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WO1997028989A1 - Systeme et procede de detection de presence et d'identification d'une personne ou d'un objet dans un environnement donne - Google Patents

Systeme et procede de detection de presence et d'identification d'une personne ou d'un objet dans un environnement donne Download PDF

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WO1997028989A1
WO1997028989A1 PCT/FR1997/000253 FR9700253W WO9728989A1 WO 1997028989 A1 WO1997028989 A1 WO 1997028989A1 FR 9700253 W FR9700253 W FR 9700253W WO 9728989 A1 WO9728989 A1 WO 9728989A1
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potential
measurement
seat
passenger
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PCT/FR1997/000253
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Jean Leteurtre
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Jean Leteurtre
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    • B60N2210/12—Capacitive; Electric field

Definitions

  • the present invention relates to a system for detecting the presence and identification of a person or an object in a given environment.
  • This system uses the capacitive means; we will also call it "Presence + Identification Capacitance-Based Detector” (PICD).
  • PICD Presence + Identification Capacitance-Based Detector
  • the sensor of this PICD is a thin multi-layer circuit, generally flexible and which can be placed very discreetly on all or part of the walls of the room or passenger compartment to be protected or under the covering fabric of the seat or bed to be fitted , ...
  • motor vehicle seat is such a seat occupied or not? and if so, by what type of passenger? more or less diverent adult, children seated or not on a booster, baby installed in his specific seat placed on the vehicle seat facing or back to the road? ... If there is a baby seat, is there Is there a baby in this seat?
  • seat or bed for disabled person the PICD placed (undetectably neither in sight nor on palpation) under the seat of the armchair allows to control the movement of the seat of the armchair (combination of a vertical movement and rotation around the horizontal axis normal to the axis of the chair) for an automatic approach to this seat when the disabled person approaches his chair and stands upright, back to the chair; the disabled person places his hands on the arms of the chair which are integral with the seat and are therefore placed in the immediate vicinity of the disabled person; the disabled person thus ensures his balance and can manually or vocally control the slow and controlled return of the seat to the normal position so that the weight transfer from the disabled person takes place with the desired progressiveness from his legs to his buttocks. And vice versa, to assist the disabled person who wishes to get up from his chair.
  • the PICD can still control the modification of the shapes of a seat or a bed to avoid fatigue resulting from a position kept for too long.
  • These shape modifications can be quasi-static, simply to modify a position, or dynamic to automatically perform a massage in which all the parameters, movements, intensities of these movements and frequencies of these movements can be adjusted according to preset programs or not.
  • the PICD is described in the description; the implementation of the PICD in the applications listed above is also described with some specific achievements taken as examples illustrating the possibilities of this system.
  • Robert BOSCH PCT / DE92 / 00263 who uses the electric heating elements of the electrically heated seat as electrodes of a capacitive sensor to determine if the seat is occupied or not.
  • JP P 4-5766 of 16-01-92 and DE 43 01 000 Al of 22-07-93 a new capacitive detection system with no longer an electrode plus the bodywork as previously claimed, but with three electrodes, thus creating not one capacity but three, for the simple purpose of compensating for possible environmental variations.
  • the impedance of the human body is considered to be a dielectric of constant equal to 80 (page 4, lines 34 and following of DE3635644 of 20-10-86); this approximation is only true at very high frequencies; indeed, at low frequencies, less than or equal to 1 MegaHertz, the human body is essentially a conductor, whose electrical conductivity is similar to that of an aqueous solution of sodium chloride with a concentration close to 70 grams per liter; it is only around a hundred megahertz that the impedance of the human body has resistive and capacitive terms which are of the same order of magnitude; it is necessary to go up to 1 GHz (1 gigaHertz) and more so that the impedance of the human body is essentially capacitive.
  • the useful frequencies for a PICD system are around a few kiloHertz: then, the bandwidth of the measurements is sufficient, the line effects are low and the cost of producing the capacitive detection electronics is modest.
  • no passenger presence detector is capable of surely detecting the presence of a baby placed in its seat, whatever this seat (some of which are made entirely of plastic material , others have a metal frame).
  • the presence detector must also inhibit the triggering of the airbag if the seat is unoccupied; on the other hand, it is necessary to validate the triggering of the airbag in all other cases: seat occupied by an adult or by a child facing the road, but it is desirable to modulate the power of the airbag according to the mass of the passenger and can also be of its position at the time of the shock.
  • the present invention provides a solution to the problem of detecting the presence and identifying, by capacitive means, of any type of passenger in a motor vehicle, in particular babies placed in their specific seat.
  • an electrode can only provide information on the distance between this electrode and its target placed opposite. It is not an electrode, nor three, nor even ten electrodes which make it possible to deal with the problem posed, that is to say pretending to identify the many possible cases; the different baby seats and their two positions facing or backward facing, empty or occupied by their baby passenger, children passengers (with or without booster) or more or less heavy adults, the various possible positions of these passengers, that's it so many unknowns to be resolved; and this resolution is only possible if we has a sufficient number of non-linearly dependent data.
  • each sensor the sensor (1) for example, forms with the passenger a capacitor whose capacity, Ci, is variable according to the passenger and its position; the passenger also has capacity C with the bodywork and this capacity C is also variable depending on the passenger, the position of the passenger on his seat and the configuration of this seat, more or less advanced and / or reclined, in the passenger car considered .
  • the passenger potential is balanced between zero, which is the body potential, and the alternative potential Vo (f °), (of frequency f ° and amplitude Vo), used to perform the capacitive measurement.
  • Capacitive detection systems have the disadvantage of being able to be blinded, and rendered inoperative, if the seat is flooded (bottle overturned, rain, pee %),
  • the object of the invention is to propose a system for detecting the presence of a person seated in a passenger compartment, in particular a passenger in a motor vehicle, which can provide real passenger identification information while taking account of external disturbances. any aforementioned.
  • the two sub-assemblies use the capacitive means, the sub-assembly 2 measuring the stresses applied by:
  • the first paradox is to solve the hundred unknowns detailed above, with fewer sensors than the number of unknowns,
  • the second paradox is that the invention allows more wealth of information than the solution according to the state of the art as described above, despite its number of electrodes lower than the number of unknowns, it is to say of possible cases to be resolved, - the third paradox lies in the cost of implementation significantly less than that of the solution according to the state of the art as described above.
  • the method or the system according to the invention is safe insofar as it always provides the minimum information necessary for the decision to trigger or prevent the firing of the airbags, whatever the accidental disturbances described above. .
  • the detection systems according to the invention can also be advantageously implemented for security purposes to eliminate or limit the effects of "whiplash" by providing that the stress detection subsystem is arranged to detect a excessive pressure exerted by a passenger on the backrest in the event of a rear impact on the vehicle.
  • the capacitive identification subsystem is arranged to detect the position of the passenger's head relative to the backrest.
  • the detection system according to the invention is then preferably arranged to control the triggering of an air cushion device (airbag) placed at the top of the backrest or in the headrest to retain the passenger's head, in detection of a position too far from the head in relation to the backrest.
  • air cushion device airbag
  • FIG. 1 shows the seat of a motor vehicle equipped with two sensor mats one for the seat, the other for the backrest and their connecting tracks to the electronics integrated in the seat structure, -
  • - Figure 2 shows the block diagram of the elements constituting the electrode mat
  • - Figure 3 is the block diagram of this electrode mat, the electronics 40 which is preferably an ASIC grouping all the necessary functions and the connector 52 for connection between 40 and 41
  • - Figures 4.1, 4.2 and 4.3 show a real example of electrode pads 12 and 14 with their tracks and the connector 52: 4.1 for the seat 41, 4.2 for the backrest 42, 4.3 for the detail of the connector 52 for the tracks and guard tabs separating each track;
  • - Figure 5 is the diagram of the switch 53 whose role is to allow, under control of the processor 58, to connect each electrode 50 to one of the three potentials 55, 56 or 57;
  • - Figure 6 illustrates, on the example of a hexagonal cross-linked network of 63 electrodes, the richness of the possibilities of transformation of such a multisensor.
  • Electrodes 7 and 8 give examples of electrode configuration; the following codes are adopted: 0 if the electrodes have no assigned function, 1 for those belonging to R, 2 for those belonging to G, 3 for those belonging to E;
  • FIG. 14 shows an example of a particular measurement of the subsystem 1 carried out at time t and of a measurement carried out by the subsystem 2 for an electrode situated opposite an electrode E of the subsystem 1 at time ( t + dt);
  • FIG. 18 is the diagram of the preferred version of 40 with the two capacitive bridges 54 and 64 specifically added to treat the prevention of whiplash.
  • FIG. 20 shows the functional diagram of the inflation of these cushions with their solenoid valves operating in closed loop under the control of the sensors of the subsystem 2, or that of the processor 58 for a program of static change of position or of dynamic change preprogrammed and called by the passenger via processor 58.
  • the PICD according to the invention can fulfill two functions:
  • the first series of measurements is a large number of capacitive measurements between an electrode mat 50 placed under the covering fabric of the seat 1 and the body of the passenger; these are contactless measurements; the electrodes of this first subsystem and their electrical supply tracks are located in the first conductive layer 12 of a flexible multilayer circuit 10 placed between the foam of the seat 2 and the fabric 3 of the cover of this seat ( Figures 1 and 2).
  • the second function provided by the PICD is the measurement of the distribution of the loads exerted by the passenger on the seat, seat and back.
  • This measurement of the stresses applied to the seat surface by the passenger is carried out capacitively by a second layer of electrodes 14 aiming through a dielectric layer 25 another conductive layer 15, both placed inside the flexible multilayer circuit 10 and having between them an alternative potential difference for carrying out the capacitive measurement of the distance between these conductors 14 and 15.
  • These layers 1 4, 15 and 25 being buried in the thickness of the flexible and sealed circuit 10, no external disturbance such those described above (flooded seat ...) cannot disturb this second series of stress measurements applied by the passage (or a package) placed on the seat, hence the safety of these measurements which supplement those carried out by the first sub -system.
  • FIG. 3 schematically shows the PICD, the main components of which are the electronic assembly 40 and the two flexible multilayer circuits 41, 42 connected to the electronic assembly 40 by extensions 41bis, 42bis.
  • the two multilayer circuits 41, 42 are respectively assigned to the seat and the backrest, which form two distinct parts of the seat.
  • the multilayer circuit 10 in FIG. 2 is the functional diagram of the various functions requested, with the layers of measuring electrodes 12 and 14 separated by a guard plane 13, the layer 15 targeted by the electrodes of 14 and even a possible layer 16 , heated for the comfort of the passenger in cold countries and also to dry the seat faster, the fabric 3 of which would have been accidentally flooded.
  • the first essential characteristic of the invention is that the electrodes 50 of the sensors are adjacent to each other as much as possible ( Figure 3); the electrodes form a mat 41 of rectangles or hexagons or of any other quasi-contiguous figures, without empty portion, on all the surfaces of 41 except those reserved for the seams of the covering fabric; there is no need for the electrodes to have the same surface; they can have non-geometric shapes, in particular on the periphery of 41; if the pad of electrodes 41 is intended to cover the passenger seat, it is advisable to give each of the peripheral electrodes 50 the obviously non-geometric shape, which makes it possible to match the shapes of the seat and the backrest.
  • the second essential characteristic of the invention is that the electrodes of the sensors do not have a defined, immutable function, as is the case according to the prior art, where there is for each sensor a measurement electrode and an electrode for guard surrounding the measuring electrode on all sides, except for the front face which is the measuring side.
  • the novelty characterizing the invention is that each electrode can be switched, under the control of a processor, to one of the three potentials presented by all capacitive measurement electronics using the diagram of the charge amplifier, namely: "the input 55 of the operational charge amplifier (tab -), connected to the measuring electrode, and whose potential is Vm,
  • the potential 56 which is that of the tab + of the operational charge amplifier and which is connected to the guard, is equal to Vm, in amplitude and phase,
  • Vm - Vi Vo (f °) (1), which is used to influence the potential of the passenger, or more generally that of any target whose potential cannot be fixed by a driver, as detailed above.
  • a single capacitive measurement electronics (54) generates the three functional potentials 55, 56 and 57, defined above; a network of switches 53, controlled by the process 58, makes it possible to switch each of the three functional potentials 55, 56, 57, to each of the electrodes 50, according to a series of programs recorded in 58.
  • the most natural location for the electrode mat 41 is the seat; because seat and back are two separate parts of the seat, here we give the reference 41 for the electrode mat of the seat and 42 for the electrode mat of the back.
  • the electrode mat is the passenger compartment ceiling, the dashboard, the interior trim of the door adjacent to the passenger: it is obvious that the passenger can be all the more finely characterized as there are more sensors arranged in the surfaces surrounding this passenger.
  • the tracks 51 of the electrodes of 41 and 42 arrive on the terminal block 52 where the electrical junction of the electrodes 50 and the electronic circuit 40 is carried out; the preferred solution for 40 is an ASIC integrated circuit which groups together the essentials of functions 54, 58 and 53 in one housing.
  • the terminal block-connector 52 is also the receptacle for ASIC 40, also described in the patent application. no.9613992.
  • Figures 4 show an example of the electrode pads that can be used to equip the seat of a Renault Mégane, Figure 4.1 showing the drawing of the seat layer 12; Figure 4.2 for the same layer 12 of the backrest, with the two locations reserved for seams, while the seat has only one seam.
  • the true width of the electrodes is 30 cm for the prototypes shown in Figures 4.1 and 4.2.
  • the circuit 40 has the 0 and 12 Volt supply terminals and some outputs, those of the authorization signal or inhibition of the firing of the airbag (s): inhibition in the presence of a baby placed back to the road and in the absence of a passenger (empty seat), etc .; an authorization for the headrest airbag in the event of a rear impact; another output is the alarm signal warning the driver of a possible malfunction of the PICD, for example the seat flooded and not yet dried by 16 (see Figure 2).
  • the N electrodes ( Figures 3 or 4) can be connected indifferently to one of the three terminals 55, 56, 57.
  • the N electrodes 50 distributed in three subsets R, G, or E , are used sequentially; R (or M) mean receiver (or measure); G is taken for guard; E (or I) mean emitter (or charge injection.
  • R or M
  • R or M
  • G mean receiver
  • G is taken for guard
  • E or I
  • the electrodes of R are represented by 1; those of G by 2 and those of E by 3.
  • the printed circuit 41 is a very special multi-sensor, because it is multifaceted; this multi-sensor not being frozen, its N electrodes can be selected, in rapid sequence, to be placed successively in the R group (measure) always keeping the G group around the R group, like the Monarch's Close Guard which moves in the N squares of his kingdom: when R occupies a peripheral square, he is no longer guarded on all sides by elements of the checkerboard of electrodes; however, it will be seen later that the preferred PICD solution according to the invention nevertheless provides adequate guarding for M, when R occupies one or more peripheral cell (s).
  • Each new distribution of the N electrodes in three subsets R, G, or E brings new values for the sums of capacities, C E , C R , C G , and therefore defines a new value of the passenger's potential, v a , in the case a; to 1A measure where C E is most often significantly greater than C R + C G , the potential v a of the passenger is often closer to zero than V 0 (f °) in this case a ..
  • the potential v of the passenger is only a fraction of the alternating potential V o (f 0 ), of which l amplitude is only a few volts: the PICD is completely harmless and poses no risk to the passenger.
  • the capacitive measurement electronics 54 delivers an output voltage Vs, continuous, proportional to the product C R ⁇ v.
  • Vs a KV 0 (f °) x (C, x (C, + C G ) / (C + C R + C G + C E )) (7)
  • the method and / or system according to the invention make it possible to make good capacitive measurements because the potential v of passenger is well defined for each measurement; even if the passenger's potential changes with each configuration, that is to say each millisecond.
  • the E domain plays the role of illumination, or rather of repetitive flash, since it is typically every milliseconds that a new "photographer” is taken by the PICD, and this with a different "illumination” each time .
  • each electrode 50 is connected by its track 51 to its switch 531; the sources of potentials 55 and 56 are connected to switch 532, while the sources of potentials 57 and 56 are connected to switch 533; this arrangement is necessary to avoid a direct view of the potentials 55 and 57 - when the electrode 50 is connected to 55 (position R), 532 is positioned so that 56 is switched on the lug 531-2, as shown in the figure 5; This avoids the leakage capacity (between terminals 531-1 and 531-2) of several picoFarad which would desirably be added to the measurement Alternatively, if 50 is connected to 57 (position E), the switch 532 links 531-1 to 56, again to avoid a direct view of the potentials 55 and 57 in the switch 531.
  • the bodywork provides a guard for the electrodes of R when it (s) occupies (nt) one or more peripheral case (s) of 41;
  • guard widths expressed as the number of electrodes equal in all directions, as above: other guard configurations are interesting: the electrodes being rectangular (60mm x 130mm) , four electrode widths are only 240mm while two electrode lengths make a guard of 260mm.
  • n t ax, ay) -b x -b y defining the configuration, characterized by the number n of electrodes in position R; the indices a x and a y measure the projections of R along X and Y, projections expressed in number of electrodes; b x and b y are, in number of electrodes, the projections in X and in Y of G which must surround M, at least on one side in X and on one side in Y.
  • Np ((va x +: ⁇ - N x ) ((wa y + l ) - N y ) (10)
  • N ((v- a x + l) - N x ) (w- a y + l) - N y ) - N 0 (13)
  • the PICD prototype 8x8 allowed the testing of around thirty combinations of electrodes; a measurement campaign among others have been conducted with the four combinations the lfl -4-2, -4-2 3 ⁇ l 3, 3 1; 3 -3-l, 4 2, 2 -4-2 , which provided for each "passenger” respectively 64, 48, 48, 49 measurements, that is to say 209 different measurements, ie more than necessary to identify the passenger.
  • the PICD demonstrates all its investigative power at several distances, close or distant, according to the shapes and dimensions of the R and G domains.
  • the best use of the new concept and / or of the system according to the invention is a PICD not too minimalist and whose processor 58 is provided with software allowing a first exploration, to quickly identify the presence or absence of a passenger, then this point being acquired, the continuation of the measurement for the only more delicate cases, ie the identification of the position of a baby , back or facing the road, until it is unambiguously identified.
  • the digital processing of data is the comparison of all or part of this global matrix of measurements with the corresponding elements of the hundreds of matrices, stored, relating to the hundred typical typical cases, previously identified.
  • a least squares method requires 2 to 30,000 subtractions, 2 to 30,000 squared elevations, 2 to 30,000 additions and a few hundred more additions and subtractions to compare the current measurement with the 100 reference cases; this is entirely feasible, in a short time, by the microprocessor specialized for the application.
  • a neural network method is well suited to more effectively provide the identification of the measurement carried out the previous second among the hundreds of recorded types.
  • Data processing can be much more simplistic and be only the sum of the output voltages of the single capacitive measurement bridge contained in the ASIC 40, this for some electrode configurations (n (aX ⁇ ay) - b x -b y ).
  • the subsystem 2 for measuring the stresses applied by the passenger on the surface of the seat.
  • the subsystem 2 is much simpler: it is the simple capacitive measurement of the crushing (induced by the weight of the passenger) of the elastic and dielectric layer 25 placed between the electrodes 14 and 15 of FIG. 2.
  • it is the measurement of the pressure which must be given to the fluid dielectric 25 contained in n independent and adjacent bags, the assembly of which forms an airbag, such as that shown diagrammatically in FIGS. 19.1, 19.2 and 20.
  • the bags 30 are thin, each bag receiving a controlled pressure so that the capacity, given the distance, between 21 and 23 is constant, for example of the order of
  • the bags 30 can have a thickness of the order of 5 to 10 cm; the seat is no longer necessarily fitted with flexible foam; the bags 30 form an airbag; they almost all receive the same pressure, at least by areas: backrest, seat under the pelvis and seat under the legs.
  • the passenger thus has excellent comfort (such as an anti-decubitus seat) and also experiences little or no vibration from the vehicle.
  • FIG. 13 shows that the electrode layer 21 of this global multisensor is, at each millisecond, shared between 1 or more measuring electrodes R, peripheral electrodes at R which constitute the guard G and the rest in position E.
  • the electrodes R and G are brought to zero potential, the electrodes E are brought to alternating potential V (fo). Therefore, it is plausible to simplify the structure of the multilayer sensor 10 (FIG.
  • the multisensor 41 of the seat can then be produced from an insulating film 23, PVC or other polymer, on which all the electrodes and their tracks are produced, this production has two modes: or else it is a method of depositing a conductive ink by screen printing or jet printing (jet-prmtmg), for producing the electrodes 50 and their tracks 51; or else the electrodes and their tracks are produced by laser ablation of the metallic layer uniformly deposited on the plastic film (alumized mylar or polypropylene, which are low-cost industrial products); and the ablation of metal is only carried out to trace the contour of the electrodes 50 and their tracks 51.
  • a conductive ink by screen printing or jet printing (jet-prmtmg)
  • the electrodes and their tracks are produced by laser ablation of the metallic layer uniformly deposited on the plastic film (alumized mylar or polypropylene, which are low-cost industrial products); and the ablation of metal is only carried out to trace the contour of the electrodes 50 and their tracks 51.
  • the laser ablation is perfect for the quality of the product produced, this method is also very adaptive in that it is easy to change the design of the electrodes and their tracks, by software
  • the ablation of 0.3 ⁇ m of a-uminium deposited under vacuum on a film of polyester or other plastic does not require much power- a YAG laser succeeds very well, we were able to "write" the word "PICD” on a film of polypropylene alumized whose l 'thickness total is 15 ⁇ m, and where the ablation, by the YAG laser beam, of the aluminum has not attacked the plastic film; the mechanical robustness of this plastic film is unchanged after the laser ablation process which traced the letters.
  • the laser ablation can be done with an ordinary plotter whose pen has been replaced by a fiber bringing the YAG laser beam to the focusing optics which replaces the pen.
  • the cutting speed is 0.7m / s for a laser power of 2 Watt. Because the lines to be drawn to trace the contours of the electrodes 50 and their tracks 51 are very predominantly parallel respectively to the center axis of the seat (Y) and to its perpendicular (X), it is advantageous to multiply the number of beams UV laser and it is advantageous, to optimize the use of these "feathers", to draw the shape of the electrodes 50 and their tracks 51 so that several lasers can "evaporate" the metal simultaneously.
  • tracks 51 are not electrically guarded on the front, passenger side
  • the PICD consists of the stacking of these two circuits placed face to face, with the layer of elastic dielectric 25 as an intermediate between the electrodes 50 of layers 12 and 14; between the part of the tracks 51 located between the electrodes 50 and the connector 52, a simple dielectric was placed, that is to say an ordinary plastic film; and of course there is a direct connection of the tracks and connection terminals 52.
  • the conducting plane 22 which is the rear guard (potential 56) of the electrodes and tracks 21bis can be an independent metallized film or else, the plastic film 24 is metallized two sides and the laser ablations are only carried out on one side to produce the layer 21bis while leaving the layer 22 intact.
  • Figures 4 and 15 show an exemplary embodiment of the connector for the particular case of 48 and 24 electrodes respectively for the seat and back electrodes, the layers 21 and 21bis having exactly the same number of electrodes since it was chosen here to use identical layers 21 and 21bis, that is to say having, seen from above, the symmetry with respect to the median axis of the seat since the layers (23 + 21) and (23 + 21bis) are placed face to face on either side of 25.
  • the 4 sides of the connector are occupied on 2 rows of terminals (144 terminals) by the tracks of the 4 single-sided circuits 21 and 21bis of the seat and the backrest.
  • Figures 15 show in particular the guard tabs of the four layers 21, 2Ibis of 41 and 42 which separate the tracks to the connector 52 and the electrodes; we also see the reserved areas, without electrode or track, for the seams 2 in number for the backrest and only one for the seat.
  • the choice shown in Figures 4 or 15 is not the most suitable for the easy discrimination between a passenger and a water or wine cubitainer placed on the seat: bypassing the tracks from the seat to the periphery of the circuits 21 and especially 21bis as shown for the file would be more judicious to distinguish the passenger from a cubitainer who, him, not having two buttocks, does not exert a stress on the seat significantly weaker in the center.
  • This example is actually a PICD specially made to test the relationship between the overall quality of passenger position detection and measurement and the effective number of electrodes, several of the 48 and 24 electrodes of each of the identical layers 21 and 21bis of the 'seat and back can be grouped inside the connector 52; these groups of adjacent electrodes are also generally different for 21 and for 21bis.
  • figure 16 which represents a single face circuit of 150x300mm, with its 12 electrodes whose unit surface is 29,2cm 2 ; twelve electrodes or three electrodes if they are grouped into three sets of four electrodes or even six sets of 2 electrodes (figure l ⁇ bis); here the tracks of these electrodes are constituted by two cables, each of them with six conductors of 0.3mm in diameter under a braided sheath of external diameter 1.8mm, maintained at the guard potential 56; the six electrodes respectively connected to these six conductors can only be R or G on the one hand OR E on the other hand; it is indeed impossible to supply these six conductors under the same guard braid simultaneously at potential 57 (V 0 (f 0 )) and at zero potential (55 or 56); but this restriction of freedom of choice is hardly significant and does not prevent the type of single-sided circuit 17 from achieving an acceptable version of 41, for example by using three circuits 17 for the file and four of these circuits 17 for 1 ' seated .
  • the whiplash prevention device is now described. It is a simple adaptation of the PICD according to the invention, already announced previously.
  • the principle of rear impact detection is the measurement of the crushing of the elastic layer 25, by the electrodes of the subsystem 2 located at the bottom of the backrest: the passenger during a rear impact undergoes a strong acceleration (20 to 40 g) essentially horizontal and which results in a bearing force on the lower part of the backrest equal to 20 or 40 times the usual weight of the passenger: the crushing of 25 at the passenger's center of gravity is therefore very strong and its detection very easy: the corresponding measurements almost exceed - immediately their normal level: a high threshold crossed is the signal of a rear impact.
  • the processor 58 controls the firing of an airbag placed in the headrest or at the top of the backrest so as to fill the void between the head in ten milliseconds of the passenger and the top of the backrest and thus prevent the whiplash.
  • FIG. 17 shows a version of the PICD also suitable for detecting a rear impact and preventing whiplash.
  • the last part of the description relates to the replacement of the elastic film 25 by a set of air bags which are all parts of the comfort cushion announced previously.
  • Each airbag 30, produced by heat sealing a tube or thin plastic sheets, to which is welded (or glued) a small diameter plastic tube 31, the other end of which is connected to a solenoid valve 32 (FIG. 20) .
  • These airbags are placed between the single-sided circuits 21 and 21bis previously described.
  • the solenoid valves 32 can inflate and deflate these bags under the control of the measurements of the PICD subsystem 2 for:
  • the bags 30 and the electrodes 21 can be microperforated (mechanically or by laser) to allow a certain flow of compressed air to leak (at ⁇ 10-30 mbar) from the inflated bags; the advantage is to provide ventilation, therefore passenger comfort; the solenoid valves 32 then exclusively serve to inflate the bags.
  • the PICD is integral with the seat, therefore insensitive neither to the more or less advanced position of the seat in the passenger compartment, nor to the inclination given to it by the passa ⁇ er.
  • the PICD system can not only be used for the purpose of inhibiting or authorizing the ignition of safety devices, but also to activate an anti-theft device: siren, inhibition of engine ignition, radio emission for locate the stolen vehicle, etc.
  • Another application of the same method and / or system is the aid for automatic loading of containers, by detecting the positions of these containers, in a truck for example.
  • the electrode mat is placed on the walls of the freighter, laterally or on the ceiling.
  • the signal delivered by this system thus used gives the position and the volume of the containers.
  • Another application is the surveillance of a corridor or a room for residential or office use ...
  • the electrode mat placed under the floor or wall carpet, is an invisible and inviolable passage detector or presence of one or more people; their number and instantaneous positions are perfectly identifiable.
  • the system according to the invention also allows the recognition of shapes or parts circulating on a conveyor; this system also allows the metrology of a mechanical part of complex shape.
  • the advantage of using the concept and / or the system according to the invention is the economy and the quality of this large number of capacitive measurements; economy, since only one capacitive measuring bridge is used; but also the quality, since one or more sensors can be replaced by as many standard capacities, which makes it possible to check, or even recalibrate, almost permanently, the zero, the gain, the thermal drift, etc., of the single capacitive measuring bridge used.
  • This or these standard capacities have a first armature connected from time to time to the measurement potential Vm 55 and a second armature permanently connected to the injection potential Vi 57, and are surrounded on all sides, apart from the two potential inputs Vm and Vi, by a conductor permanently brought to the guard potential Vg 56.
  • the part to be metrologically checked is insulating, all the electrodes (the n of R being measured and the p of G on the one hand, the Nnp of E on the other hand) electrostatically influence this part and fix its alternating potential at an intermediate value between V 0 (f °) and zero; metrological control is really only valid for measuring deformations.
  • this part is metallic (or only slightly conductive of electricity), if it can be isolated from the Earth and if one can apply to it directly - and not by electrostatic influence - the potential V 0 (f °), then it is a true metrology, absolute, and no longer only relative of measurement of deformations from an initial state, that it is possible to achieve.
  • the network of switches 53 is simplified, since it is reduced to a single switch 531 for the two switched functions: that of measurement by, in general, only one electrode at a time and electrical guard for all the others. Metrology of essentially cylindrical objects, rods or bores, smooth or threaded, even grooved (gears) or striped
  • the printed circuit 41 for example made of very flexible double-sided capton, is simply glued to a solid non-deformable skeleton; it does not matter that the geometry of the electrodes placed on the front face of this circuit is fairly poor and even unstable over time, in particular as a result of the action of atmospheric humidity on the plastic material of the double-sided circuit; the measurement of a well-identified standard object, or even certified by an authorized body, makes it possible to know, with an accuracy almost equal to that of the standard, the exact geometry of the multisensor at the time of this calibration on the standard; and therefore to measure the cylindrical part to be checked with very high accuracy and speed of metrology.
  • the stress detection subsystem may comprise means for carrying out resistive detection, these resistive detection means comprising a conductive rubber strip having an elastic-conductive effect.

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Abstract

Système de mesures capacitives comprenant un ensemble d'électrodes, des moyens multiplexeurs pour relier ces électrodes à une électronique de mesure capacitive, des moyens de contrôle et de traitement, cet ensemble d'électrodes étant constitué d'un ou plusieurs groupes d'électrodes comprenant chacun plusieurs électrodes sensiblement juxtaposées et jointives pour former autant de tapis d'électrodes. Les moyens de contrôle et de traitement et les moyens multiplexeurs coopèrent pour attribuer à chaque électrode une fonction quelconque parmi les fonctions respectives de mesure, de garde et d'injection, ces électrodes n'ayant pas de fonction prédéfinie et immuable. Le système peut comprendre en outre un sous-système pour détecter des contraintes mécaniques appliquées sur les tapis d'électrodes. Utilisation pour la détection et l'identification de passagers dans des véhicules, pour la surveillance de locaux, l'assistance au chargement de containers, et dans des sièges et lits pour personne handicapée.

Description

"Système et procédé de détection de présence et d'identification d'une personne ou d'un objet dans un environnement donné"
La présente invention concerne un système de détection de présence et d'identification d'une personne ou d'un objet dans un environnement donné.
Ce système utilise le moyen capacitif; aussi l'appellerons nous "Présence + Identification Capacitance-Based Detector" (PICD) .
Nous verrons crue ce système a une conception originale et utilise le moyen capacitif d'une façon inédite .
Le capteur de ce PICD est un circuit multicoucnes mince, en général souple et qui peut être placé de façon très discrète sur tout ou partie des parois de la pièce ou habitacle à protéger ou sous le tissu d'habillage du siège ou du lit à équiper, ...
Plusieurs applications sont envisagées. 1) local surveillé de façon discrète, invisible et indétectable: y-a-t'il un intrus dans ce local, 2, 3 personnes ? si oui, où sont-elles dans ce local
2) container, dont les parois peuvent être tapissées de ce PICD pour aider, voire automatiser le chargement du container, la position des colis étant mesurée par le PICD.
3) siège de véhicule automobile: tel siège est-il ou non occupé ? et si oui, par quel type de passager ? adulte plus ou moins corpulent, enfants assis ou non sur un rehausseur, bébé installé dans son siège spécifique placé sur le siège du véhicule face ou dos à la route ?... Si siège de bébé il y a, y-a-t'il un oébé dans ce siège ?
Si la passager est un adulte ou un enfant, quelle position ce passager a t ' il adoptée ? 4) siège ou lit pour personne handicapée: le PICD placé (de façon indétectable ni à la vue ni à la palpation) sous l'assise du fauteuil permet de piloter le mouvement de l'assise du fauteuil (combinaison d'un mouvement vertical et d'une rotation autour de l'axe horizontal normal à l'axe du fauteuil) pour une approche automatique de cette assise quand la personne handicapée s'approche de son fauteuil et se place debout, dos au fauteuil; la personne handicapée pose ses mains sur les bras du fauteuil qui sont solidaires de 1 ' assise et se sont donc placées à proximité immédiate de la personne handicapée; la personne handicapée assure ainsi son équilibre et peut commander manuellement ou vocalement le retour lent et asservi de l'assise en position normale de façon que le transfert de poids de la personne handicapée s'effectue avec la progressivité souhaitée de ses jambes à son fessier. Et réciproquement, pour assister la personne handicapée qui souhaite se lever de son fauteuil.
5) Le PICD peut encore piloter la modification des formes d'un siège ou d'un lit pour éviter la fatigue résultant d'une position conservée trop longtemps. Ces modifications de forme peuvent être quasi-statiques, simplement pour modifier une position, ou dynamiques pour effectuer automatiquement un massage dont tous les paramètres, mouvements, intensités de ces mouvement et fréquences de ces mouvements peuvent être réglés selon des programmes préétablis ou non.
Le PICD est décrit dans la description ; la mise en oeuvre du PICD dans les applications ci -dessus énumérées est également décrite avec quelques réalisations particulières prises comme exemples illustrant les possibilités de ce système . L ' utilisation principale étant l ' application à la détection et l ' identification du passager d'un véhicule automobile, quel y est l'état de l'art ?
ETAT DE L'ART ANTERIEUR Divers moyens ont été utilisés pour remplir ces fonctions de détection de la présence et d'identification du passager dans un véhicule automobile; notamment les ultrasons, radar, infrarouges, moyens électriques. Ces moyens électriques, résistif et capacitif, sont intéressants parce que les capteurs correspondants sont discrets, non intrusifs, souvent constitués d'une feuille souple de circuit facilement logeable et dissimulable sous le tissu d'habillage du siège, voire du plafond ou de la portière ou de l'accoudoir du véhicule. Parmi les moyens électriques employés, signalons la solution proposée par la société TRW Vehicle Safety Systems Inc. (5,232,243 du 03-08-93) ; son détecteur de présence et de mesure de position du passager, placé sous le coussin du siège, est constitué d'un film piézo- électrique, dont la caractéristique électrique change d'état selon qu'il est plus ou moins pressé par le poids du passager: un circuit électrique entretient une oscillation forcée du film piézo-électrique, dont la fréquence est modifiée et l'amplitude atténuée d'autant plus que le poids du passager provoque un contact plus important entre la structure du détecteur et ce film vibrant. Un autre système, analogue à un réseau de jauges de contraintes, utilise les changements de résistance électrique induit par la contrainte exercée par le poids du passager sur le siège. Dans les deux cas précédents, il ne s'agit pas d'un moyen capacitif de détection de passager.
En revanche, on connaît le brevet de la société
Robert BOSCH (PCT/DE92/00263) qui utilise les éléments chauffants du siège chauffé électriquement comme électrodes d'un capteur capacitif pour déterminer si le sièσe est ou non occupé. On connaît aussi les brevets JP P 60-232371, JP P 280300 et JP P 61-68960 des années 1985 et 86 ou DE 363 5644 du 20-10-86. Ces mêmes auteurs ont breveté (JP P 4-5766 du 16-01-92 et DE 43 01 000 Al du 22-07-93) un nouveau système de détection capacitive avec non plus une électrode plus la carrosserie comme précédemment revendiqué, mais avec trois électrodes, créant ainsi non plus une capacité mais trois, dans le simple but de compenser d'éventuelles variations d'environnement. Dans ces brevets, l'impédance du corps humain est considérée être un diélectrique de constante égale à 80 (page 4, lignes 34 et suivantes de DE3635644 du 20-10-86) ; cette approximation n'est vraie qu'aux très hautes fréquences; en effet, aux basses fréquences, inférieures ou égales à 1 MégaHertz, le corps humain est essentiellement un conducteur, dont la conductibilité électrique est similaire à celle d'une solution aqueuse de chlorure de sodium de concentration voisine de 70 grammes par litre; c'est seulement vers la centaine de MégaHertz que l'impédance du corps humain a des termes résistifs et capacitifs qui sont du même ordre de grandeur; il faut monter à 1 GHz (1 gigaHertz) et plus pour que l'impédance du corps humain soit essentiellement capacitive.
Les fréquences utiles pur un système PICD se situent autour de quelques kiloHertz: alors, la bande passante des mesures est suffisante, les effets de ligne sont faibles et le coût de réalisation de l'électronique de détection capacitive est modeste.
En outre, selon le présent état de l'art, aucun détecteur de présence de passager n'est capable de détecter assurément la présence d'un bébé placé dans son siège, quel que soit ce siège (dont certains sont réalisés intégralement en matière plastique, d'autres ont une armature métallique) . Or il est impératif de détecter infailliblement la présence d'un bébé et d'inhiber le déclenchement de 1 ' airbag si ce bébé est placé dans son siège dos à la route; le détecteur de présence doit aussi inhiber le déclenchement de 1 ' airbag si le siège est inoccupé; en revanche, il faut valider le déclenchement de 1 ' airbag dans tous les autres cas : siège occupé par n adulte ou par un enfant placé face à la route, mais il est souhaitable de moduler la puissance de 1 ' airbag selon la masse du passager et peut être aussi de sa position au moment du choc.
La présente invention apporte une solution au problème de détection de la présence et d'identification, par moyen capacitif, de tout type de passager dans un véhicule automobile, notamment les bébés placés dans leur siège spécifique.
Nous allons maintenant décrire les exigences que doit respecter tout système PICD, puis décrire le moyen selon l'invention qui satisfait lesdites exigences. Premièrement, une détection capacitive robuste et fiable implique l'existence d'une différence de potentiel alternative entre le passager (qui est la cible) et chacune des électrodes mesurantes. Il faut donc que le potentiel du passager soit, au moins approximativement, fixé. Or il ne saurait être question de définir le potentiel électrique du passager d'un véhicule automobile assis sur son siège comme peut l'être celui d'un condamné à mort lacé sur la chaise électrique; le potentiel du passager ne peut donc être défini que par 1 ' influence électrostatique.
Deuxièmement, il est clair qu'une électrode ne peut fournir qu'une information de distance entre cette électrode et sa cible placée en regard. Ce n'est pas une électrode, ni trois, ni même dix électrodes qui permettent de traiter le problème posé, c'est-à-dire prétendre identifier les nombreux cas possibles; les différents sièges de bébé et leurs deux positions face ou dos à la route, vides ou occupés par leur passager-bébé, les passagers enfants (avec ou sans rehausseur) ou adultes plus ou moins lourds, les diverses positions possibles de ces passagers, voilà autant d'inconnues à résoudre; et cette résolution n'est possible que si on dispose d'un nombre suffisant de données non linéairement dépendantes les unes des autres .
On peut dénombrer une soixantaine de cas concernant les bébés ( 15 modèles de siège, positions face ou dos à la route, siège vide ou occupé) et une bonne quarantaine de cas concernant les enfants et adultes (diverses masses et positions) . C'est donc une centaine de cas possibles du "passager" dont l'identification nécessite autant de mesures indépendantes, c'est à dire d'informations utiles parce que différentes les unes des autres, que le PICD doit fournir, pour être capable d'identifier la signature de n'importe quel passager. Est-ce à dire qu'il faut au moins une centaine de capteurs pour valablement détecter tous les passagers possibles ? Selon l'état de l'art, la réponse est oui; à la condition supplémentaire que ces nombreux capteurs ne soient pas utilisés simultanément, mais séquentiellement: en effet, chaque capteur, le capteur (1) par exemple, forme avec le passager un condensateur dont la capacité, Ci, est variable selon le passager et sa position; le passager a par ailleurs la capacité C avec la carrosserie et cette capacité C est aussi variable selon le passager, la position du passager sur son siège et la configuration de ce siège, plus ou moins avancé et/ou incliné, dans la voiture particulière considérée. Le potentiel du passager, , se met en équilibre entre zéro, qui est le potentiel de la carrosserie, et le potentiel alternatif Vo(f°) , (de fréquence f° et d'amplitude Vo) , utilisé pour effectuer la mesure capacitive. Si tous les capteurs étaient mesurants simultanément, la somme C des centaines de capacité Ci serait largement supérieure à C: le potentiel du passager serait alors si proche du potentiel alternatif Vo(f°) que la détection capacitive ainsi réalisée ne pourrait qu'être médiocre, pour la raison rappelée précédemment.
Si la ou les centaine (s) de capteurs sont utilisés séquentiellement, grâce à un multiplexeur qui commute les électrodes de tous les autres capteurs au potentiel zéro, alors la somme C des centaines de capacités Ci, moins la capacité Cj du capteur j en train de mesurer, plus la capacité C, c'est à dire toutes les capacités qu'a le passager avec des surfaces au potentiel zéro, excèdent largement Cj qui influence le passager vers le potentiel Vo(f°) ; donc le potentiel du passager, , prend une valeur très proche de zéro; et la mesure capacitive serait alors correcte; mais le coût d'une telle réalisation serait élevé en raison du nombre très élevé (quelques centaines) de capteurs et aussi parce que le multiplexeur doit avoir une structure coaxiale; mais cet hypothétique détecteur de passager selon l'état de l'art (c'est à dire figé, chacune de ses électrodes ayant une fonction définie) ne serait pas capable de la focalisation variable qui sera décrite ultérieurement et qui est la source de la richesse des mesures du PICD selon l'invention.
Les systèmes de détection capacitive présentent toutefois l'inconvénient de pouvoir être aveuglés, et rendus inopérants, si le siège est inondé (bouteille renversée, pluie, pipi...),
- ou si le siège est recouvert d'un coussin contenant des ressorts à boudin pur permettre la circulation de l'air entre siège et passager,
- ou encore si le passager dispose ente le siège et lui, un tapis magnétique pour son confort psychologique . Le but de l'invention est de proposer un système de détection de présence d'une personne assise dans un habitacle, notamment un passager de véhicule automobile, qui puisse fournir de véritables informations d'identifications du passager tout en prenant en compte les perturbations extérieures éventuelles précitées.
Ces perturbations sont contournées en doublant les multiples détections capacitives entre les électrodes du capteur et le passager (ce qui constitue le sous-ensemble de mesures sans contact, intitulé "sous-ensemble 1 d'identification capacitive") par un second sous-ensemble lequel mesure, non plus les distances passager-capteur, mais les contraintes appliquées par le passager sur les diverses parties du siège; ce second sous-ensemble du PICD est appelé "sous-ensemble 2 de mesure des contraintes appliquées". Grâce à ces deux sous-ensembles de mesures, notre PICD selon l'invention offre généralement une information complète sur le passager; et si le sous-ensemble 1 est temporairement aveuglé donc inopérationnel, le sous- ensemble 2, qui est insensible aux perturbations précitées, fournit toujours l'information minimale qui permet la décision d'autorisation ou d' inhibition de la mise à feu de l' airbag associé au siège considéré.
Dans le système selon l'invention, les deux sous- ensembles mettent en oeuvre le moyen capacitif, le sous- ensemble 2 mesurant les contraintes appliquées par:
- la mesure capacitive de l'écrasement d'un film caoutchouc, ou
- la mesure de la pression d'air dans des éléments séparés de coussin d'air pour un écrasement (mesuré capacitivement) prédéfini de chacun des petits coussins élémentaires dont 1 ' ensemble forme l'assise d'une part et le dossier d'autre part.
Le procédé et le système de mesures capacitives selon
1 ' invention ici revendiquée résolvent les trois paradoxes suivants .
- le premier paradoxe est de résoudre la centaine d'inconnues détaillée précédemment, avec moins de capteurs que le nombre d'inconnues,
- le second paradoxe est que l'invention permet plus de richesse d'informations que la solution selon l'état de l'art telle que décrite ci-dessus, malgré son nombre d'électrodes inférieur au nombre d'inconnues, c'est à dire de cas possibles à résoudre, - le troisième paradoxe réside dans le coût de réalisation significativement moindre que celui de la solution selon l'état de l'art telle que décrite ci-dessus. En outre, le procédé ou le système selon l'invention est sûr dans la mesure où il fournit toujours l'information minimale nécessaire à la décision de déclencher ou d'empêcher la mise à feu des airbags, quelles que soient les perturbations accidentelles décrites précédemment.
Enfin, les système de détection selon l'invention peut aussi être avantageusement mis en oeuvre à des fins de sécurité pour supprimer ou limiter les effets de "coup du lapin" en prévoyant que le sous-système de détection de contrainte soit agencé pour détecter une pression excessive exercée par un passager sur le dossier en cas de choc arrière sur le véhicule.
Dans cette version du système de détection selon l'invention, le sous-système d'identification capacitive est agencé pour détecter la position de la tête du passager par rapport au dossier. Le système de détection selon 1 ' invention est alors de préférence agencé pour commander le déclenchement d'un dispositif de coussin d'air (airbag) placé dans le haut du dossier ou dans 1 ' appuie-tête pour retenir la tête du passager, en cas de détection d'une position trop éloignée de la tête par rapport au dossier.
DESCRIPTION DE L'INVENTION Le procédé et/ou le système de mesures capacitives selon l'invention vont maintenant être détaillés, avec l'aide des figures 1 à 20:
- la figure 1 montre le siège d'un véhicule automobile équipé des deux tapis de capteurs l'un pour l'assise, l'autre pour le dossier et leurs pistes de liaison à l'électronique intégrée dans la structure du siège,-
- la figure 2 montre le schéma fonctionnel des éléments constituant le tapis d'électrodes; - la figure 3 est le schéma fonctionnel de ce tapis d'électrodes, de l'électronique 40 qui est de préférence un ASIC regroupant toutes les fonctions nécessaires et le connecteur 52 de liaison entre 40 et 41; - les figures 4.1, 4.2 et 4.3 montrent un exemple réel de tapis d'électrodes 12 et 14 avec leurs pistes et le connecteur 52: 4.1 pour l'assise 41, 4.2 pour le dossier 42, 4.3 pour le détail du connecteur 52 des pistes et des languettes de garde séparant chaque piste;
- la figure 5 est le schéma du commutateur 53 dont le rôle est de permettre, sous contrôle du processeur 58, de relier chaque électrode 50 à l'un des trois potentiels 55, 56 ou 57; - la figure 6 illustre, sur l'exemple d'un réseau réticulé hexagonal de 63 électrodes, la richesse des possibilités de transformation d'un tel multicapteur.
- les figures 7 et 8 donnent des exemples de configuration d'électrodes; les codes suivants sont adoptés: 0 si les électrodes n'ont pas de fonction affectée, 1 pour celles appartenant à R, 2 pour celles appartenant à G, 3 pour celles appartenant à E;
- la figure 9 est le décompte du nombre de mesures différentes les unes des autres, calculé pour toutes les configurations montrées sur la figure 8 et pour trois dimensions du tapis 41: v=5, w=4 ; v=6, w=6; v=8, w=8;
- les figures 10, 11, 12 illustrent toutes les mesures possibles, dans un réseau u=8, w=8 pour les configurations 123ι4-4-2/l1>1-4-4,l1/1-5-4; - la figure 13 montre la disposition préférée des deux tapis d'électrodes pour les deux sous-systèmes du PICD et la garde arrière;
- la figure 14 montre un exemple d'une mesure particulière du sous-système 1 effectuée au temps t et d'une mesure effectuée par le sous-système 2 pour une électrode située face à une électrode E du sous-système 1 au temps (t+dt) ;
- les figures 15.1, 15.2 et 15.3 reprennent et complètent l'exemple des figure 4.1 à 4.3; - la figure 16 montre un élément de 12 électrodes, réduit (figure Iδbis) à trois groupages des électrodes quatre par quatre; - les figures 17 montrent une version préférée du PICD spécialement adaptée à la détection d'un choc arrière et à la prévention du coup du lapin;
- la figure 18 est le schéma de la version préférée de 40 avec les deux ponts capacitifs 54 et 64 spécifiquement ajouté pour traiter la prévention du coup du lapin.
- les figures 19.1 et 19.2 illustrent des exemple de coussins gonflables en lieu et place (fonction) de la couche diélectrique élastique 25;
- la figure 20 montre le schéma fonctionnel du gonflage de ces coussins avec leur électrovannes fonctionnant en boucle fermée sous le contrôle des capteurs du sous-système 2, ou celui du processeur 58 pour un programme de changement statique de position ou de changement dynamique préprogrammés et appelés par le passager via le processeur 58.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE REALISATION PARTICULIERE
DU PICD Comme annoncé ci-dessus, le PICD selon l'invention peut remplir deux fonctions:
- la première série de mesures, c'est un grand nombre de mesures capacitives entre un tapis d'électrodes 50 placé sous le tissu d'habillage du siège 1 et le corps du passager; ce sont des mesures sans contact; les électrodes de ce premier sous-système et leurs pistes d'alimentation électrique sont situées dans la première couche conductrice 12 d'un circuit multicouches souple 10 placé entre la mousse du siège 2 et le tissu 3 de la housse de ce siège (figures 1 et 2) .
- La deuxième fonction assurée par le PICD est la mesure de la répartition des charges exercées par le passager sur le siège, assise et dossier. Cette mesure des contraintes appliquées sur la surface du siège par la passager est effectuée capacitivement par une deuxième couche d'électrodes 14 visant à travers une couche diélectrique 25 une autre couche conductrice 15, toutes deux placées à l'intérieur du circuit multicouches souple 10 et présentant entre elles une différence de potentiel alternative pour effectuer la mesure capacitive de la distance entre ces conducteurs 14 et 15. Ces couches 14, 15 et 25 étant enfouies dans l'épaisseur du circuit souple et étanche 10, aucune perturbation extérieure telles celles décrites précédemment (siège inondé...) ne peut déranger cette seconde série de mesures des contraintes appliquées par la passage (ou un colis) placé sur le siège, d'où la sûreté de ces mesures qui complètent celles effectuées par le premier sous-système.
La figure 3 montre schématiquement le PICD dont les composants principaux sont l'ensemble électronique 40 et les deux circuits multicouches souples 41, 42 reliés à l'ensemble électronique 40 par des extensions 41bis, 42bis. Les deux circuits multicouches 41, 42 sont respectivement affectés à l'assise et au dossier, lesquels forment deux parties distinctes du siège.
Le circuit multicouche 10 de la figure 2 est le schéma fonctionnel des diverses fonctions demandées, avec les couches d'électrodes mesurantes 12 et 14 séparées par un plan de garde 13, la couche 15 visée par les électrodes de 14 et même une éventuelle couche 16, chauffante pour le confort du passager dans les pays froids et aussi pour sécher plus vite le siège dont le tissu 3 aurait été accidentellement inondé.
On verra ultérieurement que les circuits multicouches 41 et 42 remplissent exactement les mêmes fonctions que le circuit 10 de la figure 2 mais sont en réalité beaucoup plus simples. Voyons maintenant le principe des mesures capacitives qui a été mis en oeuvre pour ce PICD. On verra que le principe de ces mesures capacitives est original et que la conception du capteur est elle aussi originale; c'est bien le moins après avoir annoncé que ce PICD selon l'invention résout plusieurs paradoxes a priori étonnants .
La première caractéristique essentielle de 1 ' invention est que les électrodes 50 des capteurs sont adjacentes autant que possible les unes aux autres (figure 3) ; les électrodes forment un tapis 41 de rectangles ou d'hexagones ou de toutes autres figures quasi-jointives, sans portion vide, sur toutes les surfaces de 41 sauf celles réservées pour les coutures du tissu de recouvrement; il n'est nullement nécessaire que les électrodes aient la même surface; elles peuvent avoir des formes non géométriques, notamment sur la périphérie de 41; si le tapis d'électrodes 41 est destiné à habiller le siège du passager, il est tout indiqué de donner à chacune des électrodes 50 périphériques la forme évidemment non géométrique, qui permet d'épouser les formes de l'assise et du dossier.
La deuxième caractéristique essentielle de l'invention est que les électrodes des capteurs n'ont pas une fonction définie, immuable, comme c'est le cas selon l'art antérieure, où on trouve pour chaque capteur une électrode de mesure et une électrode de garde entourant l'électrode de mesure de toutes parts, sauf pour la face avant qui est le côté mesurant. La nouveauté caractérisant 1 ' invention est que chaque électrode peut être commutée, sous le contrôle d'un processeur, sur l'un des trois potentiels que présentent toutes les électroniques de mesure capacitive utilisant le schéma de l'amplificateur de charge, à savoir: "l'entrée 55 de l'amplificateur opérationnel de charge (patte -) , reliée à l'électrode mesurant, et dont le potentiel est Vm,
- le potentiel 56, qui est celui de la patte + de l'amplificateur opérationnel de charge et qui est relié à la garde, est égal à Vm, en amplitude et phase,
- le potentiel 57, dont le potentiel V diffère de Vm par Vo(f°) :
Vm - Vi = Vo(f°) (1 ) , et qui sert à influencer le potentiel du passager, ou plus généralement celui de n'importe quelle cible dont le potentiel ne peut pas être fixé par un conducteur, comme détaillé précédemment. Une seule électronique de mesure capacitive (54) génère les trois potentiels fonctionnels 55, 56 et 57, ci-dessus définis; un réseau de commutateurs 53, pilotés par le processus 58, permet de commuter chacun des trois potentiels fonctionnels 55, 56, 57, sur chacune des électrodes 50, selon une série de programmes enregistrés dans 58.
L'emplacement le plus naturel du tapis d'électrodes 41 est le siège; parce que assise et dossier sont deux parties distinctes du siège, on donne ici le repère 41 pour le tapis d'électrodes de l'assise et 42 pour le tapis d'électrodes du dossier.
D'autres emplacements du tapis d'électrodes est le plafond de l'habitacle, le tableau de bord, l'habillage interne de la portière adjacente au passager: il est évident que le passager peut être d'autant plus finement caractérisé qu'il y a plus de capteurs disposés dans les surfaces entourant ce passager.
Si on ne s'intéresse qu'à l'équipement du siège, les pistes 51 des électrodes de 41 et 42 arrivent sur le bornier 52 où est effectuée la jonction électrique des électrodes 50 et du circuit électronique 40; la solution préférée de 40 est un circuit intégré ASIC qui regroupe en un boîtier l'essentiel des fonctions de 54, 58 et 53. Le bornier-connecteur 52 est aussi le réceptacle de l'ASIC 40, décrit par ailleurs dans le demande de brevet n° 9613992.
Les figures 4 montrent un exemple des tapis d'électrodes utilisables pour équiper le siège d'une Renault Mégane, la figure 4.1 montrant le dessin de la couche 12 de l'assise; la figure 4.2 pour la même couche 12 du dossier, avec les deux emplacements réservés pour les coutures, alors que l'assise n'a qu'une seule couture. La largeur vraie des électrodes est 30 cm pour les prototypes représentés sur les figures 4.1 et 4.2.
Outre la ou les connections des pistes 51, le circuit 40 possède les bornes d'alimentation 0 et 12 Volt et quelques sorties, celles du signal d'autorisation ou d'inhibition de la mise à feu du ou des airbags : inhibition en cas de présence d'un bébé placé dos à la route et en cas d'absence de passager (siège vide) , etc; une autorisation pour 1 'airbag d'appui-tête en cas de choc arrière; une autre sortie est le signal d'alarme prévenant le conducteur d'un possible dysfonctionnement du PICD, par exemple le siège inondé et pas encore séché par 16 (cf figure 2) .
La disposition des électrodes du capteur PICD et d'autre part la possibilité de choix du potentiel distribué à chacune de ces électrodes constituent, ensemble parce que ces deux particularités sont indissociables l'une de l'autre, l'essentiel de l'invention; l'intérêt de cette association va maintenant être explicité.
DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DU PICD POUR LE SOUfi-
SYSTEME 1 Grâce aux commutateurs 53, les N électrodes (figures 3 ou 4) peuvent être reliées indifféremment à l'une des trois bornes 55, 56, 57. Les N électrodes 50, réparties en trois sous-ensembles R, G, ou E, sont utilisées séquentiellement; R (ou M) signifient récepteur (ou mesure) ; G est pris pour garde; E (ou I) signifient émetteur (ou injection de charges. Par convention, sur les figures 7 à 12, les électrodes de R sont représentées par 1; celles de G par 2 et celles de E par 3. Seul un petit nombre n(n=l, ou 2, ou 3 , ... ) des ces N électrodes forme le sous-ensemble R, ces n électrodes étant successivement prises parmi les N électrodes; toutes le p électrodes adjacentes aux n électrodes (comme premières voisines ou secondes ou troisième voisines des n électrodes) sont commutées sur 56 et forment les sous- ensemble G; les électrodes des groupes R et G sont portées au même potentiel: Vm, qui est le potentiel de l'entrée de l'amplificateur de charges,- la garde est portée au même potentiel Vm. Toutes les autres électrodes forment le sous-ensemble E: ce sont les (N-n-p) électrodes portées au potentiel Vi et dont le rôle consiste à influencer electrostatiquement le potentiel du passager.
Le circuit imprimé 41 est un multi-capteur très particulier, parce que multiforme; ce multi-capteur n'étant pas figé, ses N électrodes peuvent être sélectionnées, en séquence rapide, pour être placées successivement dans le groupe R (mesure) en gardant toujours le groupe G autour du groupe R, comme la Garde rapprochée du Monarque qui se déplace dans les N cases de son royaume: quand R occupe une case périphérique, il n'est plus gardé de tous les côtés par des éléments du damier d'électrodes; toutefois, on verra ultérieurement que la solution préférée du PICD selon 1 ' invention procure néanmoins la garde adéquate à M, quand R occupe une ou plusieurs case (s) périphérique (s) .
Dans un véhicule automobile, tous les potentiels électriques sont rapportés au potentiel de la carrosserie, pris comme zéro. Plusieurs solutions de mesure capacitives sont possibles; par exemple et conformément à la relation (1 ) ,
- a) : Vm=V0(f°) et Vi=0,
- b) : Vm= +V0(f°)/2 et Vi= -V0(f°)/2, qui est le même potentiel, déphasé de 180°,
-c) : Vm=0 et Vi= V„(f Dans le cas a. les (n+p) électrodes mesurantes et de garde sont portées au potentiel Vo(f0) ; alors la carrosserie, par définition au potentiel zéro, ajoute sa contribution C à la somme des capacités Ci des (N-n-p) électrodes d'injection (qui sont au potentiel Vi=zéro dans ce cas) ; le potentiel du passager, v, est défini par l'équation (2) : i= N-n-p I=n I=p (C+Σ(Ci) )xva = (Σ(Ci) + Σ(Ci) ) x (Vo(f0)-v) (2) 1=1 1=1 1=1
1= N-n-p I=n l=p
En appelant CE=Σ (Ci) , CR=Σ (Ci) et CG=Σ(Ci) (3 ) 1=1 1=1 1=1 (2) devient: (C+CE)χva = (CR+CG)x(V0 (f°) -va) ; le potentiel va du passager est: v a=(V0(f°)x(CR+CG)/(C+CR+CG+CE) (4) . Chaque nouvelle distribution des N électrodes en trois sous-ensembles R, G, ou E amène des nouvelles valeurs pour les sommes de capacités, CE, CR, CG, et donc définit une nouvelle valeur du potentiel du passager, va , dans le cas a; dans 1A mesure où CE est le plus souvent significativement supérieur à CR + CG, le potentiel va du passager est souvent plus proche de zéro que de V0(f°) dans ce cas a..
A contrario, dans le cas c, l'équation d'équilibre des charges devient : (C+CR+CG)xvc=(CE)x(V0(f°) -vc) (5) et alors le potentiel vc du passager, qui fluctue aussi avec chaque modification de la position du passager et avec chaque modification de distribution des potentiels sur les électrodes, est le plus souvent plus proche de V0(f°) que de zéro; son expression est: vc= (VQ(f°)χCE/(C+CR+CG+CE) (6) .
Quelle que soit la solution de mesure capacitive choisie, l'un des trois cas particuliers décrits ci- dessus ou d'autres, le potentiel v du passager n'est qu'une fraction du potentiel alternatif Vo(f0) , dont l'amplitude n'est que de quelques volt: le PICD est totalement inoffensif et ne présente aucun risque pour le passager.
D'autre part, quelle que soit la solution de mesure capacitive choisie, l'électronique de mesure capacitive 54 délivre une tension de sortie Vs, continue, proportionnelle au produit CRχv. D'où les expressions dérivées seulement pour les cas particuliers a et c (les autres cas donnant des expressions similaires de Vs) • Vsa=K V0(f°)x(C,x(C,+CG)/(C+CR+CG+CE) ) (7)
Vs.≈K V0(f°)x(Cε;xCE) /(C+CR+CG+CE) ) (8) .
Expressions qui montrent clairement l'implication complexe de la distribution des électrodes des trois sous-groupes R, G et E dans le résultat de chaque mesure donnée par le PICD; (C-rCR+CG+CE) est la capacité globale du passager avec le PICD et l'habitacle du véhicule.
Le procédé et/ou système selon l'invention, c'est à dire cette nouvelle disposition d'électrodes et cette nouvelle façon de définir en séquence rapide la fonction de ces électrodes, permettent de faire des bonnes mesures capacitives parce que le potentiel v du passager est bien défini pour chaque mesure; même si le potentiel du passager change avec chaque configuration c'est à dire chaque milliseconde.
Ce multi-capteur, avec cette façon de l'utiliser, présente une analogie avec un instrument d'optique à focale variable: la dimension de l'électrode mesurante (n=l ou 2 ou 3, etc.) définit la taille et le nombre de pixels; l'étendue de G, variable avec le nombre p, est l'analogue de la focalisation variable. En outre, le domaine E joue le rôle de l'illumination, ou plutôt du flash répétitif, puisque c'est typiquement toutes les millisecondes qu'une nouvelle "photographe" est prise par le PICD, et ce avec un "éclairement" différent chaque fois .
La limite est rencontrée quand le potentiel v du passager cesse d'être correctement défini, ou pour continuer l'analogie optique, quand "l'éclairage" de la scène deviendrait par trop faible, voire aléatoire. Bien que les formules (7) et (8) montrent que le résultat d'une mesure par le PICD est fonction des capacités CR, CG, CE, et non des nombre n, p ou N, les diverses combinaisons possibles du PICD seront classées d'après le nombre sans dimension, ni signification, τ≤(n+p)/N; τ ne donne que le rapport des surfaces de 41 portées aux deux potentiels différents Vi et Vm, qui tous deux influent electrostatiquement le passager. Clairement, il n'est pas possible que n+p excède N; mais il serait possible que n+p=N: alors le domaine E n'existerait plus et "l'éclairage" du passager ne serait plus assuré que par la capacité C, sauf pour la solution préférée c; la mesure capacitive deviendrait alors impossible, puisque seules les électrodes de E "éclairent" le passager. Tous les cas de τ=l seront décomptés du nombre de combinaisons d'électrodes utilisables. Outre la qualité excellente des mesures capacitives réalisées grâce à la bonne définition du potentiel v du passager, un nouvel avantage considérable du PICD est de multiplier énormément le nombre total de combinaisons d'électrodes; or toutes ces combinaisons d'électrodes sont autant de mesures capacitives différentes, parce que d'une part la situation géographique et l'étendue du domaine R et d'autre part l'étendue du domaine G qui lui est périphérique définissent, ensemble, les lignes de champ électrique échangées entre R (qui change chaque milliseconde) et le passager (une centaine de cas possibles et qui peut bouger) . Plus le domaine G est grand, plus il y a de lignes de champ électrique issues de R qui vont sur le passager; mais aussi, plus le domaine R augmente, mieux est possible la détection du passager à des distances d'autant plus grandes que les deux domaines R et G sont eux-mêmes plus grands.
Quelques exemples pour illustrer ce qui précède Une version préférée du PICD selon l'invention va maintenant être décrite. Jusqu'ici dans la description, aucune solution spécifique de mesure capacitive n'a été privilégiée. Dans tous les cas, le commutateur 53 a la structure montrée sur la figure 5, chaque électrode 50 est reliée par sa piste 51 à son commutateur 531; les sources de potentiels 55 et 56 sont reliées au commutateur 532, tandis que les sources de potentiels 57 et 56 sont reliées au commutateur 533; cette disposition est nécessaire pour éviter une vue directe des potentiels 55 et 57- quand l'électrode 50 est reliée à 55 (position R) , 532 est positionné de sorte que 56 soit commuté sur la patte 531-2, comme le montre la figure 5; ainsi est évitée la capacité de fuite (entre les oornes 531-1 et 531-2) de plusieurs picoFarad qui viendrait mdésirablement s'ajouter à la mesure Alternativement, si 50 est reliée à 57 (position E) , le commutateur 532 relie 531-1 à 56, à nouveau pour éviter une vue directe des potentiels 55 et 57 dans le commutateur 531.
Trois solutions particulières de mesure capacitives, offrant la même facilité de réalisation, ont été présentées précédemment. La solution c est cependant préférée pour l'ensemble des raisons suivantes:
- si le potentiel Vm de l'entrée de l'amplificateur de charges, comme celui de la garde est zéro, c'est à dire le même potentiel que celui de la carrosserie, celle-ci joue alors le rôle de garde électrique, ce qui non seulement simplifie et la réalisation du capteur 41, et celle des éventuelles connections ou extensions 41bis, et surtout celle des commutateurs 53, mais encore présente l'avantage supplémentaire que la carrosserie fournit une garde aux électrodes de R quand elle (s) occupe (nt) une ou plusieurs cas (s) périphérique (s) de 41;
- les formules (7) et (8) détaillent un avantage supplémentaire de c par rapport à a, pris ici comme exemple de solution différente de c: les rapport des mesures est: Vsc/Vsa=CE/ (CR+CG) (9) Déjà, Cj est très souvent supérieure à (CR + CG) ; mais surtout, pour la détection de sièges de bébé, notamment le cas le plus délicat de siège avec armature métallique, le couplage bébé-domaine E est significativement meilleur; dans l'analogie optique de la page, le bébé est bien "éclairé" dans cette solution électronique préférée.
Il reste maintenant à calculer, pour quelques cas particuliers le gain apporté par le concept selon 1 ' invention.
Effectuons ces calculs en considérant un tapis d'électrodes rectangulaires formant une matrice de v colonnes et w lignes, et plusieurs valeurs de v et w: v=5, w=4 v=6, w=6 v=8, w=8. Le nombre de possibilités de mesures capacitives différentes est en effet considérable; ceci est maintenant détaillé, avec les figures 7 et suivantes:
- avec n=l, p=8 si la garde a une rangée d'électrodes (sauf si l'électrode mesurant est placée au bord du circuit 41) , le balayage de cette électrode mesurant sur 1 ' ensemble des N électrodes permet de remplir une matrice vxw de résultats de mesures capacitives, avec 1 compris entre 6,3% et 14,1% (les valeurs minimales et maximales de sont dorénavant calculées pour v=w=8) , l'indice de rappelant le nombre d'électrodes formant la largeur de garde; on remplit une deuxième matrice vxw de résultats si la garde peut avoir jusqu'à deux rangées d'électrodes, avec 2 compris entre 14,1% et 39,1% (p vaut alors 24) , une troisième matrice vxw de résultats si la garde peut avoir jusqu'à trois rangées d'électrodes, avec 3 compris entre 25% et 76,6% (p vaut alors 48) , etc...
- Poursuivons le multiplexage des électrodes en prenant n=2 : selon que ces deux électrodes sont groupées en rangées, ou en colonnes, ou en diagonales, on peut remplir une matrice vx(w-l) , une matrice
(v-l)xw et deux matrices (v-l)x(w-l) de nouveaux résultats de mesures capacitives si la garde a une rangée d'électrodes, encore quatre autre matrices: une matrice vx(w-l) , une matrice (v-l)xw et deux matrices (v-l)x(w- 1) , si la garde a deux rangées et encore quatre autres matrices semblables si la garde a trois rangées d'électrodes, avec les valeurs extrêmes respectives de :1=9,4 - 18,8%n 2= 18,8 - 46,9% et 3=31,3 - 75%. - Avec n=3 électrodes alignées, ce sont autant de matrices vx(w-2) et de matrices (v-2)xw et encore deux fois autant de matrices (v-2)χ(w-2) qu'il y a de largeurs de garde qui sont considérées; les valeurs extrêmes de sont respectivement 1=12,5 - 23,4%, 2=23,4 - 54,7%, 3=37,5 - 75%, 4=39,1 - 100% (pour cette dernière valeur de 4 , le potentiel du passage est zéro et la mesure capacitive du passager devient alors impossible, comme explicité précédemment . - Les électrodes de R peuvent aussi former un triangle (n=3 ou 6) , un rectangle (n=4 ou 6 ou 8 , etc) , un parallélogramme (n≈4 ou 6 ou 8, etc) , un losange centré (n=5) , etc. - Enfin, rien n'oblige à ne considérer que des largeurs de garde exprimées en nombre d'électrodes égal dans toutes les directions, comme ci-dessus: d'autres configurations de garde sont intéressantes : les électrodes étant rectangulaires (60mm x 130mm) , quatre largeurs d'électrodes ne font que 240mm tandis que deux longueurs d'électrodes font une garde de 260 mm.
Généralisant, d'abord avec la notation
(n tax,ay) -bx-by) définissant la configuration, caractérisée par le nombre n d'électrodes en position R; les indices ax et ay mesurent les projections de R selon X et Y, projections exprimées en nombre d'électrodes; bx et by sont, en nombre d'électrodes, les projections en X et en Y de G qui doivent entourer M, au moins d'un côté en X et d'un côté en Y. La notation l1(1-4-2 signifie que R n'a qu'une électrode et que G a, au moins d'un côté en X, une étendue bx=4 électrodes dans la direction X et, au moins d'un côté en Y, b2=2 électrodes; la notation 33>1-4-2 représente un domaine R de 3 électrodes selon X, entouré par une garde de bx=4 électrodes au moins dans une direction de X et de by=2 électrodes dans une direction de Y. La notation 42r2-4-2 représente un domaine R de 4 électrodes en rectangle, 2 selon X(ax=2) et 2 selon Y
(ay=2) , dont la garde mesure, au moins d'un côté dans la direction X et d'un côté dans la direction Y, respectivement bx=4 électrodes et by=2 électrodes.
Chaque configuration, caractérisée par la notation (n(aX/ay) --bx-by) , génère le nombre Np de configurations possibles : Np=( (v-ax+:^ - Nx) ( (w-ay+l) - Ny) (10)
Nx étant le nombre de configurations impossibles parce que la garde n'aurait pas son nombre caractéristique d'électrodes autour de M, au moins dans une direction X; si (ax+2bx - (v+1) ) est négatif ou nul, Nx=0, si (ax+2bx - (v+1) ) prend une valeur positive, Nx vaut cette valeur; idem pour le terme Ny, qui est nul si (ay+2by - (w+l))<0, et qui est égal à (ay+2by - (w+1) ) si (ay+2by - (w+l) ) >0.
Pour obtenir le nombre total, N, de mesures offert par' (n(ax,ay)- (bx-by) ) , il faut soustraire de Np le nombre No de cas possibles, mais engendrant la situation refusée de τ=l, situation qui ne peut se produire que si les deux conditions : ax+2bx≥v (11) ej; ay+2by>w (12) , se vérifient simultanément; et No vaut 1, 2 ou 4 selon les valeurs prises par (ax+2bx) ei de (ay+2by) : - si ax+2bx<v OJJ. ay+2by<w, No=0
- si ax+2bx=v e_£ ay+2by=w, une seule configuration induit τ=l; No=l,
- si ax+2bx>v e_£. ay+2by=w, ou si ax+2bx=v ei ay+2by>w, il y a No=2 conf igurations induisant τ=l ,
- si ax+2bx>v e_t ay+2by>w, No=4 .
D ' où le nombre N de mesures dif férentes of fertes par la conf iguration (n ( aX/ ay) - -bx-by) :
N= ( ( v- ax+ l ) - Nx) ( w- ay+l ) - Ny) - N0 ( 13 ) Les exemples qui suivent illustrent ceci, notamment les figures 10, 11 et 12. Le tableau de la figure 9 récapitule le nombre de mesures différentes pour trois cas particuliers choisis arbitrairement à titre d'exemples, à savoir (v=5, w=4) , (v=6, w=6), (v=8, w=8) et pour toutes les configurations représentées sur la figure 8. Ce sont respectivement 247, 790 et 1730 mesures différentes dénombrées pour les trois tapis d'électrodes (v=5, w=4) , (v=6, w=6) et (v=8, w=8) . Même si une certaine proportion de ces mesures capacitives n'apporte pas d'information significativement nouvelle, la figure 9 montre bien que le PICD, même le PICD (v=5, w=4 ) , offre un nombre de mesures très supérieur au nombre d'inconnues, estimé à une petite centaine. La détection, l'identification du passager et de sa position sont donc possibles. Le problème serait plutôt maintenant l'abondance de ces mesures possibles et, pour ne pas être encombré par trop de données, de choisir judicieusement: - le nombre N d'électrodes,
- le nombre des combinaisons d'électrodes. Le coût de fabrication augmente, mais assez peu, avec le nombre des électrodes. Un nombre N, un peu plus élevé que la vingtaine qui semble être un minimum nécessaire, offre non seulement l'avantage d'une très grande surabondance de mesures possibles, mais aussi celui de pouvoir bénéficier de toute la richesse de la capacimétrie adaptative décrite précédemment. Par exemple, le PICD prototype 8x8 a permis l'essai d'une trentaine de combinaisons d'électrodes; une campagne de mesures parmi d'autres n'a été conduite qu'avec les 4 combinaisons llfl-4-2, 33ιl-4-2, 31;3-3-l, 42,2-4-2, qui ont fourni pour chaque "passager" respectivement 64, 48, 48, 49 mesures, soit ensemble 209 mesures différentes, c'est à dire plus que nécessaire pour identifier le passager. La détection de présence d'un adulte et les identifications de sa taille (donc sa masse) et de sa position sont un problème simple puisque la capacité mesurée par une électrode sur laquelle le passager est assis est nettement plus élevée que celle mesurée par une électrode plus distante du passager: un programme court de multiplexage des électrodes suffit pour détecter sûrement la présence d'un tel passager et même estimer sa taille et sa position (à partir du contour des électrodes indiquant des capacités élevées) ; l'identification du passager à genou et face vers l'arrière (passager donnant le biberon, ...) est également facile. Les bébés sont beaucoup plus difficiles à détecter, parce que leurs sièges les éloignent des électrodes, et aussi parce que certains sièges sont électriquement isolants tandis que d'autres ont une armature métallique; c'est pour ces cas plus difficiles que le PICD démontre toute sa puissance d'investigation à plusieurs distances, proches ou lointaines, selon les formes et dimensions des domaines R et G. En résumé, la meilleure exploitation du concept nouveau et/ou du système selon l'invention est un PICD pas trop minimaliste et dont le processeur 58 est doté d'un logiciel permettant une première exploration , pour identifier vite la présence ou l'absence d'un passager, puis ce point étant acquis, la poursuite de la mesure pour les seuls cas plus délicats, c'est à dire l'identification de la position d'un bébé, dos ou face à la route, jusqu'à ce que celle-ci soit identifiée sans ambiguïté.
Il reste à extraire des informations des quelques centaines de mesures programmées et effectuées dans 1 ' instant précédent . Ces mesures sont présentées par exemple sous forme d'une matrice globale, somme de plusieurs sous-matrices correspondant chacune au multiplexage d'une configuration définie d'électrodes.
Le traitement numérique des données, c'est la comparaison de tout ou partie de cette matrice globale de mesures aux éléments correspondants de la centaine de matrices, mémorisées, relatives à la centaine de cas particuliers typiques, préalablement identifiés. Avec 2 à 300 mesures à traiter et donc 100 fois 2 à 300 valeurs correspondant aux mêmes 2 à 300 mesures mémorisées pour les 100 cas de référence, une méthode de moindres carrés demande 2 à 30.000 soustractions, 2 à 30.000 élévations au carré, 2 à 30.000 additions et encore quelques centaines d'additions et de soustractions pour comparer la mesure en cours aux 100 cas de référence; ceci est tout à fait faisable, en peu de temps, par le microprocesseur spécialisé pour l'application. Une méthode de réseaux neuronaux est bien adaptée pour fournir plus efficacement l'identification de la mesure effectuée la seconde précédente parmi la centaine de cas- types enregistrés.
Le traitement des données peut être beaucoup plus simpliste et n'être que la somme des tensions de sortie du seul pont de mesure capacitive contenu dans l'ASIC 40, ceci pour quelques configurations d'électrodes (n(aXιay)- bx-by) .
Ce qui précède montre la puissance du concept selon l'invention pour le sous-système 1 de détection et de mesure de position effectué par le tapis d'électrodes de la 1ère couche (12) du multicapteur souple 10 ou 41
(figures 2 ou 3) .
Considérons maintenant le sous-système 2 de mesure des contraintes appliquées par le passager sur la surface du siège. Le sous-système 2 est beaucoup plus simple: c'est la simple mesure capacitive de l'écrasement (induit par le poids du passager) de la couche élastique et diélectrique 25 placée entre les électrodes 14 et 15 de la figure 2. Alternativement, c'est la mesure de la pression qu'il faut donner au diélectrique fluide 25 contenu dans n' sachets indépendants et adjacents, dont l'ensemble forme un coussin gonflable, tel celui schématisé par les figures 19.1, 19.2 et 20.
Dans l'exemple décrit en figure 19.1, les sacs 30 sont de faible épaisseur, chaque sac recevant une pression asservie pour que la capacité, don la distance, entre 21 et 23 soit constante, par exemple de l'ordre de
5 à 10 mm.
Dans l'exemple décrit en figure 19.2, les sacs 30 peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 5 à 10 cm; le siège n'est plus nécessairement équipé de mousse souple; les sacs 30 forment un coussin gonflable; ils reçoivent presque tous la même pression, au moins par zones: dossier, assise sous le bassin et assise sous les jambes. Le passager a ainsi un confort excellent (du genre siège anti-escarre) et en outre ne subit pas ou peu de vibrations en provenance du véhicule.
Avant de développer la description de cette alternative, terminons ce qui concerne la mesure capacitive du sous-système 2. On décrit maintenant une solution préférée du PICD, avec l'ensemble électronique
40 associé au multicapteur préféré 41. Nous allons considérer le multicapteur 41 comme un tout, alors qu'il est en réalité constitué de deux multicouches souples, l'une pour l'assise, l'autre pour le dossier comme par exemple les figures 4.1 et 4.2 le détaillent. La figure 13 montre que la couche d'électrodes 21 de ce multicapteur global est, à chaque milliseconde, partagée entre 1 ou plusieurs électrodes mesurantes R, des électrodes périphériques à R qui constituent la garde G et le reste en position E. Les électrodes R et G sont portées au potentiel zéro, les électrodes E sont portées au potentiel alternatif V(fo) . Dès lors, il est tentant de simplifier la structure du capteur multicouche 10 (figure 2) en profitant de faire les mesures de contraintes appliquées σ à la surface du siège (donc à la couche 25 du multicouche) par le passager; et de mesurer l'écrasement de la couche 25 entre la couche 21 et la deuxième couche 21bis du sous- système 2, mais en ne mesurant σ que dans les régions du siège et de la couche 21 qui sont, à l'instant considéré, en position E; donc seules les électrodes de 21bis placées face aux électrodes E de 21 seront mises, séquentiellement, en position de mesure. Et toutes les électrodes de 21bis placées face aux électrodes R et G de 21 sont placées en position G, de façon à remplir le rôle essentiel de garde arrière pour les électrodes R de 21. Autrement dit, toutes les électrodes de 21bis sont maintenues au potentiel zéro de G, référencé 56 (figure 14) sauf l'une d'elles ou le groupe d'électrodes adjacentes d'entre elles qui est placé en position R par le processeur 58. Ainsi, à chaque cycle cadencé par le processeur 58, il y a une ou plusieurs électrodes groupées en position R ou dans la couche d'électrodes 21, ou dans la couche d'électrodes 21bis du circuit souple 41. Les deux sous-fonctions 1 et 2 sont remplies simultanément. Cette réalisation préférée du circuit 41 se réduit ainsi à trois couches conductrices: la couche d'électrodes et de leurs pistes 21, la couche d'électrodes et de leurs pistes 21bis et la couche 22 qui est la garde arrière de la couche 21bιs. Il est tentant de réaliser les couches 21 et 21bιs identiques; les électrodes sont naturellement symétriques par rapport à l'axe médian puisque le siège est lui-même symétrique par rapport à son plan médian; les couches 21 et 21bιs peuvent être identiques, mais montées l'une à l'endroit, l'autre à l'envers de façon à ce que les pistes 51 des électrodes 50 arrivent sur le connecteur 52 de façon symétrique. Cette disposition n'a qu'un intérêt économique. Les figures 15 illustrent ceci, 15.1 pour l'assise, 15.2 pour le dossier.
Le multicapteur 41 de l'assise peut alors être réalisé à partir de film d'isolant 23, PVC ou autre polymère, sur lequel est réalisé l'ensemble des électrodes et de leurs pistes, cette réalisation a deux modes: ou bien c'est un procédé de dépôt d'une encre conductrice par sérigraphie ou d'impression par jet (jet- prmtmg) , pour réaliser les électrodes 50 et leurs pistes 51; ou bien les électrodes et leurs pistes sont réalisées par ablation par laser de la couche métallique prédéposée uniformément sur le film plastique (mylar ou polypropylène alummisés, qui sont des produits industriels de bas coût) ; et l'ablation de métal n'est opérée que pour tracer le contour des électrodes 50 et de leurs pistes 51. Les deux méthodes de réalisation ont été testées: le dépôt d'une encre conductrice souple est très économique mais sa durée de vie est à tester et la conduction électrique de l'encre souple, - quoique suffisante - , est nettement inférieure à celle du dépôt mince (≤lμm) d'aluminium du produit précité. L'ablation par laser (YAG) est parfaite pour la qualité du produit réalisé, cette méthode est également très adaptative en ce qu'il est facile de changer le dessin des électrodes et αe leurs pistes, par logiciel L'ablation de 0,3 μm d'a-uminium déposé sous vide sur un film de polyester ou autre plastique ne demande guère de puissance- un laser YAG y réussit très bien, on a pu "écrire" le mot "PICD" sur un film de polypropylène alummisé dont l'épaisseur totale est 15 μm, et où l'ablation, par le faisceau laser YAG, de l'aluminium n'a pas attaqué le film plastique; la robustesse mécanique de ce film plastique est inchangée après le processus d'ablation laser qui a tracé les lettres. L'ablation laser peut se faire avec une table traçante ordinaire dont on a remplacé la plume par une fibre amenant le faisceau laser YAG à l'optique de focalisation qui remplace la plume. La vitesse de découpe est 0,7m/s pour une puissance de laser de 2 Watt. Parce que les traits à réaliser pour tracer les contours des électrodes 50 et de leurs pistes 51 sont très majoritairement respectivement parallèles à l'axe médian du siège (Y) et à sa perpendiculaire (X) , il est avantageux de multiplier le nombre de faisceaux laser UV et il est avantageux, pour optimiser l'emploi de ces "plumes", de dessiner la forme des électrodes 50 et de leurs pistes 51 de façon que plusieurs lasers puissent "évaporer" le métal simultanément.
Il est maintenant à noter que les pistes 51 ne sont pas électriquement gardées en face avant, côté passager
(dessous du siège) ,- elles sont gardées en face arrière par la couche 21bis dont toutes les électrodes et pistes sont au potentiel zéro: potentiel de garde de 56 pour toutes, et le potentiel de mesure 55 pour la (ou les) électrodes provisoirement en position de mesure. Il est hautement souhaitable que les pistes 51 soient gardées latéralement les unes des autres, c'est pourquoi entre chaque piste 51 est placée une languette conductrice maintenue en permanence au potentiel de garde 56. Le seul inconvénient de cet interlaçage des pistes 51 et des languettes de garde est que le temps d'ablation par laser est augmenté; mais les mesures sont significativement améliorées par ces languettes de garde entre pistes, visibles sur la figure 15-3. II reste encore à optimiser le nombre d'électrodes utilisées dans la couche 21 pour le sous-système 1 et dans la couche 21bis pour le sous-système 2 en fonction du niveau de αualité souhaité pour le PICD. Quel que soit le mode de réalisation des circuits simple face (23+21) ou (24+21bis) , le PICD est constitué par l'empilage de ces deux circuits placés face à face, avec la couche de diélectrique élastique 25 comme intermédiaire entre les électrodes 50 des couches 12 et 14; entre la partie des pistes 51 située entre les électrodes 50 et le connecteur 52, on a placé un simple diélectrique, c'est à dire un film plastique ordinaire; et bien sûr il y a raccord direct des pistes et des bornes de connexion 52. Le plan conducteur 22 qui est la garde arrière (potentiel 56) des électrodes et pistes 21bis peut être un film métallisé indépendant ou bien, le film plastique 24 est métallisé deux faces et les ablations laser ne sont opérées que sur une face pour réaliser la couche 21bis en laissant la couche 22 intacte.
Les figures 4 et 15 montrent un exemple de réalisation du connecteur pour le cas particulier de 48 et 24 électrodes respectivement pour les électrodes d'assise et de dossier, les couches 21 et 21bis ayant exactement le même nombre d'électrodes puisqu'il a été choisi ici d'utiliser des couches 21 et 21bis identiques, c'est à dire présentant, vues de dessus, la symétrie par rapport à l'axe médian du siège puisque les couches (23+21) et (23+21bis) sont placées face à face de part et d'autre de 25. Les 4 côtés du connecteur sont occupés sur 2 rangées de bornes (144 bornes) par les pistes des 4 circuits simple face 21 et 21bis de l'assise et du dossier. Les figures 15 montrent en particulier les languettes de garde des quatre couches 21, 2Ibis de 41 et de 42 qui séparent les pistes jusqu'au connecteur 52 et les électrodes; on voit aussi les zones réservées, sans électrode ni piste, pour les coutures au nombre de 2 pour le dossier et d'une seule pour l'assise. Le choix montré par les figures 4 ou 15 n'est pas le plus adapté à la discrimination facile entre un passager et un cubitainer d'eau ou de vin placé sur le siège: le contournement des pistes de l'assise vers la périphérie des circuits 21 et surtout 21bis comme montré pour le dossier serait plus judicieux pour distinguer le passager d'un cubitainer qui, lui, n'ayant pas deux fesses, n'exerce pas une contrainte sur le siège significativement plus faible au centre.
Cet exemple est en réalité un PICD spécialement réalisé pour expérimenter la relation entre la qualité globale de détection et de mesure de position du passager et le nombre effectif d'électrodes, plusieurs des 48 et 24 électrodes de chacune des couches identiques 21 et 21bis de l'assise et du dossier pouvant être regroupées à l'intérieur du connecteur 52; ces groupements d'électrodes adjacentes sont d'ailleurs en général différents pour 21 et pour 21bis. Pour illustrer ceci, considérons la figure 16 qui représente un circuit simple face de 150x300mm, avec ses 12 électrodes dont la surface unitaire est 29,2cm2; douze électrodes ou trois électrodes si on les groupe en trois ensembles de quatre électrodes ou encore six ensembles de 2 électrodes (figure lδbis) ; ici les pistes de ces électrodes sont constituées par deux câbles, chacun d'eux avec six conducteurs de 0,3mm de diamètre sous une gaine tressée de diamètre extérieur 1,8mm, maintenue au potentiel de garde 56; les six électrodes respectivement reliées à ces six conducteurs ne peuvent être que R ou G d'une part OU E d'autre part; il est en effet impossible d'alimenter ces six conducteurs sous la même tresse de garde simultanément au potentiel 57 (V0(f0) ) et au potentiel zéro (55 ou 56) ; mais cette restriction de liberté de choix n'est guère importante et n'empêche pas le type de circuit simple face 17 de réaliser une version acceptable de 41, en utilisant par exemple trois circuits 17 pour le dossier et quatre de ces circuits 17 pour 1 ' assise . Le dispositif de prévention du "coup du lapin" est maintenant décrit. C'est une simple adaptation du PICD selon l'invention, déjà annoncé précédemment. Le principe de la détection du choc arrière est la mesure de l'écrasement de la couche élastique 25, par les électrodes du sous-système 2 situées au niveau du bas du dossier: le passager lors d'un choc arrière subit une forte accélération (20 à 40g) essentiellement horizontale et qui se traduit par une force d'appui sur la partie basse du dossier égale à 20 ou 40 fois le poids habituel du passager: l'écrasement de 25 au niveau du centre de gravité du passager est donc très fort et sa détection très facile: les mesures correspondantes dépassent quasi- immédiatement leur niveau normal: un seuil haut franchi est le signal d'un choc arrière.
L'important est de pouvoir réagir très vite, c'est à dire en quelques millisecondes. Or le temps du cycle d'exploration des diverses électrodes des sous-systèmes 1 et 2 se mesure en secondes. D'où la modification du PICD avec l'adjonction d'un deuxième pont de mesures capacitives affecté uniquement, et donc en permanence, à la mesure de la ou des 2, voire 3, électrode (s) du sous- système 2 situées à la partie basse du dossier; la détection d'un choc arrière est donc acquise en 1ms.
Immédiatement, le franchissement du seuil de ce signal induit 1 ' interruption de la séquence de multiplexage en cours; 58 provoque aussitôt la mise en position R des électrodes du haut du dossier pour connaître la position de la tête du passager; si la tête est en appui sur l'appui-tête du siège (les capacités mesurées sont fortes) , aucune action n'est déclenchée; si au contraire, les capacités ci-dessus mentionnées sont faibles, c'est que la tête du passager est placée loin de l'appui-tête et que la forte accélération induite par le choc arrière va provoquer la rupture des vertèbres cervicale du passager: le seuil de non-action n'étant pas franchi, le processeur 58 commande la mise à feu d'un airbag placé dans l'appui-tête ou le haut du dossier de façon à combler en une dizaine de millisecondes le vide entre la tête du passager et le haut du dossier et ainsi prévenir le "coup du lapin". Il est souhaitable que la puissance de cet airbag d'un genre inédit soit adaptée à la distance tête-dossier, ou que cet airbag soit équipé de plusieurs cartouches de puissances faible, moyenne et forte pour combler au mieux, ni trop, ni trop peu le volume situé entre la tête du passager et son dossier de siège. La figure 17 montre une version du PICD adaptée en outre à la détection d'un choc arrière et à la prévention du coup du lapin. Le figure 18 est le schéma de la version préférée de l'ASIC 40, conforme au brevet n° 9613992, mais modifié ici puisque deux ponts de mesures capacitives sont nécessaires: le pont 54 pour les sous- systèmes 1 et 2 du PICD et le pont 64 fonctionnant pour les seules électrodes du bas du dossier (21bis) pour surveiller en permanence l'apparition d'un choc arrière et réagi dans la milliseconde, en interrompant le programme du multiplexage de 53. Ces deux ponts 54 et 64 ont le même potentiel de garde 56. Toutes les électrodes du bas du dossier sont soustraites du multiplexage: celles de 21 sont maintenues en permanence au potentiel 57 (toujours E) et celles de 21bis, regroupées en une électrode unique, sont connectées à l'entrée du pont 64
(entrée E2 de la figure 18) . Les autres électrodes 50 sont connectées aux entrées El qui sont les sorties du multiplexeur 53, lequel reçoit les potentiels 55 (patte - de Al) , 56, 57 ici représenté EPM=0SC=57. Les ponts 54 et 64 ont le même schéma.
La dernière partie de la description concerne le remplacement du film élastique 25 par un ensemble de sacs gonflables qui sont autant de parties du coussin de confort annoncé précédemment. Chaque sac gonflable 30, réalisé par thermosoudage d'un tube ou de feuilles de plastique mince, auquel est soudé (ou collé) un tube de petit diamètre en plastique 31, dont l'autre extrémité est connectée à une électrovanne 32 (figure 20) . Ces sacs gonflables sont placés entre les circuits simple face 21 et 21bis précédemment décrits. Les électrovannes 32 peuvent gonfler et dégonfler ces sacs sous le contrôle des mesures du sous-système 2 du PICD pour:
- ou bien maintenir une distance à peu près constante entre 21 et 21bis;
- ou bien faire envelopper le postérieur, les jambes et le dos du passager, comme un fauteuil anti- escarre, donc essentiellement grâce à une pression uniforme dans le plus grand nombre de sacs gonflables, mais avec un maintien des capacités mesurées par 21bis, donc avec des volumes des sacs qui correspondent à la position globale que le passager aura lui-même choisie et que 58 aura mémorisée, voire plusieurs positions prises successivement (et mémorisées) et que 58 pilote selon une séquence définie à intervalle de temps choisi, voir enfin pour modifier non pas en statique, mais en dynamique, la forme du siège, ce qui induit l'équivalent d'un massage.
Les sacs 30 et les électrodes 21 peuvent être microperforés (mécaniquement ou par laser) pour laisser fuir un certain débit de l'air comprimé (à ≡ 10-30 mbar) des sacs gonflés; l'avantage est d'assurer une ventilation, donc un confort du passager; les électrovannes 32 servent alors exclusivement à gonfler les sacs .
Dans tous les cas de figures, le remplacement du film élastique 25 par la série de sacs gonflés ajoute le confort de supprimer en grand partie les vibrations induites par le véhicule: vibrations transmises par le moteur ou par le roulement via les pneumatiques; ces coussins constituent un filtre passe-bas qui coupe toutes les fréquences élevées. Le PICD est solidaire du siège, donc insensible ni à la position plus ou moins avancée du siège dans l'habitacle, ni à l'inclinaison que lui a donnée le passaαer. Le système PICD peut non seulement être utilisé dans le but d'inhiber ou d'autoriser la mise à feu des dispositifs de sécurité, mais aussi pour actionner un moyen anti-vol: sirène, inhibition de l'allumage du moteur, émission radio pour localiser le véhicule volé, etc.
Tout ce qui précède s'applique aussi bien au fauteuil ou au lit d'une personne.
Une application autre du même procédé et/ou système est l'aide au chargement automatique de containers, par la détection des positions de ces containers, dans un camion par exemple. Le tapis d'électrodes est placé sur les parois du cargo, latéralement ou au plafond. Le signal délivré par ce système ainsi employé donne la position et le volume des containers.
Une autre application est la surveillance d'un couloir ou d'une pièce à usage d'habitation ou de bureau... Le tapis d'électrodes, disposé sous la moquette de sol ou murale, est un détecteur invisible et inviolable de passage ou de présence d'une ou plusieurs personnes; leur nombre et positions instantanées sont parfaitement identifiables.
Le système selon 1 ' invention permet encore la reconnaissance de formes ou de pièces circulant sur un convoyeur; ce système permet aussi la métrologie d'une pièce mécanique de forme complexe. L'intérêt d'employer le concept et/ou le système selon 1 ' invention est l'économie et la qualité de ce grand nombre de mesures capacitives; économie, puisque un seul pont de mesure capacitive est employé; mais aussi la qualité, puisque un ou plusieurs capteurs peuvent être remplacés par autant de capacités étalons, ce qui permet de vérifier, voire de recalibrer, quasiment en permanence, le zéro, le gain, la dérive thermique, etc., de l'unique pont de mesure capacitive employé. Cette ou ces capacités-étalons ont une première armature reliée de temps à autre au potentiel de mesure Vm 55 et une seconde armature reliée en permanence au potentiel d'injection Vi 57, et sont entourées de tous côtés, hormis les deux entrées de potentiels Vm et Vi, par un conducteur porté en permanence au potentiel de garde Vg 56.
Si la pièce à contrôler métrologiquement est isolante, toutes les électrodes (les n de R en train de mesurer et les p de G d'une part, le N-n-p de E d'autre part) influencent electrostatiquement cette pièce et fixent son potentiel alternatif à une valeur intermédiaire entre V0(f°) et zéro; le contrôle métrologique n'est réellement valable que pour mesurer des déformations.
En revanche, si cette pièce est métallique (ou seulement médiocrement conductrice de l'électricité) , si elle peut être isolée de la Terre et si on peut lui appliquer directement - et non par influence électrostatique - le potentiel V0(f°) , alors c'est une vraie métrologie, absolue, et non plus seulement relative de mesure de déformations à partir d'un état initial, qu'il est possible d'atteindre. En outre, le réseau de commutateurs 53 se simplifie, puisqu'il se réduit au seul commutateur 531 pour les deux fonctions commutées: celle de mesure par, en général, une seule électrode à la fois et garde électrique pour toutes les autres. La métrologie d'objets essentiellement cylindriques, tiges ou alésages, lisses ou filetés, voire cannelés (engrenages) ou rayés
(tubes d'armement) est particulièrement intéressante par un système de mesures selon cette forme particulière de l'invention. Le circuit imprimé 41, par exemple réalisé en capton double face très souple, est simplement collé sur un squelette solide indéformable; peu importe que la géométrie des électrodes placées sur la face avant de ce circuit soit assez médiocre et même instable dans le temps, notamment par suite de l'action de l'humidité atmosphérique sur la matière plastique du circuit double face; la mesure d'un objet étalon bien identifié, ou même certifié par un organisme habilité, permet de connaître, avec une précision presque égale à celle de l'étalon, la géométrie exacte du multicapteur à l'instant de cette calibration sur l'étalon; et donc de mesurer la pièce cylindrique à contrôler avec très grande précision et rapidité de métrologie.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, on peut prévoir que le sous-système de détection de contrainte comprenne des moyens pour effectuer une détection résistive, ces moyens de détection résistive comprenant un feuillard de caoutchouc conducteur présentant un effet élastico- conducteur.

Claims

REVENDTCATTONS
1. Système de mesures capacitives, pour détecter une présence et identifier des objets ou des personnes dans un environnement donné, comprenant un ensemble d'électrodes, des moyens multiplexeurs (53) pour relier ces électrodes à une électronique de mesure capacitive (54) , des moyens de contrôle et de traitement (58) pour commander les moyens multiplexeurs (53) , acquérir et traiter les résultats de mesure, cet ensemble d'électrodes (50) étant constitué d'un ou plusieurs groupes d'électrodes (41, 42) comprenant chacun plusieurs électrodes (50) au moins en partie sensiblement juxtaposées et jointives pour former autant de tapis d'électrodes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de traitement (58) et les moyens multiplexeurs (53) coopèrent pour attribuer à chaque électrode (50) une fonction quelconque parmi les fonctions respectives de mesure, de garde et d'injection de charges, lesdites électrodes (50) n'ayant pas de fonction prédéfinie et immuable.
2. Système selon la revendication 1, avec une électronique de mesure capacitive (54) comprenant un amplificateur de charge dont l'entrée négative (55) à un potentiel de mesure Vm est reliée aux électrodes de mesure et dont l'entrée positive (56) est reliée à la garde à un potentiel de garde Vg égal au potentiel de mesure Vm, et une source de potentiel Vi (57) tel que Vm-Vi = Vo(fo) , Vo étant l'amplitude d'une tension alternative de fréquence fo, caractérisé en ce que les moyens multiplexeurs (53) sont commandés par les moyens de contrôle et de traitement (58) pour appliquer à chaque électrode (50) un potentiel parmi les trois potentiels respectifs de mesure Vm, de garde Vg et d'injection Vi .
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le potentiel de mesure et le potentiel de garde sont sensiblement nuls, c'est à dire pris comme référence de potentiel et correspondant notamment au potentiel d'une carrosserie d'un véhicule.
4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le tapis d'électrodes (41) est un circuit multicouches comprenant au moins un premier film de plastique souple (11) comportant sur l'une de ses faces une couche (12) située du côté de la cible à détecter et réalisant les électrodes de mesure capacitive et leurs pistes de connexion à l'électronique (40) , et un second film de plastique souple (11) comportant sur l'une de ses faces une couche entièrement métallisée (15) faisant fonction de garde arrière pour lesdites électrodes de mesure capacitive.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit multicouches comprend en outre un troisième film de plastique souple (11) comportant sur l'une de ses faces une couche conductrice chauffante (16) .
6. Système selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le tapis d'électrodes (41) comprend une couche unique obtenue par sérigraphie, ou attaque chimique ou attaque laser, et recouverte d'un vernis.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un sous-système d'identification capacitive comportant un ensemble d'électrodes, des moyens multiplexeurs (53) pour relier ces électrodes à une électronique de mesure capacitive (54) , des moyens de contrôle et de traitement (58) pour commander les moyens multiplexeurs (53) , acquérir et traiter les résultats de mesure, cet ensemble d'électrodes (50) étant constitué d'un ou plusieurs groupes d'électrodes (41, 42) comprenant chacun plusieurs électrodes (50) au moins en partie sensiblement juxtaposées et jointives pour former autant de tapis d'électrodes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un sous-système pour détecter des contraintes mécaniques appliquées sur ces tapis d' électrodes.
8. Système selon la revendication 7, dans lequel le sous-système d'identification capacitive comprend au moins un circuit imprimé multicouche souple contenant les tapis d'électrodes, caractérisé en ce que le sous-système de détection de contraintes comprend des moyens pour mesurer des variations d'une capacité entre deux couches adjacentes du circuit imprimé.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit imprimé multicouche souple comprend: une première couche (12) recevant les électrodes du sous-système d'identification,- - une seconde couche (13) constituant un plan de garde électrique des électrodes de la première couche; - une troisième couche (14) recevant des électrodes de mesure capacitive des contraintes appliquées; et - une quatrième couche (15) portée à un potentiel alternatif .
10. Système selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le circuit imprimé multicouche souple est réalisé par superposition d'un premier film souple (21) métallisé sur une face, d'un second film souple (25) diélectrique, et d'un troisième film souple (21bis) métallisé sur ses deux faces, ces trois films étant collés entre eux.
11. Système selon les revendications 8 et 10, caractérisé en ce que les deux couches adjacentes sont constituées par le premier (21) et le troisième (2lbis) films souples séparés par le second film souple diélectrique (25) élastique et réagissant à la contrainte appliquée .
12. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le circuit imprimé multicouche souple est logé dans un siège de véhicule, notamment entre le corps du siège et le revêtement d'habillage de ce siège.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit imprimé multicouche souple comporte des bandes vides d'électrode réservées pour des coutures du revêtement d'habillage du siège.
14. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sous-système de détection de contrainte comprend des moyens pour mesurer une pression d'air dans des sacs gonflables élémentaires pour un écrasement prédéfini de chacun desdits sacs gonflables.
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'écrasement prédéfini de chacun desdits sacs gonflables est mesuré capacitivement.
16. Système selon l'une des revendications 14 ou 15, mis en oeuvre dans un siège, caractérisé en ce que les sacs gonflables sont indépendants et adjacents et constituent un ensemble formant un coussin gonflable disposé dans l'assise et dans le dossier dudit siège.
17. Système selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que les sacs gonflables sont reliés à des moyens d' électrovanne commandés par les moyens de contrôle et de traitement pour gonfler ou dégonfler lesdits sacs gonflables.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens d'électrovanne sont programmés pour gonfler sélectivement certains desdits sacs gonflables de façon à envelopper une partie déterminée du corps d'une personne placée sur une structure de support pourvue dudit système .
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il est en outre agencé pour mémoriser des états de gonflage sélectif personnalisés.
20. Système selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que les moyens d*électrovanne sont commandés pour effectuer un gonflage dynamique sélectif des sacs gonflables de façon à procurer une fonction de massage.
21. Système de détection de présence selon la revendication 7, caractérisé en ce que le sous-système de détection de contrainte comprend des moyens pour effectuer une détection résistive, ces moyens de détection résistive comprenant un feuillard de caoutchouc conducteur présentant un effet élastico-conducteur.
22. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 21, caractérisé en ce que le sous-système de détection de contrainte est agencé pour détecter un choc arrière sur le véhicule, en mesurant la pression exercée par un passager sur le bas du dossier.
23. Système selon la revendication 22, caractérisé en ce que le sous-système d'identification capacitive est immédiatement agencé pour détecter la position de la tête du passager par rapport au dossier, dès que le seuil haut de mesure de force d'appui du passager sur le bas du dossier est dépassé.
24. Système selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il est agencé pour commander le déclenchement d'un dispositif de coussin d'air disposé dans le haut du siège pour retenir la tête du passager, en cas de détection d une position trop éloignée de la tête par rapport au dossier.
25. Procédé pour détecter la présence et identifier des personnes ou des objets dans un environnement donné, mis en oeuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant:
- des séquences de mesures capacitives effectuées par le ou les tapis d'électrodes (41, 42) ,
- des séquences de traitement desdites mesures pour en extraire des informations de détection de présence et d' identification, caractérisé en ce que, pour chaque séquence de mesure sur un tapis, on définit, de manière dynamique, dans l'ensemble d'électrodes constituant ce tapis: - un domaine (I, E) d'électrodes qui seront soumises au potentiel d'injection ou d'influence,
- un domaine (M, R) d'électrodes qui seront soumises au potentiel de mesure, et
- un domaine (G) d'électrodes qui seront soumises au potentiel de garde, ce domaine de garde (G) étant choisi de sorte qu'il entoure au mieux le domaine de mesure (R) .
26. Procédé selon la revendication 25, caractérisé en ce que le domaine de mesure (M) forme un bloc compact d'électrodes adjacentes, et en ce que le domaine de garde (G) est formé par au moins toutes les électrodes premières voisines des électrodes formant le domaine de mesure (M) .
27 Procédé selon l'une des revendications 25 ou 26, caractérisé en ce que les séquences de traitement des mesures mettent en oeuvre une méthode de réseaux neuronaux
28. Procédé selon l'une quelconque des revendications 25 à 27, mis en oeuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications 7 à 24, comprenant une identification capacitive d'un passager mettant en oeuvre au moins un tapis d'électrodes logé dans un siège, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une détection de contraintes mécaniques appliquées sur ce tapis d' électrodes .
29. Application du système et du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour contrôler l'activation de dispositifs de sécurité dans un véhicule automobile, notamment des dispositifs de type airbag ou des dispositif anti-vol, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs tapis d'électrodes sont disposés sous l'habillage des sièges et/ou des parois intérieures dudit véhicule automobile.
30. Application du système et du procédé selon l'une revendications 1 à 28, pour détecter et mesurer la position de containeurs (containers) au sein d'un système de transport, notamment un camion ou un cargo, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs tapis d'électrodes sont disposés sur une ou plusieurs parois intérieures dudit système de transport.
31. Application du système et du procédé selon l'une des revendications 1 à 28 à la métrologie de pièces mécaniques, caractérisée en ce qu'une ou plusieurs électrodes de mesure sont remplacées par autant de capacités-étalons ayant une première armature reliée de temps à autre au potentiel de mesure Vm et une seconde armature reliée en permanence au potentiel d'injection Vi, ladite ou lesdites capacités-étalons étant entourées de tous côtés, hormis les deux entrées de potentiel Vm, Vi, par un conducteur porté en permanence au potentiel de garde Vg.
32. Application du système et du procédé selon l'une des revendications 1 à 28, pour détecter et mesurer la présence d'intrus dans un local, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs tapis d'électrodes sont disposés sur une ou plusieurs parois intérieures dudit local.
33. Application du système selon l'une des revendications 13 à 20, pour détecter la présence d'une personne placée debout devant un fauteuil et activer le déplacement de l'assise de ce fauteuil pour assister la personne au cours de la phase permettant de passer de la position debout à la position assise.
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