Brevet FR2696017A1 — publié le 19940325

La présente invention concerne un dispositif de commande d'une soupape de puissance commandé par un bus d'ordinateur. Par le brevet EP-0 155 751, on connaît un dispositif de commande d'une soupape commandé par un bus d'ordinateur, 5 dans lequel un microordinateur est commandé par l'intermé- diaire d'un bus de données Ce micro-ordinateur traite le signal de commande et définit un ordre de commande qui est amené, par l'intermédiaire d'un convertisseur numériqueanalogique, à une soupape pilote ou un "acteur-soupape" Cet10 acteur-soupape commande à la sortie de la soupape de puis- sance Rien n'est décrit dans ce cas en ce qui concerne une réalisation particulière de la soupape pilote L'utilisation d'un micro-ordinateur usuel pour exploiter le signal du bus d'ordinateur est, dans ce cas, nettement coûteuse, du fait15 qu'il s'agit d'une solution basée sur un logiciel Un tel dispositif de commande, commandé par un bus d'ordinateur, à base d'un logiciel peut être en vérité adapté individuelle- ment à une série de fonctions pour chaque cas spécifique d'utilisation par un simple accès au logiciel, mais il s'est20 révélé que, dans la plupart des cas, les dispositifs de commande de soupape travaillent selon un schéma de commande à chaque fois spécifiquement déterminé, lequel est suffisant pour le cas d'utilisation spécifique correspondant Si l'on prévoit l'utilisation de tels dispositifs de commande de25 soupape commandés par un bus d'ordinateur, dans la zone de batteries de soupapes, le décodage central apparaît surdi- mensionné et, en conséquence, trop coûteux. A partir de cet état de la technique de dispositifs de commande de soupape connus, l'invention a pour but de30 pouvoir réaliser un tel dispositif de commande de soupape commandé par un bus d'ordinateur de façon compacte et spécifique à l'utilisation, dans le cas d'une utilisation pour des batteries de soupapes. A cet effet, le dispositif de commande d'une soupape de puissance commandé par un bus d'ordinateur, est remarquable, selon l'invention, en ce que le bus d'ordinateur est relié, par l'intermédiaire d'une ligne- bus correspondante, à l'entrée d'un circuit intégré (ASIC) spécifique à une application pour le décodage et le traitement de signaux de commande, et en ce que la soupape de puissance peut être commandée par la sortie des signaux de commande du circuit intégré par l'intermédiaire d'une soupape pilote microméca- nique à semi-conducteur, et en ce qu'aussi bien le circuit intégré que la soupape pilote micromécanique sont réalisés sous forme d'un ensemble en pièces détachées réuni à chaque fois en fonction de chaque soupape de puissance à commander. Le circuit intégré ASIC est un circuit intégré spécifique à une application, lequel, par rapport à un micro-ordinateur, est minimisé, de façon relative à la technique de circuit, au circuit intégré exclusivement nécessaire pour le cas d'utilisation La fonction essentielle de ce circuit intégré utilisé dans le cadre de l'invention est le décodage et le traitement de signaux de commande L'utilisation d'un tel circuit intégré pour décoder et traiter des signaux de commande, en considérant l'utilisation pour une batterie complète de soupapes, signifie que, pour chaque soupape de puissance individuelle, un tel circuit intégré est prévu De tels circuits intégrés sont, en règle générale, beaucoup moins coûteux que des micro-ordinateurs complexes et repré- sentent ainsi la solution du problème de coût Cependant, l'invention ne doit pas seulement être considérée du point de vue de l'utilisation d'un tel circuit intégré, mais en liaison avec une soupape pilote micromécanique à semi- conducteur montée en aval Le lien entre les deux caracté- ristiques (circuit intégré ASIC et soupape pilote micromécanique) est basé sur la constatation à l'origine de l'invention que des soupapes pilotes micromécaniques peuvent être commandées, en règle générale, à l'aide de signaux électriques de commande extrêmement faibles L'utilisation de la soupape pilote micromécanique permet ainsi de se passer d'un autre amplificateur de puissance à la sortie des signaux de commande du circuit intégré, et la soupape pilote micromécanique peut être commandée quasi directement par l'intermédiaire dudit circuit intégré Une telle commande 10 représente une simplification importante par rapport aux dispositifs de commande de soupape commandés par un bus d'ordinateur jusqu'à présent connus Comme aussi bien lesdits circuits intégrés que les soupapes micromécaniques à semi-conducteur peuvent être fabriqués en grand nombre avec15 une qualité constante et reproductible, on obtient, en totalité, une solution fiable, simple et économique L'en- semble en pièces détachées constitué du circuit intégré ASIC et de la soupape pilote est si petit qu'il peut être sim- plement intégré, si nécessaire, dans un boîtier de raccor-20 dement enfichable Ainsi, on obtient une possibilité de rajustement simple Pour cela, dans un exemple de réalisa- tion, il est prévu que ledit circuit intégré et la soupape pilote micromécanique à semi-conducteur soient intégrés dans un corps de substrat semi-conducteur commun Une telle pièce25 pilote peut être fabriquée également en grande série, en étant adaptée à chaque cas d'utilisation spécifique L'in- vention prévoit également que, dans le corps de substrat semi-conducteur correspondant, aussi bien des raccords électriques que des raccords conduisant un fluide sous pression peuvent être intégrés En liaison avec la possi- bilité de réalisation proposée d'intégrer cet élément pilote dans une fiche, il est possible que l'alimentation en fluide sous pression de la soupape pilote micromécanique ait lieu par l'intermédiaire de la liaison de fluide sous-pression35 avec les conduits de fluide sous pression de la soupape de puissance à commander. Cela signifie qu'une batterie de soupapes peut être réalisée de sorte que l'amenée de fluide sous pression a lieu di- rectement et exclusivement sur la batterie de soupapes de puissance et la soupape pilote est en même temps alimentée, de sorte que, de façon externe à la fiche de raccordement, seule la ligne-bus est encore guidée, laquelle, le cas échéant, peut être reliée d'une fiche à l'autre Dans ce cas, la ligne-bus peut être en même temps le support de la tension d'alimentation du circuit intégré ou des circuits intégrés respectifs et, en même temps, porter le signal de codage pour commander la soupape correspondante Chaque module de raccordement correspondant à la soupape respec- tive, qui, de son côté, contient le circuit intégré, repré- sente, pour chaque soupape individuelle, la clé de décodage correspondante Cela signifie que le signal de codage se trouve en vérité sur chaque soupape grâce au raccordement de la ligne-bus d'une soupape à l'autre, mais que seul le circuit intégré codé de façon correspondante accepte l'ordre de commande et commande alors sa soupape Dans une autre réalisation, des éléments de compensation de température peuvent être prévus sur le corps de substrat semi-conduc- teur Par ailleurs, il est proposé d'intégrer, sur le corps de substrat semi-conducteur, un capteur de pression micro- mécanique à semi-conducteur. En totalité, on obtient ainsi un décodage décentralisé du signal de bus codé, la solution à l'aide du circuit intégré ASIC représentant une solution basée sur du matériel; contrairement à la solution connue utilisant un micro-ordi- nateur, qui est basée sur du logiciel et est ainsi coûteuse. Grâce à la forme de construction du dispositif de commande de soupape commandé par un bus d'ordinateur proposé selon l'invention et réalisé de façon correspondante, on obtient que la commande de soupapes actionnées par du fluide sous pression est effectuée par l'intermédiaire, en définitive, d'une pièce unique Par ailleurs, la combinaison entre ledit circuit intégré et la soupape micromécanique est, comme l'a montré une série de tests, une combinaison pneumatique ayant de faibles pertes, et la partie pilote est simplifiée de façon importante par rapport aux soupapes connues grâce à la réalisation micromécanique. Par ailleurs, les signaux de bus peuvent être modulés sur la tension d'alimentation, tandis que la fonction de décodage du circuit intégré peut être élargie au guidage et au codage et au décodage supplémentaires des signaux de capteur d'acteurs commandés de façon externe. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une représentation schématique de l'inven- tion, représentant les fonctions individuelles coopérantes. La figure 2 illustre une réalisation constructive. La figure 1 est une représentation schématique de la coopé- ration des éléments individuels constituant le dispositif de l'invention De l'appareil de commande 10, lequel, de son côté, est relié à une commande programmée à mémoire, s'étend une ligne-bus 11 vers l'élément pilote 20 L'élément pilote est constitué d'un circuit intégré 21 spécifique à une application (ASIC), d'une soupape pilote micromécanique 22, ainsi-que d'un système intégré 23 de lignes électriques et de conduits de fluide sous pression Par l'intermédiaire du conduit d'alimentation en fluide sous pression P, la soupape de puissance 1 est reliée au système de conduits 23 de l'élément pilote 20 Par l'intermédiaire de la ligne-bus 11, une information est fournie de l'appareil de commande 10 au circuit intégré 21 Lorsque l'invention est utilisée dans une batterie de soupapes, dans laquelle il existe une pluralité de soupapes de commande et, de façon correspondante, une pluralité d'éléments pilotes, le circuit intégré correspondant 21 peut accepter ou non, selon le codage correspondant, l'ordre de commande de l'appareil de commande 10 Dans une telle batterie de soupapes, la ligne- bus 11 est guidée vers chaque circuit intégré de chaque élément pilote 20 Ainsi, un ordre de commande déclenché par l'appareil de commande 10 se trouve simultanément sur tous les groupes pilotes ou sur tous les circuits intégrés 21 de la batterie de soupapes dans son ensemble Les circuits intégrés individuels sont de plus codés de sorte qu'unique- ment le groupe pilote 20 qui présente également le code émis par l'appareil de commande 10, accepte l'ordre de commande. Après acceptation de l'ordre de commande par le circuit intégré 21, un signal de commande est engendré électrique- ment, lequel est fourni, sans amplification de puissance électrique supplémentaire, à l'extérieur du circuit intégré, à la soupape pilote 22 L'amplificateur du signal de com- mande interne au circuit intégré est largement suffisant pour la commande La soupape pilote 22 est une soupape micromécanique à semi- conducteur et fournit en conséquence un signal de commande faible Par l'intermédiaire du système de conduits intégré 23, il existe alors une liaison vers le conduit d'alimentation en fluide sous pression P, de sorte que la soupape pilote 22 commandée par l'intermédiaire du circuit intégré 21 amène le fluide sous pression sur une surface de commande correspondante 2 de la soupape de puissance 1 Dans cet exemple de réalisation, la soupape de puissance 1 est actionnée, par exemple, contre un ressort de rappel 3, de sorte que, lorsque l'ordre de commande est annulé par l'intermédiaire de la ligne-bus 11, le circuit intégré 21 bloque l'actionnement de la soupape pilote micromécanique 22 et, ainsi, la pression de commande sur la surface de commande 2 chute Après la chute de la pression de commande sur la surface 2, l'état de commutation souhaité est alors réglé d'une façon liée au type de-construction. Dans l'exemple montré, dans l'état de repos de la soupape de puissance 1, le conduit de fluide sous pression P est relié au conduit de travail A. La figure 2 montre, dans sa partie supérieure, l'agencement de soupapes de puissance 1 à fiches de raccordement 30. 5 Selon l'invention, tout l'élément pilote 20, mais au moins le circuit intégré 21 et la soupape pilote micromécanique 22, est intégré dans la fiche de raccordement 30 La ligne- bus se raccorde de plus, à partir de l'appareil de commande , d'une fiche à l'autre sur toute la batterie de soupapes 4 (partie inférieure de la figure) Le système de lignes électriques et de conduits de fluide sous pression intégré 23 de l'élément pilote 20 peut de plus être réalisé de sorte que le conduit d'alimentation en fluide sous pression P pour alimenter les soupapes pilotes micromécaniques soit raccordé15 d'une soupape à l'autre, et la ligne-bus d'une soupape a l'autre est réalisée séparément L'appareil de commande 10 est alimenté par l'intermédiaire d'un raccord d'alimentation électrique 12, de façon usuelle, à une tension continue de 24 volts De plus, il est possible de réaliser l'alimenta- tion électrique des circuits intégrés individuels ainsi que, le cas échéant, des élément intégrés sur le corps de sub- strat semi-conducteur des circuits intégrés, par l'intermé- diaire de la ligne-bus 11 L'ordre de commande codé peut être modulé sans plus sur la "ligne-bus" servant alors de ligne d'alimentation électrique proprement dite. Une autre solution avantageuse serait de réunir, à chaque fois, le circuit intégré et la soupape pilote en un élément 20 réuni également en un module pilote 1 ', de sorte que la fiche 30 n'aurait plus qu'un rôle de raccord électrique pur. Une dernière possibilité, mais très importante, consiste en l'élargissement de la fonction de décodage du circuit intégré au guidage ou au codage et au décodage supplémen- taires de signaux de capteur d'acteurs commandés de façon externe Cela signifie que, par l'intermédiaire du système de bus prédéfini, des signaux de capteur peuvent être également guidés, qui sont associés à des acteurs qui sont commandés par l'intermédiaire des soupapes correspondantes. Une telle possibilité d'utilisation est à présent réalisa- ble grâce à l'agencement de soupape commandé par un bus d'ordinateur. En totalité, à partir de l'invention prédéfinie, on peut se passer d'une unité de décodage centrale qui est associée, de10 façon centrale, à un ensemble de soupape Une telle unité de décodage centrale connue est au demeurant électroniquement très coûteuse et n'est avantageuse que pour un grand nombre de soupapes dans une batterie de soupapes ou une unité de soupapes Dans le cas d'un nombre plus faible de soupapes15 dans une batterie de soupapes, une telle unité centrale de décodage est largement surdimensionnée Ainsi, on obtient, dans la présente invention, que chaque soupape est munie d'une "clé de décodage" propre à soupape pilote intégrée, de sorte que, sans avoir recours à une unité de décodage20 centrale sinon usuelle, la batterie de soupapes peut être élargie à un nombre individuel illimité de soupapes Même pour un nombre plus faible de soupapes, par exemple deux ou trois, on se passe de l'agencement sinon surdimensionné d'une unité de décodage centrale comportant des sorties de25 commande trop nombreuses non occupées Une autre simplifi- cation constructive ou électrique consiste en ce que les signaux de bus peuvent être également modulés ou appliqués à la tension d'alimentation. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande d'une soupape de puissance com- mandé par un bus d'ordinateur, caractérisé en ce que le bus d'ordinateur est relié, par l'intermédiaire d'une ligne-bus correspondante ( 11), à 5 l'entrée d'un circuit intégré (ASIC) spécifique à une application ( 21) pour le décodage et le traitement de signaux de commande, et en ce que la soupape de puissance ( 1) peut être commandée par la sortie des signaux de com- mande du circuit intégré ( 21) par l'intermédiaire d'une soupape pilote ( 22) micromécanique à semi-conducteur, et en ce qu'aussi bien le circuit intégré ( 21) que la soupape pilote micromécanique ( 22) sont réalisés sous forme d'un ensemble en pièces détachées ( 20) réuni à chaque fois en fonction de chaque soupape de puissance ( 1) à commander. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour commander une série complète de soupapes de puissance, un circuit intégré ( 21) et une soupape pilote ( 22) micromécanique à semi-conducteur sont prévus pour chaque soupape de puissance respective ( 1), et20 la ligne-bus est réalisée sous forme d'une ligne-bus ( 11) reliée de façon continue d'une soupape à l'autre. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux de bus sont modulés sur la tension d'alimentation. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble en pièces détachées ( 20) est intégré à l'intérieur d'un élément de connexion ( 30). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ensemble en pièces détachées ( 20) est réuni dans un module pilote ( 1 '). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'aussi bien le circuit intégré respectif ( 21) que la soupape pilote micromécanique respective ( 22) sont intégrés sur un corps de substrat semi-conducteur à chaque fois commun. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps de substrat semi-conducteur est muni aussi bien de raccords électriques que de raccords de fluide sous pression et, dans le corps de substrat semi-conducteur, sont intégrés des conduits de fluide sous pression ( 23). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le corps de substrat semi-conducteur est muni d'un capteur de pression intégré micromécanique à semi-conducteur. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des circuits ou éléments de compensa- tion de température sont intégrés sur le corps de substrat semiconducteur. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonction de décodage du circuit intégré est élargie au guidage ou au codage et au décodage supplémentaires des signaux de capteur d'acteurs commandés de façon externe.