FR3097495A1

FR3097495A1 - Dispositif de protection d’un Lidar de véhicule automobile

Info

Publication number: FR3097495A1
Application number: FR1906695A
Authority: FR
Inventors: Youness KADDARA
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN212181013U; FR3097495B1; CN112114297A

Abstract

Dispositif (1A,1B) de protection d’un Lidar (2) de véhicule automobile, comprenant une paroi (11) destinée à être traversée par des ondes émises par un Lidar (2), remarquable en ce que la paroi (11) comporte au moins une couche d’un revêtement antireflet (14,15) apte à limiter une réflexion des ondes du Lidar (2) sur la paroi (11).

Description

Dispositif de protection d’un Lidar de véhicule automobile

L’invention concerne le domaine des véhicules automobiles équipés de Lidar, et plus particulièrement, le domaine des dispositifs pour masquer et protéger un tel Lidar, encore appelés « radômes » voire « lidôme ». Dans la suite de la description, le mot « radôme » est employé comme synonyme de « dispositif de protection ».

La télédétection par laser ou LiDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise «Light Detection and Ranging » ou LaDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « Laser Detection and ranging » ou encore Laser Radar, est une technique de mesure à distance fondée sur l'analyse des propriétés d'un faisceau de lumière renvoyé vers son émetteur. Dans ce qui suit, on utilise le terme « Lidar » pour désigner un dispositif du type Lidar.

À la différence du radar qui emploie des ondes radio ou du sonar qui utilise des ondes sonores, le Lidar utilise de la lumière (du spectre visible, infrarouge ou ultraviolet). Celle-ci est quasiment toujours issue d’un laser, et donc cohérente. Le Lidar, instrument incontournable de télédétection active, trouve ses applications dans des domaines très variés, tels que dans la topographie, les géosciences, l’archéologie, la régulation du trafic aérien, le guidage automatique de véhicules terrestres ou spatiaux, ou encore la sécurité routière ou la défense. En particulier, des véhicules automobiles aptes à rouler en mode autonome ou en mode ACC (« Adaptative Cruise Control » en anglais) peuvent être équipés de Lidars. Un tel Lidar sert en particulier à réguler la vitesse des véhicules en fonction du trafic et/ou d’obstacles sur la route. Le Lidar détecte la vitesse et la distance de l’objet précédant le véhicule porteur, de façon à maintenir notamment une distance de sécurité entre les véhicules.

Selon leur fonction, les Lidars sont montés en face avant ou arrière des véhicules, le plus souvent derrières des pare-chocs. À l’heure actuelle, à la connaissance des inventeurs, il n’existe pas de solution permettant de protéger un tel Lidar tout en garantissant ses meilleures performances, notamment une bonne transmission des ondes du Lidar.

Dans l’art antérieur, un tel Lidar, notamment son émetteur/récepteur de laser, soit n’est pas du tout protégé, c’est à dire, exposé à l’environnement extérieur, soit est recouvert par un cache en plastique, ou un radôme. Dans le premier cas, on risque d’exposer le ridar à des agressions extérieures (pluies, glace, givre, boues, insectes, feuilles…) et on ne répond pas aux critères esthétiques des véhicules. Dans le second cas, le cache plastique, sans avoir reçu un traitement particulier, va réduire la transmission des ondes du Lidar de manière plus ou moins grande, en fonction des propriétés de la matière plastique formant le cache. Cette réduction de la transmission des ondes du Lidar est notamment liée aux réflexions des ondes du Lidar aux interfaces des deux médiums différents (air/plastique, plastique/air) et à l’absorption des ondes du Lidar par la matière plastique du cache.

L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus en fournissant un radôme de Lidar permettant de protéger le Lidar tout en assurant une bonne transmission des ondes du Lidar. En d’autres terme, un tel radôme laisse passer les ondes du Lidar avec une atténuation aussi faible que possible pour ne pas perturber le fonctionnement du Lidar lui-même.

A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de protection d’un Lidar de véhicule automobile, comprenant une paroi destinée à être traversée par des ondes émises par un Lidar , caractérisé en ce que la paroi comporte au moins une couche d’un revêtement antireflet apte à limiter une réflexion des ondes du Lidar sur la paroi .

Par «apte à limiter une réflexion des ondes du Lidar» on entend un matériau permettant de limiter les réflexions des ondes du Lidar à 4% au maximum des ondes incidentes du Lidar. Dans la suite de la description, on utilise le terme « antireflet » pour qualifier une telle capacité.

Une fois installé sur un véhicule, le dispositif de protection selon l’invention, agencé devant le Lidar, rend ce dernier invisible depuis l’extérieur, le véhicule ayant donc une meilleure apparence esthétique. De plus, ce dispositif protège le Lidar des agressions extérieures (pluies, glace, givre, boues, insectes, feuilles…) si bien que ce dernier a une vie de service plus longue. En outre, grâce au revêtement présent sur la paroi du dispositif de protection, les réflexions des ondes du Lidar au niveau de la paroi sont limitées à un niveau inférieur ou égal à 4% des ondes incidentes, ce qui permet d’améliorer la transmission des ondes du Lidar à travers la paroi du dispositif. A titre d’exemple, dans le cas où les deux faces (faces intérieure et extérieure) de la paroi sont chacune recouvertes d’un revêtement apte à limiter les réflexions des ondes du Lidar à 0.5%, la transmission des ondes du Lidar s’élève à 98%, en supposant que la perte liée à l’absorption des ondes du Lidar par la paroi elle-même est de 1%. Il est à notre que pour les matières choisies en vue de la fabrication de la paroi, cette perte est en général très faible (<1% des ondes incidentes). L’augmentation de la transmission des ondes du Lidar à travers la paroi de protection permet d’améliorer les performances du Lidar situé derrière la paroi en assurant une meilleure émission et réception des ondes.

Le dispositif de protection peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- la paroi est réalisée en deux matières plastiques différentes, l’une étant surmoulée par-dessus l’autre, et au moins celle qui est en regard du Lidar en position d’usage du dispositif étant transparente aux ondes du Lidar. On entend par « matière transparente à la lumière » un matériau qui, traversé par un flux incident de rayonnement électromagnétique dont la longueur d’onde est comprise entre 10 nm et 0,1 mm, transmet une fraction supérieure à 90% du flux de rayonnement la traversant. La paroi réalisée dans une telle matière plastique, peu onéreux et facile à fabriquer (par moulage par injection par exemple) assure déjà une transmission satisfaisante des ondes du Lidar même sans revêtement antireflet. Une transmission encore meilleure, soit plus de 94.5% ou plus de 98% par exemple, peut être assurée après avoir appliqué le revêtement antireflet sur une ou deux des faces de la paroi plastique.

- la paroi a une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm. D’un côté, la paroi ne doit pas avoir une épaisseur trop faible afin d’assurer une rigidité et une résistance mécanique satisfaisantes. D’autre côté, elle doit pas avoir une épaisseur trop importante notamment afin de ne pas absorber une quantité excessive des ondes incidentes du Lidar et de ne pas faire augmenter les coûts de fabrication. Les inventeurs constatent que l’épaisseur située dans l’intervalle ci-dessus donne un bon compromis.

– la couche de revêtement a une épaisseur inférieure ou égale à 200 nm. Cela permet notamment de favoriser la transparence aux ondes du Lidar et de limiter les coûts et le temps d’application du revêtement grâce à sa quantité réduite pour réaliser une faible épaisseur .

- la paroi a un indice de réfraction supérieur à 1,43 et inférieur à 1,56. Cela permet d’obtenir la meilleure transmission des ondes du Lidar dans la paroi.

- la paroi comporte une face extérieure et une face intérieure qui est en regard du Lidar en position d’usage du dispositif , les deux faces de la paroi ayant une rugosité inférieure ou égale à 0,02 micromètre. Il est à noter qu’une trop grande rugosité d’une surface sur laquelle des ondes du Lidar sont envoyées a pour conséquence notamment d’augmenter la réflexion des ondes du Lidar, ce qui va impacter les performances de ce dernier. Les inventeurs ont identifié la valeur de rugosité de 0,02 micromètre comme étant la valeur maxmium préférentielle.

- la paroi est réalisée en deux matières plastiques différentes, l’une étant surmoulée par-dessus l’autre et au moins celle qui est en regard du Lidar en position d’usage du dispositif étant transparente aux ondes du Lidar. Cette solution est avantageuse notamment en ce qu’il est possible d’assurer une continuité esthétique avec la peau adjacente du véhicule sur lequel est monté le dispositif de protection selon l’invention.

- les ondes du Lidar ont une longueur d’onde comprise entre 800 et 1600 nm, de préférence de 850 nm, 905 nm, 1050nm ou 1550 nm.

- le revêtement est un vernis antireflet ayant un indice de réfraction inférieur à celui de la paroi ou à 1,57, tel que le vernis Viewrise®.

L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant au moins un dispositif de protection d’un Lidar décrit ci-dessus.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 représente, à titre illustratif et non limitatif, un dispositif de protection d’un Lidar en position sur la face avant d’un véhicule.

La figure 2 est une vue de côté d’un dispositif de protection d’un Lidar selon un premier mode de réalisation de l’invention.

La figure 3 est une vue de côté d’un dispositif de protection d’un Lidar selon un second mode de réalisation de l’invention .

Description détaillée

On décrit dans ce qui suit l’invention en référence aux figures 1 à 3.

La figure 1 représente, à titre illustratif et non limitatif, un dispositif de protection 1, appelé également radôme ou lidôme, d’un Lidar 2 en position sur la face avant d’un véhicule 3. Dans cet exemple, le Lidar 2 est placé derrière le radôme 1, de façon à ce que les ondes électromagnétiques (lumière du spectre visible, infrarouge ou ultraviolet) émises ou reçues par le Lidar 2 traversent le radôme 1. L’homme du métier comprendra que selon sa fonction, le Lidar 2 peut être monté dans une autre position du véhicule, par exemple en face arrière.

La figure 2 montre schématiquement en vue de côté un radôme 1A d’un Lidar 2 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le radôme 1A comprend une paroi 11 ayant une face extérieure 13 et une face intérieure 12 qui est en regard du Lidar 2 en position d’usage du radôme 1. La face extérieure 13 est visible depuis l’extérieur, constituant donc une partie de l’élément d’apparence du véhicule. Il faudrait la traiter de sorte qu’elle répond aux critères esthétiques. A titre d’exemple, on peut recouvrir la face extérieure 13 par un vernis respectant le cahier des charges des pièces extérieures automobiles. En outre, le radôme 1A comprend, sur sa face intérieure 12 une ou plusieurs couches de revêtement 14 apte à limiter le reflet des ondes du Lidar 2. Selon une variante, le radôme 1A comprend sur sa face extérieure 13 un tel revêtement.

La figure 3 montre schématiquement en vue de côté un radôme 1B d’un Lidar 2 selon un second mode de réalisation. Le radôme 1B se diffère du radôme 1A en ce qu’il comprend sur ses deux faces principales, à savoir la face extérieure 13 et la face intérieure 12, une ou plusieurs couches de revêtement 15 et 14 apte à limiter le reflet des ondes du Lidar 2.

Dans ces deux modes de réalisation, la paroi 11 est réalisée en matière plastique transparente à la lumière, notamment aux ondes du Lidar, telle qu’une matière à base de polycarbonate (PC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et cyclic olefin copolymer (COC). L’utilisation du plastique présente un certain nombre d’avantages, entre autres : la paroi en plastique transparent est légère, facile et peu coûteuse à fabriquer ; sa transparence favorise la transmission des ondes du Lidar.

Avantageusement, la paroi 11 peut être réalisée en deux matières plastiques différentes, l’une étant rapportée à l’autre, par surmoulage par exemple. Naturellement, au moins la matière en regard du Lidar en position d’usage du radôme est transparente aux ondes du Lidar. Cette solution permet au radôme d’avoir plus de flexibilités, variétés et de complexités. En particulier, il est possible d’assurer une continuité esthétique avec la peau adjacente du véhicule sur lequel le radôme est monté grâce à la présence de la seconde matière plastique.

La paroi 11 peut avoir une forme adaptée à la position où elle est installée, telle que la face avant ou arrière du véhicule. Préférentiellement, la forme de la paroi 11 est telle qu’elle assure une continuité esthétique avec les pièces adjacentes.

De plus, la paroi 11 peut avoir une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm pour avoir un bon compromis entre les performances mécaniques, les coûts et l’absorption des ondes du Lidar. Évidemment, l’homme du métier saurait choisir une valeur appropriée de l’épaisseur en fonction des besoins réels.

Avantageusement, les deux faces de la paroi ont une rugosité inférieure ou égale à 0,02 micromètre. Il est à noter qu’une faible rugosité contribue elle aussi à la limitation des réflexions des ondes du Lidar. 0,02 micromètre est la valeur maxmium préférentielle identifiée par les inventeurs.

Dans un exemple avantageux, le revêtement est un vernis antireflet ayant un indice de réfraction inférieur à celui de la paroi ou à 1,57, et préférentiellement 1,33, tel que le vernis Viewrise®, qui est apte à limiter les réflexions des ondes visibles (longueur d’onde comprise entre 400 nm et 800 nm) jusqu’au moins de 2% mais s’avère aussi efficace pour limiter les réflexions des ondes du Lidar dont la longueur d’onde varie généralement de 800 nm à 1600 nm, de préférence de 850 nm, 905 nm, 1050nm ou 1550 nm.

En règle générale, on applique au maximum une épaisseur de 200 nm du vernis sur la ou les faces de la paroi 11. Cela conduit à un coût raisonnable et une transmission des ondes du Lidar satisfaisante.

De préférence, la paroi 11 a un indice de réfraction supérieur à 1,43 et inférieur à 1,56 . La paroi 11 ayant un tel indice de réfraction permet à elle-même une bonne transparence aux ondes du Lidar. On obtiendra une transmission des ondes du Lidar encore meilleure à l’aide du revêtement antireflet.

Grâce à la présence d’un tel vernis sur la face intérieure et/ou extérieure de la paroi 11, la transmission des ondes du Lidar à travers cette paroi est augmentée car la fraction réfléchie au niveau de la face revêtue du vernis est considérablement diminuée, soit de 4% à 0.5% selon un exemple non limitatif. Dans cet exemple, en supposant que la perte liée à l’absorption des ondes du Lidar par la paroi elle-même est de 1% (dans la plupart des cas, cette perte est inférieure à 1%), la paroi transmet 94.5% (=1-0.5%-4%-1%) des ondes incidentes du Lidar si le vernis n’est appliqué sur qu’une face de la paroi 11, soit une augmentation de 3.5% par rapport au cas où la paroi 11 est sans vernis antireflet sur aucune de ses faces (transmission étant de 91% (=1-4%-4%-1%)), et la paroi transmet 98% (=1-0.5%-0.5%-1%) des ondes incidentes du Lidar si le vernis est appliqué sur les deux faces de la paroi 11, soit une augmentation de 7% par rapport au cas où la paroi est complètement dépourvue du vernis antireflet (transmission étant de 91% (=1-4%-4%-1%)).

Dans ces deux modes de réalisation, la ou les couches de revêtement peuvent s’appliquer sur la face par tout moyen approprié connu de l’homme du métier. Par exemple, après la fabrication de la paroi 11 elle-même (eg. par moulage par injection), on applique le vernis antireflet sur une ou deux faces de la paroi 11 en la plongeant dans un bain de vernis, ou en pulvérisant du spray. La pulvérisation peut être effectuée par ultrason, ou au moyen d'un "bol rotatif".

L’invention porte également sur un véhicule automobile comprenant au moins un radôme décrit ci-dessus. Le radôme est placé devant un Lidar, monté lui-même en face avant ou arrière ou dans une autre position du véhicule. Le radôme est configuré pour cacher au moins partiellement le Lidar afin de le protéger (à des agressions extérieures, UV... ) sans pour autant affecter ses performances.

Claims

Dispositif (1A,1B) de protection d’un Lidar (2) de véhicule automobile, comprenant une paroi (11) destinée à être traversée par des ondes émises par un Lidar (2), caractérisé en ce que la paroi (11) comporte au moins une couche d’un revêtement antireflet (14,15) apte à limiter une réflexion des ondes du Lidar (2) sur la paroi (11).
Dispositif (1A,1B) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi (11) est réalisée en matière plastique transparente aux ondes du Lidar, telle qu’une matière à base de polycarbonate (PC), de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou de copolymère oléfinique cyclique (COC).
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi (11) a une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm.
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de revêtement a une épaisseur inférieure ou égale à 200 nm.
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi (11) a un indice de réfraction supérieur à 1,43 et inférieur à 1,56. .
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi (11) comporte une face extérieure (13) et une face intérieure (12) qui est en regard du Lidar (2) en position d’usage du dispositif (1A, 1B), les deux faces (12,13) de la paroi (11) ayant une rugosité inférieure ou égale à 0,02 micromètre.
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi (11) est réalisée en deux matières plastiques différentes, l’une étant surmoulée par-dessus l’autre, et au moins celle qui est en regard du Lidar (2) en position d’usage du dispositif étant transparente aux ondes du Lidar.
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les ondes du Lidar ont une longueur d’onde comprise entre 800 et 1600 nm, de préférence de 850 nm, 905 nm, 1050nm ou 1550 nm.
Dispositif (1A,1B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement est un vernis antireflet ayant un indice de réfraction inférieur à celui de la paroi ou à 1,57, tel que le vernis Viewrise®.
Véhicule automobile (3) comprenant au moins un dispositif (1A,1B) de protection d’un Lidar (2) selon l’une des revendications précédentes.