limiter l'impact environnemental, par exemple sur les champs agricoles. En particulier, il est désormais nécessaire d'analyser / de valider l'efficacité du pneu au regard de sa conception, de ses paramètres fonctionnels (pression...) et de son environnement. Il est aussi nécessaire de valider in situ, en conditions réelles d'utilisation, les résultats de simulation, de comprendre et de développer des modèles d'interaction sol-roue ou encore d'évaluer les impacts des propriétés mécaniques du sol sur les déformations des pneus. On connaît dans l'état de la technique des capteurs pour mesurer différentes caractéristiques des pneumatiques. 3062815 2 On connaît par exemple dans l'état de la technique le brevet français N° FR 2 892 972 B1 (CEMAGREF) « Système de caractérisation de l'action d'un pneumatique d'un véhicule sur le sol et du sol lui-même », qui se rapporte à un système de caractérisation pour véhicule, comportant un dispositif de mesure 5 de déformation pour mesurer une déformation instantanée du pneumatique de la roue. Le dispositif de mesure de déformation est destiné à être connecté à un moyen de traitement apte à déterminer une contrainte exercée sur le pneumatique en fonction de la déformation. Le système de caractérisation comporte un circuit électrique de mesure comportant des éléments 10 conducteurs. Chacun de ces éléments conducteurs est disposé sur le pneumatique d'une roue, le circuit électrique étant apte à permettre la mesure d'un paramètre électrique entre les éléments conducteurs, le circuit électrique étant destiné à être connecté à un moyen de traitement apte à déterminer et à mémoriser l'impédance électrique, le moyen de traitement étant apte à estimer 15 l'action du pneumatique sur le sol et du sol lui-même. On connaît également dans l'état de la technique le brevet européen N° EP 1 171 321 B1 (Pirelli S.p.A.) « Procédé et système d'observation des déformations d'un pneu en mouvement », qui concerne un système 20 d'observation des déformations d'un pneumatique mobile monté sur une jante associé à un véhicule, comprenant : une station mobile située dans une position prédéterminée sur ladite jante et capable d'envoyer un faisceau optique vers la surface intérieure du pneu, recevant la lumière réfléchie par ladite surface et émettant un signal proportionnel aux déformations du pneu dans une direction 25 longitudinale, une direction transversale et dans une direction verticale ; un élément réfléchissant positionné sur ladite surface intérieure du pneu, comprenant une région qui comporte au moins une zone de réflexion lumineuse élevée et une zone de faible réflexion de la lumière et qui est apte à réfléchir ledit faisceau optique. 30 On connaît également dans l'état de la technique la demande de brevet américain N° US 2005/0052637 « Tire inspection apparatus and method », qui concerne un appareil de détection d'anomalie pour détecter une anomalie dans un pneu, comprenant: une source de lumière cohérente pour éclairer 3062815 3 directement la surface du pneu, de la lumière étant réfléchie du pneu ; un dispositif de réception de la lumière réfléchie pour recevoir la lumière réfléchie directement à partir de la surface du pneumatique lorsque le pneu est en état de contrainte et sans contrainte ; un processeur qui compare les images de 5 lumière réfléchie à partir de l'appareil de réception de la lumière réfléchie lorsque le pneumatique est sollicité et détendu pour ainsi déterminer une anomalie dans le pneu et générer une sortie à partir de la comparaison ; et un dispositif d'affichage relié électroniquement au processeur pour afficher la sortie du processeur. 10 Les mesures réalisées avec les solutions de l'état de la technique permettent d'obtenir les dimensions internes du pneumatique en seulement un ou deux points du pneumatique. Dans le cas de la demande de brevet américain N° US 2005/0052637 « Tire inspection apparatus and method », la 15 méthode décrite ne permet pas d'effectuer l'inspection quand le pneu est en utilisation, mais sous contrainte dans un banc d'essai statique. 20 Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif permettant de mesurer la déformation d'un pneumatique avec une fiabilité accrue, une meilleure précision, et qui permette 25 également de scanner l'ensemble de l'intérieur du pneumatique en fonctionnement. Un des buts de la présente invention est de disposer de mesures embarquées permettant de caractériser d'une part plus finement les 3 0 déformations du pneu, mais aussi avec une fréquence très importante, permettant d'obtenir un nombre important de points de mesures repartis sur toute la surface interne du pneu et ceci à chaque révolution complète du pneumatique. 3062815 4 Le problème technique que se propose de résoudre la présente invention consiste donc à mesurer en 3D les dimensions de l'enveloppe interne du pneumatique au cours du roulage. Ceci nécessite d'embarquer dans la roue le dispositif de mesure. Il faut ensuite pouvoir reconstruire les déformations en 5 3D. A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique, placé du côté de la face intérieure dudit pneumatique et comportant : 10 - Un support pour fixer ledit dispositif sur la jante associée audit pneumatique ; Un capteur unidirectionnel permettant une mesure dimensionnelle précise, apte à mesurer la distance entre le capteur et la surface interne du pneu ; 15 - Un axe tournant animé par un moteur sur lequel est fixé ledit capteur unidirectionnel ; et Un capteur d'angle permettant de connaître la position angulaire dudit axe tournant ; Un capteur d'angle permettant de connaître en temps réel la 2 0 position angulaire de la roue ; et Des moyens de calcul permettant de reconstruire en trois dimensions l'enveloppe interne dudit pneumatique. Ainsi, le dispositif selon la présente invention permet de mesurer la 25 déformation d'un pneumatique avec une très bonne fiabilité, une très bonne précision, et permet également de scanner l'ensemble de l'intérieur du pneumatique sous réserve d'une connaissance précise du positionnement du dispositif sur la jante et de l'utilisation d'un capteur unidirectionnel d'une précision de l'ordre du millimètre. 30 3062815 5 Avantageusement, ledit dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique comporte en outre un miroir fixé sur l'axe tournant, ledit capteur étant fixé sur ledit support et étant apte à émettre et capter des faisceaux lumineux se réfléchissant sur ledit miroir et sur la surface interne du 5 pneumatique. Dans un mode de réalisation, ledit capteur unidirectionnel est un capteur à triangulation laser permettant ainsi d'obtenir une précision supérieure ou de l'ordre du millimètre pour la mesure de distance entre le capteur et la surface 10 interne du pneu. Dans un mode de réalisation, ledit capteur unidirectionnel est de type optique, acoustique, magnétique, ou électromagnétique. 15 Avantageusement, ledit dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique comporte des moyens de calcul mettant en oeuvre un algorithme de calcul permettant de reconstruire un nuage de point tridimensionnel de l'enveloppe interne du pneu à l'issue de chaque révolution dudit pneumatique. 20 De préférence, ledit dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique comporte en outre un calculateur embarqué, permettant l'enregistrement de données et le pilotage à distance. Selon une variante, ledit dispositif de mesure de la déformation d'un 25 pneumatique comporte en outre au moins une batterie. Selon un mode de réalisation, un obstacle est introduit dans le champ de mesure afin de suivre sa position. Ainsi fixé à l'intérieur du pneumatique, l'évolution de sa position en 3D au cours des révolutions du pneumatique 3 0 permet d'apprécier de manière dynamique l'amplitude des déformations subies par l'enveloppe pneumatique en fonction de contraintes extérieures maîtrisées. 3062815 6 Selon une variante, le plan de mesure est décalé entre 0 et 90° par rapport au plan qui passe par l'axe de rotation dudit pneumatique et qui est normal à la tangente au sol du pneumatique. 5 Selon un mode de réalisation, ledit dispositif de mesure de la déformation d'un pneumatique est couplé à un banc d'essais. Ceci permet de connaître les composantes des efforts agissant sur ledit pneumatique tels que la charge, le couple ou l'effort latéral. 10 De préférence, ledit miroir tournant est incliné selon un angle compris entre 35° et 55°. Avantageusement, ledit capteur d'angle est un codeur absolu, 15 Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après 20 à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : la Figure 1 illustre le dispositif selon la présente invention dans un mode de réalisation sans miroir; les Figures 2A et 2B illustrent le dispositif selon la présente 25 invention dans un mode de réalisation avec miroir ; et la Figure 3 illustre une spirale de points 3D obtenue grâce à la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation de l'invention 30 La présente invention se rapporte à un dispositif 10 de mesure de la déformation d'un pneumatique, placé du côté de la face intérieure dudit pneumatique et comportant : 3062815 7 Un support 11 pour fixer ledit dispositif 10 sur la jante associée audit pneumatique ; Un capteur unidirectionnel 14 permettant une mesure dimensionnelle précise, apte à mesurer la distance entre le 5 capteur et la surface interne du pneu ; Un axe tournant animé par un moteur 13 sur lequel est fixé ledit capteur unidirectionnel 14 ; et Un capteur d'angle 15 permettant de connaître la position angulaire dudit axe tournant ; 10 - Un capteur d'angle (16) permettant de connaître en temps réel la position angulaire de la roue ; et Des moyens de calcul permettant de reconstruire en trois dimensions l'enveloppe interne dudit pneumatique. 15 La Figure 1 illustre le dispositif 10 selon la présente invention dans un mode de réalisation sans miroir. Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 selon la présente invention comporte en outre un miroir 12 fixé sur l'axe tournant, ledit capteur 14 étant fixé 20 sur ledit support 11 et étant apte à émettre et capter des faisceaux lumineux se réfléchissant sur ledit miroir 12 et sur la surface interne du pneumatique. Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 selon la présente invention met en oeuvre un télémètre à triangulation laser, le faisceau du télémètre laser 25 étant envoyé sur un miroir tournant à 45 degrés, des « tranches d'enveloppe interne » du pneumatique étant ainsi mesurées en même temps que la position angulaire absolue de la roue autour du moyeu et un modèle tridimensionnel de l'enveloppe interne du pneumatique étant calculé à l'issue de chaque révolution du pneumatique. 30 3062815 8 Le dispositif 10 selon la présente invention est intégrable dans une roue, autonome dans son fonctionnement (enregistrement des données, autonomie énergétique) et est pilotable à distance. Le traitement des données permet de reconstruire l'intérieur du 5 pneumatique en trois dimensions grâce à des moyens de calcul mettant en oeuvre un algorithme de calcul. Dans un mode de réalisation, ledit capteur unidirectionnel est un capteur à triangulation laser. 10 Dans un mode de réalisation, ledit capteur unidirectionnel est de type optique, acoustique, magnétique, ou électromagnétique. Dans un mode de réalisation, un modèle tridimensionnel de l'enveloppe 15 interne du pneumatique est calculé à l'issue de chaque révolution dudit pneumatique. Les Figures 2A, et 2B illustrent le dispositif selon la présente invention dans un mode de réalisation avec miroir. 20 On observe sur la Figure 2A le miroir 12 tournant, le capteur laser 14, le capteur angulaire 15, le moteur 13 et le support 11 pour fixer ledit dispositif 10 sur la jante associée audit pneumatique. 25 Dans un mode de réalisation, la jante associée au pneumatique comporte au moins une trappe, qui peut permettre de positionner le dispositif 10 selon la présente invention du côté de la face intérieure du pneumatique. Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 selon la présente invention 3 0 comporte en outre un calculateur embarqué, permettant l'enregistrement de données et le pilotage à distance. Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 selon la présente invention comporte en outre au moins une batterie. 3062815 9 Dans un mode de réalisation, un obstacle est introduit dans le champ de mesure afin de suivre sa position. Ainsi fixé à l'intérieur du pneumatique, l'évolution de sa position en 3D au cours des révolutions du pneumatique 5 permet d'apprécier de manière dynamique l'amplitude des déformations subies par l'enveloppe pneumatique en fonction de contraintes extérieures maîtrisées. Dans un mode de réalisation, le plan de mesure est décalé entre 0 et 90° par rapport au plan qui passe par l'axe de rotation du dudit pneumatique et qui 10 est normal à la tangente au sol du pneumatique. Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 selon la présente invention est couplé à un banc d'essais. Ceci permet de connaître les composantes des efforts agissant sur ledit pneumatique tels que la charge, le couple ou l'effort 15 latéral. Dans un mode de réalisation, ledit miroir tournant est incliné selon un angle compris entre 35° et 55°. Dans un mode de réalisation, ledit capteur d'angle est un codeur absolu, La Figure 3 illustre une spirale de points 3D obtenue grâce à la présente invention. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique, caractérisé en ce qu'il est placé du côté de la face intérieure dudit pneumatique et en ce qu'il comporte : Un support (11) pour fixer ledit dispositif (10) sur la jante associée audit pneumatique ; Un capteur unidirectionnel (14) permettant une mesure dimensionnelle précise, apte à mesurer la distance entre le capteur et la surface interne du pneu ; Un axe tournant animé par un moteur (13) sur lequel est fixé ledit capteur unidirectionnel (14) ; et Un capteur d'angle (15) permettant de connaître la position angulaire dudit axe tournant ; - Un capteur d'angle (16) permettant de connaître en temps réel la position angulaire de la roue ; et Des moyens de calcul permettant de reconstruire en trois dimensions l'enveloppe interne dudit pneumatique. 2. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un miroir (12) fixé sur l'axe tournant, ledit capteur (14) étant fixé sur ledit support (11) et étant apte à émettre et capter des faisceaux lumineux se réfléchissant sur ledit miroir (12) et sur la surface interne du pneumatique. 3. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit capteur unidirectionnel (14) est un capteur à triangulation laser. 4. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit capteur 3062815 11 unidirectionnel (14) est de type optique, acoustique, magnétique, ou électromagnétique. 5. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des 5 moyens de calcul mettant en oeuvre un algorithme de calcul permettant de reconstruire un nuage de point tridimensionnel de l'enveloppe interne du pneu à l'issue de chaque révolution dudit pneumatique. 6. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en 10 outre un calculateur embarqué, permettant l'enregistrement de données et le pilotage à distance. 7. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une batterie. 15 8. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un obstacle est introduit dans le champ de mesure afin de suivre sa position. 9. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan de 20 mesure est décalé entre 0 et 90° par rapport au plan qui passe par l'axe de rotation dudit pneumatique et qui est normal à la tangente au sol du pneumatique. 10. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est couplé à un 25 banc d'essais. 11. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit miroir (12) tournant est incliné selon un angle compris entre 35° et 55°. 3062815 12 12. Dispositif (10) de mesure de la déformation d'un pneumatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur d'angle (15) est un codeur absolu.