FR2931390A1 - Systeme de mesure de la pression d'un pneu de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de mesure de la pression d'un pneu (100) de véhicule automobile, comprenant un capteur de pression (101) disposé dans ou sur ledit pneu du véhicule automobile. Selon l'invention, le système comprend essentiellement en outre : - un générateur électrique (201), configuré pour alimenter par radiofréquences le capteur de pression (101), et comportant un transducteur électromécanique comportant au moins une couche de matériau polymère électro actif (10) disposée entre deux électrodes (12, 12', 14, 14') disposées l'une face à l'autre de part et d'autre de la couche de matériau polymère électro actif, - la couche et les électrodes étant intégrées à un soufflet (2), ledit soufflet étant en matériau souple entourant une liaison entre deux arbres (4, 6) non alignés et entraîné en rotation avec eux, la couche de matériau polymère électro actif et les électrodes s'étendant longitudinalement par rapport aux arbres.

Description

La présente invention concerne le domaine de la mesure de la pression d'un pneu de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne un système de mesure de la pression d'un pneu de véhicule automobile, comprenant un capteur de pression. Le capteur de pression est généralement disposé sur une face interne ou externe du pneu, voire intégré dans la gomme de celui-ci. Un tel système est connu de l'homme du métier, et comprend classiquement un capteur de pression situé à l'intérieur de la jante, alimenté par une pile. Toutefois, l'utilisation d'une pile est contraignante car cela entraîne des problèmes de maintenance, de durée de vie, d'encombrement, de recyclage et de coûts. En effet, la durée de vie d'une pile actuelle ne dépasse pas les dix ans. Et, pour ne pas utiliser la pile trop souvent, les mesures ne sont faites qu'à raison d'environ une fois par minute, ce qui peut poser des problèmes de sécurité, pour la détection d'une crevaison en temps réel par exemple.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une solution visant à s'extraire de la nécessité de source électrochimique embarquée. Avec cet objectif en vue, le système selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est favorablement tel que : - ce système comprend en outre un générateur électrique configuré pour alimenter 20 par radiofréquences le capteur de pression, ledit générateur électrique comporte un transducteur électromécanique comportant au moins une couche de matériau polymère électro-actif disposée entre deux électrodes disposées l'une face à l'autre de part et d'autre de la couche de matériau polymère électro-actif, 25 et, la couche et les électrodes sont intégrées à un soufflet, lequel est en matériau souple entourant une liaison entre deux arbres non alignés et est entraîné en rotation avec eux, la couche de matériau polymère électro-actif et les électrodes s'étendant longitudinalement par rapport aux arbres. Avantageusement, le générateur électrique et le capteur de pression sont immobiles l'un 30 part rapport à l'autre, étant entrainés tous les deux dans le même mouvement de rotation. Dans un mode de réalisation, le capteur de pression est configuré pour transmettre le résultat de la mesure de pression par radiofréquences, et de préférence, vers le générateur électrique.

Dans un mode de réalisation, le générateur électrique est configuré pour transmettre le résultat de la mesure du capteur de pression par radiofréquences, et de préférence, vers un calculateur du véhicule automobile. Grâce à ces caractéristiques, le capteur de pression peut être alimenté par radiofréquences avec relativement peu d'énergie, c'est-à-dire moins d'énergie que si la source était située sur le châssis, et le résultat de la mesure du capteur de pression peut être transmis, de même, avec relativement peu énergie et de manière fiable, malgré le fait que le capteur soit en mouvement perpétuel vis-à-vis du châssis. En outre, la distance entre le générateur électrique et le capteur de pression est relativement faible et sensiblement constante, ce qui limite le risque de perturbations électromagnétiques. La solution technique proposée par l'invention permet ainsi de toujours garder le générateur électrique et le capteur dans la même position relative (puisqu'ils sont tous les deux entraînés dans le même mouvement de rotation de par leur implantation), ce qui présente un avantage certain. Il est alors possible d'utiliser des antennes très directionnelles (sélectives) et de garantir une bonne transmission des informations pour une énergie émise moindre que les solutions de l'art antérieur. Dans un mode de réalisation, le système selon l'invention comprend en outre des moyens d'identification du pneu. De préférence, les moyens d'identification du pneu sont configurés pour 20 transmettre l'identification du pneu par radiofréquences en même temps que le résultat de la mesure de pression. De préférence, également, les moyens d'identification du pneu sont configurés pour transmettre l'identification du pneu vers le générateur électrique. Dans un mode de réalisation, les moyens d'identification du pneu comprennent 25 une puce d'identification radiofréquence. Dans un mode de réalisation, le capteur de pression comprend un transducteur de pression sous forme de structure micro électro mécanique. De préférence les moyens d'identification du pneu sont couplés au capteur de pression. Par exemple, la structure micro électro mécanique est intégrée à la puce 30 d'identification radiofréquence. Avantageusement, le capteur de pression et le générateur électrique sont disposés l'un par rapport à l'autre avec un décalage angulaire nul (selon l'axe d'essieu de la roue dudit pneu). Grâce à la configuration de l'invention la distance et l'orientation entre l'antenne 35 émettrice et l'antenne réceptrice (d'émission d'énergie / du résultat de la mesure) est constante, ce qui permet de consommer relativement peu d'énergie.

Dans un mode de réalisation, le système selon l'invention comprend un générateur électrique et un capteur de pression par roue du véhicule automobile, et le résultat de la mesure de pression est transmis depuis chaque générateur électrique vers ledit calculateur.

Selon un autre de ses objets, l'invention concerne également un véhicule automobile comprenant le système selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 présente schématiquement un soufflet de cardan utilisé pour la réalisation d'un générateur selon l'invention, la figure 2 illustre la contrainte dans la couche de polymère du soufflet de la figure 1 au point A, la figure 3 représente les contraintes dans la couche de polymère pour le point A' de la figure 1, la figure 4 est une vue de face du soufflet et du générateur électrique de la figure 1, et la figure 5 est une vision synoptique d'un mode de réalisation du système selon l'invention.

Un générateur électrique selon l'invention est décrit dans la demande FR 07 00 408 déposée par la demanderesse et incorporée dans son intégralité par référence dans la présente demande. La figure 1 représente un soufflet 2 protégeant une liaison, par exemple par cardan, entre deux arbres 4 et 6 inclinés dans le sens axial l'un par rapport à l'autre.

Le premier arbre ou axe 4 entraîne par exemple le second arbre ou axe 6 en rotation. On retrouve un tel soufflet par exemple au niveau d'une roue d'un véhicule automobile. L'articulation entre ces deux arbres est protégée par le soufflet 2 à l'intérieur duquel se trouve éventuellement un lubrifiant. Le soufflet 2, de manière classique, se présente sous la forme d'un manchon tubulaire avec des ondulations longitudinales. Ainsi, une section transversale à travers le soufflet est de forme circulaire mais le diamètre de la section varie en fonction de la position longitudinale de la coupe transversale. Selon l'invention, on intègre un générateur électrique dans un tel soufflet. Ce générateur utilise des matériaux polymères électro actifs. Lorsqu'un tel matériau se 35 déforme, on voit apparaître à sa surface ur champ électrique.

L'utilisation d'un tel matériau est donc avantageuse dans la présente invention puisque le soufflet 2 est solidaire en rotation des arbres 4, 6, il se déforme en permanence lorsque l'arbre 4 entraîne l'arbre 6 en rotation. Or, de grandes déformations sont acceptables par ces matériaux polymères 5 électro actifs (supérieures souvent à 250% de la longueur initiale) et leur coût est très intéressant. Dans le domaine automobile, on peut utiliser, par exemple, des polymères électro actifs à base d'élastomère acrylique, de silicone, de polyuréthane, de fluorosilicones, de fluoro-élastomères, d'isoprène, de polybutadiène, de caoutchouc naturel ou 10 bien de latex. Les performances de tels matériaux élastomères diélectriques sont très intéressantes. On notera par ailleurs que les déformations que subit le soufflet dépassent largement la limite d'élasticité de la plupart des matériaux piézoélectriques qui sont par conséquent à proscrire. 15 En outre, les matériaux polymères électro actifs présentent l'avantage de présenter une densité énergétique spécifique importante. On peut ainsi générer 0,4 J/g avec de tels matériaux. La figure 2 représente à échelle agrandie une coupe longitudinale réalisée dans le soufflet 2 au niveau de la zone A de la figure 1. Cette coupe permet d'apprécier la 20 structure de l'intérieur du soufflet 2. La surface extérieure du soufflet 2 est formée par une couche extérieure 8 réalisée dans un matériau souple tel, par exemple, du caoutchouc. On peut utiliser ici le matériau habituellement utilisé pour la réalisation d'un soufflet similaire. A l'intérieur du soufflet, protégé par la couche extérieure 8, se trouve un générateur électrique comprenant notamment une couche d'un matériau polymère électro 25 actif, appelée par la suite couche EAP 10. Une électrode extérieure 12 est disposée entre la couche EAP 10 et la couche extérieure 8 tandis qu'une électrode intérieure 14 est disposée face à l'électrode extérieure 12 sur la face opposée de la couche EAP 10, à l'intérieur du soufflet 2. Les électrodes 12 et 14 s'étendent longitudinalement par rapport au soufflet 2. 30 Ainsi, lors de la rotation du soufflet 2, entraîné par la rotation des arbres 4 et 6, le matériau polymère électro actif se trouvant entre les électrodes est dans un même état d'étirement ou de compression. La figure 4 montre une vue d'extrémité du soufflet 2 de la figure 1. On remarque alors que, dans la forme de réalisation représentée, le générateur électrique à l'intérieur 35 du soufflet 2 présente deux électrodes extérieures 12 et 12' et deux électrodes intérieures 14 et 14'. Pour une meilleure efficacité, chacune des électrodes s'étend sur toute la longueur du soufflet 2 ou, de préférence au moins sur toute la longueur de la partie ondulée du soufflet 2, c'est-à-dire toute la longueur du soufflet 2 se déformant. Bien entendu, les électrodes sont toujours séparées par la couche EAP 10 si bien que cette dernière s'étend elle aussi de préférence sur toute la longueur du soufflet 2 ou de préférence sur au moins toute la longueur des ondulations de ce soufflet. Cette couche EAP 10 reprend ainsi de préférence globalement la forme de la couche extérieure 8. Elle présente uniquement un diamètre très légèrement inférieur et éventuellement une épaisseur différente.

Comme on peut le remarquer sur la figure 4, chacune des électrodes 12, 12', 14, 14' s'étend sur environ 180°. On peut prévoir une variante comprenant plus de deux paires d'électrodes, par exemple trois ou quatre paires, entourant le manchon polymère électro actif, chaque électrode étant isolée électriquement des autres électrodes, et dans laquelle chaque électrode s'étend sur environ 120° (3 paires) ou 90°(4 paires) à la périphérie ou à l'intérieur du manchon. Selon l'invention on peut donc prévoir N paires d'électrodes identiques entre elles, dont chaque électrode s'étend sur 360° / N. Les électrodes extérieures 12, 12' de même que les électrodes intérieures 14, 14' sont séparées les unes des autres par des éléments isolants 16 s'étendant à chaque fois sur toute la longueur des électrodes correspondantes. Il est avantageux de choisir des électrodes en matériau polymère conducteur, car les propriétés thermiques et mécaniques seront plus proches de celles du matériau EAP que dans le cas d'électrodes métalliques (par exemple feuilles d'acier ou d'aluminium). Le soufflet selon l'invention est donc un manchon tubulaire ondulé avec des ondulations longitudinales en matériau polymère électro actif, à l'intérieur duquel se trouvent au moins une paire d'électrodes intérieures s'étendant longitudinalement et recouvrant la face intérieure du manchon en matériau polymère électro actif. La face extérieure du manchon en matériau polymère électro actif est quant à elle recouverte par au moins une paire d'électrodes extérieures s'étendant longitudinalement et en forme de demi manchon recouvrant le manchon de matériau polymère électro actif. Chaque électrode extérieure est disposée face à une électrode intérieure, le matériau polymère électro actif formant ainsi le diélectrique d'une paire d'électrodes (électrode intérieure et électrode extérieure correspondante).

Sur les figures 2 et 3, les flèches 18 représentent schématiquement les contraintes dans la couche EAP 10. La figure 2 correspond à une coupe dans la zone A de la figure 1 dans laquelle le matériau polymère électro actif est étiré, tandis que la figure 3 correspond à la même coupe mais lorsque les arbres ont effectué une rotation de 180°, c'est-à-dire lorsque le même matériau se trouve dans la zone A' de la figure 1. Le matériau polymère électro actif est alors comprimé. Le générateur électrique ainsi réalisé fournit au niveau des électrodes une tension alternative. Cette dernière n'est pas directement utilisable par un capteur ou un autre dispositif électronique. Il convient donc de la redresser et de l'adapter. Pour la forme de réalisation représentée sur la figure 4, il est proposé d'utiliser une unité de traitement 20 (incluant un étage de redressement simple ou double, ainsi qu'une alimentation à découpage), permettant la conversion d'une tension électrique d'une valeur donnée vers une autre valeur, présentant des très bons rendements électriques, et potentiellement réversible. Il s'agit par exemple d'un convertisseur abaisseur de tension DC-DC, usuellement appelé convertisseur Buck. Comme représenté sur cette figure 4, chaque entrée de l'unité de traitement 20 est reliée à une électrode d'une paire d'électrodes selon la polarité de la tension générée. L'unité de traitement 20 permet alors d'obtenir en sortie une tension continue Vo. Le signal de sortie fourni par les électrodes est un signal alternatif lié de manière 20 identifiable par un calculateur à la position angulaire du soufflet, et donc de même fréquence que la rotation de la roue correspondante. Le générateur électrique selon l'invention est donc également un capteur, appelé capteur autarcique car générant sa propre source d'énergie. Toutefois, il convient de s'assurer que la rotation du soufflet est synchrone avec 25 la rotation de la roue, c'est-à-dire des arbres 4 et 6. Habituellement, les soufflets sont montés par serrage à l'aide d'un collier ou moyen équivalent. On peut donc prévoir un montage du soufflet 2 sur les arbres 4 et 6 en une position prédéterminée pour permettre l'indexation de la position angulaire de la roue. Ceci peut être obtenu mécaniquement de façon très simple en prévoyant par 30 exemple un détrompeur. Il suffit de prévoir une ou plusieurs dents sur les arbres et des creux correspondants sur le soufflet 2. On peut ainsi garantir une position connue du soufflet 2 avec les arbres 4 et 6 durant toute la durée de vie du soufflet 2. En outre, lors du montage d'un nouveau soufflet, celui-ci peut reprendre exactement la même position que le soufflet défectueux.

Selon l'invention, ce générateur électrique, cette source de tension, est utilisée pour alimenter un capteur de pression, en l'espèce par radiofréquences. A cet effet, le générateur électrique selon l'invention est couplé à une antenne, en l'espèce directionnelle et située dans un soufflet de cardan.

La même antenne peut être utilisée pour transmettre le résultat de la mesure de pression par radiofréquences, de préférence dans la gamme UHF et par exemple à 868 MHz, depuis le capteur vers le générateur électrique. Ainsi, le système selon l'invention crée un canal de communication basse puissance entre l'émetteur situé dans le soufflet de cardan et un transpondeur situé au niveau d'un pneu.

Ensuite, le résultat de la mesure de pression est transmis par radiofréquences depuis le générateur électrique, vers un calculateur, en l'espèce le calculateur habitacle (BCM, acronyme anglais pour "Body Control Module") ou le calculateur châssis (ABS, acronyme allemand pour "A,ntiblockiersystem", ou ESP, acronyme anglais pour "Electronic Stability Program").

De préférence cette deuxième transmission du résultat de la mesure de pression est effectuée également dans la gamme UHF mais à une fréquence différente et par exemple à 433 MHz. La pression du pneu peut être mesurée avec un transducteur de pression, implanté dans une structure ou système micro électro mécanique (MEMS, acronyme 20 anglais pour "Micro Electro Mechanical System). Avantageusement l'invention met en oeuvre une technologie dite IMEMS intégrant à la fois un système micro électro mécanique et un dispositif CMOS (acronyme anglais pour "Complementary Metal Oxide Semi-conductor"), permettant de mettre en oeuvre les fonctions mécaniques et électriques du capteur de pression, à la fois passives 25 et actives sur une même puce électronique. Dans un mode de réalisation, l'invention comprend en outre des moyens d'identification du pneu, et configurés pour transmettre l'identification du pneu par radiofréquences, vers le générateur électrique, en même temps que le résultat de la mesure de pression. En l'espèce, les moyens d'identification sont couplés au capteur de 30 pression. De préférence, les moyens d'identification du pneu comprennent une puce d'identification radiofréquence RFID (acronyme anglais pour "Radio Frequency IDentification"), en l'espèce la structure micro électro mécanique est intégrée à la puce d'identification radiofréquence.

Le fonctionnement d'un mode de réalisation du système selon l'invention est illustré figure 5. Le générateur électrique 201 est situé au niveau du soufflet 200 d'un cardan. Le générateur 201 est couplé à une antenne non représentée et configuré pour fournir une énergie El au capteur de pression 101, en l'espèce un capteur semi-actif ou passif, sans fil, et disposé au niveau d'un pneu 100. Une puce d'identification radiofréquence 102 est couplée au capteur de pression 101. L'énergie El reçue par le capteur est suffisante pour lui permettre d'effectuer une mesure de pression, et transmettre le résultat par radiofréquences à une première fréquence À1 (par exemple 868 MHz) ainsi que l'identité du pneu grâce à la puce d'identification radiofréquence 102. Le résultat de la mesure de pression et l'identité du pneu sont transmis au générateur 201. En effet, comme décrit précédemment, le générateur 201 est également un capteur autarcique, c'est-à-dire que le générateur 201 est configuré pour fournir une énergie E2 à lui-même, permettant d'exercer une fonction de capteur, couplé à une antenne non représentée. Le résultat de la mesure de pression et l'identité du pneu sont alors transmis depuis le générateur 201 vers le calculateur habitacle 301, disposé au niveau de l'habitacle 300 du véhicule automobile, à une deuxième fréquence À2 (par exemple 433 MHz). Le système selon l'invention peut être généralisé à chaque roue d'un véhicule automobile. Dans ce cas, le système selon l'invention comprend un générateur électrique et un capteur de pression par roue du véhicule automobile, et le résultat de la mesure de pression de chaque capteur est transmis depuis chaque générateur électrique vers le calculateur habitacle BCM. Par identité du pneu, on entend tout type d'information relative à la fabrication de celui-ci : date de fabrication, type de pneu, caractéristiques techniques, etc.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Système de mesure de la pression d'un pneu (100) de véhicule automobile, comprenant un capteur de pression (101) disposé dans ou sur ledit pneu du véhicule automobile, caractérisé en ce que : ledit système comprend en outre un générateur électrique (201) configuré pour alimenter par radiofréquences le capteur de pression (101), ledit générateur électrique (201) comporte un transducteur électromécanique comportant au moins une couche de matériau polymère électro actif (10) disposée entre deux électrodes (12, 12', 14, 14') disposées l'une face à l'autre de part et d'autre de la couche de matériau polymère électro actif, et, la couche et les électrodes sont intégrées à un soufflet (2), ledit soufflet étant en matériau souple entourant une liaison entre deux arbres (4, 6) non alignés et entraîné en rotation avec eux, la couche de matériau polymère électro actif et les électrodes s'étendant longitudinalement par rapport aux arbres.
2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur électrique (201) et le capteur de pression (101) sont immobiles l'un part rapport à l'autre, étant entrainés tous les deux dans le même mouvement de rotation.
3. 3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le capteur de pression (101) est configuré pour transmettre le résultat de la mesure de pression par 20 radiofréquence (À1), vers le générateur électrique (201).
4. 4. Système selon la revendication 3, dans lequel le générateur électrique (201) est configuré pour transmettre le résultat de la mesure du capteur de pression par radiofréquence (À2), vers un calculateur.
5. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, comprenant en 25 outre des moyens d'identification du pneu (102) configurés pour transmettre l'identification du pneu par radiofréquence (À1), vers le générateur électrique, en même temps que le résultat de la mesure de pression.
6. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel les moyens d'identification du pneu (102) comprennent une puce d'identification radiofréquence. 30
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de pression (101) comprend un transducteur de pression sous forme de structure micro électro mécanique.
8. 8. Système selon les revendications 6 et 7, dans lequel la structure micro électro mécanique est intégrée à la puce d'identification radiofréquence.
9. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur de pression (101) et le générateur électrique (201) sont disposés avec un décalage angulaire nul.
10. 10. Système selon la revendication 4 ou la revendication 4 et l'une quelconque des revendications 5 à 9, comprenant un générateur électrique (201) et un capteur de pression (101) par roue du véhicule automobile, et dans lequel le résultat de la mesure de pression est transmis depuis chaque générateur électrique (201) vers le calculateur.
11. 11. Véhicule automobile comprenant le système selon l'une quelconque des revendications précédentes.