FR3087809A1

FR3087809A1 - Capteur de detection de presence pour vehicule automobile

Info

Publication number: FR3087809A1
Application number: FR1860034A
Authority: FR
Inventors: Xavier Hourne
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: US12007522B2; FR3087809B1; CN113169734A; WO2020089094A1; US20210247540A1

Abstract

La présente invention a pour objet un capteur (1) de détection de la présence d'un équipement d'utilisateur par communication en champ proche pour véhicule automobile, ledit capteur (1) comprenant une antenne (50), un adaptateur (40) d'impédance, un module de pilotage (20) de l'antenne (50), et un microcontrôleur (50), configuré pour commander ledit module de pilotage (20), ledit adaptateur (40) d'impédance étant apte à adapter l'impédance de sortie du module de pilotage (20) à l'impédance de l'antenne (50) tout en amplifiant la puissance fournie par ledit module de pilotage (20). Le capteur (1) comprend un module résistif (30), monté entre le module de pilotage (20) et l'adaptateur (40) d'impédance, configurée pour stabiliser la valeur de la puissance d'entrée de l'adaptateur (40) d'impédance.

Description

Capteur de détection de présence pour véhicule automobile L'invention concerne les capteurs de détection et plus particulièrement un capteur de détection pour véhicule automobile.

L'invention vise notamment à améliorer les 5 adaptateurs d'impédance utilisés dans les capteurs de détection pour véhicule automobile.

Dans un véhicule automobile, il est connu d'utiliser des capteurs pour détecter la présence d'un utilisateur à proximité du véhicule afin, par exemple, d'en déverrouiller les ouvrants.

Ainsi, par exemple, il est connu de monter des capteurs de détection dans les poignées des portières ou à proximité du coffre.

10 Dans une solution existante, le capteur est configuré pour communiquer avec un équipement d'utilisateur, notamment un smartphone ou un badge, via un protocole de communication standardisé connu sous le nom de NFC (Near Field Communication ou communication en champ proche).

Un tel capteur comprend une antenne et un microcontrôleur qui commande, via 15 un adaptateur d'impédance, un module de pilotage de l'antenne, également connu de l'homme du métier sous le nom de « driver De manière connue, le microcontrôleur, le module de pilotage et l'adaptateur d'impédance sont montés sur une carte de circuit imprimé tandis que l'antenne se présente sous la forme d'un élément flexible fixé à un bord de ladite carte et recourbé de manière à s'étendre sur la carte, notamment afin d'augmenter 20 l'efficacité de l'antenne tout en optimisant l'espace interne du logement dans lequel est monté le capteur.

En outre, la tension définie aux bornes de l'antenne est diminuée par un pont capacitif afin de pouvoir être numérisée, via un convertisseur analogique-numérique, et exploitée par le microcontrôleur, notamment dans le but de détecter des variations de la tension aux bornes de l'antenne qui seraient associées à la présence d'un badge ou d'un 25 smartphone à proximité du capteur.

L'adaptateur d'impédance permet d'adapter l'impédance de sortie du module de pilotage à l'impédance de l'antenne tout en amplifiant la puissance du module de pilotage.

En pratique, la tension de sortie du module de pilotage étant fixée et la valeur d'intensité du courant consommé étant prédéterminée, on en déduit l'impédance 30 d'adaptation que doit présenter l'adaptateur d'impédance, cette valeur d'impédance étant fixée par le type, le nombre et la valeur des composants du circuit de l'adaptateur d'impédance.

Par exemple, si la tension de sortie du module de pilotage est de 5 V et qu'un courant d'une intensité de 100 mA doit être consommé, l'adaptateur d'impédance doit être dimensionné pour présenter une impédance de Z = L11 = 50 ohms.

Autrement dit, le type, le 35 nombre et la valeur des composants du circuit de l'adaptateur d'impédance doivent être 2 choisis pour que l'impédance de l'adaptateur d'impédance soit de 50 ohms à la fréquence de travail, qui est de 13,56 MHz dans le standard NFC.

Cependant, de nombreux facteurs peuvent faire varier la valeur de l'impédance d'adaptation d'un capteur à un autre lorsque le capteur est monté dans le véhicule, 5 notamment dans une poignée de portière.

Notamment, les tolérances mécaniques de positionnement de la carte du capteur ainsi que de l'antenne par rapport à la carte génèrent une capacité parasite entre l'antenne et le capteur qui modifie la valeur de l'impédance d'adaptation.

De même, les caractéristiques propres de l'antenne ou bien des valeurs imprécises ou un comportement imprévisible des composants de l'adaptateur d'impédance 10 peuvent faire varier la valeur de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur d'impédance.

De telles variations de la valeur de l'impédance d'adaptation ont pour conséquence de faire varier la tension définie aux bornes de l'antenne.

Or, ces variations peuvent conduire à un dépassement de la valeur maximum de conversion du convertisseur analogique-numérique dont la saturation ne permet alors plus de déterminer la valeur de la 15 tension aux bornes de l'antenne et donc de détecter la présence d'un badge ou d'un smartphone à proximité du capteur.

L'invention vise donc à résoudre au moins en partie ces inconvénients en proposant une solution simple et efficace de capteur de détection.

A cette fin, l'invention a tout d'abord pour objet un capteur de détection de la 20 présence d'un équipement d'utilisateur par communication en champ proche, ledit capteur étant destiné à être monté dans un véhicule automobile et comprenant une antenne, un adaptateur d'impédance, un module de pilotage de l'antenne et un microcontrôleur, configuré pour commander le module de pilotage, ledit adaptateur d'impédance étant apte à adapter l'impédance de sortie du module de pilotage à l'impédance de l'antenne tout en 25 amplifiant la tension et le courant fournis par ledit module de pilotage, par un effet de résonance, ledit capteur étant remarquable en ce qu'il comprend un module résistif, monté entre le module de pilotage et l'adaptateur d'impédance, configuré pour stabiliser la valeur de la puissance d'entrée de l'adaptateur d impédance.

La stabilisation de la puissance d'entrée de l'adaptateur d'impédance par le 30 module résistif permet de stabiliser la puissance de l'antenne et donc les variations de la tension définie aux bornes de l'antenne.

Ce faisant, les mesures de la tension définie aux bornes de l'antenne, utilisées par le microcontrôleur, ne sortent pas d'une plage prédéfinie, permettant notamment d'éviter la saturation d'un convertisseur analogique-numérique implémenté dans le module de pilotage pour convertir cette tension en une valeur 35 numérique exploitable par le microcontrôleur.

3 De préférence, le module résistif comprend au moins une résistance, par exemple deux résistances connectées sur une branche d'entrée de l'adaptateur d'impédance le cas échéant.

Avantageusement, le module résistif présente une valeur de résistance comprise entre plus ou moins 20, 40 ou 80 % de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur d'impédance, de telles valeurs permettant de stabiliser la puissance d'entrée de l'adaptateur d'impédance selon la configuration du circuit (type, nombre et valeurs des composants du circuit constituant l'adaptateur d'impédance).

Dans une forme de réalisation, le module résistif présente une valeur de résistance de l'ordre de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur d'impédance, une telle valeur permettant de faire tendre vers zéro, voire d'annuler la dérivée de la puissance d'entrée de l'adaptateur d'impédance par rapport à la valeur d'impédance dudit adaptateur d'impédance afin de stabiliser la puissance d'entrée de l'adaptateur d'impédance.

On notera que plus la valeur de résistance du module résistif est faible, moins d'énergie se trouve consommée par ledit module résistif, ce qui rend le capteur globalement moins énergivore.

Il s'agit ainsi de trouver, selon la configuration du capteur et l'adaptateur d'impédance (type, nombre et valeurs des composants du circuit constituant l'adaptateur d'impédance) le meilleur compromis entre la valeur de résistance du module résistif permettant de stabiliser la puissance d'entrée de l'adaptateur d'impédance et les pertes par dissipation dans ledit module résistif.

Par exemple, le module résistif peut présenter une valeur de résistance comprise entre 1 et 100 ohms, par exemple de l'ordre de 20 ohms lorsque l'impédance cible pour laquelle est conçu l'adaptateur d'impédance est de 50 ohms.

Selon un aspect de l'invention, le microcontrôleur, le module de pilotage et l'adaptateur d'impédance sont montés sur une carte de circuit imprimé tandis que l'antenne se présente sous la forme d'un élément flexible fixé à un bord de ladite cade et étant recourbé de manière à s'étendre sur la carte.

Ceci permet d'augmenter l'efficacité de l'antenne tout en optimisant l'espace interne du logement dans lequel est monté le capteur.

Selon une caractéristique de l'invention, le capteur, notamment le module de pilotage, comprend au moins un pont capacitif, permettant de diminuer la tension définie aux bornes de l'antenne, et un convertisseur analogique-numérique apte à convertir la valeur de tension diminuée par ledit pont capacitif en une valeur numérique utilisable par le microcontrôleur, notamment dans le but de détecter des variations de la tension aux bornes de l'antenne qui seraient associées à la présence d'un badge ou d'un smartphone à proximité du capteur.

4 L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un capteur tel que présenté ci-avant.

L'invention concerne enfin un procédé de stabilisation de la puissance fournie par un module de pilotage à un adaptateur d'impédance d'un capteur de détection, de 5 préférence tel que décrit ci-avant, pour véhicule automobile, dans lequel la stabilisation de la puissance est réalisée par un module résistif connecté entre le module de pilotage et l'adaptateur d'impédance.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non 10 limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.

La figure 1 décrit une forme de réalisation d'un capteur de détection selon l'invention.

La figure 2 illustre un schéma électrique équivalent du module de pilotage, du 15 module résistif et de l'adaptateur d'impédance du capteur de la figure 1.

Le capteur selon l'invention est destiné à être monté dans un véhicule, notamment automobile, pour détecter la présence d'un équipement d'utilisateur par communication en champ proche (Near Field Communication ou NFC en langue anglaise) afin d'activer une fonction du véhicule telle que, par exemple, l'ouverture d'un ouvrant du 20 véhicule.

L'équipement d'utilisateur peut notamment être un badge ou un smartphone apte à communiquer avec le capteur sur un lien de communication NFC.

De préférence, mais de manière non limitative, le capteur de détection selon l'invention est destiné à être monté dans une poignée de portière de véhicule automobile.

On a représenté à la figure 1 un exemple de capteur 1 selon l'invention.

Le 25 capteur 1 comprend un microcontrôleur 10, un module de pilotage 20, un module résistif 30, un adaptateur 40 d'impédance et une antenne 50.

Le microcontrôleur 10 est configuré pour commander le module de pilotage 20, notamment en effectuant le paramétrage de ses registres à l'aide d'une liaison numérique, de manière connue en soi.

Le module de pilotage 20 est configuré notamment pour encoder 30 la couche physique de la communication NEC.

L'adaptateur 40 d'impédance est configure pour adapter l'impédance de sortie du module de pilotage 20 à l'impédance de l'antenne 50 tout en amplifiant la tension et le courant fournie par ledit module de pilotage 20 par un effet de résonance.

L'antenne 50 se présente par exemple sous la forme d'une bobine à inductance 35 et est reliée par ses deux bornes à l'adaptateur 40 d'impédance.

L'antenne 50 permet de générer un champ magnétique, dont l'intensité est proportionnelle à la puissance fournie 5 par l'adaptateur 40 d'impédance, qui servira à exciter l'antenne d'un badge ou d'un smartphone placé à proximité.

Les deux bornes de l'antenne 50 sont également chacune reliées à une entrée analogique du microcontrôleur 10 via un pont capacitif 60 diviseur de tension.

Ce pont 5 capacitif 60 permet de diminuer le potentiel de tension vu au niveau de la borne de l'antenne 50 à laquelle il est connecté afin de transformer la tension définie aux bornes de l'antenne 50, qui est par exemple de l'ordre de 50 V, en une tension dont la valeur, inférieure, tombe dans la plage de fonctionnement du microcontrôleur 10, par exemple entre 0 et 5 V.

Le module de pilotage 20 comprend un convertisseur 210 analogique- 10 numérique qui est configuré pour transformer cette tension réduite, désignée « tension image » dans le présent document, qui est définie entre les deux bornes d'entrée analogiques RFII , RFI2 du module de pilotage 20, en une valeur numérique représentative de ladite tension et comprise entre 0 et (2h-1) où n est un nombre entier naturel représentant le nombre de bits numériques sur lequel sont codées les valeurs de tension.

15 Ainsi, par exemple, dans le cas d'un convertisseur 8 bits, utilisé de manière standard dans les capteurs de détection pour véhicule automobile étant donné son faible coût et sa simplicité, la valeur de la tension image, analogique, est transformée en une valeur numérique comprise entre « 0 et 255 ».

Un tel convertisseur 210 est configuré pour travailler dans une plage de 20 fonctionnement analogique de sorte que tout dépassement de la valeur de tension reçue en entrée du convertisseur 210 au-delà de la limite haute de la plage de fonctionnement se voit attribuer la valeur numérique maximum, par exemple « 255 » dans l'exemple précédent, voire un peu moins selon le type de convertisseur 210 (par exemple « 230 » pour un convertisseur 210 fonctionnant sur huit bits) du fait d'une limitation induite par 25 certains composants.

Dans ce cas, on dit que le convertisseur 210 sature et il n'est alors plus possible de distinguer entre elles les valeurs de la tension image qui sont supérieures à la borne haute de la plage de fonctionnement du convertisseur 210.

La tension définie aux bornes de l'antenne 50 doit donc varier faiblement de même que la tension image, dont la valeur 30 doit donc rester dans la plage de fonctionnement du module de pilotage 20 pour que les valeurs numériques, qui sont exploitées par le microcontrôleur 10, soient pertinentes.

Pour ce faire et éviter une telle saturation du convertisseur 210, le capteur 1 comprend un module résistif 30 connecté entre le module de pilotage 20 et l'adaptateur 40 d'impédance.

35 Ce module résistif 30 présente une valeur de résistance, en ohms, qui permet de stabiliser la valeur de la puissance d'entrée de l'adaptateur 40 d'impédance, fournie par le module de pilotage 20 via ledit module résistif 30.

6 Dans cet exemple préféré, le module résistif 30 comprend une résistance sur chaque borne d'entrée de l'adaptateur 40 d'impédance.

En variante, le module résistif 30 pourrait comprend une ou plus de deux résistances.

On a représenté à la figure 2 un exemple de circuit électrique équivalent 5 représentant le module de pilotage 20 connecté au module résistif 30, représenté par la résistance Rs équivalente, et à l'adaptateur 40 d'impédance, représenté par l'impédance Z.

La puissance en entrée de l'adaptateur 40 d'impédance, notée P _matching , est alors donnée par la formule suivante : Z * Vd 2 10 P_matching - (Rs + Z)2 où Vd est l'amplitude du signal de tension oscillant à la fréquence de travail, de 13,56 MHz en NFC, fournie par le module de pilotage 20.

Afin de stabiliser la puissance d'entrée P_matching de l'adaptateur 40 d'impédance, il est nécessaire de faire tendre sa dérivée vers zéro quand l'impédance Z 15 varie : dPmatching 0. dz En prenant l'hypothèse que la dérivée est nulle, on a : dPmatching dz (Rs + Z)4 * V d2 20 c On constate alors que dPmatdzhing - 0 lorsque Rs = Z, Z étant l'impédance cible correspondant à la valeur de la tension de sortie du module de pilotage 20 divisée par la valeur d'intensité fournie par le module de pilotage 20.

On a représenté à la Table 1 un exemple de test faisant varier la valeur de 25 l'impédance de l'adaptateur 40 d'impédance pour une valeur d'impédance cible réelle et égale à 50 ohms et une valeur de Rs égale à la valeur de l'impédance cible : 45 140 20 15 N (Rs -4, 0 190 200 212 227 245 255 255 255 255 N 50 i2) 190 189 189 187 184 179 172 160 142 Table 1 - 0 dz z Ainsi, en dérivant par rapport à Z, on obtient : (R wdzs-F7)2 dPmatching Rs2 -Z2 Dans cet exemple, on constate que la valeur numérique de la tension image 30 donnée par le convertisseur 210 est identique en présence ou en l'absence du module 7 résistif 30 (Rs = 0 ou Rs = 50 ohms) lorsque la valeur d'impédance est égale à l'impédance cible de 50 ohms.

Dès que l'on fait varier la valeur d'impédance de l'adaptateur 40 d'impédance, on remarque que le convertisseur 210 sature dès que Z est inférieur ou égal à 25 ohms en l'absence du module résistif 30 mais qu'il ne sature pas en présence du 5 module résistif 30.

Dans cet exemple, on observe a contrario que la valeur numérique de la tension image donnée par le convertisseur 210 diminue avec la valeur de l'impédance en présence d'un module résistif 30 dont la valeur de résistance est égale à l'impédance cible.

Il en résulte une baisse de la sensibilité mais le convertisseur 210 ne sature pas.

On a représenté à la Table 2 un exemple de test faisant varier la valeur de 10 l'impédance de l'adaptateur 40 d'impédance pour une valeur d'impédance cible réelle et égale à 50 ohms et une valeur de Rs égale à 20 ohms : 45 40 35 Ela 20 MM N ( Rs = 0) 200 212 227 245 255 255 255 255 N (Rs - 20 Q) 194 198 202 206 209 210 207 108 Table 2 Dans cet exemple, on constate que la valeur numérique de la tension image 15 donnée par le convertisseur 210 est identique en présence ou en l'absence du module résistif 30 (Rs = 0 ou Rs = 50 ohms) lorsque la valeur d'impédance est égale à l'impédance cible de 50 ohms.

Dès que l'on fait varier la valeur d'impédance de l'adaptateur 40 d'impédance, on remarque que le convertisseur 210 sature dès que Z est inférieur ou égal à 25 ohms en l'absence du module résistif 30 mais qu'il ne sature pas en présence du 20 module résistif 30.

On observe que la valeur numérique de la tension image donnée par le convertisseur 210 varie et augmente légèrement jusqu'à « 210 » lorsque la valeur de l'impédance diminue en présence d'un module résistif 30 dont la valeur de résistance est inférieure à la valeur d'impédance cible.

La présence d'un module résistif 30 permet de stabiliser la puissance d'entrée 25 P_matching de l'adaptateur 40 d'impédance et donc la puissance délivrée à l'antenne 50, ce qui réduit l'amplitude des variations de la tension définie aux bornes de l'antenne 50 et donc de la tension image, permettant au convertisseur 210 d'opérer dans sa plage de fonctionnement, sans saturer,

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur (1) de détection de la présence d'un équipement d'utilisateur par communication en champ proche, ledit capteur (1) étant destiné à être monté dans un véhicule automobile et comprenant une antenne (50), un adaptateur d'impédance (40), un module de pilotage (20) de l'antenne (50) et un microcontrôleur (10), configuré pour 5 commander le module de pilotage (20), ledit adaptateur (40) d'impédance étant apte à adapter l'impédance de sortie du module de pilotage (20) à l'impédance de l'antenne (50) tout en amplifiant la tension et le courant fournis par ledit module de pilotage (20), ledit capteur (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend un module résistif (30), monté entre le module de pilotage (20) et l'adaptateur (40) d'impédance, configuré pour stabiliser la valeur 10 de la puissance d'entrée de l'adaptateur (40) d'impédance.
2. Capteur (1) selon la revendication 1, dans lequel le module résistif (30) comprend au moins une résistance.
3. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module résistif (30) présente une valeur de résistance comprise entre plus ou 15 moins 80 % de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur (40) d'impédance.
4. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le module résistif (30) présente une valeur de résistance comprise entre plus ou moins 40 % de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur (40) 20 d'impédance.
5. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le module résistif (30) présente une valeur de résistance comprise entre plus ou moins 20 c'/0 de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur (40) d'impédance. 25
6. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le module résistif (30) présente une valeur de résistance de l'ordre de la valeur de la partie réelle de l'impédance d'adaptation de l'adaptateur (40) d'impédance.
7. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module résistif (30) présente une valeur de résistance comprise entre 1 et 100 30 ohms. 9
8. Capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le microcontrôleur (10), le module de pilotage (20) et l'adaptateur (40) d'impédance sont montés sur une carte de circuit imprimé tandis que l'antenne (50) se présente sous la forme d'un élément flexible fixé à un bord de ladite carte et étant recourbé de manière à s'étendre sur ladite carte.
9. Véhicule automobile comprenant au moins un capteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé de stabilisation de la puissance fournie par un module de pilotage (20) à un adaptateur (40) d'impédance d'un capteur (1) de détection pour véhicule automobile, 10 dans lequel la stabilisation de la puissance est réalisée par un module résistif (30) connecté entre le module de pilotage (20) et l'adaptateur (40) d'impédance.