Brevet FR2690652A3 — publié le 19931105

FR 2690652 A3 19931105 FR 9305073 A 19930429 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REGULER LA TEMPERATURE INTERIEURE D'HABITACLE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE EQUIPE D'UNE INSTALLATION DE CLIMATISATION. L'invention concerne un procédé pour réguler la température intérieure d'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, selon lequel on détermine la température extérieure et la température intérieure d'habitacle, et selon lequel un dispositif de climatisation comportant entre-autres un dispositif de réfrigération/chauffage et un ventilateur pour produire de l'air à température et vitesse variables, est commandé par un dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, en fonction de la température extérieure, de la valeur réelle de la température intérieure d'habitacle et de la valeur de consigne de la température intérieure d'habitacle.Par ailleurs, l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comportant un dispositif de climatisation destiné à produire de l'air froid et/ou chaud avec une température et une vitesse d'écoulement variables, un capteur de température intérieure d'habitacle, un capteur de température extérieure, un dispositif de réglage de la température intérieure d'habitacle destiné à régler une valeur de consigne de température intérieure d'habitacle, et un dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, qui reçoit le signal de sortie du capteur de température extérieure et qui commande le dispositif de réfrigération/chauffage conformément à la température extérieure, à la valeur réelle de la température intérieure d'habitacle et à la valeur de consigne de la température intérieure d'habitacle. La commande du dispositif de réfrigération/ chauffage et du ventilateur du dispositif de climatisation destiné à produire de l'air froid et/ou chaud avec une température et une vitesse (débit) pouvant varier, dans un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, s'effectue, en-dehors de la température intérieure d'habitacle prescrite, également en fonction de la température extérieure. Le fonctionnement de l'installation de climatisation, c'est à dire la quantité de chaleur ou de froid produite par celle-ci, dépend en effet de la différence entre la température extérieure et la température intérieure d'habitacle à réguler.Usuellement, une installation de climatisation réagit à une variation de la température extérieure, par le fait que la température de l'air froid ou chaud modifiée suite à la variation de la température extérieure, est fournie en retour au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, par l'intermédiaire du capteur de température intérieure d'habitacle. Une variation de la température extérieure se traduit donc par une différence entre la valeur réelle de la température intérieure d'habitacle et la valeur de consigne de la température intérieure d'habitacle; conformément à cet écart de régulation, le dispositif de régulation régule la température intérieure d'habitacle jusqu'à ce que la valeur réelle soit égale à la valeur de consigne. Un certain inconvénient d'installations de climatisation de véhicules automobiles, connues, réside dans le fait que dans la compensation de variations de température extérieure effectuée de la manière connue jusqu'ici, on ne tient pas compte du fait qu'après un certain temps, l'effet d'une variation de température extérieure sur la puissance du rayonnement thermique du véhicule vers l'environnement, est ressenti par l'utilisateur. Le but de l'invention consiste à indiquer et à fournir un procédé et un dispositif pour réguler la température intérieure d'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, permettant de compenser des variations de température extérieure aussi bien à long terme qu'à court terme, avec pour conséquence que la température à l'intérieur du véhicule, perçue par les occupants, reste sensiblement invariable. Ce but est atteint, conformément à l'invention, pour un procédé du type de celui mentionné en introduction, grâce au fait que le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, pour la compensation de l'influence à court terme d'une variation de température extérieure sur la température de l'air devant être amené à l'espace intérieur de l'habitacle, après l'écoulement d'un court intervalle de temps pour la durée duquel règne au moins une température extérieure ayant varié, commande le dispositif de climatisation d'une manière corrigée en conséquence, et par ailleurs, pour la compensation d'une influence à long terme d'une variation de température extérieure sur le comportement du rayonnement froid/chaud du véhicule automobile, après l'écoulement d'un intervalle de temps long pour la durée duquel règne au moins une température extérieure ayant varié, commande le dispositif de climatisation également d'une manière corrigée en conséquence. Selon une caractéristique préférée de l'invention, le signal d'un capteur de température extérieure est soumis, pour la compensation de l'influence sur la température de l'air devant être amené à l'espace intérieur de l'habitacle, à un filtrage passe-bas présentant une première constante de temps faible, et une première fréquence de coupure élevée, et pour la compensation de l'influence sur le comportement au rayonnement froid/chaud, à un filtrage passe-bas présentant une seconde constante de temps, qui est plus grande que la première constante de temps, et une seconde fréquence de coupure, qui est plus basse que la première fréquence de coupure. Dans ce cas, les deux signaux de filtrage sont transmis au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle. Selon une caractéristique particulière du procédé conforme à l'invention, les deux signaux de filtrage sont affectés de facteurs de -pondération et sont ensuite additionnés pour former un seul signal de correction pour le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle. Pour un dispositif du type de celui mentionné en introduction, le but de l'invention est atteint grâce au fait que le signal de sortie du capteur de température extérieure est amené au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un (premier) circuit à filtre passe-bas à première constante de temps faible, et, en outre, en plus par l'intermédiaire d'un (second) circuit à filtre passe-bas à seconde constante de temps plus grande (par rapport à la première constante de temps), le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle commandant le dispositif de climatisation d'une manière modifiée conformément aux signaux reçus.Lorsque sont prévus deux circuits à filtre passe-bas, la fréquence de coupure du premier circuit à filtre passe-bas à faible constante de temps est supérieure à la fréquence de coupure du second circuit à filtre passe-bas à grande constante de temps. Dans le cas de l'invention on se base sur le principe que les variations de température extérieure influencent la température intérieure d'habitacle suivant deux manières différentes. D'une part, la température de l'air produit par le dispositif de climatisation et devant être amené à l'espace intérieur de l'habitacle varie avec la température extérieure (pour un fonctionnement du dispositif de réfrigération/ chauffage restant identique et pour un même débit d'air), ce qui est rapidement perceptible par les occupants, également dans le cas de variations de température extérieure à fréquence élevée. Aussi, il est prévu selon l'invention, d'agir, après un court intervalle de temps, de préférence directement, à l'encontre de cette influence d'une variation de température extérieure agissant à court terme, par une commande du dispositif de climatisation, modifiée en conséquence. Cette première opération de compensation est donc déclenchée également pour des variations de température extérieure à fréquence relativement élevée. Dans le dispositif conforme à l'invention, le signal de sortie du capteur de température extérieure est à cet effet, soit amené directement au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, soit amené à un premier circuit à filtre passe-bas à première constante de temps rapide, c'est à dire faible, et à fréquence de coupure élevée en conséquence, la sortie de ce circuit à filtre passe-bas étant reliée au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle.Le signal de sortie du capteur de température extérieure ou le signal délivré par le circuit à filtre passe-bas est exploité à l'intérieur du dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, auquel est également transmis la grandeur de référence de la boucle de régulation, en vue de commander le dispositif de climatisation également en fonction de la température extérieure, en plus de la commande par la grandeur de référence. Comme la constante de temps avec laquelle la variation de la température extérieure agit sur le dispositif de réfrigération/chauffage est relativement faible, le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle réagit rapidement aux variations de température extérieure.Le circuit à filtre passe-bas à faible constante de temps et à fréquence de coupure élevée en conséquence, doit par ailleurs éliminer par filtrage des perturbations du signal de sortie du capteur de température extérieure, qui ne sont pas dûes à une variation de la température extérieure. La faible constante de temps peut dans le cas limite tendre vers zéro, de manière à garantir ainsi une influence directe de la variation de température extérieure sur le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle.Cela correspond au cas d'un effet direct sur le dispositif de climatisation, d'une variation de la température extérieure, par une liaison directe de la sortie du capteur de température extérieure au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, dans l'optique d'une commande permettant de compenser les influences de la température extérieure sur la température (de soufflage) de l'air amené à l'espace intérieur de l'habitacle. La seconde correction ou compensation, qui est prévue conformément à l'invention, dans le cas d'une variation de la température extérieure, concerne la sensation de température éprouvée par les occupants du véhicule ou le changement de confort ressenti par ceux ci, et sert également à l'adaptation physiologique. En effet, si le véhicule automobile est exposé pour une durée d'une certaine importance, par exemple à une basse température extérieure, parce que le véhicule traverse une région de froid, le comportement au rayonnement thermique du véhicule automobile se modifie, parce que la partie de la carrosserie de l'habitacle se refroidit progressivement. Les couches d'air au voisinage immédiat des glaces sont plus froides que l'air se trouvant dans la zone centrale de l'habitacle.En vue de compenser également cet effet de la température extérieure, n'apparaissant que pour des variations de température extérieure de faible fréquence et de longue durée, à savoir après un intervalle de temps relativement long, on effectue conformément à l'invention, la seconde correction de la température intérieure d'habitacle en augmentant (en se référant à l'exemple qui vient d'être décrit) la température de l'air (chaud) produit par le dispositif de climatisation.Pour déclencher ce processus de correction, on utilise le signal de sortie d'un second circuit à filtre passe-bas à constante de temps lente, c'est à dire de grande valeur, et à fréquence de coupure basse en conséquence, de sorte que le signal de sortie (dans le cas idéal) n'est différent de zéro que pour des variations de température extérieure de faible fréquence, et est égal à zéro pour les autres variations de température de fréquence plus élevée. La caractéristique essentielle aussi bien du procédé que du dispositif conformes à l'invention, réside dans le dédoublement de la correction des variations de température extérieure, en deux opérations de réglage de compensation effectuées à deux instants différents; dans le cas de variations de température extérieure de courte durée, qui ne durent que pendant une période trop courte pour que le comportement au rayonnement thermique du véhicule automobile varie (de manière sensible), seule est effectuée une compensation de la température de soufflage de l'air froid ou chaud qui s'est modifiée en raison de la variation de la température de l'air environnant aspiré.Les deux opérations de compensation peuvent être effectuées, soit par une commande appropriée du dispositif de réfrigération/chauffage, soit par une commande appropriée du ventilateur du dispositif de climatisation, soit encore par la commande des deux composants du dispositif de climatisation. Dans la compensation de l'influence de variations de température extérieure sur le comportement au rayonnement thermique du véhicule automobile, il est également possible de tenir compte du rayonnement solaire, qui -est à cet effet relevé par un capteur de rayonnement solaire. Aussi bien les constantes de temps et les fréquences de coupure, avec lesquelles et jusqu'auxquelles des variations de température extérieure agissent par les deux opérations de correction précédentes conformes à l'invention, sur une compensation et une correction de l'énergie thermique à fournir à l'espace intérieur de l'habitacle, c'est à dire sur la température de l'air froid ou chaud, et/ou le débit d'air, que les influences du rayonnement solaire sur le comportement au rayonnement thermique, ainsi que le degré de la correction et de la compensation, dépendent du type du véhicule. Selon un développement avantageux de l'invention, les signaux amenés au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, en provenance du capteur de température extérieure et du circuit à filtre passe-bas à constante de temps élevée, et fréquence de coupure basse, ou bien les signaux de sortie des deux circuits à filtre, sont multipliés par des facteurs de pondération dépendant du type du véhicule, et sont ensuite additionnés, le signal de correction/compensation ainsi obtenu étant transmis au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle, qui commande le dispositif de climatisation d'une manière modifiée conformément à ce signal d'addition.Le dispositif de régulation convertit ce signal en une opération de réglage correspondant pour les organes de réglage du dispositif de réfrigération/ chauffage et/ou du ventilateur du dispositif de climatisation. Cette opération de réglage est naturellement superposée à l'opération de régulation de la température intérieure d'habitacle se déroulant simultanément. Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail, au regard d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé, qui montre un schéma fonctionnel d'une boucle de régulation de température intérieure d'habitacle avec correction de la grandeur perturbatrice "température extérieure11. Le dispositif pour réguler la température intérieure d'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, représenté sous forme de schéma fonctionnel sur le dessin, comporte un dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle 10, auquel est amené le signal d'écart entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la température intérieure de l'habitacle. La valeur de consigne de la température intérieure de l'habitacle est réglée et imposée par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage 12. La sortie du dispositif de régulation 10 est reliée au dispositif de climatisation 14.Le dispositif de climatisation 14 comprend tous les organes de réglage de l'installation de climatisation, pouvant être commandés par le dispositif de régulation 10, tels que par exemple le clapet de réglage du mélange d'air, le clapet de réglage de la répartition d'air, le dispositif de réfrigération et de chauffage (compresseur avec évaporateur et échangeur de chaleur de chauffage), et le ou les ventilateurs. L'air produit par le dispositif de climatisation 14 est amené à l'espace intérieur de l'habitacle qui représente le système réglé 15. La grandeur à réguler est la température intérieure de l'habitacle qui est relevée à l'aide d'un capteur de température intérieure d'habitacle 16.Le signal de sortie du capteur de température intérieure d'habitacle 16, et retourné au dispositif de régulation en tant que valeur réelle, le signal d'écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne imposée de la température intérieure d'habitacle, étant amené au dispositif de régulation 10. Le dispositif de régulation 10 comporte plusieurs entrées pour des grandeurs perturbatrices, telles que par exemple la température de l'eau de refroidissement, le débit d'air du ventilateur et la température de l'air aspiré (température extérieure). Pour des raisons de clarté, sur le schéma fonctionnel représenté, seule a été indiquée en tant qu'autre grandeur d'entrée pour le dispositif de régulation 10, une seule grandeur perturbatrice, à savoir la température extérieure. La température extérieure est relevée par l'intermédiaire d'un capteur de température extérieure 18. La sortie du capteur de température extérieure 18 est reliée, aussi bien à l'entrée d'un (premier) circuit à filtre passe-bas 20 à faible constante de temps rapide T1 et à fréquence de coupure f1 élevée, qu'à l'entrée d'un (second) circuit à filtre passe-bas 22 à constante de temps lente élevée T2 (T2 > T1), et à basse fréquence de coupure f2 (f2 Les signaux de sortie des filtres xl et x2 sont transmis à un circuit 24 dont les deux entrées sont reliées aux sorties des circuits à filtre 20, 22. Le circuit 24 élabore à sa sortie, un signal de sortie y, qui est formé de la manière suivante: y = axl + box2, les coefficients a et b étant des facteurs de pondération dont la grandeur est typique du véhicule. Le signal de sortie y du circuit 24 est transmis au dispositif de régulation 10 en tant que signal de température extérieure formant grandeur perturbatrice. Pour la compensation des influences de variations de température extérieure sur la température intérieure d'habitacle à réguler, on met en oeuvre, dans le dispositif représenté sous forme de schéma fonctionnel sur le dessin, le procédé de compensation et de correction décrit dans la suite et comprenant deux opérations de réglage. On suppose que des variations de température extérieure agissent relativement vite sur la température de l'air délivré à l'habitacle par le dispositif de climatisation 14. La constante de temps T1 avec laquelle des variations de température extérieure agissent sur la température de l'air du ventilateur, est fonction du mode de construction et de la nature de l'échangeur de chaleur du dispositif de réfrigération/ chauffage du dispositif de climatisation 14.La grandeur de la fréquence de coupure fl du circuit à filtre passebas 20 (ou bien, vu à l'échelle du temps, la grandeur du court intervalle de temps T1 de la réponse discontinue correspondant au circuit à filtre passe-bas) est donc définie par construction. Dans le cas de variations de température extérieure de fréquence relativement élevée, le circuit à filtre passe-bas 20 délivre donc à sa sortie un signal de sortie xl nettement différent de zéro, qui, multiplié par le facteur de pondération a est délivré tout d'abord en tant que signal de sortie y du circuit 24, au dispositif de régulation 10.A cet instant, le signal de sortie x2 du circuit à filtre passe-bas 22 est, dans le cas idéal, égal à zéro, et en réalité, tend à disparaître, parce que le circuit à filtre passe-bas 22 ne réagit pas encore en raison de la constante de temps T2 élevée. Au début d'une variation de température extérieure, le dispositif de régulation 10 commande donc le dispositif de climatisation 14, notamment son dispositif de réfrigération/chauffage et son ventilateur, uniquement conformément au signal de sortie x1 multiplié par le facteur a. Si la température extérieure chute (s'élève) pour une durée qui est supérieure à la constante de temps Tl, la température de l'échangeur de chaleur du dispositif de réfrigération/chauffage est augmentée (diminuée) par le dispositif de régulation 10. La pondération du signal de sortie xl du circuit à filtre passe-bas, permet de compenser de manière précisément définie, les influences sur la température de l'air du ventilateur; le facteur de pondération a (tout comme par ailleurs également le facteur de pondération b), peut par exemple lui-même être fonction de la température extérieure. La première étape de compensation décrite cidessus permet de compenser les influences à court terme dans le cas de variations de température extérieure, qui persistent au moins pour une durée supérieure à la constante de temps Tl. Si le véhicule automobile est exposé à une variation de température extérieure pendant une durée sensiblement plus longue, la puissance de rayonnement thermique du véhicule vers l'environnement et de la carrosserie vers l'habitacle, varie avec le temps. Si le véhicule traverse par exemple une région plus froide (par exemple des régions ou des vallées moins exposées au rayonnement du soleil), la carrosserie se refroidit.En-dehors d'une modification de la sensation de température ressentie par les occupants en raison d'influences optiques (l'être humain éprouve une sensation de température différente dans l'obscurité qu'à la clarté), le refroidissement des couches d'air à proximité de la carrosserie de l'habitacle agit également de manière négative sur la sensation de température éprouvée par les occupants. La constante de temps T2 à partir de laquelle ces influences des variations de la température extérieure sont perçues par les occupants, est différente suivant les personnes (constante de temps des personnes).Dans tous les cas cette constante de temps des personnes T2 est sensiblement plus élevée que la constante de temps T1 définie par l'échangeur de chaleur et correspondant à la fréquence de coupure fl du circuit à filtre passe-bas 20. Le dispositif tient compte des influences apparaissant seulement à la suite de variations de température extérieure à long terme, sur la température intérieure d'habitacle, à savoir sur la sensation de température éprouvée par les occupants, par le fait que le signal de sortie du capteur de température extérieure 18 est filtré dans le circuit à filtre passe-bas 22 à constante de temps élevée et fréquence de coupure f2 correspondant à cette constante de temps des personnes T2, et est transmis au circuit de régulation 10 par l'intermédiaire du circuit 24. Si les variations de température extérieure ne durent que pour des périodes relativement courtes, qui sont supérieures à la constante de temps T1 et inférieures à la constante de temps T2, seule l'influence de la variation de température extérieure sur la température de l'air du ventilateur est compensée, parce que la variation de température extérieure est trop brève pour agir de manière notable sur une variation de la puissance de rayonnement thermique du véhicule automobile. REVENDICATIONS. 1. Procédé pour réguler la température intérieure d'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, - selon lequel on détermine la température extérieure et la température intérieure d'habitacle, et - selon lequel un dispositif de climatisation (14) pour produire de l'air à température et vitesse variables destiné à être fourni à l'espace intérieur de l'habitacle, est commandé par un dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10), en fonction de la température extérieure, de la valeur réelle de la température intérieure d'habitacle et d'une valeur de consigne de la température intérieure d'habitacle, caractérisé en ce que le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10), - pour la compensation de l'influence à court terme d'une variation de température extérieure sur la température de l'air devant être amené à l'espace intérieur de l'habitacle, après l'écoulement d'un court intervalle de temps (T1) pour la durée duquel règne au moins une température extérieure ayant varié, commande le dispositif de climatisation (14) d'une manière corrigée en conséquence, et - par ailleurs, pour la compensation d'une influence à long terme d'une variation de température extérieure sur le comportement du rayonnement froid/chaud du véhicule automobile, après l'écoulement d'un intervalle de temps long (T2) pour la durée duquel règne au moins une température extérieure ayant varié, commande le dispositif de climatisation (14) également d'une manière corrigée en conséquence. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal d'un capteur de température extérieure (18) est soumis, pour la compensation de l'influence sur la température de l'air devant être amené à l'espace intérieur de l'habitacle, à un filtrage passe-bas présentant une première constante de temps (Tl) faible, et une première fréquence de coupure (fil) élevée, et pour la compensation de l'influence sur le comportement du rayonnement froid/chaud, à un filtrage passe-bas présentant une seconde constante de temps (T2), qui est plus grande que la première constante de temps (T1), et une seconde fréquence de coupure (f2), qui est plus basse que la première fréquence de coupure (f1). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux signaux de filtrage (xl, x2) sont transmis au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux signaux de filtrage (xl, x2) sont affectés de facteurs de pondération (a, b) et sont ensuite additionnés pour former un seul signal de correction (y) pour le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10). 5. Dispositif pour réguler la température intérieure d'habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une installation de climatisation, notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, le dispositif comportant - un dispositif de climatisation (14) destiné à produire de l'air à amener à l'espace intérieur de l'habitacle avec une température et une vitesse d'écoulement variables, - un capteur de température intérieure d'habitacle (16), - un capteur de température extérieure (18), - un dispositif de réglage de la température intérieure d'habitacle (12) destiné à régler une valeur de consigne de température intérieure d'habitacle, et - un dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10), qui reçoit le signal de sortie du capteur de température extérieure (18), et qui commande le dispositif de climatisation (14) conformément à la température extérieure, à la valeur réelle de la température intérieure d'habitacle et à la valeur de consigne de la température intérieure d'habitacle, caractérisé - en ce que le signal de sortie du capteur de température extérieure (18) peut être amené à un circuit à filtre passe-bas (22) présentant une constante de temps (T2) élevée, et une fréquence de coupure (f2) basse, et - en ce que le signal de sortie du capteur de température extérieure (18) peut être amené d'une part directement, et d'autre part par l'intermédiaire du circuit à filtre passe-bas (22), au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10), le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10) commandant le dispositif de climatisation (14) d'une manière modifiée conformément aux signaux reçus. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal de sortie du capteur de température extérieure (18) est amené, aussi bien à un premier circuit à filtre passe-bas (20) présentant une première constante de temps (T1) faible, et une première fréquence de coupure (fl) élevée, qu'à un second circuit à filtre passe-bas (22) présentant une seconde constante de temps (T2), qui est plus grande que la première constante de temps (T1) , et une seconde fréquence de coupure (f2), qui est plus basse que la première fréquence de coupure (f1) 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les signaux amenés au dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10), en provenance du capteur de température extérieure (18) et du circuit à filtre passe-bas (22) à constante de temps (T2) élevée, et fréquence de coupure (f2) basse, ou bien les signaux de sortie (xl, x2) des deux circuits à filtre (20, 22), sont pondérés et additionnés, et en ce que le dispositif de régulation de la température intérieure d'habitacle (10) commande le dispositif de climatisation (14) d'une manière modifiée conformément à ce signal d'addition.