Copyright © 2000-2015 LHERBAUDIERE	4 pages à l'impression			version initiale 2002
	INFORMATION				dernière mise à jour 22 mars 2013

CAPTEURS pour l'AUTOMOBILE

huitième partie : les gadgets du 21ème siècle

généralités			le confort dans l'automobile
système sans fils : transponder			réduire le cablage
système à onde de surface			améliorer la sécurité
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généralités

En dehors du domaine de l'aide au pilotage et du contrôle de la pollution il existe de nombreux travaux concernant le domaine automobile et plus particulièrement les équipements et ayant comme objectifs principaux:

• le confort de l'automobiliste
• la réduction du coût de certains composants
• la simplification du cablage

En effet d'une part le domaine automobile est très concurrentiel, et d'autre part le client souhaite de plus en plus de gadgets concourant à son confort ou à une plus grande facilité d'utilisation de son véhicule. Il en résulte un acroissement considérable du nombre de capteurs et de processeurs dans une voiture et consécutivement un développement excessif du cablage qui atteint maintenant plus de 8km sur certains véhicules. Ceci est à la fois une source de surcoût et de risque de pannes puisque ces cables relient des éléments via des connecteurs et que cet ensemble est soumis aux aléas de la route, c'est à dire à une combinaison de contraintes thermiques et vibrationnelles dont on sait qu'elles sont à la source de nombre de mauvais contacts, de ruptures de cable ou d'usure localisée des gaines d'isolation. En outre toute modification d'implantation entraîne des coûts très élevés.

Nous allons donc présenter ici quelques pistes de développement qui vont plus ou moins prochainement se traduire pratiquement dans nos véhicules.

systèmes sans fils : transponder

Actuellement les systèmes de contrôle à distance se font le plus souvent via des connections cablées. Mais dans des conditions difficiles d'environnement il parait de plus en plus probable que les techniques sans fils vont se développer, et l'automobile est sans doute l'un des domaines les plus prometteurs tant pour la transmission de données que la transmission de puissance.

Le principe de base peut être schématisé comme ci-dessous, c'est à dire par l'exploitation de bobinages couplés. Une certaine variété de transponders sont ainsi déjà disponibles sur le marché. Dans l'exemple il s'agit de système fonctionnant dans la plage 100-150kHz et utilisant un circuit d'identification pour des applications R/W très générales.

fig. principe d'un système de contrôle sans fil

Une bobine miniature est reliée au chip et constitue le circuit d'alimentation dudit circuit aussi bien que le canal de transmission bidirectionnel. Selon le domaine d'application différentes puissances et distances sont possibles, mais pour les applications automobiles déjà connues c'est le domaine radiofréquence avec des puissances pouvant atteindre de quelques µW à quelques mW. Le schéma ci-dessus est typiquement celui du système de contrôle de l'antidémarrage. L'enclenchement de la clé de contact active le dispositif fixe qui fournit l'énergie au transponder (accroché au porte-clés) lequel peut alors renvoyer le code en mémoire qui est lu et comparé à celui interne au véhicule et permet l'autorisation ou non du démarrage..

Un dispositif proche, plus ancien et donc plus fréquent exploite un émetteur infrarouge incorporé dans le porte-clés et transmettant un code différent selon le poussoir enfoncé pour contrôler l'ouverture ou la fermeture des portes, dans ce cas une pile bouton au lithium assure une autonomie de plusieurs années au dispositif et une portée de quelques mètres.

Enfin l'exploitation d'une carte à puce est une variante destinée à supprimer complètement la clé de contact et mise en oeuvre actuellement par Renault. Certains modèles haut de gamme de ce constructeur disposent même d'un transponder suffisamment performant pour rester dans la poche du veston du conducteur qui n'a plus besoin que d'appuyer sur le contacteur marche-arrêt pour démarrer son véhicule.

Il est relativement aisé d'étendre le principe du transponder à une unité comportant un ou plusieurs capteurs, ainsi il sera possible de relier un capteur fixé sur une pièce en mouvement à un contrôleur fixe, ce capteur étant interrogé exclusivement lorsque la pièce sera dans une certaine position. Il est ainsi possible d'imaginer des capteurs contrôlant la pression des pneus du véhicule interrogés lorsqu'ils seront en position proche de la base fixe et permettant d'identifier à temps une perte de pression. Certains constructeurs testent actuellement des dispositifs capables ainsi d'éviter l'accident lors de l'éclatement d'un pneu.

Fig modulateur en technologie GaAs (4.2x1.5mm2)

La figure ci-dessus représente un circuit développé à l'Institut Ferdinand Braun (Berlin) en GaAs et fonctionnant à 2.45 GHz et permettant des transferts de données à haut débit (>5Mbit/s) consommant environ 25mW en phase active et ayant une portée maxi de 10m. L'émetteur radio consomme 90% de la puissance contre moins de 10% pour l'ensemble contrôleur

systèmes à onde de surface

Un autre procédé pour réaliser des capteurs simples n'ayant pas besoin d'une source d'alimentation pour fonctionner consiste à combiner les techniques radar et les capteurs à onde de surface (SAW). La encore la portée est de plusieurs mètres. Le principe est figuré ci-dessous.

Fig. principe du système à onde de surface

Une onde électromagnétique de haute fréquence est émise par le radar et reçue sur l'antenne du capteur-SAW. Le transducteur à doigts interdigités qui est connecté à l'antenne transforme cette onde HF en une onde acoustique de surface qui se propage sur le substrat qui est un cristal piézoélectrique. Cette onde de surface est partiellement réfléchie par chaque réflecteur située sur son parcours. Ainsi dans l'exemple ci-dessus on dispose de 5 réflecteurs avec des espacements différents. Les ondes réfléchies vont être reconverties en onde électromagnétique par le transducteur, réémises par l'antenne et reçues par le radar. La figure montre l'onde incidente et le signal réfléchi. Le train d'onde reçu par le radar permet d'identifier les divers réflecteurs. Notons que l'onde acoustique se déplace sensiblement 10⁵ fois plus lentement que l'onde électromagnétique, ainsi un délai de 1µs entre deux ondes réfléchies nécessite une distance entre réflecteurs de l'ordre de 2mm.

Quelle application?

Ce capteur à onde de surface va être utilisé de la manière représentée par la figure suivante.

On connecte un relais REED sur l'un des réflecteurs. Dans ce cas deux fonctionnements différents sont identifiables: soit le relais est ouvert et dans ce cas le réflecteur joue son rôle normalement et on obtiendra 3 réflexions, soit le relais est fermé et dans ce cas le troisième réflecteur est en court circuit et on n'obtient alors que 2 réflexions. Une application évidente de ce principe est le contrôle de fermeture des portes d'un véhicule. Le capteur est sur la portière et l'aimant sur le bâti. En plaçant une deuxième ampoule REED sur le second réflecteur on peut imaginer réaliser un dispositif qui permet d'identifier que la portière est fermée, mal fermée ou complètement ouverte. L'intérèt majeur pour le constructeur est que ce dispositif évite le cablage utilisé classiquement.

Notons la nécessité des premiers réflecteurs : leur rôle est d'identifier que l'antenne fonctionne correctement et donc de discriminer correctement entre fermeture de porte et non fonctionnement de l'antenne.