Brevet FR2608525A1 — publié le 19880624

Dispositif électronique de régulation proportionnelle de chauffage et/ou de climatisation pour automobile L'invention concerne les installations de chauffage et/ou climatisation pour automobiles. Plus précisément, on s'intéresse ici aux appareils de chauffage par air pulsé, qui font intervenir d'une part un premier flux d'air, qui est soit direct, soit astreint à traverser un évaporateur pour la climatisation, si le véhicule en est équipé, et d'autre part un second flux d'air traversant un échangeur de chauffage, alimenté lui-même par le liquide de refroidissement du moteur du véhicule. L'actionneur de réglage d'un tel appareil est un moteur, qui agit sur la position d'au moins un organe de mixage incorporé à la conduite de soufflage de l'air de chauffage/climatisation. Dans le Brevet français de la Demanderesse N0 79 01 686, déposé le 23 janvier 1979, et publié sous le NO 2 447 520, il a été proposé que l'actionneur soit un moteur électrique à courant continu, fonctionnant en tout ou rien. Deux comparateurs sont prévus pour commander la rotation de ce moteur dans un sens ou dans l'autre, lorsqu'un signal d'écart de température s'éloigne d'une manière prédéterminée d'une va leur de référence, respectivement par valeurs supérieures et inférieures. Selon ce mode de fonctionnement, le moteur est commandé sous tension constante, donc à vitesse constante. De manière à éviter tout phénomène de "pompage" du système de régulation, la vitesse de ce moteur doit être lente. Il en résulte alors un inconvénient certain, surtout lorsque les variations de température sont rapides. Or, une variation de température rapide est souvent rencontrée, notamment au niveau de l'échangeur alimenté par le liquide de refroidissement. La présente invention a pour but d'apporter une solution à ce problème. Pour remédier à l'inconvénient ci-dessus, on pourrait imaginer un système qui commanderait le moteur avec une vitesse variable, c'est-à-dire sous une tension variable qui serait proportionnelle à l'amplitude de l'erreur détectée. Mais cela nécessiterait un moteur de performances élaborées, par conséquent onéreux, ainsi qu'un système de commande électronique complexe pour la régulation, remarque étant fait que les phénomènes de "pompage" sont difficiles à maitriser dans une régulation complexe. L'invention vient apporter une solution particulièrement simple et satisfaisante. Elle s'applique à un dispositif électronique de régulation de chauffage et/ou de climatisation pour automobile du type précité, c'est-à-dire destiné à commander un moteur agissant sur la position d'au moins un organe de mixage incorporé à une conduite de soufflage de l'air de chauffage/climatisation, et dans lequel deux étages comparateurs sont prévus pour commander la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre lorsqu'un signal d'écart de température s'éloigne d'une manière prédéterminée d'une valeur de référence, res pectivement par valeurs supérieures et inférieures. Selon une définition très générale de l'invention, l'un au moins des étages comparateurs fonctionne en mode intermittent. En pratique, on fera fonctionner les deux comparateurs en mode intermittent. I1 est souhaitable que le ou les comparateur(s) fournissent des signaux rectangulaires de commande du moteur en tout ou rien, dont le facteur de forme augmente avec l'amplitude de l'écart de température. I1 est également souhaitable que la fréquence ae ces signaux rectangulaires augmente elle aussi avec l'amplitude de l'écart de température. Le résultat en est que le facteur de forme et la fréquence augmentent tous deux avec l'amplitude de l'écart de température. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de régulation comprend des moyens pour engendrer deux signaux intermédiaires représentant l'écart de température avec des polarités opposées par rapport à une même valeur constante, et les deux étages comparateurs comprennent deux amplificateurs comparateurs de mêmes gains, différents pour leurs entrées inverseuse et non inverseuse, et recevant symétriquement les deux signaux intermédiaires. Dans un mode de réalisation intéressant, chaque amplificateur-comparateur a sa sortie reliée à son entrée inverseuse par une diode suivie d'une résistance, tandis que cette entrée inverseuse est reliée à la masse par un condensateur; la sortie de l'amplificateur-comparateur est également reliée à son entrée non inverseuse à travers une autre diode, tandis que cette entrée non inverseuse est reliée à la masse par une résistance. Dans une réalisation, l'un au moins des comparateurs a sa sortie reliée à l'entrée non inverseuse par une diode suivie d'une résistance. Dans une réalisation préférentielle, l'un au moins des comparateurs a sa sortie reliée directement à l'entrée non inverseuse par ladite diode. De façon surprenante, il s'est avéré qu'on obtenait ainsi une meilleure régulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe général d'un dispositif de régulation selon l'invention; - la figure 2 est un schéma simplifié d'une installation de chauffage/climatisation à laquelle peut s'appliquer l'invention; - la figure 3 est un schéma détaillé de la partie électroni- que d'un dispositif de régulation selon l'invention; - les figures 4A, 4B et 4C sont trois chronogrammes relatifs au dispositif de régulation selon l'invention; - les figures 5A et 5B montrent certains aspects du fonctionnement du dispositif de régulation de la figure 3; et - les figures 6A et 6B montrent, sous forme de chronogrammes, les conséquences d'une variante intéressante du dispositif de la figure 3. Les dessins annexés comportent des éléments géométriques et/ou de caractère certain. En conséquence, ils pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description ci-après, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Sur la figure 1, le bloc HA désigne l'habitacle d'une automo bile. L'air soufflé dans cet habitacle possède une température qui dépend de la position d'un volet VM, et l'on prévoit une mesure TA de la température d'air soufflé, ainsi qu'une mesure TI de la température d'habitacle. L'usager dispose enfin d'un moyen permettant de définir une température de consigne TC. Un générateur de signal d'écart GSE reçoit les signaux TO, TA et TI, pour produire un signal d'écart de température noté DV. Deux comparateurs CD et CI utilisent cet écart de température DV pour commander soit l'absence de rotation d'un moteur M, soit sa rotation dans un sens ou sa rotation dans l'autre, suivant que le signal DV se situe soit à l'intérieur d'une fenêtre encadrant sa valeur de référence, soit au-dessus de cette fenêtre, soit en dessous. Enfin, le moteur M commande la position du volet de mixage VM. Sur la figure 2, on reconnait des conduites d'air neuf AN et d'air recyclé AR. connectées en proportion réglable sous l'effet d'un volet VE à une soufflante S. Celle-ci introduit donc l'air dans une chambre de réfrigération CR munie d'un évaporateur EVP. La sortie de la chambre CR peut communiquer avec une chambre de chauffage CC munie d'un échangeur de chaleur ECH qui reçoit en permanence comme fluide chauffant le liquide de refroidissement du moteur. La sortie commune des chambres CR et CC se situe à l'endroit marqué STA, qui indique aussi la position du détecteur de température d'air soufflé. Après cela, un premier volet répartiteur VR1 permet d'aiguiller l'air soit vers des aérateurs AER, soit vers un second volet répartiteur VR2 entre le sortie de dégivrage ADG et la sortie d'aération basse, pour les pieds, notée AEP. Le volet essentiel pour la régulation est naturellement le volet VM, qui peut prendre toute position de réglage entre la situation où il obture complètement le passage par la chambre de chauffage CC, et la position opposée où il force tout l'air issu de la chambre CR à passer à travers l'échangeur ECH, par la chambre CC. I1 est maintenant fait référence à la figure 3. La température de consigne TC peut être définie par un potentiomètre P3 branché entre une tension de référence +V et la masse. La température d'habitacle peut être détectée par une thermistance TH1, montée par exemple au tableau de bord de manière connue. Cette thermistance TH1 est montée en série entre la tension de référence +V et un potentiomètre d'ajustage P4 allant vers la masse. Enfin, la température d'air soufflé TA peut elle aussi être définie par une thermistance TH2 (placée en STA sur la figure 2 par exemple) et montée en série entre la tension +V et un potentiomètre d'ajustage P5 vers la masse. Le générateur de signal d'écart GSE comprend tout d'abord un premier étage amplificateur, articulé autour d'un amplificateur différentiel A10. L'entrée non inverseuse de celui-ci est reliée par une résistance Rîl au curseur du potentiomètre P3 et par une résistance R14 à la masse. Son entrée inverseuse est reliée par une résistance R12 au point commun de la thermistance TH1 et du potentiomètre P4, ainsi que par une résistance R13 à sa sortie. Le signal de sortie de l'amplificateur A10, noté W1, est appliqué à travers une résistance R24 à l'entrée non inverseuse d'un second étage amplificateur A20, entrée non inverseuse qui est reliée à la masse par une résistance R25, à une tension V/2 par une résistance R26. L'entrée inverseuse de l'amplificateur A20 est reliée à sa sortie par une resis- tance R29. Elle est également reliée par une résistance R17 au point commun de la thermistance TH2 et du potentiomètre P5. De préférence, on prévoit en parallèle sur la résistance R17 un réseau différentiateur constitué en série d'une ré sistance R18 et d'un condensateur C19. La sortie de l'amplificateur A10 est un signal W1 qui représente la différence entre la température de consigne TC et la température intérieure TI. De même, en aval de la résistance R17, on obtient un signal W2 qui est une image de la température d'air soufflé ts d'une manière à la fois proportionnelle et différentielle, puisque la tension W2 dépend aussi de la variation de la température ts dans un temps donné, ce qui permet de prendre en compte les variations rapides éventuelles de la température d'air soufflé. Les proportions dans lesquelles les différentes températures agissent sur les signaux électriques sont déterminées notamment par les valeurs des résistances. On n'en donnera pas ici le détail, remarque étant faite simplement que les possibilités d'ajustement du montage de la figure 3 permettent à l'homme de l'art de résoudre toute difficulté particulière. On note maintenant V1 la tension disponible en sortie de l'amplificateur A20. Cette tension V1 peut être écrite sous la forme V1 = (0,4 + D)V, où V est la tension de référence, D est la différence entre les températures d'air soufflé souhaitée et mesurée, et 0,4 est un exemple d'un seuil fixe prédétermine. Ce signal V1 est envoyé sur un autre étage amplificateur A30, plus précisément sur son entrée inverseuse par une résistance R31 tandis qu'il est prévu une résistance R32 entre cette même entrée inverseuse et la sortie. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur A30 est reliée par une résistance R33 à la tension +V/2. On peut ainsi obtenir en sortie de l'amplificateur A30 une tension V2 symétrique de V1, c'est-à-dire telle que V2 = (0,4-D)V. Ces deux tensions en opposition permettent le pilotage des cornparateurs CD et CI, comme on le verra maintenant. I1 convient d'observer de suite que ces comparateurs fonctionnent de surcroît en mode intermittent, c'est-à-dire en multivibrateurs. Le comparateur A40 reçoit la tension V1 sur son entrée inverseuse par une résistance R41. Sa sortie est reliée à l'anode d'une diode D46 dont la cathode est reliée par une résistance R47 d'une part à son entrée inverseuse et d'autre part à un condensateur C48 vers la masse. Le signal V2 est appliqué à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A40, à travers une résistance R42. La sortie de l'amplificateur A40 est encore reliée à l'anode d'une diode D44, dont la cathode est reliée à une résistance R45, la sortie de celle-ci étant enfin reliée d'une part à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A40 et d'autre part à la masse par une résistance R43. Le circuit détaillé de l'autre comparateur CI est en principe le même que celui du comparateur CD, sauf sur ce qui sera maintenant exposé. C'est en effet la tension V2 qui est appliquée à travers la résistance R51 (égale à R41) à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A50. Et le signal V1 est appliqué à son en trée non inverseuse par une résistance R52 égale à R42. Pour le reste, les deux montages sont les mêmes et les valeurs des composants sont identiques, hormis la possibilité d'un court-circuit SC59, illustré en traits tiretés, et sur lequel on reviendra plus loin. I1 est clair qu'au plus une et une seule des sorties A et B respectives des compazFteurs CD et CI peut être au niveau haut. Lorsque c'est le cas, le moteur M est commandé dans le sens correspondant, par exemple à travers des circuits tels que ceux décrits dans la Demande de brevet 79 01 686 déjà mentionnée. Si les sorties des deux comparateurs sont au niveau bas, le moteur n'est pas actionné, le volet VM restant donc à la même place, et le réglage de l'installation de chauffage/climatisation n'étant donc pas modifié. Sur la figure 4A, on a représenté le signal d'écart de température D (pour une seule des deux polarités qu'il peut prendre). Lorsque ce signal D dépasse un seuil e, le montage du Brevet antérieur réalisait une commande en tout ou rien pour toute la durée de ce dépassement, comme illustré sur la figure 4B. La présente invention permet d'obtenir une commande beaucoup plus évoluée, puisque l'actionnement du moteur va s'effec- tuer par un signal rectangulaire tel que celui de la figure 4C, qui présente plusieurs propriétés dont celle d'être intermittent, et celle d'avoir un facteur de forme ainsi qu'une fréquence qui augmentent avec le signal d'écart de température. I1 est maintenant fait référence aux figures 5A et 5B. On désigne par k le quotient de la valeur de la résistance R42 et de la somme des résistances R42 et R43, ou, ce qui revient au même, le quotient de la résistance R52 et de la somme des résistances R52 et R53. L'entrée inverseuse de l'amplificateur A40 reçoit la tension V1. Son entrée non inverseuse reçoit la tension k.V2. Symétriquement, l'entrée inverseuse de l'amplificateur A50 reçoit la tension V2, et son entrée non inverseuse la tension k.Vl. Si par exemple sur l'amplificateur A50, les deux entrées sont égales, cela signifie que V2 = k.Vl, c'est-à-dire que D=el, el étant un seuil à l'intérieur duquel aucune correction n'est opérée par la régulation. Lorsque, pour les deux amplificateurs, la tension sur l'en- trée 'inverseuse est supérieure à celle de l'entrée non inverseuse, les deux sorties A et B sont à l'état bas, et aucune commande du moteur n'est effectuée. Cela correspond à une zone morte dans laquelle D est compris entre -el et +el. On suppose maintenant qu'à l'instant t0 (figure 5A), la tension présente sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A24 devient supérieure à celle de son entrée inverseuse. A cet instant tot la sortie de l'amplificateur A50 prend la valeur VH (figure 5B). La diode D54 est conductrice. Elle porte donc la tension présente sur l'entrée non inverseuse de A50 à une valeur VH1, qui se trouve être légèrement supérieure à VH, en fonction du seuil de la diode D54, ainsi que des valeurs des résistances R52, R53, R54 et R55. En même temps, à partir de l'instant t0, le condensateur C58 se charge sous une tension VH2 qui est égale à la différence entre la tension VH et le seuil de la diode D56. La tension VH2 est maintenue supérieure à VH1 du fait du rôle joué par la résistance R55. La charge de ce condensateur C58 s'effectue à travers la résistance R57, qui est très inférieure à la résistance d'entrée R51, de sorte que la tension V2 appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A50 n'a pratiquement pas d'influence sur cette charge. En conséquence, on voit sur la figure 5A que la tension V- sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur A50 augmente exponentiellement vers la valeur VH2. A un instant t1, cette tension V- atteint la valeur VH1 (le maximum de la tension V+ sur l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A50). La situation des deux entrées de l'amplificateur s'inverse, et la sortie de l'amplificateur A50 reprend donc l'état bas, c'est-à-dire que la tension d'entrée V+ revient à la valeur k.Vl que lui impose la résistance R52. Les deux diodes D54 et D56 sont alors bloquées. Et ce qui apparait en V- est la tension de décharge du condensateur C20 à travers la résistance R51, par rapport au potentiel V2. A un instant ultérieur t2, la tension V- atteint la valeur k.Vl, la sortie de l'amplificateur A24 reprend un état haut VH, et le cycle recommence. Si l'amplitude du signal d'erreur D est très importante, les valeurs de VH2 et VHî s'en trouvent augmentées, et l'écart entre les tensions V+ et V- augmente aussi. La chute de tension créée par la diode D54 et la résistance R55 devient alors inférieure à la chute de tension créée par la diode D56 et la résistance R57. I1 en résulte que l'amplificateur A50 reste bloqué à l'état haut, et qu'il commande le moteur en permanence, jusqu'à ce que l'erreur de température D diminue suffisamment. Entre les instants t0 et t1, le rapport entre VH2-V1 et VH2 VH1 a tendance à augmenter, et donc l'intervalle t0-t1 tend également à augmenter. C'est-à-dire que le facteur de forme augmente avec l'amplitude de l'écart de température. Par contre, entre les instants tl et t2, le rapport entre VH1-V2 et VI-V2 tend à décroitre, et par conséquent l'intervalle de temps tl-t2 tend à décroître lui aussi. En conséquence, on peut considérer que la fréquence du signal rectangulaire de commande augmente avec l'amplitude de l'écart de température D. Finalement, la présente invention permet donc bien une commande du moteur d'une manière pratiquement proportionnelle à la valeur de l'écart de température. Bien entendu, ce qui a été expliqué ci-dessus à propos du comparateur CI et de son amplificateur A50 vaut également pour le comparateur CD et son amplificateur A40, pour l'autre sens de rotation du moteur. Il est maintenant fait référence aux figures 6A et 6B. La figure 6A correspond à un écart de température égal par exemple à 0,1, ce qui donne une durée T1 pour les temps de commande du moteur. Pour la figure 6B, cet écart est 0,2, et il en résulte comme précédemment indiqué une durée d'actionnement du moteur T2 inférieure à T1 (mais qui revient bien plus souvent). Pour certaines valeurs de l'écart de température D, il advient que la durée d'actionnement du moteur devient trop brève, et qu'il n'a pas le temps de répondre à son impulsion de commande, c'est-à-dire qu'il n'avance pas. De façon a priori surprenante, et encore inexpliquée, il a été observé que si la résistance R55 diminue, le temps T1 augmente, tandis que l'intervalle de temps x entre deux impulsions consécutives demeure constant, comme illustré en traits tiretés sur la figure 6A. En diminuant encore davantage la résistance R55, on arrive à ce que ce temps de commande tend vers une valeur constante, c'est-à-dire qu'il ne va plus s'annuler. Ainsi, et selon une variante particulièrement intéressante de l'invention, on remplace la résistance R55 par un courtcircuit SC 59, qui relie directement la diode D21 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A50. On a pu constater alors que non seulement l'intervalle de temps de commande gardait pour toutes les valeurs de l'écart de température une durée optimale, mais qu'il avait même tendance à augmenter lorsque cet écart de température augmentait, ce qui va dans le sens d'une amélioration supplémentaire du dispositif de régulation. Bien entendu, il peut être intéressant de faire ceci non seulement pour un sens de régulation du moteur, mais aussi pour l'autre, c'est-à-dire pour le comparateur CD. Plus généralement, on a décrit ci-dessus un mode de réalisation préférentiel de l'invention. La présente invention n'y est pas limitée, mais s'étend à toute variante que l'on peut tirer de ce mode de réalisation. Par exemple, on pourrait concevoir, en certains cas, qu'un seul des comparateurs fonctionne suivant le mode intermittent décrit plus haut. On pourrait également concevoir que les signaux rectangulaires de commande fournis par le ou les comparateur(s) possèdent seulement un facteur de forme ou seulement une fréquence qui augmente avec l'amplitude de l'écart de température. D'un autre côté, l'invention n'est pas limitée à un générateur de signal d'écart tel que celui décrit en GSE sur la figure 3, toute autre variante propre à fournir un signal d'écart convenable pouvant être utilisée. Enfin, la sonde de température d'air soufflé est avantagesement celle décrite dans la Demande de Brevet NO 86 16494 déposée le 26 novembre 1986, au nom de la Demanderesse, et intitulée : "Sonde de temperature et son utilisation pour la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile". Revendications. 1. Dispositif électronique de régulation de chauffage et/ou de climatisation pour automobile, destiné à commander un moteur (M) agissant sur la position d'au moins un organe de mixage (VM) incorporé à une conduite de soufflage de l'air de chauffage/climatisation, et dans lequel deux étages comparateurs (CD, CI) sont prévus pour commander la rotation du moteur dans un sens ou dans l'autre lorsqu'un signal d'écart de température (DV) s'éloigne d'une manière prédéterminée d'une valeur de référence, respectivement par valeurs supérieures et inférieures, caractérisé en ce que l'un au moins des étages comparateurs (CD, CI) fonctionne en mode intermittent. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que cet étage comparateur (CD, CI) fournit des signaux rectangulaires de commande du moteur en tout ou rien dont le facteur de forme augmente avec l'amplitude de l'écart de température. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur (CD, CI) fournit des signaux rectangulaires de commande du moteur en tout ou rien dont la fréquence augmente avec l'amplitude de l'écart de température. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le comparateur (CD, CI) fournit des signaux rectangulaires de commande du moteur en tout ou rien dont le facteur de forme et la fréquence augmentent avec l'amplitude de l'écart de température. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (A20, A30) pour engendrer deux signaux intermédiaires (V1, V2) représentant l'écart de température avec des polarités opposées par rap port à une même valeur constante, et en ce que les deux étages comparateurs comprennent deux amplificateurs-comparateurs (A40, A50), de mêmes gains, différents pour leurs entrées inverseuse et non inverseuse, et recevant symétriquement les deux signaux intermédiaires (V1, V2). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque amplificateur-comparateur (A401 A50: a sa sortie reliée à son entrée inverseuse par une diode (D46; D56) suivie d'une résistance (R47: R57), tandis que cette entrée inverseuse est reliée à la masse par un condensateur (C48: C58), et en ce que la sortie de 1'amplificateur-comparateur est également reliée à son entrée non inverseuse à travers une autre diode (D44: D54), tandis que cette entrée non inverseuse est reliée à la masse par une résistance (R43; R53). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans l'un au moins des comparateurs, la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse par une diode suivie d'une résistance (D44, R45; D54, R55). 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que, dans l'un au moins des comparateurs, la sortie est reliée directement à l'entrée non inverseuse par ladite diode (D54, SC59). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, pour engendrer le signal d'écart de température - un premier étage amplificateur différentiel (A10) recevant d'une part un signal de température de consigne (TC)r et d'autre part un signal de température d'habitacle (TI), et - un second étage amplificateur différentiel (A20) recevant d'une part la sortie du premier étage amplificateur différentiel (A10) et d'autre part un signal de température d'air soufflé (TA). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le signal de température d'air soufflé (TA) possède une composante différentielle (R18, C19).