FR3036480A1

FR3036480A1 - Capteur de proximite capacitif pour vehicule automobile

Info

Publication number: FR3036480A1
Application number: FR1554648A
Authority: FR
Inventors: Monirat Ung; Olivier Elie; Mickael Guibbert
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-25
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: FR3036480B1

Abstract

La présente invention a pour objet un capteur (1) de proximité capacitif pour véhicule automobile, ledit capteur (1) comprenant un circuit électrique de détection (CD) comprenant une électrode (Cdet) de détection d'une présence humaine à proximité du véhicule automobile et étant configuré pour générer une tension de détection (Vdet) à partir de ladite électrode (Cdet), un circuit électrique de conversion (CC) comprenant un convertisseur analogique-numérique (ADC) configuré pour convertir la valeur analogique de ladite tension de détection (Vdet) en une valeur numérique codée sur un nombre entier naturel de bits à partir d'une tension de référence (Vref_dyn). Le capteur (1) est remarquable en ce qu'il comprend en outre un circuit électrique de génération (CG) configuré pour générer ladite tension de référence (Vref_dyn) à partir de la tension de détection (Vdet) de sorte que la tension de référence (Vref_dyn) soit supérieure et proportionnelle à la tension de détection (Vdet).

Description

1 L'invention concerne le domaine de l'automobile et se rapporte plus particulièrement à un capteur capacitif ainsi qu'à un véhicule automobile comprenant un tel capteur. L'invention permet avantageusement d'augmenter la sensibilité d'un capteur 5 de proximité capacitif pour véhicule automobile afin que les mesures qu'il réalise soient plus précises. Dans un véhicule automobile, il est connu d'utiliser un système de déverrouillage d'un accès comprenant un dispositif de détection de la présence d'un utilisateur. 10 Un tel dispositif comprend de manière connue un capteur de proximité capacitif permettant de détecter, par exemple, la présence d'une main de l'utilisateur sur la poignée d'une portière afin de la déverrouiller ou bien de détecter le passage d'un pied de l'utilisateur à proximité du coffre du véhicule afin de l'ouvrir au moins en partie. L'exemple de la figure 1 illustre le déverrouillage d'une portière de véhicule 15 (non représentée) par un utilisateur à l'aide d'un capteur 1 de proximité capacitif logé dans la poignée 2 de la portière. Lorsque l'utilisateur déplace sa main M d'une première position P1, éloignée de la poignée 2, à une deuxième position P2, sur la poignée 2, le capteur 1 détecte cette présence, ce qui entraine le déverrouillage de la portière. Un tel capteur 1 comprend de manière connue une première électrode 3 et un 20 circuit électrique 4 relié à ladite électrode et comprenant une capacité dite « de détection » et une capacité dite « de mesure ». Lorsque la main M de l'utilisateur est dans la deuxième position P2 à proximité de l'électrode 3, l'utilisateur se comporte comme une deuxième électrode, reliée à la Terre, qui augmente la valeur de capacitance de la capacité de détection à une valeur de capacitance supérieure à la valeur de capacitance 25 nominale de la capacité de détection « au repos » (i.e. en l'absence d'utilisateur). Cette variation de capacitance étant faible, il est nécessaire de l'amplifier pour mieux la détecter. A cette fin, il est connu d'utiliser un premier circuit comprenant une pluralité de capacités et d'interrupteurs commandés périodiquement, reliés à une tension d'alimentation. On mesure alors en sortie de ce premier circuit une tension de détection 30 permettant, selon sa valeur, de détecter une présence humaine à proximité du capteur. Cette mesure est réalisée par un deuxième circuit comprenant un convertisseur analogique-numérique (« Analog-Digital Converter » ou ADC en langue anglaise) qui convertit la tension de détection en une valeur numérique codée sur plusieurs bits. Ce convertisseur analogique-numérique est connecté à une tension fixe 35 dite « de référence » qui détermine la valeur en tension d'un bit appelé « pas » du 3036480 2 convertisseur analogique-numérique. Ainsi, lorsque le convertisseur analogique-numérique utilise un codage sur N bits, le pas en Volts est égal à la tension de référence divisée par le nombre N de bits. Ainsi, plus ce pas est faible, plus la sensibilité du capteur est importante car le capteur peut ainsi mesurer plus précisément la valeur de la tension de détection. Il arrive fréquemment que la tension de détection varie, par exemple du simple au double. Or, lorsque la tension de détection est supérieure à la tension de référence, le convertisseur analogique-numérique sature. En effet, dans ce cas, le convertisseur analogique-numérique fournit en sortie une valeur numérique correspondant à son nombre de bits maximum quelle que soit la valeur de la tension de détection lorsqu'elle est supérieure à la tension de référence. La valeur numérique de la tension de détection n'est alors plus corrélée à sa réelle valeur analogique, ce qui présente un inconvénient important. De plus, le codage sur N bits du convertisseur analogique-numérique et la valeur de la tension de référence du convertisseur fixent la sensibilité du capteur de sorte que, lorsque la tension de détection varie, le pas du convertisseur n'est pas nécessairement adapté à la valeur de la tension de détection, ce qui présente un inconvénient. En effet, pour une valeur élevée de la tension de détection mais inférieure à la tension de référence, le pas du convertisseur est faible en comparaison de la valeur de la tension de détection et dans ce cas, la mesure de la tension de détection par le convertisseur est précise et la sensibilité du capteur est élevée. En revanche, pour une valeur faible de la tension de détection, le pas du convertisseur est important en comparaison de la valeur de la tension de détection et dans ce cas, la mesure de la tension de détection par le convertisseur peut s'avérer imprécise et la sensibilité du capteur faible. L'invention vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients en proposant une solution simple, fiable et efficace pour améliorer la précision de la mesure d'un capteur de proximité capacitif monté dans un véhicule automobile. A cette fin, la présente invention a tout d'abord pour objet un capteur de 30 proximité capacitif pour véhicule automobile, ledit capteur comprenant : - un circuit électrique de détection comprenant une électrode de détection d'une présence humaine à proximité du véhicule automobile, ledit circuit électrique de détection étant configuré pour générer une tension de détection à partir de ladite électrode, 35 - un circuit électrique de conversion comprenant un convertisseur analogique- numérique configuré pour convertir la valeur analogique de ladite tension de 3036480 3 détection en une valeur numérique codée sur un nombre entier naturel de bits à partir d'une tension de référence, ledit capteur étant remarquable en ce qu'il comprend en outre un circuit électrique de génération configuré pour générer ladite tension de référence à partir de la tension de détection de sorte que la 5 tension de référence soit supérieure et proportionnelle à la tension de détection. La tension d'utilisation étant dépendante de la tension de référence, la sensibilité du capteur se trouve ainsi adaptée à la valeur de la tension de référence quelle que soit la valeur de la tension de détection. En d'autres termes, le capteur selon l'invention permet d'adapter automatiquement l'échelle de mesure au signal mesuré, ce 10 qui permet de mesurer le signal avec une précision importante. De préférence, la valeur de la tension de référence est au moins égale à 105 % de la tension de détection. De préférence encore, la valeur de la tension de référence est comprise entre 110 et 120 % de la valeur de la tension de détection, et est de préférence de l'ordre 15 de 110 % afin d'être supérieure à la tension de détection tout en étant proche de ladite tension de détection pour conserver une sensibilité élevée du capteur. Selon une caractéristique de l'invention, le circuit électrique de génération comprend : - un deuxième amplificateur opérationnel comprenant une première entrée, une 20 deuxième entrée et une sortie, - une résistance d'entrée reliée, d'une part, à la deuxième entrée du deuxième amplificateur opérationnel et, d'autre part, à une masse, - une résistance de sortie reliée, d'une part, à la deuxième entrée du deuxième amplificateur opérationnel et, d'autre part, à la sortie du deuxième amplificateur 25 opérationnel, et - une capacité de référence reliée, d'une part, à la sortie du deuxième amplificateur opérationnel et, d'autre part, à la masse, la tension de référence dynamique étant définie comme étant la tension aux bornes de la capacité de référence.

De manière préférée, le ratio de la valeur de la résistance de sortie et de la valeur de la résistance d'entrée est de l'ordre de 10 à 20 `Vo. Avantageusement, la valeur de la capacité de référence peut être de l'ordre de quelques centaines de nano farad, par exemple entre 100 et 900 nF.

3036480 4 L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un capteur tel que présenté précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non 5 limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. - La figure 1 (déjà commentée) illustre schématiquement un dispositif de détection de la présence d'une main d'un utilisateur montée dans une poignée de portière d'un véhicule automobile. 10 - La figure 2 illustre schématiquement un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention. Le capteur selon l'invention est un capteur de proximité capacitif destiné à être monté dans un véhicule automobile afin de détecter la présence d'une personne et déverrouiller ainsi l'accès à l'intérieur du véhicule.

15 Le capteur peut, par exemple, être monté au niveau d'une portière ou d'un coffre du véhicule afin d'en déverrouiller l'accès. On a représenté à la figure 2 le schéma de circuit électrique d'une forme de réalisation du capteur 1 selon l'invention. Ce capteur 1 comprend un circuit électrique de détection CD, un circuit 20 électrique de conversion CC et, selon l'invention, un circuit électrique de génération CG. Le circuit électrique de détection CD est configuré pour générer une tension de détection Vdet à partir d'une tension générée par une électrode de détection. A cette fin, le circuit électrique de détection CD comprend une électrode de détection, représentée schématiquement sur la figure 2 sous la forme d'une capacité de 25 détection Cdet, une résistance de mesure Rmes, une capacité de mesure Ornes, une capacité de stockage Cs, un premier interrupteur 11, un deuxième interrupteur 12, un troisième interrupteur 13, un quatrième interrupteur 14, une alimentation en tension Vdd et une masse M. De manière connue, cette masse M peut être une masse de référence du véhicule lorsque le capteur est monté dans ledit véhicule.

30 L'électrode Cdet permet la détection d'une présence humaine à proximité du véhicule automobile. Une telle électrode étant connue, elle ne sera pas détaillée davantage ici. L'électrode Cdet est connectée, d'une part, à la masse M et, d'autre part, à la résistance de mesure Rmes- La résistance de mesure Rmes est connectée, d'une part, à la capacité de détection Cdet et, d'autre part, à un point de mesure A.

3036480 5 La capacité de mesure Cm' est connectée, d'une part, à la masse M et, d'autre part, au point de mesure A. La capacité de stockage Cs est connectée, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à un point de liaison B.

5 Le premier interrupteur 11 est connecté, d'une part, au point de liaison B et, d'autre part, à l'alimentation en tension Vaa- Le deuxième interrupteur 12 est connecté, d'une part, au point de liaison B et, d'autre part, à la masse M. Le troisième interrupteur 13 est connecté, d'une part, au point de mesure A et, 10 d'autre part, à l'alimentation en tension Vaa- Le quatrième interrupteur 14 est connecté, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à la masse M. Le premier interrupteur 11, un deuxième interrupteur 12, un troisième interrupteur 13, un quatrième interrupteur 14 sont, de manière connue, des interrupteurs bi15 positions commandés périodiquement en ouverture ou en fermeture, par exemple toutes les 50 ou 100 ps, par des moyens de commande (non représentés). La tension de détection Vdet est définie comme étant la tension aux bornes de la capacité de mesure °mes, c'est-à-dire la tension entre le point de mesure A et la masse M.

20 Le circuit électrique de conversion CC est configuré pour convertir la tension de détection en une valeur numérique. A cette fin, le circuit électrique de conversion CC comprend une première branche L1, une deuxième branche L2, une résistance de sortie Rs et un convertisseur analogique-numérique ADC (analogical to digital converter en langue anglaise) 25 comprenant une première entrée El, une deuxième entrée E2 et une sortie Sl. La première branche L1 est reliée, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à la première entrée El du convertisseur analogique-numérique ADC. La première branche L1 comprend un cinquième interrupteur 15, un premier amplificateur opérationnel OP, comprenant une première entrée EH, une deuxième 30 entrée E12 et une sortie S11, une capacité intermédiaire Cl, une première résistance R1 et une deuxième résistance R2. Le cinquième interrupteur 15, est relié, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à la première entrée E12 du premier amplificateur opérationnel OP1. La deuxième entrée E12 du premier amplificateur opérationnel OP, est reliée 35 directement à la sortie S11 du premier amplificateur opérationnel OP, de sorte que le premier amplificateur opérationnel OP, constitue de manière connue un suiveur de tension.

3036480 6 La capacité intermédiaire Cl est reliée, d'une part, à la sortie S11 du premier amplificateur opérationnel OP, et, d'autre part, à la masse M. La première résistance R, est connectée, d'une part, à la sortie Sll du premier amplificateur opérationnel OP, et, d'autre part, à la première entrée El du convertisseur 5 analogique-numérique ADC. La deuxième résistance R2 est connectée, d'une part, à la masse M et, d'autre part, à la première entrée El du convertisseur analogique-numérique ADC. La deuxième branche L2 est reliée, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à la deuxième entrée E2 du convertisseur analogique-numérique ADC.

10 La deuxième branche L2 comprend un sixième interrupteur 16 et une troisième résistance R3. Le sixième interrupteur 16 est relié, d'une part, au point de mesure A et, d'autre part, à la troisième résistance R3. La troisième résistance R3 est reliée, d'une part, au sixième interrupteur 16 et, 15 d'autre part, à la deuxième entrée E2 du convertisseur analogique-numérique ADC. Le convertisseur analogique-numérique ADC est configuré pour convertir la valeur analogique de la tension de détection Vdet fournie par le circuit électrique de détection CD en une valeur numérique n codée sur un nombre entier naturel N de bits à partir d'une tension de référence dynamique Vref dyn.

20 Les variations de cette valeur n sont alors utilisées pour détecter ou non la présence d'une personne ou pas. En régime nominal, c'est-à-dire sans la présence d'une personne, le dispositif de mesure mesurera une certaine valeur nref, qui traduira donc l'état stable nominal. Lorsqu'une personne est suffisamment proche du dispositif de mesure, le dispositif de mesure mesurera une nouvelle valeur n1. Si cette valeur n1 est 25 suffisamment différente de nref, alors le dispositif considérera qu'une personne a effectivement mis sa main sur le dispositif de mesure. Le circuit électrique de génération CG est configuré pour générer la tension de référence dynamique Vref dyn à partir de la tension de détection Vdet de sorte que la tension de référence dynamique Vref dyn soit supérieure et proportionnelle à la tension de 30 détection Vde,. A cette fin, le circuit électrique de génération CG comprend un deuxième amplificateur opérationnel OP2 comprenant une première entrée E21, une deuxième entrée E22 et une sortie S21, une résistance d'entrée R10, une résistance de sortie R20 et une capacité de référence Cref- 35 La première entrée E21 du deuxième amplificateur opérationnel OP2 est reliée à la sortie du premier amplificateur opérationnel OP, du circuit électrique de conversion CD.

3036480 7 La résistance d'entrée R10 est reliée, d'une part, à la deuxième entrée E21 du deuxième amplificateur opérationnel OP2 et, d'autre part, à la masse M. La résistance de sortie R20 est reliée, d'une part, à la deuxième entrée E22 du deuxième amplificateur opérationnel OP2 et, d'autre part, à la sortie S21 du deuxième 5 amplificateur opérationnel OP2. La capacité de référence Cref est reliée, d'une part, à la sortie S21 du deuxième amplificateur opérationnel OP2 et, d'autre part, à la masse M. La tension de référence dynamique Vref dyn est définie comme étant la tension aux bornes de la capacité de référence Cref, c'est-à-dire la tension entre la sortie S21 du 10 deuxième amplificateur opérationnel OP2 et la masse M. Ainsi, avec le capteur capacitif selon l'invention, la tension de référence dynamique Vref dyn est ainsi proportionnelle à la tension de détection Vdet- Le choix des valeurs de la résistance d'entrée R10 et de la résistance de sortie R20 permet de rendre la valeur de la tension de référence dynamique Vref dyn 15 supérieure à la valeur de la tension de détection Vdet- De manière avantageuse, les valeurs de la résistance d'entrée R10 et de la résistance de sortie R20 peuvent être choisies de sorte que la tension de référence dynamique Vref dyn soit au moins égale à 110 % de la tension de détection Vdet- De préférence, les valeurs de la résistance d'entrée R10 et de la résistance de 20 sortie R20 peuvent être choisies de sorte que la tension de référence dynamique Vref dyn soit comprise entre 110 et 120 % de la tension de détection Vdet- Par exemple, le ratio de la valeur de la résistance d'entrée R10 et de la valeur de la résistance de sortie R20 peut être de l'ordre de R10 = 100 kO et R20 =10 ka A titre d'exemple, les valeurs suivantes des composants peuvent être choisies 25 de manière à ce que la valeur de la tension de référence dynamique Vref dyn soit égale à environ 110 `)/0 de la valeur de la tension de détection Vdet - capacité de détection Odet : 10 pF - résistance de mesure Rrnes : 100 kO - capacité de mesure Ornes : 10 pF 30 - capacité de stockage Cs : 20 pF - alimentation en tension Vdd : 3.3 V - capacité intermédiaire C1 : 1 nF - première résistance R1 : 10 kO - deuxième résistance R2 : 10 kO 35 - troisième résistance R3 : 10 kO - résistance de sortie Rs : 10 kO 3036480 8 - résistance d'entrée R10 : 100 kf) - résistance de sortie R20 : 10 kf) - capacité de référence Cret : 1 pF. Par ailleurs, le premier amplificateur opérationnel OP, peut être soit intégré au 5 microprocesseur contenant l'ADC, soit être, par exemple, de type ADA4898 à faible bruit. De même, le deuxième amplificateur opérationnel OP2 peut être soit intégré au microprocesseur contenant l'ADC, soit être, par exemple, de type ADA4898 à faible bruit. Il est à noter que l'amplificateur opérationnel de type ADA4898 est double et 10 peut donc servir à la fois pour mettre en oeuvre le premier amplificateur opérationnel OP, et le deuxième amplificateur opérationnel OP2. Enfin, le convertisseur analogique-numérique ADC peut être soit intégré au microprocesseur, soit être, par exemple, de type AD5312. Il est à noter enfin que la présente invention n'est pas limitée aux exemples 15 décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, la configuration structurelle des différents circuits tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l'invention, ne saurait être interprétée comme limitative.

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur (1) de proximité capacitif pour véhicule automobile, ledit capteur (1) comprenant : - un circuit électrique de détection (CD) comprenant une électrode (Cdet) de détection d'une présence humaine à proximité du véhicule automobile, ledit circuit électrique de détection (CD) étant configuré pour générer une tension de détection (Vdet) à partir de ladite électrode (Cdet), - un circuit électrique de conversion (CC) comprenant un convertisseur analogique-numérique (ADC) configuré pour convertir la valeur analogique de ladite tension de détection (Vdet) en une valeur numérique codée sur un nombre entier naturel de bits à partir d'une tension de référence (Vref dyn), ledit capteur (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit électrique de génération (CG) configuré pour générer ladite tension de référence (Vref dyn) à partir de la tension de détection (Vdet) de sorte que la tension de référence (Vref dyn) soit supérieure et proportionnelle à la tension de détection (Vdet).
2. Capteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la tension de référence (Vref dyn) est au moins égale à 1 1 0 % de la tension de détection (Vdet)-
3. Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de la tension de référence (Vref dyn) est comprise entre 110 et 120 % de la valeur de la tension de détection (Vdet).
4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit électrique de génération (CG) comprend : - un deuxième amplificateur opérationnel (0P2) comprenant une première entrée (E21), une deuxième entrée (E22) et une sortie (S21), - une résistance d'entrée (R10) reliée, d'une part, à la deuxième entrée (E21) du deuxième amplificateur opérationnel (0P2) et, d'autre part, à une masse (M), - une résistance de sortie (R20) reliée, d'une part, à la deuxième entrée (E21) du deuxième amplificateur opérationnel (0P2) et, d'autre part, à la sortie (S21) du deuxième amplificateur opérationnel (0P2), et - une capacité de référence (Cref) reliée, d'une part, à la sortie (S21) du deuxième amplificateur opérationnel (0P2) et, d'autre part, à la masse (M), la tension de référence dynamique (Vref dyn) étant définie comme étant la tension aux bornes de la capacité de référence (Cref). 3036480 10
5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ratio de la valeur de la résistance de sortie (R20) et de la valeur de la résistance d'entrée (R10) est de l'ordre de 1 0 à 2 0 (3/0 .
6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce 5 que la valeur de la capacité de référence (Cref) peut être de l'ordre de 1 pF.
7. Véhicule automobile comprenant un capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.