Brevet FR2607276A1 — publié le 19880527

Régulateur de pression, en particulier régulateur de pression pour un cylindre de frein. L'invention se rapporte à un régulateur de pression, en particulier régulateur de pression pour un cylindre de frein à deux électro-valves qui sont réalisées sous la forme d'une soupape à siège proportionnelle, avec un capteur de pression qui produit un signal de valeur instantanée qui est proportionnelle à la pression à régler, avec un régulateur auquel on applique le signal de valeur instantanée et un signal de valeur de consigne et qui comporte au moins une partie proportionnelle et une partie intégrale, et avec un étage final de synchronisation qui est monté en aval du régulateur, et qui applique aux électro-valves des signaux de forme impulsionnelle. Un tel régulateur de pression est connu par la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne, publiée sous le No 28 11 345.Les soupapes à siège actionnées par voie électromagnétique, y sont commandées à l'aide de signaux de réglage de forme impulsionnelle qui se situent au-delà de la fréquence maximale de commande des électro-valves, grace à quoi on obtient un comportement proportionnel des électrovalves. C'est la raison pour laquelle on parle, dans ce contexte, de soupapes à siège pronortionnelles.En outre, ce régulateur de pression connu comporte les composants habituels qui sont prévus dans un circuit de régulation, à savoir un comparateur qui produit un signal qui est proportionnel à la différence entre le signal de la valeur de consigne et le signal de la valeur instantanée (déviation de réglage), un régulateur qui y est réalisé sous la forme d'un régulateur PI (régulateur proportionnel-intégral), ainsi qu'un étage final qui y est réalisé sous la forme d'un étage final de synchronisation qui produit donc des signaux de sortie de forme impulsionnelle dont le taux d'impulsions est déterminé par le signal de sortie du régulateur. Dans le cas d'électro-valves et, en particulier, dans le cas de soupapes à siège, se pose le problème que ces dispositifs présentent certains temps morts et une hystérèse dans leur comportement de commutation. En d'autres termes, l'armature de l'électro-valve ne se déplace qu'à partir d'une valeur déterminée du courant d'excitatiDn. Ceci est représenté dans la figure 1, dans laquelle la course (s) de l'armature est représentée en fonction du courant (i) qui passe dans l'enroulement d'excitation. Si le courant est augmenté à partir de la valeur zéro, l'armature ne bouge pas. L'armature commence à se déplacer si le courant atteint une valeur déterminée qui est désignée par iv. Selon la configuration de ltélectro-valve, la courbe caractéristique est une droite ou encore une ligne courbe.Si le courant est diminué pour une position d'ouverture déterminée, la courbe caractéristique s'étend le long de la ligne tracée en traits interrompus dans la figure 1, pour atteindre la courbe d'hystérèse connue. La figure 2 montre le principe d'une telle soupape à siège, dont l'aiguille de soupape 1 porte, de façon étanche, et dans son état fermé, contre un siège de soupape 2. Si la bobine 3 de l'électro-aimant est excitée par un courant électrique, une force est produite dans l'armature 4, laquelle force soulève l'aiguille de soupape 1 de son siège de soupape 2. Afin d'obtenir une étanchéité impeccable au niveau du siège de soupape, le corps de soupape qui est constitué par l'armature 4 et par l'aiguille de soupape 1, est chargée par un ressort 5 qui agit à l'encontre de la force d'ouverture. Ceci est également nécessaire, car pour de nombreux états de fonctionnement, il existe une différence de pression entre les chambres 6 et 7 qui se situent de part et d'autre de la soupape 2. Si la pression qui règne dans la chambre 7 est supérieure à celle qui règne dans la chambre 6, une force d'ouverture agit sur l'aiguille de soupape 1, qui doit, pour le moins, être compensée par le ressort 5. Dans la pratique, le ressort 5 (et d'autres configurations de l'electro-valve) est dimensionné de telle façon que la soupape ne s'ouvre pas encore même pour une différence de p::ession maximum. Mais, du point de vue de la technique de régulation, ceci a pour conséquence que la soupape comporte des temps morts, plus précisément les temps dont a besoin le signal de réglage pour atteindre la valeur de courant i . Ceci représente un inconvénient, car on exi v ge actuellement des régulateurs de pression etj en particulier, des régulateurs de pression pour des cylindres de freins, des réponses rapides, donc de présenter une fréquence de coupure élevée, de travailler sans hystérèse et d'être stables du point de vue du comportement du réglage, alors que par ailleurs il est exigé que les soupapes soient absolument étanches dans la position de fermeture (dans l'état d'égalité entre le signal de valeur instantanée et le signal de valeur de consigne). Mais ces exigences sont partiellement contradictoires, et, dans le cas des régulateurs de pression connus, les mesures suivantes sont prises pour y pallier La rapidité peut être améliorée par l'accroisse ment de l'amplification proportionnelle du régulateur. Toutefois, si le facteur d'amplification proportionnel est trop élevé, le régulateur devient instable. On obtient la suppression de l'hystérèse grâce à la partie intégrale qui agit toutefois de façon déstabilisante, pour des constantes de temps faibles. L'étanchéité dans la position de fermeture ne peut être atteinte qu'avec des soupapes à siege que si l'on laisse agir une certaine force d'étanchéité sur les éléments d'obturation de la soupape. Toutefois, cette force d'étanchéité réduit la vitesse de réaction ou la vitesse de réponse des soupapes ou électro-valves et réduit, à son tour, la fréquence de coupure .Ainsi que cela a été mentionné, cette force d'étanchéité peut être une force qui est dérivée des pressions à réguler, ou la force d'un ressort. I1 ne subsiste donc plus que le problème du temps mort, car on ne peut pas accroître indéfiniment l'amplification proportionnelle, alors que la constante de temps de la partie intégrale doit être relativement faible pour des raisons qui tiennent à la stabilité. Un temps relativement long s'écoule jusqu'à ce que l'electro-aimant surmonte la force d'étanchéité et que la soupape ou l'électro-valve s'ouvre. La présente invention a donc pour objet d'améliorer le régulateur de pression du genre rappelé en tête du présent mémoire, de façon à ne posséder qu'un faible temps mort, c'est-à-dire qu'il puisse répondre rapidement à des modifications ou variations de la valeur de consigne. Dans le cadre d'un régulateur de pression du genre rappelé en tête du présent mémoire, ce problème est résolu grâce au fait que sont prévus des dispositifs qui, lors de modifications du signal de la valeur de consigne, commutent les électro-valves dans leur position d'attente, par injection d'un courant d'attente. Différentes formes de réalisation d'un régulateur de pression conforme à l'invention sont caractérisées par le fait - que le signal de valeur de consigne est appliqué à un différenciateur dont le signal de sortie est com paré, dans un discriminateur, avec une valeur de seuil prédéterminée, et que le signal de sortie du discriminateur met en circuit une source de courant qui alimente les électro-valves avec le courant d'attente, - que l'alimentation en courant d'attente est interrom pue après une durée prédéterminée à la suite de la fin de la modification de la valeur de consigne, - qu'entre le différenciateur et la source de courant est prévu un dispositif de temporisation à chute retardée, - que le signal d'entrée du régulateur est, de plus, appliqué à un détecteur de signaux qui, lors du chan gement du signe de l'écart valeur de consigne-valeur instantanée, ramène à zéro la partie de la grandeur de réglage qui dépend de la partie intégrale, le ré gulateur contiuant à intéger avec le signe correct. L'idée de base de l'invention réside dans le fait que lors d'une modification de la valeur de consigne, on imprime aux électro-valves un certain courant d'attente dont la valeur est suffisamment grande pour que la force d'étanchéité de la soupapesoit tout juste supprimée, donc que les électro-valves soient mises dans leur état de préparation au fonctionnement, alors que leur armature ne s'est pas encore déplacée à partir de la position de fermeture. On obtient ainsi qu'à partir de cette position des soupapes prêtes à fonctionner, répondent immédiatement à de très petites modifications du signal de réglage. Les courants d'attente qui sont imprimés aux deux électro-valves (électro-valve d'admission et électro-valve d'évacuation), peuvent avoir des valeurs identiques. Mais elles peuvent également avoir des valeurs différentes, par exemple dépendre même de la pression de réglage. Un certain temps après la fin de la modification ou variation de la valeur de consigne, les courants d'attente des deux électro-aimants sont su-pprimés. Les forces d'étanchéité sont alors à nouveau efficaces, et les électro-valves sont à nouveau fermées. Cette durée est choisie de telle façon que la pression souhaitée est régulée, c'est-à-dire que la valeur instantanée devient égale à la valeur de consigne. Cette durée peut par exemple être de l'ordre de grandeur d'une seconde. Des variations éventuelles de la valeur instan tanée, lorsque la valeur de consigne est constante, et qui sont dues, par exemple, à des manques d'étanchéité, sont régulées par le régulateur, sans que soient imprimés les courants d'attente. Suivant un autre développement de l'invention, le temps de réaction des électro-valves est réduit davantage en faisant en sorte que dans le cas d'un changement du signe de l'écart de réglage, la partie intégrale du régulateur est ramenée à zéro. Dans ce qui suit, on explicitera des exemples d'exécution de l'invention, avec référence au dessin, dans lequel la figure 1 est une courbe caractéristique course/courant d'une électro-valve classique la figure 2 montre la constitution de principe d'une soupape à siège classique la figure 3 est un schéma-bloc du régulateur de pression selon l'invent: Dn ; la figure 4 représente un diagramme (tension/ temps) de la valeur de consigne (UsOll), de la valeur instantanée (Uist) et grandeur de réglage (UiV) du régulateur de pression selon l'invention ; et la figure 5 est un schéma-bloc plus détaillé du régulateur de pression selon l'invention. On se réfèrera tout d'abord à la figure 1. Le signal de la valeur instantanée Uist qui provient d'un capteur de pression non représenté, et le signal de la valeur de consigne Usoll qui provient d'un générateur de valeur de consigne, également non représenté, lequel signal de valeur de consigne représente par exemple le signal de demande de freinage pour une installation de freinage, sont chacun appliqués respectivement à une entrée d'un comparateur 8 qui forme, de la façon habituelle, l'écart de réglage eU, c'est-à-dire la différence entre U5011 et Uist L'écart de réglagle AU est appliqué à un régulateur 9 qui, dans le cas présent, est un régulateur proportionnel-intégral, et qui, au choix, peut également avoir une partie différentielle supplémentaire, et dans ce cas il s'agit d'un régulateur PID. Le signal de sortie du régulateur 9 est appliqué à un étage final de synchronisation 10, qui forme, à partir des signaux de sortie du régulateur 9, des signaux 10 de forme impulsionnelle et dont le taux d'impulsions correspond à celui du signal de sortie du régulateur. En outre, l'étage final 10 comporte un discriminateur de signe, lequel détermine celle des deux électrovalves 11 ou 12 qui doit être ouverte. L'électro-valve 11 est supposée être la soupape d'entrée et l'électrovalve 12 est supposée être la soupape de sortie. Jusqu'ici, la description se réfère à un régulateur classique. Selon l'invention, le signal de valeur de consigne UsOll est appliqué à un différenciateur 13 qui forme la dérivée par rapport au temps du signal de valeur de consigne, c'est-à-dire dU50ll/dt. Le signal de sortie du différenciateur 13 est appliqué à un dispositif de temporisation 14 à chute retardée qui branche ou débranche une source de courant 15. Tant que le dispositif de temporisation à chute retardée 14 est branché, la source de courant 15 imprime aux deux électrovannes 11 et 12 un courant d'attente qui est choisi de telle façon que la force d'étanchéité des électro-valves est tout juste surmontée. La valeur de ce courant d'attente correspond au courant i v de la figure 1. Si le signal de sortie du différenciateur 13 est ramené à zéro, c'est-à-dire si la valeur de consigne est à nouveau constante, le dispositif de temporisation à chute retardée 14 est branché pour encore une durée prédéterminée (it de la figure 4) et, par conséquent il en est de même du courant d'attente i v pour les deux électro-valves 11 et 12. Ces considérations seront explicitées de façon plus précise à l'aide de la figure 4. On supposera que le signal de valeur de consigne Usoll croit de façon linéaire de l'instant t0 à l'instant t3 et reste ensuite constant. En raison du temps mort qui a été mentionné ci-dessus, les électro-valves répondent, selon l'invention, avec un retard (dans l'exemple de la figure 4 il s'agit de l'électro-valve d'admission), en sorte qu'une modification de la pression et, par voie de conséquence, une modification de la valeur instantanée Uist ne commence qu'à l'instant t2. Sous certaines conditions préalables (par exemple les pressions et les sections transversales d'ouverture des électro-valves sont choisies de telle façon que la pente de la variation de la valeur instantanée peut tout juste suivre la variation de la valeur de consigne), les courbes UsOll et Uist sont parallèles jusqu'à l'instant t3. Ensuite, la valeur instantanée passe de façon asymptotique à la valeur de consigne qui est alors constante. A l'instant t4 on supposera que la valeur instantanée et la valeur de consigne sont identiques, à une différence près qui est négligeable. Selon l'invention, la variation de la valeur de consigne est reconnue par le différenciateur 13, après quoi, et après des retards de commutation très faibles des différents composants, à l'instant tl, le courant d'attente est envoyé aux électro-valves. La courbe pour la grandeur de réglage UMv pour les électro-valves, saute brusquement à une tension U (iv), c'est- -dire à une tension pour laquelle le courant d'attente i v passe par les électro-valves.Dans i'intervalle de temps de tl à t2, la différence entre U5011 et Uist' c'est- -dire 1 'écart de réglage augmente de façon continue, étant noté que l'écart de réglage par rapport au courant d'attente ou, exprimé de façon plus précise, par rapport à la tension U (iv) s'y ajoute. Dans la mesure avec laquelle la grandeur de réglage U dépasse le "seuil de réponse" U (iv) des électro-valves, l'electro-valve correspondante s'ouvre. Etant donné que dans le cas de l'exemple d'exécution de la figure 4, dans l'intervalle de temps de t2 à t3, la différence entre la valeur de consigne et la valeur instantanée est constante, la grandeur de réglage UMV ne se modifie plus qu'en fonction de la partie intégrale du régulateur 9.A partir de l'instant t3, l'écart de réglage U diminue lentement. De façon correspondante, la grandeur de réglage U diminue. A l'instant t3, le signal de sortie du différenciateur 13 est devenu égal à zéro. Le dispositif de temporisation 14 à chute retardée reste excité encore pour la durée At, c'est-à-dire pour l'intervalle de temps t3 à t4, en sorte que le courant d'attente i v continue à passer. Ce n'est qu'à l'instant t4 auquel le dispositif de temporisation 14 est tombé, que le courant d'attente est débranché. Etant donné que l'écart de réglage à cet instant est déjà devenu nul, l'electro- valve est entièrement désexcitée. Dans l'exemple d'exécution de la figure 4, on prend comme point de départ un accroissement de la pression. La grandeur de réglage agit donc sur l'elec- tro-valve d'admission. Pendant ce cycle de réglage, on imprime à la valve d'évacuation 12, le courant d'attente. Cette valve d'évacuation est donc également dans sa position prête à fonctionner. Elle n'est donc pas déclenchée, c'est-à-dire elle ne s'ouvre pas, car le discriminateur de signe, qui est contenu dans l'étage final 10, ne fournit pas de grandeur de réglage supplémentaire pour l'electro-valve d'évacuation. Par contre, dans le cas d'une chute de pression, la valve d'évacuation 12 est sollicitée, alors que la valve d'admission est maintenue dans sa position prête à fonctionner. La figure 5 montre le régulateur de pression selon l'invention, avec plus de détails. Ici encore, le signal de la valeur de consigne, Usoll et le signal de la valeur instantanée Uist sont appliqués au comparateur 8 qui applique le signal d'écart de réglage AU au régulateur 9. Le signal de valeur de consigne Usoll passe, d'abord pour le lissage, par un filtre passe-bas 18 et de là au différenciateur 13. Entre le différenciateur 13 et le dispositif de temporisation 14 à chute retardée, on a monté, dans la figure 5, un discriminateur à fenêtre 19 qui vérifie pour déterminer si le signal de sortie du différenciateur 13 se situe à l'intérieur de limites prédéterminées.Ces limites se situent, par exemple, symétriquement par rapport à la valeur nulle, en sorte que le discriminateur à fenêtre 19 n'émet un signal de sortie que si la valeur absolue de son signal d'entrée dépasse une valeur d seuil déterminée. Le signal de sortie du dispositif de temporisation 14 à chute retardée commande deux interrupteurs 20e et 20a, étant noté que ces interrupteurs sont, dans la pratique, bien évidemment des interrupteurs à transistor sans contact. L'indice e désigne, dans ce qui suit, des composantes pour l'attaque de lavaLved'admission, alors que l'indice a désigne des composantes pour l'attaque de la valve d'évacuation. Aux deux interrupteurs 20a et 20a sont associées des sources de courant 15e et 15a, étant noté que la source de courant 15e produit un courant positif alors que la source de courant 15a produit un courant négatif. Si les deux interrupteurs 20a et 20a sont fermés, les sources de courant 15e et 15a sont reliées respectivement à une entrée d'additionneur 21e et 21a. Aux autres entrées de ces additionneurs 21e et 21a, on applique le signal de sortie du régulateur 9. Les additionneurs 21e et 21a forment alors la somme du signal de sortie du régulateur 9 et du courant d'attente des sources de courant 15e et 15a. Le signal de sortie de l'additionneur 21e passe alors par l'étage final cadencé 10a, à un transistor d'attaque 23e, au collecteur duquel est relié l'enroulement de l'électro-valve 11, et dont l'émetteur est mis à la terre par l'intermédiaire d'un shunt 24. Le signal de sortie de l'additionneur 21a passe, par l'intermédiaire d'un inverseur 22, à l'étage final cadencé 10a, qui attaque, de façon analogue et par l'intermédiaire d'un transistor d'attaque 23a, l'électrovalve 12. Les autres bornes des enroulements des électro-valves 11 et 12 sont reliées à une tension d'alimentation positive (borne 25). Dans l'exemple d'exécution de la figure 5, les étages finaux 10e et îOa (non représentés) possèdent des dispositifs capables d'établir une différence entre un écart de réglage positif et un écart de réglage négatif et qui, par conséquent, n'émettent leurs signaux de sortie pour les transistors 23e et 23a uniquement si la valve d'admission ou d'évacuation correspondante, doit être excitée. Ceci est indiqué par les conducteurs 26 et 27 qui sont tracés en traits interrompus. Dans les figures 3 et 6 on reconnaît, en plus, que le signal d'écart de réglage AU est en outre appli qué à un détecteur de signe 16. Ce détecteur de signe 16 répond à des modifications du signe de l'écart de réglage, c'est-à-dire à un changement de l'écart de réglage de valeur positive à valeur négative, et inversement. Si un tel changement de signe intervient, on applique à une entrée de commande 17 du régulateur 9, un signal de remise à l'état initial qui ramène à la valeur zéro de la grandeur de réglage dont la valeur dépend de la partie intégrale. On obtient ainsi une accélération supplémentaire du comportement de réponse du régulateur. Si,en effet, le signe de l'écart de réglage change, alors, à cet instant, et en raison de la partie intégrale du régulateur, la grandeur de réglage peut encore avoir une valeur considérable. Celle-ci devrait par intégration dans un sens et dans l'autre, d'abord être ramenée à zéro, avant que l'on puisse procéder à une commande dans le sens opposé. Grâce à la mesure décrite, ceci est évité. A l'instant d'un changement de signe de l'écart de réglage, la partie de la grandeur de réglage qui dépend de l'intégrale, est également amenée à zéro, en sorte que le régulateur peut alors procéder, à partir de la valeur zéro, à une intégration dans un sens ou dans l'autre, dans la direction correcte. Dans la figure 5, et pour une représentation plus précise, on a également représenté un circuit de commutation de remise à l'état initial 17' qui peut, dans la pratique, être, par exemple, un multivibrateur monostable. Tous les détails qui ont été décrits ci-dessus, qui ressortent des revendications, de la description et des dessins qui ont été analysés dans ce qui précède, peuvent être combinés de façon quelconque, avec les mêmes avantages pour le dispositif conforme à l'invention. REVENDICATIONS 1. Régulateur de pression, en particulier régulateur de pression pour un cylindre de frein à deux électro-valves qui sont réalisées sous la forme d'une soupape à siège proportionnelle, avec un capteur de pression qui produit un signal de valeur instantanée (Uist) qui est proportionnelle à la pression à régler, avec un régulateur auquel on applique le signal de valeur instantanée et un signal de valeur de consigne (Usoll) et qui comporte au moins une partie proportionnelle et une partie intégrale (régulateur PI), et avec un étage final qui est monté en aval du régulateur, qui est soumis à une cadence et qui applique aux électrovalves des signaux de forme impulsionnelle, caractérisé par le fait que sont prévus des dispositifs (13, 15) qui, lors de modifications du signal de la valeur de consigne (U5011) , commutent les électro-valves dans leur position d'attente, par injection d'un courant d'attente (iv) 2. Régulateur de pression selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal de valeur de consigne (Usoll) est appliqué à un différenciateur (13) dont le signal de sortie est comparé, dans un discriminateur (19), avec une valeur de seuil prédéterminée, et que le signal de sortie du discriminateur (19) met en circuit une source de courant (15) qui alimente les électro-valves (11, 12) avec le courant d'attente (iv) 3.Régulateur de pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'alimentation en courant d'attente (iv) est interrompue après une durée prédéterminée (t) à la suite de la fin (instant t3) de la modification de la valeur de consigne (dU5011/dt). 4. Régulateur de pression selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'entre le différenciateur (13) et la source de courant (15) est prévu un dispositif de temporisation (14) à chute retardée. 5. Régulateur de pression selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le signal d'entrée (U) du régulateur (9) est, de plus, appliqué à un détecteur de signaux (16) qui, lors du changement du signe de l'écart valeur de consigne-valeur instantanée, ramène à zéro la partie de la grandeur de'réglage qui dépend de la partie intégrale, le régulateur continuant à intégrer avec le signe correct.