TITRE : Dispositif de détection d’approche

[Domaine technique]

[0001] L’invention concerne un dispositif de détection d’approche. L’invention s’applique plus particulièrement à la détection d’approche d’une main et/ou d’un téléphone portable intelligent (dit : « smartphone » en anglais) vers un élément de carrosserie d’un véhicule automobile comme par exemple une poignée d’un ouvrant ou un montant d’ouvrant (portière ou coffre) afin de déverrouiller l’ouvrant ou vers un chargeur inductif de téléphone portable, de type chargeur WPC que l’on trouve embarqué dans les véhicules automobiles afin de charger le téléphone portable.

[Etat de la technique antérieure]

[0002] De nos jours, les poignées de portières de véhicule sont équipées de dispositifs de détection d’approche d’une main d’un utilisateur ou d’un téléphone portable intelligent. La détection d’approche et/ou de contact d’un membre de l’utilisateur, par exemple la main d’un utilisateur sur la poignée couplée à la reconnaissance d’un équipement portable d’utilisateur, par exemple un badge électronique « main libre » de commande d’accès à distance, porté par cet utilisateur, permet le verrouillage et le déverrouillage des ouvrants du véhicule. Ainsi lorsque l’utilisateur, portant le badge électronique correspondant et identifié par le véhicule souhaite déverrouiller le véhicule, il touche la poignée de portière du véhicule et ce dernier actionne alors une gâche électrique au niveau de la serrure de l’ouvrant ou des ouvrants du véhicule qui est/sont alors automatiquement déverrouillé(s). En s’approchant ou en appuyant sur un endroit précis de la poignée de portière du véhicule, appelé « zone de déverrouillage », la portière (ou alternativement tous les ouvrants) est (sont) déverrouillée (déverrouillés) sans autre action de l’utilisateur. Inversement, lorsque l’utilisateur, portant toujours le badge nécessaire et identifié par le véhicule, souhaite verrouiller son véhicule, il ferme la portière de son véhicule et il appuie momentanément sur un autre endroit précis de la poignée, appelé « zone de verrouillage ». Ce geste permet de verrouiller automatiquement les ouvrants du véhicule.

[0003] Ces dispositifs de détection d’approche d’une main pour le déverrouillage/verrouillage comprennent généralement deux capteurs capacitifs, sous la forme de deux électrodes reliées électriquement à un circuit imprimé, intégrées dans la poignée de portière chacune dans une zone précise de verrouillage ou de déverrouillage. Généralement, une électrode est dédiée à chaque zone, c'est-à-dire une électrode est dédiée à la détection de l’approche et/ou du contact de la main de l’utilisateur dans la zone de verrouillage et une électrode est dédiée à la détection de l’approche et/ou du contact de la main de l’utilisateur dans la zone de déverrouillage.

[0004] Ce dispositif de détection d’approche d’une main comprend en outre une antenne radio fréquence, en général LF (abréviation anglaise pour « Low Frequency », Basse Fréquence) mais cette antenne peut être également une antenne haute ou ultra haute fréquence, du type, UWB, BLE, Wifi, 4G, 5G...ou du type NFC « Near field communication » en anglais ou communication en champ proche, c’est-à-dire toute antenne ou dispositif de communication permettant d’échanger un identifiant avec le téléphone portable afin de l’authentifier.

[0005] Le dispositif de détection comprend également un calculateur électronique du véhicule (ECU : abréviation anglaise pour « Electronic Control Unit ») qui reçoit un signal de détection de présence en provenance des capteurs capacitifs. Le calculateur électronique du véhicule a, au préalable, identifié l’utilisateur comme étant autorisé à accéder à ce véhicule, ou alternativement, suite à la réception de ce signal de détection de présence, il procède à cette identification. Pour cela, il envoie par l'intermédiaire de l’antenne radiofréquence, une demande d’identification au badge (ou à la télécommande) porté(e) par l’utilisateur. Ce badge envoie en réponse, par ondes RF (radio fréquence) ou NFC, ou UWB, ou Wifi, ou BLE... son code d'identification vers le calculateur électronique du véhicule. Si le calculateur électronique reconnaît le code d'identification comme celui autorisant l’accès au véhicule, il déclenche le verrouillage/déverrouillage de la portière (ou de tous les ouvrants). Si, en revanche, le calculateur électronique n'a pas reçu de code d’identification ou si le code d’identification reçu est erroné, le verrouillage ou déverrouillage ne se fait pas.

[0006] Lorsqu’il s’agit de détecter l’approche d’un téléphone intelligent, le dispositif de détection comprend plutôt un lecteur NFC (« Near Field communication », ou communication en champ proche), connu en soi, afin de détecter par échange radiofréquence à 23,6 MHz, la présence d’un téléphone portable intelligent à proximité, équipé lui aussi de moyens de communication en champ proche et de pouvoir recevoir l’identifiant dudit téléphone afin de s’assurer qu’il est bien reconnu comme étant appairé au véhicule et procéder ainsi au verrouillage/déverrouillage. Ce lecteur NFC est relié à un microcontrôleur dédié. [0007] De tels véhicules, sont donc équipés de poignées de portière comprenant un dispositif de détection équipé d’une antenne radiofréquence, de deux électrodes reliées à un premier microcontrôleur de détection capacitive dédié à la détection d’approche d’une main et d’un lecteur NFC, relié lui-même à un deuxième microcontrôleur dédié à la détection par NFC d’un téléphone portable intelligent, le tout étant intégré dans un circuit imprimé.

[0008] Cependant, l’intégration de tous ces composants électroniques pose un problème d’encombrement dans la poignée de portière ainsi qu’un surcoût non négligeable. De plus, la détection par NFC n’est pas fiable lorsque les téléphones portables comprennent très peu de métal, par exemple des coques plastiques ou lorsque le dispositif d’accès portable est un « tag » en anglais c’est-à-dire un badge constitué presque entièrement de plastique.

[0009] L’invention propose donc un procédé de détection ainsi qu’un dispositif associé permettant de pallier les inconvénients de l’art antérieur. Plus particulièrement, l’invention propose un dispositif simple et peu coûteux permettant à la fois de détecter l’approche d’un main et l’approche d’un téléphone intelligent en utilisant uniquement la technologie NFC, c’est-à-dire la communication en champ proche.

[Exposé de l’invention]

[0010] L’invention concerne un dispositif de détection d’approche d’un membre du corps d’un utilisateur ou d’un équipement portable d’utilisateur, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dispositif étant remarquable en ce qu’il comprend : a. une antenne de communication en champ proche configurée pour émettre des signaux à une haute fréquence sélectionnée entre 3 à 30 MHz, ladite antenne étant apte à détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur et à communiquer en champ proche avec ledit équipement portable d’utilisateur .ladite antenne comprenant au moins un enroulement qui se prolonge de manière continue sous la forme d’un ensemble de tiges en forme de peigne de telle sorte que ladite antenne est apte à générer une variation de capacité à l’approche d’un membre du corps d’un utilisateur, b. Des moyens de contrôle de ladite antenne, c. Des moyens de mesure d’une variation d’impédance de ladite antenne générée par la variation de capacité. [0011] Dans un mode préférentiel de réalisation du dispositif selon l’invention, l’enroulement délimite un périmètre à l’intérieur duquel ladite antenne se prolonge de manière continue sous la forme d’un ensemble de tiges en forme de peigne.

[0012] Dans un cas particulier, le périmètre étant rectangulaire, les tiges se présentent sous forme de pistes de cuivre perpendiculaires à une longueur ou à une largeur du périmètre.

[0013] Les tiges peuvent être identiques entre elles.

[0014] Ladite antenne peut comprendre des tiges sur deux côtés opposés du périmètre.

[0015] Les moyens de mesure d’une variation d’impédance peuvent se présenter sous forme logicielle et mesurent toute variation de phase, de courant ou de tension en provenance de l’antenne.

[0016] L’invention concerne également toute poignée de portière de véhicule remarquable en ce qu’elle comprend un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.

[0017] L’invention concerne également tout chargeur inductif d’équipement portable d’utilisateur remarquable en ce qu’il comprend un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.

[0018] Finalement l’invention s’applique aussi à tout véhicule automobile remarquable en ce qu’il comprend un dispositif de détection selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées précédemment.

[Description des dessins]

[0019] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

[Fig. 1] : la figure 1, est une représentation schématique du dispositif de détection d’approche selon l’invention,

[Fig. 2] : la figure 2 est un schéma électronique de l’antenne de communication en champ proche modifiée selon l’invention,

[Fig. 3] : la figure 3 est une représentation schématique d’une poignée de portière de véhicule comprenant le dispositif de détection selon l’invention ; [Fig. 4] : la figure 4 est une représentation schématique d’un chargeur inductif d’équipement portable d’utilisateur comprenant le dispositif de détection selon l’invention,

[Fig. 5] : la figure 5 est une représentation schématique d’un mode de réalisation préférentiel du dispositif de détection selon l’invention,

[Fig. 6] : la figure 6 est une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation du dispositif de détection selon l’invention,

[Fig. 7] : la figure 7 est une représentation schématique des moyens de contrôle de l’antenne du dispositif de détection selon l’invention

[Description des modes de réalisation]

[0020] Le dispositif de détection d’approche d’un membre d’un utilisateur et d’un équipement portable d’utilisateur est illustré à la figure 2.

[0021] Le dispositif D comprend une antenne de communication en champ proche A1 ,

(appelé aussi NFC en anglais « Near Field Communication ») entre 3 et 30 MHz, par exemple à 23,56 MHz, apte à détecter et à communiquer avec un équipement portable d’utilisateur, par exemple un téléphone portable intelligent ou un badge (« appelé aussi « tag » en anglais) muni de la technologie de communication NFC. Ce type d’antenne NFC A1 est associée à microprocesseur et à des moyens électroniques logiciels ou autres afin de pouvoir échanger des données avec l’équipement portable d’utilisateur.

[0022] La détection d’approche d’un équipement portable d’utilisateur vers le dispositif de détection D est réalisée par la mesure de variation d’impédance de l’antenne NFC A1. Ceci est connu de l’homme du métier et ne sera pas plus détaillé ici.

[0023] L’invention propose que l’antenne A1 comprenne au moins un enroulement E1 , E2, E3 et qu’elle se prolonge de manière continue sous forme d’au moins un ensemble de tiges en forme de peigne 01 , 02... Oi, et N1 , N2... Ni, relié à des moyens de contrôle 10.

[0024] On appelle « tiges » des pistes en forme de cuivre, de largeur prédéterminée, par exemple des fils aplatis ou des bandes de cuivre, qui sont relié(e)s entre eux (elles) et qui constituent des incursions, des protrusions, des excroissances, des prolongements de l’antenne NFC A1 elle-même constituée d’une piste en cuivre.

[0025] L’antenne NFC A1 peut comporter une pluralité d’enroulements E1 , E2, E3 de forme carré, rectangulaire, ovale ou ronde. [0026] Aux figures 1 , 5 et 6, uniquement dans un but explicatif, les enroulements E1 , E2, E3 de l’antenne NFC A1 sont au nombre de trois et sont représentés de forme rectangulaire sans que cela soit limitatif.

[0027] A la figure 1 , l’antenne NFC A1 comprend trois enroulements E1 , E2, E3, reliés à des moyens de contrôle 10. L’antenne NFC A1 se prolonge par l’intermédiaire de deux connexions J1 , J2 reliées aux moyens de contrôle 10 en formant deux ensembles de tiges 01 , 02, ...Oi et N1 , N2, ...Ni. Dans cet exemple, les tiges 01 , 02, ... Oi ou N1 , N2, ... Ni. de chaque ensemble respectif sont identiques entre elles et toutes les tiges des deux ensembles sont parallèles entres elles.

[0028] Bien sûr, les tiges 01 , 02, ...Oi et N1 , N2, ...Ni peuvent être inclinées selon un axe parallèle à une longueur ou à une largeur d’un enroulement rectangulaire de l’antenne NFC A1 , lesdites tiges peuvent être de largeur différente entre elles, et/ou de géométrie différente entre elles, et/ou avec des écartements de largeur différente entre elles.

[0029] Dans un mode préférentiel de réalisation du dispositif de détection D selon l’invention, mais qui est nullement limitatif, le ou les enroulement(s) E1 ’, E2’, E3’ délimite(nt) un périmètre à l’intérieur duquel ladite antenne NFC AT se prolonge de manière continue sous forme d’au moins un ensemble de tiges en forme de peigne, dans cet exemple, deux ensembles de tiges OT, 02’, 03’..Oi’, et NT, N2’, N3’..Ni’ chacun des ensembles étant en forme de peigne, ceci est illustré à la figure 5.

[0030] A la figure 5, selon un mode préférentiel de réalisation de l’invention, à l’intérieur d’un périmètre rectangulaire défini par les enroulements ET E2’, E3’ de l’antenne NFC AT ; l’antenne NFC AT comprend deux ensembles de tiges OT, 02’...Oi’ ; ou NT, N2’, N3’... Ni’ ressemblant chacun à un peigne. Chacun des deux ensembles OT, 02’ ...Oi’ ; ou NT, N2’, N3’...Ni’ est perpendiculaire à une longueur du périmètre et les deux ensembles OT, 02’...OM’ ; ou NT, N2’, N3’... Ni’ sont chacun situés sur des côtés opposés du périmètre. Chaque tige OT, 02’, ...Oi’ ; du premier ensemble est intercalée avec une tige du deuxième ensemble NT, N2’, N3’...Ni’.

[0031] Afin de détecter l’approche d’une main d’un utilisateur, le dispositif de détection D comprend en outre des moyens de contrôle 10 de l’antenne NFC A1 , aptes à mesurer une variation d’impédance de ladite antenne NFC AT

[0032] Les moyens de contrôle 10 sont illustrés à la figure 7. Lesdits moyens de contrôle 10 comprennent : une source de tension Vc, un pilote NFC de communication en champ proche (appelé « driver » NFC en anglais) M1 relié à un microcontrôleur p puis un circuit d’adaptation M3 comprenant au moins un filtre et des moyens d’ajustement d’impédance et de fréquence de l’antenne NFC A1. Les moyens de contrôle 20 comprennent également un circuit récepteur Rx dédié à la réception des données en provenance de l’antenne NFC A1.

[0033] Lesdits moyens de contrôle 10 d’une antenne NFC sont connus de l’homme du métier et ne seront pas plus détaillés ici.

[0034] Selon l’invention, les moyens de contrôle 10 comprennent également des moyens de mesure d’impédance M2 aptes à mesurer toute variation d’impédance de l’antenne NFC A1 ainsi modifiée comme cela est détaillé plus bas.,

[0035] Les moyens de mesure de variation d’impédance M2 sont par exemple compris dans le pilote NFC M1 et se présentent sous forme logicielle, et mesurent toute variation de la phase, du courant ou de la tension en provenance l’antenne NFC A1 afin d’en déduire une variation d’impédance de l’antenne NFC A1.

[0036] L’antenne NFC ainsi modifiée par rapport à l’art antérieur, grâce aux ensembles de tiges présente une capacité parasite C2 nettement supérieure à l’antenne NFC de l’art antérieur.

[0037] Ladite capacité parasite C2 ainsi générée est alors mesurable et peut être exploitée de manière ingénieuse afin de détecter l’approche d’un membre du corps de l’utilisateur, par exemple l’approche d’une main de l’utilisateur vers le dispositif de détection D.

[0038] Ainsi, l’antenne NFC A1 selon l’invention est apte à générer une variation de capacité à l’approche d’un membre d’un utilisateur mesurable par l’intermédiaire de la mesure d’une variation d’impédance.

[0039] A la figure 2 est représenté schématiquement le circuit électrique équivalent de l’antenne NFC A1 ainsi modifiée. Le circuit est un circuit RLC « Résistance, inductance et capacité « constitué d’une première branche comprenant une résistance R1 , connectée à une inductance L1 , d’une deuxième branche comprenant une capacité C1 , d’une troisième branche comprenant une capacité parasite C2, toutes les trois branches étant connectées en parallèle. La capacité parasite C2, est générée grâce aux tiges de l’antenne NFC A1 modifiée et est de valeur plus grande que la capacité C1 qui représente la capacité créée par les enroulements E1 , E2, E3 de l’antenne NFC A1 [0040] Le circuit RLC ainsi formé est sensible non seulement à l’approche d’un équipement portable d’utilisateur mais aussi à l’approche d’un membre du corps de l’utilisateur, par exemple sa main.

[0041] En effet, lors de l’approche d’un équipement portable d’utilisateur, un couplage inductif (entre l’antenne NFC de l’équipement portable d’utilisateur et l’antenne NFC A1 du dispositif de détection D) et un couplage capacitif (entre les tiges de l’antenne NFC A1 modifiée et les parties métalliques de l’équipement portable) se créent entre le dit équipement et le dispositif de détection D faisant varier la valeur de chacun des trois paramètres, c’est à dire la valeur de la résistance R1 , la valeur de la capacité parasite C2 et la valeur de l’inductance L1 .

[0042] La variation de ces trois paramètres R1 , L1 , C2 induit un changement notable de l’impédance de l’antenne, c’est-à-dire un « mismatching » en anglais ou désadaptation en français, qui est mesurée par les moyens de mesure d’impédance M2.

[0043] De manière similaire, lors de l’approche d’une main d’un utilisateur vers le dispositif de détection D, un couplage capacitif se crée entre l’équipement portable d’utilisateur et l’antenne NFC A1 modifiée selon l’invention (en l’occurrence avec la surface conductrice des tiges) faisant varier la valeur de la capacité parasite C2. L’impédance de l’antenne NFC A1 est alors modifiée par cette variation de capacité C2, et est mesurée par les moyens de mesure M2 d’impédance.

[0044] A la figure 6 est illustré un troisième mode de réalisation de l’invention, dans lequel les tiges de l’antenne NFC A1” sont au nombre uniquement de deux 01”, N1”, parallèles entres elles et reliées à l’antenne NFC A1 au niveau de deux connexions J 1 ”, J2”reliées aux moyens de contrôle 10” et à l’entrée des moyens de mesure M2.

[0045] A la figure 3 est représenté une poignée P de portière de véhicule V comprenant le dispositif de détection D selon l’invention. L’antenne NFC A1 est située sur un circuit imprimé 100 compris dans la poignée P qui comprend également les moyens de contrôle 10.

[0046] Le dispositif de détection D permet ainsi de détecter l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 et l’approche d’une main M à proximité de la poignée P afin de déverrouiller la portière.

[0047] A la figure 4 est représenté un chargeur inductif C d’équipement portable d’utilisateur 200 comprenant le dispositif de détection D selon l’invention. [0048] Le chargeur C comprend un premier circuit imprimé 101 sur lequel est située par exemple une ferrite F, située elle-même en dessous d’une bobine de charge B1. Au- dessus de la bobine de charge B1 , se trouve un deuxième circuit imprimé 100 comprenant les moyens de contrôle 10, sur lequel est gravée l’antenne NFC A1 modifiée selon l’invention.

[0049] De même, le dispositif de détection D selon l’invention permet de détecter l’approche d’une main d’un utilisateur ainsi que l’approche d’un équipement portable d’utilisateur 200 à proximité ou vers le chargeur C.

[0050] L’invention permet donc de manière ingénieuse par une modification de l’antenne NFC de pouvoir réaliser non seulement la détection d’approche d’un équipement portable d’utilisateur mais aussi la détection d’approche d’une main d’utilisateur par l’utilisation judicieuse de la capacité parasite de l’antenne, dont la valeur est augmentée par la modification du tracé de l’antenne NFC comprenant des excroissances en forme de peigne générant ladite augmentation de capacité parasite. Cette invention est d’autant plus remarquable que la mesure d’impédance suffit à détecter l’approche de la main et l’approche d’un équipement portable d’utilisateur, ce qui n’était pas possible dans l’art antérieur.