WO2004085970A2 - Detection de presence par capteur capacitif - Google Patents

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WO2004085970A2
WO2004085970A2 PCT/EP2004/050346 EP2004050346W WO2004085970A2 WO 2004085970 A2 WO2004085970 A2 WO 2004085970A2 EP 2004050346 W EP2004050346 W EP 2004050346W WO 2004085970 A2 WO2004085970 A2 WO 2004085970A2
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charge
charging
cxi
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Inventor
Ciprian Musat
Xavier Hourne
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Valeo Securite Habitacle
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05B—LOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B81/00—Power-actuated vehicle locks
    • E05B81/54—Electrical circuits
    • E05B81/64—Monitoring or sensing, e.g. by using switches or sensors
    • E05B81/76—Detection of handle operation; Detection of a user approaching a handle; Electrical switching actions performed by door handles
    • E05B81/78—Detection of handle operation; Detection of a user approaching a handle; Electrical switching actions performed by door handles as part of a hands-free locking or unlocking operation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

Definitions

  • the present invention relates to the presence detection using a capacitive sensor.
  • a field of application more particularly concerned with the present invention is that of motor vehicles, the capacitive sensor forming part of a so-called hands-free system securing access to a motor vehicle, in which a user authorized to access to the vehicle is authenticated by the exchange of radio frequency signals between an identification device located at the level of the vehicle, and a portable identifier kept by the user.
  • This exchange generally consists of an interrogation signal sent by the identification equipment, to which the identifier will respond with a response signal containing identification data.
  • the identification equipment can subsequently compare these identification data with its own data, and. whether to authorize unlocking or even automatic opening of the opening, depending on the result of the comparison.
  • the interrogation signal is transmitted at low frequency, typically at 125 KHz.
  • this interrogation signal is transmitted at a higher frequency, typically of the order of 433 MHz.
  • the response signal is generally transmitted at a frequency also around 433 MHz.
  • the sensor in which we are more specifically interested in the following is a capacitive sensor, that is to say of the type comprising two electrodes coupled together so as to
  • the object of the present invention is to propose a method for measuring variation in alternative capacity based on the charging phase of the capacitor, the variation in capacity of which must be determined.
  • the present invention relates to a capacitive type presence sensor, comprising at least one detection electrode forming part of a capacitor whose capacity is likely to vary when approaching an object or d '' a body part of a user, and a unit for charging the capacitor applying charge cycles to said capacitor, characterized in that it further comprises means for measuring a quantity, the variation of which reflects a variation of the current of charge of the capacitor and, connected to these measuring means, an operating unit of this quantity to determine from the variation of said quantity between successive cycles of charge of the capacitor a variation of said capacitance of the capacitor following an approach of an object or part of a user's body.
  • the sensor according to the invention may also include one or more of the following characteristics:
  • said measuring means comprise a pulse transformer having a primary winding disposed between the charging unit and the capacitor and a secondary winding for delivering a voltage proportional to the charging current of the capacitor,
  • said measuring means comprise a circuit for rectifying said voltage at the output of the secondary winding
  • said measuring means comprise a storage capacity connected to the output of the rectification circuit
  • the rectification circuit comprises at least one component, preferably a diode, to prevent the immediate discharge of the storage capacity during a charge cycle,
  • the capacitor charging unit is produced so as to deliver a voltage of rectangular shape
  • the capacitor charging unit is a clock delivering voltage pulses whose duration and amplitude are chosen so that a
  • the number of leads for charging said storage capacitor is between 500 and 1500
  • said quantity is the number of charge cells necessary for the voltage across the storage capacitor to reach a predefined value
  • said quantity is the voltage measured across the storage capacitor after a number of predefined charge sockets
  • the operating unit comprises means for comparing said quantity with a reference value, these comparison means delivering a signal characteristic of an approach to an object or a body part of a user when the difference between said quantity and the reference value exceeds a predetermined threshold,
  • the reference value is a moving average of said magnitude over a predetermined number of charge cycles
  • the operating unit includes a digital processing module with a microprocessor or microcontroller,
  • the capacitor capacity is chosen so that it is less than half of a parasitic capacitance due to the environment
  • the sensor is part of a hands-free system securing access to a motor vehicle, said sensor delivering a signal characteristic of an approach to an object or part of a user's body with a view to launching a user identification phase,
  • Said sensor is part of a sash motorization system, said sensor delivering a signal characteristic of an approach to an object or a body part of a user in order to move the sash to a position closed or open depending on its initial position,
  • the sensor constitutes an approach sensor, detecting the presence without the need for contact
  • the presence sensor constitutes a touch sensor.
  • the sensor according to the invention comprises:
  • first selection means for selecting one of said charge units to apply charge cycles to one of said capacitors
  • Said sensor comprising means for measuring a quantity proportional to the charging current of said first capacitor or of said second capacitor, said measuring means comprising a pulse transformer comprising:
  • a primary winding having a first terminal and a second terminal having two configurations: a first configuration when said first charging unit is selected, said first terminal being connected to said first charging unit and said second terminal being connected to said first capacitor, a second configuration when said second charging unit is selected, said first terminal being connected to said second capacitor and said second terminal being connected to said second charging unit,
  • a secondary winding for delivering a voltage proportional to the charging current of said first capacitor when said first charging unit is selected and to the charging current of said second capacitor when said second charging unit is selected.
  • Such a solution makes it possible to use only one transformer for a sensor carrying out two capacitive detections, for example of the “approach” and “tactile” type.
  • Such a sensor has advantages of cost and size compared to a solution using a transformer for each type of detection.
  • said first and said second load unit are each made so as to deliver voltage pulses, the energy being transmitted from said first winding to said second winding from the rising edges of the pulses of a charge cycle of said first capacitor and from the falling edges of pulses of a charge cycle of said second capacitor.
  • the senor according to the invention comprises:
  • first selection means for selecting one of said charge units to apply charge cycles to one of said capacitors
  • said measuring means comprising:
  • a pulse transformer comprising: a primary winding disposed between said first charge unit and said first capacitor, a secondary winding disposed between said second charge unit and said second capacitor,
  • said sensor further comprising: • .. ' : • /.,. , '
  • each of said measuring means comprises: a circuit for rectifying the voltage at the output of one of said primary or secondary windings,
  • said rectifying circuit comprises a diode-type component to prevent the immediate discharge of said storage capacity during a charging cycle, each of said first and second measuring means further comprising means controlled for connect one of the terminals of said component to a constant potential.
  • the invention also relates to a door handle for a motor vehicle, characterized in that it incorporates a presence sensor according to the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a sensor according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 a diagram to illustrate the operating principle of the sensor of FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a diagram to illustrate the operation of the sensor of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a block diagram of a sensor according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a sensor according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is shown a block diagram of a presence sensor 1 of
  • Such a sensor. presence 1 can be integrated into a handle, behind an ornamental object of the vehicle such as the logo or at the level of the control panel of a motor vehicle and is essentially used to detect the intention of a user to trigger an operation of '' an electronic module / system of the vehicle.
  • a system can for example be a hands-free system securing access to the vehicle.
  • the sensor delivers on approaching an object or a body part of the user such as the hand a characteristic signal S for for example launching an identification of a user by exchange of signals radio frequencies or to trigger a total or partial closure of the vehicle.
  • such a sensor is part of a motorized system of an opening such as a trunk, a tailgate or a sliding or pivoting side door.
  • the characteristic signal S c triggers either the opening of the lock of the opening in question and the activation of a motor to move the opening from the closed position to the open position, or the activation of a motor to move the door from the open position to the closed position and locking the door lock in question.
  • the senor 1 can also function as an approach sensor, detecting the presence without the need for contact, or with reduced sensitivity such as a touch sensor.
  • the senor 1 comprises at least one electrode 3 for detecting a capacitor 5 of capacitance C, intended to be integrated in an element, for example a handle (not shown).
  • the capacitor will preferably have a capacity
  • the other electrode 7 of the capacitor is connected to ground and can be formed either by the object or the body part of the user or by another physical electrode also integrated in the handle so that the object or the user's hand cuts the field lines between the two electrodes 3 and 7.
  • the capacitance of the capacitor 5 is chosen so that it is less than half of a parasitic capacitance due to the environment.
  • the capacitance C of the capacitor 5 which is liable to vary when approaching an object or a body part of a user.
  • ⁇ C the value of which can be between 1/50 to 1/200, or even
  • the senor 1 comprises a unit 9 for charging the capacitor 5.
  • this unit 9 is a clock which delivers, during a charge cycle, a train of voltage pulses of rectangular shape.
  • the number of wells per charge cycle is between 50 and 5000 wells, preferably between 500 and 1500. To have good sensitivity, it can be established as a rule of thumb that
  • K is a constant between 5 and 20, preferably 10.
  • K is a constant between 5 and 20, preferably 10.
  • the measuring principle of the sensor according to the invention lies in the fact that the charging current I of the capacitor 5, in particular the peak of this charging current or the amount of charging current, is proportional to the capacity C of the capacitor 5 which therefore makes it possible to measure a variation in capacity.
  • the charging unit 9 delivers as the charging well of the capacitor 5 a rectangular signal of sufficient duration for the capacitor C to almost reach a
  • the sensor 1 comprises measuring means 11 of a quantity, the variation of which reflects a variation of the charging current of the capacitor 5 and, connected to these measuring means 5, a unit of exploitation 13 of this quantity to determine from the variation of said quantity between successive charge cycles of the capacitor a variation ⁇ C of said capacitance of the capacitor 5 following an approach of an object or a body part of a user.
  • the measuring means 11 comprise a pulse transformer 15 having a primary winding 17 disposed between the charging unit 9 and the capacitor 5 as well as a secondary winding 19 for delivering a voltage proportional to the current charging capacitor 5.
  • the output of the rectifying circuit 21 is connected to a storage capacitor
  • the rectifying circuit 21 comprises at least one component, preferably a diode 25 which is blocked.
  • the operating unit 13 has at least one, preferably two inputs, a first input connected to the storage capacitor 23 so as to be able to receive a signal representative of the voltage U of the capacitor 23 and a second input connected to the charging unit 9 in order to be able to count the number of pulses delivered by this unit 9.
  • the input receiving the voltage U is connected to a first input of a comparison unit 27, the second input of this unit 27 being connected to a component 29 delivering a signal representative of a reference voltage U.
  • the output of the comparison unit 27 is connected to a controller 31. This controller
  • 31 also includes memories (not shown) for storing results of previous cycles and for determining a variation with respect to these past charge cycles. Such a variation being considered as a variation ⁇ C of the capacitance of the capacitor 5.
  • the controller 31 is also connected to the charging unit 9 so as to count the number of pulses delivered per cycle on the one hand and interrupt the cycle as a function of the signal on the other hand issued by the unit of
  • the operating unit 13 comprises a digital processing module with a microprocessor or microcontroller to perform these operations.
  • the operating unit 13 finally includes an output 33 delivering the signal Se.
  • the charging unit of the capacitor is a clock made so as to deliver voltage wells, the duration and amplitude of which are chosen so that a voltage well charges the capacitor 5 and a charging cycle necessary to charge said storage capacitor 23 to a predetermined voltage level comprises a number of leads between 50 and 5000 leads, preferably between 500 and 1500. It is understood that the capacity of the storage capacitor 23 is much greater than that of the capacitor 5.
  • the charging unit 9 delivers, during a charging cycle, a train of voltage pulses of rectangular shape to charge the capacitor 5 at each pulse.
  • the unit 27 compares the voltage U with
  • the unit 31 compares the number of pulses obtained with those of the preceding cycles and delivers the characteristic signal S when a significant variation is observed between at least two charge cycles.
  • the quantity measured is the number of pulses or the voltage U at the terminals
  • a floating average is applied over a predetermined number of charge cycles as a comparison reference to overcome the drift phenomena of the circuit due to external influences.
  • This operating mode is preferred, in particular for an application in which the detection surface of the sensor is exposed to the weather or the paint on the handle is conductive because it makes it possible to better overcome the problems associated with parasitic capacity. tending to uncontrollably widen the detection area.
  • a pulse / clock charge unit the charge of the “parasitic capacitor” is limited and the detection zone remains well defined, since the charges remain better confined at the level of the detection electrode 3.
  • the sensor according to the invention allows simple, effective and inexpensive capacitive detection.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a presence sensor 10 of the capacitive type according to a second embodiment of the invention.
  • This sensor 10 makes it possible to operate both as an approach sensor, detecting the presence without the need for contact, and as a touch sensor with a reduced sensitivity.
  • the sensor 10 comprises two electrodes E1 and E2 for the respective detection of two capacitors Cxi and Cx2. These two electrodes are intended to allow the two types of detection, for example of the “approach” and “tactile” type.
  • each of the capacitors Cxi and Cx2 is connected to ground and can be formed either by the object or the body part of the user or by another physical electrode also integrated in the handle so that the object or the user's hand cuts the field lines between the two electrodes.
  • the sensor 10 further comprises:
  • a first and a second charge unit Genl and Gen2 adapted respectively to apply charge cycles to the capacitors Cxi and Cx2,
  • first selection means such as switches Sw3 and Sw6 respectively in series with the first and second load units Genl and Gen2 to select one of said load units Genl or Gen2 in order to apply charge cycles to the 'one of the capacitors Cxi or Cx2,
  • Txl pulse transformer comprising:
  • a first rectifying circuit D2 such as a diode, of the voltage at the output of the primary winding
  • a second rectification circuit Dl such as a diode, of the voltage at the output of the secondary winding
  • first means Sw1 such as a switch in parallel on the storage capacity Cs2, for discharging the storage capacity Cs2,
  • first controlled means Sw2 such as a switch connected between the output of the first rectifying circuit D2 and a generator of constant voltage Vcc,
  • - second controlled means Sw8 such as a switch connected between the output of the second rectification circuit Dl and the constant voltage generator Vcc.
  • each of the Genl and Ge ⁇ 2 charge units respectively delivers a rectangular signal of amplitude Vcc and of a duration sufficient for the capacitor Cxi or the capacitor Cx2 to almost reach an electrostatic equilibrium.
  • Each of the channels goes through a circuit reset phase, that is to say
  • the switch Sw2 (resp. Sw8) makes it possible to force the cathode of the diode D2 (resp. Dl) to a potential Vcc during the acquisition channel 1 (resp. Channel 2) so that the diode D2 (resp. Dl) does not pass during charging of the Genl charging unit (resp. Gen2).
  • the switch Sw5 makes it possible to connect the secondary winding (resp. Primary) to the ground during the acquisition of channel 1 (resp. Channel 2) to allow the secondary winding ( resp. primary) to supply a voltage proportional to the charging current of the capacitor Cxi (resp. Cx2) when the charging unit Genl (resp. Gen2) is selected.
  • the switch Sw7 (resp. Swl) makes it possible to discharge the storage capacity Csl (resp. Cs2) during the reset phase of channel 1 (resp. Channel 2).
  • This operating unit to determine, from the variation in the number of pulses for loading one storage capacitors Csl or Cs2, a corresponding variation ⁇ Cxl or ⁇ Cx2, for example comprises a digital processing module with a microcontroller. This micro-
  • controller can integrate switches Swl to Sw8.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a presence sensor 100 of the capacitive type according to a third embodiment of the invention.
  • This sensor 100 makes it possible to operate both as an approach sensor, detecting the presence without the need for contact, and as a touch sensor with a reduced sensitivity.
  • the sensor 100 includes two electrodes E1 'and E2' for respective detection of
  • each of the capacitors Cxi 'and Cx2' is connected to ground and can be constituted either by the object or the body part of the user or by another physical electrode also integrated in the handle so that the object or the user's hand cuts the field lines between the two electrodes.
  • the sensor 100 further comprises:
  • first selection means such as switches Swl 'and Sw2' respectively in series with the first and second load units Genl 'and Gen2' to select one of said load units Genl 'or Gen2' in order to apply charge cycles at one of the capacitors with capacity Cxi 'or Cx2',
  • Txl 'pulse transformer comprising:
  • the load unit Genl '(resp. Gen2') and the switch Swl '(resp. Sw2') are in series between earth and terminal B 1 (resp. B2) of the primary winding and are mounted in parallel on the capacity Cx2 '(resp. Cxi').
  • the sensor 100 also includes:
  • a rectification circuit D ' such as a diode, of the voltage at the output of the primary winding
  • Means Sw3 ' such as a switch in parallel on the storage capacity Cs', for discharging the storage capacity Cs'.
  • each of the charging units Gen1 'and Gen2' respectively delivers a rectangular signal and of a duration sufficient for the capacitor Cx 'to almost reach an electrostatic equilibrium. Note that unlike the sensor 10 in Figure 4, the sensor 100 uses only one storage capacity Cs'.
  • the detection channel 2 making it possible to detect a variation ⁇ Cx2 of the capacity Cx2 '.
  • Each of the channels goes through a phase of reinitialization of the circuit, that is to say of discharge of the capacitor Cs 'initially charged, and an acquisition phase for charging the capacitor Cs'.
  • the reset phase is the same for channel 1 and channel 2 insofar as only one storage capacity Cs' is used.
  • Cs' a corresponding variation ⁇ Cxl 'or ⁇ Cx2', for example comprises a digital processing module with a microcontroller.
  • This microcontroller can integrate the switches Swl 'to Sw3'.

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet un capteur de présence (1) de type capacitif, comprenant au moins une électrode (3) de détection faisant partie d'un condensateur (5) dont la capacité (Cx) est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, et une unité de charge (9) du condensateur appliquant des cycles de charge audit condensateur (5). Le capteur comprend en outre des moyens de mesure (11) d'une grandeur dont la variation reflète une variation du courant de charge du condensateur (5) et, relié à ces moyens de mesure (5), une unité d'exploitation (13) de cette grandeur pour déterminer à partir de la variation de ladite grandeur entre des cycles successifs de charge du condensateur une variation de ladite capacité du condensateur (5) suite à une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.

Description

j)Û@IÈ.
©ETECTIKM KE PMESENCE PAIS CAPTEÏJE CAPACITIF
[001] La présente invention est relative à la détection de présence utilisant un capteur capacitif.
[002] Un domaine d' application plus particulièrement concerné par la présente invention est celui des véhicules automobiles, le capteur capacitif faisant partie d'un système dit mains-libres sécurisant l'accès à un véhicule automobile, dans lequel un utilisateur autorisé à accéder au véhicule est authentifié grâce à l'échange de signaux radio- fréquences entre un équipement d'identification situé au niveau du véhicule, et un identifiant portatif conservé par l'utilisateur.
[003] Cet échange consiste généralement en un signal d'interrogation émis par l'équipement d'identification, auquel l'identifiant va répondre avec un signal de réponse contenant des données d'identification. L'équipement d'identification pourra par la suite comparer ces données d'identification avec ses propres données, et . autoriser ou non la décondamnation, voire l'ouverture automatique de l'ouvrant, en fonction du résultat de la comparaison. Dans certains systèmes mains-libres connus, le signal d'interrogation est émis en basse fréquence, typiquement à 125 KHz. Dans d'autres systèmes, ce signal d'interrogation est émis à une fréquence plus élevée, typiquement de l'ordre de 433 MHz. Dans les deux types de système, le signal de réponse est généralement émis à une fréquence située également aux alentours de 433 MHz.
[004] Pour des raisons tenant notamment à la pollution électromagnétique ainsi qu' à la consommation d'énergie que cela représenterait alors que le véhicule est à l'arrêt, il n'est pas possible d'envisager de laisser l'équipement d'identification émettre en permanence, ni même de façon cyclique, un signal d'interrogation à destination d'identifiants susceptibles de se trouver à proximité du véhicule automobile. C'est pourquoi l'échange de signaux électromagnétiques n'est généralement initié que suite à l'actionnement par l'utilisateur d'un moyen de détection de présence situé au voisinage de l'ouvrant, par exemple au niveau de la poignée de l'ouvrant. Différents types de moyens de détection de présence sont connus qui vont du bouton mécanique fonctionnant comme un interrupteur, aux capteurs de type tactile ou encore optique qui détectent la coupure d'un faisceau optique par la main de l'utilisateur.
[005] En variante, il est connu également d'utiliser un capteur dit d' approche, qui détecte la présence de la main d'un utilisateur au voisinage de l'ouvrant, de manière à déclencher au plus tôt la phase d'authentification.
[006] Le capteur auquel on s'intéresse plus précisément dans la suite est un capteur capacitif, soit du type comportant deux électrodes couplées entre elles de manière à
former un condensateur dont la capacité varie lorsqu'une main d'un utilisateur s'approche, soit du type comportant une seule électrode, l'autre électrode étant formée par la main de l'utilisateur, le principe de détection étant également fondé sur la mesure de variation de capacité du condensateur ainsi formé.
[007] Pour mesurer les variations de capacité d'un capteur capacitif, plusieurs méthodes ont déjà été proposées, comme par exemple la méthode décrite dans le document US 4, 743, 837 qui préconise un cycle périodique de charge et de décharge du condensateur dont on veut mesurer la capacité dans un condensateur de stockage de valeur connue.
[008] La présente invention a pour but de proposer une méthode de mesure de variation de capacité alternative basée sur la phase de charge du condensateur dont la variation de capacité doit être déterminée.
[009] Plus précisément, la présente invention a pour objet un capteur de présence de type capacitif, comprenant au moins une électrode de détection faisant partie d'un condensateur dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, et une unité de charge du condensateur appliquant des cycles de charge audit condensateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure d'une grandeur dont la variation reflète une variation du courant de charge du condensateur et, relié à ces moyens de mesure, une unité d'exploitation de cette grandeur pour déterminer à partir de la variation de ladite grandeur entre des cycles successifs de charge du condensateur une variation de ladite capacité du condensateur suite à une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[010] Le capteur selon l'invention peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- lesdits moyens de mesure comprennent un transformateur d'impulsions présentant un enroulement primaire disposé entre l'unité de charge et le condensateur et un enroulement secondaire pour délivrer une tension proportionnelle au courant de charge du condensateur,
- lesdits moyens de mesure comprennent un circuit de redressement de ladite tension en sortie de l'enroulement secondaire,
- lesdits moyens de mesure comprennent une capacité de stockage raccordée à la sortie du circuit de redressement,
- le circuit de redressement comprend au moins un composant, de préférence une diode, pour empêcher la décharge immédiate de la capacité de stockage lors d'un cycle de charge,
- l'unité de charge du condensateur est réalisée de manière à délivrer une tension de forme rectangulaire,
- l'unité de charge du condensateur est une horloge délivrant des puises de tension dont la durée et l'amplitude sont choisies de manière qu'un puise de
tension charge le condensateur et qu'un cycle de charge, nécessaire pour charger ledit condensateur de stockage à un niveau de tension prédéterminé comprend un nombre de puises compris entre 50 et 5000 puises,
- le nombre de puises pour charger ledit condensateur de stockage est compris entre 500 et 1500,
- ladite grandeur est le nombre de puises de charge nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur de stockage atteigne une valeur prédéfinie,
- ladite grandeur est la tension mesurée aux bornes du condensateur de stockage après un nombre de puises de charge prédéfinis,
- l'unité d'exploitation comprend des moyens de comparaison de ladite grandeur avec une valeur de référence, ces moyens de comparaison délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur lorsque la différence entre ladite grandeur et la valeur de référence excède un seuil prédéterminé,
- ' la valeur de référence est une moyenne flottante de ladite grandeur sur un nombre prédéterminé de cycles de charge,
- l'unité d'exploitation comprend un module de traitement numérique avec un microprocesseur ou microcontrôleur,
- la capacité du condensateur est choisie de manière qu'elle soit inférieure à la moitié d'une capacité parasite due à l'environnement,
- le capteur fait partie d'un système mains-libres sécurisant l'accès à un véhicule automobile, ledit capteur délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur en vue de lancer une phase d'identification d'un utilisateur,
- ledit capteur fait partie d'un système de motorisation d'ouvrant, ledit capteur délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur en vue de déplacer l'ouvrant vers une position fermée ou ouverte selon sa position initiale,
- le capteur constitue un capteur d'approche, détectant la présence sans nécessité de contact,
- le capteur de présence constitue un capteur tactile. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le capteur selon l'invention comprend :
- deux électrodes de détection faisant chacune respectivement partie d'un premier et d'un deuxième condensateur dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur,
- une première et une deuxième unités de charge adaptées respectivement pour
appliquer des cycles de charge aux dits premier et deuxième condensateurs,
- des premiers moyens de sélection pour sélectionner l'une desdites unités de charge pour appliquer des cycles de charge à l'un desdits condensateurs,
[012] ledit capteur comportant des moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur ou dudit deuxième condensateur, lesdits moyens de mesure comportant un transformateur d'impulsions comportant :
- un enroulement primaire ayant une première borne et une deuxième borne présentant deux configurations : une première configuration lorsque ladite première unité de charge est sélectionnée, ladite première borne étant reliée à ladite première unité de charge et ladite deuxième borne étant reliée au dit premier condensateur, une deuxième configuration lorsque ladite deuxième unité de charge est sélectionnée, ladite première borne étant reliée au dit deuxième condensateur et ladite deuxième borne étant reliée à ladite deuxième unité de charge,
- un enroulement secondaire pour délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur lorsque ladite première unité de charge est sélectionnée et au courant de charge dudit deuxième condensateur lorsque ladite deuxième unité de charge est sélectionnée.
[013] Une telle solution permet de n'utiliser qu'un seul transformateur pour un capteur réalisant deux détections capacitives, par exemple du type « approche » et « tactile ». Un tel capteur présente des avantages de coût et d'encombrement par rapport à une solution utilisant un transformateur pour chaque type de détection.
[014] Selon ce dernier mode de réalisation, avantageusement, ladite première et ladite deuxième unité de charge sont chacune réalisées de manière à délivrer des impulsions de tension, l'énergie étant transmise dudit premier enroulement vers ledit deuxième enroulement à partir des fronts montants des impulsions d'un cycle de charge dudit premier condensateur et à partir des fronts descendants des impulsions d'un cycle de charge dudit deuxième condensateur.
[015] Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, le capteur selon l'invention comprend :
- deux électrodes de détection faisant chacune respectivement partie d'un premier et d'un deuxième condensateur dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur,
- une première et une deuxième unités de charge adaptées respectivement pour appliquer des cycles de charge aux dits premier et deuxième condensateurs,
- des premiers moyens de sélection pour sélectionner l'une desdites unités de charge pour appliquer des cycles de charge à l'un desdits condensateurs,
[016] lesdits moyens de mesure comportant :
- des premiers moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur,
- des deuxièmes moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit deuxième condensateur,
- un transformateur d'impulsions comportant : un enroulement primaire disposé entre ladite première unité de charge et ledit premier condensateur, un enroulement secondaire disposé entre ladite deuxième unité de charge et ledit deuxième condensateur,
[017] ledit capteur comportant en outre- : • .. ': • /.,. ,'
- . ' \ des deuxièmes moyens de sélection pour, permettre au dit enroulement secondaire de délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur lorsque ladite première unité de charge est sélectionnée,
- des troisièmes moyens de sélection pour permettre au dit enroulement primaire de délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit deuxième condensateur lorsque ladite deuxième unité de charge est sélectionnée.
[018] Ce dernier mode de réalisation permet également de n'utiliser qu'un seul transformateur pour un capteur réalisant deux détections capacitives, par exemple du type « approche » et « tactile ». [019] Avantageusement, chacun desdits moyens de mesure comprend : un circuit de redressement de la tension en sortie d'un desdits enroulements primaire ou secondaire,
- une capacité de stockage raccordée à la sortie dudit circuit de redressement,
- des moyens pour décharger ladite capacité de stockage.
[020] De manière avantageuse, ledit circuit de redressement comprend un composant du type diode pour empêcher la décharge immédiate de ladite capacité de stockage lors d'un cycle de charge, chacun desdits premiers et deuxièmes moyens de mesure comprenant en outre des moyens commandés pour relier l'une des bornes dudit composant à un potentiel constant.
[021] L'invention a également pour objet une poignée d'ouvrant pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle intègre un capteur de présence selon l'invention.
[022] 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: [023] - la figure 1 est un schéma synoptique d'un capteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, [024] - la figure 2 un schéma pour illustrer le principe de fonctionnement du capteur de la figure 1, et
- la figure 3 montre un schéma pour illustrer le fonctionnement du capteur de la figure 1,
- La figure 4 est un schéma synoptique d'un capteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
- La figure 5 est un schéma synoptique d'un capteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
[025] Sur la figure 1 est représenté un schéma synoptique d'un capteur de présence 1 de
. . type capacitif selon un premier.mode de réalisation l'invention. Un tel capteur de . présence 1 peut être intégré dans une poignée, derrière un objet d'ornement du véhicule tel que le logo ou au niveau du tableau de commande d'un véhicule automobile et sert essentiellement à détecter l'intention d'un utilisateur pour déclencher une opération d'un module / système électronique du véhicule. [026] Un tel système peut être par exemple un système mains-libre sécurisant l'accès au véhicule. Intégré dans un tel système, le capteur délivre à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps de l'utilisateur telle que la main un signal caractéristique S pour par exemple lancer une identification d'un utilisateur par échange de signaux radio- fréquences ou pour déclencher une fermeture totale ou partielle du véhicule. [027] Selon une variante, un tel capteur fait partie d'un système motorisé d'un ouvrant tel qu'un coffre, un hayon ou une porte latérale coulissante ou pivotante. Dans ce cas, selon sa position initiale, le signal caractéristique S c déclenche soit l'ouverture de la serrure de l'ouvrant en question et Tactivation d'un moteur pour déplacer l'ouvrant de la position fermée en position ouverte, soit l'activation d'un moteur pour déplacer l'ouvrant de la position ouverte en position fermée et la condamnation de la serrure de l'ouvrant en question.
[028] En fonction du réglage de la sensibilité du capteur à travers les caractéristiques de ses divers composants électroniques, le capteur 1 peut aussi bien fonctionner comme capteur d'approche, détectant la présence sans nécessité de contact, ou avec une sensibilité réduite comme un capteur tactile.
[029] Plus en détail, le capteur 1 comprend au moins une électrode 3 de détection d'un condensateur 5 de capacité C , destinée à être intégré dans un élément, par exemple une poignée (non représentée). Le condensateur présentera de préférence une capacité
C x d'une dizaine de p rF.
[030] L'autre électrode 7 du condensateur est reliée à la masse et peut être constituée aussi bien par l'objet ou la partie de corps de l'utilisateur ou encore par une autre électrode physique intégrée également dans la poignée de manière que l'objet ou la main de l'utilisateur coupe les lignes de champ entre les deux électrodes 3 et 7.
[031] Bien qu'elle ne fasse pas partie du capteur, il est nécessaire de prendre en considération une capacité parasite C en parallèle du condensateur 5 . Cette capacité parasite est de valeur inconnue et due à l'environnement du capteur 1. Par exemple lorsque le capteur est intégré dans une poignée, une telle capacité parasite a été observée par temps humide ou lorsque la poignée a été peinte avec une peinture conductrice. Des expériences ont montré que la capacité parasite C , lorsqu'elle est p présente, peut être plusieurs fois plus grande que la capacité du condensateur 5. Une des caractéristiques de cette capacité parasite est qu'elle varie lentement dans le temps par rapport à une variation de la capacité C due à une approche de main par exemple.
De préférence, la capacité du condensateur 5 est choisie de manière qu'elle soit inférieure à la moitié d'une capacité parasite due à l'environnement.
[032] Dans la-présente invention, c'est donc la capacité C du condensateur 5 qui est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[033] Pour mesurer cette variation ΔC dont la valeur peut être entre 1/50 à 1/200, voire
1/1000 de la capacité C , le capteur 1 comprend une unité 9 de charge du condensateur 5.
[034] Selon un mode préférentiel de fonctionnement, dit de comptage d'impulsions, cette unité 9 est une horloge qui délivre lors d'un cycle de charge un train d'impulsions de tension de forme rectangulaire. Le nombre de puises par cycle de charge est compris entre 50 et 5000 puises, de préférence entre 500 et 1500. Pour avoir une bonne sensibilité, on peut fixer comme règle empirique que
[035] Nombre de puises par cycle de charge = ( C /ΔC )*K (1)
[036] où K est une constante comprise entre 5 et 20, de préférence 10. Ainsi, comme on le verra plus loin, l'augmentation de la capacité de ΔC du condensateur 5 se traduira par une diminution de puises entre deux cycles de charge. On choisit donc K de manière que cette constante soit représentative d'une approche d'un objet ou d'une main de l'utilisateur.
[037] Le principe de mesure du capteur selon l'invention réside dans le fait que le courant de charge I du condensateur 5, en particulier le pic de ce courant de charge ou la quantité de courant de charge, est proportionnel à la capacité C du condensateur 5 ce qui permet donc de mesurer une variation de capacité.
[038] Comme cela est représenté sur la partie haute du schéma temporel de la figure 2, l'unité de charge 9 délivre comme puise de charge du condensateur 5 un signal rectangulaire d'une durée suffisante pour que le condensateur C atteigne quasiment un
équilibre électrostatique. Ainsi que l'on voit sur la partie basse de ce schéma montrant l'évolution temporelle du courant de charge pour une capacité C= C et C= C +ΔC , le courant de charge est plus important dans le second cas ce qui se traduira par une plus grande tension de stockage aux bornes du condensateur 23.
[039] Pour déterminer une telle variation ΔC , le capteur 1 comprend des moyens de mesure 11 d'une grandeur dont la variation reflète une variation du courant de charge du condensateur 5 et, relié à ces moyens de mesure 5, une unité d'exploitation 13 de cette grandeur pour déterminer à partir de la variation de ladite grandeur entre des cycles successifs de charge du condensateur une variation ΔC de ladite capacité du condensateur 5 suite à une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[040] Plus en détail, les moyens de mesure 11 comprennent un transformateur d'impulsions 15 présentant un enroulement primaire 17 disposé entre l'unité de charge 9 et le condensateur 5 ainsi qu'un enroulement secondaire 19 pour délivrer une tension proportionnelle au courant de charge du condensateur 5.
[041] La sortie du transformateur d'impulsions 15, donc l'enroulement secondaire 19, est reliée à l'entrée d'un circuit de redressement 21.
[042] La sortie du circuit de redressement 21 est raccordée à un condensateur de stockage
23 présentant une capacité C .
[043] Afin d'empêcher la décharge immédiate de la capacité de stockage lors d'un cycle de charge, le circuit de redressement 21 comprend au moins un composant, de préférence une diode 25 qui se bloque.
[044] L'unité d'exploitation 13 présente au moins une, de préférence deux entrées, une première entrée reliée au condensateur de stockage 23 de manière à pouvoir recevoir un signal représentatif de la tension U du condensateur 23 et une seconde entrée reliée à l'unité de charge 9 pour pouvoir compter le nombre de puises délivrés par cette unité 9. [045] L'entrée recevant la tension U est reliée à une première entrée d'une unité de comparaison 27, la seconde entrée de cette unité 27 étant reliée à un composant 29 délivrant un signal représentatif d'une tension de référence U .
[046] La sortie de l'unité de comparaison 27 est reliée à un contrôleur 31. Ce contrôleur
31 comporte aussi des mémoires (non représentés) pour mémoriser des résultats des cycles précédents et pour déterminer une variation par rapport à ces cycles de charge passés. Une telle variation étant considérée comme une variation ΔC de la capacité du condensateur 5.
[047] Selon le mode de fonctionnement choisi du circuit, le contrôleur 31 est également relié à l'unité de charge 9 pour d'une part compter le nombre de puises délivrés par cycles et d'autre part interrompre le cycle en fonction du signal délivré par l'unité de
comparaison.
[048] De préférence, l'unité d'exploitation 13 comprend un module de traitement numérique avec un microprocesseur ou microcontrôleur pour réaliser ces opérations.
[049] L'unité d'exploitation 13 comprend enfin une sortie 33 délivrant le signal Se.
[050] Par la suite on décrira le fonctionnement du capteur selon l'invention.
[051] L'unité de charge du condensateur est une horloge réalisée de manière à délivrer des puises de tension dont la durée et l'amplitude sont choisies de manière qu'un puise de tension charge le condensateur 5 et qu'un cycle de charge nécessaire pour charger ledit condensateur de stockage 23 à un niveau de tension prédéterminé comprend un nombre de puises compris entre 50 et 5000 puises, de préférence entre 500 et 1500. Il est entendu que la capacité du condensateur de stockage 23 est bien plus grande que celle du condensateur 5.
[052] Comme représenté sur la partie basse du schéma temporel de la figure 2, l'unité de charge 9 délivre lors d'un cycle de charge un train d'impulsions de tension de forme rectangulaire pour charger le condensateur 5 à chaque impulsion.
[053] A chaque impulsion, un courant dé charge passe à travers l'enroulement primaire 17 du transformateur d'impulsions 15 ce qui aura pour conséquence de produire un puise de tension en sortie l'enroulement secondaire 19, qui est redressé par le circuit 21 et sert à charger la capacité C La tension aux bornes du condensateur 23 monte donc avec le nombre de puises délivrés par l'unité 9 comme on peut le voir sur la partie supérieure du schéma de la figure 2.
[054] Au fur et à mesure que l'état de charge du condensateur de stockage 23 augmente, le courant de charge passant dans l'enroulement 17 diminue et par conséquent l'augmentation de tension aux bornes du condensateur de stockage 23 devient moins forte d'un puise à l'autre.
[055] Selon une première variante de ce mode, l'unité 27 compare la tension U avec
U , et, lorsque ces deux tensions sont sensiblement identiques, la ligne de commande du contrôleur arrête le cycle de charge et détermine combien de puises ont été nécessaires pour atteindre U =U .
[056] Ensuite, l'unité 31 compare le nombre de puises obtenu avec ceux des cycles précédents et délivre le signal caractéristique S lorsqu'une variation significative est observée entre au moins deux cycles de charge. [057] Selon une seconde variante simplifiée, l'unité de charge 9 délivre un nombre constant prédéterminé de puises pour chaque cycle de charge et on compare entre au moins deux cycles de charge successifs ΔU = U - U , une variation significative de ΔU entre au moins deux cycles de charges étant considérée comme l'approche d'une main ou d'un objet de l'électrode 3 du capteur 1. [058] Que la grandeur mesurée soit le nombre de puises ou la tension U aux bornes
du condensateur de stockage 23, on applique une moyenne flottante sur un nombre prédéterminé de cycles de charge comme référence de comparaison pour s'affranchir des phénomènes de dérive du circuit dus à des influences externes.
[059] Ce mode de fonctionnement est préféré, en particulier pour une application dans laquelle la surface de détection du capteur est exposée aux intempéries ou la peinture de la poignée est conductrice car il permet de mieux s'affranchir des problèmes liés à une capacité parasite tendant à élargir de façon incontrôlée la zone de détection. En effet, par une unité de charge impulsionnelle / horloge, la charge du « condensateur parasite » est limitée et la zone de détection reste bien définie, car les charges restent mieux confinées au niveau de l'électrode de détection 3.
[060] Il est à noter qu'entre deux puises de charge, le condensateur 5 se décharge automatiquement via le transformateur d'impulsions.
[061] On comprend donc que le capteur selon l'invention permet une détection capacitive simple, efficace et peu coûteuse.
[062] > Sur la figure 4 est représenté un schéma synoptique d'un capteur de présence 10 de type capacitif selon un deuxième mode de réalisation l'invention.
[063] Ce capteur 10 permet de fonctionner à la fois comme capteur d'approche, détectant la présence sans nécessité de contact, que comme capteur tactile avec une sensibilité plus réduite.
[064] Le capteur 10 comprend deux électrodes El et E2 de détection respective de deux condensateurs Cxi et Cx2. Ces deux électrodes sont destinées à permettre les deux types de détection, par exemple du type « approche » et « tactile ».
[065] L'autre électrode de chacun des condensateurs Cxi et Cx2 est reliée à la masse et peut être constituée aussi bien par l'objet ou la partie de corps de l'utilisateur ou encore par une autre électrode physique intégrée également dans la poignée de manière que l'objet ou la main de l'utilisateur coupe les lignes de champ entre les deux électrodes.
[066] De la même manière que pour le capteur de la figure 1, c'est ici les capacités Cxi et
Cx2 qui sont susceptibles de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[067] Le capteur 10 comprend en outre :
- une première et une deuxième unités de charge Genl et Gen2 adaptées respectivement pour appliquer des cycles de charge aux condensateurs Cxi et Cx2,
- des premiers moyens de sélection tels que des interrupteurs Sw3 et Sw6 respectivement en série avec la première et la deuxième unités de charge Genl et Gen2 pour sélectionner l'une desdites unités de charge Genl ou Gen2 afin d'appliquer des cycles de charge à l'un des condensateurs Cxi ou Cx2,
- un transformateur d'impulsions Txl comportant :
un enroulement primaire disposé entre la première unité de charge Genl et le premier condensateur Cxi, un enroulement secondaire disposé entre ladite deuxième unité de charge Gen2 et le deuxième condensateur Cx2,
- des deuxièmes moyens de sélection Sw4 tel qu'un interrupteur en parallèle sur le premier condensateur Cxi,
- des troisièmes moyens de sélection Sw5 tel qu'un interrupteur en parallèle sur le deuxième condensateur Cx2,
- un premier circuit de redressement D2, tel qu'une diode, de la tension en sortie de l'enroulement primaire,
- un deuxième circuit de redressement Dl, tel qu'une diode, de la tension en sortie de l'enroulement secondaire,
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- une deuxième capacité de stockage Cs2 raccordée entre la sortie du deuxième circuit de redressement D2 et la masse,
- des premiers moyens Swl, tels qu'un interrupteur en parallèle sur la capacité de stockage Cs2, pour décharger la capacité de stockage Cs2,
- des deuxièmes moyens Sw7, tels qu'un interrupteur en parallèle sur la capacité de stockage Csl, pour décharger la capacité de stockage Csl,
- des premiers moyens commandés Sw2, tel qu'un interrupteur relié entre la sortie du premier circuit de redressement D2 et un générateur de tension constante Vcc,
- des deuxièmes moyens commandés Sw8, tel qu'un interrupteur relié entre la sortie du deuxième circuit de redressement Dl et le générateur de tension constante Vcc.
[068] Comme pour le capteur de la figure 1, chacune des unités de charge Genl et Geπ2 délivre respectivement un signal rectangulaire d'amplitude Vcc et d'une durée suffisante pour que le condensateur Cxi ou le condensateur Cx2 atteigne quasiment un équilibre électrostatique.
[069] Le fonctionnement du capteur 10 dépend de la position ouverte ou fermée des interrupteurs Swl à Sw8. On distinguera dans ce qui suit :
- la voie 1 de détection permettant de détecter une variation ΔCxl de la capacité Cxi,
- la voie 2 de détection permettant de détecter une variation ΔCx2 de la capacité Cz2.
[070] Chacune des voies passe par une phase de réinitialisation du circuit, c'est à dire de
décharge du condensateur de stockage Csl ou Cs2 initialement chargé, et une phase d'acquisition pour charger l'une des capacités Csl ou Cs2.
[071] Le tableau 1 suivant résume l'état de chacun des interrupteurs Swl à S S selon que les voies 1 ou 2 sont en phase de réinitialisation ou d'acquisition ; on adopte pour cela la notation suivante : O = circuit ouvert, F = circuit fermé, X = indifférent. Tableau 1
Figure imgf000014_0001
[072] Le fonctionnement de la phase d'acquisition pour chacune des capacités Cxi et Cx2 est identique à celui décrit en référence à la figure 1 pour la charge de la capacité Cx. Ainsi, la valeur de Cxi (resp Cx2) est déterminée en fonction du temps de charge de la capacité de stockage Csl (resp. Cs2). Toutefois, quelques aménagements sont prévus par rapport au capteur de la figure 1 afin de permettre la double détection.
[073] Ainsi, l'interrupteur Sw2 (resp. Sw8) permet de forcer la cathode de la diode D2 (resp. Dl) à un potentiel Vcc pendant l'acquisition voie 1 (resp. voie 2) de sorte que la diode D2 (resp. Dl) n'est pas passante pendant la charge de l'unité de charge Genl (resp. Gen2).
[074] De même, l'interrupteur Sw5 (resp. Sw4) permet de relier l'enroulement secondaire (resp. primaire) à la masse pendant l'acquisition voie 1 (resp. voie 2) pour permettre à l'enroulement secondaire (resp. primaire) de délivrer une tension proportionnelle au courant de charge du condensateur Cxi (resp. Cx2) lorsque l'unité de charge Genl (resp. Gen2) est sélectionnée.
[075] Enfin, l'interrupteur Sw7 (resp. Swl) permet de décharger la capacité de stockage Csl (resp. Cs2) pendant la phase de réinitialisation de la voie 1 (resp. voie 2).
[076] Notons que, par soucis de clarté, nous avons volontairement omis de représenter l'unité d'exploitation sur la figure 4. Cette unité d'exploitation pour déterminer, à partir de la variation du nombre de puises pour charger l'un des condensateurs de stockage Csl ou Cs2, une variation ΔCxl ou ΔCx2 correspondante, comprend par exemple un module de traitement numérique avec un microcontrôleur. Ce micro-
contrôleur peut intégrer les interrupteurs Swl à Sw8.
[077] Notons en outre que les deux unités de charge ainsi que les deux capacités de stockage peuvent être fixées indépendamment pour chaque voie de détection ; cette solution permet d'obtenir un réglage indépendant de la sensibilité de chacune des voies.
[078] Notons enfin qu'une résistance 2 (resp. RI) située entre l'unité de charge Genl
(resp.Gen2) et l'enroulement primaire (resp. secondaire) permet de protéger avantageusement le circuit contre les décharges électrostatiques.
[079] Sur la figure 5 est représenté un schéma synoptique d'un capteur de présence 100 de type capacitif selon un troisième mode de réalisation l'invention.
[080] Ce capteur 100 permet de fonctionner à la fois comme capteur d'approche, détectant la présence sans nécessité de contact, que comme capteur tactile avec une sensibilité plus réduite.
[081] Le capteur 100 comprend deux électrodes El ' et E2' de détection respective de
- r ' deux condensateurs Cxi' et Cx2'. Ces deux électrodes sont destinées à permettre les deux types de détection, par exemple du type « approche » et « tactile ».
[082] L'autre électrode de chacun des condensateurs Cxi' et Cx2' est reliée à la masse et peut être constituée aussi bien par l'objet ou la partie de corps de l'utilisateur ou encore par une autre électrode physique intégrée également dans la poignée de manière que l'objet ou la main de l'utilisateur coupe les lignes de champ entre les deux électrodes.
[083] De la même manière que pour le capteur de la figure 1, c'est ici les capacités Cxi' et Cx2' qui sont susceptibles de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[084] Le capteur 100 comprend en outre :
- une première et une deuxième unités de charge Genl' et Gen2' adaptées respectivement pour appliquer des cycles de charge aux condensateurs Cxi' et Cx2\
- des premiers moyens de sélection tels que des interrupteurs Swl' et Sw2' respectivement en série avec la première et la deuxième unités de charge Genl' et Gen2' pour sélectionner l'une desdites unités de charge Genl' ou Gen2' afin d'appliquer des cycles de charge à l'un des condensateurs de capacité Cxi' ou Cx2',
- un transformateur d'impulsions Txl ' comportant :
- un enroulement primaire comportant deux bornes B 1 et B2,
- un enroulement secondaire.
[085] L'unité de charge Genl' (resp. Gen2') et l'interrupteur Swl' (resp. Sw2') sont en série entre la masse et la borne B 1 (resp. B2) de l'enroulement primaire et sont montés en parallèle sur la capacité Cx2' (resp. Cxi').
[086] Le capteur 100 comporte également :
- un circuit de redressement D' , tel qu'une diode, de la tension en sortie de l'enroulement primaire,
- une capacité de stockage Cs' raccordée entre la sortie du circuit de redressement D' et la masse,
- des moyens Sw3', tels qu'un interrupteur en parallèle sur la capacité de stockage Cs', pour décharger la capacité de stockage Cs'.
[087] Comme pour le capteur de la figure 1, chacune des unités de charge Genl' et Gen2' délivre respectivement un signal rectangulaire et d'une durée suffisante pour que le condensateur Cx' atteigne quasiment un équilibre électrostatique. Notons que contrairement au capteur 10 de la figure 4, le capteur 100 n'utilise qu'une seule capacité de stockage Cs'.
[088] Le fonctionnement du capteur 100 dépend de la position ouverte ou fermée des interrupteurs Swl' à Sw3'. On distinguera dans ce qui suit :
- la voie 1 de détection permettant de détecter une variation ΔCxl • de la capacité Cxi', .
- la voie 2 de détection permettant de détecter une variation ΔCx2 de la capacité Cx2'.
[089] Chacune des voies passe par une phase de réinitialisation du circuit, c'est à dire de décharge du condensateur Cs' initialement chargé, et une phase d'acquisition pour charger la capacité Cs'. Notons ici que la phase de réinitialisation est la même pour la voie 1 et la voie 2 dans la mesure où une seule capacité de stockage Cs' est utilisée.
[090] Le tableau 2 suivant résume l'état de chacun des interrupteurs Swl ' à Sw3' selon que les voies 1 ou 2 sont en phase de réinitialisation ou d'acquisition ; on adopte pour cela la notation suivante : O = circuit ouvert, F = circuit fermé, X = indifférent. Tableau 2
Figure imgf000016_0001
[091] Le fonctionnement de la phase d'acquisition pour chacune des capacités Cxi' et Cx2' est identique à celui décrit en référence à la figure 1 pour la charge de la capacité Cx.
[092] La valeur de Cxi' est déterminée en fonction du temps de charge de Cs' (nombre de périodes d'horloge de l'unité de charge Genl').
[093] La valeur de Cx2' est également déterminée en fonction du temps de charge de Cs'
(nombre de périodes d'horloge de l'unité de charge Gen2')„ [094] Toutefois, quelques aménagements sont prévus par rapport au capteur de la figure 1 afin de permettre la double détection. [095] Ainsi, pour la mesure de Cxi', l'énergie est transmise sur les fronts montants du générateur. Pour la mesure de Cx2', l'énergie est stockée dans le transformateur TX1' durant les fronts descendants du générateur puis elle est ensuite transmise à la capacité
Cs'. [096] L'interrupteur Sw3' permet de décharger la capacité de stockage Cs' pendant la phase de réinitialisation. [097] Notons que, par soucis de clarté, nous avons volontairement omis de représenter l'unité d'exploitation sur la figure 5. Cette unité d'exploitation pour déterminer, à partir de la variation du nombre de puises pour charger le condensateur de stockage
Cs', une variation ΔCxl' ou ΔCx2' correspondante, comprend par exemple un module de traitement numérique avec un microcontrôleur. Ce microcontrôleur peut intégrer les interrupteurs Swl' à Sw3'. [098] Notons également qu'une résistance R2' (resp. RI') située entre la capacité Cx2'
(resp. Cxi') et l'enroulement primaire permet de protéger avantageusement le circuit contre les décharges électrostatiques.

Claims

[001] Capteur de présence (1) de type capacitif, comprenant au moins une électrode (3) de détection faisant partie d'un condensateur (5) dont la capacité (Cx) est susceptible de varier à F approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, et une unité de charge (9) du condensateur appliquant des cycles de charge audit condensateur (5), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de mesure (11) d'une grandeur dont la variation reflète une variation du courant de charge du condensateur (5) et, relié à ces moyens de mesure (5), une unité d'exploitation (13) de cette grandeur pour déterminer à partir de la variation de ladite grandeur entre des cycles successifs de charge du condensateur une variation de ladite capacité du condensateur (5) suite à une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur.
[002] Capteur de présence selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (11) comprennent un transformateui d'impulsions (15) présentant un enroulement primaire (17) disposé entre l'unité de charge (9) et le condensateur (5) et un enroulement secondaire (19) pour délivrer une tension proportionnelle au courant de charge du condensateur (5).
[003] Capteur de présence selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (11) comprennent un circuit de redressement (21) de ladite tension en sortie de l'enroulement secondaire (19).
[004] Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure
(11) comprennent une capacité de stockage (23) raccordée à la sortie du circuit de redressement (21).
[005] Capteur de présence selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le circuit de redressement (21) comprend au moins un composant (21), de préférence une diode, pour empêcher la décharge immédiate de la capacité de stockage lors d'un cycle de charge.
[006] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'unité de charge (9) du condensateur est réalisée de manière à délivrer une tension de forme rectangulaire.
[007] Capteur selon les revendications 4 ou 5 prises ensemble avec la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité de charge du condensateur est une horloge réalisée de manière à délivrer des puises de tension dont la durée et l'amplitude sont choisies de manière qu'un puise de tension charge le condensateur (5) et qu'un cycle de charge, nécessaire pour charger ledit condensateur de stockage (23) à un niveau de tension prédéterminé comprend un nombre de puises compris entre 50 et 5000 puises.
[008] Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre de puises pour charger ledit condensateur de stockage (23) est compris entre 500 et 1500.
[009] Capteur selon la revendication 7 ou § pris ensemble avec la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite grandeur est le nombre de puises de charge nécessaire pour que la tension aux bornes du condensateur de stockage (23) atteigne une valeur prédéfinie.
[010] Capteur selon la revendication 7 ou 8 pris ensemble avec la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite grandeur est la tension mesurée aux bornes du condensateur de stockage (23) après un nombre de puises de charge prédéfinis.
[011] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (13) comprend des moyens de comparaison (27) de ladite grandeur avec une valeur de référence, ces moyens de comparaison délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur lorsque la différence entre ladite grandeur et la valeur de référence excède un seuil prédéterminé. ,
[01 ] Capteur selon ia revendication i 1, caractérisé en ce que la valeur de référence est une moyenne flottante de ladite grandeur sur un nombre prédéterminé de cycles de charge.
[013] Capteur de présence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (13) comprend un module de traitement numérique avec un microprocesseur ou microcontrôleur.
[014] Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la capacité du condensateur (5) est choisie de manière qu'elle soit inférieure à la moitié d'une capacité parasite (Cp) due à l'environnement.
[015] Capteur de présence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fait partie d'un système mains-libres sécurisant l'accès à un véhicule automobile, ledit capteur délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur en vue de lancer une phase d'identification d'un utilisateur.
[016] Capteur de présence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fait partie d'un système de motorisation d'ouvrant, ledit capteur délivrant un signal caractéristique d'une approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur en vue de déplacer l'ouvrant vers une position fermée ou ouverte selon sa position initiale.
[017] Capteur de présence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un capteur d'approche, détectant la présence sans nécessité de contact.
[018] Capteur de présence selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, ca-
ractérisé en ce qu'il constitue un capteur tactile.
[019] Capteur de présence selon l'une des revendications 1 à 18 caractérisé en ce qu'il comprend : - deux électrodes de détection faisant chacune respectivement partie d'un premier et d'un deuxième condensateur (Cxl\ Cx2') dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, - une première et une deuxième unités de charge (Genl', Gen2') adaptées respectivement pour appliquer des cycles de charge aux dits premier et deuxième condensateurs (Cxi', Cx2'), - des premiers moyens de sélection (Swl', Sw2') pour sélectionner l'une desdites unités de charge (Genl', Gen2') pour appliquer des cycles de charge à l'un desdits condensateurs (Cxi', Cx2'), ledit capteur comportant des moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur (Cxi') ou dudit deuxième condensateur (Cx2'), lesdits moyens de mesure comportant un transformateur (TXΓ) d'impulsions comportant : - un enroulement primaire ayant une première borne et une deuxième borne présentant deux configurations : * une première configuration lorsque ladite première unité de charge (Genl ') est sélectionnée, ladite première borne étant reliée à ladite première unité de charge (Genl') et ladite deuxième borne étant reliée au dit premier condensateur (Cxi'), * une deuxième configuration lorsque ladite deuxième unité de charge (Gen2') est sélectionnée, ladite première borne étant reliée au dit deuxième condensateur (Cx2') et ladite deuxième borne étant reliée à ladite deuxième unité de charge (Gen2'), - un enroulement secondaire pour délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur (Cxi') lorsque ladite première unité de charge (Genl') est sélectionnée et au courant de charge dudit deuxième condensateur (Cx2') lorsque ladite deuxième unité de charge (Genl') est sélectionnée.
[020] Capteur de présence selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite première et ladite deuxième unité de charge (Genl', Gen2') sont chacune réalisées de manière à délivrer des impulsions de tension, l'énergie étant transmise dudit premier enroulement vers ledit deuxième enroulement à partir des fronts montants des impulsions d'un cycle de charge dudit premier condensateur (Cxi) et à partir des fronts descendants des impulsions d'un cycle de charge dudit deuxième condensateur (Cx2).
[021] Capteur de présence selon l'une des revendications 1 à 18 caractérisé en ce qu'il comprend : - deux électrodes de détection faisant chacune respectivement partie d'un premier et d'un deuxième condensateur (Cxi, Cx2) dont la capacité est susceptible de varier â l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, - une première et une deuxième unités de charge (Genl, Gen2)
adaptées respectivement pour appliquer des cycles de charge aux dits premier et deuxième condensateurs (Cxi, Cx2), - des premiers moyens de sélection (S 3, Sw6) pour sélectionner l'une desdites unités de charge (Genl, Gen2) pour appliquer des cycles de charge à l'un desdits condensateurs (Cxi, Cx2), lesdits moyens de mesure comportant : - des premiers moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur (Cxi), - des deuxièmes moyens de mesure d'une grandeur proportionnelle au courant de charge dudit deuxième condensateur (Cx2), - un transformateur d'impulsions (Txl) comportant : * un enroulement primaire disposé entre ladite première unité de charge (Genl) et ledit premier condensateur (Cxi), * un enroulement secondaire disposé entre ladite deuxième unité de charge (Gen2) et ledit deuxième condensateur (Cx2), ledit capteur comportant en outre : - des deuxièmes moyens de sélection (Sw5) pour permettre au dit enroulement secondaire de délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit premier condensateur. (Cxi)' lorsque ladite première unité de charge (Genl) est sélectionnée, - des troisièmes moyens de sélection (Sw4) pour permettre au dit enroulement primaire de délivrer une tension proportionnelle au courant de charge dudit deuxième condensateur (Cx2) lorsque ladite deuxième unité de charge (Gen2) est sélectionnée.
[022] Capteur selon l'une des revendications 19 à 21 caractérisé en ce que chacun desdits moyens de mesure comprend : - un circuit de redressement (Dl, D2, D') de la tension en sortie d'un desdits enroulements primaire ou secondaire, - une capacité de stockage (Csl, Cs2, Cs') raccordée à la sortie dudit circuit de redressement (Dl, D2, D'), - des moyens (Sw7, Swl, Sw3') pour décharger ladite capacité de stockage (Csl, Cs2, Cs').
[023] Capteur selon la revendication précédente prise avec la revendication 21 caractérisé en ce que ledit circuit de redressement comprend un composant du type diode (Dl, D2) pour empêcher la décharge immédiate de ladite capacité de stockage (Csl, Cs2) lors d'un cycle de charge, chacun desdits premier et deuxième moyens de mesure comprenant en outre des moyens commandés (Sw2, Sw8) pour relier l'une des bornes dudit composant (Dl, D2) à un potentiel constant (Vcc).
[024] Poignée d'ouvrant pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle intègre un capteur de présence tel que défini dans les revendications 1 à 23.
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