EP0256039A1 - Capteur de pression dynamique pour pneumatique - Google Patents

Capteur de pression dynamique pour pneumatique

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EP0256039A1
EP0256039A1 EP19870900661 EP87900661A EP0256039A1 EP 0256039 A1 EP0256039 A1 EP 0256039A1 EP 19870900661 EP19870900661 EP 19870900661 EP 87900661 A EP87900661 A EP 87900661A EP 0256039 A1 EP0256039 A1 EP 0256039A1
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EP
European Patent Office
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pressure sensor
sensor according
tire
wall
films
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19870900661
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German (de)
English (en)
Inventor
François Micheron
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0256039A1 publication Critical patent/EP0256039A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/06—Signalling devices actuated by deformation of the tyre, e.g. tyre mounted deformation sensors or indirect determination of tyre deformation based on wheel speed, wheel-centre to ground distance or inclination of wheel axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041—Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0411—Piezoelectric generators

Definitions

  • the invention relates to a dynamic pressure sensor for tires. It is more particularly applicable to automobile tires.
  • the proposed sensor allows dynamic pressure measurement for tires, and more precisely detection of under inflation.
  • This sensor has the advantage of being insensitive to normal stresses and temperature changes, and optimized for the detection of bending stresses.
  • the invention therefore provides a solution to meet these needs.
  • the invention therefore relates to a dynamic pressure sensor for a tire comprising a wheel provided with an inflatable tire having a deformable wall, characterized in that it comprises two piezoelectric films of opposite polarizations, mechanically integral with one another and associated with the tire wall.
  • the measurement of the bending of a relatively flexible envelope is greatly facilitated by the use of a sensor which is itself flexible and sufficiently thin to adhere to the internal face of the tire, or, in the case of a tire with a chamber, for sliding between tire and chamber without excessive deformation of the latter.
  • the measurement of the bending of the tire sidewall must be carried out in a very severe environment. This measurement must indeed be independent of the temperature conditions (typically - 0 to 80 ° CeIsius) and as little as possible dependent on the normal stresses applied to the tire.
  • the proposed sensor therefore comprises a bimorph of piezoelectric films, that is to say of two films integral with opposite polarizations.
  • This bimorph a few centimeters wide, a few hundred microns thick, is stuck inside the tire, from one edge to the other.
  • the useful zones of this bimorph are those in contact with the sides; the length of this bimorph can be limited to one side.
  • a bimorph can also be glued on each side, which brings the possibility new differential bending measurement.
  • FIG. 1 there is therefore shown in sectional view a tire consisting of an envelope 1 mounted on a rigid rim 2. This tire is inflated by means of a valve.
  • a bimor ⁇ phe 3 has been stuck on the inside wall of the envelope 1 comprising two piezoelectric films 32, 33 joined to one another and whose common face has been represented by a dotted line in FIG. 1.
  • the bimorph is placed on the inner wall of the tire so as to connect the two ends 10 and 11 of the casing 1 as visible in section view.
  • the ends 30 and 31 located at the ends 10 and 11 therefore do not support bending stress while the bimorph portions located at the sides 1 and l 'of the envelope undergo bending stresses due to the flattening of the tire.
  • FIG 2 there is shown a sectional view of a pneuma ⁇ tick in which the sensor of the invention comprises two bimorphs 3 and placed there on the sidewalls 1 and the of the tire with their end 30 and 31 placed at level ends 10 and 11 of the rim.
  • This arrangement allows, as indicated above, differential bending measurements.
  • FIG. 3 there is shown a bimorph 3 having two lamellae or films 32 and 33 of piezoelectric material and joined to one another.
  • One end 35 of the bimorph 3 is immobilized in a jaw 7 in the same way as in FIGS. 1 and 2, the ends 30 and 31 are integral with the ends 10 and 11 of the tire casing at the level of the rim 2 .
  • the 3 ⁇ end of the bimorph is free and supports a bending force F which tends to bend the bimorph to bring it into the position indicated in dotted lines.
  • the length of the bimorph is L.
  • the thicknesses of the two films are identical and the total thickness of the bimorph is h.
  • piezoelectric coefficient ⁇ - ⁇ > d ,. , where d-, is the transverse piezoelectric coefficient intrinsic to the piezoelectric material.
  • the electrical power supplied is:
  • the piezoelectric polymer bimorphs are produced industrially, using for example the process which is the subject of patent 80 20213 filed on September 19, 1980 and published under No. 2 4 0 877.
  • the sensor is cut to the length adapted to the tire, bending must occur perpendicular to the machine axis (axis along which the polymer was stretched during its manufacture).
  • the bimorph strips are generally metallized by vacuum deposition of aluminum; the contacts are made either by bonding using a conductive adhesive, or by pressure.
  • the bimorph must be mechanically protected, which is simply achieved by gluing adhesive tapes on both sides; one of the tapes can be double-sided adhesive, so as to ensure bonding inside the tire.
  • the transmission of the indication of under inflation is transmitted to the driver without rotating contact.
  • Optical or ultrasonic transmission will be provided using devices known in the art. It is also possible to carry out transmission by electromagnetic waves using a device as described below. Information can only be transmitted in the event of critical under inflation, that is to say a threshold must be placed.
  • the best device consists in using, as shown in FIG. 4, a transmission circuit comprising a neon lamp 50 connected by a load 51 to the connections 5 and 6 of the bimorph 3. This circuit combines both the function threshold, and the shaping of the pulses.
  • the charging circuit can be an HF oscillating circuit 52 coupled to an antenna 53.
  • the load circuit can be an oscillating circuit, the choke 52 of which is made up of a loop secured to the wheel axle.
  • the signals transmitted by the antenna 53 are received by a remote reception circuit, not shown in the figures.
  • the charging circuit can also be a rotating loop 54 secured to the pneumatic wheel, while a fixed loop and a receiving circuit, not shown, are secured to the axis of the wheel.
  • the charging circuit can be a diode bridge 56 supplying an HF or BF transmitter referenced 57 in the figure and emitting either via an antenna 53, or via a mobile loop 54 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Le capteur comprend deux films piézoélectriques (32, 33) de polarisations opposées, solidaires mécaniquement l'un de l'autre et associés à la paroi (1) du pneumatique. Ce capteur est particulièrement applicable dans les pneumatiques automobiles pour détecter des états de sous-gonflage.

Description

CAPTEUR DE PRESSION DYNAMIQUE POUR PNEUMATIQUE
L'invention concerne un capteur de pression dynamique pour pneumatique. Il est applicable plus particulièrement aux pneuma¬ tiques automobiles.
Le capteur proposé permet une mesure de pression dynamique pour pneumatique, et plus précisément une détection de sous gon¬ flage. Ce capteur présente l'avantage d'être insensible aux contrain¬ tes normales et aux changements de température, et optimisé pour la détection des contraintes de flexion.
Il est connu que la grande majorité des éclatements de pneumatiques est due à un sous gonflage ; ce sous gonflage dépend de la pression initiale à froid, de la température de la route, de la vitesse, de la charge, et de l'état du pneumatique lui-même. L'éclatement est dû aux effets combinés de flexions des flancs trop accentués, qui tendent à détruire la texture, donc à diminuer sa résistance, et à l'élévation de température conjointe, due aux pertes mécaniques internes, qui accélère le processus de dégradation, et fait monter la pression dans l'enveloppe.
Ceci veut dire que la mesure de pression n'est pas complè¬ tement significative d'un éclatement possible, sauf si la pression est à un niveau très bas. Une mesure significative est celle de l'ampli¬ tude de la flexion des flancs, qui intègre l'ensemble des paramètres cités précédemment.
L'invention fournit donc une solution permettant de répondre à ces besoins. L'invention concerne donc un capteur de pression dynamique pour pneumatique comprenant une roue munie d'un pneumatique gonflable possédant une paroi déformable, caractérisé en ce qu'il comporte deux films piézoélectriques de polarisations opposées, solidaires mécaniquement l'un de l'autre et associés à la paroi du pneumatique.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention appa- raîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite en se reportant aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1, un exemple de réalisation du capteur de pression de l'invention ; - la figure 2, une variante de réalisation du capteur de pression de l'invention j
- la figure 3, un schéma explicatif du fonctionnement du capteur de pression de l'invention ;
- les figures 4 à 7, différents circuits de transmission des informations de lecture du capteur selon l'invention vers des circuits utilisateurs.
En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un exemple de réalisation du capteur de pression de, l'invention.
Selon l'invention, la mesure de la flexion d'une enveloppe relativement souple est grandement facilitée par l'emploi d'un capteur lui-même souple et suffisamment mince pour adhérer à la face interne du pneumatique, ou, dans le cas d'un pneumatique à chambre, pour se glisser entre pneumatique et chambre sans défor¬ mation excessive de celle-ci. Ceci conduit à proposer un capteur de flexion à polymère piézoélectrique, objet de la présente demande de brevet.
La mesure de la flexion du flanc de pneumatique doit être effectuée dans un environnement très sévère. Cette mesure doit en effet être indépendante des conditions de température (typiquement - 0 à 80°CeIsius) et le moins dépendante possible des contraintes normales appliquées au pneumatique.
Le capteur proposé comporte donc un bimorphe de films piézoélectriques, c'est-à-dire de deux films solidaires de polari¬ sations opposées. Ce bimorphe, d'une largeur de quelques centi- mètres, d'une épaisseur de quelques centaines de microns, est collé à l'intérieur du pneumatique, d'un bord à l'autre. En fait, les zones utiles de ce bimorphe sont celles en contact avec les flancs ; la longueur de ce bimorphe peut être limitée à un flanc. Un bimorphe peut aussi être collé sur chaque flanc, ce qui apporte la possibilité nouvelle de mesure de flexion différentielle.
Sur la figure 1, on a donc représenté en vue de coupe un pneumatique constitué d'une enveloppe 1 montée sur une jante rigide 2. Ce pneumatique est gonflé par l'intermédiaire d'une valve .
Sur la paroi intérieure de l'enveloppe 1 a été collé un bimor¬ phe 3 comportant deux films piézoélectriques 32, 33 accolés l'un à l'autre et dont la face commune a été représentée par un pointillé sur la figure 1. Le bimorphe est placé sur la paroi interne du pneumatique de façon à relier les deux extrémités 10 et 11 de l'enveloppe 1 telles que visibles en vue de coupe. Les extrémités 30 et 31 situées au niveau des extrémités 10 et 11 ne supportent donc pas d'effort de flexion tandis que les portions de bimorphe situées au niveau des flancs 1 et l' de l'enveloppe subissent des efforts de flexion dues à l'écrasement du pneumatique.
En figure 2, on a représenté une vue en coupe d'un pneuma¬ tique dans lequel le capteur de l'invention comporte deux bimorphes 3 et y placés sur les flancs 1 et l' du pneumatique avec leur extrémité 30 et 31 placée au niveau des extrémités 10 et 11 de la jante. Cette disposition permet, comme indiqué précédemment, des mesures de flexions différentielles.
On notera que les charges engendrées dans le bimorphe ne sont dues qu'à la flexion ; autrement dit, toutes contraintes de pression perpendiculaire au plan du bimorphe ou toutes tensions dans son plan ont une résultante nulle, puisqu'elles s'exercent de la même façon dans les deux films de polarisation opposées.
Il en va de même pour l'effet pyroélectrique, c'est-à-dire que toute variation de température, qui engendre dans les deux films des charges électriques de signes opposés se voit autocompensée par la construction symétrique du bimorphe. Il est important, de même, que la grandeur électrique mesurée soit peu dépendante de la température de fonctionnement ; or, le coefficient piézoélectrique transverse et la permittivité ont sensiblement la même dépendance en température, de sorte que leur rapport en est indépendant. De ce fait, c'est la tension engendrée plutôt que le courant, qui sera mesurée.
En se reportant à la figure 3, on va maintenant décrire le fonctionnement d'un bimorphe utilisé dans le cadre du capteur de l'invention.
Sur la figure 3, on a représenté un bimorphe 3 comportant deux lamelles ou films 32 et 33 en matériau piézoélectrique et accolés l'un à l'autre. Une extrémité 35 du bimorphe 3 est immobi¬ lisée dans une mâchoire 7 de la même façon que sur les figures 1 et 2, les extrémités 30 et 31 sont solidaires des extrémités 10 et 11 de l'enveloppe du pneumatique au niveau de la jante 2.
L'extrémité 3Ψ du bimorphe est libre et supporte un effort de flexion F qui tend à fléchir le bimorphe pour l'amener dans la position indiquée en pointillé. La longueur du bimorphe est L.
Sa largeur est b.
Les épaisseurs des deux films sont identiques et l'épaisseur totale du bimorphe est h.
Sous l'effet de la force F, on suppose que l'extrémité 3Ψ du bimorphe est déplacée d'une distance D, engendrant dans le bimor¬ phe une charge Q. Ce qui crée entre deux connexions électriques 5 et 6 connectées à deux électrodes placées sur les deux films 32 et 33, une tension V entre électrodes.
Les équations de la piézoélectricité sont dans ce cas : Q _ CV + PF D = PV + SF avec C : capacité du bimorphe = r— , ε : permittivité
3 L2 P : coefficient piézoélectrique = ~- ~~> d,. , où d- , est le coefficient piézoélectrique transverse intrinsèque au matériau piézoélectrique.
F : force appliquée à l'extrémité du bimorphe
D : déplacement de l'extrémité du bimorphe 3 S : compliance du bimorphe = -~ — où E est le module d'Young du polymère.
Dans le cas d'une mesure de tension, c'est-à-dire en circuit ouvert, on obtient la relation tension V fonction du déplacement D sous la forme
v α . _ s_e_ ) _ - _ _ s_e_
Un exemple numérique applicable à un pneumatique du com¬ merce conduit à prendre les valeurs suivantes : L = 8 cm b = 1 cm h = 0,5 mm ε = 10'10 Fm'V d'où C = 160 pF d3I = 20. 10"12 CN-1
d'où P = 7,7. 10"7 CN"1
E = 3.109 N m"2
d'où S = 0,5 m N"1
et P -2 = 7,4 10 -33
^ = 9,6 103 V M"1
Une flexion dangereuse de D = 1 cm par exemple, conduira donc à avoir une tension entre électrodes de V = 96 volts qui sera aisément mesurable.
Ce calcul montre que le bimorphe est capable d'engendrer des tensions très importantes à chaque flexion, puisque dans ce cas l'amplitude crête à crête de la tension, à la fréquence de rotation de la roue atteint 100 volts environ.
L'énergie engendrée à chaque flexion est : = CV2 = 7. 1Û'7 Joule
Pour un régime de 3000 t/m, la puissance électrique fournie est :
7.107.50 = 35 μW. Les bimorphes de polymère piézoélectrique sont produit indus¬ triellement, en utilisant par exemple le procédé faisant l'objet du brevet 80 20213 déposé le 19 septembre 1980 et publié sous le N° 2 4 0 877.
Le capteur est découpé à la longueur adaptée au pneumatique, la flexion devant se produire perpendiculairement à l'axe machine (axe selon lequel le polymère a été étiré lors de sa fabrication).
Les bandes de bimorphe sont généralement métallisées par dépôt sous vide d'aluminium ; les contacts sont pris soit par collage à l'aide d'une colle conductrice, soit par pression. Le bimorphe doit être protégé mécaniquement, ce qui est simplement réalisé par collage de rubans adhésifs sur ses deux faces ; l'une des rubans peut être adhésif double face, de façon à assurer le collage à l'intérieur du pneumatique.
Il est souhaitable que la transmission de l'indication de sous gonflage soit transmise au conducteur sans contact tournant. On prévoiera une transmission optique ou par ultrasons à l'aide de dispositifs connus dans la technique. On peut également réaliser une transmission par ondes électromagnétiques à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-après. L'information peut n'être transmise qu'en cas de sous gonflage critique, c'est-à-dire qu'il faut placer un seuil. Dans ce cas, le meilleur dispositif consiste à utiliser comme cela est représenté en figure 4, un circuit d'émission comprenant une lampe néon 50 connecté par une charge 51 aux connexions 5 et 6 du bimorphe 3. Ce circuit associe à la fois la fonction de seuil, et la mise en forme des impulsions.
Les tensions engendrées sont suffisantes pour l'excitation d'une lampe néon. Comme représenté à la figure 5, le circuit de charge peut être un circuit oscillant HF 52 couplé à une antenne 53. Le circuit de charge peut être un circuit oscillant, dont la self 52 est constituée d'une boucle solidaire de l'axe de roue. Les signaux émis par l'antenne 53 sont reçus par un circuit de réception distant, non représenté sur les figures.
Comme cela est représenté en figure 6, le circuit de charge peut être aussi une boucle tournante 54 solidaire de la roue pneumatique, tandis qu'une boucle fixe et un circuit de réception non représentéssont solidaires de l'axe de la roue.
Enfin, le circuit de charge peut être un pont de diodes 56 alimentant un émetteur HF ou BF référencé 57 sur la figure et émettant soit par l'intermédiaire d'une antenne 53, soit par l'inter¬ médiaire d'un boucle mobile 54.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de pression dynamique pour pneumatique compre¬ nant une roue munie d'un pneumatique gonflable possédant une paroi deformable (1), caractérisé en ce qu'il comporte deux films piézo¬ électriques (32, 33) de polarisations opposées, solidaires mécani- quement l'un de l'autre et associés à la paroi (1) du pneumatique.
2. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est collé à la paroi du pneumatique (1).
3. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est intégré à la paroi du pneumatique (1).
4. Capteur de pression selon la revendication 1, dans lequel la paroi deformable (1) est montée sur une jante (2) par deux bords intérieurs (10, 11), caractérisé en ce qu'il est associé à ladite paroi (1) et relie les deux bords intérieurs (10, 11).
5. Capteur de pression selon la revendication 1, dans lequel la paroi (1) possède deux flancs latéraux (I, l') caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments capteurs (3, 3') comprenant chacun deux films piézoélectriques de polarisation opposées, chaque élément capteur étant disposés sur un flanc latéral.
6. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que les films piézoélectriques sont en matériau polymère.
7. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux films sont collés l'un à l'autre.
8. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte sur deux faces extérieures, deux électrodes de mesure (5, 6).
9. Capteur de pression selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'émission de signaux solidaire de la roue et connecté aux électrodes de mesure, ainsi qu'un récepteur distant recevant les signaux émis par le circuit d'émission.
10. Capteur de pression selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à seuil (50) et un circuit" de charge (51, 52, 54, 56) connecté aux deux électrodes de mesure.
11. Capteur de pression selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne d'émission 53 connectée au circuit de charge (52).
12. Capteur de pression selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit de charge 54 est une boucle solidaire de la roue pneumatique et qu'une boucle fixe 55 est solidaire de l'axe de la roue.
13. Capteur de pression selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit de charge comporte un pont de diode 56 et un émetteur HF ou BF (57) émettant par l'intermédiaire d'une antenne (53) ou d'une boucle mobile (54).
EP19870900661 1986-01-10 1987-01-09 Capteur de pression dynamique pour pneumatique Withdrawn EP0256039A1 (fr)

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WO1987004124A1 (fr) 1987-07-16
FR2592954A1 (fr) 1987-07-17

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