Brevet FR2711949A1 — publié le 19950512

Dispositif de commande de la position d'un volet L'invention concerne un dispositif de commande du mouvement d'un organe mobile propre à se déplacer dans un sens et dans l'autre entre deux positions extrêmes. De tels dispositifs sont utilisés notamment pour commander le mouvement de volets mobiles qui ont pour fonction d'établir, d'interrompre et/ou de régler des débits d'air dans des installations de chauffage/ventilation ou de climatisation de véhicules automobiles. Les mouvements des volets doivent alors être conformes à des ordres donnés par le conducteur au moyen de boutons ou de curseurs placés sur le tableau de bord. On connaît des dispositifs de commande à action mécanique, pneumatique, électromagnétique ou à moto-réducteur. Les dispositifs à action mécanique exigent une transmission mécanique, par exemple par câble, entre le tableau de bord et le volet. L'effort de déplacement doit être fourni par le conducteur. Les dispositifs à action pneumatique ou électromagnétique sont encombrants et lourds, les premiers exigeant en outre un circuit pneumatique particulier. Enfin, les dispositifs à moto-réducteur sont coûteux. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients des dispositifs connus et de proposer un dispositif de commande simple, peu coûteux et peu encombrant. L'invention vise notamment un dispositif du genre défini en introduction, et prévoit qu'il comprend deux éléments à mémoire de forme propres à exercer un effort sur l'organe mobile de façon à le déplacer dans les deux sens respectivement, lorsqu'ils sont portés à une température supérieure à une température de transition, et des moyens de chauffage pour chauffer sélectivement chaque élément à mémoire de forme au-dessus de sa température de transition afin de déplacer l'organe mobile dans le sens correspondant. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, du dispositif selon l'invention sont énoncées ci-après - Les éléments à mémoire de forme sont conducteurs de l'électricité et les moyens de chauffage comprennent des circuits électriques dans lesquels ceux-ci sont insérés et propres à y produire de la chaleur par effet Joule. Il suffit alors de simples fils électriques pour transmettre les ordres de déplacement par exemple du tableau de bord au boîtier de chauffage ou de climatisation. - Les éléments à mémoire de forme sont des ressorts dont la force de rappel augmente brusquement à la température de transition. - Les éléments à mémoire de forme sont des ressorts hélicoïdaux dont les deux extrémités sont liées respectivement à l'organe mobile et à des points d'attache fixes. - Les ressorts à mémoire de forme, dont les axes s'étendent linéairement, exercent sur l'organe mobile un effort dans leur direction axiale. - Les ressorts à mémoire de forme, dont les axes s'étendent selon des arcs de cercle coaxiaux, exercent sur l'organe mobile un couple autour de l'axe desdits arcs de cercle. - Les ressorts à mémoire de forme sont coaxiaux et exercent sur l'organe mobile un couple autour de leur propre axe. - Il comprend en outre un élément bistable tel qu'un ressort, propre à amener et à maintenir de façon stable l'organe mobile dans l'une et l'autre de ses positions extrêmes, et chaque élément à mémoire de forme est propre à écarter l'organe mobile de l'une de ses positions extrêmes, contre l'action de l'élément bistable, et à lui faire franchir une position d'instabilité au-delà de laquelle l'élément bistable l'attire dans l'autre position extrême. - Il comprend en outre des moyens indicateurs de position propres à produire un signal électrique représentant la position réelle de l'organe mobile, des moyens sélecteurs de position propres à produire un signal électrique représentant une position souhaitée de l'organe mobile et des moyens d'excitation propres à comparer les signaux des moyens indicateurs et sélecteurs et à exciter les moyens de chauffage pour chauffer l'un ou l'autre des éléments à mémoire de forme en fonction du résultat de la comparaison. - Les moyens d'excitation ne déclenchent le chauffage de l'un des éléments à mémoire de forme que lorsque la différence entre lesdits signaux, variant dans le sens correspondant, dépasse un seuil, et font cesser le chauffage de l'autre élément à mémoire de forme avant que ladite différence, variant dans le même sens, ait atteint ledit seuil. - Les moyens indicateurs et les moyens sélecteurs comprennent des capteurs de position de type résistif, capacitif ou inductif. - Les moyens indicateurs et les moyens sélecteurs comprennent respectivement deux résistances variables, le curseur de la résistance variable des moyens indicateurs étant relié mécaniquement à l'organe mobile. - Les moyens d'excitation comprennent deux amplificateurs opérationnels qui reçoivent sur leurs entrées logiques, en sens inverse l'un de l'autre, la différence entre lesdits signaux. Les caractéristiques et avantages de 1 invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 à 6 sont des représentations schématiques de différents exemples de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour le déplacement d'un volet pivotant de l'une à l'autre de deux positions stables; - les figures 7 et 8 sont des représentations schématiques de deux exemples de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour le réglage continu de la position d'un volet; et - la figure 9 est un schéma d'un circuit électrique pour l'alimentation du dispositif de la figure 7. Le dispositif illustré schématiquement à la figure 1 est destiné à la commande du mouvement d'un volet 7 faisant partie d' une installation de chauffage/ventilation ou de climatisation de véhicule automobile. Ce volet peut pivoter autour d'un axe 8 entre une première position extrême indiquée en trait plein et définie par une butée 10a, et une seconde position extrême indiquée en trait interrompu et définie par une butée 10b. Un ressort hélicoïdal de traction 9 est tendu entre un point d'attache fixe 5 et un point d'attache 6 situé à l'extrémité libre d'un levier 13 s'étendant radialement à partir de l'axe 8 et solidaire du volet 7. Aux deux positions extrêmes de ce dernier correspondent des positions du point 6 symétriques par rapport au plan P passant par l'axe 8 et par le point 5. Le point 6 parcourt un arc de cercle 12. Le point d'intersection 11 de cet arc et du plan P correspond à une position médiane d'instabilité de part et d'autre de laquelle le ressort 9 sollicite le levier 13, et par suite le volet 7, vers l'une et l'autre respectivement de leurs positions extrêmes. En l'absence de toute action extérieure, le ressort 9 maintient de façon stable le volet 7 contre sa butée 10a ou 10b. Deux autres ressorts de traction hélicoïdaux 1 et 2 sont également tendus entre le point 6 et des points d'attache fixes respectifs 3 et 4. Les ressorts 1 et 2 sont en un alliage à mémoire de forme, connu en soi, qui, au-dessous d'une température de transition Ts, par exemple de l'ordre de 90"C, offre une faible résistance à la déformation élastique, et, au-delà de cette température, tend à reprendre sa forme initiale en exerçant une force de traction élevée. Lorsque le volet est dans la position indiquée en trait plein à la figure 1, le ressort 1 est considérablement allongé, tandis que le ressort 2 ne l'est pratiquement pas. Au-dessous de la température Ts, la faible traction exercée par le ressort 1 ne peut contrebalancer l'action du ressort 9. Lorsqu'on veut écarter le volet de cette position, on amène une tension électrique appropriée entre des bornes 14a et 14b reliées respectivement aux points 6 et 3. Un courant électrique passe alors dans le ressort 1 et échauffe celui-ci au-dessus de la température de transition Ts, de sorte que ce ressort exerce une traction suffisante pour contrebalancer l'action du ressort 9 et amener le levier 13 de sa position de départ jusqu'au-delà de la position d'instabilité 11. A partir de là, les ressorts 1 et 9 agissent conjointement pour amener le levier dans sa position indiquée en trait interrompu. Le ressort 2, qui reste à une température inférieure à Ts, ne s'oppose pas à ce mouvement et subit un allongement élastique. Lorsque le mouvement est terminé, on interrompt l'alimentation électrique du ressort 1. Le mouvement inverse est obtenu, de la même façon, en mettant sous tension la borne 14a et une borne 14c reliée au point 4, faisant ainsi passer un courant électrique dans le ressort 2. Aux figures 2 à 6, les mêmes signes de référence qu'à la figure 1 sont utilisés pour désigner des éléments identiques ou analogues. Le dispositif de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce que les ressorts 1 et 2 sont guidés dans des gaines tubulaires respectivement 15a et 15b incurvées selon des arcs de cercle ayant pour axe l'axe 8 de pivotement du volet 7 et du levier 13. Les ressorts 1 et 2 s'étendent selon des portions complémentaires du plus grand des deux arcs de cercle délimités par les points d'attache 3 et 4. A la figure 3, les ressorts à mémoire de forme 1 et 2 ne s'étendent plus dans un plan perpendiculaire à l'axe 8 du volet 7, comme aux figures 1 et 2, mais selon un axe 12 parallèle à l'axe 8. Le levier 13 est remplacé par un pignon 10b monté rotatif autour de l'axe 12 et engrenant avec un pignon 10a monté sur l'axe 8 de façon à être solidaire en rotation du volet 7. Les ressorts hélicoïdaux 1 et 2 sont disposés à l'intérieur l'un de l'autre. Leur longueur étant maintenue constante, ils exercent un couple sur le pignon 10b auquel ils sont attachés par le point 6a. Ces deux ressorts sont enroulés en sens inverses l'un de l'autre, de sorte que le sens du couple change selon que l'un ou l'autre est excité par le passage du courant. Dans l'exemple représenté, le point d'attache mobile 6b du ressort permanent 9 est placé sur le pignon 10a. Le dispositif de la figure 4 diffère de celui de la figure 3 en ce que les ressorts à mémoire de forme 1 et 2 sont disposés dans le prolongement l'un de l'autre à l'intérieur de l'axe 8 du volet 7, leur point d'attache mobile 6a étant situé sur le volet lui-même à une certaine distance de l'axe 8. Un levier 13 sert à recevoir le point d'attache mobile 6b du ressort permanent 9. Les pignons 10a et 10b n'existent plus. La variante de la figure 5 se différencie du dispositif de la figure 4 en ce que le point d'attache mobile 6a des ressorts à mémoire de forme 1 et 2 est placé, à l'intérieur de l'axe 8, sur une tige 20 orientée transversalement à celui-ci et guidée de façon à se déplacer parallèlement à cet axe. Cette tige traverse une fente 21 en forme de S ménagée dans l'axe 8, de sorte que son déplacement longitudinal, sous l'effet des ressorts 1 et 2, entraîne un pivotement de l'axe et du volet 7. On retrouve à la figure 6 la même disposition qu'à la figure 1 pour le volet 7, l'axe 8 et le ressort 9. Les ressorts à mémoire de forme 1 et 2 sont disposés coaxialement dans un boîtier 17, leurs points d'attache fixes 3 et 4 étant situés respectivement sur deux faces opposées de ce boîtier. Les extrémités mobiles des ressorts 1 et 2 sont attachées respectivement au rebord et au fond d'une pièce en forme de chapeau 16, le ressort 1 étant entièrement à l'extérieur du chapeau et le ressort 2 partiellement à l'intérieur de celui-ci. L'échauffement de ces ressorts a pour effet de déplacer la pièce 16 dans la direction axiale des ressorts, qui est perpendiculaire au plan P. Une bielle 18 relie le fond du chapeau à l'extrémité libre du levier 13 de façon à transformer ce mouvement de translation en un mouvement de pivotement du levier et du volet. Dans tous les exemples décrits ci-dessus, pour éviter un échauffement excessif des ressorts à mémoire de forme, il est possible de limiter la puissance électrique qui les traverse au moyen de multivibrateurs monostables associés à des circuits résistance/capacité. Pour réaliser les multivibrateurs monostables, on peut utiliser par exemple des circuits intégrés du type DM54123 (J) ou du type DM74123 (N) fabriqués par la Société NATIONAL SEMICONDUCTOR. Bien entendu, il est également possible de chauffer les ressorts à mémoire de forme par d'autres moyens, par exemple thermiques, mécaniques, électromagnétiques ou chimiques. Les modes de réalisation décrits précédemment fournissent un actionneur permettant de placer un volet au choix dans deux positions stables, par exemple une position d'ouverture et une position de fermeture d'un trajet d'air. On décrira maintenant des modes de réalisation de l'invention fournissant un servomoteur capable de régler de façon continue la position du volet. A la figure 7, les références 1 à 4, 6 et 14a à 14c désignent des éléments analogues aux éléments correspondants de la figure 1. La référence 30 désigne un levier analogue au levier 13 de la figure 1, solidaire en rotation du volet non représenté à commander, ou un curseur dont le mouvement de translation est transformé par des moyens appropriés en un mouvement de pivotement du volet. On supposera dans la suite qu'il s'agit d'un curseur. Les ressorts 1 et 2 sont alors disposés coaxialement de part et d'autre de leur point d'attache 6 sur le curseur. Celui-ci porte en outre la prise intermédiaire 31a d'une résistance variable 31 ayant également des bornes d'extrémités 31b et 31c. Par ailleurs, une autre résistance variable 32, ayant une prise intermédiaire 32a et des bornes d'extrémités 32b et 32c, est disposée dans le tableau de commande de l'installation de chauffage ou de climatisation, la position de la prise intermédiaire 32a pouvant être réglée manuellement au moyen d'un bouton ou d'un curseur par exemple. Les résistances variables 31 et 32 constituent des exemples de capteurs de position résistifs, capacitifs ou inductifs. On retrouve à la figure 9 les ressorts 1 et 2 et les résistances variables 31 et 32. Les bornes 31c et 32c des deux résistances variables sont reliées au pôle positif UNTT de la batterie d'alimentation du véhicule, par l'intermédiaire d'une résistance R1 et d'un interrupteur I. Les bornes opposées 31b et 32b sont reliées au pôle négatif, c'est-àdire à la masse, par l'intermédiaire d'une résistance R2. La borne 14a est reliée au pôle positif par l'intermédiaire d'une résistance R3. La prise intermédiaire 31a de la résistance 31 est reliée à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel Al et, par l'intermédiaire d'une résistance R4, à l'entrée positive d'un amplificateur opérationnel A2. La prise intermédiaire 32a de la résistance 32 est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel A2 et, par l'intermédiaire d'une résistance R5, à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel Al. Une résistance R6 est montée entre l'entrée positive et la sortie de l'amplificateur Al, et une résistance R7 est montée de la même façon sur l'amplificateur A2. La borne 14b du ressort 1 est reliée à la masse par l'intermédiaire du trajet source-drain S2-D2 d'un transistor MOSFET T2, par exemple du type BUZ11 fabriqué par SGS-THOMSON MICROELECTRONICS, dont la grille G2 est reliée à la sortie de l'amplificateur A2. De même, la source F1, le drain D1 et la grille G1 d'un transistor T1 semblable au transistor T2 sont reliés respectivement à la masse, à la borne 14c du ressort 2 et à la sortie de l'amplificateur Al. Ce dispositif fonctionne de la façon suivante. L'utilisateur règle la valeur de la résistance variable 32, et par conséquent le potentiel de la borne 32a, au moyen d'un organe de sélection tel qu'un bouton rotatif ou un curseur placé sur un tableau de commande. Des symboles peuvent être figurés sur le tableau de commande en regard des différentes positions de l'organe de sélection pour indiquer les fonctions souhaitées. Si le potentiel de la prise intermédiaire 31a de la résistance 31 est différent de celui de la prise 32a, cette différence est appliquée en sens direct aux entrées de l'un des amplificateurs opérationnels Al et A2 et en sens inverse à l'autre. L'un des transistors T1 et T2 est donc rendu conducteur et l'autre bloqué, provoquant le passage d'un courant dans un seul des ressorts 1 et 2, la contraction de celui-ci et le déplacement du curseur 30 et du volet dans le sens correspondant. Ce déplacement a pour effet de diminuer la différence de potentiel entre les bornes 31a et 32a. Lorsque cette différence s'annule, les entrées des deux amplificateurs opérationnels sont privées de tension, les transistors R1 et T2 sont tous deux bloqués et aucun courant ne circule dans les ressorts 1 et 2. Les forces de traction résiduelles éventuelles exercées par ceux-ci, au-dessous de leur température de transition, sont trop faibles pour que leur résultante puisse vaincre les forces de frottement, de sorte que le volet est immobilisé dans une position correspondant à la position de l'organe de sélection. Les ressorts constituent donc un servomoteur permettant de régler en continu la position du volet. En pratique, pour éviter une excitation alternée des ressorts 1 et 2 et un mouvement oscillant du volet par suite de phénomènes d'inertie, les résistances R4 à R7 provoquent un hystérésis dans le fonctionnement des amplificateurs Al et A2, c'est-à-dire qu'il existe pour chacun d'eux une plage de tension d'entrée, au voisinage de la valeur 0, pour laquelle le ressort correspondant n'est pas excité. De plus, les cycles d'hystérésis des deux amplificateurs sont de largeur différente et/ou décalés l'un par rapport à l'autre selon l'axe correspondant à la différence de potentiel entre les bornes 31a et 32a, de telle façon que l'alimentation de l'un des ressorts ne soit déclenchée que lorsque cette différence de potentiel, variant dans le sens correspondant, dépasse un seuil, et que l'alimentation de l'autre ressort cesse avant que cette différence de potentiel, variant dans le même sens, ait atteint ledit seuil. La figure 8 montre une variante du dispositif de la figure 7 dans laquelle les ressorts 1 et 2 sont disposés de la même façon qu'à la figure 2, et font pivoter un levier 13 monté sur l'axe 8 du volet 7. La résistance variable 31 est placée sur l'axe 8, son élément mobile étant solidaire en rotation du volet. Le circuit d'alimentation électrique peut être conforme à la figure 9. Les ressorts à mémoire de forme constituant le servomoteur peuvent également présenter d'autres dispositions que celles décrites, et représentées aux figures 7 et 8, par exemple des dispositions analogues à celles représentées aux figures 3 et à 6. Revendications 1. Dispositif de commande du mouvement d'un organe mobile (7) propre à se déplacer dans un sens et dans l'autre entre deux positions extrêmes, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments à mémoire de forme (1,2) propres à exercer un effort sur l'organe mobile de façon à le déplacer dans ces deux sens respectivement, lorsqu'ils sont portés à une température supérieure à une température de transition, et des moyens de chauffage pour chauffer sélectivement chaque élément à mémoire de forme au-dessus de sa température de transition afin de déplacer l'organe mobile dans le sens correspondant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments à mémoire de forme sont conducteurs de l'électricité et que les moyens de chauffage comprennent des circuits électriques dans lesquels ceux-ci sont insérés et propres à y produire de la chaleur par effet Joule. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments à mémoire de forme sont des ressorts dont la force de rappel augmente brusquement à la température de transition. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments à mémoire de forme sont des ressorts hélicoïdaux dont les deux extrémités sont liées respectivement à l'organe mobile et à des points d'attache fixes (3,4). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ressorts à mémoire de forme, dont les axes s'étendent linéairement, exercent sur l'organe mobile un effort dans leur direction axiale. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ressorts à mémoire de forme, dont les axes s'étendent selon des arcs de cercle coaxiaux, exercent sur l'organe mobile un couple autour de l'axe (8) desdits arcs de cercle. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ressorts à mémoire de forme sont coaxiaux et exercent sur l'organe mobile un couple autour de leur propre axe (12). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément bistable tel qu'un ressort (9), propre à amener et à maintenir de façon stable l'organe mobile (13,7) dans l'une et l'autre de ses positions extrêmes, et en ce que chaque élément à mémoire de forme est propre à écarter l'organe mobile de l'une de ses positions extrêmes, contre l'action de l'élément bistable, et à lui faire franchir une position d'instabilité (11) au-delà de laquelle l'élément bistable l'attire dans l'autre position extrême. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens indicateurs de position (31) propres à produire un signal électrique représentant la position réelle de l'organe mobile, des moyens sélecteurs de position (32) propres à produire un signal électrique représentant une position souhaitée de l'organe mobile et des moyens d'excitation (Al,A2,Tl,T2) propres à comparer les signaux des moyens indicateurs et sélecteurs et à exciter les moyens de chauffage pour chauffer l'un ou l'autre des éléments à mémoire de forme (1,2) en fonction du résultat de la comparaison. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'excitation ne déclenchent le chauffage de l'un des éléments à mémoire de forme que lorsque la différence entre lesdits signaux, variant dans le sens correspondant, dépasse un seuil, et font cesser le chauffage de l'autre élément à mémoire de forme avant que ladite différence, variant dans le même sens, ait atteint ledit seuil. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens indicateurs et les moyens sélecteurs comprennent des capteurs de position de type résistif, capacitif ou inductif. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens indicateurs et les moyens sélecteurs comprennent respectivement deux résistances variables (31,32), le curseur (31a) de la résistance variable des moyens indicateurs (31) étant relié mécaniquement à l'organe mobile. 13. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les moyens d'excitation comprennent deux amplificateurs opérationnels (A1,A2) qui reçoivent sur leurs entrées logiques, en sens inverse l'un de l'autre, la différence entre lesdits signaux.