Brevet FR2720257A1 — publié le 19951201

ASPIRATEUR DE POUSSIERES La présente invention se rapporte aux aspirateurs qui comportent un boîtier comprenant un compartiment à poussières logeant un sac à poussières, et un compartiment d'aspiration communiquant avec le compartiment à poussières par un orifice d'écoulement d'air et comportant un groupe moto-ventilateur ; et un tuyau d'aspiration dont l'une des extrémités communique avec le sac à poussières par un orifice de raccordement pratiqué dans le boîtier et dont l'autre extrémité est couplée à un organe suceur présentant une ouverture d'aspiration. Elle concerne, plus précisément, les aspirateurs qui comprennent en outre un dispositif de commande automatique de la puissance du groupe moto-ventilateur, du type comportant des moyens de détection de la nature du sol et des moyens de commande à logique floue. Dans de tels aspirateurs de poussières connus dits à logique floue, les moyens de détection de la nature du sol comportent généralement un capteur de la dépression existant entre le groupe moto-ventilateur et le compartiment à poussières, l'inférence floue étant alors réalisée sur la dépression détectée de manière à commander automatiquement la puissance du groupe moto-ventilateur suivant le résultat de cette inférence floue. Si de tels aspirateurs à logique floue présentent effectivement une bonne régulation automatique de la puissance du groupe motoventilateur grâce à la dépression détectée, leur puissance par contre n'est pas du tout adaptée automatiquement en fonction de la nature du sol rencontré et d'un effort de poussée acceptable pour l'utilisateur, réduisant ainsi notablement l'efficacité de l'aspirateur. En effet, le problème qui se pose réside dans le fait que, sur certains types de revêtement de sol (moquette ou tapis épais), l'accessoire d'aspiration devient trop dur à pousser en raison de la "charge" trop importante due à la dépression qui tend à coller l'accessoire sur la moquette ou tapis, d'où un effort de poussée et une fatigue tout à fait inacceptables pour l'utilisateur. L'invention a en particulier pour but de remédier à ces inconvénients et de réaliser, d'une manière simple et efficace, un aspirateur de poussières à logique floue, du type exposé ci-dessus, dont la puissance du groupe motoventilateur soit adaptée automatiquement en fonction de la nature du sol rencontré tout en offrant à l'utilisateur un effort de poussée de l'organe suceur qui soit parfaitement admissible pour nettoyer dans les meilleures conditions possibles. Selon l'invention, le dispositif de commande automatique comporte en outre des moyens de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur, et les moyens de commande à logique floue sont adaptés à réaliser une inférence floue sur la sortie des moyens de détection de la nature du sol et sur la sortie des moyens de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur de manière à commander la puissance du groupe moto-ventilateur suivant le résultat de ladite inférence. Ainsi, grâce à cette combinaison des moyens de détection de la nature du sol et des moyens de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur, la puissance de l'aspirateur à logique floue et, de manière concomitante, l'effort de déplacement de l'organe suceur - image de la vitesse moyenne détectée dudit organe suceur - sont parfaitement adaptés quelle que soit la nature du sol rencontré. L'invention a également pour but de réaliser une adaptation automatique de la puissance du groupe motoventilateur de l'aspirateur, non seulement en fonction de la nature du sol et de l'effort de déplacement de l'organe suceur exercé par l'utilisateur, mais également en fonction du degré de colmatage du sac à poussières. Ainsi, selon une particularité de l'invention, les moyens de détection de la nature du sol comportent un capteur de la dépression existant entre le groupe motoventilateur et le compartiment à poussières, et le dispositif de commande automatique comporte de plus des moyens permettant de calculer séquentiellement une valeur dite de diaphragme, définie en fonction de l'ouverture d'aspiration de l'organe suceur et représentative de la nature du sol et du degré de colmatage du sac à poussières, au moyen d'un calculateur apte à déterminer successivement : le débit d'air du groupe moto-ventilateur à partir d'une première table de correspondance entre la dépression et la tension de commande du groupe moto-ventilateur ; un paramètre dit aéraulique obtenu à partir d'une seconde table de correspondance entre la dépression et le débit d'air ; et le diaphragme corrélé au paramètre aéraulique précédemment déterminé, l'inférence floue utilisant le diaphragme et la vitesse moyenne de l'organe suceur comme variables d'entrée et élaborant comme variable de commande la tension de commande du groupe motoventilateur, cette tension de commande étant appliquée en contre-réaction aux moyens de calcul du diaphragme. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'un mode particulier pris à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un aspirateur de poussières selon l'invention - la figure 2 est une vue schématique agrandie en coupe longitudinale d'un boîtier de l'aspirateur de la figure 1 - la figure 3 est un schéma bloc d'un dispositif de commande automatique de l'aspirateur de la figure 1 - la figure 4 est une vue schématique agrandie en coupe transversale d'un organe suceur de l'aspirateur de la figure 1 - la figure 5 représente un réseau de caractéristiques de la dépression en fonction du débit d'air pour différentes tensions du groupe moto-ventilateur illustré à la figure 2 - les figures 6, 7 et 8 représentent des courbes des fonctions d'appartenance utilisées dans la commande floue de l'aspirateur et relatives respectivement aux deux variables d'entrée (vitesse, figure 6 et diaphragme, figure 7) et à la variable de commande (tension, figure 8) - la figure 9 représente sous forme d'un tableau une inférence floue des règles de commande transcrites en utilisant les descriptions floues des variables des figures 6, 7 et 8 - les figures 10 et 11 sont des vues analogues respectivement aux figures 6 et 7, dans le cadre d'un exemple numérique - la figure 12 représente sous forme de tableaux, dans le cadre de l'exemple numérique des figures 10 et 11, l'inférence floue utilisant la méthode MIN-MAX ; et - la figure 13 montre, à partir de la courbe de la fonction d'appartenance de la tension de commande illustrée à la figure 8, la détermination de la valeur de la tension de commande résultant de l'inférence floue de la figure 12. Dans l'exemple de réalisation illustré schématiquement à la figure 1, l'aspirateur de poussières 1 dit à logique floue est un aspirateur traîneau qui comprend un boîtier principal 2, deux tubes raccordés d'aspiration, à savoir un tube flexible 3 branché dans un orifice 4 (figure 2) pratiqué à l'avant de la partie supérieure du boîtier 2, et un tube rigide 5 pourvu d'une poignée 6 à touches de commande, ainsi qu'un organe suceur 7 doté de roulettes 8 dont une seule est visible sur la figure 1, raccordé sur l'extrémité libre du tube rigide 5 et présentant une ouverture d'aspiration 9 représentée en pointillés sur la figure 1. Dans un mode d'exécution nullement limitatif illustré à la figure 2, le boîtier 2 de l'aspirateur comporte deux compartiments 11 et 12 séparés l'un de l'autre par une cloison verticale 14 et communiquant l'un avec l'autre par un orifice d'écoulement d'air 15 pratiqué dans la cloison 14, à savoir - un compartiment à poussières 11 logeant un sac à poussières 17 monté amovible, d'une manière connue en soi, en communication avec l'orifice 4 - un compartiment d'aspiration 12 contenant un groupe moto-ventilateur 20 comprenant un moteur 21 et au moins un ventilateur 22, en l'occurrence trois ventilateurs. Sur cette figure 2, on a illustré schématiquement par la référence générale 30 un dispositif de commande automatique de l'aspirateur, agencé dans le compartiment d'aspiration 12 du boîtier 2 et destiné à ajuster automatiquement par logique floue la puissance du groupe motoventilateur 20 de l'aspirateur en fonction des conditions d'utilisation de ce dernier, à savoir : la nature du sol rencontré, le degré de colmatage du sac à poussières 17 et l'effort de poussée exercé par l'utilisateur sur l'organe suceur 7. La figure 3 représente sous forme d'un schéma bloc le dispositif 30 de commande automatique de la puissance du groupe moto-ventilateur de l'aspirateur, conforme à l'invention, que l'on va maintenant décrire. Sur cette figure 3, le dispositif de commande automatique 30 se présente sous la forme générale d'un microcontrôleur 4 bits représenté en 40 par des traits mixtes, qui comprend une horloge interne 41 générant périodiquement, par exemple toutes les 500 millisecondes, un signal d'horloge S, et qui reçoit à ce cadencement, d'une part, une première information, notée De, représentative de la nature du sol rencontré et correspondant à la dépression qui existe entre le groupe moto-ventilateur 20 et le compartiment à poussières 11 de l'aspirateur et qui est recueillie par des moyens 50 de détection de la nature du sol et comportant à cet effet un capteur différentiel, de structure connue en soi (voir figure 2), et d'autre part, une seconde information, notée V, représentative de l'effort de poussée exercé par l'utilisateur sur l'organe suceur 7 et correspondant à la vitesse moyenne de déplacement de l'organe suceur qui est fournie par des moyens 60 montés sur ledit organe suceur 7 et adaptés à détecter la vitesse moyenne de ce dernier. Le microcontrôleur 40, figure 3, élabore en sortie un signal, noté Uc, représentatif de la tension de commande qui est à appliquer au groupe moto-ventilateur 20 (figure 2) pour régler la puissance de ce dernier, par l'intermédiaire d'un organe de commande 70, tel qu'un triac. Dans un mode de réalisation nullement limitatif représenté sur la figure 4, les moyens 60 de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur 7 comportent un capteur à effet Hall 61 placé dans l'organe suceur 7, tangentiellement à l'une des roulettes 8, et une plura lité d'aimants 62, par exemple au nombre de quatre, répartis régulièrement sur la circonférence de ladite roulette 8. La vitesse moyenne de l'organe suceur 7 par rapport au sol est calculée par tout moyen approprié de comptage du nombre d'impulsions créées pendant une durée donnée par passage des aimants 62 devant le capteur à effet Hall 61 ; l'image de cette vitesse moyenne ainsi calculée représente l'effort de déplacement de l'organe suceur 7 sur le sol rencontré. En référence à la figure 3, le microcontrôleur 40 comporte des moyens 42 permettant de calculer périodiquement à partir du signal d'horloge S, une valeur dite de diaphragme équivalent au degré de fermeture de l'orifice d'aspiration 9 de l'organe suceur 7 (figure 1), qui est représentative de la nature du sol rencontré et du degré de colmatage du sac à poussières 17 (figure 2), et dont la détermination sera explicitée par la suite. Ces moyens 42 de calcul du diaphragme présentent une première entrée reliée à un premier filtre numérique 43, connu en soi, destiné à filtrer la dépression De mesurée par le capteur de pression 50, une seconde entrée reliée à un second filtre numérique 44 destiné à filtrer la tension de commande élaborée Uc via une liaison de contre-réaction 45, et constituant en soi une ligne à retard permettant de tenir compte de la propre inertie du groupe moto-ventilateur, et une sortie délivrant le diaphragme calculé, noté Di. Plus précisément, les moyens 42 de calcul du diaphragme sont constitués par un calculateur propre à déterminer successivement - le débit d'air, noté Da (en l/s), du groupe motoventilateur 20 (figure 2) à partir d'une table de correspondance, établie notamment par un abaque du type représenté à la figure 5, entre la dépression De (variant de 0 à 2500 mm à la colonne d'eau) et la tension de commande Uc établie de 120 à 220 Volts - un paramètre dit aéraulique, noté coef. k, qui est caractéristique de la charge aéraulique "vue" par le groupe moto-ventilateur, et qui est obtenu à partir d'une table de correspondance entre la dépression De et le débit d'air Da, conformément à la relation suivante De coef. k k= (Da)2 - le diaphragme Di, exprimé en millimètres, qui est obtenu par corrélation, suivant une équation linéaire approximée par une droite en coordonnées logarithmiques, avec le paramètre coef. k défini ci-dessus. Sur la figure 3, le microcontrôleur 40 comporte de plus une unité 46 de commande à logique floue recevant deux variables d'entrée, à savoir le diaphragme Di et la vitesse moyenne V, filtrée par un filtre numérique 47 connu en soi, de l'organe suceur, et élaborant la variable de commande, en l'occurrence la tension de commande Uc à appliquer au groupe moto-ventilateur de l'aspirateur en vue de régler la puissance de ce dernier en fonction des conditions d'utilisation. Cette unité 46 de commande à logique floue comporte des moyens 46a propres à déterminer, à partir de la fonction d'appartenance relative à la vitesse de l'organe suceur, le degré d'appartenance pour chaque prédicat de la vitesse, des moyens 46b propres à déterminer, à partir de la fonction d'appartenance relative au diaphragme, le degré d'appartenance pour chaque prédicat du diaphragme, un moteur d'inférence floue 46c utilisant par exemple la méthode MIN-MAX et permettant, à partir de l'élaboration des règles de commande et à partir de la fonction d'appartenance relative à la tension de commande Uc, de déterminer le degré d'appartenance pour chaque prédicat de la tension de commande, ainsi que des moyens 46d dits de levée du flou et propres à déterminer la valeur de la tension de commande à appliquer au groupe moto-ventilateur de l'aspirateur. La figure 6 représente la fonction d'appartenance de la vitesse (comprise entre 0 et 2,5 m/s) de l'organe suceur, définie expérimentalement et ayant trois prédicats, à savoir "Lente", "Normale" et "Rapide". La figure 7 représente aussi la fonction d'appartenance du diaphragme (compris entre 0 et 40 mm), définie expérimentalement et ayant quatre prédicats, à savoir "Faible", "Moyen", "Fort" et "Très Fort" . La figure 8 représente également la fonction d'appartenance de la tension de commande (comprise entre 110 et 230 V) du groupe motoventilateur, définie expérimentalement et ayant cinq prédicats, à savoir "Très Faible", "Moyenne", "Assez Forte", "Forte" et "Très Forte". A la figure 9, on a représenté sous forme d'un tableau les règles de commande élaborées à partir d'expériences et transcrites en utilisant les descriptions floues des trois variables, respectivement la vitesse (figure 6), le diaphragme (figure 7) et la tension de commande (figure 8). Ces différentes règles de commande peuvent s'énoncer de la façon suivante, à partir du tableau de la figure 9 - Règle 1 : Si la vitesse est lente et le diaphragme est faible, alors la tension de commande est forte. - Rèqle 2 : Si la vitesse est normale et le diaphragme est faible, alors la tension de commande est très forte. - Règle 3 : Si la vitesse est rapide et le diaphragme est faible, alors la tension de commande est très forte. - Règle 4 : Si la vitesse est lente et le diaphragme est moyen, alors la tension de commande est moyenne. - Règle 5 : Si la vitesse est normale et le diaphragme est moyen, alors la tension de commande est assez forte. - Règle 6 : Si la vitesse est rapide et le diaphragme est moyen, alors la tension de commande est très forte. - Rèqle 7 : Si la vitesse est lente et le diaphragme est fort, alors la tension de commande est très faible. - Règle 8 : Si la vitesse est normale et le diaphragme est fort, alors la tension de commande est moyenne. - Règle 9 : Si la vitesse est rapide et le diaphragme est fort, alors la tension de commande est très forte. - Règle 10 : Si la vitesse est lente et le diaphragme est très fort, alors la tension de commande est moyenne. - Règle 11 : Si la vitesse est normale et le diaphragme est très fort, alors la tension de commande est forte. - Règle 12 : Si la vitesse est rapide et le diaphragme est très fort, alors la tension de commande est très forte. En regard de la figure 3, le fonctionnement du dispositif de commande automatique 30 de l'aspirateur, conforme à l'invention, est le suivant. D'une manière périodique coordonnée par l'horloge 41, les moyens 50 de détection de la nature du sol rencontré délivrent un signal qui est représentatif de la dépression De existant entre le groupe moto-ventilateur 20 et le compartiment à poussières 11 de l'aspirateur (figure 2) et qui est appliqué, après filtrage, aux moyens 42 de calcul du diaphragme Di, tandis que les moyens 60 de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur délivrent un signal qui est représentatif de ladite vitesse moyenne mesurée V et qui est appliqué, après filtrage, à l'une des deux entrées de l'unité 46 de commande à logique floue. Simultanément, le signal représentatif de la tension de commande Uc alimentant le groupe moto-ventilateur de l'aspirateur est appliqué en contre-réaction, via la liaison 45 et après filtrage, aux moyens 42 de calcul du diaphragme Di. Par application du processus de calcul du diaphragme faisant intervenir, comme on l'a décrit plus haut, la détermination du débit d'air du groupe moto-ventilateur, puis la détermination du paramètre aéraulique et enfin la détermination du diaphragme corrélé audit paramètre aéraulique, le calculateur 42 délivre un signal qui est représentatif du diaphragme calculé Di et qui est appliqué à l'autre entrée de l'unité 46 de commande à logique floue. Dans un souci de compréhension, on va maintenant décrire les différentes étapes mises en oeuvre par l'unité 46 de commande floue à l'aide d'un exemple numérique sur la vitesse mesurée V et sur le diaphragme calculé Di, et ce en se reportant aux figures 10 à 13. Ainsi, sur la figure 10, la vitesse mesurée V est égale à 0,7 m/s, ce qui correspond à une vitesse "Lente" avec un degré d'appartenance égal à 0,64, "Normale" avec un degré d'appartenance égal à 0,51, et "Rapide" avec un degré d'appartenance égal à 0. Sur la figure 11, le diaphragme calculé Di est égal à 23 millimètres qui, compte tenu de son calcul suivant le processus utilisé, peut être considéré comme représentatif d'une moquette ou tapis assez épais, avec un sac à poussières peu colmaté. Ce diaphragme calculé Di, figure 11, correspond en fait à un diaphragme "Faible" avec un degré d'appartenance égal à 0, "Moyen" avec un degré d'appartenance égal à 0,42, "Fort" avec un degré d'appartenance égal à 0,9, et "Très fort" avec un degré d'appartenance égal à 0,3. L'inférence floue, représentée à la figure 12, utilise présentement la méthode MIN-MAX qui consiste, en premier lieu, à appliquer les règles de commande précitées (figure 9) en prenant pour chaque couple de degrés d'appartenance relevés pour les différents prédicats de la vitesse et du diaphragme, la valeur minimale (équivalente à un ET logique) de ce couple de degrés d'appartenance, et en second lieu, à déterminer le degré d'appartenance de chaque prédicat de la tension de commande en prenant la valeur maximale des valeurs minimales de chaque prédicat de la tension de commande constituant la conclusion de chaque règle précédemment appliquée. Ainsi, comme inscrit sous forme d'un tableau à la figure 12, après application de la méthode MIN-MAX, la tension de commande a un prédicat "Très Faible" avec un degré d'appartenance égal à 0,64, un prédicat "Moyenne" avec un degré d'appartenance égal à 0,51, un prédicat "Assez Forte" avec un degré d'appartenance égal à 0,42, un prédicat "Forte" avec un degré d'appartenance égal à 0,3, et un prédicat "Très Forte" avec un degré d'appartenance égal à 0. La levée du flou, illustrée à la figure 13, consiste, à partir de la fonction d'appartenance de la ten sion de commande (figure 8) sur laquelle est reporté le degré d'appartenance précédemment déterminé pour chaque prédicat de ladite tension de manière à former une loi de distribution représentée à la figure 13 par les différentes aires hachurées dont l'enveloppe globale est désignée par E, à déterminer la valeur de la tension de commande Uc par exemple par mise en oeuvre de la méthode connue de recherche du centre de gravité de l'aire hachurée globale. Dans l'exemple choisi, figure 13, la tension de commande Uc est égale à 157 volts, et est appliquée au groupe moto-ventilateur, par l'intermédiaire de l'organe de commande 70 (figure 3), de manière à régler la puissance de l'aspirateur pour que l'utilisateur, dans cet exemple, puisse nettoyer la moquette ou tapis du type assez épais, avec un sac à poussières peu colmaté, en exerçant sur l'organe suceur de l'aspirateur un effort de poussée parfaitement acceptable et adapté à ce type de revêtement de sol. REVENDICATIONS 1. Aspirateur de poussières comportant un boîtier (2) comprenant un compartiment à poussières (11) logeant un sac à poussières (17), et un compartiment d'aspiration (12) communiquant avec le compartiment à poussières (11) par un orifice d'écoulement d'air (15) et comportant un groupe moto-ventilateur (20) ; un tuyau d'aspiration (3 et 5) dont l'une des extrémités communique avec le sac à poussières (17) par un orifice de raccordement (4) pratiqué dans le boîtier (2) et dont l'autre extrémité est couplée à un organe suceur (7) présentant une ouverture d'aspiration (9) ; et un dispositif (30) de commande automatique de la puissance du groupe moto-ventilateur (20) comportant des moyens (50) de détection de la nature du sol et des moyens de commande à logique floue (46), caractérisé en ce que le dispositif de commande automatique (30) comporte en outre des moyens (60) de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur (7) , et les moyens de commande à logique floue (46) sont adaptés à réaliser une inférence floue sur la sortie des moyens (50) de détection de la nature du sol et sur la sortie des moyens (60) de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur de manière à commander la puissance du groupe moto-ventilateur (20) suivant le résultat de ladite inférence. 2. Aspirateur de poussières selon la revendication 1, caractérisé ce que les moyens (50) de détection de la nature du sol comportant un capteur de la dépression existant entre le groupe moto-ventilateur (20) et le compartiment à poussières (11), le dispositif de commande automatique (30) comporte de plus des moyens (42) permettant de calculer séquentiellement une valeur dite de diaphragme (Di), définie en fonction de l'ouverture d'aspiration (9) de l'organe suceur et représentative de la nature du sol et du degré de colmatage du sac à poussières (17) au moyen d'un calculateur apte à déterminer successivement : le débit d'air du groupe moto-ventilateur à partir d'une première table de correspondance entre la dépression et la tension de commande du groupe moto-ventilateur ; un paramètre dit aéraulique obtenu à partir d'une seconde table de correspondance entre la dépression et le débit d'air ; et le diaphragme corrélé au paramètre aéraulique précédemment déterminé, l'inférence floue utilisant le diaphragme (Di) et la vitesse moyenne (V) de l'organe suceur (7) comme variables d'entrée et élaborant comme variable de commande la tension de commande (Uc) du groupe moto-ventilateur (20), cette tension de commande étant appliquée en contre-réaction aux moyens (42) de calcul du diaphragme. 3. Aspirateur de poussières selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande automatique (30) comporte de plus des premiers moyens (43) de filtrage d'un signal représentatif de la dépression et appliqué aux moyens (42) de calcul du diaphragme, des deuxièmes moyens (44) de filtrage d'un signal représentatif de la tension de commande et appliqué aux moyens (42) de calcul du diaphragme, et des troisièmes moyens (47) de filtrage d'un signal représentatif de la vitesse moyenne de l'organe suceur et appliqué aux moyens de commande à logique floue (46). 4. Aspirateur de poussières selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (42) de calcul du diaphragme, les moyens de commande à logique floue (46) et les premiers (43), deuxièmes (44) et troisièmes (47) moyens de filtrage sont constitués par un même microcontrôleur (40). 5. Aspirateur de poussières selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe suceur (7) comportant au moins une roulette (8), les moyens (60) de détection de la vitesse moyenne de l'organe suceur comportent au moins un capteur à effet Hall (61) placé dans l'organe suceur (7), tangentiellement à la roulette (8), ladite roulette (8) étant équipée d'une pluralité d'aimants (62) répartis régulièrement sur sa circonférence.