FR2969286A1 - Capteur de force, procede de mesure et dispositif de commande de vehicule automobile associes - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un capteur de force destiné à être monté dans un dispositif de commande de véhicule automobile, présentant une zone tactile (ZT) comprenant au moins une plage de résistance sensible à une variation de pression (2a, 2b, 2c, 2d), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une résistance de référence (3) déposée au cours du même procédé de dépôt que les résistances des plages de résistance sensibles (2a, 2b, 2c, 2d), la résistance de référence (3) étant déposée en dehors de la zone tactile (ZT), à l'écart des plages de résistance sensible (2a, 2b, 2c, 2d), dans une zone morte (ZM) du dispositif de commande.

Description

Capteur de force, procédé de mesure et dispositif de commande de véhicule automobile associés La présente invention concerne un capteur de force comportant des plages de résistance sensibles à une variation de pression et un dispositif de commande de véhicule automobile comportant un tel capteur de force. Le dispositif de commande est destiné à être logé dans une planche de bord ou dans une façade rapportée de véhicule automobile notamment pour la commande de fonctions d'au moins un organe de véhicule automobile, telles que les fonctions de climatisation, les fonctions audio, les fonctions de téléphonie ou de navigation ou la commande des lumières intérieures, du verrouillage central, du toit ouvrant, des feux de détresse, les commandes de lève-vitres, de positionnement des rétroviseurs extérieurs ou encore pour les commandes de déplacement de sièges motorisés. L'invention concerne également un procédé de mesure d'un appui tactile sur un capteur de force monté dans un tel dispositif de commande.

Dans le domaine automobile, les commandes de divers organes électriques sont réalisées classiquement par des boutons de commande. Ces boutons de commande peuvent en outre comporter des moyens d'éclairage destinés à éclairer des zones choisies de la façade pour permettre au conducteur ou aux passagers du véhicule de repérer lesdits dispositifs et leurs positions respectives, en conduite de nuit. Ainsi, les boutons de commande doivent comporter un certain nombre de dispositifs assumant des fonctions spécifiques, en particulier de commande et d'éclairage. On connaît déjà des dispositifs de commande comportant un capteur de force utilisant des résistances sensibles à la pression (également connu sous le nom de capteur FSR pour «Force Sensing Resistor» en anglais). Ces capteurs comportent des couches souples de support en regard et sur laquelle (ou lesquelles) des encres conductrices, semi-conductrices ou résistives, sensibles à une variation de pression sont déposées. Au repos, aucun contact électrique n'est établi. En exerçant une pression sur les couches souples de support, on établit un contact électrique dont la résistance ohmique varie inversement à la pression exercée, permettant ainsi, par application d'un courant adapté, de mesurer la pression appliquée et / ou la localisation de l'endroit où la pression est exercée. Le capteur de force génère alors des signaux correspondant aux coordonnées d'appui qui sont exploitées pour la réalisation de la commande d'une fonction spécifique électrique associée à la zone touchée. On s'aperçoit toutefois que les tolérances de fabrication des capteurs de force FSR, peuvent fluctuer beaucoup, de l'ordre de +/-25%, notamment en fonction de l'épaisseur des encres déposées, des tolérances de conductivité de ces encres et des conditions du procédé qui peuvent fluctuer, comme la température ou l'humidité. De cela peut résulter une perte de précision de la mesure.

L'invention a notamment pour but de proposer un capteur de force, un procédé de 10 mesure et un dispositif de commande associé présentant une meilleure précision de mesure que les dispositifs de l'état de la technique. A cet effet, la présente invention a pour objet un capteur de force destiné à être monté dans un dispositif de commande de véhicule automobile, présentant une zone tactile comprenant au moins une plage de résistance sensible à une variation de pression, 15 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une résistance de référence déposée au cours du même procédé de dépôt que les résistances des plages de résistance sensibles, la résistance de référence étant déposée en dehors de la zone tactile, à l'écart des plages de résistance sensible, dans une zone morte du dispositif de commande. La résistance de référence permet une correction de la mesure de force de l'appui 20 dans la zone tactile par la détermination d'une résistance corrigée fonction de la résistance de la plage de résistance sensible mesurée lors de la détection d'un appui, de la résistance de référence mesurée et d'une valeur prédéterminée souhaitée pour ladite résistance de référence. Ainsi, à partir des valeurs de ces résistances, on peut calibrer par une règle de trois et de façon automatique le capteur de force une fois celui-ci fabriqué et monté dans le 25 dispositif de commande. En outre, une seule résistance de référence est nécessaire pour corriger toutes les valeurs de résistance des plages de résistance sensibles à une variation de pression du capteur de force. De plus, la mise à l'écart de la résistance de référence permet d'assurer la précision de la correction de la mesure car on évite ainsi que le doigt ou l'organe d'actionnement manipulé par l'utilisateur n'appuie sur la résistance de référence en 30 même temps qu'il appuie sur la plage de résistance sensible pour la mise en oeuvre d'une fonction. En outre, ainsi écarté des plages de résistance sensible, ces dernières peuvent être aménagées pour que le capteur de force soit rétroéclairé. Selon une ou plusieurs caractéristiques du capteur de force, prise seule ou en combinaison, - la résistance de référence comporte une encre résistive déposée par sérigraphie au cours du même procédé de sérigraphie déposant les encres résistives des plages de résistance sensibles, - la résistance de référence est écartée à la queue des plages de résistance sensible alignées, - la distance entre la résistance de référence et la plage de résistance sensible la plus proche de la résistance de référence est supérieure à cinq millimètres, - le capteur de force comporte une pluralité de plages de résistance sensible de forme et de surface sensiblement identiques, - le capteur de force comporte une pluralité de plages de résistance sensible dont deux au moins présentent des formes et/ou des surfaces différentes, - la plage de résistance sensible présente une zone centrale dépourvue d'encre résistive. L'invention a aussi pour objet un dispositif de commande pour véhicule automobile comportant un support caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de force tel que décrit précédemment fixé audit support et une unité de traitement configurée pour déduire une résistance corrigée en fonction d'une valeur mesurée de résistance de la plage de résistance sensible, d'une valeur mesurée de la résistance de référence et d'une valeur prédéterminée de la résistance de référence. Selon une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de commande prise seule ou en combinaison, l'unité de traitement est en outre configurée pour déterminer la résistance corrigée pour chaque plage de résistance sensible en utilisant un facteur correctif de forme à au moins une plage de résistance sensible présentant une forme générale différente d'une deuxième plage de résistance sensible, - le dispositif de commande comporte au moins une source lumineuse fixée à l'arrière du capteur de force pour le rétroéclairage de la zone centrale associée. L'invention a aussi pour objet un procédé de mesure d'un appui tactile sur un capteur de force tel que décrit précédemment monté dans un dispositif de commande tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que - on mesure un différentiel de force d'un appui exercé sur une plage de résistance sensible en fonction de la résistance du signal de sortie de la plage de résistance sensible et des valeurs de résistance de la résistance de référence, et - on compare le différentiel de force corrigé avec un seuil prédéterminé pour déclencher la commande d'une fonction d'un organe du véhicule automobile correspondant à la plage de résistance sensible ayant été appuyée. Avec une mesure différentielle de la force corrigée par la résistance de référence, on s'assure de l'homogénéité des dispositifs de commande d'un véhicule à un autre : avec la même force d'appui exercée sur la plage de résistance sensible du capteur de force, l'utilisateur obtient le même résultat de commande quelque soit le véhicule automobile.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique de dessus d'un capteur de force, et - la figure 2 représente un exemple de graphique des courbes de résistance en kohms attendue et mesurées d'une plage de résistance sensible et d'une résistance de référence du capteur de force de la figure 1 en fonction de la force d'appui en Newton exercée. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.

La figure 1 illustre un capteur de force 1 réalisé selon un premier mode de réalisation. Ce capteur de force 1 est par exemple fixé sur un support d'un dispositif de commande pour véhicule automobile (non représenté). Le dispositif de commande est destiné à être logé dans une planche de bord ou dans une façade rapportée de véhicule automobile notamment pour la commande de fonctions d'au moins un organe du véhicule automobile, telles que les fonctions de climatisation, les fonctions audio, les fonctions de téléphonie ou de navigation ou la commande des lumières intérieures, du verrouillage central, du toit ouvrant, des feux de détresse, les commandes de lève-vitres, de positionnement des rétroviseurs extérieurs ou encore pour les commandes de déplacement de sièges motorisés. Le capteur de force 1 présente une zone tactile ZT comprenant au moins une plage de résistance sensible à une variation de pression provoquée par un utilisateur par l'appui de son doigt ou par l'appui de tout organe mobile d'actionnement manipulé par l'utilisateur à l'encontre de la zone tactile ZT. L'illustration de la figure 1 représente ainsi un capteur de force 1 présentant quatre plages de résistance sensible à une variation de pression 2a, 2b, 2c, 2d régulièrement réparties et alignées en rang dans une zone tactile ZT pour mettre en oeuvre une succession de fonctions correspondantes du véhicule automobile. Dans ce premier mode de réalisation, les plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d présentent des formes et des surfaces sensiblement identiques. Ces plages de résistance sensible à une variation de pression 2a, 2b, 2c, 2d sont également connues sous le nom capteur FSR pour «Force Sensing Resistor» et fournissent une résistance fonction de la force d'appui exercé dans la zone tactile ZT. En fonction de la position, de la force et/ou du déplacement ultérieur de cet appui sur la surface des plages de résistance sensibles 2a, 2b, 2c, 2d, le dispositif de commande peut déclencher un type particulier de commande. De façon connue en soi, le capteur de force 1 comporte deux couches souples de support 4 en regard, comportant par exemple du polyéthylène téréphtalate (« PET »), sur laquelle (ou lesquelles) les plages de résistance sensible à une variation de pression 2a, 2b, 2c, 2d sont déposées. Les plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d comprennent une encre résistive sensible à une variation de pression, telle que de l'encre de carbone, par exemple déposée par sérigraphie. Les plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d sont électriquement reliées à une nappe de connexion 5 pour l'alimentation et la connexion des signaux de sortie. Au repos, aucun contact électrique n'est établi. En exerçant une pression sur les couches souples de support 4, on établit un contact électrique dont la résistance ohmique varie inversement à la pression exercée permettant ainsi, par application d'un courant adapté, de mesurer la pression appliquée et / ou la localisation de l'endroit où la pression est exercée.

Le capteur de force 1 génère alors des signaux correspondant aux coordonnées d'appui qui sont exploitées pour la réalisation de la commande d'une fonction spécifique électrique associée à la zone touchée. Le capteur de force 1 comporte en outre une résistance de référence 3 déposée sur la(es) couche(s) souple(s) de substrat 4 au cours du même procédé de dépôt que les plages de résistance sensibles à une variation de pression 2a, 2b, 2c, 2d, successivement au dépôt de celles-ci. Par exemple, si les plages de résistance sensibles 2a, 2b, 2c, 2d comportent une encre de carbone déposée par un procédé de sérigraphie, la résistance de référence 3 comporte la même encre, déposée au cours du même procédé de sérigraphie, successivement aux plages de résistance sensibles 2a, 2b, 2c, 2d, c'est-à-dire avec les mêmes conditions de procédé. En outre, la résistance de référence 3 est déposée en dehors de la zone tactile ZT, à l'écart des plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d, dans une zone morte ZM du dispositif de commande où aucune force d'appui ne peut être appliquée, par exemple parce qu'elle n'est pas accessible à l'utilisateur car dissimulée par des bordures du boîtier du dispositif de commande.

La résistance de référence 3 permet une correction automatique des mesures de force déterminées par le capteur de force 1. Pour cela, le dispositif de commande intégrant le capteur de force 1 comprend une unité de traitement configurée pour déduire une résistance corrigée en fonction de la résistance de la plage de résistance sensible mesurée lors de la détection d'un appui, de la valeur de la résistance de référence mesurée et d'une valeur prédéterminée souhaitée pour ladite résistance de référence. Ainsi, à partir de la mesure de ces résistances, on peut calibrer par une règle de trois et de façon automatique le capteur de force 1 une fois celui-ci fabriqué et monté dans le dispositif de commande. En outre, une seule résistance de référence 3 est nécessaire pour corriger toutes les valeurs de résistance des plages de résistance sensibles à une variation de pression 2a, 2b, 2c, 2d du capteur de force 1. De plus, la mise à l'écart de la résistance de référence 3 permet d'assurer la précision de la correction de la mesure car on évite ainsi que le doigt ou l'organe d'actionnement manipulé par l'utilisateur n'appuie sur la résistance de référence 3 en même temps qu'il appuie sur la plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d pour la mise en oeuvre d'une fonction. En outre, ainsi écarté des plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d, ces dernières peuvent être aménagées pour que le capteur de force 1 puisse être rétroéclairé. Conformément à l'exemple de réalisation de la figure 1, la résistance de référence 3 est écartée à la queue des plages de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d alignées. La distance D entre la résistance de référence 3 et la plage de résistance sensible 2d la plus proche de la résistance de référence 3, est supérieure à cinq millimètres.

Les plages de résistance sensibles 2a-2d du capteur de force 1 peuvent comporter une encre résistive transparente ou opaque. Pour faciliter le repérage des pictogrammes de la façade du dispositif de commande indiquant les différentes fonctions pouvant être commandées par celui-ci à l'utilisateur, le dispositif de commande peut être rétroéclairé. Pour cela, au moins une plage de résistance sensible 2a-2d du capteur de force 1 présente une zone centrale dépourvue d'encre résistive. Par exemple et comme représenté sur la figure 1, les quatre plages de résistances sensibles 2a-2d, présentent chacune une zone centrale 6a, 6b, 6c, 6d dépourvue d'encre résistive. Les zones centrales 6a-6d sont par exemple rondes ou parallélépipédiques comme sur la figure 1 où les plages de résistance sensible 2a-2d présentent en complémentarité une forme générale de cadre. En outre, le dispositif de commande comporte au moins une source lumineuse fixée à l'arrière du capteur de force 1 pour le rétroéclairage du pictogramme associé de la façade au travers de la zone centrale associée 6a, 6b, 6c, 6d. On a représenté un exemple de fonctionnement sur le graphique de la figure 2. Une première courbe 7 représente la variation de résistance souhaitée pour une plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d d'un capteur de force en fonction de la force d'appui exercée sur ladite plage de résistance sensible. La résistance de la plage de résistance sensible décroit de façon sensiblement hyperbolique avec l'augmentation de la force exercée comme représenté en pointillé sur le graphique. De même, une valeur prédéterminée souhaitée Ro pour la valeur de la résistance de référence 3 (sur laquelle aucune force ne peut être exercée) est représentée en pointillés sur ce graphique. Dans cet exemple, Ro est de l'ordre de 4, 15 kf2.

On a également représenté sur ce graphique une deuxième courbe 8 de la variation de résistance de la plage de résistance sensible mesurée après fabrication du capteur de force 1 en fonction de la force d'appui exercée sur ladite plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d. On constate que la résistance de la plage de résistance sensible décroit de façon sensiblement hyperbolique avec l'augmentation de la force exercée comme la première courbe 7 de variation de résistance attendue, mais avec un décalage qui augmente avec la diminution de la force d'appui exercée sur la plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d. Le graphique indique également la valeur RREF de l'ordre de 4, 9 kS2 de la résistance de référence 3 du capteur de force 1 fabriqué. On constate donc que la résistance mesurée pour la valeur de RREF varie de près de 20% par rapport à la résistance souhaitée Ro. Ces différences reflètent plus particulièrement les tolérances de fabrication du procédé de sérigraphie de carbone pour lequel l'épaisseur de l'encre de carbone déposée peut fluctuer, du fait des tolérances de conductivité des encres et des conditions du procédé de sérigraphie pouvant fluctuer comme la température ou l'humidité.

En fonctionnement, la force appliquée sur la plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d est déduite par règle de trois de la résistance RFSR du signal de sortie de la plage de résistance sensible du capteur de force 1 et des valeurs de résistance RREF et Ro de la résistance de référence 3. Plus précisément, la valeur de résistance corrigée Rcor qui doit être « lue » comme la véritable résistance de sortie du capteur de force 1, correspond à la résistance RFSR mesurée de la plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d, multipliée d'un facteur correctif égal à Ro/RREF. Par exemple, si l'utilisateur appuie sur le capteur de force 1 avec une force de l'ordre de 2, 5 Newton, la résistance RFSR mesurée de la plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c ou 2d est de l'ordre de 5, 8 W. La résistance corrigée Rcor déduite de l'unité de traitement est donc égale à Ro* RFSR/RREF, c'est-à-dire à 4, 9 kçI. Il suffit ensuite de transposer la valeur de résistance corrigée Rcor en force d'appui pour obtenir la valeur de 2, 5 Newton. Ce transcodage correspond à l'inverse de la fonction hyperbolique et peut être réalisé par une table de transcodage à seize valeurs. La valeur de la résistance de référence RREF est avantageusement mesurée à chaque nouvel appui. En effet, étant donné que cette résistance de référence RREF va subir les mêmes conditions d'environnement que les plages de résistances sensible 2a, 2b, 2c ou 2d, c'est-à-dire notamment les mêmes variations de température et d'humidité dans le temps, la résistance de référence RRFF va dériver de la même manière que les plages de résistances sensibles 2a, 2b, 2c ou 2d. Par conséquent, la mesure de la résistance de référence TIRE, à chaque nouvel appui permet de compenser également les dérives de mesure dans le temps.

Selon un exemple de réalisation du procédé de mesure, on mesure un différentiel de force d'un appui exercé sur une plage de résistance sensible 2a, 2b, 2c, 2d en fonction de la résistance RFSR du signal de sortie de la plage de résistance sensible et des valeurs de résistance R,,F, Ro de la résistance de référence 3. Puis, on compare le différentiel de force corrigé avec un seuil prédéterminé pour 10 déclencher la commande d'une fonction d'un organe du véhicule automobile correspondant à la plage de résistance sensible ayant été appuyée. Avec une mesure différentielle de la force corrigée par la résistance de référence, on s'assure de l'homogénéité des dispositifs de commande d'un véhicule à un autre : avec la même force d'appui exercée sur la plage de résistance sensible du capteur de force, 15 l'utilisateur obtient le même résultat de commande quelque soit le véhicule automobile. Selon un deuxième mode de réalisation non représenté, le capteur de force comporte une pluralité de plages de résistance sensible dont deux au moins présentent des formes différentes. Dans ce second mode de réalisation, l'unité de traitement est en outre configurée pour déterminer la résistance corrigée pour chaque plage de résistance sensible 20 en utilisant un facteur correctif de forme à au moins une plage de résistance sensible présentant une forme générale différente d'une deuxième plage de résistance sensible. Ce facteur correctif de forme K est un nombre décimal compris entre 0, 5 et 1, 5. La résistance corrigée RCOZ déduite de l'unité de traitement est alors égale à K*Ro/R,EF* RFSR. 25

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Capteur de force destiné à être monté dans un dispositif de commande de véhicule automobile, présentant une zone tactile (ZT) comprenant au moins une plage de résistance sensible à une variation de pression (2a, 2b, 2c, 2d), caractérisé en ce qu'il comporte en outre une résistance de référence (3) déposée au cours du même procédé de dépôt que les résistances des plages de résistance sensibles (2a, 2b, 2c, 2d), la résistance de référence (3) étant déposée en dehors de la zone tactile (ZT), à l'écart des plages de résistance sensible (2a, 2b, 2c, 2d), dans une zone morte (ZM) du dispositif de commande.
2. 2. Capteur de force selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance de référence (3) comporte une encre résistive déposée par sérigraphie au cours du même procédé de sérigraphie déposant les encres résistives des plages de résistance sensibles (2a, 2b, 2c, 2d).
3. 3. Capteur de force selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistance de référence (3) est écartée à la queue des plages de résistance sensible alignées (2a, 2b, 2c, 2d).
4. 4. Capteur de force selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distance entre la résistance de référence (3) et la plage de résistance sensible (2d) la plus proche de la résistance de référence (3) est supérieure à cinq millimètres.
5. 5. Capteur de force selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de plages de résistance sensible (2a, 2b, 2c, 2d) de forme et de surface sensiblement identiques.
6. 6. Capteur de force selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de plages de résistance sensible dont deux au moins présentent des formes et/ou des surfaces différentes.
7. 7. Capteur de force selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plage de résistance sensible (2a, 2b, 2c, 2d) présente une zone centrale (6a, 6b, 6c, 6d) dépourvue d'encre résistive.
8. 8. Dispositif de commande pour véhicule automobile comportant un support caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de force selon l'une des revendications 1 à 7 fixé audit support et une unité de traitement configurée pour déduire une résistance corrigée (ROor) en fonction d'une valeur mesurée de résistance (RFSR) de la plage derésistance sensible (2a, 2b, 2c, 2d), d'une valeur mesurée de la résistance de référence (RAF) et d'une valeur prédéterminée (Ro) de la résistance de référence (3).
9. 9. Dispositif de commande selon la revendication 8 comportant un capteur de force selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité de traitement est en outre configurée pour déterminer la résistance corrigée pour chaque plage de résistance sensible en utilisant un facteur correctif de forme à au moins une plage de résistance sensible présentant une forme générale différente d'une deuxième plage de résistance sensible.
10. 10. Dispositif de commande selon l'une des revendications 8 ou 9, comportant un capteur de force selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une source lumineuse fixée à l'arrière du capteur de force (1) pour le rétroéclairage de la zone centrale associée (6a, 6b, 6c, 6d).
11. 11. Procédé de mesure d'un appui tactile sur un capteur de force selon l'une des revendications 1 à 7 monté dans un dispositif de commande selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que : - on mesure un différentiel de force d'un appui exercé sur une plage de résistance sensible (2a, 213, 2c, 2d) en fonction de la résistance (RFSR) du signal de sortie de la plage de résistance sensible et des valeurs de résistance (RREF, Ro) de la résistance de référence (3), et on compare le différentiel de force corrigé avec un seuil prédéterminé pour déclencher la commande d'une fonction d'un organe du véhicule automobile correspondant à la plage de résistance sensible ayant été appuyée.