Brevet FR3081774A1 — publié le 20191206

- ENVELOPPE PNEUMATIQUE EQUIPEE D'UN SYSTEME DE MESURE ET METHODE DE COMMUNICATION D'UN TEL ASSEMBLAGE Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne une enveloppe pneumatique avion équipée d'un dispositif électronique de surveillance de paramètre d'un ensemble monté permettant une interrogation à la demande, à distance, c'est-à-dire sans opérations physiques sur l'ensemble monté, et quelle que soit la position de l'opérateur par rapport à l'ensemble monté. Arrière-plan technologique [0002] Ces dernières années, pour des raisons réglementaires, des modules de roue autour d'une technologie dite TPMS (acronyme en anglais de « Tire Pressure Monitoring System ») se sont développés permettant d'instaurer une communication avec l'ensemble monté pour prévenir les risques d'accident en cas, par exemple, d'une perte de pression de gonflage de l'ensemble monté. Ce sont des dispositifs électroniques de type actif comprenant d'une part des capteurs mesurant des paramètres de l'ensemble monté comme par exemple la pression de gonflage ou la température du fluide pressurisé contenu entre l'enveloppe pneumatique et la jante et d'autre part des moyens de communication radiofréquences avec une source d'énergie dédiée pour dialoguer avec le véhicule ou une unité de contrôle. Ces modules de roue comprennent aussi généralement une puce électronique et un espace mémoire afin de gérer, post traiter ou stocker des grandeurs du composant ensemble monté. [0003] Ces modules de roue, embarqués sur l'un des composants de l'ensemble monté comme par exemple la jante ou l'enveloppe pneumatique, voient leurs fonctionnalités augmentées régulièrement. Les derniers développements, généralement autour de la technologie TMS (acronyme en anglais de « Tire Mounted Sensor ») proposent de déporter tout ou partie de ce module de roue vers le bloc sommet de l'enveloppe pneumatique. -2 [0004] Cependant, dans le domaine de l'aviation, les sollicitations thermomécaniques élevées subies par les ensembles montés au moment des phases de décollage et d'atterrissage ainsi que les contraintes réglementaires liées à cette activité rendent complexes l'exploitation de systèmes électroniques alimentés par batterie du fait des 5 éléments mobiles présents dans les batteries. D'une part, ces contraintes mécaniques telles que celles générées par les chocs d'impact à l'entrée ou la sortie de l'aire de contact à haute vitesse, engendrent une détérioration prématurée et non maitrisée de ces composants mobiles. D'autre part il faut s'assurer que l'intégration de ces systèmes électroniques ne soit pas dommageable à l'endurance de l'ensemble monté et tout 10 particulièrement à l'enveloppe pneumatique. De ce fait, il faut optimiser l'intégration de ce système électronique au sein de l'ensemble monté. [0005] En outre, les contraintes thermiques violentes liées au freinage rendent la température inhomogène au sein de l'ensemble monté. De ce fait la mesure de la température de la cavité fluide de l'ensemble monté est fortement influencée par la 15 localisation du capteur par rapport à ces sources de chaleur. Par exemple, la mesure de la température à l'aide d'un système TPMS monté sur la valve de jante est fortement perturbée par l'échauffement de la roue lors de la phase de freinage. [0006] La pression de gonflage des ensembles montés pour l'aviation est très élevée. De ce fait, les opérations manuelles de maintenance de l'ensemble monté sont délicates 20 en raison des risques d'éclatement de l'enveloppe pneumatique en cas de mauvaise manipulation. [0007] Enfin, afin de faciliter l'exploitation de tel système de mesure des paramètres de l'ensemble monté, la communication des deux côtés de l'ensemble monté suivant la direction de l'axe de rotation de l'enveloppe pneumatique est nécessaire et ce quelle que 25 soit la position d'arrêt de l'ensemble monté. [0008] Le problème technique à résoudre consiste à définir une enveloppe pneumatique équipée d'un système électronique de radiocommunication qui soit compatible avec les contraintes thermomécaniques de l'ensemble monté et les contraintes réglementaires de l'aviation tout en permettant une communication aisée à tout moment et à distance du système électronique. -3 Description de l'invention [0009] L'invention porte sur un arrangement comprenant une enveloppe pneumatique définissant à l'aide d'une roue un ensemble monté, un dispositif électronique de mesure de paramètre de l'ensemble monté et une interface de liaison en matériau élastomère 5 servant d'interface entre l'enveloppe pneumatique et le dispositif électronique et recouvrant partiellement le dispositif électronique. Le dispositif électronique de mesure comprend: - une antenne radiofréquence UHF définissant un axe polaire et - une carte électronique comprenant : 1() - une puce électronique couplée électriquement à l'antenne radiofréquence UHF par une ligne galvanique de transmission ;et - au moins un capteur de mesure de paramètre de l'ensemble monté ; L'enveloppe pneumatique comprend : - un sommet, deux flancs et deux bourrelets de révolution autour d'un 15 axe de référence définissant une première surface située extérieurement et une deuxième surface située intérieurement à l'enveloppe pneumatique par rapport à l'axe de référence, et - un plan médian perpendiculaire à l'axe de référence et équidistant des deux bourrelets. 20 L'arrangement est caractérisé en ce que l'interface de liaison est fixée au droit du sommet sur la deuxième surface de l'enveloppe pneumatique et en ce qu'un point d'alimentation, défini comme l'intersection entre l'axe polaire et de la ligne de transmission, est situé axialement dans la zone centrale du sommet de l'enveloppe pneumatique. 25 [0010] L'arrangement permet de communiquer par l'intermédiaire d'un dispositif radiofréquence UHF (acronyme de Ultra Hautes Fréquences) émetteur /récepteur situé à distance de l'ensemble monté. La bande UHF est le meilleur compromis possible entre une faible dimension de l'antenne radiofréquence UHF et une distance de lecture -4 radiofréquence convenable. De surcroit la faible dimension de l'antenne radiofréquence, de l'odre de quelques centimètres de long, facilite son intégration au sein de l'ensemble monté et en particulier dans l'enveloppe pneumatique sans préjudice notable sur l'endurance des diverses structures. De plus, l'insertion de l'antenne radiofréquence 5 dans une interface de liaison en mélange élastomère permet un changement de la vitesse de propagation des ondes radioélectriques par rapport au vide amenant à une réduction de la longueur utile de l'antenne radiofréquence du dispositif électronique de mesure. Ce dispositif radiofréquence comprend un émetteur radiofréquence à destination du dispositif électronique de mesure et un récepteur radiofréquence à son écoute. Ces deux 10 fonctions peuvent être confondues dans un même instrument de communication. Ce dispositif radiofréquence UHF émet des ondes radioélectriques dans la bande de fréquence UHF comprise entre 300 MHz et 3 GHz, et tout particulièrement les fréquences d'environ 430 MHz et comprises entre 860 et 960 MHz, qui sont réceptionnées par l'antenne radiofréquence UHF du dispositif électronique de mesure. 15 [0011] L'énergie radioélectrique captée est ensuite transmise en énergie électrique à la puce électronique pour activer la carte électronique. L'utilisation d'un couplage électrique entre l'antenne radiofréquence et la puce électronique optimise le rendement du transfert de puissance entre ces composants contrairement à des solutions de couplage électromagnétique tel que l'induction dont les rendements sont plus faibles. 20 [0012] Le dispositif électronique de mesure ne comprend pas de batterie ou d'accumulateur d'énergie et il satisfait en cela aux contraintes du problème technique que l'invention cherche à résoudre. [0013] Enfin, la communication émettrice de la puce électronique est de type passif, sans source d'énergie. Le signal émetteur est réfléchi et modulé à partir du signal 25 réceptionné par l'intermédiaire d'une variation d'impédance de la puce électronique. [0014] Le positionnement de l'interface de liaison au droit du sommet permet d'assurer l'intégrité de l'enveloppe pneumatique. En effet, le sommet est une zone rigide et massive de l'enveloppe pneumatique dimensionnée pour supporter les contraintes thermomécaniques sévères générées par le contact entre l'enveloppe -5 pneumatique et la chaussée, l'intégration d'une interface de liaison en matériau élastomère ne perturbe pas mécaniquement ni thermiquement le sommet. [0015] On entend ici par le terme « zone centrale du sommet de l'enveloppe pneumatique », une zone correspondant à 25% de la largeur de l'enveloppe 5 pneumatique qui est centré sur le plan médian de l'enveloppe pneumatique. La largeur de l'enveloppe pneumatique est obtenue à l'aide des caractéristiques dimensionnelles et normatives de l'enveloppe pneumatique inscrites sur la surface externe de ses flancs. [0016] Le positionnement du point d'alimentation de l'antenne radiofréquence UHF au sein de la zone centrale du sommet assure une communication par le dispositif 10 radiofréquence des deux côtés de l'enveloppe pneumatique sans privilégier un côté par rapport à l'autre. Cette communication par les deux flancs de l'enveloppe pneumatique est réalisable quelle que soit la position azimutale ou radiale du dispositif électronique par rapport à l'enveloppe pneumatique. En particulier, même si la position azimutale du dispositif électronique est contenue dans la variation angulaire de l'enveloppe 15 pneumatique en contact avec le sol, communément nommée » aire de contact », il sera possible de communiquer avec le dispositif radiofréquence par les deux côtes de l'enveloppe pneumatique. [0017] Selon un mode de réalisation particulier, la carte électronique comprend en plus un microcontroleur, un élément capacitif et un gestionnaire d'énergie. L'ensemble 20 des composants de la carte électronique sont des composants à basse consommation. [0018] La puce électronique, le microcontrôleur et le capteur de mesure de paramètre de l'ensemble monté sont dans notre cas des composants à basse consommation d'énergie permettant d'optimiser l'énergie de la carte électronique. On entend ici par le terme « basse consommation » que leur énergie d'activation est faible. En outre leur 25 mode de veille minimise les courants de fuite et leur durée de fonctionnement est faible. De plus la puce électronique optimise le transfert d'énergie vers la carte électronique par l'intermédiaire d'un gestionnaire d'énergie. Celui-ci pilote la charge et la décharge d'un élément capacitif stockant une certaine quantité d'énergie sans avoir les inconvénients structurels d'une batterie. Cependant la quantité d'énergie stockée est 30 généralement plus faible que dans une batterie. Le gestionnaire d'énergie libère -6 - l'énergie dans la carte électronique lorsqu'un certain niveau seuil de stockage est atteint dans l'élément capacitif. Cette libération d'énergie réveille, dans le cadre de ce mode de réalisation, les composants de la carte électronique éteints et lance alors la séquence de mesure. En outre le capteur de mesure optimise sa consommation énergétique par 5 l'intermédiaire du microcontrôleur. [0019] Avantageusement un convertisseur analogique/numérique est employé entre le microcontrôleur et le capteur de mesure pour transformer l'information numérique en une information analogique à destination ou provenant du capteur de mesure de type analogique. L'information numérique recueillie est transmise ensuite dans l'espace 10 mémoire de la puce électronique avant d'être transmise par modulation d'impédance à l'antenne radiofréquence UHF. Celle-ci transforme le signal électrique en un signal radiofréquence d'émission vers le dispositif récepteur radiofréquence. [0020] Selon un mode de réalisation très particulier, le dispositif électronique de mesure comprend un plan de masse relié à la carte électronique 15 [0021] Cette configuration permet de mettre l'ensemble des composants de la carte électronique à une même référence de tension. Cela permet de minimiser les perturbations parasites sur la globalité de la carte électronique limitant ainsi le bruit de fond sur les mesures du dispositif électronique et de faire fonctionner, par exemple, la carte électronique à un niveau d'énergie plus faible. 20 [0022] Avantageusement, le point d'alimentation de l'antenne radiofréquence UHF est situé dans le plan médian de l'enveloppe pneumatique. [0023] Dans ce cas précis, l'équidistance de l'antenne radiofréquence par rapport aux bourrelets de l'enveloppe pneumatique et de ce fait des deux flancs assure une communication équivalente des deux côtés de l'enveloppe pneumatique à iso 25 environnement extérieur potentiellement perturbateur. [0024] Selon un mode de réalisation préférée, l'enveloppe pneumatique comprend un indicateur visuel situé sur la première surface de l'enveloppe pneumatique au droit de l'un des flancs. L'interface de liaison est localisée sur un azimut éloigné de l'azimut de l'indicateur visuel de moins de 15 degrés, de préférence de moins de 5 degrés et très 30 préférentiellement les deux azimuts sont alignés. -7 [0025] La présence de cet indicateur visuel sur la partie visible de l'extérieur de l'enveloppe pneumatique permet à l'opérateur de localiser la meilleure zone de communication avec le dispositif électronique. Bien que l'alignement des deux azimuts soit la configuration préférée, l'enveloppe pneumatique demeure un objet industriel 5 ayant ses propres contraintes notamment normatives sur le marquage des flancs extérieurs, il est toléré un décentrage des deux azimuts sans que cela ne modifie la capacité de communication entre un dispositif radiofréquence extérieur à l'ensemble monté et le dispositif électronique de l'arrangement. De plus, cet indicateur visuel peut contenir des informations sur la direction de l'axe polaire de l'antenne radiofréquence 10 UHF. Cela permet d'optimiser le couplage radioélectrique entre le dispositif émetteur/récepteur externe à l'ensemble monté et l'antenne radiofréquence du dispositif électronique en alignant le champ électrique émetteur avec les lignes équipotentielles du dispositif récepteur. [0026] Selon un mode de réalisation particulier, l'antenne radiofréquence UHF est une 15 antenne mono bande de type dipôle demi-onde dont la longueur totale L est comprise entre les bornes suivantes : 0,9*C/(2*f) REVENDICATIONS1. Arrangement comprenant une enveloppe pneumatique (1),un dispositif électronique (10) de mesure des paramètres d'un ensemble monté et une interface de liaison (2) en matériau élastomère recouvrant au moins partiellement le dispositif électronique (10) de mesure et servant d'interface entre l'enveloppe pneumatique et le dispositif électronique (10) de mesure, ledit dispositif électronique (10) de mesure comprenant : une antenne radiofréquence UtIF (20) définissant un axe polaire (21) ;et une carte électronique (40) comprenant : i. une puce électronique (41) couplée électriquement à l'antenne radiofréquence UHF (20) par une ligne galvanique de transmission (22) ;et ii. au moins un capteur de mesure (45) de paramètre de l'ensemble monté ; la dite enveloppe pneumatique (1) comprenant : un sommet (S), deux flancs (F) et deux bourrelets (B) de révolution autour d'un axe de référence (601) définissant une première surface (514) située extérieurement et une deuxième surface (513) située intérieurement à l'enveloppe pneumatique (1) par rapport à l'axe de référence (601) ;et un plan médian (4) perpendiculaire à l'axe de référence (3) et équidistant des deux bourrelets (B) ; caractérisé en ce que l'interface de liaison (2) est fixée au droit dudit sommet (S) sur la deuxième surface (6) de l'enveloppe pneumatique (1) et en ce qu'au moins un point d'alimentation (9) défini comme l'intersection entre l'axe polaire (21) et la ligne de transmission (22) est situé axialement dans la zone centrale du sommet (S) de l'enveloppe pneumatique (1). 2. Arrangement selon la revendication 1, dans lequel la carte électronique (40) comprenant un microcontrôlleur, un élément capacitif (43) et un gestionnaire d'énergie (42), les composants électroniques de la carte électronique sont des composants à basse consommation. - 36 - 3. Arrangement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel dispositif électronique (10) comprend un plan de masse (46) relié à la carte électronique (40). 4. Arrangement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le au moins un point d'alimentation (9) est situé dans le plan médian (4) de l'enveloppe pneumatique (1). 5. Arrangement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel, l'enveloppe pneumatique (1) comprenant au moins un indicateur visuel (8) situé sur la première surface (5) de l'enveloppe pneumatique (1) au droit de l'un des flancs (F), l'interface de liaison (2) est localisée sur un azimut éloigné de l'azimut du au moins un indicateur visuel (8) de moins de 15 degrés, de préférence de moins de 5 degrés. 6. Arrangement selon la revendication 5, dans lequel l'azimut de l'interface de liaison (2) est superposé à l'azimut du au moins un indicateur visuel (8). 7. Arrangement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'antenne radiofréquence UHF (20) est une antenne mono bande de type dipôle demi onde dont la longueur totale L est comprise entre les bornes suivantes : 0,9*C/(2*f) 8. Arrangement selon l'une quelconquedes revendications de 1 à 7 dans lequel l'axe polaire de l'antenne radiofréquence UHF (20) est parallèle à la direction circonférentielle de l'enveloppe pneumatique (1). -37- 9. Arrangement selon l'une des revendications de 1 à 7 dans lequel l'axe polaire de l'antenne radiofréquence UHF (20) est parallèle à l'axe de référence (3) de l'enveloppe pneumatique (1). 10. Procédé de communication entre un ensemble monté et un dispositif radiofréquence externe comprenant une antenne radiofréquence présentant un axe polaire, ledit ensemble monté comprenant un arrangement selon l'une des revendications de 1 à 9, .comprenant les étapes suivantes : Positionner radialement le dispositif radiofréquence externe à une distance radiale R par rapport à l'axe de référence, comprise entre le tiers et la hauteur totale de l'enveloppe pneumatique ; Approcher axialement, au droit de l'un des flancs de l'enveloppe pneumatique, l'axe polaire de l'antenne radiofréquence du dispositif radiofréquence externe à une distance Do par rapport à la première surface de l'enveloppe pneumatique de l'ensemble monté définissant une première position de lecture; et Démarrer une émission radioélectrique par le dispositif radiofréquence externe pendant une durée To en balayant angulairement un premier secteur angulaire p de a degrés. 11. Procédé de communication selon la revendication 10 dans lequel, si aucune réponse n'a été obtenue par le dispositif radiofréquence externe, on déplace ledit dispositif radiofréquence externe à une deuxième position située à a degrés de la première position avant de redémarrer l'émission radioélectrique. 12. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, dans lequel, si aucune réponse n'a été obtenue par le dispositif radiofréquence externe, on affecte un facteur de réduction y à la distance Do entre l'axe polaire de l'antenne du dispositif radiofréquence externe et la première surface de l'enveloppe pneumatique avant de redémarrer l'émission radioélectrique. - 38 - 13. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel, si aucune réponse n'a été obtenue par le dispositif radiofréquence externe, on affecte un facteur de réduction t à l'angle a du premier secteur angulaire 13 de balayage avant de redémarrer l'émission radioélectrique. 14. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel, si aucune réponse n'a été obtenue par le dispositif radiofréquence externe, on affecte un facteur multiplicateur p à la durée To du mode d'interrogation avant de redémarrer l'émission radioélectrique. 15. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 14 dans lequel la distance Do est comprise entre 0 et lm, de préférence la borne supérieure est inférieure à 0,7m et très préférentiellement à 0,5m. 16. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 15 en combinaison avec un arrangement selon l'une des revendications de 5 à 9 dans lequel, le positionnement du dispositif radiofréquence externe est effectué au droit du au moins un indicateur visuel. 17. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 16 dans lequel, le secteur angulaire de balayage f3 de l'émission radioélectrique est de 30 degrés, de préférence 20 degrés, très préférentiellement de 5 degrés 18. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 17 dans lequel, la durée To de l'émission radioélectrique est comprise entre 0,02 et 2,0 secondes, de préférence entre 0,5 et 1,5 secondes et très préférentiellement de lseconde. 19. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 18 dans lequel, le facteur de réduction it de l'angle de balayage de l'émission radioélectrique est un nombre réel, préférentiellement le nombre 2. - 39 - 20. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 et 19 dans lequel, le facteur multiplicateur p de de la durée To de l'émission radioélectrique est un nombre réel, préférentiellement le nombre 2. 21. Procédé de communication selon l'une quelconque des revendications 10 à 20 dans lequel, le dispositif radiofréquence externe est en mode de polarisation linéaire. 22. Procédé de communication selon la revendication précédente pris en combinaison avec un arrangement selon l'une des revendications de 5 à 9, dans lequel l'axe polaire de l'antenne du dispositif radiofréquence externe est orienté selon des informations du au moins un indicateur visuel.