Brevet FR2799015A1 — publié le 20010330

Procédé et dispositif de commande d'une électrovanne L'invention concerne un procédé ainsi qu'un dispositif de commande d'une électrovanne. Les électrovannes commandées électriquement sont fréquemment utilisées en tant que vannes de contrôle de pression dans la technique. Un domaine d'application particulier de ces électrovannes est celui des installations de freinage des véhicules automobiles, dans lesquelles la pression dans les cylindres de freins de roues est contrôlée par l'activation d'électrovannes. Un exemple d'une telle commande d'une électrovanne est connu par la demande de brevet allemand DE 195 01 760 Ai (Brevet US 5,727,852). Dans ce document, il est décrit une installation de freinage hydraulique, dans laquelle les pressions transmises aux cylindres de freins de roues sont réglées par commande d'au moins une électrovanne en fonction d'une valeur de consigne. En activant cette électrovanne on établit, on maintient ou on relâche la pression dans au moins un frein de roue. La commande de l'électrovanne a lieu dans le cadre d'un circuit de régulation de pression, par le biais duquel une valeur de consigne prédéterminée pour la pression dans le frein de roue est réglée. Un autre procédé, voire un autre dispositif pour commander une vanne de régulation de pression dans une installation de freinage est connu de par la demande de brevet allemand DE 196 54 427 AI1. Dans ce document, pour contrôler la pression dans au moins un frein de roue, dans le cadre d'un circuit de régulation de pression, on commande au moins une vanne de commutation de telle sorte que ladite vanne présente un comportement proportionnel. Il est prévu à cet effet un régulateur de pression qui génère un signal de commande modulé en amplitude d'impulsion pour la vanne, ou une valeur de consigne pour le courant circulant dans la bobine de la vanne, en fonction de l'écart de la pression mesurée dans le voisinage d'un frein de roue par rapport une valeur de consigne prédéfinie. La section d'ouverture de la vanne et avec elle le débit s'écoulant à travers ladite vanne sont règlés en fonction de la valeur du signal de commande. Avec la régulation, on règle une différence de pression donnée à travers la vanne. Le signal de commande modulé en amplitude d'impulsion est choisi de manière à ce qu'un courant moyen correspondant à la section d'ouverture s'installe dans la bobine de la vanne. Dans certaines situations, le réglage d'une très faible différence de pression avec une commande de vanne de ce type s'est avéré délicat, une ouverture spontanée de l'électrovanne sous certaines conditions de fonctionnement ayant été observée. Le but de la présente invention est d'indiquer des dispositions pour commander une électrovanne, à l'aide de laquelle il est possible de régler une différence de pression très faible. Grâce à l'invention, il est possible de régler une différence de pression très faible, cela même dans le cas de vannes qui, au moins dans certaines conditions de fonctionnement avec de faibles différences de pression, s'ouvrent spontanément. Le procédé de commande produisant non pas un courant moyen, mais réglant dans le cadre d'une fréquence prédéfinie un courant qui ferme et ouvre alternativement la vanne, pour régler la petite différence de pression, empêchant l'ouverture spontanée de la vanne. Dans l'éventualité d'une ouverture spontanée de l'électrovanne, celle-ci est aussitôt refermée par l'élévation du courant générée par la fréquence de commande, de sorte que la différence de pression souhaitée est maintenue. De manière avantageuse, la commande est agencée de manière à ce que les zones d'ouverture de la vanne (zones de levée) dans lesquelles une ouverture spontanée de la vanne est attendue soient évitées c'est à dire que le temps de séjour de l'électrovanne dans ces zones soit réduit en déplaçant la vanne au moyen de la commande toujours en dehors de ces zones de levée. L'application du procédé de commande à une électrovanne utilisée dans le cadre de la commande électrique d'une installation de freinage, en particulier pour l'établissement de très faibles pressions de freinage, comme cela est souhaité dans le cadre d'un processus de freinage automatique, est particulièrement avantageuse. D'autres avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre. L'invention sera décrite ci-après en faisant référence aux modes de réalisation représentés sur les dessins. Ceux-ci représentent: figure 1, l'agencement de principe d'une électrovanne; figure 2, les courbes typiques pour plusieurs différences de pression pour une électrovanne donnée; figure 3, sur l'exemple d'un diagramme temps, la commande pour le réglage de faibles différences de pression; figure 4a, régulation de faibles différences de pression par la commande de type connu à modulation d'amplitude d'impulsions en fonction du temps; figure 4b, régulation de faibles différences de pression par le procédé selon la présente invention en fonction du temps; figure 5, un organigramme schématique représentant une forme de réalisation préférée de la commande de vanne selon l'invention. La figure 1 représente de manière schématique une électrovanne, qui comprend un corps , une aiguille de vanne 12, un siège de vanne 14, un premier ressort 16 précontraint dans la direction de l'ouverture de la vanne et un induit de vanne 18 qui, par action électromagnétique, déplace l'induit dans la direction X indiquée sur la figure 1. Les forces qui agissent sur l'induit sont la pression Fpression à la sortie 22 de la vanne, la force du ressort FF agissant dans la direction d'ouverture, ainsi que la force magnétique Fmag agissant dans la direction de fermeture de la vanne. La force magnétique Fmag établit un équilibre stable avec la somme de la force de pression Fpesio,n et de la force du ressort FF. La force magnétique Fmag elle-même est déterminée par le courant circulant dans une des bobines de commande de l'induit 18 et elle est fixée en fonction de la force de pression Fpression souhaitée, par exemple dans le cadre d'un circuit de régulation de pression. Cette pression correspond à une pression différentielle à travers la vanne par rapport à la pression d'entrée, à l'entrée de la vanne 24. Si celle-ci correspond essentiellement à la pression atmosphérique (comme cela est normalement le cas, quand la pédale d'une installation de freinage n'est pas actionnée), la pression Fprejon côté sortie représente la pression différentielle. Les courbes caractéristiques pour les forces d'ouverture et de fermeture en fonction de la levée d'une vanne de ce type sont représentées sur la figure 2 pour plusieurs différences de pression Ap. Avec une commande connue modulée en amplitude d'impulsion, qui règle la vanne en appliquant un courant moyen à la bobine de celle-ci et maintient ainsi l'induit dans une position moyenne, on a un équilibre stable, lorsque la force de fermeture Fmag est supérieure aux forces d'ouverture Fpression + FF. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si les forces d'ouverture sont supérieures aux forces de fermeture, on a un équilibre instable, avec pour conséquence que la vanne, en présence d'une très faible perturbation, s'ouvre de façon non contrôlée. Ceci entraîne la chute de la pression différentielle dans la vanne. La figure 2 montre les courbes des forces d'ouverture (en trait continu) et des forces de fermeture (en trait discontinu) en fonction de la levée X, pour trois pressions différentielles distinctes Apl, Ap2 et Ap3. On voit nettement les points d'intersection (X1, Xl', X2, X2', X3, X3') des droites concernées qui divisent la zone de levée X en des zones stables et des zones instables. Avec de petites pressions différentielles (Apl du domaine stable au domaine instable et s'ouvre de façon brutale. Lorsque la vanne, dans le cadre d'un système de régulation de pression, est commandée au moyen d'un signal modulé en amplitude d'impulsion, conformément à l'état de la technique mentionné en introduction, la fréquence de commande pour la bobine de vanne est généralement choisie inférieure à la fréquence propre de la vanne utilisée et l'amplitude d'impulsion est réglée de manière à obtenir, dans la bobine de vanne, un courant moyen qui règle une position moyenne correspondante de la vanne. Toutefois, les levées de la vanne sont relativement importantes pendant la commande, et la vanne peut ainsi entrer dans le domaine instable. Une ouverture spontanée de la vanne et une chute de la pression différentielle dans la vanne en sont alors la conséquence. La dynamique de la vanne n'est pas prise en compte. La force magnétique réglée n'est pas suffisante dans ce cas pour fermer la vanne. Un exemple d'un tel comportement est représenté à l'aide du diagramme temps de la figure 4a. Dans celui-ci, une pression P prédéterminée (pression différentielle dans la vanne) est réglée, pression qui est abandonnée à l'instant to. Le régulateur de pression abaisse alors de manière essentiellement linéaire la pression différentielle jusqu'à ce que la vanne entre dans des zones instables à l'instant t,. La conséquence est une ouverture brutale de la vanne à l'instant t, et une chute de la pression différentielle dans la vanne, ce qui rend impossible tout réglage de pressions différentielles très petites. Pour éviter un tel comportement, on commande la vanne, au moins dans les plages de levée critiques, de telle sorte que la zone de levée de la vanne pendant une commande soit limitée et qu'ainsi la vanne soit maintenue dans la zone de stabilité. La dynamique de la vanne est prise en compte dans la commande. Un exemple de signal de commande à l'aide duquel cette condition est remplie est représenté sous forme de diagramme temps à la figure 3. Cette figure représente l'évolution en fonction du temps du courant de consigne et du courant réel dans la bobine de la vanne. La courbe représente une période allant de tdébutCycle à. tFinCycle Le signal de commande est formé de deux phases, une phase de retombée et une phase d'écoulement. Le courant de consigne montre un comportement de type à modulation d'amplitude, la durée des phases variant en fonction de la différence de pression à établir. Pour une partie du cycle de commande, le courant de consigne est fixé pour obtenir la différence de pression souhaitée dans la vanne (temps de retombée + temps d'écoulement). Le courant réel, selon l'inductivité, passe d'une valeur relativement élevée à la valeur souhaitée et la vanne parvient à l'état d'équilibre. Elle y est maintenue un certain temps puis, la durée d'écoulement étant écoulée, la vanne reçoit un courant plus élevé et se ferme. Ainsi donc, la vanne n'est maintenue que pendant un temps prédéterminé (temps d'écoulement) dans la zone de régulation de la pression différentielle, après quoi elle est ramenée à des levées plus faibles, afin d'éviter les zones de levées instables. On évite ainsi une ouverture spontanée de la vanne. Le temps de commande avec le courant adapté pour la différence de pression souhaitée doit être suffisamment grand. La phase de retombée doit être suffisamment grande pour que le courant retombe à sa valeur de consigne, tandis que la durée d'écoulement consécutive doit permettre l'écoulement d'un débit suffisant à travers la vanne. La vanne reçoit ensuite un courant plus fort afin de limiter la levée devenue trop grande. En d'autres termes, le courant de consigne fixé pour régler la différence de pression souhaitée est utilisé comme courant de base pour la commande de la vanne. Dans le cadre d'un signal de commande modulé en amplitude d'impulsion, on applique un courant plus fort pendant un temps prédéterminé ( = durée du cycle (temps d'écoulement + temps de retombée) ), lequel courant actionne la vanne dans le sens de la fermeture. La différence de pression se règle en fonction de la valeur du courant de consigne pendant le temps d'écoulement ou en fonction des durées des différents temps de commande. Si la vanne s'ouvre spontanément, l'élévation consécutive du courant de consigne provoque de nouveau la fermeture de la vanne, d'o la possibilité de régler également de faibles différences de pression à l'aide de la commande de la vanne. Le diagramme temps de la figure 4b montre les avantages de ce processus. Celui-ci représente la courbe en fonction du temps, d'une diminution en forme de rampe de la différence de pression; à noter qu'il ne se produit pas d'ouverture spontanée de la vanne et qu'il est possible de régler de très faibles pressions différentielles. Dans l'exemple de réalisation préféré, la vanne est commandée par le programme d'un micro-calculateur qui fait partie d'une unité de commande assurant la commande de l'installation de freinage. Un exemple d'un tel programme est représenté à la figure 5 sous la forme d'un organigramme. Dans l'exemple de réalisation préféré, auquel se rapporte l'organigramme de la figure 5, la vanne est utilisée comme vanne de commande dans une installation de freinage, dans le cadre d'un processus de freinage automatique, de préférence comme vanne de commande contrôlant l'ouverture de la conduite de frein entre le maître-cylindre et des freins de roues. Il est essentiel qu'au début du freinage, ou lors du déclenchement d'une action de freinage, les pressions différentielles réglées soient très faibles, c'est-à-dire que les pressions de freinage soient très faibles. Le programme reproduit de manière schématique à la figure 5 est lancé au moins chaque fois que des pressions différentielles très faibles doivent être réglées par le régulateur de freinage. Après le lancement du programme à des instants prédéterminés, on mémorise à la première étape 100 la valeur prédéterminée de la pression différentielle de consigne Apco,.sige. A l'étape 102 suivante, on détermine la grandeur nécessaire du courant de consigne Iconsigne pour obtenir cette pression différentielle, par exemple sur la base de tableaux, de calculs, de courbes ou de champs caractéristiques, le cas échéant en tenant compte de la pression réelle. Puis à l'étape 104 on délivre le signal de commande à la vanne, le rapport cyclique du signal d'impulsions de commande étant choisi tel que la vanne commandée pendant un certain laps de temps avec le courant de consigne s'ouvre pour une durée d'écoulement prédéterminée et que la pression différentielle souhaitée s'établisse. Par une élévation du courant au-dessus du courant de consigne pendant une durée déterminée, pendant la période de commande, la vanne est commandée dans le sens de la fermeture. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une électrovanne, dans lequel un signal de commande prédéterminé avec au moins une grandeur variable pour la commande de l'électrovanne en fonction d'une pression à régler étant produit, l'électrovanne présentant des zones de levée dans lesquelles il règne un équilibre de forces instable et des zones de levée dans lesquelles l'équilibre des forces est stable, caractérisé en ce qu'on détermine la grandeur variable de telle sorte que la levée de l'électrovanne reste essentiellement en dehors des zones dans lesquelles l'équilibre des forces est instable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commande est un signal à modulation d'amplitude d'impulsion qui module le courant dans la bobine de la vanne. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de commande est prédéterminé de manière à ménager une phase de retombée, à l'intérieur de laquelle le courant chute à la valeur du courant de consigne pour régler la pression prévue ainsi qu'une phase d'écoulement, dans laquelle la vanne est parcourue par le courant de consigne. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de commande, pour une phase de retombée et une phase d'écoulement, prédétermine le courant de consigne aux fins de régler la pression prédéterminée et pour le reste de la période de commande, impose un courant plus élevé qui sollicite la vanne dans le sens de la fermeture. 5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du signal de commande est prédéterminée de telle sorte que la vanne s'ouvre pour un temps d'écoulement donné puis se referme. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur du signal de commande est formée uniquement pour le réglage de faibles pressions différentielles. 7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrovanne est une électrovanne d'une installation de freinage et sert au réglage de la pression de freinage dans au moins un frein de roue. 8. Dispositif pour la commande d'une électrovanne, comprenant une unité de calcul contenant un programme qui forme un signal de commande pour commander l'électrovanne en fonction d'une pression souhaitée, l'électrovanne présentant des zones de levée avec un équilibre de forces stable et des zones de levée avec un équilibre de forces instable, caractérisé en ce qu'au moins une grandeur variable du signal de commande est déterminée de telle sorte que les zones de levée de l'électrovanne avec un équilibre de forces instable soient évitées ou que le temps de séjour de l'électrovanne dans ces zones de levée soit limité.