EP1910812A1 - Detecteur de pluie capacitif - Google Patents
Detecteur de pluie capacitifInfo
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- EP1910812A1 EP1910812A1 EP06764186A EP06764186A EP1910812A1 EP 1910812 A1 EP1910812 A1 EP 1910812A1 EP 06764186 A EP06764186 A EP 06764186A EP 06764186 A EP06764186 A EP 06764186A EP 1910812 A1 EP1910812 A1 EP 1910812A1
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- EP
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- electrodes
- rain sensor
- sensor according
- capacitive rain
- sensor
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
- G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
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- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
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- B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
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- B60S1/0874—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means characterized by the position of the sensor on the windshield
- B60S1/0877—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means characterized by the position of the sensor on the windshield at least part of the sensor being positioned between layers of the windshield
Definitions
- the present invention relates to rain detectors, and in particular those used on motor vehicles.
- sensors to detect the presence of water on a glazing unit, for example to control an operation such as the starting of wipers for motor vehicles is usual.
- the marketed sensors are of the type using the alteration of a light signal on the path of which are the drops of water to be detected.
- the sensor comprises a transmitter and a receiver of the light signal constituted for example by a reflected ray.
- Detectors operating on these optical signals when used in particular on automotive windows, have the disadvantage of leading to the presence on the glazing of non-transparent elements. Even miniaturized, the detector covers about ten square centimeters. To minimize annoyance on the windshields, the detector is usually hidden behind the interior rearview mirror. Even in this arrangement, its presence on the windshield remains unsightly, at least seen from the outside.
- Another type of detector has been proposed previously, which implements a device in which the signal is generated by a variation of capacity.
- An electrode assembly is disposed on the glazing.
- This variation constitutes the generated signal.
- a significant advantage of capacitive sensors lies in the possibility of forming the constituent electrodes of the sensor in a material essentially transparent to visible radiation.
- substantially transparent is meant that the sensor leaves a visible transmission of at least 50%, and preferably at least 60%. This transmission in the most advantageous cases exceeds 70%.
- the higher the transmission the more discreet the sensor appears in the observation of the glazing.
- the choice of materials of this type makes it possible to dispose the sensor on areas of the glazing in which aesthetically and functionally it is preferable not to have opaque elements. Not only the electrodes, but also the conductors feeding them, are advantageously transparent.
- the capacitive detectors according to the invention are used in particular to control the starting of the wipers of the vehicles.
- a great variety of situations can condition this start-up. To speak only of the rain, this one can take various forms.
- An extreme case corresponds for example to a stormy shower which at first the drops are bulky but few.
- Another extreme case, unlike the first, is that of a drizzle formed by very small but relatively numerous drops. In both cases, however, the windshield wiper may be needed although the sensor is under very different conditions.
- the sensitivity of the sensor requires that the electric field is sufficiently intense. To increase the field it is preferable to have the electrodes constituting the capacitive sensor at a short distance from each other. With an intense field, a small drop can be detected. The useful area between the electrodes on which small drops are detected may be relatively small. Because of the distribution of these drops, he always find a sufficient number on this useful surface. For larger drops but whose distribution is more random, conversely it is necessary to provide a useful area large enough to improve the probability of finding on this useful surface.
- the inventors propose in particular to make sure that the sensor comprises several distances between the contiguous detection electrodes. Under these conditions, the electric field and the sensitivity are the strongest in the zone where the electrodes are the closest, and vice versa. The smallest and largest drops can thus be detected with the best probability, regardless of the large difference in their distribution and impact.
- the sensor according to the invention may have two distinct distances corresponding to two detection levels. It is also possible to provide more than two levels with more than two distances. In the same way the distance between the detection electrodes may vary differently than in successive steps. A provision in this sense is constituted by electrodes whose distance from the edges of these which face each other varies continuously.
- the width of the electrodes forming the capacitor is not not uniform over the entire length of these electrodes.
- the widest corresponds to the largest capacity, and therefore also a relatively more intense field;
- the width of the electrodes varies in the same direction, as the distance between these electrodes.
- the increase of the surface situated between the electrodes by increasing the distance of the electrodes is partly at least compensated by an increase related to the capacitance of the electrodes.
- the combination of these two effects does not necessarily or even preferably lead to a field of uniform intensity.
- the distance of the edges of the electrodes is intended primarily to provide a useful surface area sufficient to first detect the large scattered drops, which are hypothetically more easily detected when they are present because of the substantial modification that they cause to the dielectric constant of the medium in which the measurement develops.
- the variation in the distance between the electrodes is advantageously at most of the order of 1 to 10 and preferably at most 1 to 5, and similarly the variation of the width of the electrodes is preferably more than 1 to 10, and preferably at most 1 to 5.
- FIG. 1 is a schematic perspective view of a windshield equipped with a capacitive sensor
- FIG. 2 is a plan view of the design of the electrodes and the conductors which feed them, forming a capacitive sensor, in an arrangement of the electrodes not reproducing the characteristics of the invention
- FIG. 3 shows a schematic section of a glazing carrying a capacitive sensor of the type shown in Figure 2;
- FIG. 4 shows a drawing of the electrodes of a capacitive sensor according to the invention, intended to better detect drops of variable number and size;
- FIG. 5 represents another electrode design of a capacitive sensor similar to the preceding one, composed for a differential type measurement
- FIG. 6 is another embodiment of a sensor according to the invention, having a wide range of sensitivity
- FIG. 7 shows another drawing of the electrodes for a sensor offering a continuous range of sensitivity
- the glazings presented are said to consist of glass sheets, which are also most often of the laminated type.
- the sensors according to the invention can also be used on glazings consisting of
- FIG 1 shows a typical arrangement of a rain sensor on an automobile windshield (1).
- the rain sensor (4) is necessarily located in a zone (2, 3) swept by the windshield wipers. In the figure these areas are shown schematically by broken lines.
- This arrangement is controlled by the fact that the sensor (4) is intended to trigger the movement of the wipers in the presence of water on the scanned areas. Outside of these areas, water may remain after the influx of rain into the swept areas has stopped. If the sensor were positioned outside the swept areas, the movement of the wipers could be unnecessarily maintained.
- the senor (4) is preferably arranged at a point where it does not cause any inconvenience to the driver. If nevertheless it is still in the field of vision, preferably this location is already obscured by another functional element. Very usually the optical sensors are arranged behind the interior rearview mirror. In the case of capacitive sensors according to the invention, the fact that the electrodes are preferably very largely transparent to visible radiation, offers a greater latitude in the choice of this location, even if the surface occupied by the sensor is substantially larger. than that masked by traditional optical sensors.
- Capacitive sensors work with a signal analysis and processing unit. Most usually the unit in question consists of a relatively small electronic circuit. It can even be reduced to a "chip" of a few square millimeters or less. This unit is usually non-transparent. For this reason it is advantageous to locate it outside the transparent part of the glazing. For the reasons indicated below, however, the analysis unit is as close as possible to the electrodes of the sensor. It is located for example behind the enamelled strips that are often placed at the edge of the glazing.
- the senor (4) is in the central high position, that is to say behind the rearview mirror. Given its predominantly transparent nature, another positioning is nevertheless possible.
- the capacitive sensor components may be formed directly on a sheet of glass or be placed on a support associated with the (or) glass sheet (s). Various materials can enter into the constitution of these sensors.
- the electrodes in particular are advantageously constituted by thin conductive layers.
- the electrodes are formed for example of conductive films of the type constituting the infrared reflective coatings used to minimize the "greenhouse effect" in vehicles. These are films generally comprising a metal layer, in particular of silver, which layer is included in dielectric layers which have the role of both protecting the layer metal, and to prevent the reflection of wavelength rays from the visible range.
- the glazing comprises an infrared reflective layer
- the conductors are constituted in the same way directly in the conductive layer.
- infrared reflecting films are made from conductive oxides, for example based on ITO ("indium tin oxide"). If their constitution and their deposit different from the metallic films, the formation of the electrodes and conductors in these layers is analogous. For example, by removal according to the chosen drawing.
- the formation of the design of the sensor can also be done by masking the appropriate areas during the deposition of the layer.
- FIG. 2 A capacitive sensor of the prior art is shown diagrammatically in FIG. 2.
- This sensor comprises electrodes (5, 6) connected to the signal processing unit by conductors (7, 8).
- the electrodes are arranged at a distance from each other, this distance being uniform over the entire length of the electrodes facing each other.
- FIG. 3 The principle of operation of a capacitive detector is illustrated in FIG. 3.
- the glazing in this example presented in partial section is composed of two glass sheets (8, 9) joined by a polyvinyl butyral (PVB) interlayer (10).
- a drop (g) which is deposited on the glazing in the area corresponding to the gap between the electrodes (5, 6) as shown, is in the electric field generated by the electrodes, and modifies it because of the differences between the dielectric constants of water and air.
- the modification of the capacitance of the electrodes measured mostly indirectly, serves as a measure. This depends on the size of the drops. For a uniform field, like that which develops in the configuration of Figure 2, the signal is all the more intense that the drop is larger.
- the drop (I) generates a stronger signal than the drop (II).
- the characteristics and sensor and associated electronics it is possible to some extent to choose the characteristics and sensor and associated electronics to obtain the best possible sensitivity to a given signal. But the choice of implementation characteristics of the capacitive sensor does not optimize the signal for all conditions that may arise with respect to the volume and number of drops. In such a provision, the choice is necessarily based on a "typical" average situation. In other words, the sensor thus formed does not respond in the most appropriate manner to the various situations encountered.
- the arrangements according to the invention illustrated in the following figures provide a way to widen the areas in which the drops are better detected.
- Figure 4 is an exemplary embodiment for this improved detection.
- the capacitive sensor is constituted as before by two electrodes (11, 12).
- the zone between the electrodes has two distinct parts (Z 1 z 2 ) corresponding to two distances (d 1, d 2 ) between the edges of the electrodes facing each other.
- the arrangement shown in Figure 4 introduces two levels of detection.
- the electrodes are relatively close to each other and the field is relatively intense.
- Droplets of small size (II) can be detected by this intense field.
- the area corresponding to this part is relatively small, the probability of finding small drops in this area is sufficient.
- the field is less intense but sufficient to detect large drops (I).
- the increase in the area between the electrodes also appreciably increases the probability of receiving one of these hypothesized fewer drops.
- a large drop located in the distance zone U 1 is not excluded. It simply leads to a more intense signal.
- the increase in the sensitive area of the sensor of FIG. 4 could be obtained in a mode corresponding, for example, to two electrodes distant from d x by lengthening the electrodes (11) and (12). But this way of proceeding would give only one level of sensitivity, and secondly lead to an elongation of the electrodes that would harm the desired compactness.
- the model shown in Figure 4 has two distances.
- a test device makes it possible to check the operation described above.
- a conductive metal ball attached to the end of a non-conductive support simulates a drop of water. This element is approached to the glazing sample carrying the sensor.
- the device is powered at a frequency of 30 kHz.
- the measurement is conducted differentially.
- the relative variation is determined for a set of positions of the field modifying element vis-à-vis the electrodes.
- the mapping of the sensitivity of the device for different types of simulation of the drops corresponding to alterations of the fields of variable intensity is thus drawn up. The advantage of having several sensitivities is well verified by this means.
- the detection level in the sensors according to the invention can still vary continuously. For this type the distance separating the edges of two neighboring electrodes are increasing continuously. For electrodes with straight edges, the defined surface is then wedge-shaped type.
- FIG. 7 One embodiment is shown in FIG. 7.
- the sensor of FIG. 7 comprises two electrodes (13,
- Electrodes 14 as before. These electrodes define between them a sector (15).
- the distance between the electrodes in other words, the width of this sector, increases continuously from one end to the other of the electrodes.
- the distance from the narrowest to the widest varies in a ratio of the order of 1/5.
- the electric field and the sensitivity of the sensor are obviously smaller in the most distant parts and vice versa, to conveniently detect the drops of water regardless of their size.
- the variation of detection sensitivity related to the distance between the electrodes is modulated by a simultaneous variation of the width of the electrodes themselves.
- the ratios between the narrowest and widest electrode portions may vary depending on the importance of the desired effect. In the mode shown, this ratio is as before of the order of 1/5.
- the configuration is still flexible in the ratio of the respective dimensions of the electrodes and the sectors (x / d) therebetween.
- the dimensions are comparable. They are advantageously in a ratio of 1/2 to 2/1 to have a sensibility adjusted best with a sensor that remains as compact as possible.
- the capacitive sensors used may have more than two electrodes.
- differential treatments two series of measurements are performed simultaneously between two sets of electrodes.
- two measurements show a specific ratio which is modified when drops occur between the sets of electrodes.
- FIG. 5 is an illustration of an embodiment of a three-electrode differential sensor (16, 17, 18) according to the invention, having a configuration similar to the sensor shown in FIG. 4.
- the electrodes (16) and (17) delimit as previously two zones Z 1 and Z 2 of different sensitivities. Between the electrodes (17) and (18) only one sensitivity is shown.
- a multilevel configuration can also be included between these electrodes. Since the determination is differential, it is less important to provide a "measure" than a variation in the level of the detected signals. In this case the important thing is to have on a set of electrodes at least the differentiated sensitivity levels according to the invention.
- Figure 6 shows another embodiment of a three-electrode sensor (19, 20, 21).
- the central electrode (19) common to both sets, envelops the electrodes (20) and (21).
- the zones of sensitivity Z 1 and z 2 are arranged on both sides of the electrode (20).
- the electrode (21) has only one distance vis-à-vis the central electrode (19). As above a symmetrical arrangement is also possible.
- FIG. 8 shows an embodiment of the electrodes similar to that of FIG. 7 for the implementation of a differential detection.
- the embodiments presented obviously have no limiting character. These embodiments aiming to have several levels of sensitivity can correspond to extremely varied electrode designs without departing from the scope of the invention.
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Abstract
La présente invention est relative aux détecteurs capacitifs de pluie. Les détecteurs de pluie selon l'invention disposés sur un vitrage, comprennent des électrodes et des conducteurs alimentant celles-ci, formés d'un matériau conducteur. Dans ces détecteurs les électrodes sont configurées en dimensions et en disposition les unes par rapport aux autres, de manière à présenter simultanément plusieurs niveaux de sensibilité. Les détecteurs de pluie selon l'invention sont utilisés notamment sur les pare-brise automobile.
Description
Détecteur de pluie capacitif
La présente invention concerne les détecteurs de pluie, et notamment ceux utilisés sur les véhicules automobiles.
L'utilisation de capteurs pour détecter la présence d'eau sur un vitrage, par exemple pour commander une opération telle que la mise en marche d'essuie-glace pour les véhicules automobiles est usuelle. Dans cette application les capteurs commercialisés sont du type utilisant l'altération d'un signal lumineux sur le trajet duquel se situent les gouttes d'eau à détecter. Le capteur comprend un émetteur et un récepteur du signal lumineux constitué par exemple d'un rayon réfléchi.
Les détecteurs fonctionnant sur ces signaux optiques, lorsqu'ils sont utilisés notamment sur des vitrages automobiles, ont l'inconvénient de conduire à la présence sur le vitrage d'éléments non- transparents. Même miniaturisés, le détecteur recouvre une dizaine de centimètres carrés. Pour minimiser la gêne sur les pare-brise, le détecteur est habituellement dissimulé derrière le rétroviseur intérieur. Même dans cette disposition, sa présence sur le pare-brise reste inesthétique, au moins vu de l'extérieur.
Un autre type de détecteur a été proposé antérieurement, qui met en œuvre un dispositif dans lequel le signal est généré par une variation de capacité. Un ensemble d'électrodes est disposé sur le vitrage. La présence d'eau sur le vitrage, eau qui présente une constante diélectrique très différente de celle de l'air ou du verre modifie de façon significative la capacité du système d'électrodes. Cette variation constitue le signal généré.
Un avantage significatif des capteurs capacitifs réside dans la possibilité de former les électrodes constitutives du capteur dans un matériau essentiellement transparent au rayonnement visible. Par essentiellement transparent il faut entendre que le capteur laisse une transmission visible d'au moins 50%, et de préférence d'au moins 60%. Cette transmission dans les cas les plus avantageux dépasse 70%. Bien évidemment plus la transmission est élevée plus le capteur apparaît de façon discrète à l'observation du vitrage. Le choix de matériaux de ce type permet de disposer le capteur sur des zones du vitrage dans lesquelles esthétiquement et fonctionnellement il est préférable de ne pas avoir d'éléments opaques. Non seulement les électrodes, mais également les conducteurs alimentant celles-ci, sont avantageusement transparents.
Les détecteurs capacitifs selon l'invention sont utilisés en particulier pour commander la mise en marche des essuie-glace des véhicules. Une grande diversité de situations peut conditionner cette mise en marche. Pour ne parler que de la pluie, celle-ci peut prendre des formes variées. Un cas extrême correspond par exemple à une averse orageuse dont au début les gouttes sont volumineuses mais peu nombreuses. Un autre cas extrême à l'inverse du premier est celui d'une bruine formée de gouttes de très petites dimensions mais relativement nombreuses. Dans ces deux cas néanmoins la mise en marche des essuie-glace peut être nécessaire bien que le capteur soit dans des conditions très différentes.
La sensibilité du capteur nécessite que le champ électrique soit suffisamment intense. Pour accroître le champ il est préférable de disposer les électrodes constituant le capteur capacitif à faible distance les unes des autres. Avec un champ intense, une goutte de faible dimension peut être détectée. La surface utile entre les électrodes sur laquelle des gouttes de petites dimensions sont détectées peut être relativement faible. En raison de la distribution de ces gouttes, il s'en
trouve toujours un nombre suffisant sur cette surface utile. Pour les gouttes plus importantes mais dont la distribution est plus aléatoire, à l'inverse il est nécessaire de prévoir une surface utile suffisamment importante pour améliorer la probabilité d'en trouver sur cette surface utile.
Ces deux exigences contraires en ce qui concerne la sensibilité et la surface efficace, conduisent les inventeurs à proposer, contrairement aux dispositions antérieures, des électrodes qui par leur dimensions et leur dispositions les unes par rapport aux autres offrent simultanément divers niveaux de sensibilité et de surface efficace.
Pour obtenir ces différents niveaux de sensibilité et de surface efficace, les inventeurs proposent notamment de faire en sorte que le capteur comprenne plusieurs distances entre les électrodes de détection contiguës. Dans ces conditions le champ électrique et la sensibilité sont les plus forts dans la zone où les électrodes sont les plus proches, et inversement. Les gouttes les plus petites comme les plus volumineuses peuvent ainsi être détectées avec la meilleure probabilité, indépendamment de la grande différence de leur distribution et de leur impact respectifs.
Le capteur selon l'invention peut présenter deux distances distinctes correspondant à deux niveaux de détection. Il est aussi possible de prévoir plus de deux niveaux avec plus de deux distances. De la même manière la distance entre les électrodes de détection peut varier autrement que par paliers successifs. Une disposition dans ce sens est constituée par des électrodes dont la distance des bords de celles-ci qui se font face varie de façon continue.
Pour accentuer encore la sensibilité d'un capteur dont les électrodes présentent différents écartements, il est aussi avantageux de faire en sorte que la largeur des électrodes formant la capacité ne soit
pas uniforme sur toute la longueur de ces électrodes. Au plus large correspond la plus grande capacité, et donc aussi un champ relativement plus intense;
De préférence la largeur des électrodes varie dans le même sens, que la distance entre ces électrodes. Autrement dit l'accroissement de la surface située entre les électrodes par l'augmentation de la distance des électrodes, accroissement qui s'accompagne d'un champ moins intense, est en partie au moins compensé par un accroissement lié à la capacité des électrodes. La combinaison de ces deux effets ne conduit pas nécessairement ni même de façon préférée à un champ d'intensité uniforme. Celle-ci n'est par ailleurs pas nécessaire dans la mesure où l'éloignement des bords des électrodes est destiné par priorité à offrir une surface utile suffisante pour détecter d'abord les grosses gouttes éparses, lesquelles sont par hypothèse plus facilement détectées lorsqu'elles sont présentes en raison de la modification substantielle qu'elles occasionnent de la constante diélectrique du milieu dans lequel se développe la mesure.
Les variations indiquées précédemment sont fonction de l'importance de celles concernant les variations induites par la présence des gouttes variables en dimension. On s'efforce de faire en sorte que dans tous les cas les variations de capacité engendrées restent d'un ordre de grandeur comparable de sorte que le signal traité en intensité ne varie pas de plus d'un facteur 10, et de préférence d'un facteur au plus égal à 5 dans les conditions extrêmes.
Pour obtenir ces conditions sur le signal, la variation de distance entre les électrodes est avantageusement au plus de l'ordre de 1 à 10 et de préférence au plus de 1 à 5, et de même la variation de largeur des électrodes est de préférence au plus de 1 à 10, et de préférence au plus de 1 à 5.
L'invention est décrite de façon détaillée dans la suite en faisant référence aux figures annexées dans lesquelles:
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un pare-brise équipé d'un capteur capacitif
- la figure 2 est une vue en plan du dessin des électrodes et des conducteurs qui les alimentent, formant un capteur capacitif, dans une disposition des électrodes ne reproduisant pas les caractéristiques de l'invention;
- la figure 3 représente une coupe schématique d'un vitrage portant un capteur capacitif du type présenté à la figure 2;
- la figure 4 présente un dessin des électrodes d'un capteur capacitif selon l'invention, destiné à mieux détecter des gouttes de nombre et grosseur variables;
- la figure 5 représente un autre dessin d'électrodes d'un capteur capacitif analogue au précédent composé pour une mesure de type différentiel;
- la figure 6 est un autre mode de réalisation d'un capteur selon l'invention, présentant un large domaine de sensibilité;
- la figure 7 présente un autre dessin des électrodes pour un capteur offrant une gamme continue de sensibilité
- la figure 8 est analogue à la précédente pour un capteur à trois électrodes.
Par mesure de simplification dans la suite de la description les vitrages présentés sont dits constitués de feuilles de verre, lesquelles sont aussi le plus souvent de type feuilleté. Les capteurs selon l'invention sont aussi bien utilisables sur des vitrages constitués de
"verres" organiques, tels que les poly-carbonates, bien connus et
largement utilisés pour constituer des vitrages. De même si le plus fréquemment les capteurs en question sont introduits dans des ensembles feuilletés comportant deux feuilles rigides assemblées au moyen d'intercalaires du type polyvinyle butyral (PVB) ou analogue, il est possible de disposer le capteur sur un vitrage ne comportant qu'une feuille rigide. Il s'agit alors notamment de vitrages dits "bilayer" qui comportent une feuille de verre associée à une feuille de matériau plastique, notamment de polyuréthane, matériau qui offre simultanément la plasticité assurant la résistance contre l'éviction des passagers en cas d'accident, et une qualité de surface suffisante pour résister aux rayures. Il peut aussi s'agir de vitrage ne comprenant qu'une feuille de verre. Dans ce dernier cas cependant, il est préférable de faire en sorte que les éléments conducteurs du capteur soient isolés électriquement et protégés par un revêtement supplémentaire présentant avantageusement les mêmes propriétés de transparence.
La figure 1 présente une disposition typique d'un capteur de pluie sur un pare-brise automobile (1). Sur le pare brise (1) le capteur de pluie (4) est nécessairement situé dans une zone (2, 3) balayée par les essuie-glace. Sur la figure ces zones sont schématisées par les traits discontinus.
Cette disposition est commandée par le fait que le capteur (4) est destiné à déclencher le mouvement des essuie-glace en présence d'eau sur les zones balayées. En dehors de ces zones, l'eau peut demeurer après que l'apport de pluie sur les zones balayées a cessé. Si le capteur était disposé hors des zones balayées, le mouvement des essuie-glace pourrait être maintenu sans nécessité.
Dans les systèmes de détection optique qui comportent des éléments non-transparents, le capteur (4) est de préférence disposé en un point où il ne cause aucune gêne pour le conducteur. Si néanmoins il est encore dans le champ visuel, de préférence cet emplacement est déjà occulté par un autre élément fonctionnel. Très habituellement les capteurs optiques sont disposés derrière le rétroviseur intérieur.
Dans le cas des capteurs capacitifs selon l'invention, le fait que les électrodes soient de préférence très largement transparentes au rayonnement visible, offre une plus grande latitude dans le choix de cet emplacement, même si la surface occupée par le capteur est sensiblement plus importante que celle masquée par les capteurs optiques traditionnels.
Les capteurs capacitifs fonctionnent avec une unité d'analyse et de traitement des signaux. Le plus usuellement l'unité en question est constituée d'un circuit électronique relativement peu volumineux. Celui-ci peut même se réduire à une "puce" de quelques millimètres carrés ou moins. Cette unité est ordinairement non- transparente. Pour cette raison il est avantageux de la situer hors de la partie transparente du vitrage. Pour les raisons indiquées ci-dessous, l'unité d'analyse est cependant la plus voisine possible des électrodes du capteur. Elle est située par exemple derrière les bandes émaillées qui très souvent sont disposées en bordure des vitrages.
Dans la forme présentée à la figure 1, le capteur (4) est en position haute centrale, c'est à dire derrière le rétroviseur. Compte tenu de son caractère de préférence essentiellement transparent, un autre positionnement est néanmoins possible.
Les composants des capteurs capacitifs peuvent être constitués directement sur une feuille de verre ou être disposés sur un support associé à la (ou aux) feuille(s) de verre. Des matériaux variés peuvent entrer dans la constitution de ces capteurs. Les électrodes en particulier sont avantageusement constituées de couches minces conductrices.
Les électrodes sont formées par exemple de films conducteurs du type de ceux constituant les revêtements réfléchissant les rayons infrarouges utilisés pour minimiser "l'effet de serre" dans les véhicules. Ce sont des films comportant de façon générale une couche métallique, notamment d'argent, couche qui est englobée dans des couches diélectriques qui ont pour rôle à la fois de protéger la couche
métallique, et de prévenir la réflexion des rayons de longueur d'onde du domaine du visible. Lorsque le vitrage comporte une couche réfléchissant les infrarouges, il est avantageux de constituer les électrodes dans cette couche en procédant à l'élimination de la couche conductrice suivant le dessin choisi. Cet enlèvement est effectué par exemple au moyen d'un laser. Les conducteurs sont constitués de la même façon directement dans la couche conductrice.
D'autres films réfléchissant les infrarouges sont constitués à partir d'oxydes conducteurs, par exemple à base d'ITO ("indium tin oxide"). Si leur constitution et leur dépôt différent des films métalliques, la formation des électrodes et conducteurs dans ces couches est analogue. On procède par exemple par enlèvement suivant le dessin choisi.
La formation du dessin du capteur peut aussi se faire par masquage des zones adéquates lors du dépôt de la couche.
D'autres techniques permettent encore de réaliser les électrodes et les conducteurs. Il s'agit en particulier de l'application d'une composition conductrice par sérigraphie, au pochoir, par impression par jet d'encre ou toute autre technique analogue, d'un motif reproduisant les éléments correspondant.
Un capteur capacitif de l'art antérieur est schématisé à la figure 2. Ce capteur comprend des électrodes (5, 6) reliées à l'unité de traitement du signal par des conducteurs (7, 8). Dans la forme traditionnelle présentée les électrodes sont disposées à distance l'une de l'autre, cette distance étant uniforme sur toute la longueur des électrodes qui se font face.
Le principe de fonctionnement d'un détecteur capacitif est illustré à la figure 3. Le vitrage dans cet exemple présenté en coupe partielle est composé de deux feuilles de verre (8, 9) réunies par un intercalaire (10) de type polyvinylbutyral (PVB). Une goutte (g) qui se dépose sur le vitrage dans la zone correspondant à l'intervalle entre les électrodes (5, 6) comme représenté, se trouve dans le champ électrique
engendré par les électrodes, et modifie celui-ci en raison des différences entre les constantes diélectriques de l'eau et de l'air. La modification de la capacité des électrodes, mesurée le plus souvent de manière indirecte, sert de mesure. Celle-ci dépend de la dimension des gouttes. Pour un champ uniforme, comme celui qui se développe dans la configuration de la figure 2, le signal est d'autant plus intense que la goutte considérée est plus volumineuse. La goutte (I) est engendre un signal plus intense que la goutte (II).
Il est possible dans une certaine mesure de choisir les caractéristiques et du capteur et de l'électronique associée pour obtenir la meilleure sensibilité possible à un signal donné. Mais le choix des caractéristiques de mise en oeuvre du capteur capacitif ne permet pas d'optimiser le signal pour toutes les conditions susceptibles de se présenter pour ce qui concerne le volume et le nombre des gouttes. Dans une telle disposition, le choix est nécessairement basé sur une situation type "moyenne". Autrement dit le capteur ainsi constitué ne répond pas de la façon la plus adéquate aux diverses situations rencontrées. Les dispositions selon l'invention illustrées aux figures suivantes offrent une manière d'élargir les domaines dans lesquels les gouttes sont mieux détectées.
La figure 4 est un exemple de réalisation ayant pour but cette détection améliorée.
Le capteur capacitif est constitué comme précédemment de deux électrodes (11, 12). La zone comprise entre les électrodes présente deux parties distinctes (Z1 z2) correspondant à deux distances (d1; d2) entre les bords des électrodes qui se font face.
La disposition présentée à la figure 4 introduit deux niveaux de détection. Dans le premier, correspondant à la distance d1; les électrodes sont relativement proche l'une de l'autre et le champ est donc relativement intense. Des gouttes de petite dimension (II) peuvent être détectées par ce champ intense. Bien que la surface correspondant à cette partie soit relativement petite, la probabilité de trouver des
petites gouttes dans cette zone est suffisante. Dans la partie dans laquelle les électrodes sont à distance d2 l'une de l'autre, le champ est moins intense mais suffisant pour détecter les grosses gouttes (I). L'accroissement de la surface entre les électrodes accroît aussi de façon sensible la probabilité de recevoir une de ces gouttes par hypothèse moins nombreuses. Bien entendu une grosse goutte située dans la zone de distance U1 n'est pas exclue. Elle conduit simplement à un signal plus intense.
L'accroissement de surface sensible du capteur de la figure 4 pourrait être obtenu dans un mode correspondant par exemple à deux électrodes distantes de dx en allongeant les électrodes (11) et (12). Mais cette façon de procéder ne donnerait qu'un seul niveau de sensibilité, et d'autre part conduirait à un allongement des électrodes qui nuirait à la compacité souhaitée. Le modèle présenté à la figure 4 comporte deux distances.
Il est possible de multiplier les niveaux de la même façon pour disposer de multiples sensibilités. Néanmoins, en pratique, les conditions rencontrées peuvent être analysées avec un petit nombre de niveaux de sensibilité. Un dispositif d'essai permet de vérifier fonctionnement décrit ci-dessus. Dans ce dispositif une bille métallique conductrice fixée à l'extrémité d'un support non-conducteur simule une goutte d'eau. Cet élément est approché de l'échantillon de vitrage portant le capteur. Le dispositif est alimenté à une fréquence de 30 kHz. La mesure est conduite de manière différentielle. La variation relative est déterminée pour un ensemble de positions de l'élément modificateur du champ vis- à-vis des électrodes. On dresse ainsi la cartographie de la sensibilité du dispositif pour différent type de simulation des gouttes correspondant à des altérations des champs d'intensité variable. L'avantage de disposer de plusieurs sensibilités est bien vérifié par ce moyen.
Le niveau de détection dans les capteurs selon l'invention peut encore varier de façon continue. Pour ce type la distance séparant
les bords de deux électrodes voisines va en s'accroissant de manière continue. Pour des électrodes à bords rectilignes, la surface délimitée est alors de type cunéiforme. Un mode de réalisation en est représenté à la figure 7. Le capteur de la figure 7 comprend deux électrodes (13,
14) comme précédemment. Ces électrodes définissent entre elles un secteur (15). La distance entre les électrodes, autrement dit, la largeur de ce secteur, s'accroît de façon continue d'une extrémité à l'autre des électrodes. Dans le mode présenté la distance du plus étroit au plus large varie dans un rapport de l'ordre de 1/5. Le champ électrique et la sensibilité du capteur sont bien évidemment moindres dans les parties les plus distantes et inversement, permettant de détecter commodément les gouttes d'eau quelles que soient leurs dimensions.
Dans le mode représenté à la figure 5 la variation de sensibilité de détection liée à la distance entre les électrodes est modulée par une variation simultanée de la largeur des électrodes elles- mêmes.
Les rapports entre les parties des électrodes les plus étroites et celles les plus larges peuvent varier en fonction de l'importance de l'effet recherché. Dans le mode représenté ce rapport est comme précédemment de l'ordre de 1/5.
La configuration est encore modulable dans le rapport des dimensions respectives des électrodes et des secteurs (x/d) entre celles- ci. Dans la forme présentée les dimensions sont comparables. Elles sont avantageusement dans un rapport de 1/2 à 2/1 pour disposer d'une sensibilité ajustée au mieux avec un capteur qui demeure de dessin aussi compact que possible.
Fonction du mode d'analyse des signaux, les capteurs capacitifs utilisés peuvent comporter plus de deux électrodes. Dans les traitements dits différentiels, deux séries de mesures sont effectuées simultanément entre deux jeux d'électrodes. En l'absence de pluie les
deux mesures font apparaître un rapport déterminé qui est modifié lorsque des gouttes se présentent entre les jeux d'électrodes.
Dans les systèmes différentiels une électrode peut être commune aux deux jeux. La figure 5 est une illustration d'un mode de réalisation d'un capteur différentiel à trois électrodes (16, 17,18) selon l'invention, présentant une configuration analogue au capteur présenté à la figure 4. Les électrodes (16) et (17) délimitent comme précédemment deux zones Z1 et z2 de sensibilités différentes. Entre les électrodes (17) et (18) une seule sensibilité est représentée. Une configuration à plusieurs niveaux peut aussi figurer entre ces électrodes. Dans la mesure où la détermination est différentielle, il importe moins d'assurer une "mesure" qu'une variation du niveau des signaux détectés. Dans ce cas l'important est d'avoir sur un jeu d'électrodes au moins les niveaux de sensibilité différenciés selon l'invention. La figure 6 présente un autre de mode de réalisation d'un capteur à trois électrodes (19, 20, 21). Dans ce système l'électrode centrale (19) commune aux deux jeux, enveloppe les électrodes (20) et (21). Les zones de sensibilité Z1 et z2 sont disposées des deux côtés de l'électrode (20). Comme pour la figure 5 l'électrode (21) ne présente qu'une seule distance vis-à-vis de l'électrode centrale (19). Comme ci- dessus une disposition symétrique est également possible.
L'avantage de la configuration de la figure 6 est de favoriser la compacité du détecteur. A défaut les électrodes mises en parallèle devraient avoir une longueur double, qui pourrait s'avancer de façon inappropriée dans les zones de vision du vitrage. La compacité permet de maintenir l'ensemble du capteur dans une partie de ce vitrage éventuellement déjà occultée par la présence d'objets tels que le rétroviseur.
La figure 8, montre un mode de réalisation des électrodes analogue à celui de la figure 7 pour la mise en œuvre d'une détection différentielle.
Les modes de réalisation présentés n'ont bien évidemment aucun caractère limitatif. Ces réalisations visant à disposer de plusieurs niveaux de sensibilité peuvent correspondre à des dessins d'électrodes extrêmement variés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims
1. Détecteur capacitif de pluie disposé sur un vitrage, comprenant des électrodes et des conducteurs alimentant celles-ci, formés d'un matériau conducteur, dans lequel les électrodes sont configurées en dimensions et en disposition les unes par rapport aux autres, de manière à présenter simultanément plusieurs niveaux de sensibilité.
2. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 1 dans lequel les différents niveaux de sensibilité correspondent à des surfaces efficaces différentes.
3 Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la distance (d) entre les bords qui se font face, de deux électrodes de détection voisines n'est pas uniforme.
4. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 3, comprenant au moins deux distances (d1; d2) distinctes entre les bords qui se font face de deux électrodes contiguës de détection.
5. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel en plus de la distance (d) entre les bords des électrodes, la sensibilité est modulée par celle de l'étendue (x) des électrodes qui se font face.
6. Détecteur capacitif de pluie selon l'une des revendications 1 à 3 dans le quel la distance entre les électrodes de détection voisines varie de façon continue.
7. Détecteur capacitif de pluie selon l'une des revendications 3 à 6 dans lequel le rapport des distances extrêmes entre les électrodes de détection est au plus de 1/10 et de préférence au plus de 1/5.
8. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 6 ou la revendication 6 dans lequel le rapport des étendues (x} extrêmes des électrodes de détection, est au plus de 1 à 10 et de préférence au plus de 1 à 5.
9. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 8 dans lequel les électrodes de forme trapézoïdales délimitent entre elles des secteurs également trapézoïdaux.
10. Détecteur capacitif de pluie selon la revendication 8 ou la revendication 9 dans lequel le rapport, étendue de l'électrode à la distance entre les électrodes, au même niveau (x/d) est compris entre 1/2 et 2/1.
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