FR3141528A1 - Dispositif de detection de mouvement - Google Patents

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rods
detection device
variation
nfc
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FR2211103A
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Joao Carlos VASCONCELOS DE ALMEIDA
Saïd BOUGUERN
Mohamed Zied Bach Baouab
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Abstract

L’invention concerne un dispositif de détection (D) de mouvement d’un membre (M) du corps d’un utilisateur et/ou d’approche d’un équipement portable d’utilisateur (200), destiné à être embarqué dans un véhicule automobile (V), le dispositif comprenant : a) une antenne de communication (A1) en champ proche de fréquence de résonance entre 3 à 30 MHz, comprenant au moins un enroulement (E1, E2, E3) qui se prolonge de manière continue sous la forme d’au moins deux ensembles (G1, G2) de tiges (O1, O2..Oi, N1 ,N2…Ni, P1, P2..Pi, Q1, Q2..Qi) , connectés en parallèle avec ladite antenne, de telle sorte que lesdits deux ensembles présentent chacun une capacité variable (C1, C1’) et une sensibilité différentes, et que la dite antenne (A1) est apte à générer une variation d’impédance différente à l’approche d’un membre du corps d’un utilisateur vers le premier (G1) ou vers le deuxième ensemble (G2), b) des moyens de mesure (M2) par couplage électromagnétique avec ladite antenne, d’une variation d’impédance de ladite antenne, lesdits moyens présentant une fréquence de résonance série à la haute fréquence de résonance sélectionnée et étant aptes à détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur (200) ou le mouvement du membre réalisé consécutivement en face du premier puis en face du deuxième ensemble de tiges par la variation d’impédance générée. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE MOUVEMENT
L’invention concerne un dispositif de détection de mouvement. L’invention s’applique plus particulièrement à la détection du mouvement d’une main et/ou de l’approche d’un téléphone portable intelligent (dit : « smartphone » en anglais) vers un élément de carrosserie d’un véhicule automobile comme, par exemple une poignée d’un ouvrant ou un montant d’ouvrant (portière ou coffre) afin de déverrouiller l’ouvrant.
De nos jours, les poignées de portières de véhicule sont équipées de dispositifs de détection de mouvement d’une main d’un utilisateur ou d’un téléphone portable intelligent. La détection de mouvement d’un membre de l’utilisateur, par exemple le mouvement de balayage de la main d’un utilisateur en face de la poignée à quelques centimètres de celle-ci, couplée à la reconnaissance d’un équipement portable d’utilisateur, par exemple un badge électronique « main libre » de commande d’accès à distance, porté par cet utilisateur, permet le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants du véhicule. Ainsi lorsque l’utilisateur, portant le badge électronique correspondant et identifié par le véhicule souhaite déverrouiller le véhicule, il effectue un mouvement de balayage devant la poignée de portière du véhicule, par exemple de gauche à droite et ce dernier actionne alors une gâche électrique au niveau de la serrure de l’ouvrant ou des ouvrants du véhicule qui est/sont alors automatiquement déverrouillé(s). En effectuant ce mouvement précis de balayage en face de la poignée de portière du véhicule, appelé « zone de déverrouillage », la portière (ou alternativement tous les ouvrants) est (sont) déverrouillée (déverrouillés) sans autre action de l’utilisateur. Inversement, lorsque l’utilisateur, portant toujours le badge nécessaire et identifié par le véhicule, souhaite verrouiller son véhicule, il ferme la portière de son véhicule et de manière similaire effectue soit un mouvement de balayage en face d’une autre zone de la poignée, appelé « zone de verrouillage » ou il effectue un autre mouvement par exemple inverse de droite à gauche vis-à-vis de la même zone que celle du déverrouillage, il y a alors d’une unique zone pour verrouiller et déverrouiller. Ce geste permet de verrouiller automatiquement les ouvrants du véhicule.
Ces dispositifs de détection de mouvement d’une main pour le déverrouillage/verrouillage comprennent généralement au moins deux capteurs capacitifs, sous la forme de deux électrodes reliées électriquement à un circuit imprimé, intégrées dans la poignée de portière.
Ce dispositif de détection de mouvement d’une main comprend en outre une antenne radio fréquence, en général LF (abréviation anglaise pour « Low Frequency », Basse Fréquence) mais cette antenne peut être également une antenne haute ou ultra haute fréquence, du type, UWB (« Ultra Wide band » en anglais) ou Ultra Large Bande, BLE (« Blue tooth low energy » en anglais) ou bluetooth basse consommation, Wifi, 4G, 5G...ou du type NFC « Near field communication » en anglais ou communication en champ proche, c’est-à-dire toute antenne ou dispositif de communication permettant d’échanger un identifiant avec le téléphone portable afin de l’authentifier.
Le dispositif de détection comprend également un calculateur électronique du véhicule (ECU : abréviation anglaise pour « Electronic Control Unit ») qui reçoit un signal de détection de mouvement en provenance des capteurs capacitifs. Le calculateur électronique du véhicule a, au préalable, identifié l’utilisateur comme étant autorisé à accéder à ce véhicule, ou alternativement, suite à la réception de ce signal de détection de présence, il procède à cette identification. Pour cela, il envoie par l'intermédiaire de l’antenne radiofréquence, une demande d’identification au badge (ou à la télécommande) porté(e) par l’utilisateur. Ce badge envoie en réponse, par ondes RF (radio fréquence) ou NFC, ou UWB, ou Wifi, ou BLE…son code d'identification vers le calculateur électronique du véhicule. Si le calculateur électronique reconnait le code d'identification comme celui autorisant l’accès au véhicule, il déclenche le verrouillage/déverrouillage de la portière (ou de tous les ouvrants). Si, en revanche, le calculateur électronique n'a pas reçu de code d’identification ou si le code d’identification reçu est erroné, le verrouillage ou déverrouillage ne se fait pas.
Lorsqu’il s’agit de détecter l’approche d’un téléphone intelligent, le dispositif de détection comprend plutôt un lecteur NFC (« Near Field communication », ou communication en champ proche), connu en soi, afin de détecter par échange radiofréquence à 13,56 MHz, la présence d’un téléphone portable intelligent à proximité, équipé lui aussi de moyens de communication en champ proche et de pouvoir recevoir l’identifiant dudit téléphone afin de s’assurer qu’il est bien reconnu comme étant appairé au véhicule et procéder ainsi au verrouillage/déverrouillage. Ce lecteur NFC est relié à un microcontrôleur dédié.
De tels véhicules, sont donc équipés de poignées de portière comprenant un dispositif de détection équipé d’une antenne radiofréquence, de deux électrodes reliées à un premier microcontrôleur de détection capacitive dédié à la détection de mouvement d’une main et d’un lecteur NFC, relié lui-même à un deuxième microcontrôleur dédié à la détection par NFC d’un téléphone portable intelligent, le tout étant intégré dans un circuit imprimé.
Cependant, l’intégration de tous ces composants électroniques pose un problème d’encombrement dans la poignée de portière ainsi qu’un surcoût non négligeable. De plus, la détection par NFC n’est pas fiable lorsque les téléphones portables comprennent très peu de métal, par exemple des coques plastiques ou lorsque le dispositif d’accès portable est un « tag » en anglais c’est-à-dire un badge constitué presque entièrement de plastique.
L’invention propose donc un dispositif de détection de mouvement permettant de pallier les inconvénients de l’art antérieur. Plus particulièrement, l’invention propose un dispositif simple et peu coûteux permettant à la fois de détecter le mouvement de balayage d’une main devant la poignée et l’approche d’un téléphone intelligent vers la poignée en utilisant uniquement la technologie NFC, c’est-à-dire la communication en champ proche.
L’invention concerne un dispositif de détection de mouvement d’un membre du corps d’un utilisateur et/ou d’approche d’un équipement portable d’utilisateur, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dispositif étant remarquable qu’il comprend :
  1. une antenne de communication en champ proche configurée pour émettre et recevoir des signaux à une haute fréquence, de résonance sélectionnée entre 3 à 30 MHz, ladite antenne comprenant au moins un enroulement qui se prolonge de manière continue sous la forme d’au moins deux ensembles de tiges, un premier ensemble et un deuxième ensemble connectés en parallèle avec ladite antenne, de telle sorte que lesdits deux ensembles présentent chacun une capacité variable et une sensibilité différentes, et que la dite antenne est apte à générer une variation d’impédance différente à l’approche d’un membre du corps d’un utilisateur vers le premier ou vers le deuxième ensemble,
  2. des moyens de mesure par couplage électromagnétique avec ladite antenne, d’une variation d’impédance ou d’une variation de fréquence de résonance de ladite antenne, les moyens de mesure présentant une fréquence de résonance série à la haute fréquence de résonance sélectionnée et étant aptes à détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur ou le mouvement d’un membre du corps de l’utilisateur réalisé consécutivement en face du premier puis en face du deuxième ensemble de tiges par la variation d’impédance générée.
Préférentiellement, lesdits ensembles de tiges comprennent chacun deux sous-groupes de tiges reliées entre elles et en forme de peigne.
Dans un mode de réalisation, l’enroulement délimite un périmètre à l’intérieur duquel ladite antenne se prolonge de manière continue sous la forme d’au moins deux ensembles de chacun comprenant deux sous-groupes de tiges reliées entre elles, chacun en forme de peigne.
Le périmètre étant rectangulaire, les tiges d’un même ensemble peuvent se présenter sous forme de pistes en métal conducteur perpendiculaires à une longueur ou à une largeur du périmètre.
Préférentiellement, les tiges d’un même sous-groupe d’un ensemble sont identiques entre elles.
Avantageusement, les tiges de deux sous-groupes d’un même ensemble s’intercalent entre elles.
Avantageusement, les deux ensembles de tiges diffèrent entre eux par une forme, et/ou une largeur, et/ou une longueur et/ou une épaisseur des tiges.
Judicieusement, les moyens de mesure comprennent une deuxième antenne couplée électromagnétiquement à l’antenne de communication
Dans un perfectionnement de l’invention, le dispositif comprend une troisième antenne connectée en série à l’antenne de communication et couplée électromagnétiquement à la deuxième antenne.
L’invention s’applique à toute poignée de portière, rétroviseur ou portière de véhicule comprenant un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.
Et finalement l’invention concerne toute véhicule automobile comprenant un dispositif de selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
: la , est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’antenne de communication du dispositif de détection de mouvement et d’approche selon l’invention,
: la est un schéma électronique équivalent de l’antenne de communication en champ proche modifiée selon l’invention,
: la est une représentation schématique d’une poignée de portière de véhicule comprenant le dispositif de détection selon l’invention,
: la est une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation préférentiel du dispositif de détection de mouvement selon l’invention,
: la est une représentation schématique électronique du dispositif de détection de mouvement selon l’invention,
: la est un graphe représentant l’impédance de l’antenne de communication en fonction du temps, et les variations d’impédance mesurées lors du mouvement de type balayage d’un membre du corps de l’utilisateur en face du dispositif de détection.
[Description des modes de réalisation]
Le dispositif de détection D de mouvement d’un membre d’un utilisateur et d’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 est illustré à la .
Le dispositif D comprend une antenne de communication en champ proche A1, (appelé aussi NFC en anglais « Near Field Communication ») ayant une fréquence de résonance parallèle sélectionnée entre 3 et 30 MHz, par exemple à 13,56 MHz, apte à détecter et à communiquer avec un équipement portable d’utilisateur, par exemple un téléphone portable intelligent 200 ou un badge (« appelé aussi « tag » en anglais) muni de la technologie de communication NFC. Ce type d’antenne NFC A1 est associée à un microprocesseur et à des moyens électroniques logiciels ou autres afin de pouvoir échanger des données avec l’équipement portable d’utilisateur.
La détection d’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 vers le dispositif de détection D est réalisée par la mesure de variation d’impédance ou de variation de fréquence de résonance de l’antenne NFC A1 par l’intermédiaire de moyens de mesure M2. Ceci est connu de l’art antérieur.
Les moyens de mesure M2 déterminent par couplage électromagnétique avec ladite antenne NFC A1, une variation d’impédance ou d’une variation de fréquence de résonance de ladite antenne NFC A1.
Dans ce but, et selon l’invention, les moyens de mesure M2 comprennent une deuxième antenne A2 déportée et située en vis-à-vis de l’antenne NFC A1, qui présentent une fréquence de résonance série égale à la fréquence de résonance parallèle sélectionnée de l’antenne de communication A1, c’est à dire aux alentours de 13,56 MHz. Les moyens de mesure M2 sont aptes à détecter non seulement l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 mais aussi selon l’invention le mouvement d’un membre du corps de l’utilisateur, par exemple un main M en face du dispositif de détection comme ceci sera expliqué plus bas.
L’invention propose que l’antenne NFC A1 comprenne au moins un enroulement E1, E2, E3 et qu’elle se prolonge de manière continue sous forme d’au moins deux ensembles G1, G2 de tiges préférentiellement en forme de peigne respectivement (O1, O2…Oi, et N1, N2…Ni) et (P1, P2..Pi et Q1, Q2,..Qi) qui, comme précisé plus bas, les deux ensembles G1, G2 jouant le rôle chacun d’une électrode de détection en créant une capacité variable C1, C1' connectée à l’antenne NFC A1.
On appelle « tiges » des pistes en métal conducteur, par exemple en cuivre, argent ou métallisées, de largeur prédéterminée, par exemple des fils aplatis ou des bandes de cuivre, qui sont relié(e)s entre eux (elles) et qui constituent des incursions, des protrusions, des excroissances, des prolongements de l’antenne NFC A1 elle-même constituée d’une piste en métal conducteur.
Les tiges ne sont pas de manière limitative de forme exclusivement rectangulaires, elles peuvent de forme carré, ovale…en forme de « zig zag, » non symétriques entres elles, etc.
L’antenne NFC A1 peut comporter une pluralité d’enroulements E1, E2, E3 de forme carré, rectangulaire, ovale ou ronde.
Aux figures 1 et 4, uniquement dans un but explicatif, les enroulements E1, E2, E3 de l’antenne NFC A1 sont au nombre de trois et sont représentés de forme rectangulaire sans que cela soit limitatif.
A la , selon le premier mode de réalisation, l’antenne NFC A1 comprend trois enroulements E1, E2, E3. L’antenne NFC A1 se prolonge par l’intermédiaire de deux connexions J1, J2 en formant deux ensembles G1, G2 de tiges, le premier ensemble G1 comportant les tiges O1, O2, ...Oi et N1, N2, ...Ni et le deuxième ensemble G2 comportant les tiges P1, P2…Pi et Q1, Q2...Qi. Dans cet exemple, les tiges O1, O2, …Oi, ou P1, P2...Pi, ou N1, N2, …Ni ou encore Q1, Q2…Qi de chaque ensemble G1, G2 respectif forment des sous-groupes en forme de peigne, dont les tiges sont identiques entre elles et sont parallèles entres elles. Dans ce premier mode de réalisation, les deux ensembles G1, G2 de tiges en métal conducteur, sont chacun reliés en parallèle à l’antenne NFC A1 et ces deux ensembles constituent chacun une surface conductrice jouant le rôle d’une électrode de capacité variable C1, C1’ comme détaillé ci-après.
Bien sûr, les tiges O1, O2, ...Oi et N1, N2, ...Ni ou P1, P2...Pi, et Q1, Q2…Qi peuvent être inclinées selon un axe parallèle à une longueur ou à une largeur d’un enroulement E1, E2, E3 rectangulaire de l’antenne NFC A1, lesdites tiges peuvent être de largeur différente entre elles, et/ou de géométrie différente entre elles, et/ou avec des écartements de largeur différente entre elles. L’invention réside principalement dans l’ajout de deux surfaces en métal conducteur, par exemple en cuivre connectées en parallèle avec l’antenne NFC A1 afin de créer deux capacités variables C1, C1’ additionnelles dans le circuit.
Le forme de peigne est une forme préférentielle qui évite la circulation des courants de foucault dans les surfaces conductrices et permet une détection plus précise et plus fiable.
Comme il sera détaillé plus bas, il est important que les capacités variables C1, C1’ ainsi ajoutées soient de valeurs différentes et de sensibilités différentes entre elles. Par conséquent les ensembles de tiges G1, G2 ne sont pas identiques entre eux.
On entend par sensibilité, la variation de capacité engendrée à l’approche d’une main pour une distance donnée. C’est une caractéristique intrinsèque d’une électrode, connue de l’homme du métier.
Dans un deuxième mode de réalisation du dispositif de détection D selon l’invention, et illustré à la , mais qui est nullement limitatif, le ou les enroulement(s) E1’, E2’, E3’ délimite(nt) un périmètre à l’intérieur duquel ladite antenne NFC A1’ se prolonge de manière continue sous forme d’au moins deux ensembles G1’, G2’ de tiges en forme de peigne, dans cet exemple, deux sous-groupes de tiges O1’, O2’, O3’...Oi’, et N1’, N2’, N3’..Ni’ pour le premier ensemble G1, et deux sous-groupes de tiges P1’, P2’..Pi’, et Q1’, Q2’..Qi’ pour le deuxième ensemble de tiges G2, chacun des sous-groupes étant en forme de peigne, comme illustré à la .
A la , selon ce deuxième mode de réalisation de l’invention, à l’intérieur d’un périmètre rectangulaire défini par les enroulements E1’ E2’, E3’ de l’antenne NFC A1’ ; l’antenne NFC A1’ comprend deux ensembles de tiges G1’, G2’ comportant chacun deux sous-groupes de tiges respectivement O1’, O2’...Oi’ ; et N1’, N2’, N3’…Ni’ et P1 P2...Pi et Q1’, Q2’…Qi’ ressemblant chacun à un peigne. Les deux sous-groupes du premier ensemble G’1 soit O1’, O2’ ...Oi’ ; et N1’, N2’, N3’...Ni’ sont parallèles à une longueur du périmètre et les deux sous-groupes du deuxième ensemble G2’, soit P1’, P2’…Pi ‘et Q1’, Q2’…Q’i sont perpendiculaires à ladite longueur du périmètre. Chaque tige d’un sous-groupe du premier ensemble G1 : O1’, O2’, ...Oi’ ; ou du deuxième ensemble G2 : P1’, P2.’…Pi’ est intercalée avec une tige de l’autre sous-groupe appartenant au même ensemble, respectivement N1’, N2’, N3’...Ni’ et Q1’, Q2’...Qi’.
Bien sûr, les ensembles peuvent être disposés de manière identique, avec des tiges perpendiculaires ou parallèles à la longueur du périmètre, cependant les capacités variables C1, C1’ et les sensibilités capacitives des ensembles d’électrode qui sont générées doivent être différents entre elles. Par conséquent, les ensembles G1, G2 doivent différer dans la géométrie des tiges et/ou dans la quantité de surface de cuivre.
A la est illustré un mode préférentiel de réalisation de l’invention, dans lequel les deux sous-groupes des deux ensembles G1, G2 contiennent chacun cinq tiges O1’, O2’, ... et N1’, N2’…, P1’, P2’…et Q1’, Q2’..parallèles entres elles et reliées en parallèle à l’antenne NFC A1 au niveau de deux connexions J1’, J2’ dont une connexion J2’ est reliée la masse. Les tiges O1’, O2’, O3’ sont reliées entre elles et reliées au point de jonction J1’, et les tiges N1’, N2’ sont reliées entre elles et reliées au point de jonction J2’. Les tiges P1’, P2’...Pi sont reliées entre elles et sont connectées au point de jonction J1’, et les tiges Q1’, Q2’, sont reliées entre elles également mais connectées au point de jonction J2’.
Il est à noter que les ensembles constitues de ces électrodes en forme de peigne ne sont pas obligatoirement reliés à la masse. La demanderesse a constaté que l’invention fonctionnait également avec des capacités flottantes, c’est-à-dire des ensembles de tiges non reliés à la masse mais connectés en parallèle à l’antenne NFC A1.
A la , l’antenne NFC A1 est reliée à la masse sur un de ses côtés, par exemple aux points J2, J2’ comme illustrée aux figures 1 et 4.
De même dans ce deuxième mode de réalisation, les deux ensembles de tiges G1’, G2’ constituent chacun une surface conductrice jouant le rôle d’une capacité variable C1, C1’.
Afin de détecter le mouvement d’une main M d’un utilisateur en face du dispositif D, le dispositif de détection D comprend comme déjà mentionné en outre des moyens de mesure M2 sont aptes à mesurer une variation d’impédance ou une variation de fréquence de résonance de ladite antenne NFC A1.
Les moyens de mesure M2 sont illustrés à la . Lesdits moyens de mesure M2 comprennent : une source de tension Vc, un pilote NFC de communication en champ proche (appelé « driver » NFC en anglais) M1 relié à un microcontrôleur µ puis un circuit d’adaptation M3 comprenant au moins un filtre EMC (« Electromagnetic Compatibiliy » en anglais ou de compatibilité électromagnétique) et des moyens d’ajustement d’impédance et de fréquence de l’antenne couplée NFC A1 sous la forme de deux capacités C3 et C4 qui sont reliées à la deuxième antenne A2. Les moyens de mesure M2 comprennent également un circuit récepteur Rx dédié à la réception des données en provenance de l’antenne NFC A1. Les deux capacités C3 et C4 sont des capacités d’adaptation permettant de créer une résonance série dans le circuit des moyens de mesure M2 et plus particulièrement pour la deuxième antenne A2, en baissant son impédance à la fréquence de résonance souhaitée. Ainsi, par couplage électromagnétique entre l’antenne NFC A1 et la deuxième antenne A2, toute variation de la fréquence de résonance parallèle et/ou d’impédance du circuit constitué de l’antenne NFC A1 et des électrodes de capacité variable C1 et C1’ peut être mesurée par les moyens de mesure M2.
Lesdits moyens de mesure M2 sont disjoints et déconnectés de l’antenne de communication A1 NFC. L’antenne de communication NFC A1 et la deuxième antenne A2 sont placées en vis-à-vis de sorte à créer un couplage électromagnétique entre les deux antennes A1, A2. Les moyens de mesure M2 ayant une fréquence de résonance série sensiblement égale à la fréquence de résonance F de l’antenne de communication A1 NFC, toute variation d’impédance ou de fréquence de résonance de l’antenne de communication NFC A1 causée par:
  1. Soit la variation de capacité engendrée par le mouvement d’une main M d’un utilisateur devant un sous-ensemble d’électrodes G1 puis devant l’autre G2, dans un mouvement de balayage, de droite à gauche, gauche à droite, haut en bas ou bas en haut selon la disposition des sous-ensembles situés frontalement en face de l’utilisateur,
  2. soit la variation d’impédance Z générée par l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 vers le dispositif détection D,
est transmise à la deuxième antenne A2 par couplage électromagnétique.
Les moyens de mesure M2 de variation d’impédance Z ou de variation de fréquence de résonance comprennent par exemple des moyens logiciels compris dans un pilote NFC M1 et mesurent toute variation de la phase, du courant ou de la tension de la deuxième antenne A2 induite par la variation d’impédance ou de fréquence de résonance l’antenne NFC A1. Plus précisément, tout changement d’impédance ou de fréquence de résonance de l’antenne NFC A1 ou d’un paramètre caractéristique de la fréquence de résonance dû à l’approche d’un équipement portable 200 ou lors du mouvement d’une main M d’un utilisateur devant consécutivement chacun des deux sous-ensembles d’électrodes G1, G2 se répercute sur la deuxième antenne A2 et est mesuré par les moyens de mesure M2.
L’antenne de communication A1 NFC ainsi modifiée par rapport à l’art antérieur, grâce aux deux ensembles G1, G2 de tiges en métal conducteur présente deux capacités variables C1, C1’ nettement supérieure à la capacité résiduelle parasite intrinsèque de l’antenne NFC de l’art antérieur qui la rend sensible entre autres au mouvement d’une main M, comme il sera détaillé ici plus bas, mais aussi à l’approche de tout objet.
Lesdites capacités variables C1, C1’ ainsi générées sont alors mesurables par l’intermédiaire de la mesure de la variation d’impédance Z du circuit des moyens de mesure M2 et permettent de détecter le mouvement d’un membre du corps de l’utilisateur, par exemple le mouvement d ’une main M de l’utilisateur qui passe successivement devant un premier ensemble G1 de tiges puis devant le deuxième ensemble G2 de tige, tout en étant suffisamment proche des deux ensembles afin de créer une variation de capacité des deux ensembles d’électrodes G1, G2.
Ainsi, l’antenne NFC A1 selon l’invention est apte à générer deux variations de capacité de valeurs différentes entres elles, une première variation de capacité C1 lors du mouvement d’un membre d’un utilisateur devant le premier ensemble G1 puis une autre variation de capacité C1’ lors du mouvement consécutif du membre devant le deuxième ensemble G2, les deux variations de capacités C1, C1’ étant mesurables par l’intermédiaire de la mesure des deux variations d’impédance qui en découlent, réalisée par les moyens de mesure M2 qui sont adaptés pour résonner à la même fréquence de résonance que ladite antenne NFC A1.
A la est représenté schématiquement le circuit électrique équivalent de l’antenne NFC A1 ainsi modifiée. Le circuit est un circuit RLC « Résistance, inductance et capacité « constitué d’une première branche comprenant une résistance R1 qui représente les pertes de l’antenne NFC A1 connectée à une inductance L1 (représentant l’antenne NFC A1) d’une deuxième branche comprenant une première capacité C1 représentant la capacité variable de l’électrode constitué par le premier ensemble de tiges G1, et une deuxième capacité variable C1’ représentant la capacité variable de l’électrode constituée par le deuxième ensemble de tiges G2. Une troisième branche optionnelle comprenant une capacité d’ajustement C2 a été ajoutée, les quatre branches étant connectées en parallèle entre elles. Les capacités variables C1, C1’ sont générées grâce aux électrodes connectées en parallèle à l’antenne NFC A1 et réalisées sous la forme d’ensembles G1, G2 de tiges en métal conducteur de l’antenne NFC A1 modifiée. Les valeurs de l’inductance L1 et des capacités C1, C1’ sont adaptées pour que le circuit constitué de L1, de C1, et de C1’ (et de C2 le cas échéant) résonne à la résonance parallèle de 13,56 MHz.
Le circuit RLC ainsi formé est sensible non seulement à l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 mais aussi à l’approche et au mouvement d’un membre du corps de l’utilisateur, par exemple sa main M.
En effet, lors de l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200, un couplage inductif (entre l’antenne NFC de l’équipement portable d’utilisateur 200 et l’antenne NFC A1 du dispositif de détection D) et un couplage capacitif se créent entre le dit équipement 200 et le dispositif de détection D faisant varier la valeur de chacun des trois paramètres, c’est à dire la valeur de la résistance R1, la valeur des capacités variables C1, C1’ et la valeur de l’inductance L1.
La variation de ces paramètres R1, L1, C1, C1’ induit un changement notable de l’impédance Z de l’antenne NFC A1 et/ou de sa fréquence de résonance, c’est-à-dire un « mismatching » en anglais ou désadaptation en français, qui est transmise à la deuxième antenne A2 par couplage électromagnétique puis mesurée par les moyens de mesure M2.
Le mouvement d’une main M consécutivement devant le premier ensemble G1 puis devant le deuxième ensemble G2 crée d’abord une variation de la première capacité variable C1 puis une variation de la deuxième capacité variable C1’.
Les variations de capacité C1, C1’ se traduisent par des variations d’impédance Z de l’antenne NFC A1 qui sont mesurées par le circuit de mesure M2.
Ceci est illustré à la , qui représente l’impédance Z de l’antenne NFC A1 selon le temps t, mesurée par les moyens de mesure M2.
Lors d’une phase initiale t0, lorsqu’aucun équipement portable 200 ou aucune main M se ne trouve à proximité du dispositif de détection D, l’impédance de l’antenne NFC A1 est à une valeur initiale Z0.
Le passage d’une main M de l’utilisateur devant le premier ensemble G1 génère une première variation d’impédance Z qui provient du couplage capacitif avec la première capacité variable C1, dans cet exemple la valeur de l’impédance baisse à une valeur Z1. Lorsque l’utilisateur, bouge sa main M dans un mouvement de balayage et la déplace pour la passer devant le deuxième ensemble G2, une deuxième variation d’impédance est créée, provenant cette fois ci du couplage capacitif avec la deuxième capacité variable C1’, l’impédance dans cet exemple augmente légèrement à une valeur Z1’.
Les valeurs d’impédance ne sont données ici qu’à titre d’exemple, elles dépendant bien sûr de la valeur des capacités variable C1, C1’ du fait des configurations géométriques des sous-ensembles G1, G2 d’électrodes choisies.
Une fois que la main M de l’utilisateur est passée devant le deuxième ensemble G2 et qu’elle s’éloigne du dispositif de détection D, l’impédance Z reprend sa valeur initiale Z0, qui est celle de la phase initiale t0.
A la , l’antenne NFC A1 est reliée en à une troisième antenne NFC A3. Cette troisième antenne NFC A3 est positionnée en vis-à-vis direct avec la deuxième antenne A2 (cf. ) et est préférentiellement de même taille que ladite deuxième antenne A2. Cette troisième antenne A3 est donc placée et dimensionnée de telle manière à augmenter l’efficacité de couplage électromagnétique entre l’antenne NFC A1et l’antenne A2. Cette troisième antenne A3, qui est optionnelle joue le rôle d’antenne relais entre l’antenne NFC A1 et la deuxième antenne A2 et transmet ainsi à la deuxième antenne A2 tout variation de fréquence et/ou d’impédance de l’antenne NFC A1.
Cette troisième antenne NFC A3 peut s’avérer nécessaire quand la taille et/ou la position de l’antenne NFC A1 ne permet pas de la positionner en vis-à-vis de la deuxième antenne A2 et ne permet pas un couplage électromagnétique efficace entre les deux antennes. L’ajout de cette troisième antenne NFC A3 permet alors un couplage plus efficace. Bien sûr, cette troisième antenne NFC A3 peut être connectée en série avec l’antenne NFC A1.
A la est représenté une poignée P de portière de véhicule V comprenant le dispositif de détection D selon l’invention. L’antenne NFC A1 modifié selon l’invention est située préférentiellement sur une surface interne de la poignée et les moyens de mesure M2 sont situés sur un circuit imprimé 100 compris dans la poignée P, les deux antennes, l’antenne de communication A1 et la deuxième antenne A2 étant préférentiellement situées en vis-à-vis afin de créer un couplage électromagnétique le plus efficace possible. Si le couplage n’est pas optimum, on place la troisième antenne A3 en face de la deuxième antenne.
L’antenne de communication NFC A1 est réalisée préférentiellement en cuivre de manière à être flexible et peut facilement épouser la forme concave de la surface interne d’une poignée P de portière de véhicule V.
Il est aussi envisageable de disposer de part et d’autre d’un circuit imprimé flexible les éléments constitutifs de l’antenne NFC A1 modifiée, par exemple les tiges des sous-ensembles G1 et G2 d’électrode sont gravées sur un coté du circuit imprimé et les enroulements de l’antenne NFC A1 sont gravés sur l’autre côté du circuit imprimé. Des vias traversants sont alors réalisés entre les deux, à travers le matériau du circuit imprimé, pour connecter les tiges aux enroulements. Le circuit imprimé flexible est alors collé sur une surface interne de la poignée P de portière.
Le dispositif de détection D permet ainsi de détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 et le mouvement d’une main M à proximité de la poignée P afin de déverrouiller et verrouiller la portière par un mouvement de glissement de la main devant la poignée ou devant n’importe quelle autre partie de la carrosserie dans laquelle se trouve le dispositif de détection (par exemple un rétroviseur, ou un pilier de portière).
L’invention permet donc de manière ingénieuse par une modification de l’antenne de communication NFC de pouvoir réaliser non seulement la détection d’approche d’un équipement portable d’utilisateur mais aussi la détection de mouvement d’une main d’utilisateur par l’utilisation judicieuse de la capacité parasite de l’antenne, dont la valeur est variable est augmentée par la modification du tracé de l’antenne NFC comprenant des excroissances en forme de peigne générant ladite augmentation de capacité parasite. Cette invention est d’autant plus remarquable que la mesure d’impédance suffit à détecter le mouvement de la main et l’approche d’un équipement portable d’utilisateur, ce qui n’était pas possible dans l’art antérieur. De plus, la proximité de l’antenne de communication située à distance des moyens de mesure mais plus près de l’objet à détecter permet une détection plus fiable et un gain de place non négligeable car l’antenne de communication est déportée et non plus située sur le circuit imprimé.

Claims (13)

  1. Dispositif de détection (D) de mouvement d’un membre (M) du corps d’un utilisateur et/ou d’approche d’un équipement portable d’utilisateur (200), destiné à être embarqué dans un véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu’il comprend :
    1. une antenne de communication (A1) en champ proche configurée pour émettre et recevoir des signaux à une haute fréquence, de résonance sélectionnée entre 3 à 30 MHz, ladite antenne (A1) comprenant au moins un enroulement (E1, E2, E3) qui se prolonge de manière continue sous la forme d’au moins deux ensembles (G1, G2) de tiges (O1, O2..Oi, N1 ,N2…Ni, P1, P2..Pi, Q1, Q2..Qi) , un premier ensemble (G1) et un deuxième ensemble (G2) connectés en parallèle avec ladite antenne (A1), de telle sorte que lesdits deux ensembles présentent chacun une capacité variable et une sensibilité (C1, C1’) différentes, et que la dite antenne (A1) est apte à générer une variation d’impédance différente à l’approche d’un membre du corps d’un utilisateur vers le premier (G1) ou vers le deuxième ensemble (G2),
    2. des moyens de mesure (M2) par couplage électromagnétique avec ladite antenne, d’une variation d’impédance ou d’une variation de fréquence de résonance de ladite antenne (A1), les moyens de mesure présentant une fréquence de résonance série à la haute fréquence de résonance sélectionnée et étant aptes à détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur (200) ou le mouvement d’un membre (M) du corps de l’utilisateur réalisé consécutivement en face du premier (G1) puis en face du deuxième ensemble (G2) de tiges par la variation d’impédance générée.
  2. Dispositif de détection (D) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits ensembles de tiges comprennent chacun deux sous-groupes de tiges reliées entre elles et en forme de peigne.
  3. Dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enroulement (E1, E2, E3) délimite un périmètre à l’intérieur duquel ladite antenne (A1) se prolonge de manière continue sous la forme d’au moins deux ensembles de tiges (G1, G2) chacun comprenant deux sous-groupes de tiges (O1, O2…Oi, N1, N2…Ni) reliées entre elles, chacun en forme de peigne.
  4. Dispositif de détection (D) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le périmètre étant rectangulaire, les tiges (O1, O2...Oi, N1, N2…Ni, P1, P2...Pi, Q1, Q2…Qi) d’un même ensemble se présentent sous forme de pistes en métal conducteur perpendiculaires à une longueur ou à une largeur du périmètre.
  5. Dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tiges (O1, O2...Oi, N1, N2…Ni) d’un même sous-groupe d’un ensemble (G2, G2) sont identiques entre elles.
  6. Dispositif de détection (D), selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les tiges de deux sous-groupes d’un même ensemble s’intercalent entre elle.
  7. Dispositif de détection selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux ensembles de tiges (G1, G2) diffèrent entre eux par une forme, et/ou une largeur, et/ou une longueur et/ou une épaisseur des tiges.
  8. Dispositif de détection (D), selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure (M2) comprennent une deuxième antenne (A2) couplée électromagnétiquement à l’antenne de communication (A1).
  9. Dispositif de détection (D), selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une troisième antenne (A3) connectée en série à l’antenne de communication (A1) et placée en vis-à-vis direct de la deuxième antenne (A2).
  10. Poignée (P) de portière de véhicule (V) caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. Rétroviseur de véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  12. Portière de véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu’elle comprend un dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  13. Véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de détection (D) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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