D'UNE COUCHE DE GOMME D'UN PNEUMATIQUE

Domaine de l'invention [0001] La présente invention est relative à un système de mesure de l'épaisseur d'une couche de gomme et plus particulièrement à la mesure de l'épaisseur de gomme restante d'une bande de roulement d'un pneumatique.

État de la technique

[0002] De manière connue, la bande de roulement d'un bandage pneumatique ou plus simplement pneumatique, qu'il soit destiné à équiper un véhicule de tourisme ou un véhicule poids lourd, est pourvue d'une sculpture comprenant notamment des éléments de sculpture ou blocs élémentaires délimités par diverses rainures principales, longitudinales, transversales ou encore obliques, les blocs élémentaires pouvant en outre comporter diverses incisions ou lamelles plus fines. Les rainures constituent des canaux destinés à évacuer l'eau lors d'un roulage sur sol mouillé et définissent les bords d'attaque des éléments de sculpture.

[0003] Quand un pneumatique est neuf, la bande de roulement a sa hauteur maximale. Cette hauteur initiale peut varier en fonction du type de pneumatique considéré ainsi que de l'usage auquel il est destiné ; à titre d'exemple, les pneumatiques « hiver » ont généralement une profondeur de sculpture supérieure à celle de pneumatiques « été ». Lorsque le pneumatique s'use, la hauteur des blocs élémentaires de la sculpture diminue et la raideur de ces blocs élémentaires augmente. L'augmentation de raideur des blocs élémentaires de sculpture entraîne une diminution de certaines performances du pneumatique, telle l'adhérence sur sol mouillé. De plus, les capacités d'évacuation d'eau diminuent fortement lorsque la profondeur des canaux des sculptures diminue.

[0004] Il est donc souhaitable de pouvoir suivre l'évolution de l'usure de la bande de roulement d'un pneumatique. [0005] Un tel suivi est usuellement réalisé par observation visuelle de la bande de roulement par l'usager ou un garagiste avec ou sans une mesure effective avec une jauge de profondeur. Mais cette observation n'est pas très aisée à réaliser notamment sur les pneumatiques arrière d'accès plus difficile et n'est pas non plus très précise. [0006] De nombreuses propositions ont été faites pour automatiser la mesure de la profondeur de sculptures de pneumatiques. De tels dispositifs peuvent être disposés sur le sol de roulage des véhicules. Ces dispositifs fonctionnent usuellement selon deux techniques, soit à base de systèmes optiques avec des caméras ou des lasers, soit à base de courants de Foucault. [0007] Les systèmes à base de systèmes optiques sont coûteux, doivent être encastrés dans le sol de roulage et nécessitent une maintenance régulière. Les mesures sont de plus perturbées par des salissures et la présence ou des projections d'eau, de boue, de neige, etc.

[0008] Les documents US 7,578,180 B2 et WO 2008/059283 proposent des systèmes de mesure de l'épaisseur de la bande de roulement d'un pneumatique, comportant des capteurs sensibles aux courants de Foucault générés par un champ magnétique d'excitation dans l'armature de sommet du pneumatique. Ces systèmes sont disposés sur un sol de roulage.

[0009] Or, on a constaté que ces systèmes de mesures n'étaient pas totalement satisfaisants dans certains cas. En effet, l'armature de certains pneumatiques est telle que le sommet du pneumatique n'est pas suffisamment conducteur pour permettre l'établissement de courants de Foucault. Par conséquent, ces systèmes de mesure sont inadaptés à la mesure d'épaisseur de la bande de roulement de ces pneumatiques.

Description brève de l'invention

[0010] L'invention a selon un objet un système de mesure de l'épaisseur d'une couche de matériau caoutchouteux d'un pneumatique, la couche comportant une face liée à une armature adjacente réalisée avec au moins un matériau de perméabilité magnétique supérieure à la perméabilité magnétique de l'air et une face libre en contact avec l'air, le système comprenant un capteur capable de mesurer la distance d entre la face liée et la face libre de la couche de matériau caoutchouteux. Ce système est caractérisé en ce que le capteur comporte une source de champ magnétique statique et un élément sensible dont le signal de sortie est fonction du niveau du champ magnétique local, disposé de telle sorte que l'intensité du champ magnétique mesurée par l'élément sensible varie lorsque la distance d diminue. [0011] Selon un premier mode de réalisation, la source de champ magnétique statique est constituée d'au moins une bobine alimentée par un courant électrique continu.

[0012] Avantageusement, la bobine entoure, ou est entourée par, un matériau de haute perméabilité magnétique et faible conductivité électrique, tel une ferrite. La présence de la ferrite permet de localiser les lignes de champ magnétique et ainsi de réaliser une mesure d'épaisseur de couche plus localisée.

[0013] La présence de la ferrite permet également de mesurer un plus fort champ magnétique et améliore ainsi la sensibilité du capteur pour un même courant d'alimentation.

[0014] Selon un deuxième mode de réalisation, la source de champ magnétique statique est constituée d'au moins un aimant permanent.

[0015] L'utilisation d'un aimant permanent permet de réaliser une mesure avec une puissance électrique consommée très faible, puisque seul l'élément sensible nécessite une alimentation électrique.

[0016] L'aimant permanent peut être tel qu'il a un champ magnétique axial. [0017] Un tel aimant permanent peut avoir une forme géométrique en forme d'anneau.

[0018] Ce mode de réalisation axisymétrique présente l'avantage d'être insensible à l'orientation des câbles métalliques constituant l'armature adjacente. Le capteur est donc insensible à l'anisotropie de cette couche adjacente.

[0019] Un tel aimant permanent peut également être un barreau magnétique droit ou en forme de U.

[0020] Avantageusement, le capteur comprend un élément sensible et une pluralité d'aimants à aimantation uniaxiale disposés radialement et avec la même orientation polaire relativement à l'élément sensible. [0021] Selon un mode de réalisation avantageux, le système de mesure comporte une source constituée par une pluralité d'aimants permanents disposés en ligne.

[0022] Selon un exemple de réalisation, chaque aimant permanent ayant un pôle nord et un pôle sud, les aimants permanents sont disposés de telle sorte que les pôles sont alignés selon le même alignement que celui des aimants de la source et tout couple de deux aimants permanents adjacents a ses polarités inversées.

[0023] Avantageusement, le capteur comporte plusieurs éléments sensibles disposés chacun entre deux aimants permanents. Cela permet de définir une ligne de mesure.

[0024] Selon un autre exemple de réalisation, la source du système de mesure étant constituée d'une pluralité d'aimants permanents à champ magnétique axial et en forme d'anneaux placés en ligne, les axes des aimants permanents en forme d'anneau sont disposés dans un même plan passant par la ligne de la source et orientés normalement à cette ligne.

[0025] Selon un mode de réalisation avantageux, chaque aimant permanent en forme d'anneau comporte un élément sensible disposé au niveau de son axe.

[0026] On peut placer l'élément sensible en un point de l'axe où le champ magnétique est nul en l'absence de couche.

[0027] Ce positionnement a l'avantage de donner une référence pour les mesures pour laquelle la sortie de l'élément sensible est nulle. [0028] L'élément sensible peut être choisi dans le groupe des capteurs à effet Hall, magnéto résistif, magnéto strictif.

[0029] Le capteur du système de mesure selon un objet de l'invention a l'avantage de fonctionner en mode reluctant.

[0030] La mesure en mode reluctant met à profit la perméabilité magnétique de l'armature adjacente et on constate que cela offre une grande sensibilité des mesures à toute variation de la distance d.

[0031] Le système de mesure est avantageusement disposé dans un boîtier non conducteur électrique et dont les propriétés magnétiques sont assimilables à celles de l'air. [0032] Le boîtier peut être un boîtier portatif.

[0033] Dans ce cas, le système de mesure selon un objet de l'invention peut être appliqué à la mesure de l'épaisseur de matériau caoutchouteux d'un flanc ou d'une gomme intérieure d'un pneumatique. Cette mesure peut être réalisée lors de la fabrication du pneumatique ou après la fin de celle-ci.

[0034] Le boîtier peut aussi être apte à être disposé sur ou encastré dans un sol de roulage.

[0035] Dans ce cas, le système de mesure est de préférence appliqué à la mesure de l'épaisseur de matériau caoutchouteux restante d'une bande de roulement d'un pneumatique.

[0036] L'invention s'applique particulièrement aux pneumatiques comportant des renforts métalliques dans leur sommet et/ou leurs nappes carcasses tels ceux destinés à équiper des véhicules à moteur de type tourisme, SUV {"Sport Utility Vehicles"), comme des véhicules industriels choisis parmi camionnettes, « Poids-lourd » - c'est-à-dire métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), véhicules hors-la-route tels qu'engins de génie civil -, autres véhicules de transport ou de manutention.

Description des Figures

[0037] Les figures annexées illustrent plusieurs modes de réalisation d'un système de mesure, selon un objet de l'invention, en prenant comme exemple principal son application à la mesure de l'épaisseur de bandes de roulement de pneumatiques :

- la figure 1 est une vue en perspective d'un véhicule dont un pneumatique passe au- dessus d'un boîtier comportant un système de mesure selon un objet de l'invention ;

- la figure 2 présente un boîtier avec un système de mesure ;

- la figure 3 présente le principe de fonctionnement d'un système de mesure dans le cas d'une bobine à air, en l'absence (a) et en présence (b) d'une armature métallique ;

- la figure 4 présente une coupe d'un pneumatique en contact avec le boîtier du système de mesure ; - la figure 5 présente un premier exemple de réalisation d'un capteur du système de mesure ;

- la figure 6 présente un deuxième exemple de réalisation d'un capteur du système de mesure ;

- la figure 7 présente un exemple de mesures réalisées avec le capteur de la figure 6 ;

- la figure 8 montre un troisième exemple de réalisation d'un capteur du système de mesure ;

- la figure 9 présente un quatrième exemple de réalisation d'un capteur du système de mesure ;

- la figure 10 présente un exemple de mesures réalisées avec le capteur de la figure 9 ;

- la figure 11 présente un cinquième exemple de réalisation d'un capteur du système de mesure ; et

- la figure 12 montre schématiquement la structure de l'électronique d'un système de mesure. Description détaillée de l'invention

[0038] La figure 1 présente un véhicule 5 dont le pneumatique 8 roule sur un boîtier 6 comportant un système de mesure de l'usure. La figure montre un véhicule de tourisme mais le système de mesure est aussi utilisable pour tout autre véhicule, tel un poids-lourd ou un car. La mesure de l'épaisseur restante de matériau caoutchouteux de la bande de roulement du pneumatique 8 est faite lorsque le pneumatique roule au-dessus du boîtier 6 sans qu'il soit nécessaire d'arrêter le véhicule ou de démonter le pneumatique du véhicule.

[0039] La figure 2 illustre un boîtier 12 selon l'un des objets de l'invention. Celui-ci se présente comme un ensemble portatif qui peut être déposé sur un sol de roulage. Il a une section droite sensiblement trapézoïdale. Le boîtier comprend deux portions inclinées, une rampe d'accès 14 et une rampe de sortie 16. Entre les deux se trouve une portion 18 sensiblement horizontale, la face d'application du boîtier. La portion 18 du boîtier 12 protège un ou une rangée de capteurs 50 destinés à réaliser les mesures de distance. La base 20 du boîtier ou face d'appui est placée contre le sol de roulage et procure au boîtier la stabilité nécessaire pendant le fonctionnement du système. Le boîtier 12 comporte aussi une électronique 40 avec une source d'énergie. Les mesures sont faites lorsque l'aire de contact du pneumatique repose sur la portion horizontale 18. Cette portion horizontale est la face d'application du boîtier contre la surface de la bande de roulement du pneumatique. Le boîtier 12 est réalisé en un matériau non conducteur dont les propriétés magnétiques sont assimilables à celles de l'air pour ne pas perturber les mesures. [0040] Selon d'autres modes de réalisation, le boîtier peut être encastré dans un sol de roulage ou de dimensions et de poids approprié pour pouvoir être appliqué contre un flanc ou une gomme intérieure d'un pneumatique.

[0041] La figure 3 illustre le principe de fonctionnement du capteur d'un système de mesure selon un objet de l'invention. [0042] A la figure 3(a) est représenté une bobine à air 10 avec un axe de symétrie et de sensibilité A. Lorsque les bornes de la bobine sont alimentées par un courant continu, les lignes de champ magnétique 54 émises par ce dispositif s'étendent dans l'air tout autour de la bobine tel que schématisé à la fig. 3(a).

[0043] Si on approche de ce dispositif une armature métallique 14, bonne conductrice de champ magnétique et mauvaise conductrice électrique, telle une nappe sommet d'un pneumatique constituée de renforts métalliques parallèles noyés dans deux couches de matériau caoutchouteux peu conducteur, les lignes de champ vont naturellement chercher à passer par cette armature métallique plutôt que dans l'air, car l'air a une reluctance supérieure à celle de l'armature métallique. On observe une localisation des lignes de champ magnétique 54 à travers l'armature métallique 14.

[0044] Il en résulte que dans la zone située entre la bobine 10 et l'armature métallique, la densité de flux magnétique va augmenter.

[0045] Le mode de fonctionnement du système selon un objet de l'invention utilise ce principe physique et est un mode reluctant donc lié à la perméabilité magnétique des différentes parties du circuit magnétique constitué par la source et l'objet dont on mesure la distance avec le capteur.

[0046] La figure 4 illustre les conditions dans lesquelles la mesure d'épaisseur restante d'une bande de roulement de pneumatique peut se réaliser. C'est une vue en coupe d'un pneumatique sur un boîtier du système de mesure. [0047] Le boîtier 12 protège un capteur 50 destiné à réaliser les mesures de distance. Le capteur 50 est constitué d'une source 52 et d'un élément sensible 51. Dans ce mode de réalisation, la source 52 est un aimant permanent parallélépipédique et l'élément sensible est un capteur à effet Hall (voir Fig. 5). L'élément sensible et la source sont placés dans le même plan 54.

[0048] La base 20 du boîtier est placée contre le sol de roulage et procure à celui-ci la stabilité nécessaire pendant le fonctionnement du système. Le boîtier 12 contient également l'électronique nécessaire à la réalisation des mesures par le capteur 50.

[0049] Les mesures sont faites lorsque l'aire de contact du pneumatique 8 repose sur la face d'application 18 du boîtier 12.

[0050] Le pneumatique 8 comprend notamment une bande de roulement 80 avec des sculptures 82, une armature de sommet 84 constituée de deux ou plus nappes de renforts métalliques (non représentées), et de flancs 86. La surface de roulage 88 de la bande de roulement 80 est en appui contre la face d'application 18 du boîtier 12. [0051] Le capteur 50 mesure, comme il a été expliqué ci-dessus, la distance Dl qui le sépare de l'armature métallique 84 du sommet du pneumatique 8. Dl a trois composantes. Deux de ces composantes sont fixes, la distance D2 qui sépare le fond des sculptures 82 de l'armature 84, et la distance D3 qui sépare le capteur 50 de la face d'application 18 du boîtier 12. Une composante est variable avec le degré d'usure de la bande de roulement, c'est d qui correspond à l'épaisseur restante de la bande de roulement. On a : d = Dl - D2 - D3

[0052] La distance D2 peut être connue à partir de l'identification du type de pneumatique mesuré. Cette identification peut être manuelle ou automatique, par exemple en récupérant des données d'identification inscrites dans un transpondeur tel un RFID incorporé dans la structure du pneumatique.

[0053] La figure 6 illustre un mode de réalisation alternatif du capteur 60 dans lequel la source de champ magnétique est un assemblage de deux aimants permanents de forme parallélépipédique 62, dont les pôles identiques se font face, les pôles sud, les deux aimants 62 étant disposés sur le même plan 64. [0054] Dans cette configuration, l'élément sensible 61 peut être positionné dans l'intervalle existant entre les deux aimants 62.

[0055] Des essais avec cette configuration de capteur ont été réalisés avec des aimants permanents Néodyme-Fer-Bore, frittés composés de poudre de Néodyme, de Fer et de Bore. Leur géométrie était : longueur 19,05 mm, largeur 12,7 mm et hauteur 6,35 mm. L'écartement entre les deux aimants permanents était de 19 mm. Le capteur à effet Hall utilisé était de marque Honeywell référence SS39E.

[0056] Une coupe de pneumatique radial pour véhicule Poids-lourd a été utilisée pour ces essais après avoir raboté le caoutchouc de la bande de roulement. Le zéro des mesures a été fait lorsque l'armature de sommet était en contact avec la face d'application du boîtier 12, puis on a écarté progressivement la coupe de la face d'application du boîtier.

[0057] La figure 7 présente les résultats obtenus. On observe une variation très sensible de l'intensité a du champ magnétique local jusqu'à environ un écartement de 25 à 30 mm.

[0058] La première courbe (1) a été réalisée avec un espacement entre les deux aimants permanents de 19 mm, la seconde (2) avec un espacement double, de 38 mm.

[0059] Ces résultats montrent que la dynamique de variation du signal mesuré par l'élément sensible 61 est d'autant plus importante que l'intervalle entre les deux aimants 62 est faible (courbe 1).

[0060] En revanche, plus l'intervalle entre les deux aimants 62 est fort, plus la linéarité du signal mesuré par l'élément sensible 61 est forte (courbe 2).

[0061] La figure 8 montre un autre mode de réalisation du capteur 70 qui est une répétition avantageuse du mode de réalisation de la figure 6.

[0062] Dans ce mode de réalisation, on dispose une succession de six aimants parallélépipédiques 72 le long d'une ligne de mesure 75, l'ensemble étant placé dans un même plan 74.

[0063] Ce faisant on réalise une source de champ magnétique statique qui produit une répétition d'intervalles 73 entre les aimants parallélépipédique 72. Ces intervalles 73 sont autant de zones équivalentes du point de vue magnétique, le long de la ligne 75. [0064] Dans chacun des intervalles on dispose un élément sensible 71, capable de mesurer l'évolution du champ magnétique local.

[0065] Ce mode de réalisation du capteur 70 permet de réaliser une mesure d'épaisseur de couche de gomme de pneumatique en plusieurs points, simultanément, le long d'une ligne.

[0066] La figure 9 montre un quatrième mode de réalisation du capteur 90 dans lequel la source de champ magnétique est constituée d'un aimant 92 de forme annulaire et dont l'aimantation est axiale.

[0067] Dans ce mode de réalisation, l'élément sensible 91 est avantageusement placé sur l'axe de symétrie de l'anneau, en un point ou le champ magnétique est nul en l'absence d'armature métallique de pneumatique.

[0068] Ce faisant, le signal de sortie de l'élément sensible 91 est nul lorsque le capteur 90 est tenu éloigné de toute armature métallique de pneumatique. Cela a pour avantage d'éviter l'offset de mesure présent dans les modes de réalisation décrits précédemment. [0069] Des essais avec cette configuration de capteur ont été réalisés avec deux aimants permanents Néodyme-Fer-Bore. Leur géométrie était : diamètre extérieur 26,75 mm, diamètre intérieur 16 mm et hauteur 5 mm pour le premier et diamètre extérieur 19,1 mm, diamètre intérieur 9,5 mm et hauteur 6,4 mm pour le second. Le capteur à effet Hall utilisé était de marque Honeywell référence SS39E. [0070] Le mode opératoire pour cet essai a été identique à celui décrit précédemment.

[0071] Le graphique de la figure 10 montre les résultats obtenus. On observe à nouveau une variation très sensible de l'intensité a du champ magnétique local lors de la variation de l'écartement entre le système de mesure et l'armature métallique du sommet du pneumatique, de 5 mm environ jusqu'à 25 à 30 mm. [0072] Ce graphique montre que la dynamique de variation du signal mesuré par l'élément sensible 91 est d'autant plus importante que le diamètre de l'aimant annulaire 92 est faible (courbe 2). [0073] En revanche, plus le diamètre de l'aimant 92 est fort, plus la linéarité du signal mesuré par l'élément sensible 91 est forte (courbe 1).

[0074] Ce mode de réalisation axisymétrique présente l'avantage d'être insensible à l'orientation des câbles métalliques constituant l'armature adjacente. Le capteur est donc insensible à l'anisotropie de cette couche adjacente.

[0075] La figure 11 illustre un mode de réalisation alternatif du capteur 95 dans lequel la source de champ magnétique est un assemblage de quatre aimants de forme parallélépipédique 97, dont les pôles identiques se font face, les quatre aimants 97 étant disposés sur le même plan 98. [0076] Dans ce mode de réalisation, les aimants sont disposés deux à deux le long de deux lignes perpendiculaires, de sorte que l'ensemble des quatre aimants 97 réalise un dispositif en croix.

[0077] Dans cette configuration, l'élément sensible 96 peut être positionné au centre de la croix ainsi réalisée. [0078] Dans ce mode de réalisation, la dynamique du signal de sortie de l'élément sensible 96, ainsi que la portée du capteur 95 est plus forte que ce qui est obtenu avec la structure décrite dans la figure 6.

[0079] La linéarité du signal de sortie de l'élément sensible 96 est, quant à elle, d'autant plus forte que les 4 aimants sont plus éloignés les uns des autres. [0080] La figure 13 illustre un autre mode de réalisation dans lequel on dispose deux rangées d'aimants paralléllépipédiques 272. Les pôles nord de ces aimants sont disposés face à face deux à deux comme montré sur la figure. Entre les deux rangées d'aimants 272, on dispose une rangée d'éléments sensibles 271. Ces éléments sensibles sont, par exemple, des capteurs de type à Effet Hall. Cette configuration permet avantageusement de supprimer les effets de bord de nappe que l'on constate avec certaines des autres configurations.

[0081] La figure 12 montre la structure de l'électronique 40 permettant la mesure d'épaisseur d'une couche de gomme de pneumatique en plusieurs points simultanément. [0082] Dans cet exemple, l'électronique 40 utilise un multiplexeur (MUX) 106 auquel est relié une succession d'éléments sensibles 100, munis d'un étage de conditionnement du signal 102 et d'un convertisseur analogique-digital 104.

[0083] Ce multiplexeur 106 est relié à une carte mère 108, dont les fonctions sont :

• l'enregistrement des mesures réalisées par les capteurs 100 dans une mémoire

124 ;

• l'identification de pneumatique lorsque cela peut se faire en mettant à profit la présence de RFID incorporé dans la structure du pneumatique ; la carte mère utilise alors un étage dédié à la lecture de RFID 120 avec une antenne 122 ;

• l'envoi des résultats de mesure vers un serveur distant, au moyen d'un étage de communication sans fil 114 avec une antenne 116.

[0084] Enfin, cette carte mère 108 est gérée par un micropricesseur 110 et est équipée d'un étage d'alimentation 112 sur batterie 118.

[0085] L'ensemble ayant la capacité à réaliser des mesures nombreuses de pneumatiques, sans changement de batteries, ce qui confère au système une autonomie de plusieurs années sans intervention humaine.