Brevet FR2703795A1 — publié le 19941014

"Procédé de commande électro-hydraulique de composants hydrauliques réglables et dispositif de commande prévu pour cela" L'invention concerne un procédé pour la com- mande électro-hydraulique de composants hydrauliques réglables, dans le cas duquel on compare dans une uni- té électronique une position de consigne à une posi- tion réelle, en fonction de quoi on produit un signal électrique, on commande une vanne électro-magnétique par le signal de sortie et on pilote l'alimentation en agent sous pression d'un organe de réglage avec la vanne Mais l'invention concerne aussi une unité de commande prévue pour cela, une vanne électro- magnétique étant raccordée du côté de l'entrée à une15 source d'agent sous pression et du côté de la sortie à un organe de réglage du composant hydraulique en étant en liaison opérationnelle avec une unité électronique, qui est conçue pour produire un signal de sortie élec- trique à partir de la comparaison d'une position de20 consigne à prédéfinir avec une position réelle déter- minée, un détecteur étant en liaison opérationnelle avec l'organe de réglage pour détecter la position ré- elle. Dans le cas de la commande électro- hydraulique d'un composant hydraulique incarnant l'é- tat de la technique, en fait une pompe réglable à pis- ton axial selon le mode de construction à disque en mutation du type BPV de la Société LINDE AG, à Wiesba- den, décrite sous le titre "Linde Schrâgscheiben- Axialkolbenpumpen sowie deren Steuer-und Regelorgane" in: LINDE BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFT, Nr. 53, 1983, on actionne à l'aide d'un électro-aimant une soupape de réduction de la pression, avec laquelle l'agent sous pression pilote la sollicitation d'un piston récepteur à l'encontre de la force d'un res- sort Le piston récepteur est déplacé en conséquence en fonction de la sollicitation de l'agent sous pres- sion et ce faisant déplace une soupape pilote, qui permet que l'agent sous pression s'écoule à partir d'un circuit principal dans un ensemble cylindre de réglage-pistons de réglage, grâce auquel on règle le volume de refoulement de la pompe à piston axial L'é- galisation de la couse, donc la détermination de la position de l'ensemble cylindre de réglage-piston de réglage a lieu grâce à un accouplement mécanique du piston de réglage avec une partie de la soupape pilo- te, de telle façon que la soupape pilote soit à nou- veau fermée quand le piston de réglage atteint un ré- glage déterminé (correspondant à un débit de refoule- ment déterminé de la pompe à piston axial) et de cette façon on coupe la poursuite de l'alimentation de l'a- gent sous pression à partir du circuit principal et on interdit un autre réglage du volume de refoulement de la pompe à piston axial. Les coûts de fabrication d'un réglage élec- tro-hydraulique de ce type sont très élevés Ceci tient essentiellement aux électro-aimants utilisés, qui en tant que membre d'une chaîne de commande ont à satisfaire à des exigences très élevées eu égard à leur courbe caractéristique. Une commande du type mentionné au début est largement plus économique, telle que celle qui est dé- crite par exemple dans le document "Hydraulik in Theo- rie und Praxis Von Bosch" de la société Robert Bosch Gmb H, Stuttgart, 1983 à la page 240 Dans ce document on actionne avec l'électro-aimant une soupape fonc- tionnant par étranglement et on fait agir de cette ma- nière l'agent sous pression sur un système de réglage. On obtient l'information en retour sur la position ob- tenue au moyen d'un détecteur électrique Dans le cas d'un tel réglage la sécurité à procurer n'est toute- fois pas suffisante, car la position du composant hy- draulique à régler (par exemple pompe, moteur ou sou- pape) dépend uniquement du mode correct de fonctionne- ment du détecteur de position, donc de la qualité et de la sûreté de fonctionnement du détecteur En fait ceci n'est pas différent dans le cas d'un produit se- lon le document LINDE, mais la fiabilité des compo- sants électriques et électroniques n'atteindra pas au bout d'un temps prévisible celle des composants méca- niques Quand la sûreté de fonctionnement d'un réglage du type mentionné doit être suffisamment élevée, on doit utiliser alors deux détecteurs qui se contrôlent alors mutuellement quant à leur capacité de fonction- nement Mais ceci est en règle générale plus cher que le réglage décrit au début avec une information méca- nique en retour sur la position. La présente invention a pour objet de procu- rer un procédé tel que mentionné au début et un dispo- sitif de commande tel que mentionné au début avec de faibles coûts de mise en oeuvre et en même temps un sûreté élevée. On résout selon l'invention ce problème, grâce au fait qu'à partir du signal de sortie ou d'un signal correspondant à celui-ci la position réelle à atteindre ou la variation à atteindre de la position réelle du composant hydraulique est détectée et est comparée à la position réelle atteinte effectivement ou à la variation atteinte effectivement de la posi- tion réelle et en cas d'écarts allant au-delà d'une tolérance prédéfinie grâce au fait qu'un signal aver- tisseur est produit L'idée essentielle de l'invention réside en conséquence dans le fait qu'il est fait une prédiction sur la position prévisible de l'organe de réglage et qu'on compare cette prédiction à la posi- tion effectivement déterminée et qu'on contrôle sa plausibilité Quand par exemple la variation de la po- sition réelle effective est devenue plus petite au lieu d'être devenue plus grande, c'est qu'il existe un disfonctionnement affectant la sécurité Quand la va- riation de la position réelle est plus grande que la variation attendue, on peut alors également se rendre compte qu'il y a un défaut Dans ces cas un signal avertisseur est délivré, avec lequel par exemple est déclenché un arrêt d'urgence Par contre on peut tolé- rer des écarts plus petits entre la variation respec- tive attendue de la position réelle et la variation effective de la position réelle Après chaque compa- raison tolérée qui peut avoir lieu à des intervalles de temps déterminés, on remet les valeurs de variation à zéro De cette façon il est possible d'effectuer une nouvelle comparaison des variations suivantes qui ne soit pas obérée par l'histoire antérieure de la posi- tion. En contrôlant la plausibilité on détermine encore pendant le fonctionnement la qualité du fonc- tionnement du détecteur et de la soupape électromagné- tique Le détecteur ne doit plus dans le cas du procé- dé selon l'invention être considéré comme une pièce essentielle pour la sécurité, car son fonctionnement est contrôlé en permanence De cette façon on réduit considérablement les coûts de fabrication d'un dispo- sitif de commande électro-hydraulique Des pièces de sécurité plus chères sont superflues, car on utilise plusieurs fois pour le contrôle les pièces déjà exis- tantes Avec le procédé selon l'invention on garantit donc la sécurité du réglage sans pièces additionnel- les. Selon un développement avantageux de l'in- vention on prévoit de produire des signaux de sortie modulés largement par impulsions et de détecter les variations de position à attendre dans une unité d'é- valuation des impulsions à partir des durées d'impul- sion Lors de chaque signal électrique de sortie, en forme d'impulsion, de l'unité électronique on ouvre la soupape électromagnétique pour la durée de l'impul- sion et on continue en conséquence à déplacer l'organe de réglage d'un montant déterminé On modifie donc la position pas à pas L'organe de réglage opère de cette façon comme un moteur pas à pas Pour détecter la po- sition prévisible de l'organe de réglage on transforme par le calcul les durées d'impulsion dans l'unité d'é- valuation des impulsions en variations de la position. Ceci peut être effectué d'une manière purement logi- que La transformation repose sur l'idée que dans le cas d'un temps d'ouverture plus long de la soupape électromagnétique, il s'écoule de façon correspondante davantage d'agent sous pression vers l'organe de ré- glage et ceci modifie en conséquence plus fortement sa position que dans le cas d'une durée courte d'action- nement On fait donc-la somme des variations de posi- tion à attendre lors de chaque cycle d'impulsion émis et on compare la valeur attendue, détectée de cette manière, de la position réelle à la position réelle effectivement atteinte, pour pouvoir mettre en place un contrôle de plausibilité. Selon une autre configuration de l'invention il se révèle favorable de détecter lors de la commande de la soupape électromagnétique la résistance de l'é- lectro-aimant et d'appliquer à l'unité d'évaluation des impulsions un signal qui en est fonction De cette façon on peut compenser l'influence de la viscosité de l'agent sous pression La bobine de l'électro- aimant est dans ce cas utilisée comme détecteur de températu- re, car la viscosité de l'agent sous pression est fonction de sa température. Pour prendre la température on détecte la résistance (qui est fonction de la température) de la bobine qui est en cuivre en calculant le rapport de l'intensité par rapport à la tension La variation de la résistance d'une bobine de cuivre en fonction de la température a Lieu selon les lois de la physique de telle façon qu'à partir de là on peut en déduire faci- lement la température. La solution du problème, qui est à la base de l'invention, a lieu dans le cas d'un dispositif de commande du type mentionné au début grace à une unité d'exploitation qui sert à détecter la position réelle à attendre à partir du signal de sortie ou d'un signal qui y correspond, qui sont raccordés du côté de la sortie à un point de comparaison, dont la deuxième en- trée est en liaison avec le détecteur et dont la sor- tie est reliée à une unité de reconnaissance de dé- fauts produisant un signal avertisseur. De façon appropriée l'aimant de la soupape électromagnétique est constitué sous la forme d'un ai- mant d'interrupteur et peut être commandé par des si- gnaux de sortie, à modulation d'impulsions en durée, de l'unité électronique et l'unité d'exploitation est constituée sous la forme d'une unité d'évaluation d'impulsions servant à détecter la variation de la po- sition à attendre à partir de la largeur des impul- sions Comme le procédé de commande repose de cette façon sur la modulation d'impulsions large et l'élec- tro-aimant peut avoir la construction la plus simple. Sa courbe caractéristique n'est plus déterminante pour l'exactitude de la position de réglage du composant hydraulique L'électro-aimant de commutations peut être affecté de tolérances relativement grandes et peut en conséquence être fabriqué de façon économique. La soupape électromagnétique peut aussi avoir une construction simple, par exemple avec des fuites plus grandes que ceci n'est habituel en règle générale dans le cas des réglages hydrauliques Il suffit que soient remplies les fonctions principales de la soupape, à savoir laisser passer l'agent sous pression ver l'or- gane de réglage et évacuer l'agent sous pression vers le réservoir pour ramener l'organe de réglage à sa po- sition de départ De cette façon aussi on réduit les coûts de fabrication. Comme on l'a déjà mentionné, il est avanta- geux de prévoir un dispositif pour détecter la tempé- rature de l'agent sous pression, qui soit en liaison avec l'unité d'évaluation des impulsions De cette fa- çon on peut compenser l'influence de la viscosité de l'agent sous pression. De façon appropriée on utilise l'électro- aimant pour détecter la température de l'agent sous pression en détectant la résistance de la bobine de l'électro-aimant. Il est avantageux de constituer l'unité électronique sous la forme d'un microprocesseur Dans ce cas on n'a pas de coûts de fabrication addition- nels, car le fonctionnement de l'unité d'évaluation des impulsions et l'unité de reconnaissance de défauts peut être réalisé avec un logiciel. Finalement il est avantageux pour éviter l'usure de constituer le détecteur comme un détecteur fonctionnant sans contact. On va expliquer plus en détail d'autres avantages et détails de l'invention à partir de l'exemple de réalisation représenté schématiquement sur la figure. Un organe de réglage 1 constitué comme un ensemble cylindre de réglage-piston de réglage est raccordé à un composant hydraulique non représenté sur la figure Dans le cas d'un composant hydraulique il peut s'agir par exemple d'une pompe hydrostatique avec un volume de refoulement variable L'organe de réglage 1 est réglé au moyen d'une soupape électromagnétique 2 et d'une unité électronique 3 De l'agent sous pres- sion est refoulé depuis une source d'agent sous pres- sion par une conduite hydraulique 4 vers la soupape 2. Après la commande de la soupape 2 par un signal élec- trique de sortie de l'unité électronique 3, qui ac- tionne l'électro-aimant 5 de la soupape 2, une quanti- té déterminée d'agent sous pression est envoyée à l'organe de réglage 1, d'o résulte une position réel- le déterminée de l'organe de réglage 1 Cette position réelle est détectée par un capteur de déplacement 6 et est communiquée par une ligne de signalisation 6 a de l'unité électronique 3. Dans l'unité électronique 3 on compte en un point de comparaison 7 la position réelle de l'organe de réglage 1 mesure par le capter de déplacement 6 à une position de consigne prédéterminée A partir de l'écart on forme un signal dans un régulateur de posi- tion 8, signal à partir duquel on dévie la largeur d'impulsion d'une impulsion de commande dans une unité 9 servant à former les impulsions de commande Après amplification dans un étage final 10 on applique un signal électrique de sortie à modulation d'impulsion large à la soupape 2. Pour pouvoir détecter des défauts du détec- teur de déplacement 6 dans le cas d'une structure de commande telle que celle décrite jusqu'à et endroit et pour assurer ainsi une sécurité élevée, on doit dispo- ser normalement de deux capteurs de déplacement pour pouvoir comparer les résultats de leurs mesures. Selon l'invention on prévoit alors qu'une unité d'évaluation d'impulsions 11 convertit par le calcul les largeurs d'impulsion du signal provenant de l'unité de formation des impulsions de commande 9 en la variation à attendre de l'organe de réglage 1 et délivre le résultat à un point de comparaison 12, au- quel est appliqué le signal du capteur de déplacement. Le résultat est contrôlé quant à sa plausibilité dans une unité 13 de reconnaissance de défauts et le cas échéant un signal avertisseur est délivré par exemple à une unité 14 d'arrêt d'urgence si une tolérance dé- terminée est dépassée. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé de commande électro-hydraulique de composants hydrauliques réglables dans le cas du- quel on compare l'une à l'autre une position de consi- gne à une position réelle dan une unité électronique, en fonction de quoi est produit un signal électrique de sortie, une soupape électromagnétique est commandée par le signal de sortie et l'alimentation en agent sous pression d'un organe de réglage est commandée par la soupape, procédé caractérisé en ce que l'on détecte à partir du signal de sortie ou d'un signal correspon- dant à cela la position réelle à attendre ou la varia- tion à attendre de la position réelle du composant hy- draulique et on compare avec la position réelle effec- tivement atteinte ou la variation effectivement at- teinte de la position réelle et en cas d'écarts allant au-delà d'une tolérance prédéfinie on produit un si- gnal avertisseur. 2) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on produit des signaux de sortie à modulation large d'impulsions et dans une unité d'éva- luation d'impulsions ( 11) on détecte à partir des lar- geurs d'impulsion les variations de position à atten- dre. 3) Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que lors de la commande de la soupape électromagnétique ( 2) on détecte la résistance de l'é- lectro-aimant et on applique un signal dépendant de cela à l'unité de valorisation d'impulsion ( 11). 4) Dispositif de commande pour la commande électro-hydraulique d'un composant hydraulique régla- ble, dans lequel une soupape électromagnétique est raccordée du côté de l'entrée à une source d'agent sous pression et du côté de la sortie à un organe de réglage du composant hydraulique et est en liaison il opérationnelle avec une unité électronique, qui est constituée pour produire un signal électrique de sor- tie à partir de la comparaison d'une position de con- signe à prédéfinir avec une position réelle détermi- née, dans lequel pour détecter la position réelle un détecteur est en liaison opérationnelle avec l'organe de réglage, dispositif de commande caractérisé par une unité d'exploitation servant à détecter la position réelle à attendre à partir du signal de sortie ou d'un signal correspondant à cela, qui sont raccordés du côté de la sortie à un point de comparaison ( 12), dont la deuxième entrée est en liaison avec le détecteur ( 6) et dont la sortie est reliée à une unité de recon- naissance de défauts ( 13) produisant un signal aver- tisseur. ) Dispositif de commande selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que l'électro-aimant de la soupape électromagnétique ( 2) est constitué sous la forme d'un électro-aimant de commutation et peut être commandé par des signaux de sortie à modulation d'im- pulsions endurée de l'unité électronique ( 3) et en ce que l'unité d'exploitation est constituée sous la for- me d'une unité d'évaluation des impulsions ( 11) ser- vant à détecter la variation de position à attendre à partir de 1 durée d'impulsion. 6) Dispositif de commande selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que l'on prévoit un dispo- sitif servant à détecter la température de l'agent sous pression, dispositif qui est en liaison avec l'u- nité d'évaluation des impulsions ( 11). 7) Dispositif de commande selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'unité électronique ( 3) est constituée sous la forme d'un microprocesseur. 8) Dispositif de commande selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le détec- teur ( 6) est constitué sous la forme d'un détecteur fonctionnant sans contact.