FR2716717A1 - Capteur de force de roue, et appareils de détection de position angulaire et d'angle de direction d'une roue. - Google Patents

Capteur de force de roue, et appareils de détection de position angulaire et d'angle de direction d'une roue. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un capteur de force de roue. Elle se rapporte à un capteur qui comprend un transducteur de force (51) monté afin qu'il tourne avec une roue et destiné à créer des signaux représentatifs des forces agissant sur la roue, un émetteur optique (78) destiné à assurer une transmission optique du signal de force, et un récepteur destiné à recevoir le signal de force transmis par l'émetteur optique (78). Un miroir (84) renvoie la lumière de l'émetteur (78) vers le détecteur extérieur. Application à l'étude des propriétés des composants d'automobile en fonction des forces agissant sur les roues.

Description

La présente invention concerne un capteur pour roue, notamment
d'automobile, ainsi que des appareils de détection
d'une position angulaire et d'un angle de direction.
La conception et la validation des éléments constituants des automobiles nécessitent une connaissance détaillée des forces qui agissent sur les roues. Les forces comprennent les forces normales, latérales et longitudinales
et les moments d'entraînement, de direction et de renver-
sement. La prise en compte précise des forces permet aux concepteurs des véhicules de produire des éléments constituants de véhicules qui sont plus durables, plus efficaces, plus fiables et plus sûrs. A cet effet, les transducteurs de roue sont montés sur des roues d'automobile
et de camion pour la mesure des forces appliquées aux roues.
La présente invention concerne un appareil et un procédé de détection de forces, par exemple des forces et des moments appliqués à une roue. Une nouvelle structure de capteur et une nouvelle liaison de communication avec le
capteur rotatif sont réalisées.
L'appareil selon l'invention comprend un moyeu monté sur un essieu moteur, une jante et plusieurs cellules dynamométriques de forme tubulaire qui raccordent le moyeu à la jante. Plusieurs jauges de contrainte qui sont interconnectées sont montées sur chaque cellule dynamométrique afin qu'elles donnent une indication relative aux forces et aux moments agissant à l'interface du moyeu et de la roue. Les cellules dynamométriques tubulaires sont de préférence montées radialement comme des rayons entre le moyeu et la roue, et peuvent subir une charge préalable correspondant à une compression moyenne. La force de compression est de préférence appliquée par un montage à force des cellules dynamométriques et de la jante. Les cellules dynamométriques sont de préférence montées dans des cavités afin que, lors d'une défaillance d'une cellule dynamométrique, la jante et le moyeu restent couplés, la cellule dynamométrique en panne résistant à un déplacement
axial relatif du moyeu et de la jante.
Les forces et les moments détectés par les cellules dynamométriques sont de préférence transmis optiquement et radialement vers l'extérieur du transducteur de roue vers un récepteur optique monté sur une aile de l'automobile. La communication peut aussi être réalisée en sens inverse, à partir d'un émetteur placé sur l'aile vers un récepteur
placé dans le transducteur de roue.
Dans un autre aspect, l'invention concerne de façon générale un appareil de détection d'une position angulaire destiné à une roue d'un véhicule. Cet appareil comporte une source lumineuse qui crée un faisceau lumineux et un détecteur du faisceau lumineux provenant de la source. Un premier polariseur est disposé optiquement entre le détecteur et la source et a un système de coordonnées correspondant au véhicule. Un second polariseur est alors placé optiquement entre le détecteur et la source et a un système de coordonnées correspondant à la roue. L'intensité lumineuse reçue par le détecteur est alors corrélée à la
position de la roue en rotation.
Dans des modes de réalisation particuliers, un processeur crée une indication relative à la position angulaire de la roue en fonction de l'intensité de la lumière reçue par le détecteur de lumière. Dans d'autres modes de réalisation, la source lumineuse est raccordée de manière pratiquement rigide au châssis du véhicule, alors que le détecteur de lumière est placé sur la roue du véhicule. De manière générale, dans un autre aspect, l'invention concerne un appareil de détection d'angle de direction et/ou de position verticale d'une roue d'un véhicule. Cet appareil comporte une source lumineuse raccordée rigidement au châssis d'un véhicule, et un détecteur de lumière placé sur la roue et destiné à détecter la lumière créée par la source. Un obstacle au passage de la lumière est disposé sur le détecteur et à distance de celui-ci. Grâce à cette configuration, un processeur détermine l'angle de direction et/ou la position verticale de la roue en fonction de l'intensité de la lumière détectée par le détecteur de lumière. Dans des modes de réalisation particuliers, un détecteur de position angulaire détecte un angle de rotation de la roue qui est utilisé par le processeur pour la
détermination d'un angle de direction de la roue.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
ressortiront mieux de la description qui va suivre
d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une roue, représentant les divers moments et les diverses forces agissant sur la roue; la figure 2 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'un moyeu comprenant un transducteur de roue, monté sur une jante selon l'invention; la figure 3 est une coupe en élévation latérale d'un transducteur de roue, représentant l'accouplement mécanique du moyeu à l'essieu, et l'accouplement mécanique de la jante au moyeu au niveau de la cellule dynamométrique, selon l'invention; la figure 4 est une coupe en élévation latérale d'un transducteur de roue représentant un premier mode de réalisation de module électronique, de batterie, de module de communication et de miroir selon la présente invention; la figure 5 est un schéma des forces et moments détectés par les capteurs montés sur quatre cellules dynamométriques identiques disposées radialement; la figure 6A représente la disposition de capteurs le long de la surface cylindrique de chaque cellule dynamométrique; la figure 6B représente une disposition préférée des capteurs le long de la surface cylindrique de chaque cellule dynamométrique; la figure 7 est un schéma électrique d'un pont de Wheatstone auquel sont raccordées les jauges de contrainte; la figure 8 est un diagramme synoptique du circuit électronique de l'ensemble transducteur selon la présente invention; la figure 9 est une représentation schématique des positions des diodes infrarouges émettrices et réceptrices montées sur le module électronique du premier mode de réalisation de moyeu transducteur selon l'invention; la figure 10 est une coupe du moyeu transducteur, représentant quatre cellules dynamométriques positionnées radialement, des batteries et le dispositif de montage sur un essieu; la figure 11 est une vue en perspective d'une roue de véhicule et d'un moyeu transducteur de roue comprenant un module électronique dans un second mode de réalisation de l'invention; la figure 12 est une coupe du module électronique du second mode de réalisation, monté sur le moyeu transducteur de roue selon l'invention; la figure 13 est un schéma représentant la disposition des capteurs dans le module électronique du second mode de réalisation de l'invention; la figure 14 est une autre disposition de capteurs dans le module électronique du second mode de réalisation de l'invention; la figure 15 représente les tensions variant au cours du temps Vl, V2 et V3 qui sont obtenues à partir des capteurs de position angulaire; la figure 16 représente l'organisation de diodes photoémissives dans une aile; et la figure 17 représente l'ombre variable portée par la partie noircie du couvercle sur les capteurs d'angle d'inclinaison. La figure 1 représente de façon générale un schéma des
forces et moments agissant sur une roue 10 d'automobile.
L'origine du système de coordonnées se trouve au centre de la roue. Des axes X, Y et Z partent de l'origine comme représenté. Les axes X et Y sont définis comme constituant
le système de coordonnées de référence de la roue rotative.
Les forces mesurées par le transducteur de roue selon l'invention comprennent les forces verticale Fx, latérale Fz et longitudinale Fy. Les moments mesurés par l'appareil comprennent le couple d'entraînement Mz, le moment de
direction Mx et le moment de renversement My.
La figure 2 est une coupe en élévation latérale de
l'appareil à transducteur de roue réalisé selon l'invention.
La roue classique en trois parties comporte un premier et un second organe 12 et 14 d'aluminium de jante destinés à supporter un pneumatique. Un transducteur 16 remplace un moyeu normal et il est mécaniquement couplé au premier et au second organe 12, 14 de jante par plusieurs boulons 17. Le transducteur 16 est couplé mécaniquement à l'essieu 18 du
véhicule par plusieurs boulons 19 d'essieu.
La figure 3 est une coupe en élévation latérale de l'appareil à transducteur de roue selon l'invention. Comme décrit plus en détail dans la suite, le transducteur 16 comporte une couronne 36 fixée aux organes classiques 12 et 14 de jante, la couronne 36 entourant le moyeu 45. La couronne 36 est raccordée au moyeu 45 par plusieurs cellules
dynamométriques radiales 52 analogues à des rayons.
Avant le montage du transducteur 16, un adaptateur 47 de moyeu d'essieu est monté sur le moyeu 45 par des boulons 49 et une broche 48 d'alignement. Le boîtier 47 a une dimension telle qu'il s'adapte à l'essieu particulier sur lequel la roue doit être montée. Un module électronique 51 est retiré afin qu'il expose les trous de passage de boulons formés dans le moyeu 45 et le boîtier 47. La roue est positionnée sur le moyeu et des boulons 44 passent dans les trous. Plusieurs écrous 46 ayant un prolongement accouplent mécaniquement le moyeu 45 aux boulons existants 44 sur l'essieu du véhicule. Le manchon excentrique 42 guide l'écrou 46 et peut être disposé afin qu'il permette l'utilisation de toute une gamme de diamètres du cercle sur lequel sont placés les boulons de l'essieu. La figure 10 est une vue en coupe frontale du transducteur de roue, représentant une autre perspective du manchon excentrique 148 qui permet le positionnement variable de l'écrou 140. Le manchon excentrique 148 est tourné et emmanché à force dans le moyeu 45 afin qu'il permette l'utilisation de toute une variété de dispositions des boulons d'essieu sur différents diamètres. Après montage de la couronne 36 du transducteur et du moyeu 45 sur un essieu, le module électronique 51 est monté sur le moyeu 45. Une broche d'alignement 48 placée sur un boulon 49 loge le manchon 50 afin que le module électronique
soit convenablement aligné sur le moyeu.
Chaque cellule dynamométrique 52 possède un corps 38 de forme cylindrique qui est tubulaire. Le corps 38 est positionné dans une cavité du moyeu 45 et est monté sur celui-ci par quatre boulons 30 vissés dans le moyeu 45. Un bouchon 34 est vissé dans le corps 38 du cylindre. Le bouchon 34 est monté sur l'élément de couronne externe 36
par quatre boulons 32 vissés dans le bouchon 34.
Les cellules dynamométrique 52 peuvent être soumises à une force préalable avec une contrainte résiduelle de compression au moment o la couronne 36 est montée sur le moyeu 45. Comme l'indique la figure 10, les cellules dynamométriques 142 dépassent du moyeu 144 afin que, lorsque la jante est montée sur le moyeu 144, les jauges 142 soient soumises à une charge préalable de compression, avec réduction ou retard de la probabilité de défaillance par fatigue due aux contraintes alternatives, aux contraintes de traction et aux bosses de la route. Le montage et le démontage sont réalisés par dilatation thermique de la couronne 36 avant montage de celle-ci sur le moyeu 45. Un emmanchement à force d'environ quelques dizaines de microns entre chaque jauge 52 et l'élément externe de couronne 36
assure l'application d'une force préalable suffisante.
Comme le poids du véhicule est supporté par le moyeu, une réalisation à sécurité intégré est impérative. Bien que les transducteurs de roue de la technique antérieure nécessitent des éléments ajoutés de sécurité, l'invention a une sécurité intégrée. Selon l'invention, les éléments des cellules dynamométriques sont ceux qui subissent les contraintes les plus grandes si bien qu'ils sont les plus sujets à pannes par surcharge ou fatigue. Lorsqu'une ou plusieurs cellules dynamométriques présentent une défaillance, le tronçon de jante reste totalement retenu par rapport au tronçon de moyeu. La roue peut cliqueter mais elle ne se sépare pas. Une contrainte radiale est due à l'emmanchement à force de la couronne 36 autour du moyeu 45, et une contrainte axiale est due au bouchon fixé à la couronne 36 et retenu dans la cavité de la cellule
dynamométrique dans le moyeu 36.
La figure 5 est une représentation en élévation frontale d'un transducteur de roue possédant quatre cellules dynamométriques A, B, C et D. Chaque cellule dynamométrique a une même disposition de jauges de contrainte placées de manière optimale pour la mesure des forces Fx, Fy et Fz et des moments Mx, My et Mz, agissant sur la roue. La sensibilité d'un élément soumis à une contrainte de cisaillement est inversement proportionnelle à la section du corps soumis à la contrainte. Ainsi, la section de chaque cellule dynamométrique dans un plan perpendiculaire à la charge maximale doit être minimale. Pour qu'une cellule dynamométrique rigide donne une fréquence fondamentale
élevée, il n'est pas possible de réaliser une tige mince.
Les cellules dynamométriques tubulaires sont idéales pour l'obtention d'une petite section avec de bonnes propriétés
de rigidité et de résistance mécanique.
La figure 6A représente une disposition de jauges de
contrainte sur chacune des quatre cellules dynamométriques.
Les jauges de contrainte sont représentées sur une cellule dynamométrique cylindrique développée, comme si elles étaient montées sur un ruban de longueur correspondant à la circonférence de la cellule dynamométrique, le ruban pouvant être placé autour de la jauge. L'astérisque représenté sur la disposition de la figure 6A est placé vers la partie inférieure de chaque cellule tournée vers le centre de la roue. Les jauges de contrainte de chaque cellule dynamométrique sont connectées électriquement en ponts de Wheatstone. Un pont est représenté sur la figure 7, et un pont différent mesure chacune des forces Fx, Fy et Fz et des moments Mx, My et Mz de la figure 5. Une connexion convenable des jauges sous forme d'éléments T1, T2, C1 et C2 des ponts
est représentée dans le tableau qui suit.
TABLEAU
Jauges Tl, T2, C1 et C2 en pont de Wheatstone pour mesure des forces F et des moments M
T T2 C C2
Fx A14+A9+B14+B9 C1+C13+D1o+D13 A13+A1O+B13+B1o C9+C14+D9+D14 Fyl A1+A6+B2+B5 D1+D6+C2+C5 A2+A5+B1+B6 C1+C6+D2+D5 Fz A12+A15+ B12+B15 C12+C15+D12+D15 All+A16+B11+B16 C11+C16+D11+D16 Mx A3+B8 C4+D7 A4+B7 C3+D8 My B3+C8 A7+D4 B4+C7 D3+A8 Mz A20+A23+B20+B23 C20+C23+D20+D23 A24+A19+B24+B19 C24+C19+D24+D19 Dans le tableau, T1, T2, C1 et C2 représentent les quatre branches du pont de Wheatstone. Dans chaque branche, les éléments de jauge de contrainte (1-24) des quatre cellules dynamométriques (A, B, C et D) sont câblés en série
pour la formation d'une somme de résistances.
La figure 6B représente une disposition préférée des jauges. Dans cette disposition, les jauges sont toutes placées au point de sensibilité maximal. On peut déterminer, d'après le tableau qui précède, que, dans le cas de la cellule dynamométrique A, les jauges de contrainte 9 et 14 travaillent en tension pour une force positive d'axe X et les jauges 10 et 13 travaillent en compression pour une force positive d'axe X. Les jauges 1 et 6 travaillent en tension pour une force positive d'axe Y et les jauges 2 et sont en compression pour une force positive d'axe Y. Les jauges 12 et 15 sont en tension pour une force positive d'axe Z et les jauges 11 et 16 sont en compression pour une force positive d'axe Z. Les jauges 3 et 4 travaillent en tension et en compression pour un moment positif de direction Mx, les jauges 7 et 8 sont en tension et en compression pour le moment positif de retournement My, et les jauges 20, 23, 24 et 19 sont en tension et en compression
pour un couple positif d'entraînement Mz.
La figure 4 est une autre coupe du transducteur de roue, comprenant une coupe d'un module électronique 51 dans un premier mode de réalisation. Comme l'indiquent les figures 4 et 10, les fils 64 provenant de chaque chambre 65 de cellule dynamométrique passent dans des cavités périphériques 69 du moyeu 45 et dans les canaux 63 vers un connecteur mâle 74 qui coopère avec un connecteur femelle 72 placé sur la carte électronique 66. Les fils d'un capteur 40 de température passent aussi dans les connecteurs
complémentaires 74, 72 vers le module électronique 51.
Plusieurs batteries 62 montées dans le moyeu 45 du transducteur forment une alimentation pour le module électronique 51. Les bornes 64 de la batterie sont rappelées élastiquement afin que les effets des vibrations soient minimaux. La batterie est montée dans un manchon 60 de
"Delrin" pour des raisons analogues.
Le module électronique 51 du premier mode de réalisation est formé d'amplificateur de capteur, d'un convertisseur analogique-numérique, d'un microprocesseur et d'une mémoire placée sur une carte 66, et d'un ensemble de communication placé sur une carte auxiliaire 67. Le module électronique 66 est en coopération avec la carte auxiliaire
67 de communication par l'intermédiaire de connecteurs 80.
La carte auxiliaire 67 de communication est constituée de récepteurs 113 de lumière infrarouge, d'émetteurs 78 de lumière infrarouge, de diodes photoémissives rouges 79 et d'un déflecteur de lumière 81 destiné à protéger le
récepteur infrarouge de la lumière de l'émetteur infrarouge.
Un miroir conique 84 est destiné à renvoyer la lumière émise par les émetteurs infrarouges et à renvoyer la lumière transmise vers les réflecteurs infrarouges d'une manière radiale. Les diodes photoémissives rouges 79 indiquent à un
utilisateur que le transducteur est alimenté.
L'émetteur infrarouge 78 et le récepteur infrarouge 113 assurent la communication entre le transducteur 16 et un ordinateur placé dans une aile du véhicule. Un connecteur auxiliaire 82 forme un canal de test et un canal de circulation de programme destiné au transducteur 16. Un interrupteur 83 d'alimentation est destiné à commander l'ensemble par tout ou rien. Des joints toriques 88 protègent les régions sensibles aux intempéries contre
l'humidité et la saleté.
La figure 8 indique que les signaux analogiques de sortie des divers ponts de Wheatstone 102 sont transformés d'une forme analogique à une forme numérique par un convertisseur analogique-numérique multiplexeur 104 et sont traités par le microprocesseur 106. Ce dernier trie l'information à transmettre au module 110 de l'aile et transmet les données à un circuit 108 de modulation par
déplacement de fréquence (FSK).
La liaison optique de données remplace les bagues collectrices utilisées dans les transducteurs de roue de la technique antérieure pour la transmission des données à la roue rotative et à partir de celle-ci. Les bagues collectrices sont connues pour leur sensibilité aux pannes,
pour leur complexité mécanique et pour leur coût élevé.
Grâce à la liaison optique, les données peuvent être transférées d'une manière plus efficace qu'avec les bagues collectrices. Le circuit 108 de modulation par déplacement de fréquence et les émetteurs infrarouges 78 forment une liaison optique de données sans fil entre le transducteur et le module électronique 110 de l'aile. Les données sont transmises par deux fréquences porteuses, par exemple une fréquence de 400 kHz représentant un état logique 1 et une fréquence de 300 kHz représentant un état logique 0. La transmission des données modulées par déplacement de fréquence élimine l'effet de la lumière ambiante sur la liaison de données. En outre, grâce à la transmission des données ainsi modulées, l'amplitude des données transmises n'a pas d'influence, et constitue une caractéristique idéale dans la situation dans laquelle la roue est isolée électriquement de l'aile. Les données sont transmises optiquement, par exemple par de la lumière infrarouge, à un récepteur infrarouge 109 couplé à un circuit décodeur 110 de signaux modulés par déplacement de fréquence dans lequel les
données sont décodées et transmises à l'ordinateur 114.
Les données sont transmises par paquets 120 qui peuvent comprendre des données de forces, des données de moments, des informations de position de roue et des informations de température. De manière analogue, les données peuvent être transmises de l'ordinateur 114 et du circuit décodeur 110 au transducteur 100 de roue par utilisation d'une transmission modulée par déplacement de fréquence à d'autres fréquences, par exemple à 50 Hz pour un état logique 1 et à 40 kHz pour un état logique 0. Les données sont transmises de l'ordinateur 114 au circuit 110 de modulation dans lequel elles sont transmises par l'émetteur infrarouge 111 vers un récepteur infrarouge 113 placé sur le transducteur 100 de roue. Les données sont alors décodées par le circuit 108 et
traitées par le microprocesseur 106 du transducteur de roue.
La figure 9 est une coupe en élévation frontale du module électronique 51 du transducteur de roue suivant les lignes 9-9 de la figure 4 et représentant un positionnement préféré des émetteurs 78 à diodes photoémissives infrarouges, des récepteurs infrarouges 113, des diodes photoémissives rouges 79, du déflecteur 81 de lumière et des connecteurs 126 placés sur la carte auxiliaire 130 de communication. Des connecteurs 132 de batterie, rappelés par
les ressorts, sont aussi représentés.
Dans le premier mode de réalisation, cinq émetteurs à diodes photoémissives infrarouges 78 sont disposés de manière circulaire au centre du module électronique du moyeu. Ils transmettent tous les cinq les mêmes données au même moment. Les données sont réfléchies par le miroir conique 84 représenté sur la figure 4, radialement vers l'extérieur depuis le centre du moyeu et donnent ainsi une transmission sur 360 de rotation. De cette manière, un récepteur infrarouge 141 monté dans l'aile du véhicule communique constamment avec l'unité à transducteur. Les cinq diodes photoémissives rouges 79 forment un indicateur d'alimentation pour l'utilisateur. Quatre récepteurs infrarouges 113 sont destinés à communiquer en sens inverse
du circuit électronique 140 de l'aile vers la roue.
A un moment quelconque donné, la position angulaire de la roue peut être déterminée par les intensités relatives des signaux transmis par l'unité 140 placée dans l'aile au niveau de l'émetteur 142, et reçus par les quatre récepteurs infrarouges 113. Un signal continu 142 à une fréquence prédéterminée est transmis par l'unité 140 d'aile et reçu par les récepteurs infrarouges 113 avec des intensités diverses, suivant la position relative des récepteurs individuels. A la position représentée sur la figure 9, le récepteur 113X reçoit un signal intense par rapport au récepteur 113Z. Les récepteurs 113W et 113Y reçoivent des signaux d'intensité équivalente. Le signal analogique de sortie créé par les récepteurs 113X et 113Z et le signal analogique créé par les récepteurs 113W et 113Y sont transmis à des circuits amplificateurs différentiels séparés. Le signal de sortie de chaque amplificateur donne une onde sinusoïdale, chaque signal étant décalé de 90 par rapport à un autre. Les ondes sinusoïdales sont numérisées dans le convertisseur analogiquenumérique 104 et transmises par la liaison optique de données au module de l'aile dans lequel la position angulaire de la roue à un moment quelconque est déterminée trigonométriquement dans
l'ordinateur 114.
Les signaux reçus par le module de l'aile comprennent un échantillonnage des forces et des moments agissant sur la roue et les données de position angulaire relative de la roue à un moment quelconque. Un ensemble d'échantillons peut comprendre 120 bits de données numérisées et est transmis 300 à 500 fois par seconde, et donne ainsi une largeur de bande suffisante pour une résolution précise des forces et
des moments.
La figure il est une vue en perspective d'un module électronique 251 réalisé suivant les principes de l'invention. Ce second mode de réalisation a une disposition permettant une détermination très précise de la position angulaire de la roue 2 pendant sa rotation, aussi bien pendant l'avance que le recul du véhicule, en plus de la détermination du déplacement vertical en translation de la roue 2 sur la suspension du véhicule et de la détermination de l'angle de direction de la roue 2, par exemple dans un virage du véhicule. Le second mode de réalisation diffère le plus par la disposition des détecteurs, comme indiqué par les références 215a à 215f et 280a à 280d, à la face du module 251 et par le positionnement de l'ensemble 240 de l'aile pratiquement le long de l'axe de rotation de la roue 2 sur un bras 290 raccordé rigidement à une aile 3 du véhicule. Plus précisément, six capteurs de position angulaire, indiqués par les références 215a à 215f, sont placés à des intervalles de 60 autour du centre du module électronique 251 sur le transducteur 16. En outre, quatre capteurs d'angle de direction et de position verticale 280a-280d sont placés à 90 vers le centre du module électronique 251. Ces capteurs 280a à 280d et 215a à 215f sont protégés contre la pluie et les autres dangers routiers par une fenêtre 285 de verre de filtrage représentée sur la figure 11 en partie sous forme arrachée. Ce couvercle 285 a une partie noircie 286 qui obscurcit partiellement les capteurs 280a à 280d. La partie obscurcie 286 du couvercle 285 aboutit à peu près au centre de ces capteurs 280a à 280d. En outre, des diodes de communication de lumière infrarouge 278 sont placées entre les capteurs de position angulaire afin qu'elles permettent la transmission de données concernant les forces, les moments, la position angulaire et la position de la roue, rassemblées par le microprocesseur 106, comme indiqué sur la figure 8, du transducteur 16 vers l'unité 240 montée sur l'aile. L'unité 240 montée sur l'aile forme un cône de lumière polarisée verticalement 296 qui tombe sur la plus grande partie de la roue 2 avec un éclairement pratiquement régulier. Comme la surface de couverture est relativement grande par rapport à la région couverte par les capteurs, même lorsque la roue 2 passe sur des bosses et se déplace en translation verticale sur la suspension du véhicule, les capteurs restent dans le cône de lumière 196.Dans un mode de réalisation préféré, ce cône de lumière 296 est créé par des diodes 297 qui sont inclinées vers l'intérieur et qui sont placées en cercle comme indiqué sur la figure 16. Ces diodes photoémissives 297 créent de la lumière ayant une valeur de crête à environ 940 nm. Un filtre polarisant 298 polarise alors verticalement le cône de lumière 296 qui tombe sur la roue 2. En outre, un détecteur 299 de données est placé au centre de l'unité 240 de l'aile pour la détection de la lumière modulée provenant des diodes 278 afin que la liaison de données avec l'ordinateur 114 de l'unité 240 de l'aile
soit complétée, comme indiqué sur la figure 8.
Dans la coupe de l'appareil transducteur 1 représentée sur la figure 12, le module électronique 251 du second mode de réalisation est monté sur le transducteur 16. Des
amplificateurs 102 de capteur, un convertisseur analogique-
numérique 104, un microprocesseur 106 et une mémoire sont placés sur une carte mère 266 qui est maintenue à distance de l'organe 291 de base dumodule électronique par des boulons 292 et des manchons d'écartement 293. Une carte auxiliaire 267 est maintenue au-dessus de la carte mère 266 par des organes latéraux 294 du module électronique 251. La carte auxiliaire 267 contient l'ensemble de communication et porte plus précisément les capteurs de position angulaire 213a à 213f, les capteurs d'angle de direction et de position verticale 280a à 280d, et les diodes de
communication 278.
Les capteurs de position angulaire 213a à 213f sont des photodiodes au silicium, dont la réponse spectrale est maximale à environ 960 nm. En conséquence, les photodiodes sont sensibles au cône de lumière 296. Chacun des capteurs 213a à 213f est couvert par un filtre 215a à 215f de lumière polarisante supporté au-dessus du capteur correspondant de position angulaire par des organes 295 de support. Un filtrage supplémentaire est exécuté par le couvercle 285 qui arrête les longueurs d'onde inférieures à 800 nm. En outre, comme les détecteurs 213a à 213f ont une limitation de leur réponse aux longueurs d'onde supérieures à 1 100 nm, la lumière à laquelle les capteurs sont sensibles est surpassée par la lumière de la bande étroite créée par l'unité 240 de !'aile. De préférence, le cône de lumière 296 provenant de
l'unité 240 est modulé à une fréquence d'environ 40 kHz.
Cette fréquence permet un isolement supplémentaire du cône lumineux 296 de la lumière ambiante par un filtrage électrique passe-bande des réponses de chacun des capteurs 213a à 213f à cette fréquence. Ceci permet une compensation supplémentaire des effets de la lumière ambiante car toute modulation contenue dans la lumière ambiante est habituellement inférieure à 100 Hz et est provoquée par la rotation de la roue. Bien que le filtrage passe-haut de la lumière transmise aux capteurs 213a à 213f ne soit pas nécessaire étant donné la modulation de la lumière à proximité de 40 kHz, le filtrage optique est utile pour éviter la saturation des capteurs par la lumière ambiante
lorsqu'elle est élevée.
La figure 13 est une vue en plan du module électronique 251 représentant la disposition des capteurs 213a à 213f de position angulaire et des filtres polarisants correspondants 215a à 215f avec les capteurs 280a à 280d d'angle de
direction et de position verticale et la partie noircie 286.
Plus précisément, les filtres polarisants circulaires 215a à 215f qui recouvrent les capteurs 213a à 213f sont alignés afin que la direction de polarisation soit radiale par rapport au centre du module électronique 251 et ainsi de la roue 2. Comme le cône lumineux 296 créé par l'unité 240 est polarisé verticalement, les réponses électriques de chacun des capteurs 213a à 213f dépendent de la position angulaire de la roue 2. De manière générale, l'intensité de la lumière transmise par une paire de polariseurs plans varie en fonction du carré du cosinus (cos2a) de l'angle de rotation formé par les deux polariseurs. En conséquence, lorsque l'un des capteurs 213 tourne vers une position midi ou six heures, sa réponse est maximale alors que, lorsque le capteur est en position trois heures ou neuf heures, la
réponse est nulle.
Des capteurs de position angulaire 213a et 213d qui sont opposés angulairement par exemple sont placés électriquement en parallèle afin que leurs réponses donnent en fait une moyenne. Ainsi, si la tension créée par le capteur 213e est appelée V2l3e par exemple, V1 = V213a + V213d, V2 = V213b + V213e, et V3 = V213C + V213f. Comme le carré de la fonction cosinus cos2 donne deux cycles pour 360 , chacune des tensions V1, V2 et V3 varie aussi deux fois par tour de la roue 2 comme indiqué sur la figure 15. L'ambiguïté est supprimée par utilisation des données de forces de roue provenant des cellules dynamométriques A, B, C, D. La position angulaire de la roue est déterminée par le microprocesseur 106 de transducteur de roue indiqué sur la figure 8, dans le module électronique 251, par comparaison des tensions V1, V2 et V3 à la somme des tensions V1 + V2 + V3. Les relations mathématiques sont rendues plus commodes grâce au fait important que la somme des trois tensions V1 + V2 + V3 est constante mathématiquement pour toutes les positions angulaires, si bien qu'une normalisation facile peut être obtenue avec les variations d'intensité lumineuse. Comme le carré du cosinus varie peu au niveau des maxima et des minima, on obtient une meilleure résolution angulaire par utilisation de chacune des tensions
Vl, V2 et V3 pour la plus grande vitesse de variation, c'est-
à-dire lorsque les capteurs sont compris entre les positions une et deux heures, quatre et cinq heures, sept et huit
heures et dix et onze heures.
Les capteurs 280a à 280d d'angle de direction et position verticale sont utilisés pour la détermination de l'angle de direction et du déplacement vertical de la roue 2 lorsqu'elle tourne pendant des manoeuvres de virage et lorsqu'elle se déplace sur la suspension. La détection de l'angle de direction est réalisée par formation de la différence entre les réponses des capteurs opposés 280a, 280c, par exemple lorsqu'ils sont horizontaux pendant la rotation de la roue 2. Le positionnement horizontal est déterminé d'après l'information de position angulaire créée par les capteurs 213a à 213f de position angulaire utilisés pour la transformation des données des capteurs 280a à 280d
de position angulaire et d'angle de direction.
Comme indiqué précédemment, la partie noircie 286 du couvercle 285 se termine pratiquement au-dessus des centres de chacun des capteurs 280a à 280d. Lorsque l'angle de direction ou la position verticale de la roue 2 varie, l'ombre portée par la partie noircie 286 change comme indiqué sur la figure 17. Pour une manoeuvre de virage, la paire de capteurs opposés placés horizontalement à un moment quelconque, par exemple les capteurs 280a et 280c sur la figure 11, subissent l'ombre portée de la partie noircie 286a qui augmente sur l'un des capteurs et diminue sur l'autre. Par exemple, si le pneumatique représenté sur la figure 1 tourne de manière que le bord avant droit tourne vers la feuille, l'ombre portée par la partie noircie 286 grossit sur le capteur 280c mais diminue sur le capteur 280a. Ainsi, la formation de la différence électrique entre les réponses de ces deux capteurs, c'est-à-dire VSA = V280a - V280c donne une tension d'angle de direction qui est fonction de l'angle de la roue 2. En outre, une tension Vvp de position verticale est donnée par formation de la différence entre les capteurs opposés verticalement tels que V280b V280d sur la figure 11. Plus précisément, la contribution de chacun des capteurs 280a à 280d à l'angle de direction et à la position verticale sur un tour complet est calculée trigonométriquement à l'aide de l'information de position angulaire des capteurs de position angulaire. Le microprocesseur 106 du transducteur de roue échantillonne encore ces tensions Vvp, VSA et transmet les données à
l'unité 240 de l'aile.
La figure 14 représente une autre disposition de capteurs destinés au module électronique 251 du second mode de réalisation. Dans ce cas, les capteurs 280a à 280d d'angle de direction et de position verticale sont placés autour des capteurs 213a' à 213c' de position angulaire. La partie noircie 286 du couvercle 285 obscurcit alors les moitiés externes de chacun des capteurs 280a à 280d. Comme ce mode de réalisation n'utilise que les capteurs 213 de rotation angulaire, les effets d'équilibrage des connexions électriques parallèles des paires opposées de capteurs 213 pendant les manoeuvre de virage sont perdus. Cet effet nuisible est compensé dans une certaine mesure par le fait
que les capteurs sont proches les uns des autres.
D'autres modes de réalisation entrent aussi dans le cadre de l'invention. Par exemple, les détecteurs 213a à 213f placés sur le module électronique 251 peuvent être remplacés par des diodes photoémissives destinées à créer un cône de lumière polarisée provenant de la roue. Ensuite, les capteurs ayant des filtres polarisants sont placés sur l'unité 240 d'aile. Ces filtres polarisants de l'unité 240 sont disposés afin qu'ils soient sensibles à la lumière pour divers angles de polarisation. Cet autre mode de réalisation est cependant considéré de façon générale comme non préférable puisque l'énergie disponible dans le module électronique 251 est limitée à celle des batteries. Comme il faut plus d'énergie pour créer de la lumière que pour la détecter, il est préférable que les détecteurs soient placés sur la roue 2. Un autre mode de réalisation comprend le remplacement des capteurs de position angulaire par un seul organe catadioptrique possédant un filtre polarisant. Un détecteur peut alors être placé sur l'unité électronique 140 de l'aile qui détecte alors l'intensité de la lumière réfléchie par le catadioptre. Dans ce cas, soit la lumière transmise à la roue est polarisée, soit le détecteur possède un filtre polarisant. La caractéristique commune dans ces modes de réalisation est que deux filtres polarisants sont utilisés, l'un des filtres se trouvant dans le système de coordonnées du véhicule dans son ensemble, c'est-à-dire étant raccordé au châssis du véhicule, alors que l'autre se trouve dans le système de coordonnées de la roue rotative 2,
c'est-à-dire tourne avec la roue.
Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses
éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Capteur de roue, caractérisé en ce qu'il comprend: des transducteurs (52) de force montés afin qu'ils tournent avec une roue et destinés à créer des signaux représentatifs des forces agissant sur la roue, un émetteur optique (78, 142) destiné à assurer une transmission optique du signal de force, et un récepteur (113) destiné à recevoir le signal de
force transmis par l'émetteur optique (78, 142).
2. Capteur de roue selon la revendication 1, carac-
térisé en ce qu'il comprend un réflecteur (84) destiné à réfléchir le signal de force en direction radiale à partir
de l'élément émetteur.
3. Capteur de roue selon la revendication 1, carac-
térisé en ce qu'il comporte en outre un émetteur optique (142) non rotatif et un récepteur (113) monté afin qu'il tourne avec la roue et transmette des signaux en sens
inverse de celui du signal de force.
4. Capteur de roue selon la revendication 3, carac-
térisé en ce aue la transmission en sens inverse de celui du signal de force est utilisée pour la détermination de la
position angulaire de la roue.
5. Capteur de roue selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que les transducteurs (52) de forces comprennent des cellules dynamométriques tubulaires (A, B, C, D) raccordant le moyeu à la jante (12, 14), chaque cellule dynamométrique (A, B, C, D) ayant des jauges de contrainte placées sur elle et interconnectées afin qu'elles donnent une indication relative aux forces exercées entre le
moyeu et la jante (12, 14).
6. Capteur de roue selon la revendication 5, carac-
térisé en ce qu'il comporte en outre: une source lumineuse (142) génératrice d'un faisceau lumineux, un détecteur (113) de lumière destiné à détecter le faisceau lumineux de la source (142), un premier polariseur placé optiquement entre le détecteur (113) et la source (142) et ayant un système de coordonnées correspondant au véhicule, un second polariseur interposé optiquement entre le détecteur (113) de lumière et la source lumineuse (142) et ayant un système de coordonnées correspondant à la roue, et un processeur (106) destiné à créer une indication d'une position angulaire de la roue en fonction de l'intensité de la lumière reçue par le détecteur (113) de
lumière.
7. Capteur de roue selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un obstacle au passage de la lumière, placé au-dessus des détecteurs (113) de lumière et distant de ceux-ci, et en ce que: la source lumineuse (142) est raccordée rigidement à un système de coordonnées du véhicule, et le processeur (106) détermine l'angle de direction de la roue en fonction de l'intensité de la lumière détectée par les détecteurs
(113) de lumière.
8. Capteur de force de roue, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyeu destiné à être monté sur un essieu, une jante (12, 14), et plusieurs cellules dynamométriques tubulaires (A, B, C, D) raccordant le moyeu à la jante (12, 14), chaque cellule dynamométrique (A, B, C, D) ayant des jauges de contrainte placées sur elle et interconnectées afin qu'elles donnent une indication relative aux forces appliquées entre
le moyeu et la jante (12, 14).
9. Capteur de force de roue selon la revendication 8, caractérisé en ce que les cellules dynamométriques tubulaires (A, B, C, D) sont montées radialement entre le
moyeu et la jante (12, 14).
10. Capteur de force de roue selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyeu est ajusté dans la jante (12, 14) et les cellules dynamométriques (A, B, C, D) sont montées dans des cavités de manière que, lors de la défaillance d'une cellule dynamométrique (A, B, C, D), la jante (12, 14) et le moyeu restent couplés, la cellule dynamométrique défaillante (A, B, C, D) placée dans une cavité résistant à un déplacement axial relatif du moyeu et de la jante (12, 14).
11. Capteur de force de roue selon la revendication 10, caractérisé en ce que les cellules dynamométriques (A, B, C,
D) sont soumises à une force de compression préalable.
12. Appareil de détection de position angulaire d'une roue d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (142) créant un faisceau lumineux, un détecteur (113) de lumière destiné à détecter le faisceau lumineux de la source (142), un premier polariseur disposé optiquement entre le détecteur (113) de lumière et la source lumineuse (142) et ayant un système de coordonnées correspondant au véhicule, et un second polariseur disposé optiquement entre le détecteur (113) de lumière et la source lumineuse (142) et
ayant un système de coordonnées correspondant à la roue.
13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un processeur (106) destiné à donner une indication de la position angulaire de la roue en fonction de l'intensité de la lumière reçue par le détecteur
(113) de lumière.
14. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que la source lumineuse (142) est raccordée de manière
pratiquement rigide au châssis du véhicule.
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le détecteur (113) de lumière est placé sur la roue
du véhicule.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que le premier polariseur est destiné à polariser la lumière de la source lumineuse (142) et le second polariseur est disposé sur la roue afin qu'il polarise la lumière
atteignant le détecteur (113) de lumière.
17. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse (142) de transmission de données modulée pour la transmission de données de la roue à un récepteur (113) placé sur le véhicule, les données étant représentatives de la position angulaire de la roue.
18. Appareil de détection d'angle de direction destiné à une roue d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (142) raccordée rigidement à un châssis du véhicule, un détecteur (113) de lumière placé sur la roue et destiné à détecter la lumière créée par la source lumineuse
(142),
un obstacle au passage de la lumière, placé sur le détecteur (113) de lumière et placé à distance de celui-ci, et un processeur (106) destiné à déterminer un angle de direction de la roue en fonction de l'intensité de la
lumière détectée par le détecteur (113) de lumière.
19. Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (215a-215f) de position angulaire destiné à détecter l'angle de rotation de la roue, et le processeur (106) détermine l'angle de direction de la roue en fonction de l'angle de rotation du détecteur
(215a-215f) de position angulaire.
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