Brevet FR2829065A1 — publié le 20030307

La présente invention concerne un système de contrôle de la température dans l'habitacle d'un véhicule automobile. La diffusion des systèmes de climatisation dans le domaine automobile est en augmentation continue, et vraisemblablement très rapidement, ces systèmes seront installés en série sur tous les modèles de véhicules même les plus économiques. Cette évolution du marché provoquera un déplacement de la concurrence de la simple présence/absence d'un système de climatisation aux fonctions qu'un système de climatisation de série proposera. Une première fonction qui augmente indubitablement la valeur perçue d'un système de climatisation est la régulation automatique des conditions climatiques dans l'habitacle. Les conditions environnementales liées aux phénomènes thermiques dans l'habitacle, comme par exemple la vitesse de l'air, la direction et l'intensité du rayonnement solaire, etc., sont en général soumises à des variations très rapides. En outre, la mission moyenne d'un véhicule automobile est normalement inférieure à une heure. Enfin, l'utilisateur perçoit les conditions climatiques qui règnent dans l'habitacle de façon différente au fur et à mesure du temps qui passe. Par exemple, en été, lorsque l'on entre dans l'habitacle chaud d'un véhicule automobile qui a stationné dans une zone ensoleillée, l'utilisateur peut percevoir comme agréable un flux d'air relativement frais qui l'effleure, mais après un court laps de temps, ce flux est perçu comme gênant, et le réchauffement provoqué par le siège et le rayonnement solaire commencent à être ressentis comme source de malaise thermique. Pour ces raisons, un système de climatisation fonctionne rarement, voire jamais, dans des conditions stationnaires. Les systèmes de contrôle automatiques de la climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile ont été développés en analogie avec ceux des systèmes stationnaires, et fonctionnent en tentant de maintenir constante dans l'habitacle la température ou une autre grandeur liée à celle-ci, par exemple ladite température équivalente. Toutefois, étant donné l'extrême variabilité des conditions extérieures et les limitations du nombre de capteurs et d'actionneurs disponibles, il s'avère rarement possible, dans une mission réelle, de maintenir constante la sensation thermique perçue par l'utilisation, de sorte que l'on demande à l'utilisateur des ajustements périodiques, ou bien des réglages périodiques de la température souhaitée ou température-objectif. Les systèmes de contrôle automatique de la température dans l'habitacle actuellement utilisés comprennent un nombre variable de capteurs, selon le niveau de sophistication du contrôle. Le recours à un nombre élevé de capteurs ne permet de toutes façons pas d'assurer un réglage automatique qui n'exige jamais l'intervention de l'utilisateur, comme c'est par contre le cas pour les systèmes stationnaires. En outre, un nombre élevé de capteurs peut provoquer des problèmes techniques de fiabilité, et implique évidemment des coûts non négligeables. La réalisation d'un système de contrôle automatique optimal des conditions climatiques qui exige rarement, voire jamais, l'intervention de l'utilisateur implique le recours à un nombre non négligeable de capteurs et l'adoption de logiques de contrôle et d'algorithmes très sophistiqués. Les coûts qui en résultent empêchent en fait son adoption à bord de véhicules automobiles de catégorie moyenne ou économique. La présente invention se réfère en particulier à un système de contrôle de la température dans l'habitacle d'un véhicule automobile, comprenant des dispositifs de réglage pouvant être actionnés par un utilisateur pour régler la température de l'air souhaitée dans l'habitacle, ou la température-objectif, un groupe de chauffage, ventilation et de conditionnement d'air et une unité électronique de traitement et contrôle, raccordée à ces dispositifs de réglage et prévue pour piloter le fonctionnement de ce groupe selon des modalités préétablies en fonction de la différence entre la température-objectif réglée et la température instantanée de l'air dans l'habitacle. Dans les systèmes selon la technique antérieure, la température instantanée de l'air dans l'habitacle est relevée au moyen d'un ou plusieurs capteurs ad hoc connectés à l'unité électronique de traitement et de contrôle. Le but de la présente invention consiste à réaliser un système de contrôle de la température en particulier pour des véhicules automobiles de catégorie moyenne ou économique, qui soit donc réalisable de façon simple et économique et qui présente de toutes façons une fiabilité élevée de fonctionnement. Ce but ainsi que d'autres sont atteints, selon l'invention, avec un système de contrôle de la température du type spécifié ci-dessus, caractérisé par le fait qu'à ladite unité de traitement et de contrôle, est associé un générateur de signaux d'horloge, et que ladite unité est conçue pour mémoriser l'évolution dans le temps de la température-objectif réglée par l'utilisateur, et pour prendre, à chaque activation, une valeur initiale de température de l'air dans l'habitacle déterminée de façon préfixée, et pour calculer ensuite la température de l'air dans l'habitacle de façon prédéterminée en fonction de l'évolution dans le temps mémorisée de la températureobjectif réglée par l'utilisateur. Dans le système de contrôle selon l'invention, la température de l'air à l'intérieur de l'habitacle n'est pas relevée par des capteurs ad hoc, mais est calculée. Cela s'effectue en particulier, en tenant compte des corrections ou des réglages de la température-objectif établis par l'utilisateur. Si l'utilisateur, après avoir réglé une température-objectif égale à 20 C, déplace ensuite la température-objectif à 22 C, cela signifie qu'il a froid, et que la température estimée de l'air dans l'habitacle est supérieure à la température réelle et donc cette estimation doit être réalignée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée suivante, effectuée à simple titre d'exemple non limitatif, en se référant au schéma joint dans lequel est schématiquement illustré un système de contrôle de la température dans l'habitacle d'un véhicule automobile selon l'invention. La figure unique indique globalement un système de contrôle de la température dans l'habitacle A d'un véhicule automobile. Ce système comprend un groupe HVAC de chauffage, ventilation et conditionnement d'air. De façon connue en soi, ce groupe comprend une enveloppe de support 2 dans laquelle sont définis une première et une seconde entrée 3,4 pour l'air provenant de l'extérieur pendant le fonctionnement et respectivement de l'intérieur de l'habitacle A. L'enveloppe de support 2 du groupe HVAC présente en outre plusieurs sorties, comme celles indiquées par 5,6 et 7, pour l'émission vers l'habitacle A de l'air traité dans le groupe. Dans le mode de réalisation illustré schématiquement et à titre d'exemple, l'ouverture 5 est destinée à envoyer un flux d'air vers la surface intérieure du pare-brise W du véhicule, l'ouverture 6 est destinée au passage d'un flux d'air dirigé vers la partie moyenne-élevée de l'habitacle A, tandis que l'ouverture 7 est destinée à envoyer un flux d'air traité vers la région inférieure de l'habitacle. Aux ouvertures de sortie 5, 6 et 7 sont associés des volets respectifs, indiqués par 5a, 6a et 7a, qui permettent de contrôler le flux de l'air traité à travers les ouvertures associées. Un autre volet 8a qui peut être motorisé, permet d'accoupler sélectivement l'entrée 3 pour l'air extérieur ou bien l'entrée 4 pour l'air intérieur avec une région 9 définie dans l'enveloppe de support 2, dans laquelle se trouve un ventilateur électrique 10 qui comprend une turbine à palettes 11 et un moteur électrique d'actionnement 12. Ce ventilateur électrique, quand il est actionné, permet de provoquer, à travers le groupe GVAC, un flux d'air entre l'entrée 3 ou bien l'entrée 4 et une ou plusieurs des sorties 5-7. Dans l'enveloppe 2 du groupe, en aval du ventilateur électrique 10, se trouvent un premier et un second échangeur de chaleur indiqués par 13 et 14. L'échangeur de chaleur 13 est généralement l'évaporateur d'une installation réfrigérante de type connu en soi, comprenant un moto-compresseur 15. L'échangeur de chaleur 14 est généralement de type liquide/air, et peut être inséré dans le circuit de refroidissement à liquide du moteur à combustion interne du véhicule automobile, de façon contrôlée à travers une électrovanne 16. Par 17, on indique dans le dessin un autre volet motorisé ayant une fonction de mélangeur de flux dont la position permet de contrôler le degré d'accouplement des sorties 5-7 avec l'évaporateur 13 et le réchauffeur 14. Par ECU, on indique une unité électronique de traitement et de contrôle, réalisée par exemple en utilisant un micro-processeur. Cette unité est conçue pour contrôler, selon des modalités préétablies, le fonctionnement du groupe HVAC, du compresseur 15 et de l'électrovanne 16. L'unité ECU est en particulier conçue pour contrôler le fonctionnement du ventilateur électrique 10, le positionnement du volet 8a et du volet mélangeur 17, le fonctionnement du compresseur 15 de l'électrovanne 16 afin d'obtenir dans l'habitacle A une température de l'air tendant vers la valeur souhaitée de température ou température-obj ectif Tset. La température-objectif Tset est établie par l'utilisateur au moyen d'un dispositif ad hoc, raccordé à l'unité ECU et indiqué par 20 dans le dessin. Comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, l'unité électronique de traitement et de contrôle ECU est prévue pour piloter le fonctionnement du groupe HVAC selon des modalités préétablies, en fonction de la différence entre la température-objectif Tset établie, et la température instantanée T de l'air dans l'habitacle A. A la différence des systèmes de contrôle selon la technique antérieure, la température instantanée T de la zone dans l'habitacle n'est pas relevée au moyen d'un ou plusieurs capteurs, mais est bien calculée par l'unité ECU de la façon qui sera à présent décrite. A l'unité de traitement et de contrôle ECU est associé un générateur de signaux d'horloge (clock) CL, qui peut être constitué de l'horloge interne propre à cette unité. L'unité ECU est conçue pour mémoriser l'évolution dans le temps de la température-objectif Tset réglée par l'utilisateur. A chaque activation du système, l'unité ECU prend une valeur initiale To de température de l'air dans l'habitacle A, déterminée de façon préfixée. L'unité ECU calcule donc la température instantanée T dans l'air de l'habitacle A de façon prédéterminée, par exemple de la façon décrite ci-après, et ce, en fonction de l'évolution dans le temps mémorisée de la température-objectif établie par l'utilisateur. Le calcul de la température instantanée T dans l'air de l'habitacle peut s'effectuer par exemple en résolvant l'équation différentielle suivante : dans laquelle C est la capacité thermique de l'habitacle A T est la température instantanée de l'air dans l'habitacle A, t est le temps, h est la conductibilité thermique de l'habitacle A, déductible expérimentalement, v est la vitesse de déplacement du véhicule automobile, Text est la température de l'air à l'extérieur de l'habitacle, PAc est la puissance thermique introduite dans l'habitacle A par le groupe HVAC, m est le débit d'air qui est introduit du groupe HVAC dans l'habitacle A, Ca est la chaleur spécifique de l'air, R est une variable à deux états qui indique la condition du circuit de recyclage de l'air (R=0/l signifie que l'entrée 4 du groupe HVAC est ouverte/fermée et par conséquent, l'entrée 3 est fermée/ouverte) et Pd indique cumulativement la puissance thermique introduite dans l'habitacle A par l'effet du rayonnement solaire et de la puissance thermique émise dans l'habitacle par les occupants. En utilisant l'évolution dans le temps mémorisée de la température-objectif Tset établie par l'utilisateur, la puissance Pd correspondant au rayonnement solaire et à la puissance due par les occupants peut être globalement considérée comme une gêne, et la température T de l'air dans l'habitacle peut être calculée avec l'équation cidessus. Dans ce but, l'unité ECU reçoit un signal indicatif de la température Text de l'air à l'extérieur de l'habitacle par un autre dispositif ou système installé à bord du véhicule automobile (et non représenté dans le dessin), dans lequel cette opération est disponible opérationnellement. L'information sur la température de l'air à l'extérieur de l'habitacle peut être obtenue par exemple par l'unité électronique de contrôle du moteur à combustion interne du véhicule automobile. Si le véhicule automobile est muni d'un réseau de communication, par exemple un réseau CAN, l'information sur la température Text peut être acquise à partir de l'unité ECU à travers ledit réseau. Selon une autre possibilité, si l'installation réfrigérante associée au groupe HVAC inclut un capteur linéaire de pression, l'information sur la température extérieure Text peut provenir de l'indication fournie par ce capteur quand l'installation réfrigérante est éteinte ; tandis que cette installation est en fonction, l'information sur la température Text peut être obtenue périodiquement, en désactivant momentanément le compresseur. De façon analogue, l'information sur la vitesse de déplacement v du véhicule automobile peut être fournie à l'unité ECU par un autre dispositif ou système installé à bord du véhicule automobile ou dans lequel cette information ou signal est disponible de façon opérationnelle. Aux fins de la résolution de l'équation (1) indiquée ci-dessus, l'unité ECU peut être prévue pour calculer la puissance thermique PAc introduite dans l'habitacle par le groupe HVAC selon la relation suivante : dans laquelle Tout est la température de l'air traité introduit dans l'habitacle à travers les ouvertures ou bouches 5-7 et Tin est la température de l'air qui entre dans le groupe HVAC et qui est égale à la température T si la fonction de recyclage est active (entrée 3 fermée, entrée 4 ouverte) et qui est égale à la température Text si le groupe HVAC reçoit en entrée de l'air extérieur (entrée 3 ouverte, entrée 4 fermée). La température Tout de l'air traité introduit dans l'habitacle A peut être calculée de la façon suivante où X est un paramètre variable entre 0 et 1, qui indique la position instantanée du volet mélangeur 17, Toe est la température de l'air à la sortie de l'évaporateur 13 et Toh est la température de l'air à la sortie du réchauffeur 14. A leur tour, les températures Toe et Toh peuvent être exprimées sous les formes suivantes : où he et hh sont les coefficients d'échange thermique de l'évaporateur 13 et, respectivement, du réchauffeur 14, Th2o est la température de l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne et Te est la température d'évaporation. Dans le modèle mathématique exprimé par les relations précédentes, on considère que la chaleur latente de condensation n'a pas d'influence, étant donné que la gestion automatique du recyclage de l'air permet de supposer que l'air traité est toujours à faible teneur en humidité La température de l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne TH20 au régime peut être considérée comme constante, et égale par exemple à 900C Dans des conditions de régime, la température d'évaporation peut être considérée également comme constante, et égale par exemple à 5 C. En mettant en application les équations ci-dessus et en utilisant comme donnée d'entrée l'évolution dans le temps des ajustements de la température-objectif Tset effectués par l'utilisateur, il est possible de mettre en oeuvre un contrôle automatique de la climatisation, qui permet une gestion intelligente des actionneurs, en réalisant une bonne simulation d'un système automatique plus sophistiqué. En ce qui concerne l'initialisation du système au moment de sa mise en fonction, pour l'acquisition initiale d'une valeur de la température de l'air To dans l'habitacle et/ou de la température de l'air Text à l'extérieur de l'habitacle, on peut, en alternative aux solutions précédemment décrites, suggérer d'intégrer dans l'unité de traitement et de contrôle ECU, un capteur de température. L'information fournie par un tel capteur est certainement gênée par la chaleur développée par l'électronique et conditionnée par le fait que cette unité est destinée à être vraisemblablement située dans une zone protégée par le tableau de bord. D'ailleurs, en phase d'initialisation, il est nécessaire que l'unité ECU détermine simplement s'il faut mettre en oeuvre un réchauffement ou un rafraîchissement et dans ce but, un capteur de température intégré dans ladite unité peut représenter peut-être la solution la plus simple. Naturellement, tout en maintenant le principe de l'invention, les formes de mise en application et les détails de réalisation pourront être largement modifiés par rapport à ce qui a été décrit et illustré, à simple titre d'exemple non limitatif, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle de la température dans l'habitacle (A) d'un véhicule automobile comprenant : des systèmes de réglage (20) pouvant être actionnés par un utilisateur pour régler la température de l'air (Tset) désirée dans l'habitacle (A) ou températureobjectif, un groupe de chauffage, ventilation et conditionnement d'air (HVAC) et une unité électronique de traitement et de contrôle (ECU), raccordée auxdits dispositifs de réglage (20) et conçue pour piloter le fonctionnement dudit groupe (HVAC) selon des modalités préétablies en fonction de la différence entre la température-objectif (Tset) établie et la température instantanée (T) de l'air dans l'habitacle (A), le système étant caractérisé en ce qu'à ladite unité de traitement et contrôle (ECU) est associé un générateur de signaux d'horloge (CL) et que ladite unité (ECU) est conçue pour : mémoriser l'évolution dans le temps de la température-objectif (Tset) établie par l'utilisateur et pour prendre, à chaque activation du système (1), une valeur initiale de température de l'air (To) dans l'habitacle (A) déterminée de façon préfixée, et pour calculer ensuite la température de l'air (T) dans l'habitacle (A) d'une façon prédéterminée, en fonction de l'évolution dans le temps mémorisée de la température objectif (Tset) réglée par l'utilisateur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de traitement et contrôle (ECU) est conçue pour calculer la température de l'air (T) dans l'habitacle (A) selon les modalités préétablies en fonction de la température de l'air (Text) à l'extérieur de l'habitacle (A) indiquée par un signal de température fourni à ladite unité (ECU). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de traitement (ECU) est raccordée à un autre dispositif ou système installé sur le véhicule automobile, et dans lequel un signal indicatif de la température de l'air (Text) à l'extérieur du véhicule automobile est disponible opérationnellement 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour la détermination de la valeur initiale To de la température de l'air dans l'habitacle, un capteur de température est intégré dans ladite unité de traitement de contrôle (ECU). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite unité de traitement et contrôle (ECU) est conçue pour calculer la température (T) de l'air dans l'habitacle (A) selon des modalités préétablies en fonction de la vitesse de déplacement (V) du véhicule, indiquée par un signal de vitesse fourni à ladite unité (ECU). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'unité de traitement et contrôle (ECU) est raccordée à un autre dispositif ou système installé sur le véhicule automobile, et dans lequel est disposé de façon opérationnelle un signal indicatif de la vitesse de déplacement (v) du véhicule automobile.