DETECTION DE VARIATION DE DISTANCE PAR RAPPORT À UN AXE DE ROTATION
Domaine de l' invention
La présente invention concerne de façon générale les systèmes utilisant des transpondeurs, c'est-à-dire des émetteurs-récepteurs (généralement mobiles) susceptibles de communiquer sans contact et sans fil avec un terminal .
L'invention concerne plus particulièrement les systèmes utilisant des transpondeurs pour la détection d'une variation de distance par rapport à un axe d'un point d'un objet tournant autour de cet axe (la variation de longueur d'un rayon dans le cas d'un objet circulaire) . L'invention sera plus particulièrement décrite dans le cadre de la détection d'un défaut de pression dans un pneumatique. Exposé de l'art antérieur
De plus en plus de pneumatiques sont équipés de capteurs de pression pour détecter un défaut de gonflage et le signaler au conducteur, à un service de maintenance, etc.
L'apparition des systèmes à transpondeurs a permis d'éviter les liaisons filaires entre la jante du pneumatique et le véhicule. Le capteur de pression est alors associé à un transpondeur susceptible d'émettre l'information à un terminal porté par le véhicule (par exemple, l'essieu, l'intérieur de
l'aile, etc.) - Le transpondeur est généralement un transpondeur actif, c'est-à-dire associé à une batterie (souvent rechargeable) lui fournissant l'énergie requise à son fonctionnement. L'élément capteur-transpondeur peut être porté par la jante ou par le pneu lui-même.
D'autres types de capteurs peuvent être associés à un transpondeur dans un pneu. Par exemple, il peut s'agir de capteurs d'usure.
L'élément associé au pneu comporte un capteur de la grandeur particulière détectée (pression, épaisseur du pneu, température) , un circuit de conversion en signaux électriques et un transpondeur d'émission de l'information à destination du terminal. De plus, pour détecter plusieurs grandeurs de nature différente (par exemple, la pression et l'usure), il faut deux capteurs, voire deux éléments complets.
En raison du coût important engendré, les capteurs de pression sont plus souvent portés par les jantes qui ont une longévité plus importante. Pour les véhicules automobiles, cela entraîne qu'en cas de changement temporaire de jante (par exemple, pour la roue de secours ou pour des pneu-neige montés sur d'autres jantes), la fonction de détection de pression ne peut plus être assurée. Résumé
II serait souhaitable de disposer d'un élément de détection d'un défaut de pression d'un pneumatique qui soit plus simple ou moins onéreux qu'une association d'un capteur de pression avec un transpondeur actif.
Il serait également souhaitable de disposer d'un élément de détection générique d'un problème potentiel d'un pneumatique.
Il serait également souhaitable de disposer d'une solution indépendante de la jante du pneumatique.
Il serait également souhaitable d'utiliser d'autres fonctions du transpondeur, par exemple, pour l'identification du pneu.
Plus généralement, il serait également souhaitable de disposer d'un élément de détection d'une variation de distance par rapport à un axe d'un point d'un objet tournant autour de cet axe. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, il est prévu un procédé de détection d'une variation de distance par rapport à un axe d'au moins un point d'un objet tournant autour de cet axe par un terminal à une position fixe par rapport à l ' axe et apte à émettre un champ radiofréquence à destination d'au moins un circuit résonant fixé à l'objet, comportant les étapes consistant à mesurer et enregistrer, côté terminal, une valeur maximum d'une grandeur représentative du couplage entre un circuit oscillant du terminal et ledit au moins un circuit résonant ; et à détecter une variation de ce maximum périodique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit résonant est un élément d'un transpondeur susceptible d'émettre une signature à destination du terminal.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, une valeur de référence de ladite grandeur est mesurée et enregistrée, côté terminal, dans une condition initiale de l'objet.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, une valeur à vide de ladite grandeur est mesurée et enregistrée, côté terminal, en l'absence de l'objet, ladite détection s 'effectuant sur la base de l'évolution du quotient de cette valeur à vide sur la valeur mesurée par rapport au quotient de cette valeur à vide sur la valeur de référence.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, une résistance série du circuit oscillant du terminal est ajustée pour que la valeur de référence corresponde à une position de couplage optimum entre le terminal et le circuit résonant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la valeur de la résistance série est choisie pour que le rapport
entre la valeur à vide et la valeur de référence soit approximativement égal à 2.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite grandeur est une information relative au courant dans le circuit oscillant ou à la tension à ses bornes.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'objet est un pneumatique d'une roue montée sur un essieu et le circuit résonant est fixé au pneu à une position fixe par rapport à sa bande de roulement. II est également prévu un système de détection de la distance par rapport à un axe d'au moins un point d'un objet tournant autour de cet axe, par un terminal à une position fixe par rapport à l'axe et apte à émettre un champ radiofréquence à destination d'un circuit résonant fixé à l'objet, adapté à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comprend en outre des moyens de détection d'arrêt ou de mise en route de l'objet tournant, et/ou des moyens de détection de position d'arrêt de l'objet tournant, et/ou des moyens de mesure de vitesse de l'objet tournant. Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d' autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue latérale d'une roue d'un véhicule illustrant un mode de réalisation d'un système de détection d'un défaut d'un pneumatique ; la figure 2 est une vue en coupe axiale de la roue de la figure 1 ; la figure 3 représente, de façon très schématique, un exemple de couple terminal-transpondeur utilisable dans le système de la figure 1 ; la figure 4 est un schéma blocs simplifié du terminal de la figure 3 ;
la figure 5 est un schéma blocs simplifié du transpondeur de la figure 3 ; la figure 6 illustre l'évolution de la tension aux bornes du circuit résonant du transpondeur en fonction d'un couplage normalisé ; la figure 7 est un schéma partiel d'un mode de réalisation d'un circuit d'adaptation côté terminal ; la figure 8 est un organigramme illustrant un mode de mise en oeuvre d'une phase d'initialisation du terminal ; et la figure 9 est un organigramme illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé de détection de défaut de pression. Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier, les éventuels échanges de données lors de communications entre un transpondeur et un terminal n'ont pas été détaillés, l'invention étant compatible avec toute communication usuelle.
La figure 1 est une vue latérale très schématique d'une roue 8 d'un véhicule 4 illustrant un mode de réalisation d'un système de détection d'un défaut d'un pneumatique.
La figure 2 est une coupe verticale au niveau de l ' axe de la roue de la figure 1.
La roue 8 comporte une jante 81 montée sur un essieu 41 du véhicule 4 et un pneu 83 monté sur la jante. Un élément électronique 2 comportant au moins un circuit résonant est associé à la bande de roulement 831 du pneu 83. Dans un mode de réalisation plus évolué, l'élément 2 est une étiquette électronique (TAG) ou un transpondeur électromagnétique.
Un terminal 1 d'émission radiofréquence et, pour les modes de réalisation plus évolués, de communication avec un transpondeur, équipe le véhicule. Le terminal 1 est porté par une armature du véhicule qui se trouve en regard de la bande de
roulement 831 du pneumatique, par exemple par une armature 43 liée à l'essieu 41 et masquée à l'intérieur de l'aile 44 de la carrosserie comme cela est représenté. Cette caractéristique est illustrée aux figures 1 et 2 par un pointillé 42 reliant l'essieu 41 à un bras ou support 43 du terminal 1. En variante, pour un véhicule de type avion, le terminal peut être porté par l'extrémité du bras du train d'atterrissage. Le terminal 1 est relié, par exemple par une liaison filaire 45 ou par une liaison radiofréquence, à un système de traitement d'information, par exemple, un ordinateur de bord 46 du véhicule. Le terminal 1 est alimenté, le cas échéant via l'ordinateur de bord 46, par la batterie 47 du véhicule. De préférence, toutes les roues du véhicule sont équipées d'un élément 2 et sont associées à un terminal 1. L'élément 2 est, par exemple, fixé sur la face interne de la bande de roulement 831 comme cela est représenté, ou noyé dans la bande de roulement. Utiliser un élément rapporté sur la face interne de la bande de roulement permet de ne pas modifier la fabrication du pneu 83 ou d'équiper des pneus existants. En variante, l'élément 2 est placé, à l'intérieur du pneu, par exemple sur la jante 81, dans une position telle qu'il passe, à chaque tour du pneu, devant le terminal 1 (ou au moins à portée de celui-ci) .
Le positionnement relatif du terminal 1 et de l'élément 2 est tel qu'une variation d'épaisseur du pneu (par usure, surgonflage ou dégonflage) se traduise par une modifica¬ tion de la distance qui sépare l'élément 2 du terminal 1. Cette modification de distance, par rapport à une distance de référence correspondant à un pneu non usé, correctement gonflé, est alors détectée par le terminal qui peut déclencher une alerte ou toute action appropriée.
On fera par la suite plus particulièrement référence à un transpondeur mais, hormis pour ce qui est des communications avec le terminal, le fonctionnement est le même avec un élément 2 constitué d'un simple circuit résonant.
La figure 3 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation du système terminal-transpondeur des figures 1 et 2.
Le terminal 1 comporte un circuit oscillant série, formé d'une inductance Ll en série avec un condensateur Cl et une résistance Rl. Ce circuit oscillant série est commandé par un dispositif 11 comportant, entre autres et de façon non limitative, un amplificateur ou coupleur d'antenne et un circuit de commande et d'exploitation des transmissions pourvu notamment d'un modulateur/démodulateur et d'un circuit (généralement un microprocesseur) de traitement des commandes et des données. Le dispositif 11 communique généralement avec différents circuits d'entrée/sortie (éléments d'échange avec l'ordinateur de bord 46 du véhicule) et/ou de traitement, non représentés. L'élément 2 apte à coopérer avec le terminal 1 comporte un circuit oscillant, par exemple parallèle, formé d'une inductance L2 en parallèle avec un condensateur C2 entre deux bornes 22 et 23. Dans un mode de réalisation simplifié, l'élément se limite à ces deux éléments le cas échéant associés à une résistance (non représentée) . Dans le mode de réalisation représenté, cet élément est un transpondeur susceptible de répondre à une interrogation du terminal, par exemple, en communiquant un identifiant ou autres données. Les bornes 22 et 23 sont alors les bornes d'entrée d'un circuit 21 de commande et de traitement. Le cas échéant, le transpondeur 2 comporte également une batterie 24 susceptible d'alimenter ses différents éléments.
Les bornes 22 et 23 sont, en pratique, reliées à l'entrée d'un élément de redressement (non représenté en figure 3) dont les sorties constituent des bornes d'alimentation des circuits internes au transpondeur. Ces circuits comportent généralement une mémoire et un modulateur pour transmettre des informations au terminal. Selon le type de transpondeur (selon l'application et des tâches qu'il est censé effectuer), ces circuits peuvent également comporter un démodulateur des signaux
éventuellement reçus du terminal, un microprocesseur et divers autres circuits de traitement.
Les circuits oscillants du terminal et du transpondeur sont généralement accordés sur une même fréquence correspondant à la fréquence d'un signal d'excitation du circuit oscillant du terminal. Ce signal haute fréquence (par exemple, 13,56 MHz) sert non seulement de porteuse de transmission de données du terminal vers le transpondeur, mais également de porteuse de téléalimentation à destination des transpondeurs se trouvant dans le champ du terminal . Quand un transpondeur 2 se trouve dans le champ d'un terminal 1, une tension haute fréquence est engendrée aux bornes 21 et 23 du circuit résonant du transpondeur. Cette tension sert à fournir la tension d'alimentation des circuits électroniques 21 du transpondeur. Le cas échéant, cette tension peut également servir à charger une batterie ou autre élément de stockage d'énergie 24 du transpondeur qui alimente les circuits lorsque le transpondeur n'est pas à portée d'un terminal.
On a déjà proposé d'interpréter des mesures de grandeurs liées au couplage entre un transpondeur et un terminal pour évaluer la distance qui sépare le transpondeur du terminal.
Un exemple de technique d'évaluation de distance par un transpondeur est décrit dans le brevet américain 6,473,028
(B4231) . Un exemple de technique d'évaluation de distance par un terminal est décrit dans le brevet américain 6,650,226 (B4262) . Ces évaluations de distance sont généralement utilisées pour optimiser le transfert d'énergie ou la communication entre les deux éléments.
La figure 4 est un schéma blocs d'un mode de réalisation d'un terminal 1. Comme indiqué précédemment, le terminal 1 comporte un circuit oscillant formé d'une inductance ou antenne Ll en série avec un élément capacitif Cl et un élément résistif Rl. Dans l'exemple de la figure 4, ces éléments sont connectés entre une borne 12 de sortie d'un amplificateur ou coupleur d'antenne 14 et une borne 13 à un potentiel de
référence (généralement la masse) . Un élément 15 de mesure du courant dans le circuit oscillant est intercalé, par exemple, entre l'élément capacitif Cl et la masse 13. Cet élément de mesure 15 fait partie d'une boucle de régulation de phase qui sera décrite plus loin. L'amplificateur 14 reçoit un signal E de transmission haute fréquence, issu d'un modulateur 16 (MOD) qui reçoit une fréquence de référence (signal OSC) par exemple d'un oscillateur à quartz (non représenté) . Le modulateur 16 reçoit, si besoin, un signal Tx de données à transmettre et, en l'absence de transmission de données depuis le terminal, fournit la porteuse haute fréquence (par exemple, à 13,56 MHz) propre à exciter le circuit résonant du transpondeur. L'élément capacitif Cl est un élément à capacité variable et commandable par un signal CTRL. On réalise une régulation de phase du courant dans l'antenne Ll par rapport à un signal de référence. Cette régulation est une régulation du signal haute fréquence, c'est- à-dire du signal de la porteuse correspondant au signal E en l'absence de données à transmettre. La régulation est effectuée en faisant varier la capacité Cl du circuit oscillant du terminal de façon à maintenir le courant dans l'antenne en rela¬ tion de phase constante avec le signal de référence. Ce signal de référence correspond, par exemple, au signal OSC fourni par l'oscillateur au modulateur. Le signal CTRL est issu d'un circuit 17 (COMP) dont le rôle est de détecter l'écart de phase par rapport au signal de référence et de modifier en conséquence la capacité de l'élément Cl. La mesure de phase est effectuée, par exemple, à partir d'une mesure du courant I dans le circuit oscillant grâce à l'élément de mesure 15. Dans l'exemple représenté, un transformateur d'intensité comporte un enroule- ment primaire 151 entre l'élément Cl et la borne de masse 13, et un enroulement secondaire 152 dont une première borne est connectée directement à la masse et dont l'autre borne fournit un signal MES indicateur du résultat de la mesure. Une résistance 153 de conversion courant-tension est connectée en parallèle avec l'enroulement secondaire 152. Le résultat de la
mesure MES est envoyé au comparateur 17 qui asservit en conséquence l'élément capacitif Cl au moyen du signal CTRL.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 4, le comparateur 17 utilise le même démodulateur de phase (non représenté) que celui qui sert à démoduler le signal provenant du transpondeur et que reçoit éventuellement le circuit oscillant. Par conséquent, le comparateur 17 fournit un signal Rx restituant une rétromodulation éventuelle de données reçues d'un transpondeur à un bloc 18 symbolisant le reste des circuits électroniques du terminal.
Le temps de réponse de la boucle de régulation de phase est choisi suffisamment long pour ne pas gêner la rétromodulation éventuelle provenant d'un transpondeur, et suffisamment court devant la vitesse de passage d'un transpon- deur dans le champ du terminal. On peut parler de régulation statique par rapport aux fréquences de modulation (par exemple, une fréquence de la porteuse de téléalimentation de 13,56 MHz et une fréquence de rétromodulation de 847,5 kHz utilisée pour transmettre des données du transpondeur vers la borne) . En variante au transformateur d'intensité de la figure
4, on pourra utiliser d'autres éléments de mesure du courant (par exemple, une résistance) .
Un exemple de terminal à régulation de phase est décrit dans le document EP-A-O 857 981. La figure 5 représente un mode de réalisation d'un transpondeur 2. Aux bornes 22 et 23 du circuit oscillant (inductance ou antenne L2 et élément capacitif C2 en parallèle) , est connecté un élément de redressement 25, par exemple un pont redresseur double alternance. Les sorties redressées du pont 25 sont reliées, par un élément capacitif C25 de lissage et fournissent une tension V25 à un circuit 26 (ALIM) de gestion de l'alimentation du transpondeur. Le circuit 26 fournit aux autres circuits du transpondeur symbolisés par un bloc 27 l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Les éléments 25, C25, 26 et 27 sont, en figure 3, inclus dans le bloc 21. En figure 5, on
considère que le transpondeur ne fonctionne que s'il est téléalimenté (pas de batterie) . Le circuit 27 prélève une information aux bornes 22 et 23 du circuit résonant pour démoduler les éventuelles informations reçues du terminal avant redressement. Si le transpondeur doit émettre des données à destination du terminal, le circuit 27 comporte des éléments capacitifs et/ou résistifs, dits de rétromodulation, aptes à moduler la charge que constitue le transpondeur sur le champ généré par le terminal. Cette modification de charge se traduit côté terminal par une modification du courant ou de la tension de son circuit oscillant (en supposant que l'amplificateur ou coupleur d'antenne est adapté à fournir un courant constant). Cette modification de courant ou de tension captée par le transformateur d'intensité (15, figure 4) ou tout autre élément de mesure (par exemple la mesure de la tension aux bornes de l'élément capacitif Cl) permet au terminal de décoder les informations reçues du transpondeur. Dans une version simplifié où seule la détection du transpondeur importe, les circuits de démodulation et de rétromodulation peuvent être omis. Le fait que la phase soit régulée côté terminal permet d'exploiter des mesures de courant et de tension dans le circuit oscillant du terminal pour en déduire des informations relatives au couplage du transpondeur (ou du simple circuit résonant dans une réalisation simplifiée) lorsqu'il est dans le champ de la borne.
Ces informations relatives au couplage traduisent la variation de la distance entre les deux éléments. Cela permet de détecter une variation de l'épaisseur du pneu, donc un problème de gonflage ou d'usure. La distinction entre un problème de gonflage et un problème d'usure peut être effectuée par le système informatique (le terminal ou l'ordinateur de bord) en tenant compte de la durée d'évolution de la variation d'épaisseur.
Ces informations prennent en compte, notamment, le couplage entre le transpondeur et le terminal, c'est-à-dire le
coefficient de couplage entre le circuit oscillant du terminal 1 et celui de l'élément 2. Ce coefficient de couplage dépend essentiellement de la distance séparant le transpondeur du terminal. Le coefficient de couplage, noté k, entre les circuits oscillants d'un transpondeur et d'un terminal est toujours compris entre 0 et 1. Ce coefficient peut être défini par la formule :
M k = , , (formule 1)
VL1L2 dans laquelle M représente l'inductance mutuelle entre les inductances Ll et L2 des circuits oscillants du terminal et du transpondeur.
On utilise les différentes relations liant les grandeurs électriques mesurables par le terminal dans différentes configurations de fonctionnement avec un transpondeur pour déterminer, périodiquement, une variation de l'écart entre le transpondeur et le terminal. Plus précisément, on détecte à chaque tour (ou tous les n tours) , une variation de la distance minimale entre le transpondeur et le terminal.
Une information disponible côté terminal est le courant I dans le circuit oscillant série de la borne. Ce courant est lié à une tension (notée Vg) , dite de générateur, excitant le circuit oscillant, et à l'impédance apparente Zlapp du circuit oscillant, par la relation suivante :
Vg I = ^- . (formule 2) zlapp Le fait de réguler la phase du circuit oscillant sur une valeur de référence permet que la variation de distance d'un transpondeur entrant dans le champ d'un terminal ne se traduise que par une modification de la partie réelle de 1 ' impédance de ce circuit oscillant. En effet, toutes les variations qui auraient tendance à modifier, de façon statique devant les fréquences de modulation, la partie imaginaire par la charge constituée par le transpondeur, sont compensées par la boucle de régulation de phase. Ainsi, on s'assure qu'en fonctionnement
statique la partie imaginaire de l'impédance Zlapp est nulle. Par conséquent, l'impédance Zlapp devient égale à la résistance apparente Rlapp et peut s'exprimer sous la forme :
L2 zlapp - R1app - Rl + a (formule 3)
R2 • C2'
_ k2 • ω2 • Ll • L2 avec a I (formule 4)
où ω représente la pulsation du signal, X2 représente la partie imaginaire de l'impédance du circuit oscillant du transpondeur (X2 = C0L2 - 1/C0C2), et R2 représente la charge constituée par les éléments du transpondeur sur son propre circuit oscillant (éléments du circuit 21 modélisés par la résistance R2 en parallèle sur l'inductance L2 et le condensateur C2) . En d'autres termes, la résistance R2 représente la résistance équivalente de tous les circuits (microprocesseur, moyen de rétromodulation, etc.) du transpondeur, ramenée en parallèle sur le condensateur C2 et l'inductance L2. Dans la formule 3 ci- dessus, on a négligé la résistance série de l'inductance Ll qui s'ajoute aux deux autres termes. On peut également considérer que la valeur de cette résistance série est, par simplification, incluse dans la valeur de la résistance Rl. En combinant les formules 2, 3 et 4, on peut exprimer le courant I de la façon suivante : I , (formule 5)
avec
Z2 (formule 6)
Z2 représentant l'impédance du transpondeur.
Par ailleurs, côté transpondeur, on peut écrire :
Z2 • 12 = M • ω • I = k • VLI • L2 • ω • I , (formule 7) où 12 représente le courant dans le circuit oscillant du transpondeur. D'où :
12 = . (formule 8)
Z2
La formule 8 combinée aux formules 4 et 6 se réduit à l'expression :
12 = a. I. (formule 9) La tension récupérée Vc2 aux bornes du condensateur C2 du transpondeur est donnée par la relation :
Vro = = — . (formule 10) ω - C2 ω - C2
En première approximation, on peut écrire en combinant les formules 5 et 6 dans lesquelles la partie imaginaire X2 de l'impédance Z2 est au premier ordre, proche de 0 (le circuit est accordé) :
I = ^- , (formule 11)
Rl + k2 • — • R2 L2 et la tension récupérée Vc2 peut être calculée dans les mêmes conditions par la formule : VC2 = k - β^- — ^ τ1 . (formule 12)
Rl
+ i k 2 L l z • —
R2 L2
Parmi les mesures de qrandeur électrique qui sont aisément réalisables côté terminal, on prévoit d'utiliser des valeurs à vide et dans une position de couplage de référence.
La valeur à vide représente le courant et la tension quand aucun transpondeur n'est présent dans le champ du terminal. Dans ce fonctionnement à vide, l'impédance apparente, notée Zlv-j_^e, du circuit oscillant du terminal ne dépend plus que de ses composants Rl, Ll et Cl. De plus, grâce à la régulation de phase, la partie imaginaire de cette impédance est toujours nulle. On peut donc écrire :
Vg
IVviiHαPe = R1 • (formule 13)
Le couplage de référence noté kref est établi pour une distance donnée, dite de référence, entre le transpondeur et le terminal. Cette condition de référence correspond, par exemple, à un étalonnage ou une initialisation du système dans une
situation donnée, par exemple, lorsque le pneu est neuf et idéalement gonflé. Cette condition correspond à un couplage de référence lors d'un éloignement minimal entre le transpondeur et le terminal. Dans la position considérée comme de couplage de référence (pneu idéalement gonflé) , une mesure du courant Iref dans le circuit oscillant du terminal peut être prise et mémorisée par le terminal.
Dans un mode de réalisation, la résistance Rl du circuit oscillant est fixe. Dans ce cas, on détecte une variation du couplage par rapport au rapport entre la valeur à vide et la valeur au couplage de référence enregistrée lors d'une initialisation. La valeur du couplage de référence est arbitraire et peut être différente d'un pneu à un autre. Ce mode de réalisation est plus particulièrement destiné au cas où l'élément 2 est un simple circuit résonant (d'impédance fixe) .
Dans un autre mode de réalisation, la résistance série Rl du circuit oscillant de la borne est adaptée pour optimiser le couplage en conditions normales (pneu correctement gonflé) . Cette fonctionnalité est illustrée en figure 4 par un bloc 30 (CONTROLABLE Rl) . Un tel mode de réalisation permet, par exemple, de faciliter l'adaptation du terminal à différents transpondeurs donc différents pneus. Cela laisse plus de souplesse dans les constitutions respectives des transpondeurs en terme de charge qu'ils constituent sur le circuit oscillant du terminal. On utilise alors la résistance Rl pour régler électriquement le terminal afin de placer le système de couplage dans une position dite de couplage optimum. Cette position correspond à celle dans laquelle se produit un maximum de transferts d'énergie du terminal au transpondeur. Un tel mode de réalisation permet également, dans le cas d'un transpondeur devant échanger des informations avec la borne, d'optimiser le transfert d'énergie du terminal au transpondeur.
Le couplage optimum est défini comme étant la position à laquelle la tension récupérée Vç2 aux bornes du transpondeur est maximale. Ce couplage optimum, noté kOp-|-, peut s'exprimer :
L2 • Rl
Lopt (formule 14)
Ll • R2 La tension de référence Vç2opt au couplage optimum est donnée par la formule
[R2 Vg
VC2Opt (formule 15)
Rl 2
Par ailleurs, on peut réécrire les formules 12 et 13 du courant I et de la tension récupérée Vç2 en fonction du couplage normalisé par le couplage optimum (k/kOp-|-) . Toujours en supposant la partie imaginaire X2 de l'impédance Z2 proche de 0, on obtient : k
VC2 (formule 16)
et I = (formule 17)
On peut donc écrire :
- 1 (formule 18)
Par ailleurs, la valeur de la tension VR]_ aux bornes de la résistance Rl du terminal est donnée par :
V,g
VRl = <z (formule 19) î + kopt
Au couplage optimum, c'est-à-dire quand k = kOp-|- : ^vide Vg , xτ Vg
Lopt —^> et VRi(θpt) = —
2 2
La tension aux bornes du circuit oscillant du terminal est donnée par :
VRl = et atteint également la valeur Vg/2
en position de couplage optimum.
On peut utiliser les informations relatives aux couplages à vide et de référence pour, dans une phase d'apprentissage, déduire la position du point de couplage optimal kOp-|- du transpondeur par rapport à la position courante. Le rapport entre ces deux coefficients de couplage est fonction des courants à vide (Ivide) et au couplage de référence (Iref) •
La figure 6 représente un exemple d'allure de la tension Vç2 récupérée côté transpondeur en fonction du couplage normalisé k/kOp-|-.
La courbe part de l'origine des ordonnées (tension nulle) pour un couplage nul. Cela correspond à un éloignement du transpondeur et du terminal tel qu'aucun signal n'est capté par le transpondeur. La tension Vç2 atteint un maximum Vç2opt Pour un coefficient de couplage kOpt optimum (k/kOp-|- = 1), puis décroît vers une valeur intermédiaire VC2(1) atteinte au couplage 1.
La position qui correspond à un couplage nul correspond à une position du terminal à vide, donc au courant à vide (Ivide) • Dans cette position, la tension VR]_ est égale à la valeur à vide Vg.
Dans la position de couplage optimal (k = kOp-|-) , le courant IOpt = ^vide/2 et la tension Vj^]_Op-|- = Vg/2.
Dans une position de couplage k égale à 1, le courant
I correspond à et la tension VR]_ est égale à
Cette position est une position théorique dans la
U mesure où un coefficient de couplage k = 1 n'est en réalité jamais atteint.
Dans la position de référence, on peut écrire : Ivide
Ikref = , et (formule 20)
kopt J
VRI (formule 21)
Ainsi, la mesure du courant Iref ou de la tension vRlkref dans une phase d'apprentissage suffit pour déterminer le couplage de référence kref par rapport au couplage optimum kOp-|-. Cela permet d'adapter la valeur de la résistance Rl pour que le couplage de référence corresponde au couplage optimum ou, à tout le moins, s'en approcher.
Si on est dans une situation où Iref est inférieur à ±vide/2 (ou Vj^]_ref est inférieur à Vg/2), on est dans une position où le couplage est supérieur au couplage optimum. Si le courant Iref est supérieur à la valeur Ivide/2
(ou VR]_ref est supérieur à Vg/2) , alors on est dans une position où le couplage est inférieur au couplage optimum.
Dans les deux cas ci-dessus, le transpondeur ne peut pas en principe bénéficier du maximum possible de tension Vç2opt puisque la valeur Vç2ref est inférieure à la valeur Vç2opt-
On prévoit alors de modifier la valeur de la résistance série (Rl) du terminal afin que le point de couplage de référence corresponde au couplage optimum pour bénéficier ainsi du maximum de tension récupérable Vç2opt- Pour cela, au couplage de référence, par exemple lorsque le pneu est froid et correctement gonflé et que la roue est dans une position où la distance entre le transpondeur et le terminal est minimale, on mesure la valeur du courant I, soit Iref0 avec une valeur initiale, notée Rio de la résistance Rl. Comme le terminal aura préalablement mesuré et stocké en mémoire
la valeur Ivide' on Peut déterminer s'il faut modifier la valeur de la résistance Rl.
Si le rapport ^vide^ref0 est supérieur à 2
(kref/kOp-|-Q > 1) , où kOp-|-Q désigne le couplage optimal avec la valeur Rl Q/ le couplage optimum du système terminal-transpondeur correspond à une position plus éloignée du terminal que la position de référence avec la résistance Rio-
Si le rapport ^vide^ref0 est inférieur à 2 (kref/kQp-|-o < 1) i le couplage optimum kOp-|- correspond à une valeur théorique jamais atteinte physiquement avec la valeur de résistance Rio-
Dans les deux cas, il reste néanmoins possible de modifier la valeur de la résistance Rl de façon que sa nouvelle valeur, notée Rl]_, fasse coïncider le couplage optimum du système kOp-|- avec la valeur du couplage de référence kref, de façon à bénéficier du maximum de tension Vç2opt récupérable pour le transpondeur. Ainsi, on adapte la valeur du couplage optimum initial du système en modifiant la valeur de la résistance série Rl pour qu'elle corresponde au couplage de référence du transpondeur, c'est-à-dire dans la positon de distance minimale pour un pneu correctement gonflé. Cela revient à passer de la valeur RIQ à une valeur Rl y telle que la valeur du courant I atteigne Ivide/2, c'est-à-dire corresponde au couplage optimum critique.
La formule 20 permet d'écrire :
pour la valeur RIQ _ -*-vide - 1 avec
ïrefO
L2 Rl0
:opt0 et R2 Ll pour la valeur Rl]_
ïyide — 1 = 1 (puisque par définition Rl y
ïrefl permet d'atteindre le couplage optimum, ce qui revient à dire
et
^optl désignent respectivement le courant de référence Iref et le couplage optimum kOp-|- pour la valeur Rl1 de la résistance Rl.
Du système d'équations ci-dessus, on déduit que :
_ Rio (formule 22) koptl Rl1
:opt0
et que
Rl1 = Rl0 - Ivide - 1 . (formule 23)
Iref0
On règle donc la valeur de la résistance Rl soit en la diminuant quand la valeur kref est inférieure à la valeur kOp-|-, soit en l'augmentant quand la valeur kref est supérieure à la valeur kOp-|-, de façon que, dans la position de référence, la valeur du courant I atteigne Ivide/2, c'est-à-dire corresponde au couplage optimum critique. On peut également régler la valeur de la résistance Rl pour atteindre le couplage optimum à partir de mesures de la tension VR1 aux bornes de la résistance Rl. Dans ce cas, on règle la valeur de la résistance Rl pour que la tension VR1 (OU la tension V^1Q1) aux bornes du circuit oscillant atteigne la valeur Vg/2 au couplage optimum.
La figure 7 représente un exemple de circuit de résistances commutables utilisable pour la mise en oeuvre de la sélection résistive (résistance 31) pour initialiser le système au couplage optimum. Dans cet exemple, une résistance Rllref est en parallèle avec un interrupteur K3lmj_n ainsi qu'avec n branches de résistances Rl11 (i étant compris entre 1 et n) en parallèle. Chaque résistance Rl1I est en série avec un interrupteur commandable K^11. Ces interrupteurs sont commandés par le circuit 38 en fonction des mesures effectuées. L'interrupteur K3lmj_n en position fermée rend la résistance Rl égale à la résistance 32. Quand tous les interrupteurs K^11 sont ouverts, la résistance de l'élément 31 vaut Rlref- Les autres positions donnent des valeurs intermédiaires.
La figure 8 est un organigramme d'un mode de mise en oeuvre du procédé de sélection de la résistance. Cet organigramme illustre le cas d'une exploitation d'une mesure du courant mais se transpose sans difficulté à une exploitation d'une mesure de la tension aux bornes de la résistance Rl. Il s'agit toujours d'une information représentative du courant dans le circuit oscillant du terminal.
On suppose que le terminal a au préalable été initialisé à vide et que la valeur Ivide (°u toute information correspondante) est stockée en mémoire. Une telle initialisation peut être effectuée à demeure à la fabrication, mais sera de préférence effectuée sur site, à chaque mise en place d'un pneu, de façon à tenir compte d'éventuelles perturbations liées à l'environnement du terminal. On commence par mesurer (bloc 51, I) la valeur du courant dans le circuit oscillant. Cette valeur est comparée (bloc 52, I = Ivide ?) à la valeur à vide. En cas d'égalité (sortie Y du bloc 52), cela signifie qu'aucun transpondeur n'est dans le champ et on revient en entrée du bloc 51. Sinon (sortie N du bloc 52), le courant de référence Iref0 est mesuré avec la valeur de résistance RIQ (bloc 53, Irefθ) en considérant que le transpondeur est à distance minimale (dans la position de référence) . Puis, le rapport entre le courant à vide et le courant avec la résistance RIQ est comparé à la constante 2 (bloc 54, Ivide/^ref0 = 2 ?) . Cela revient à comparer le courant mesuré, à une valeur (Ivide/2) fonction du courant à vide. En cas d'égalité (sortie Y du bloc 54), la résistance Rl n'est pas modifiée et la référence est validée avec la résistance RIQ et le courant correspondant ou son rapport avec le courant à vide est mémorisé (bloc 55, ref=refθ) . Sinon (sortie N du bloc 54) , une valeur de résistance Rl]_ est calculée à partir de la valeur RIQ et du rapport établi précédemment (bloc 56, Rl ι = RIQ ( (Iv-j_^e/IrefQ) -1) et la valeur la plus proche est choisie à partir du réseau 31. En variante, on adapte une résistance variable. En d'autres termes, la valeur à donner à la
résistance Rl est choisie en fonction de la première valeur (RIQ) , de l'information mesurée (Irefθ) et 0^e ^-a constante (Ivide/2) • Puis (bloc 57, Rl = Rl]_), la valeur de résistance du circuit oscillant est réglée (par exemple grâce au réseau 31 de la figure 7) pour correspondre au plus près à la valeur Rl ι calculée. Puis, la référence est validée avec la valeur Rl ι (bloc 55', ref=refl) et la valeur correspondante du courant et/ou de son rapport au courant à vide est mémorisée. En sortie des blocs 55 et 55', l'initialisation est terminée (bloc 58, END INIT) .
La figure 9 est un organigramme simplifié d'un mode de mise en oeuvre du procédé de détection de défaut de gonflage.
Dans une phase d'apprentissage, une mesure du courant à vide est prise et mémorisée avant la mise en place du pneu (bloc 61, Ivide) • Par exemple, le monteur valide une commande de
1 ' ordinateur de bord ou du terminal indiquant le besoin d'enregistrer la mesure et de la considérer comme mesure à vide.
Puis, la roue est montée avec un pneu dans une situation de gonflage considérée comme optimale et dans la position de référence (élément 2 le plus près du terminal) . Cette position de référence est par exemple indiquée par un repère sur le pneu (si celui-ci est pré-équipé de l'élément 2) ou déterminée par le monteur lors du montage.
Commence alors une phase d'initialisation (bloc 62, INIT) qui correspond à l'enregistrement des valeurs de référence. Avec un terminal à résistance Rl ajustable, cette phase correspond, par exemple, aux étapes 51 à 58 de la figure 8. Avec un terminal simplifié, cette phase consiste à enregistrer le courant de référence ou la valeur du rapport du courant à vide sur ce courant de référence.
Le système est alors prêt à fonctionner. La mesure du courant I (bloc 63, Icurr) dans le circuit oscillant du terminal est de préférence permanente (à l'échantillonnage près pour des valeurs numériques) et le terminal ou l'ordinateur de bord
détermine le maximum à chaque tour de roue. Pour cela, le système ne tient compte que des valeurs de crête du courant I .
Le système calcule le rapport Ratiocurr = Ivide/^-curr (bloc 64) . Chaque rapport Ratiocurr est comparé à tout instant ou périodiquement à un rapport Ratioref = Ivide/^-ref mémorisé avec la valeur de référence (bloc 65) .
L'interprétation (bloc 66, INTERPRET) est la suivante : - Si le rapport Ratiocurr est inférieur au rapport de référence Ratioref, cela signifie que le pneu s'est éloigné du terminal, donc une perte de pression ou une usure. Selon la rapidité de la diminution du rapport Ratiocurr il est possible de distinguer une perte de pression (même lente) d'une usure qui est d'évolution plus lente. Le seuil entre usure et perte de pression est déterminé par calibration du système, de préférence à sa conception.
- Si le rapport Ratiocurr est supérieur au rapport Ratioref, cela signifie à l'inverse que la pression dans le pneu augmente. Il est alors possible, en fixant un seuil, de détecter une éventuelle surchauffe.
Dans le cas où la référence a été adaptée pour correspondre au couplage optimum, la comparaison peut se réduire à comparer le rapport courant Ratiocurr à 2. II est désormais possible de détecter un défaut de pression (sur- ou sous-pression) et/ou une usure sans capteur de pression ni mesure d'épaisseur de gomme.
Il est également possible de mettre en oeuvre un tel système avec des éléments 2 simplifiés, ne requérant aucune communication avec le terminal.
Néanmoins, ce système est compatible avec des versions plus évoluées d'éléments 2, de type transpondeurs.
Différents modes de réalisation ont été décrits.
Différentes variantes peuvent être envisagées. En particulier, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation décrits est
à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus et en utilisant les outils généralement disponibles dans le terminal (logique programmable, détecteurs, microprocesseur, etc.)- Par exemple, la granularité au réglage de la résistance Rl dépend de la constitution du terminal. De plus, les terminaux et transpondeurs seront bien entendu, de préférence, lors de leur conception et fabrication dimensionnés en fonction de plages de distances approximativement communes entre les terminaux placés dans les véhicules et les bandes de roulement des pneus. Les impédances des circuits résonants des éléments 2 peuvent le cas échéant être fixées à la fabrication en fonction des types de pneu pour que la valeur de référence soit la plus stable possible avec un véhicule donné et soit différente d'une association véhicule-pneu à une autre. En outre, bien qu'une détermination de la valeur de référence avec une position fixe du pneu soit préférée, on peut envisager de déterminer cette référence sur une courte distance parcourue par le véhicule avec un pneu correctement gonflé en prenant la valeur crête du courant alors mesuré. On a décrit ci-dessus un procédé et un système de détection d'une variation de gonflage ou d'épaisseur d'un pneumatique d'une roue montée sur un essieu. On notera que, de façon générale, le procédé et le système décrits peuvent être utilisés pour toute détermination de la variation de distance par rapport à un axe d'un point d'un objet tournant autour de cet axe (la variation de longueur d'un rayon dans le cas d'un objet circulaire) .
On pourra ainsi déterminer la variation de diamètre d'une roue de machine outil, une augmentation de diamètre traduisant par exemple un échauffement excessif. Dans le cas d'un manège ou d'un carrousel, on pourra détecter l 'éloignement par rapport à un axe d'un objet fixé sur le manège ou carrousel. En prévoyant sur un même objet en rotation plusieurs transpondeurs identifiables par des signatures personnalisées,
on pourra détecter des déformations irrégulières, par exemple une ovalisation de l'objet circulaire en rotation.
On pourra aussi déterminer la variation de longueur d'un élément tournant autour d'un axe, par exemple le bras d'une centrifugeuse de simulation d'apesanteur ou l'extrémité d'une pale d'hélice.
On notera qu'un système mettant en oeuvre le procédé décrit pourra en outre, moyennant l'adjonction de moyens de traitement de signal appropriés, être utilisé pour fournir une indication de vitesse et/ou d'arrêt et/ou de mise en route d'un objet tournant, comme par exemple un bras d'aspersion d'un lave- vaisselle dont on détecte ainsi un éventuel blocage. Il pourra également être utilisé pour déterminer une position d'arrêt, par exemple dans le cas d'un manège dont on veut fixer une ou plusieurs positions d'arrêt successives.