Brevet FR2691678A1 — publié le 19931203

i "Procédé de commande d'une installation de ventilation de l'habitacle d'un véhicule automobile, en fonction d'au moins un seuil de commutation de la concentra- tion en composants nocifs" La présente invention concerne un procédé de commande d'une installation de ventilation d'un habi- tacle de véhicule automobile selon lequel on détermine la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle et la concentration en composants nocifs à l'extérieur et on commande l'installation de ventila- tion en fonction d'au moins un seuil de commutation de la concentration en composants nocifs, Un tel procédé est connu selon le document DE-OS 29 41 305 selon lequel on mesure une valeur de la concentration de composants nocifs de l'air exté- rieur et de l'air intérieur à l'aide de capteurs Ces deux valeurs sont comparées respectivement à un seuil. A partir de cette comparaison, on génère un signal de commande qui met en oeuvre l'installation de ventila- tion. Selon le document DE-OS 33 04 324 il est déjà connu d'asservir le seuil de la valeur de la con- centration en composants nocifs de l'air extérieur, valeur déterminée par un signal de capteur, pendant25 une période de fonctionnement selon la tendance du si- BAD ORIGINAL à gnal du capteur Cela signifie que l'on fait dépendre l'alimentation en air frais seulement de la variation de charge de base de l'air extérieur Ce procédé ne prévoit pas de tenir compte de la concentration en composants nocifs de l'air intérieur De plus, l'as- servissement du signal ne tient pas compte du compor- tement de capteurs à gaz à semi-conducteur Or, les capteurs à gaz à semi-conducteur sont entachés d'instabilité selon les paramètres de l'humidité de l'air et de la durée de fonctionnement pouvant aboutir à une dérive du signal De plus, ces capteurs sont également sensibles aux gaz qui réagissent chimique- ment de la même manière à la surface des capteurs que le gaz mesuré (CO, NO,) La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le seuil de commutation est une fonction de la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle, le seuil de commutation étant asservi suivant la tendance de la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle. Ce procédé offre l'avantage de tenir compte de la charge de base variable de la concentration en composants nocifs de l'air intérieur La commande réa- git ainsi à la concentration en composants nocifs de l'air intérieur, concentration à laquelle les passa- gers sont directement exposés. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, on prévoit un seuil de commutation pour la fermeture et un seuil de commutation pour l'ouver- ture de l'alimentation en air frais, ces seuils étant prédéterminés en fonction de la concentration en com- posants nocifs de l'air intérieur et étant asservis selon l'évolution de ces grandeurs. BAD ORIGINAL " Il est en outre prévu d'asservir au moins le seuil de commutation de fermeture de l'alimentation en air extérieur en outre selon le point de fonctionne- ment du capteur. A côté du signal absolu du capteur on ex- ploite la dérivée première en fonction du temps comme une grandeur caractérisant la variation de la concen- tration Ainsi, à la mesure de la concentration en composants nocifs de l'air extérieur, on peut adapter l'exploitation du signal du capteur aux caractéristi- ques particulières des capteurs à gaz à semi- conducteur si bien que les instabilités du signal ab- solu du capteur (dérive du signal) n'influence plus l'exploitation. La présente invention sera décrite de maniè- re plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une courbe de l'évolution de la concentration calculée de CC 2 dans l'habitacle en fonction di, temps. la figure 2 montre un ordinogramme du pro- cédé selon l'invention pour commander l'alimentation en air frais. Description de l'exemple de réalisation. Une installation de ventilation règle l'ali- mentation en air frais de l'habitacle d'un véhicule automobile Pour cela on compare la concentration en composants nocifs de l'air extérieur à la concentra- tion en composants nocifs de l'air intérieur et, à partir de cette comparaison, on génère un signal de commande mettant en oeuvre l'installation de ventila- tion. Comme la concentration en C 02 est une mesure directe de la consommation d'air dans des volumes fer- més, on utilise ce gaz comme gaz directeur pour la BAD ORIGINAL qualité de l'air dans un habitacle de véhicule automo- bile Dans des enceintes fermées dans lesquelles séjournent des personnes, la teneur en CC 2 s'enrichit du fait de l'activité respiratoire des occupants. Cette concentration peut également être exploitée com- me mesure indirecte d'une détérioration de la qualité de l'air par les fumées, les émanations corporelles, etc La concentration en C 02 dans un habitacle se détermine par le calcul selon l'invention à partir de l'équation représentant le bilan LM -d K(t)/dt = Szu + SQU Sab ( 1) dans cette équation LM représente la quantité d'air dans l'habitacle du véhicule, K(t) représente la concentration en C 02 à l'intérieur de l'habitacle, que l'on veut déterminer, Sz U représente l'apport de C 02 de l'extérieur vers l'intérieur, S Qu représente l'apport de C 02 des occupants, Sab représente l'évacuati-n de C 02 de l'intérieur vers l'extérieur. On a Szu = Kc O 2 m KC 02 représente la concentration en C 02 de l'air exté- rieur. m représente le débit massique d'air dans l'habita- cle lorsque l'alimentation en air frais est ouverte. Sab = K(t) m. BAD ORIGINAL On obtient ainsi l'équation différentielle suivante à partir de l'équation ( 1) LM d K(t)/dt = m(Kc 02 K(t)) + S Qu, ( 2) L'équation ( 2) correspond à une alimentation en air frais, ouverte. On obtient l'équation suivante lorsque l'alimentation en air frais est fermée: LM d K(t)/dt = S Qu ( 3) On résout l'équation ( 2) comme suit: K(t) = (Ksortiel Kc O 2 SQU/m)e- (m/Lm) + Kco 02 + S Qu/m ( 4) Ksortie 1 représente la concentration du volume inté- rieur à l'instant de l'ouverture de l'alimentation en air frais. L'équation ( 3) se résout comme suit: K() = (SQU/LM) t + Ksortie 2 ( 5) Ksortie 2 représente la concentration du volume inté- rieur à l'instant de la fermeture de l'alimentation en air frais. Pour calculer la concentration en C 02 du vo- lume intérieur K(t) il faut tout d'abord déterminer les paramètres de l'équation ( 4) et ceux de l'équation ( 5) Le débit massique d'air m est une fonction de la vitesse de déplacement v et de la puissance électrique absorbée par les pulseurs d'air (ventilateurs) A des doublets de valeur v et P on peut associer un débit massique d'air min correspondant Cette association est BAD ORIGINAL j) caractéristique du véhicule et est inscrite dans la mémoire morte ROM d'un calculateur Le calculateur détermine alors en permanence le débit massique d'air m La quantité d'air LM contenue dans l'habitacle du véhicule automobile est également inscrite dans le calculateur comme constante. L'apport en C 02, SQU est provoqué par la respiration des passagers On détermine cet apport de l'unité de calcul en fonction du nombre de passagers et en multipliant par une valeur moyenne correspondant à la quantité de gaz CO 2 expirée par unité de temps par une personne Le nombre de passagers se détermine par exemple à l'aide de contacts équipant les sièges. L'apport en C 02 par l'air extérieur Sz U est également inscrit comme une constante dans le calcula- teur en partant d'une concentration expérimentale moyenne de gaz C 02 dans l'air extérieur et qui est égale à 400 ppm Les concentrations dans l'habitacle à l'instant de l'ouverture et de la fermeture de l'ali- mentation en ai frais Ksortiel et Ksortie 2 sont éga- lement mises en mémoire dans le calculateur La déter- mination des paramètres est plus ou moins entachée d'erreurs En particulier, la détermination du débit massique d'air m est critique La conséquence en est que la concentration en C 02 de l'habitacle K(t) diffè- re de la valeur réelle L'erreur qui en résulte aug- mente avec le temps t et cela d'une manière plus que proportionnelle à cause de la forme exponentielle de l'équation ( 4) Il est prévu pour cela de corriger la valeur calculée en prenant des points d'appui Dans le présent exemple de réalisation, les points d'appui sont des couples de valeurs lt, K(t)l qui donnent à un instant donné t une concentration K (t) avec une pré- cision suffisante On en déduit des valeurs initiales permettant de toujours faire redémarrer le procédé de BAD ORIGINAL calcul de la concentration en C 02 à l'intérieur de l'habitacle K(t). La figure 1 représente la courbe des concen- trations en C 02 de l'habitacle K(t) calculées lorsque l'alimentation en air extérieur est ouverte et lorsqu'elle est fermée, en fonction du temps A l'in- stant to on calcule la concentration en C 02 de l'habi- tacle K(t) en partant d'une valeur K,,-ti,,, l alimen- tation en air frais étant ouverte, en utilisant l'é- quation ( 4) A l'instant t 1, qui correspond à l'instant ts dans l'ordinogramme de la figure 2, on ferme l'alimentation en air frais et on enregistre provisoirement la valeur de la concentration Ksortie 2 La concentration en C 02 de l'habitacle K(t) se calcule suivant l'équation ( 5) A l'instant t 2 on ouvre de nouveau l'alimentation en air extérieur et on enregis- tre provisoirement la nouvelle valeur de la concentra- tion Ksortiei; cette valeur est utilisée dans l'équa- tion ( 4) pour un nouveau calcul de la concentration en CO, K(t) L'instant t 2 correspond dons l'ordinogramme de la figure 2 à l'instant tô. Comme cela apparaît dans le tracé de la con- centration en C 02 calculée K(t) lorsque l'alimentation en air extérieur est ouverte, la fonction se rapproche de manière asymptotique pour les valeurs importantes de t, de la concentration en C 02 à l'extérieur, soit KC 02 augmenté de la partie de C 02 provenant des passa- gers SQU divisé par le débit massique de l'air m Ain- si l'erreur paramétrique de m est intégrée à cette va- leur limite d'une manière inversement proportionnelle. La correction de la position de repère, déjà indiquée, est exécutée lorsque la concentration en C 02 de l'habitacle s'est rapprochée de la valeur A de la valeur asymptotique de la concentration On atteint cette valeur à l'instant t 3 selon la figure 1. BAD ORIGINAL On introduit par exemple le point de repère lorsque la concentration en Co 2 intérieure K(t) dépas- se de 10 % la concentration limite KCO 2 + Szu/m, lors- que K(t=tà) K(t -> o) 100 % '10 %, ( 6) alors on pose K(t) = K(t -> -) = Kc 02 + SQU/m ( 7) La condition ( 6) est satisfaite lorsque l'on a t > 2,3 LM/m ( 8) dans l'équation ( 7) on suppose que m est constant. Comme cela ne se produit pas pour un dépla- cement réel, il est prévu d'enregistrer l'instant de l'ouverture de l'alimentation en air frais tâ puis de déterminer à des intervalles réguliers et en utilisant la vitesse instantanée de déplacement v et la puissan- ce électrique P absorbée par le pulseur, pour détermi- ner le débit massique d'air m instantané balayant l'habitacle du véhicule A partir des valeurs obtenues ainsi successivement pour m à partir de l'instant de l'ouverture, on forme en permanence la valeur moyenne. Chaque valeur instantanée m qui arrive est comparée à la valeur moyenne formée à partir des valeurs anté- rieures de m Si cette nouvelle valeur m est supérieu- re à cette valeur moyenne, elle est seulement utilisée pour actualiser la valeur moyenne Lorsque cette nou- velle valeur est inférieure, on l'utilise pour véri- fier à l'instant correspondant t' = t tô la condi- tion de l'équation 8 pour la correction du point de BAD ORIGINAL repère Lorsque cette relation est satisfaite, on fait une correction du point de repère avec une valeur li- mite, découlant de l'équation ( 7), utilisant la valeur moyenne pour m Si, par contre, l'équation ( 8) n'est pas satisfaite, on utilise cette valeur m uniquement pour actualiser la valeur moyenne Cela garantit que la correction du point de repère ne se fasse qu'à l'intérieur de la bande des 10 % selon l'équation ( 6). Comme il est peu intéressant de comparer di- rectement les concentrations à cause des types de gaz différents, il faut pondérer ces différents types de gaz selon leur action sur l'organisme humain Par ex- périence, la plage des concentrations pour lesquelles la perception de bien-être n'est pas atténuée se situe pour CO entre 0 et 10 ppm et pour C 02 entre O et 1000 ppm De ce fait, il faut affecter la concentration de CO du coefficient 100 par rapport à la concentration de C 02 S'il fallait tenir compte d'autres types de gaz dans l'air extérieur (par exemple NOX), on pour- rait déterminer des coefficients de pondération cor- respondants par exemple en tenant compte des prescrip- tions allemandes MIK ou MAK, c'est-à-dire la concen- tration légale mr-ximale d'émission et la concentration légale maximale sur le lieu du travail. En plus du calcul décrit pour la concentra- tion en C 02 de l'habitacle, on peut mesurer la concen- tration en composants nocifs de l'air intérieur en utilisant également des capteurs particuliers pour C 02 On pourrait également envisager dans les mêmes conditions d'utiliser d'autres gaz de référence que C 02 pour déterminer la concentration en composants no- cifs dans l'air intérieur. La concentration en composants nocifs de l'air extérieur se détermine à l'aide d'un capteur équipant le véhicule Pour cela, on mesure la résis- BAD ORIGINAL tance R du capteur qui est une mesure de la concentra- tion en composants nocifs La résistance R du capteur est utilisée à la fois comme valeur absolue R(t) en fonction du temps et comme variation de la concentra- tion des composants nocifs à l'instant de l'applica- tion du gaz nocif, selon l'équation d R(t)/dt L'ampli- tude et le signe algébrique de cette grandeur donnent une mesure de la variation de la concentration Il faut remarquer que la grandeur proposée d R/dt dépend du degré de couverture de la surface du capteur par le gaz nocif Pour une augmentation donnée de la concen- tration, l'amplitude diminue à mesure qu'augmente le degré de recouvrement; cela signifie que le capteur arrive à une certaine saturation et son point de fonc- tionnement se déplace comme mesure du degré de cou- verture on utilise la résistance R(t) du capteur qui fixe également le point de fonctionnement de ce cap- teur. Dans le présent exemple de réalisation on compare alors la résistance du capteur R(t) en fonc- tion du temps avec la concentration en C 02 de l'habi- tacle K(t) Pour cela on définit deux seuils SI et 52 pour les valeurs de le concentration en C 02 de l'habi- tacle; le seuil SI correspond à la fermeture de l'alimentation en air extérieur et le seuil 52 à l'ou- verture de l'alimentation en air extérieur. Selon la figure 2, on décrira ci-après le procédé de commande de l'alimentation en air frais Le procédé commence par l'étape 1, l'alimentation en air frais étant ouverte Le calculateur contient en mémoi- re, selon l'étape 2, les valeurs initiales pour les seuils de commutation SI et 52; ces valeurs se si- tuent nécessairement dans la zone intermédiaire de la concentration en C 02 de l'habitacle Le calculateur compare en permanence, en fonction du temps, selon BAD ORIGINAL à i 1 l'étape 3, la variation de concentration en composants nocifs d R/dt et le seuil Si Lorsque la condition d R/dt meture R(ts) est enregistré dans le calculateur. Pendant que l'alimentation en air frais est fermée, on vérifie en permanence à l'étape 6, la con- dition d R/dt S Si qui indique que la concentration en composants nocifs continue d'augmenter Si la concen- tration en composants nocifs ne continue pas d'augmen- ter, le calculateur compare dans l'étape 7, la valeur absolue du signal de capteur R(t) à la valeur du si- gnal de capteur R(ts) à l'instant de la fermeture de l'alimentation en air frais Si la conduite suivante est satisfaite, R(t) R(ts) > 52 lK(t)l R(ts) - on ouvre de nouveau l'alimentation en air frais à l'étape 8 Le signal du capteur à l'instant de l'ou- verture R(t 5) est inscrit dans le calculateur selon l'étape 9. Dans l'étape 10 suivante on tient compte de la concentration instantanée en C 02 dans l'habitacle K(t) ainsi que de l'effet de saturation du capteur de composants nocifs, comme cela a été décrit Pour cela, on fait varier le seuil de commutation Si correspon- dant à la fermeture de l'alimentation en air frais en fonction de K(t), c'est-à-dire que l'on a Si lK(t)l. Pour tenir compte du degré de saturation du capteur, il est prévu de corriger la valeur de Si par R(t). Pour cela, on subdivise la plage de R(t) en quelques zones Aux différentes zones on associe alors un coef- BAD ORIGINAL ficient de correction FlR(tô)l donnant par multiplica- tion avec Si la valeur corrigée pour Si Les calculs évoqués ci-dessus et les fonctions de mise en mémoire sont réalisés par le calculateur. La valeur corrigée de Si est comparée à la variation de concentration en composants nocifs d R/dt au cours de l'étape 10 Si la condition suivante est satisfaite, d R/dt S FlR(t = tô)l SI lK(t)l, on ferme l'alimentation en air frais au cours de l'étape 11 et le signal de capteur R(ts) est mis en mémoire à l'instant de la fermeture au cours de l'étape 12 Pen- dant que l'alimentation en air frais est fermée, on compare de nouveau, comme pour le premier cycle de fermeture correspondant à l'étape 6, la variation de concentration en composants nocifs d R(t)/dt en fonc- tion du temps et le seuil corrigé SI selon l'étape 13. Si la variation de concentration des compo- sants nocifs ne continue pas d'augmenter, la commande revient à l'étape 7; à ce moment le signal instantané du capteur R(t F), correspondant au moment de la der- nière fermeture de l'alimentation en air frais, est utilisé pour la comparaison Si la condition suivante est satisfaite R(t) R(ts), 52 lK(t)l décrits ci-dessus pour les deux seuils SI et 52 se ré- pètent pendant une période de fonctionnement. La variation décrite des seuils de commuta- tion Si et 52 en fonction de K(t) et de R(t) a pour conséquence BAD ORIGINAL Variation Influence sur des grandeurs les seuils de Effets influentes commutation Abaissement K(t) Augmentation Atténuation de la (W'alimentation de Si condition de fer- en air frais est meture c'est-à- ouverte) dire que le dis- positif se ferme pour des concen- trations exté- rieures relative- ment faibles Abaissement R(t) Augmentation Atténuation de la de Si condition de fer- meture; correc- tion du point de fonctionnement Augmentation R(t) Abaissement Accentuation de la de Si Condition de fer- meture; réglage sur le point de fonctionnement Augmentation K(t) Abaissement Atténuation de la (l'alimentation de 52 condition d'ouver- en air frais est ture; fermée) le dispositif s'ouvre pour des concentrations extérieures rela- tivement élevées BAD ORIGINAL J) R E V E N D I C A T I O N S ) Procédé de commande d'une installation de ventilation de l'habitacle d'un véhicule automobile selon lequel on détermine la concentration en compo- sants nocifs à l'intérieur de l'habitacle et la con- centration en composants nocifs à l'extérieur et on commande l'installation de ventilation en fonction d'au moins un seuil de commutation de la concentration en composants nocifs, procédé caractérisé en ce que le seuil de commutation est une fonction de la concentra- tion en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle (K(t)), le seuil de commutation étant asservi suivant la tendance de la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle ((K(t)). 2 ) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on asservit en outre le seuil de com- mutation à la tendance de la concentration en compo- sants nocifs de l'air extérieur. ) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on a un premier seuil de commutation (SI) pour fermer l'alimentation en air frais et un se- cond seuil de commutation ( 52) pour ouvrir l'alimenta- tion en air frais et on cornare les seuils de commuta- tion (Si) et ( 52) à un signal de capteur donnant la concentration en composants nocifs de l'air extérieur. ) Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que, l'alimentation en air frais étant ouverte, on forme comme signal de capteur la dérivée première de la résistance du capteur en fonction du temps, à l'instant de l'application du gaz nocif et on compare le résultat de cette exploitation au seuil de commutation (SI) et on ferme l'alimentation en air frais si la condition suivante est remplie d R(t)/dt ' Si BAD ORIGINAL ) Procédé selon la revendication 4, carac- terisé en ce qu'on asservit le seuil de commutation (SI) à la tendance de la concentration en composants nocifs de l'habitacle et de la résistance du capteur (R(t)). 6 ) Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'on augmente le seuil de commutation (Si) lorsque la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle (K(t)) diminue. 7 ) Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'on augmente le seuil de commutation ( 51) lorsque le signal de capteur (R(t)) diminue et lorsque le signal de capteur (R(t)) augmente on abais- se le seuil de commutation (SI). 8) Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que comme signal de capteur on utilise la resistance de capteur (R(t)) et on ouvre l'alimenta- tion en air frais si la condition suivante est satis- faite R(t) R(ts) 2 O /52 R(ts) relatico dans laquelle R(ts) représente le signal du capteur à l'instant de la fermeture précédente. 9 ) Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'on abaisse le seuil de commutation ( 52) lorsque la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle augmente. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on Arédétermine des valeurs initiales respectives pour les seuils de com- mutation ( 51) et ( 52) en les situant dans la zone in- termediaire de la concentration en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle. 11 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que comme concentration BAD ORIGINAL en composants nocifs à l'intérieur de l'habitacle (K(t)) on mesure et/ou on calcule la concentration en CO, à l'intérieur de l'habitacle. 12) Procédé selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce que l'on pondère la concentration en composants nocifs de l'air extérieur suivant la noci- vité de cette concentration par rapport à la concen- tration en C 02 à l'intérieur de l'habitacle. BAD ORIGINAL a