La présente invention concerne les dispositifs de surveillance des pneumatiques. Plus particulièrement, elle, se rapporte à la transmission sans contact galvanique de là pression et de la température du pneumatique vers le châssis du véhicule.

L'état de la technique contient d'innombrables; tentatives visant à informer le conducteur d'un véhicule d'une chute de pression à l'intérieur d'un de ses pneu¬ matiques. Le brevet US 4 389 884 propose d'assurer la . détection grâce à un soufflet déplaçant une ferrite à l'in¬ térieur d'une bobine pour en modifier la valeur de l'induc- tance en fonction de la pression. La transmission est. effectuée par couplage inductif entre deux bobines fixées l'une à la jante et l'autre à une partie du véhicule non . mobile en rotation. Le brevet EP 45 401 prévoit d'alimente en énergie un circuit actif disposé dans le pneumatique, de moduler en fréquence un signal électrique en fonction de la pression, de transmettre ce signal vers le châssis par couplage inductif, et d'analyser ce signal en fonction de différents paramètres. Parmi les quelques dispositifs qui surveillent indépendamment deux ou plusieurs grandeurs dans le pneu, on peut citer le brevet US 4 052 696 qui décrit un dispositif donnant une alerte lorsque un seuil de pression/ ou un seuil de température est dépassé.

Les dispositifs connus s'avèrent incapables d'assu rer une surveillance fiable et précise de l'état d'un pneu- matique. Le comportement d'un pneumatique est en effet trè complexe et on ne peut réduire sa surveillance à une simple détection d'un seuil. Il est souhaitable de connaître en permanence la pression et la température régnant dans l'enceinte pneumatique. Comme déjà précisé, il ne suffit pas de transmettre un signal de dépassement de seuil des paramètres considérés ; il faut qu'un dispositif de surveil lance puisse transmettre une mesure desdits paramètres, les mesures transmises pouvant être utilisées en lecture direct

FEUILLE DE REMPLACEMENT

ou être exploitées par un système d'analyse gérant une centrale d'alerte implantée au tableau de bord.

L'invention a pour but de permettre la construction d'un dispositif de surveillance de l'état d'un pneumatique ; qui soit capable de transmettre la valeur de deux grandeurs mesurées à l'intérieur du pneumatique.

L'objectif de l'invention est de réaliser un circuit de codage de la valeur de deux grandeurs mesurées à l'intérieur du pneumatique, permettant la transmission desdites valeurs, sans contact galvanique, vers le châssis du véhicule.

L'objectif de l'invention est de réaliser un dispositif de surveillance, équipé d'un tel circuit, qui soit aussi peu encombrant que possible, qui soit dépourvu de pièces mécaniques, qui soit simple et fiable.

Selon l'invention, le circuit de codage de la valeur de deux grandeurs mesurées sur un pneumatique, permettant la transmission sans contact galvanique desdites valeurs vers le châssis portant ledit pneumatique, est caractérisé en ce qu'il comprend : a) un premier ensemble dont la fonction de transfert est une fonction de la première des grandeurs mesurées, b) des moyens permettant de connecter à l'entrée dudit premier ensemble, soit une tension de référence, soit une tension qui est fonction de la seconde des grandeurs mesurées, c) un second ensemble commandé par le signal de sortie dudit premier ensemble, et délivrant un signal impulsionnel dont les paramètres portent les valeurs desdites grandeurs mesurées.

On entend par "signal impulsionnel" une onde rectangulaire dont les "paramètres" sont la largeur de la période pendant laquelle ce signal est à l'état haut, et la largeur de la période pendant laquelle ce signal est à l'état bas ou bien encore l'une de ces deux largeurs et le rapport cyclique du signal.

Les dessins annexés permettent de mieux comprendre l'invention et d'en saisir tous les- avantages, en illustrant deux exemples non limitatifs de réalisation de l'invention appliquée à la mesure de la pression et de la température régnant dans une enceinte pneumatique.

La figure 1 est un schéma synoptique du circuit de codage selon l'invention.

La figure 2 est un schéma d'un circuit selon une première variante. Les figures 2a à 2f représentent les chronogrammes des principaux signaux expliquant le fonctionnement du circuit de codage représenté à la figure 2.

La figure 3 est un schéma d'une autre variante de réalisation. Les figures 3a à 3f visualisent les principaux, signaux du circuit représenté à la figure 3.

Le principe de fonctionnement du circuit de codage représenté à la figure 1 est de transformer la mesure des grandeurs considérées en mesures de temps au moyen d'u multivibrateur, astable 1 délivrant un signal impulsionnel V _β dont la largeur d'impulsion est fonction de la première des grandeurs mesurées, à savoir la température dans les exemples considérés, et dont le rapport cyclique est fonction de la seconde des grandeurs mesurées, à savoir la pression du pneumatique dans ces exemples.

Ledit multivibrateur 1 comporte un premier ensemble 2 dont la fonction de transfert est celle d'un intégrateur, recevant en entrée soit une référence, soit un signal image de la seconde grandeur mesurée, puis un second ensemble 4 transformant la sortie du premier ensemble 2 en signal impulsionnel. Ce circuit de codage permet donc la trans¬ mission simultanée de deux valeurs, codées l'une par le rapport cyclique du signal impulsionnel, l'autre par la largeur d'ue impulsion. Cependant, cette application n'est ^: pas limitative : on peut fort bien, avec le même circuit, trnsmettre successivement dans le temps d'abord les valeurs de deux grandeurs mesurées, puis les valeurs de deux autres ^: grandeurs mesurées.

En consultant maintenant la figure 2, on voit que le circuit de codage comporte un premier ensemble 2, cons¬ titué pour l'essentiel par un intégrateur 20, la constante de temps dudit ensemble 2 étant fonction de la première des grandeurs mesurées (dans cet exemple, la première grandeur est la température). Cet intégrateur est constitué par un montage comprenant au moins un amplificateur opérationnel

A03, une résistance Ro étant raccordée à l'entrée inver- seuse et un condensateur C étant inséré dans le circuit de o

T

- 4 -

contre-réaction. C'est la manière classique d'utiliser un amplificateur opérationnel comme intégrateur. Une tension est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel A03 par un pont diviseur résistif constitué par les résistances R et R , dont le rôle d'étalonnage en fonction de la seconde grandeur mesurée est expliqué plus loin. On utilise un capteur de température au silicium R dont les caractéristiques (résistance interne, sensibilité,, linéarité, fiabilité) correspondent bien aux exigences de cette application. Ce capteur θ est monté dans la bouclé de contre-réaction d'un amplificateur opérationnel A02 supplémentaire monté en amplificateur, dont la sortie attaque l'amplificateur opérationnel A03 monté en intégrateur via la résistance R _Q . La tension délivrée par le pont diviseur résistif constitué par les résistances R, ; et R « est appliquée aussi à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel A02.

L'intégrateur (donc le premier ensemble 2), délivré une tension V _∑ . Cette tension V_ est le signal d'entrée d'un ensemble 4 permettant le repérage de deux seuils, ici au moyen de deux comparateurs 41 et 42, un pont diviseur résistif constitué par 3 résistances r connectées en série pour délivrer les tensions de seuil, et une bascule 43. On entend par "repérage de deux seuils" la localisation dés moments où le signal V_ considéré atteint l'un desdits seuils ; cet ensemble délivre un signal impulsionnel porteur des valeurs des grandeurs mesurées.

Le circuit de codage comporte encore un transistor 3 monté en émetteur commun, dont la base est commandée par le signal de sortie de la bascule 43, et dont le collecteur est relié à l'entrée du premier ensemble 2. Un amplifi¬ cateur opérationnel AOl délivre un signal qui est également appliqué à l'entrée du premier ensemble 2, via une résistance R dont rôle est d'éviter de aettre la sortie de . l'amplificateur opérationnel AOl en court-circuit lorsque le transistor 3 est passant. L'amplificateur opérationnel AOl; est monté en amplificateur différentiel. Il reçoit en entrée une tension délivrée par un capteur sensible à la seconde grandeur mesurée, à savoir la pression dans- cet exemple de réalisation du circuit de codage. Il importe que le capteur choisi soit, du point de vue électrique, équivalent à un pont de Wheaststone ou, plus généralement,

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délivre une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. De préférence o utilise, comme capteur de pression 5, une jauge piezo-résistive dont le facteur de jauge est bien plus élevé que pour une jauge conventionnelle du type métallique. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit de codage en faisant plus particulièrement référence aux figures 2a à 2f donnant les chronogrammes des principaux signaux existant dans le circuit.

En vertu du capteur de pression choisi, sensible à la pression absolue, la tension v délivrée varie propor¬ tionnellement entre zéro et une valeur correspondant à la pression maximale pour laquelle le dispositif de surveil¬ lance est conçu, ce qui est figuré à la figure 2a par le trait interrompu portant le paramètre "p ". Considérons max la valeur du signal v indiqué par le trait continu horizon¬ tal portant le paramètre "P _mesur é _e ^M » (supposons que la pression reste constante pendant l'intervalle de temps considéré). La figure 2b présente le signal V qui varie entre les niveaux paramétrés "p " et "p = 0". En max fonction du dimensionne ent de la plage de fonctionnement de l'amplificateur opérationnel AOl, considérons que les

^V A ^{2 V} A valeurs limites de V S„ sont -3r— et —3-— ( vA étant la

tension d'alimentation du circuit de codage), ce qui n'enlève rien à la généralité de la démonstration. On établit immédiatement la relation suivante :

La figure 2c donne le chronogramme du signal I , le courant passant dans la résistance R disposée à l'entrée du premier ensemble 2. Pendant la période de temps , le transistor 3 est bloqué, et ce courant est fonction de la différence de potentiel existant entre la tension à l'entrée

* * **

FEUÏLL

inverseuse de l'amplificateur opérationnel A02 et V- . Pendant la période de temps T , le transistor 3 est passant, donc le courant I est fonction de la tension à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel A02 puisque la référence est ici la masse. Par application des règles de fonctionnement des amplificateurs opérationnels, on fixe par réglage la tension à l'entrée de l'amplificateur opérationnel A02 (et d'ailleurs de l'amplificateur opérationnel A03) pour que le courant I soit nul si la pression absolue est nulle. En variante, on peut régler à toute valeur appropriée le courant I correspondant à une pression absolue nulle. En se reportant à la figure 2b et aux explications ci-dessus, on voit que ladite tension. est

^V A de — . Ainsi le circuit de codage se trouve étalonné

3 relativement à la pression. En tenant compte de l'expression de V , on en déduit immédiatement que

pendant la période de temps T , ι„

P ι 2R 2R

'A 1 pendant la période de temps T , T _≈ _ ___ __

° ¹ 3 R

La figure 2d représente le courant I» passant dans la résistance R . Par une simple application des règles o fondamentales de fonctionnement de l'amplificateur opéra¬ tionnel A02 monté en amplificateur, on calcule, en res¬ pectant les polarités choisies, que

FEUILLE DE REMPLACEMENT

ce qui donne

-R _θ 1 V _A p

. pendant la période de temps T , i » ^* ₍ E _q . 1 ₎

^P o ^p max

^R θ ~ ^V A

. pendant la période de temps T , I« »—— — —— (Eq. 2)

La figure 2e représente la loi de variation de la tension V, en sortie de l'intégrateur 20. L'amplificateur opérationnel A03 fonctionnant en intégrateur, la tension aux bornes du condensateur C obéit à la loi o

dv dt C o

Ainsi, pendant la période de temps T , la variation de en fonction du temps est représenté par une rampe croissante, tandis que pendant la période de temps T o. c'est une rampe décroissante. Remarquons que la pente, de la rampe croissante dépend à la fois de la pression (p dans l'équation Eq. 1) et de la température (R dans l'équation Eq. 1) alors que la pente de la rampe décroissante ne dépend que de la température ( dans l'équation Eq. 2).

Les valeurs limites de V sont fixées par les seuils repérés par les comparateurs 41 et 42 (respectivement

2 V, et

Considérons le signal V pendant la période T p

^{2 V} A Dès que V, dépasse la valeur le comparateur 41

3

FEUILLE DE REMPLACEMENT

envoie une impulsion à l'entrée S (set) de la bascule 43 qui délivre donc un signal haut qui, appliqué au transistor 3, . le rend passant» L'entrée du premier ensemble 2 est donc ^: mise à la masse, ce qui a pour effet de faire débuter le - ' mode de fonctionnement décrit pour la période T. . Dès que o le signal V devient inférieur à—— , le comparateur 42

envoie une impulsion à l'entrée R (reβet) de la bascule 43 qui délivre donc un signal bas (zéro volt) qui bloque le transistor 3. Le mode de fonctionnement décrit pour la période T débute.

P

Δv.

La forme du signal V permet d' écrire

¹ Δt

d'où Δt ≈ Δv , ce qui donne : -

C C R 2R o ^V A o o p ^r max

C C R R o ^V A o o et T T = o = - ( ( )) (Eq.4)

3

^{" R} θ

Les équations précédentes démontrent que les périodes To et Tp sont indépendantes de la tension d'alimentation V _Â qui est toujours sujette à fluctuations pour un circuit destiné à être implanté sur une roue, quel que soit le mode d'alimentation, par pile (décharge progreβ- sive), ou par condensateur chargé par couplage inductif comme indiqué dans le brevet EP 45 401 (décharge rapide). De l'équation 4, on déduit, en. utilisant la caractéristique résistance-température du capteur R _Q , que la température mesurée est fonction de la période de temps To . En introduisant la valeur R tirée de l'équation 4 dans

_F EUILLE DE REMPLACEMENT

l'équation 3, on obtient après quelques calculs élémen¬ taires, l'expression de la pression :

_

T o p » 2 p —— max _τ

P

On voit donc que l'on a remplacé la mesure de 2 grandeurs par des mesures de temps qui sont de plus indé- pendantes de la tension d'alimentation du circuit, ce qui^ée prête particulièrement bien à la transmission fiable des grandeurs mesurées entre une roue et le châssis d'un véhicule. La figure 2f représente le signal de sortie V du o circuit de codage selon la figure 2. Le signal de sortie est bien celui d'un multivibrateur astable puisque, en pratique, on ne mesure pas des pressions inférieures à la pression atmosphérique et donc le courant I. n'est jamais nul. Ainsi, la température est fonction de la largeur d'impulsion du signal V et la pression est fonction du rapport cyclique dudit signal V . De préférence, on o • utilise des composants électroniques de technologie CMOS afin de minimiser la consommation du circuit. Le circuit peut être réalisé avec des composants discrets ou de préférence sous forme de circuit hybride ou intégré pour l'essentiel de ses éléments.

Une autre variante de réalisation du circuit de codage selon l'invention est proposée à la figure 3. Lé premier ensemble 2 dont la fonction de transfert est fonction de la première des grandeurs mesurées ne comporte: qu'un seul amplificateur opérationnel monté en intégrateur A2, puis, en sortie de cet amplificateur, une réβitance sensible à la température R . Ensuite, on trouve un second ensemble permettant d'effectuer le repérage de deux seuils ; au moyen d'un seul comparateur 40. A cette fin, le compara¬ teur reçoit d'une part une tension de référence constituée par une fraction de la tension d'alimentation, soit k.vA , et d'autre part un signal qui est fonction à la fois de la sortie de l'intégrateur A2, donc de la sortie du premier ensemble 2 et de la sortie du second ensemble 4 lui-même par l'intermédiaire de la boucle de réaction constituée par la

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branche comportant la résistance R _g .

Ce second exemple procède du même principe que le premier et il est donc inutile de reprendre en détail tout le fonctionnement. L'explication ci-dessous doit être consultée en parallèle avec les figures 3a à 3f relatives aux principaux signaux du circuit.

Le signal V est élaboré de la même façon que dans la première variante.

Les branches contenant les résitances R, à R- constituent un diviseur de tension résistif de la tensio d'alimentation V. . Compte-tenu de la convention de signe choisie pour le courant I à la figure 3, et en considérant la tension V. en sortie de l'intégrateur A2, on a immédia- dV. I. e ent. que J— =—— eJt. que dt C.

pendant la période de temps T (transistor 3 bloqué) :

^• k V - V dV V -k V

*1 ^V A ^V S ^QV j ^V S ^K l ^V A " d * où -

2R dt 2RC,

pendant la période de temps T ( transistor 3 passant ) :

^k l ^V A ^dV j ^k l ^V A

I = d ' où =

R dt RC,

La figure 3c représente la loi de variation de L , compte tenu du fait que k\ doit être choisi tel que ^k l ^V _A " ^V _S ^soit négatif.

Le second ensemble 4 comporte un comparateur 40 dont la sortie est à l'état bas (soit V = zéro volt) lorsque la tension appliquée à l'entrée non inverseuse (soit v ₊ ) est inférieure à k-V (ce qui est vrai pendant la période T o la sortie de l'amplificateur opérationnel A02 o est croissante) et dont la sortie est à l'état haut (soit

V o = VA _A )' lorsq ^ue V + est su ^' p *érieure à k„2 VA . Compte tenu

FEUILLE DE REMPLACEMENT

de la convention de signe adoptée pour le courant I,, à là; figure 3, calculons les points de basculement du comparateur 40 (voir A et B- à la figure 3d) :

. partant de Vo = 0, on a en B

^k 2 ^V A

I ₃ R ₈ ≈ ₂ V _A d'où I

^R 8

partant de = V. , on a en A :

^V A ^{" k} 2 ^V A

^δ ^A - ^A * ^{O» I} ₃ - -

^R 8

On voit donc que le signal V en fonction de I. comporte une hystérésis, introduite par la boucle de réaction comportant la résistance R„ . Cela permet le repérage de deux seuils avec un seul comparateur 40.

Calculons la variation l_ entre les deux seuils

A et B

Par une simple application de la loi d'Ohm et par remplace¬ ments successifs, on calcule :

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la période T,

e J A

dl ₃ 1 d

(V , dt R _θ dt ^k 2 V

ΔI _3. ^{' l V} S - ^k l ^V A

Δ t R _g 2 RC _χ

V _A R _θ 2RC ₁ T ≈ — en généralisant l' expression de

P ^ k V - k V P - k V

8 l A 3 A pmax 3 A VS_', calculée dans la descript-ion- du premier exemple

la période To :

^{• ~ R} θ ^{« V} j - ^k 2

^dI 3 ^{l k} l ^V λ dt _θ RC ₁

RC T = —— R _ft (Eq 6 ⁾ ° k RRg

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Les équations 5 et 6 montrent que les périodes To- et T sont cette fois encore indépendantes de la tension

P d'alimentation., De l'équation 6, on déduit que la tempé¬ rature (en connaissant la caractéristique résistance -j température du capteur R _g ) est mesurée par T . En introduisant la valeur de R _θ tirée de l'équation 6, o obient, après quelques calculs élémentaires, que la pression

T est mesurée par le rapport cyclique

T P

La figure 3f représente le signal de sortie du circuit de codage décrit à la figure 3. Ce signal est équivalent à celui délivré par le premier exemple dé réalisation (figure 2f) puisque, s*agissant de niveaux logiques, il est indifférent que V soit à l'état haut ou o à l'état bas pendant la période T . Sur la figure 3, on , trouve encore un inverseur 30 permettant de commander le transistor 3 de manière appropriée.

Les moyens d'alimenter le circuit de codage ainsi . que les moyens de transmettre le signal codé V _Q sont connus de l'homme de l'art et n'entrent pas dans le cadre de la présente invention. A titre d'exemple, on trouve dans la demande de brevet FR 85/10516 issue de la demanderesse, la description d'un étage d'alimentation en énergie et d'un ' étage de transmission du signal par couplage inductif permettant d'améliorer encore les performances globales d'un dispositif de surveillance de pneumatiques. Le type de signal transmis impose que la transmission ne dépende pas de la position angulaire des roues. Dans le cas de la : transmission par couplage inductif, il faut donc que la bobine liée à la roue soit concentrique à celle-ci. Cependant, les tolérances de positionnement des bobines

(liées l'une à la roue, l'autre à une partie du véhicule non mobile en rotation) peuvent être assez larges. Les fréquences transmises par couplage inductif doivent de . préférence être inférieures à 100 kHz pour éviter une atténuation trop importante.

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