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WO2023110449A1 - Dispositif de détection de présence avec antenne radiofréquence, pour un véhicule automobile - Google Patents

Dispositif de détection de présence avec antenne radiofréquence, pour un véhicule automobile Download PDF

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Publication number
WO2023110449A1
WO2023110449A1 PCT/EP2022/084181 EP2022084181W WO2023110449A1 WO 2023110449 A1 WO2023110449 A1 WO 2023110449A1 EP 2022084181 W EP2022084181 W EP 2022084181W WO 2023110449 A1 WO2023110449 A1 WO 2023110449A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
capacitor
capacitive electrode
electrically conductive
conductive line
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/084181
Other languages
English (en)
Inventor
Olivier Gerardiere
Xavier Hourne
Jérome Wroblewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Priority to CN202280083237.3A priority Critical patent/CN118541915A/zh
Priority to US18/703,566 priority patent/US20240427049A1/en
Publication of WO2023110449A1 publication Critical patent/WO2023110449A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/088—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices operating with electric fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960725—Charge-transfer
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    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/960765—Details of shielding arrangements

Definitions

  • the invention relates to the automotive field, and more particularly to the field of presence sensors of the capacitive type used to detect a human presence and trigger at least a function of the motor vehicle.
  • such sensors are used in the context of vehicle access control.
  • the sensor When the presence of a user is detected in the immediate vicinity of the sensor, the sensor generates data which triggers the opening, respectively the closing, of an opening of the motor vehicle (side door or rear hatch, in particular).
  • Such sensors are based on the use of a so-called capacitive electrode, forming a measuring capacitor with the electrical ground.
  • the proximity of a part of the human body increases the electric charge near the capacitive electrode, and therefore the capacitance value of the measuring capacitor. Load measurements then make it possible to detect the presence of a user in the immediate vicinity of the sensor.
  • Such sensors are used, for example, to anticipate the locking or unlocking of a motor vehicle door. They are advantageously integrated into a door handle, or under the trunk.
  • the part of the human body used for presence detection is preferably a hand of a user.
  • proximity sensors of the capacitive type combined with a radiofrequency antenna to condition access to the vehicle to user recognition.
  • User recognition is based on radiofrequency communication between a recognition device, incorporating the radiofrequency antenna, and a device worn by the user.
  • the radio frequency antenna emits an interrogation signal.
  • the device worn by the user receives this interrogation signal, and sends back an identification signal in response.
  • the identification signal is received at the radio frequency antenna and then operated within the recognition device.
  • the device worn by the user can comprise a simple RFID tag, or tag.
  • it may be a smart telephone, comprising a radio frequency antenna and storing identification data.
  • the radio frequency antenna surrounds the capacitive electrode, which offers optimum compactness.
  • a disadvantage is that the sensitivity of capacitive detection is reduced, due to the interactions between the capacitive electrode and the radiofrequency antenna.
  • An object of the present invention is to provide a presence detection device with radio frequency antenna, intended to be mounted on a motor vehicle, and offering both great compactness and optimum sensitivity of approach detection.
  • the system according to the invention further comprises an electrically conductive line, located between the capacitive electrode and the transmitting and receiving antenna, without direct physical contact with either of the latter.
  • the measurement capacitor formed by the capacitive electrode can be broken down into:
  • a so-called useful capacitor having a so-called useful capacitance, the value taken by this capacitance being a function of the proximity of a target (here a part of the human body);
  • the capacitive electrode and the transmitting and receiving antenna are both part of the same electrical circuit having an electrical ground, of constant electrical potential at zero value.
  • ground refers to electrical ground.
  • the parasitic capacitance is formed mainly by a capacitive coupling between the capacitive electrode and ground.
  • the capacitive electrode is surrounded only by the transmitting and receiving antenna, there is a strong capacitive coupling between the capacitive electrode and the transmitting and receiving antenna.
  • the transmitting and receiving antenna is connected to ground. The proximity of the capacitive electrode to the transmitting and receiving antenna therefore results in a large parasitic capacitance, and therefore a low contribution of the useful capacitor to a measured load value.
  • the system comprises an electrically conductive line, located between the capacitive electrode and the transmitting and receiving antenna, without direct physical contact with either of the latter.
  • the electrically conductive line where it exists, locally blocks the capacitive coupling between the capacitive electrode and the transmitting and receiving antenna.
  • the electrically conductive line is physically distinct from the transmitting and receiving antenna, and therefore capable of being brought to a potential distinct from that of the transmitting and receiving antenna.
  • the electrically conductive line is therefore capable of being brought to an electrical potential distinct from that of the mass. The total value of parasitic capacitance is then greatly reduced, in comparison with the prior art.
  • the invention thus offers a presence detection system with radio frequency antenna, intended to be carried on a motor vehicle, and having both great compactness and optimum sensitivity for approach detection.
  • the invention allows the placement of the capacitive electrode inside the transmitting and receiving antenna, without affecting the performance of the capacitive electrode.
  • the system also comprises the following elements: - a microcontroller provided with a plurality of input and/or output ports, where each input and/or output port is capable of being brought to a determined potential and/or of being used to measure a voltage signal; And
  • the reference capacitor and the electrically conductive line thus define a discharge capacitor.
  • the system according to the invention is configured so that the measuring capacitor, formed between the capacitive electrode and ground, is alternately charged and discharged in the discharge capacitor.
  • the microcontroller is configured to perform in particular a voltage measurement representative of the capacitance of the measurement capacitor.
  • the microcontroller is advantageously configured to control the opening and closing switches so as to:
  • the microcontroller can be configured to control switches in opening and closing so as to repeat these steps in the other direction (transfer of the charge from the discharge capacitor to the measurement capacitor and measurement of the voltage at the terminals of the measuring capacitor).
  • the capacitance of the reference capacitor is advantageously strictly lower than the capacitance of a measurement capacitor formed by the capacitive electrode in the absence of a target.
  • a target designates any element external to the device, and likely to increase the capacitance value of the measurement capacitor, for example a part of the human body.
  • the absence of a target designates the absence of such a target within a radius of 10 cm around the capacitive electrode.
  • the electrically conductive line forms a continuous line.
  • the electrically conductive line advantageously forms an open line.
  • the electrically conductive line follows the perimeter of the capacitive electrode.
  • the capacitive electrode is surrounded by the electrically conductive line, over at least 80% of the circumference of the capacitive electrode.
  • the capacitive electrode has the shape of a square or a rectangle, which is surrounded, on three sides and on at least half of a fourth side, by the electrically driver.
  • a difference between the capacitance of the reference capacitor and the capacitance of the measurement capacitor in the absence of a target is advantageously greater than or equal to 1 pF.
  • the invention also covers a motor vehicle equipped with a system according to the invention.
  • Figure 1 schematically illustrates a device present in a system according to the invention, in a top view
  • FIG. 2 illustrates the evolution of a variation in capacitance of the measuring capacitor as a function of a distance from the target, in a device as illustrated in FIG. 1 and in a device according to the prior art;
  • Figure 3A illustrates a first variant of a device as shown in Figure 1, in a top view
  • Figure 3B illustrates the device of Figure 3A, in a sectional view
  • Figure 4A illustrates a second variant of a device as shown in Figure 1, in a top view
  • Figure 4B illustrates the device of Figure 4A, in a sectional view
  • FIG. 5 Figure 5 schematically illustrates a system according to the invention. Detailed description of at least one embodiment
  • FIG. 1 An example of a device 100 according to the invention is described to begin with, the device 100 forming part of a system according to the invention as described below.
  • the device 100 is represented in FIG. 1, according to a top view in a plane (Oxy).
  • the device 100 comprises the following elements, advantageously integrated on the same substrate (not shown):
  • the capacitive electrode 110 is formed of at least one electrically conductive material, and extends along a surface parallel to the (Oxy) plane. Its thickness along the axis (Oz) is reduced, with for example a ratio greater than or equal to 10, or even 20, between its greatest extent along a straight line parallel to the plane (Oxy), and its thickness defined along the axis (Oz) orthogonal to the plane (Oxy).
  • the capacitive electrode 110 extends in the plane (Oxy) in a solid square or rectangular shape.
  • the invention is not limited to this shape, and also covers many variants in which the capacitive electrode 110 extends in the plane (Oxy) in any solid or even non-solid form.
  • the capacitive antenna 110 is intended to form with its environment a measuring capacitor, for the implementation of a presence detection of the capacitive type.
  • the transmit and receive antenna 120 is configured to transmit and/or receive a radio frequency signal.
  • a radio frequency signal designates an electromagnetic signal with a frequency between 3 kHz and 300 GHz.
  • the transmit and receive antenna 120 is preferably an NFC (Near Field Communication) type antenna, suitable for exchanges of short-range and high-frequency radio frequency signals, up to distances of about ten centimeters.
  • NFC Near Field Communication
  • the transmit and receive antenna 120 consists of at least one turn. Various possible arrangements for said turns are described below.
  • the transmitting and receiving antenna 120 surrounds a region inside which is the capacitive electrode 110.
  • the capacitive electrode 110 is completely surrounded by the transmitting and receiving antenna 120.
  • the transmitting and receiving antenna 120 consists of at least one metal deposit which extends over the same substrate as the capacitive electrode 110.
  • the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120 are advantageously arranged coplanar.
  • an edge-to-edge distance L1 between the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120 is constant, over the entire outline of the capacitive electrode 110.
  • the transmitting antenna and reception 120 then has a square or rectangular shape, according to a top view in a plane (Oxy).
  • the edge-to-edge distance L1 in the device 100 according to the invention is of the same order of magnitude as the corresponding distance in the devices of the prior art.
  • the addition of the electrically conductive line 130 does not necessarily result in an increase in a spacing between the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120. Indeed, even in the absence of electrically conductive line 130 between the two, it is preferable to sufficiently space the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120 to avoid degrading the performance of the antenna.
  • the electrically conductive line 130 extends between the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120, without direct physical contact between the two. It is therefore capable of being brought to a desired electrical potential, distinct from that of the transmitting and receiving antenna 120.
  • the electrically conductive line 130 consists of at least one metallic deposit, which extends over the same substrate as the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120.
  • the electrically conductive line 130 is arranged coplanar with the capacitive electrode 110.
  • the transmitting and receiving antenna 120 is arranged at least partially coplanar with the latter.
  • the electrically conductive line 130 advantageously has a very fine width, defined in a plane (Oxy) parallel to the plane of the capacitive electrode 110. This width is for example between 0.1 mm and 0.5 mm, for example equal to 0.2 mm. In any event, the width of the electrically conductive line is advantageously greater than the width of the turns forming the transmitting and receiving antenna 120.
  • the capacitive electrode 110 forms a measuring capacitor, which can be broken down into a useful capacitor, whose capacitance is a function of the position of the target relative to the capacitive electrode 110, plus a parasitic capacitance.
  • the electrically conductive line 130 is not connected to the ground of a circuit receiving the elements of the device 100.
  • the coupling between the capacitive electrode 110 and the ground is therefore less, so that the capacitance parasite is reduced.
  • the contribution of the capacitance of the useful capacitor, to the total value of the capacitance of the measuring capacitor, is therefore increased in comparison with the prior art.
  • the sensitivity of the presence detection is therefore also increased.
  • FIG. 2 illustrates the result of simulations showing the improvement in the sensitivity of presence detection.
  • the abscissa axis is a distance d between a target and the capacitive electrode, in mm, where the target is for example the hand of a human operator.
  • the ordinate axis is a variation N of the capacitance of the measuring capacitor, when the target appears close to the capacitive electrode, at a distance d from the latter.
  • Curve 21 relates to a device according to the prior art, with the capacitive electrode surrounded by the antenna and with the antenna connected to ground, with no conductive line between the two.
  • Curve 22 relates to a device according to the invention, with the antenna connected to ground and with the conductive line connected to a potential distinct from ground.
  • Ns is for example a threshold value, beyond which it is considered that there is a human operator close to the capacitive electrode.
  • This threshold value is associated with a distance between the capacitive electrode and the human operator, called the detection limit distance. It can therefore be seen that the invention makes it possible to increase the limit detection distance.
  • the edge-to-edge distance L2 between the capacitive electrode 110 and the electrically conductive line 130 is constant, all along the electrically conductive line 130.
  • the electrically conductive line 130, where it exists, follows the perimeter of the capacitive electrode 110.
  • the invention also covers variants in which the electrically conductive line 130 does not follow the shape of the capacitive electrode 110.
  • the edge-to-edge distance L2 between the capacitive electrode 110 and the electrically conductive line 130 is strictly less than the edge-to-edge distance L3 between the electrically conductive line 130 and the transmitting and receiving antenna 120
  • the electrically conductive line 130 can extend with respect to only part of the periphery of the capacitive electrode 110.
  • the electrically conductive line 130 can for example have the shape of a simple straight line , extending along only one side of the capacitive electrode 110.
  • the electrically conductive line 130 does not entirely surround the capacitive electrode 110.
  • An electrically conductive line 130 entirely surrounding the capacitive electrode 110 indeed forms an electrically conductive ring in which an electric current flows. This current generates an electromagnetic field which opposes the electromagnetic field emitted by the transmitting and receiving antenna 120, and therefore disturbs the user recognition function.
  • the conductive electric line 130 advantageously forms an open line, extending between the capacitive electrode 110 and the transmitting and receiving antenna 120. In other words, there is no direct physical contact between two points not adjacent to said line 130.
  • the capacitive electrode 110 is surrounded by the electrically conductive line 130, over at least 80% and at most 98% of the perimeter of the capacitive electrode 110.
  • the capacitive electrode 110 is surrounded almost entirely by the electrically conductive line 130, as shown in Figure 1.
  • the capacitive electrode 110 has the shape of a square or a rectangle, which is surrounded on three sides and on at least half of a fourth side, by the line electrically conductive 130.
  • the electrically conductive line 130 must be brought to a predetermined potential. It therefore advantageously extends in the form of a continuous line, formed in one piece.
  • said electrically conductive line 130 is discontinuous, consisting for example of at least two elementary lines distinct from each other, extending one after the each other along the periphery of the capacitive electrode 110. In this case, said elementary lines are each advantageously brought to the same electrical potential.
  • Figures 3A and 3B illustrate a first variant of the device of Figure 1, respectively in a top view in a plane (Oxy), and in a sectional view in a plane AA 'parallel to the plane (Oyz) .
  • the capacitive electrode 310, the transmitting and receiving antenna 320, and the electrically conductive line 330 are all formed in the same electrically conductive layer 340 of a substrate 350.
  • the transmitting and receiving antenna 320 is composed of coplanar concentric turns, arranged coplanar with the capacitive electrode 310 and the transmitting and receiving antenna 320.
  • Figures 4A and 4B illustrate a second variant of the device of Figure 1, respectively in a top view in a plane (Oxy), and in a sectional view in a plane BB' parallel to the plane (Oyz).
  • the capacitive electrode 410 and the electrically conductive line 430 are all formed in the same electrically conductive layer 441 of a substrate 450.
  • the substrate 450 is a multilayer substrate, comprising a plurality of conductive layers 441, 442, 443 spaced apart in pairs by a respective electrically insulating layer.
  • the transmitting and receiving antenna is composed of concentric turns 421, each located in a conductive layer 441, 442, respectively 443 of the substrate 450.
  • the turns are connected in pairs by a respective via, not shown , extending orthogonal to the plane of the substrate 450 and passing through a respective one of the electrically insulating layers.
  • the transmitting and receiving antenna is arranged at least partially coplanar with the electrically conductive line and the capacitive electrode.
  • at least one of the turns of the transmitting and receiving antenna is arranged coplanar with the electrically conductive line and the capacitive electrode.
  • the invention also covers variants in which the turns of the transmitting and receiving antenna extend obliquely relative to the plane (Oxy) of the capacitive electrode. In this case, the transmitting and receiving antenna and the capacitive electrode are not integrated into the same substrate.
  • the system 10 comprises:
  • a device 500 comprising a capacitive electrode, an electrically conductive line and a transmitting and receiving antenna, not shown as such;
  • FIG. 5 also schematically shows a target 5 close to the device 500 according to the invention.
  • a measuring capacitor Ce defined between the capacitive electrode and ground, whose capacitance is the sum of a useful capacitance, linked to the electrostatic field provided by the target 5 when it is present, and a parasitic capacitance which does not depend on the presence or absence of target 5;
  • capacitor Cgg corresponding to the capacitive coupling between the electrically conductive line and ground, and connected in parallel with the capacitor Ce.
  • the microcontroller 560 notably comprises switches, here referenced S1, S2, S3, S4, and a plurality of input and/or output ports 561, 562, 563.
  • Each input and/or output port 561, 562, 563 is capable of being brought to a determined potential and/or of being used to measure a voltage signal.
  • ports 561, 562 are each capable of being used to measure a voltage signal, while port 563 is brought to ground.
  • Microcontroller 560 includes at least one memory and at least one processor (not shown). It is configured in particular to drive the switches S1, S2, S3, S4, in particular to perform a voltage measurement representative of the load, and therefore the capacitance of the measuring capacitor Ce.
  • the reference capacitor Cext has its terminals respectively connected to the input and/or output port 561, and to the input and/or output port 562 of the detection circuit 560.
  • the capacitive electrode of device 500 is connected to input and/or output port 562.
  • the measurement capacitor Ce is defined between the capacitive electrode of device 500 and ground.
  • the measurement capacitor Ce in the equivalent circuit, has its terminals connected respectively to the input and/or output port 562 and to ground (input and/or output port 563).
  • the electrically conductive line of the device 500 is connected to the same input and/or output port 561 as the reference capacitor Cext, distinct from the input and/or output port 562 to which the capacitive electrode is connected.
  • the electrically conductive line of device 500 is therefore driven like reference capacitor Cext.
  • the capacitor Cge (representing a capacitive coupling of the electrically conductive line)
  • the electrically conductive line is electrically connected to a voltage controlled by the microcontroller of circuit 560, so that the capacitor formed between the capacitive electrode and the electrically conductive line is placed in parallel with the capacitor Cext.
  • this input and/or output port 561 is distinct from ground.
  • the reference capacitor Cext and the capacitor Cge can thus be considered as equivalent to the same and unique discharge capacitor, not shown.
  • the measurement capacitor Ce and said discharge capacitor are mounted together in an arrangement of the capacitive voltage divider type.
  • the system 10 is configured so that the measurement capacitor Ce, defined between the capacitive electrode and ground, can be alternately charged and discharged in the discharge capacitor.
  • the charges are balanced between the two capacitors and it is possible to detect the presence of a target according to a voltage signal representative of the discharge (and therefore before the load) of said measuring capacitor Ce.
  • the microcontroller 560 is advantageously configured to control the switches S1, S2, S3, S4 in opening and closing so as to:
  • the microcontroller 560 can be configured to control switches SI, S2, S3, S4 in opening and closing so as to repeat these steps in the other direction (transfer of the charge of the discharge capacitor (Cext+Cge) to the measurement capacitor Ce and measurement of the voltage across the terminals of the measurement capacitor Ce).
  • the capacitance of the discharge capacitor is equal to the sum of the respective capacitances of the capacitors Cext and Cge.
  • Co(Ce) C(Cext)+C(Cge) with Co(Ce) the capacitance of capacitor Ce in the absence of target, C(Ce) the capacitance of capacitor Cext, and C(Cge) the capacitance of capacitor Cge.
  • the capacitance Co(Ce) of the capacitor Ce in the absence of a target corresponds to what is referred to above as the parasitic capacitance of the measurement capacitor Ce.
  • the capacitance C(Cext) of the reference capacitor Cext is preferably strictly lower than the capacitance Co(Ce) of the measurement capacitor Ce in the absence of a target.
  • the capacitance C(Cge) of the capacitor Cge is for example between 1 pF and 10 pF, more preferably between 2 pF and 6 pF, for example equal to 4 pF.
  • the difference between the capacitance C(Cext) of the reference capacitor Cext and the capacitance Co(Ce) of the measurement capacitor in the absence of a target is then advantageously between 1 pF and 10 pF, more preferably between 2 pF and 6 pF , for example equal to 4 pF.
  • C(Cge) must advantageously be less than Co(Ce) (otherwise it is impossible to verify the equation [Math 1], the value of C(Cge) can be adapted to a desired value, in particular by adjusting the edge-to-edge distance L2 between the electrically conductive line and the capacitive electrode (see FIG. 1).
  • the input and/or output port 561 preferably delivers a square wave voltage.
  • the electrically conductive line should not be continuously connected to ground (port 563, here), because then we would find the disadvantages of the prior art.
  • resistor R used to filter electromagnetic disturbances.
  • Capacitor Cgg is mounted in parallel with capacitor Ce. It has no impact on the charging and/or discharging measurements of the capacitor Ce, since it is driven at low impedance.
  • the system according to the invention is advantageously integrated within a motor vehicle, more preferably still within a door handle.
  • the system according to the invention is advantageously integrated into a motor vehicle door locking and/or unlocking control system, using user presence data and user identification data provided by the device according to the invention.
  • the system according to the invention preferably comprises a single capacitive electrode, dedicated to a door locking respectively unlocking control.
  • the system according to the invention comprises exactly two capacitive electrodes, one dedicated to a sash locking control and the other to a sash unlocking control.
  • the invention is not limited to the examples described below, and also covers many other variants, in particular with other shapes of the capacitive electrode, other shapes of the electrically conductive line, of other shapes of the transmit and receive antenna, other capacitance values, etc.
  • the system according to the invention can be intended for the control of functions other than access to the vehicle, for example the automatic triggering of lighting.

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Abstract

Système destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, comportant : - une électrode capacitive (110), pour la mise en œuvre d'une détection de présence de type capacitif; - une antenne d'émission et réception (120), entourant l'électrode capacitive (110); - une ligne électriquement conductrice (130), située entre l'électrode capacitive et l'antenne d'émission et réception; - un condensateur de référence, connecté entre l'électrode capacitive (110) et la ligne électriquement conductrice (130); et - un microcontrôleur, configuré pour réaliser une mesure de tension représentative de la capacité du condensateur de mesure. L'invention permet d'améliorer la sensibilité de la détection de présence par l'électrode capacitive.

Description

Description
Titre : Dispositif de détection de présence avec antenne radiofréquence, pour un véhicule automobile.
Domaine technique
[0001] L’invention concerne le domaine de l’automobile, et plus particulièrement le domaine des capteurs de présence de type capacitif utilisés pour détecter une présence humaine et déclencher au moins fonction du véhicule automobile.
[0002] De préférence, mais de manière non limitative, de tels capteurs sont utilisés dans le cadre du contrôle d’accès au véhicule. Lorsqu’il est détecté la présence d’un utilisateur à proximité immédiate du capteur, le capteur génère des données qui déclenchent l’ouverture, respectivement la fermeture, d’un ouvrant du véhicule automobile (portière latérale ou un hayon arrière, notamment).
Etat de la technique
[0003] On connaît dans l’art antérieur des capteurs de présence de type capacitif, pour détecter la présence d’un utilisateur à proximité immédiate du capteur.
[0004] De tels capteurs sont basés sur l’utilisation d’une électrode dite capacitive, formant avec la masse électrique un condensateur de mesure. La proximité d’une partie du corps humain augmente la charge électrique à proximité de l’électrode capacitive, et donc la valeur de capacité du condensateur de mesure. Des mesures de charge permettent alors de détecter la présence d’un utilisateur à proximité immédiate du capteur.
[0005] De tels capteurs sont utilisés par exemple pour anticiper le verrouillage ou le déverrouillage d’un ouvrant de véhicule automobile. Ils sont avantageusement intégrés au sein d’une poignée de portière, ou sous la malle arrière. La partie du corps humain utilisée pour la détection de présence est de préférence une main d’un utilisateur.
[0006] On connaît également dans l’art antérieur des capteurs de proximité de type capacitif, combinés à une antenne radiofréquence pour conditionner un accès au véhicule à une reconnaissance d’utilisateur.
[0007] La reconnaissance d’utilisateur est basée sur une communication radiofréquence entre un dispositif de reconnaissance, incorporant l’antenne radiofréquence, et un dispositif porté par l’utilisateur. En fonctionnement, l’antenne radiofréquence émet un signal d’interrogation. Le dispositif porté par l’utilisateur reçoit ce signal d’interrogation, et renvoie en réponse un signal d’identification. Le signal d’identification est reçu l’antenne radiofréquence, puis exploité au sein du dispositif de reconnaissance.
[0008] Le dispositif porté par l’utilisateur peut comprendre une simple étiquette RFID, ou tag. En variante, il peut s’agir d’un téléphone intelligent, comportant une antenne radiofréquence et stockant une donnée d’identification.
[0009] Une solution évidente pour réaliser un dispositif incorporant à la fois une électrode capacitive et une antenne radiofréquence, consiste à réaliser ces deux éléments côte à côte sur un même substrat. Un inconvénient de cette solution est évidement son fort encombrement.
[0010] Dans une solution alternative, l’antenne radiofréquence entoure l’électrode capacitive, ce qui offre une compacité optimale. Un inconvénient est que la sensibilité de la détection capacitive s’en trouve réduite, du fait des interactions entre l’électrode capacitive et l’antenne radiofréquence.
[0011] Un objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de détection de présence avec antenne radiofréquence, destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, et offrant à la fois une grande compacité et une sensibilité optimale de la détection d’approche.
Exposé de l’invention
[0012] Cet objectif est atteint avec un système destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, le système comportant :
- une électrode capacitive, pour la mise en œuvre d’une détection de présence de type capacitif ; et
- une antenne d’émission et réception, configurée pour émettre et recevoir un signal radiofréquence afin d’identifier un utilisateur ; l’antenne d’émission et réception entourant l’électrode capacitive. Le système selon l’invention comporte en outre une ligne électriquement conductrice, située entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception, sans contact physique direct ni avec l’une ni avec l’autre de ces dernières.
[0013] Le condensateur de mesure formé par l’électrode capacitive peut être décomposé en :
- un condensateur dit utile, présentant une capacité dite utile, la valeur prise par cette capacité étant fonction de la proximité d’une cible (ici une partie du corps humain) ; et
- une capacité dite « parasite ».
[0014] En utilisation, l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception font toutes les deux partie d’un même circuit électrique présentant une masse électrique, de potentiel électrique constant à la valeur nulle. Dans tout le texte, la masse désigne la masse électrique.
[0015] Les inventeurs ont montré que la capacité parasite est formée principalement par un couplage capacitif entre l’électrode capacitive et la masse.
[0016] Dans l’art antérieur où l’électrode capacitive est entourée uniquement par l’antenne d’émission et réception, il existe un fort couplage capacitif entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception. Lors de la mesure de charge du condensateur de mesure, l’antenne d’émission et réception est reliée à la masse. La proximité de l’électrode capacitive avec l’antenne d’émission et réception se traduit donc par une grande capacité parasite, et donc une faible contribution du condensateur utile à une valeur de charge mesurée.
[0017] Dans l’invention, le système comporte une ligne électriquement conductrice, située entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception, sans contact physique direct avec l’une ou l’autre de ces dernières. La ligne électriquement conductrice, là où elle existe, bloque localement le couplage capacitif entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception.
[0018] Dans le système selon l’invention, il existe alors un couplage capacitif :
- entre l’électrode capacitive et la ligne électriquement conductrice, et
- entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception, uniquement aux emplacements où la ligne électriquement conductrice ne s’étend pas s’étend pas entre l’antenne d’émission et réception et l’électrode capacitive.
[0019] La ligne électriquement conductrice est physiquement distincte de l’antenne d’émission et réception, et donc apte à être portée à un potentiel distinct de celui de l’antenne d’émission et réception. La ligne électriquement conductrice est donc apte à être portée à un potentiel électrique distinct de celui de la masse. La valeur totale de capacité parasite est alors fortement réduite, en comparaison avec l’art antérieur.
[0020] Cette réduction de la valeur de capacité parasite se traduit par une plus grande contribution du condensateur utile à une valeur de charge mesurée. La sensibilité de la détection capacitive est donc augmentée, en comparaison avec l’art antérieur mentionné ci-dessus.
[0021] L’invention offre ainsi un système de détection de présence avec antenne radiofréquence, destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, et présentant à la fois une grande compacité et une sensibilité optimale de la détection d’approche.
[0022] Dit autrement, l’invention permet le placement de l’électrode capacitive à l’intérieur de l’antenne d’émission et réception, sans nuire à la performance de l’électrode capacitive.
[0023] Selon l’invention, le système comporte également les éléments suivants : - un microcontrôleur muni d’une pluralité de ports d’entrée et/ou sortie, où chaque port d’entrée et/ou sortie est apte à être porté à un potentiel déterminé et/ou à être utilisé pour mesurer un signal de tension ; et
- un condensateur de référence, connecté à un même port d’entrée et/ou sortie que l’électrode capacitive ; dans lequel la ligne électriquement conductrice est connectée à un même port d’entrée et/ou sortie que le condensateur de référence.
[0024] Le condensateur de référence et la ligne électriquement conductrice définissent ainsi un condensateur de décharge.
[0025] Le système selon l’invention est configuré pour que le condensateur de mesure, formé entre l’électrode capacitive et la masse, soit alternativement chargé et déchargé dans le condensateur de décharge.
[0026] En outre, le microcontrôleur est configuré pour réaliser notamment une mesure de tension représentative de la capacité du condensateur de mesure.
[0027] En particulier, le microcontrôleur est avantageusement configuré pour commander des interrupteurs en ouverture et en fermeture de sorte à :
- charger le condensateur de mesure (formé entre l’électrode capacitive et la masse), puis
- transférer la charge du condensateur de mesure, dans le condensateur de décharge (formé par le condensateur de référence et un condensateur Cge défini entre la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive), puis
- mesurer la tension aux bornes du condensateur de décharge.
[0028] Le microcontrôleur peut être configuré pour commander des interrupteurs en ouverture et en fermeture de sorte à répéter ces étapes dans l’autre sens (transfert de la charge du condensateur de décharge vers le condensateur de mesure et mesure de la tension aux bornes du condensateur de mesure).
[0029] La capacité du condensateur de référence est avantageusement strictement inférieure à la capacité d’un condensateur de mesure formé par l’électrode capacitive en l’absence de cible. Ici, une cible désigne tout élément externe au dispositif, et susceptible d’augmenter la valeur de capacité du condensateur de mesure, par exemple une partie du corps humain. L’absence de cible désigne l’absence d’une telle cible dans un rayon de 10 cm autour de l’électrode capacitive.
[0030] En particulier, la capacité Cext du condensateur de référence est avantageusement choisie de sorte que : C(Cext)+C(Cge)=Co(Ce), avec Co(Ce) la capacité du condensateur de mesure Ce en l’absence de cible, C(Cext) la capacité du condensateur de référence Cext, et
C(Cge) la capacité du condensateur Cge formé par le couplage capacitif entre la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive.
[0031] On comprend que ces caractéristiques, relatives à la valeur prise par la capacité Cext du condensateur de référence, sont liées au principe de détection mis en œuvre dans le système selon l’invention, consistant à réaliser des transferts de charges entre un condensateur de mesure et un condensateur de décharge.
[0032] De préférence, la ligne électriquement conductrice forme une ligne continue.
[0033] La ligne électriquement conductrice forme avantageusement une ligne ouverte.
[0034] De manière avantageuse, la ligne électriquement conductrice, là où elle existe, suit le pourtour de l’électrode capacitive.
[0035] De préférence, l’électrode capacitive est entourée par la ligne électriquement conductrice, sur au moins 80% du pourtour de l’électrode capacitive.
[0036] Dans un mode de réalisation avantageux, l’électrode capacitive a la forme d’un carré ou d’un rectangle, lequel est entouré, sur trois côtés et sur la moitié au moins d’un quatrième côté, par la ligne électriquement conductrice.
[0037] Une différence entre la capacité du condensateur de référence, et la capacité du condensateur de mesure en l’absence de cible, est avantageusement supérieure ou égale à 1 pF.
[0038] L’invention couvre également un véhicule automobile équipé d’un système selon l’invention.
Description des figures
[0039] 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 :
[0040] [Fig. 1] La figure 1 illustre de manière schématique un dispositif présent dans un système selon l’invention, selon une vue de dessus ;
[0041] [Fig. 2] La figure 2 illustre l’évolution d’une variation de capacité du condensateur de mesure en fonction d’une distance à la cible, dans un dispositif tel qu’illustré en figure 1 et dans un dispositif selon l’art antérieur ;
[0042] [Fig. 3A] La figure 3A illustre une première variante d’un dispositif tel que représenté à la figure 1, selon une vue de dessus ;
[0043] [Fig. 3B] La figure 3B illustre le dispositif de la figure 3A, selon une vue en coupe ;
[0044] [Fig. 4A] La figure 4A illustre une deuxième variante d’un dispositif tel que représenté à la figure 1, selon une vue de dessus ;
[0045] [Fig. 4B] La figure 4B illustre le dispositif de la figure 4A, selon une vue en coupe ; et
[0046] [Fig. 5] La figure 5 illustre de manière schématique un système selon l’invention. Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
[0047] Pour des raisons de clarté, on a représenté sur certaines au moins des figures les axes d’un repère orthonormé (Oxyz).
[0048] On décrit pour commencer un exemple de dispositif 100 selon l’invention, le dispositif 100 faisant partie d’un système selon l’invention tel que décrit dans la suite. Le dispositif 100 est représenté à la figure 1, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy).
[0049] Le dispositif 100 comporte les éléments suivants, avantageusement intégrés sur un même substrat (non représenté) :
- une électrode capacitive 110 ;
- une antenne d’émission et réception 120 ; et
- une ligne électriquement conductrice 130.
[0050] L’électrode capacitive 110 est formée d’au moins un matériau électriquement conducteur, et s’étend selon une surface parallèle au plan (Oxy). Son épaisseur selon l’axe (Oz) est réduite, avec par exemple un rapport supérieur ou égale à 10, voire même 20, entre sa plus grande étendue selon une droite parallèle au plan (Oxy), et son épaisseur définie selon l’axe (Oz) orthogonal au plan (Oxy).
[0051] Ici, mais de manière non limitative, l’électrode capacitive 110 s’étend dans le plan (Oxy) selon une forme pleine carrée, ou rectangulaire. Pour autant, l’invention n’est pas limitée à cette forme, et couvre également de nombreuses variantes dans lesquelles l’électrode capacitive 110 s’étend dans le plan (Oxy) selon une forme quelconque pleine voire même non pleine.
[0052] L’antenne capacitive 110 est destinée à former avec son environnement un condensateur de mesure, pour la mise en œuvre d’une détection de présence de type capacitif.
[0053] L’antenne d’émission et réception 120 est configurée pour émettre et/ou recevoir un signal radiofréquence. Dans tout le texte, un signal radiofréquence désigne un signal électromagnétique de fréquence située entre 3 kHz et 300 GHz. L’antenne d’émission et réception 120 est de préférence d’une antenne de type NFC (pour l’anglais « Near Field Communication »), adaptée à des échanges de signaux radiofréquence courte portée et haute fréquence, jusqu’à des distances de l’ordre d’une dizaine de centimètres.
[0054] L’antenne d’émission et réception 120 est constituée d’au moins une spire. On décrit dans la suite différents agencement possibles pour lesdites spires.
[0055] L’antenne d’émission et réception 120 entoure une région à l’intérieur de laquelle se trouve l’électrode capacitive 110. L’électrode capacitive 110 est entièrement entourée par l’antenne d’émission et réception 120.
[0056] De préférence, l’antenne d’émission et réception 120 est constituée par au moins un dépôt métallique qui s’étend sur un même substrat que l’électrode capacitive 110.
[0057] En tout état de cause, l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120 sont avantageusement agencées coplanaires.
[0058] De préférence, une distance bord à bord L1 entre l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120 est constante, sur tout le contour de l’électrode capacitive 110. Ici, l’antenne d’émission et réception 120 présente alors une forme carrée ou rectangulaire, selon une vue de dessus dans un plan (Oxy).
[0059] De préférence, la distance bord à bord L1 dans le dispositif 100 selon l’invention est du même ordre de grandeur que la distance correspondante dans les dispositifs de l’art antérieur. Dit autrement, l’ajout de la ligne électriquement conductrice 130 ne se traduit pas forcément par une augmentation d’un espacement entre l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120. En effet, même en l’absence de ligne électriquement conductrice 130 entre les deux, il est préférable d’espacer suffisamment l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120 pour éviter de dégrader les performances de l’antenne.
[0060] La ligne électriquement conductrice 130 s’étend entre l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120, sans contact physique direct entre les deux. Elle est donc apte à être portée à un potentiel électrique souhaité, distinct de celui de l’antenne d’émission et réception 120.
[0061] De préférence, la ligne électriquement conductrice 130 est constituée par au moins un dépôt métallique, qui s’étend sur un même substrat que l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120.
[0062] De préférence, la ligne électriquement conductrice 130 est agencée coplanaire avec l’électrode capacitive 110. Avantageusement, l’antenne d’émission et réception 120 est agencée au moins partiellement coplanaire avec ces dernières.
[0063] La ligne électriquement conductrice 130 présente avantageusement une largeur très fine, définie dans un plan (Oxy) parallèle au plan de l’électrode capacitive 110. Cette largeur est comprise par exemple entre 0,1 mm et 0,5 mm, par exemple égale à 0,2 mm. En tout état de cause, la largeur de la ligne électriquement conductrice est avantageusement supérieure à la largeur de spires formant l’antenne d’émission et réception 120.
[0064] Comme expliqué dans l’exposé de l’invention, l’électrode capacitive 110 forme un condensateur de mesure, que l’on peut décomposer en un condensateur utile, dont la capacité est fonction de la position de la cible relativement à l’électrode capacitive 110, plus une capacité parasite.
[0065] En fonctionnement, la ligne électriquement conductrice 130 n’est pas connectée à la masse d’un circuit recevant les éléments du dispositif 100. Le couplage entre l’électrode capacitive 110 et la masse est donc moindre, de sorte que la capacité parasite est réduite. La contribution de la capacité du condensateur utile, à la valeur totale de capacité du condensateur de mesure, est donc augmentée en comparaison avec l’art antérieur. La sensibilité de la détection de présence est donc augmentée également.
[0066] Des simulations ont montré que l’invention permet de passer par exemple d’une capacité d’environ 15 pF à une capacité d’environ 12 pF, pour le condensateur de mesure. Cela correspond à une réduction de 3 pF de la capacité parasite. Ces valeurs sont données à titre illustratif, et l’invention n’est bien sûr pas limitée à ces dernières.
[0067] On a illustré, à la figure 2, le résultat de simulations montrant l’amélioration de la sensibilité de la détection de présence. A la figure 2, l’axe des abscisses est une distance d entre une cible et l’électrode capacitive, en mm, où la cible est par exemple la main d’un opérateur humain. L’axe des ordonnées est une variation N de la capacité du condensateur de mesure, lorsque la cible apparaît à proximité de l’électrode capacitive, à une distance d de cette dernière.
[0068] La courbe 21 se rapporte à un dispositif selon l’art antérieur, avec l’électrode capacitive entourée par l’antenne et avec l’antenne reliée à la masse, sans ligne conductrice entre les deux. La courbe 22 se rapporte à un dispositif selon l’invention, avec l’antenne reliée à la masse et avec la ligne conductrice connectée à un potentiel distinct de la masse.
[0069] On voit sur la figure 2 que, pour une même valeur Ns de variation de capacité, l’invention permet d’augmenter une valeur correspondante de distance entre la cible et l’électrode capacitive (dsi dans l’art antérieur versus ds2 dans l’invention).
[0070] Ns est par exemple une valeur seuil, au-delà de laquelle on considère qu’il y a un opérateur humain à proximité de l’électrode capacitive. Plus cette valeur seuil est élevé, plus la détection de présence est fiable. Cette valeur seuil est associée à une distance entre l’électrode capacitive et l’opérateur humain, nommée distance limite de détection. On voit donc que l’invention permet d’augmenter la distance limite de détection.
[0071] Une autre solution pour augmenter la distance limite de détection peut consister à réduire la valeur de Ns, mais cela se traduit alors par un dispositif moins robuste, avec une moins grande fiabilité de la détection de présence. [0072] De manière avantageuse, et comme représenté sur la figure 1, la distance bord à bord L2 entre l’électrode capacitive 110 et la ligne électriquement conductrice 130 est constante, tout le long de la ligne électriquement conductrice 130. Dit autrement, la ligne électriquement conductrice 130, là où elle existe, suit le pourtour de l’électrode capacitive 110. Pour autant, l’invention couvre également des variantes dans lesquelles la ligne électriquement conductrice 130 ne suit pas la forme de l’électrode capacitive 110.
[0073] De préférence, la distance bord à bord L2 entre l’électrode capacitive 110 et la ligne électriquement conductrice 130 est strictement inférieure à la distance bord à bord L3 entre la ligne électriquement conductrice 130 et l’antenne d’émission et réception 120. On a par exemple un rapport L3/L2 supérieur ou égal à 2, voire supérieur ou égal à 3.
[0074] Selon l’invention, la ligne électriquement conductrice 130 peut s’étendre au regard d’une partie seulement du pourtour de l’électrode capacitive 110. La ligne électriquement conductrice 130 peut par exemple avoir la forme d’une simple ligne droite, s’étendant le long d’un seul côté de l’électrode capacitive 110.
[0075] On comprend cependant qu’il est avantageux, pour minimiser la capacité parasite, de maximiser l’étendue de la ligne électriquement conductrice 130 le long du pourtour de l’électrode capacitive 110.
[0076] De préférence, la ligne électriquement conductrice 130 n’entoure pas entièrement l’électrode capacitive 110. Une ligne électriquement conductrice 130 entourant entièrement l’électrode capacitive 110 forme en effet un anneau électriquement conducteur dans lequel circule un courant électrique. Ce courant génère un champ électromagnétique qui s’oppose au champ électromagnétique émis par l’antenne d’émission et réception 120, et donc perturbe la fonction de reconnaissance d’utilisateur.
[0077] Ainsi, la ligne électrique conductrice 130 forme avantageusement une ligne ouverte, s’étendant entre l’électrode capacitive 110 et l’antenne d’émission et réception 120. Dit autrement, il n’y a pas de contact physique direct entre deux points non voisins de ladite ligne 130.
[0078] De manière avantageuse, l’électrode capacitive 110 est entourée par la ligne électriquement conductrice 130, sur au moins 80% et au plus 98% du pourtour de l’électrode capacitive 110. Ainsi, l’électrode capacitive 110 est entourée quasiment entièrement par la ligne électriquement conductrice 130, comme illustré en figure 1.
[0079] Dans un mode de réalisation avantageux tel que représenté en figure 1, l’électrode capacitive 110 a la forme d’un carré ou d’un rectangle, lequel est entouré, sur trois côtés et sur la moitié au moins d’un quatrième côté, par la ligne électriquement conductrice 130.
[0080] La ligne électriquement conductrice 130 doit être portée à un potentiel prédéterminé. Elle s’étend donc avantageusement sous la forme d’une ligne continue, formée d’un seul tenant. Pour autant, l’invention couvre également des variantes dans lesquelles ladite ligne électriquement conductrice 130 est discontinue, constituée par exemple d’au moins deux lignes élémentaires distinctes l’une de l’autre, s’étendant l’une à la suite de l’autre le long du pourtour de l’électrode capacitive 110. Dans ce cas, lesdites lignes élémentaires sont avantageusement portées chacune à un même potentiel électrique.
[0081] Les figures 3 A et 3B illustrent une première variante du dispositif de la figure 1, respectivement selon une vue de dessus dans un plan (Oxy), et selon une vue en coupe dans un plan AA’ parallèle au plan (Oyz).
[0082] Dans le dispositif 300 des figures 3 A et 3B, l’électrode capacitive 310, l’antenne d’émission et réception 320, et la ligne électriquement conductrice 330 sont toutes formées dans une même couche électriquement conductrice 340 d’un substrat 350.
[0083] Dans cette variante, l’antenne d’émission et réception 320 est composée de spires concentriques coplanaires, agencées coplanaires avec l’électrode capacitive 310 et l’antenne d’émission et réception 320.
[0084] Les figures 4A et 4B illustrent une deuxième variante du dispositif de la figure 1, respectivement selon une vue de dessus dans un plan (Oxy), et selon une vue en coupe dans un plan BB’ parallèle au plan (Oyz).
[0085] Dans le dispositif 400 des figures 4A et 4B, l’électrode capacitive 410 et la ligne électriquement conductrice 430 sont toutes formées dans une même couche électriquement conductrice 441 d’un substrat 450.
[0086] Le substrat 450 est un substrat multicouche, comportant une pluralité de couches conductrices 441, 442, 443 espacées deux à deux par une couche respective électriquement isolante.
[0087] L’antenne d’émission et réception est composée de spires 421 concentriques, situées chacune dans l’une couche conductrice 441, 442, respectivement 443 du substrat 450. Les spires sont reliées deux à deux par un via respectif, non représenté, s’étendant orthogonal au plan du substrat 450 et traversant l’une respective des couches électriquement isolantes.
[0088] Dans les variantes des figures 3A et 3B, respectivement 4A et 4B, l’antenne d’émission et réception est agencée au moins partiellement coplanaire avec la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive. En particulier, l’une au moins des spires de l’antenne d’émission et réception est agencée coplanaire avec la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive. [0089] L’invention couvre également des variantes dans lesquelles les spires de l’antenne d’émission et réception s’étendent en biais relativement au plan (Oxy) de l’électrode capacitive. Dans ce cas, l’antenne d’émission et réception et l’électrode capacitive ne sont pas intégrées dans un même substrat.
[0090] On décrit enfin, en référence à la figure 5, un exemple particulièrement avantageux de système 10 selon l’invention.
[0091] Le système 10 comporte :
- un dispositif 500 selon l’invention, comportant une électrode capacitive, une ligne électriquement conductrice et une antenne d’émission et réception, non représentées en tant que telles ;
- un microcontrôleur 560 ; et
- un condensateur de référence Cext.
[0092] On a également représenté en figure 5, de façon schématique, une cible 5 à proximité du dispositif 500 selon l’invention.
[0093] A la figure 5, le système 10 est représenté de façon schématique, par son circuit équivalent. Ce circuit équivalent comporte :
- un condensateur de mesure Ce, défini entre l’électrode capacitive et la masse, dont la capacité est la somme d’une capacité utile, liée au champ électrostatique apporté par la cible 5 lorsqu’elle est présente, et d’une capacité parasite qui ne dépend pas de la présence ou non de la cible 5 ;
- un condensateur Cge, correspondant au couplage capacitif entre la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive ; et
- un condensateur Cgg, correspondant au couplage capacitif entre la ligne électriquement conductrice et la masse, et monté en parallèle avec le condensateur Ce.
[0094] Le microcontrôleur 560 comporte notamment des interrupteurs, ici référencés SI, S2, S3, S4, et une pluralité de ports d’entrée et/ou sortie 561, 562, 563. Chaque port d’entrée et/ou sortie 561, 562, 563 est apte à être porté à un potentiel déterminé et/ou à être utilisé pour mesurer un signal de tension. Ici, les ports 561, 562 sont chacun aptes à être utilisés pour mesurer un signal de tension, tandis que le port 563 est porté à la masse. Le microcontrôleur 560 comporte au moins une mémoire et au moins un processeur (non représentés). Il est configuré notamment pour piloter les interrupteurs SI, S2, S3, S4, notamment pour réaliser une mesure de tension représentative de la charge, et donc la capacité du condensateur de mesure Ce.
[0095] Le condensateur de référence Cext a ses bornes reliées respectivement au port d’entrée et/ou sortie 561, et au port d’entrée et/ou sortie 562 du circuit de détection 560. [0096] L’électrode capacitive du dispositif 500 est connectée au port d’entrée et/ou sortie 562.
[0097] Le condensateur de mesure Ce est défini entre l’électrode capacitive du dispositif 500 et la masse. Ainsi, le condensateur de mesure Ce, dans le circuit équivalent, a ses bornes reliées respectivement au port d’entrée et/ou sortie 562 et à la masse (port d’entrée et/ou sortie 563).
[0098] Ici, et de manière avantageuse, la ligne électriquement conductrice du dispositif 500 est connectée à un même port d’entrée et/ou sortie 561 que le condensateur de référence Cext, distinct du port d’entrée et/ou sortie 562 auquel est connectée l’électrode capacitive. La ligne électriquement conductrice du dispositif 500 est donc pilotée comme le condensateur de référence Cext. Ainsi, dans le circuit équivalent, le condensateur Cge (représentant un couplage capacitif de la ligne électriquement conductrice), est montée en parallèle avec le condensateur de référence Cext. Dit autrement, la ligne électriquement conductrice est connectée électriquement à une tension commandée par le microcontrôleur du circuit 560, de telle sorte que la capacité formée entre l’électrode capacitive et la ligne électriquement conductrice soit mise en parallèle de la capacité Cext. En tout état de cause, ce port d’entrée et/ou sortie 561 est distinct de la masse.
[0099] Le condensateur de référence Cext et le condensateur Cge peuvent ainsi être considérés comme équivalents à un même et unique condensateur de décharge, non représenté.
[0100] Le condensateur de mesure Ce et ledit condensateur de décharge sont montés ensemble selon un agencement de type pont diviseur capacitif (ou « capacitive voltage divider, en anglais).
[0101] Le système 10 est configuré pour que le condensateur de mesure Ce, défini entre l’électrode capacitive et la masse, puisse être alternativement chargé et déchargé dans le condensateur de décharge. Lors de la décharge du condensateur de mesure Ce dans le condensateur de décharge, les charges s’équilibrent entre les deux condensateurs et il est possible de détecter la présence d’une cible en fonction d’un signal de tension représentatif de la décharge (et donc auparavant de la charge) dudit condensateur de mesure Ce.
[0102] En particulier, le microcontrôleur 560 est avantageusement configuré pour commander les interrupteurs SI, S2, S3, S4 en ouverture et en fermeture de sorte à :
- charger le condensateur de mesure Ce, formé entre l’électrode capacitive et la masse) puis
- transférer la charge du condensateur de mesure Ce dans le condensateur de décharge formé par le condensateur de référence Cext et le condensateur Cge, puis - mesurer la tension aux bornes du condensateur de décharge.
[0103] Le microcontrôleur 560 peut être configuré pour commander des interrupteurs SI, S2, S3, S4 en ouverture et en fermeture de sorte à répéter ces étapes dans l’autre sens (transfert de la charge du condensateur de décharge (Cext+Cge) vers le condensateur de mesure Ce et mesure de la tension aux bornes du condensateur de mesure Ce).
[0104] L’utilisation d’un tel montage, avec un condensateur de décharge, est connue de l’art antérieur. L’idée consiste ici à connecter de manière astucieuse la ligne électriquement conductrice du dispositif 500, de manière à intégrer au condensateur de décharge le condensateur Cge, formé involontairement par la présence de ladite ligne électriquement conductrice dans le dispositif 500. Ainsi, non seulement on s’affranchit d’éventuels effets indésirables apportés par la ligne électriquement conductrice, mais on fait en sorte d’en faire un avantage technique permettant de réduire la capacité du condensateur Cext.
[0105] De façon connue en soi, il est avantageux que la capacité du condensateur de mesure Ce, en l’absence de cible, soit proche de la capacité du condensateur de décharge.
[0106] Ici, la capacité du condensateur de décharge est égale à la somme des capacités respectives des condensateurs Cext et Cge.
[0107] De manière avantageuse, Ce, Cext et Cge vérifient :
[Math 1]
Co(Ce)=C(Cext)+C(Cge) avec Co(Ce) la capacité du condensateur Ce en l’absence de cible, C(Cext) la capacité du condensateur Cext, et C(Cge) la capacité du condensateur Cge.
[0108] On remarque que la capacité Co(Ce) du condensateur Ce en l’absence de cible correspond à ce qu’on nomme plus haut la capacité parasite du condensateur de mesure Ce.
[0109] En tout état de cause, la capacité C(Cext) du condensateur de référence Cext est de préférence strictement inférieure à la capacité Co(Ce) du condensateur de mesure Ce en l’absence de cible.
[0110] La capacité C(Cge) du condensateur Cge est comprise par exemple entre 1 pF et 10 pF, plus préférentiellement entre 2 pF et 6 pF, par exemple égale à 4 pF. La différence entre la capacité C(Cext) du condensateur de référence Cext et la capacité Co(Ce) du condensateur de mesure en l’absence de cible est alors comprise avantageusement entre 1 pF et 10 pF, plus préférentiellement entre 2 pF et 6 pF, par exemple égale à 4 pF. [0111] On comprend que C(Cge) doit avantageusement être inférieur à Co(Ce) (sinon il est impossible de vérifier l’équation [Math 1], La valeur de C(Cge) peut être adaptée à une valeur souhaitée, notamment par ajustement de la distance bord à bord L2 entre la ligne électriquement conductrice et l’électrode capacitive (voir figure 1).
[0112] En pratique, le port d’entrée et/ou sortie 561 délivre de préférence une tension en créneau. En tout état de cause, la ligne électriquement conductrice ne doit pas être connectée continuellement à la masse (port 563, ici), car on retrouverait alors les inconvénients de l’art antérieur.
[0113] On remarque que le circuit équivalent représenté en figure 5 comporte également :
- le condensateur Cgg tel que mentionné ci-avant, correspondant au couplage capacitif entre la ligne électriquement conductrice et la masse ;
- un condensateur Cf, destiné au filtrage des perturbation électromagnétiques, et connecté entre le port d’entrée et/ou sortie 562 et la masse ; et
- une résistance R, servant au filtrage des perturbations électromagnétiques.
[0114] Le condensateur Cgg est monté en parallèle avec le condensateur Ce. Il est sans impact sur les mesures de charge et/ou décharge du condensateur Ce, car piloté en basse impédance.
[0115] Le système selon l’invention est avantageusement intégré au sein d’un véhicule automobile, plus préférentiellement encore au sein d’une poignée de portière.
[0116] Le système selon l’invention est avantageusement intégré à un système de commande de verrouillage et/ou déverrouillage d’ouvrant de véhicule automobile, utilisant des données de présence d’utilisateur et des données d’identification d’utilisateur fournies par le dispositif selon l’invention.
[0117] Le système selon l’invention comporte de préférence une unique électrode capacitive, dédiée à une commande de verrouillage respectivement de déverrouillage d’ouvrant. En variante, le système selon l’invention comporte exactement deux électrodes capacitives, dédiées pour l’une à une commande de verrouillage d’ouvrant et pour l’autre à une commande de déverrouillage de l’ouvrant.
[0118] L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits ci-dessous, et couvre aussi de nombreuses autres variantes, notamment avec d’autres formes de l’électrode capacitive, d’autres formes de la ligne électriquement conductrice, d’autres formes de l’antenne d’émission et réception, d’autres valeurs de capacité, etc. En outre, le système selon l’invention peut être destinés au pilotage d’autres fonctions que l’accès au véhicule, par exemple le déclenchement automatique d’un éclairage.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système (700)destiné à être embarqué sur un véhicule automobile, comportant :
- une électrode capacitive (110 ; 310 ; 410), configurée pour former avec la masse un condensateur de mesure pour la mise en œuvre d’une détection de présence de type capacitif,; ;
- une antenne d’émission et réception (120 ; 320 ; 420), configurée pour émettre et recevoir un signal radiofréquence afin d’identifier un utilisateur, l’antenne d’émission et réception (120 ; 320 ; 420) entourant l’électrode capacitive (110 ; 310 ; 410) ;
- une ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430), située entre l’électrode capacitive et l’antenne d’émission et réception, sans contact physique direct ni avec l’une ni avec l’autre de ces dernières ; et
- un microcontrôleur muni d’une pluralité de ports d’entrée et/ou sortie (561, 562, 563), où chaque port d’entrée et/ou sortie est apte à être porté à un potentiel déterminé et/ou à être utilisé pour mesurer un signal de tension ; caractérisé en ce que le système (770) comporte en outre un condensateur de référence (Cext), et en ce que :
- l’une borne du condensateur de référence (Cext) est connectée à un même premier port d’entrée et/ou sortie (562) que l’électrode capacitive ; et
- l’autre borne du condensateur de référence (Cext) est connectée à un même deuxième port d’entrée et/ou sortie (561) que la ligne électriquement conductrice ; le condensateur de référence (Cext) et la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430) définissant ainsi un condensateur de décharge, le système (700) étant configuré pour que le condensateur de mesure, formé entre l’électrode capacitive et la masse, puisse être alternativement chargé et déchargé dans le condensateur de décharge, et le microcontrôleur étant configuré notamment pour réaliser une mesure de tension représentative de la capacité du condensateur de mesure.
[Revendication 2] Système (700) la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430) forme une ligne continue.
[Revendication 3] Système (700) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430) forme une ligne ouverte.
[Revendication 4] Système (700) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430), là où elle existe, suit le pourtour de l’électrode capacitive (110 ; 310 ; 410).
[Revendication 5] Système (700) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’électrode capacitive (110 ; 310 ; 410) est entourée par la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430), sur au moins 80% du pourtour de l’électrode capacitive.
[Revendication 6] Système (700) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’électrode capacitive (110 ; 310 ; 410) a la forme d’un carré ou d’un rectangle, lequel est entouré, sur trois côtés et sur la moitié au moins d’un quatrième côté, par la ligne électriquement conductrice (130 ; 330 ; 430).
[Revendication 7] Système (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la capacité du condensateur de référence (Cext) est strictement inférieure à la capacité du condensateur de mesure (Ce) en l’absence de cible.
[Revendication 8] Système (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel une différence entre la capacité du condensateur de référence (Cext), et la capacité du condensateur de mesure (Ce) en l’absence de cible, est supérieure ou égale à 1 pF.
[Revendication 9] Véhicule automobile équipé d’un système (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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