Brevet FR2824788A1 — publié le 20021122

à retard sont formés par des moyens à hystérésis intogrés au régulateur. 1 2824788 La présente invention concerne un dispositif de commande d'un clima- tiseur automatique d'habitacle de véhicule automobile. On conna^'t déjà dans l'état de la technique, des dispositifs de com- mande de climatiseurs automatiques qui utilisent les informations fournies par des capteurs, afin de redéfinir périodiquement les caractéristiques de l'air à injec- ter dans l'habitacle. Ceci permet d'assurer aux passagers un certain niveau de confort thermique, en fonction des conditions climatiques variables rencontrées dans l'environnement (température extérieure, ensoleillement...) et de grandeurs liées à la marche du véhicule (température du liquide de refroidissement du mo teur du véhicule, vitesse du véhicule...). Afin d'atteindre un niveau de confort thermique souhaité dans l'habitacle, on cherche à faire évoluer et à maintenir une grandeur physique, re- présentant le confort dans l'habitacle, vers une valeur cible (qui évolue en fonc- tion des paramètres influençant le confort thermique ressenti par les passagers). Cette grandeur est le plus souvent une température d'air, parfois traitée pour prendre en compte les effets de vitesse d'air, de rayonnement des surfaces ou d'humidité. La loi de commande mise en _uvre par le dispositif de commande du climatiseur a pour but d'agir sur les actionneurs de celui-ci afin d'amener et main- tenir la grandeur de confort mesurée à la valeur cible, qui peut étre redéfinie à chaque instant. La difficulté consiste à amener précisément la grandeur de confort à la valeur cible, avec une dynamique suffisamment rapide, en évitant toutefois de dépasser la valeur cible. Actuellement, les stratégies de commande sont basées sur l'utilisation de répulateurs P.l.D. (Correcteur Proportionnel - Intégral - Dérivé). L'action proportionnelle du régulateur permet d'assurer une bonne dy- namique mais elle ne permet pas d'atteindre précisément la valeur cible. Il est toutefois possible de se rapprocher de cette valeur cible en augmentant le poids de l'action intégrale de celui-ci, mais il y a alors un risque de déstabilisation du système. L'action intégrale permet d'assurer un ralliement parfait à la valeur ci- ble. Mais il est difficile de trouver un niveau d'action intégrale satisfaisant aux dif- férentes conditions d'état du véhicule. 2 2824788 Le problème est essentiellement dû à la dynamique de montée en température de la source chaude (température de liquide de refroidissement du moteur dans le cas d'un véhicule automobile). Cette dynamique est variable sui- vant les situations de vie du véhicule (moteur chaud ou froid). Si le niveau d'action intograle est choisi afin d'obtenir une commande satisfaisante dans le cas du moteur froid, ce même niveau d'action intégrale crée un dépassement au cas o le moteur est chaud. Inversement, si l'action intégrale est réglée de façon optimale dans le cas d'un moteur chaud, alors cette action intégrale donne une dynamique de ral liement à la valeur cible très lente, dans le cas o le moteur est froid. Il est ainsi difficile de définir une action intégrale adaptée à toutes les situations de vie perturbées du véhicule. Les solutions choisies jusqu'à présent pour résoudre ces problèmes, sont les suivantes. Selon une première solution, on utilise une commande par régulateur P.l.D. avec une action intégrale nulle. On a alors des dynamiques rapides, sans dépassement, mais la valeur cible n'est pas atteinte précisément. Selon une seconde solution, on utilise une commande par réqulateur P.l.D. avec une action intégrale non nulle. La valeur de consigne est précisément atteinte mais des dépassements ou des dynamiques lentes apparaissent dans certaines situations de vie du véhicule. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes et consiste à s'affranchir des défauts cités ci-dessus d'une commande PID, en utilisant une commande basée sur des principes différents du réqulateur PID. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande d'un climati seur automatique d' habitacle de véhicu le automobile, du type comportant des moyens de réqulation de la température dans l'habitacle sur une valeur de tem pérature de consigne, à l'aide de moyens de pilotage du climatiseur, caractérisé en ce que les moyens de pilotage comprennent des moyens de modélisation du comportement aéraulique et thermique de i'habitacle du véhicule, pour calculer des informations de commande du climatiseur afin d'obtenir dans l'habitacle la température de consigne établie. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: 3 2824788 - les moyens de pilotage sont reliés en entrée à des moyens d'acquisition de températures relatives à la température de consigne, la tempéra ture dans l'habitacie du véhicule, la température de liquide de refroidissement du moteur du véhicule, la température d'ambiance de l'environnement extérieur du véhicule, et à des moyens de mesure de taux d'ensoleillement; - les moyens de pilotage sont adaptés pour piloter en sortie des ac tionneurs du climatiseur, pour permettre de commander le débit et la température d'air puisé dans l'habitacle par le climatiseur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 représente des courbes de réqulation obtenues par diffé rents types de dispositifs de commande de climatiseur; - la Fig. 2 représente un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande d'un climatiseur automatique d'habitacle de véhicule automobile, suivant l'invention; et - la Fig.3 représente un schéma synoptique plus détaillé du mode de réalisation du dispositif de commande suivant l'invention représenté sur la figure 2. On a représenté sur la figure 1, différents tracés illustrant différents ral liements d'une valeur effective sur une valeur cible A en fonction du niveau d'action intégrale retenu dans un réqulateur PID. Le tracé B illustre un ralliement rapide mais avec dépassement de la vaieur cible, tandis que le tracé C illustre un ralliement correct en temps mais sur une valeur imprécise et que le tracé D illustre un ralliement précis sur la valeur cible mais trop long. Le tracé E illustre un ralliement correct. Le dispositif de commande d'un climatiseur automatique d'habitacle de véhicule automobile selon l'invention est représenté à la figure 2. Ce dispositif comporte des moyens d'acquisition d'informations désignés par la référence gé nérale 1, regroupant différents capteurs d'entrée tels que des capteurs de tempé rature de consigne 2 du dispositif, de température 3 dans l'habitacie du véhicule, de température 4 de liquide de refroidissement du moteur du véhicule, de tempé 4 2824788 rature 5 d'ambiance de l'environnement extérieur du véhicule, et des moyens de mesure de taux d'ensoleillement 6, etc. Les différentes informations issues de ces différents capteurs sont dé- livrées à des moyens de pilotage 7 comprenant des moyens de commande pré dictive 8, adaptés pour piloter un climatiseur 9 et plus particulièrement au moins l'un des actionneurs de celui-ci comme par exemple l'actionneur de mixage d'air chaud / froid 10, I'actionneur de puiseur 11, etc. Les moyens de pilotage 7 comportent des moyens de traitement des entrces 12 et des moyens d'élaboration des commandes 13 des différents ac tionneurs du climatiseur. Les moyens d'élaboration des commandes 13 comportent des moyens de modélisation thermique et aéraulique 14 de l'habitacle du véhicule et les moyens de commande prédictive 8. Les moyens de traitement des entrées 12 sont à la fois reliés aux moyens de modélisation 14 et aux moyens de commande prédictive 8 pour élaborer les commandes du climatiseur. Ainsi, le fonctionnement du dispositif est déclenché dès lors que l'on veut faire fonctionner le climatiseur 9. Les moyens de modélisation thermique et aéraulique 14 permettent d'élaborer une stratégie de commande à une valeur de confort pour l'habitacle grâce aux moyens de commande prédictive 8 qui sont en relation avec le com- portement thermique et aéraulique du véhicule, estimé par le biais de ces moyens de modélisation. La commande du climatiseur est alors élaborée à partir des moyens d'acquisition d'informations 1 (nécessaires à la mesure de grandeurs relatives au confort régnant dans l'habitacle), ainsi que du comportement thermique et acrau- lique de l'habitacle prédit par les moyens de modélisation 14, afin d'amener les grandeurs relatives au confort, aux valeurs souhaitées. Les moyens de commande prédictive 8 sont basés sur l'étude du comportement d'un modèle embarqué dans les moyens d'élaboration des com mandes 13. On fixe un comportement désiré pour la grandeur que l'on cherche à contrôler (la valeur cible à savoir la température dans l'habitacle). 2824788 Ce comportement désiré est appelé " trejectoire de référence ". La lecture inverse du modèle permet de déterminer l'action à appliquer sur le clima- tiseur, qui permet de suivre au mieux, la trajectoire de référence. L'application de cette action (déterminée par le modèle) sur le proces sus, (les actionneurs du climatiseur 9 et en particulier l'actionneur 10 de mixage d'air puisé) engendre un comportement effectif de la valeur de confort dans l' ha bitacl e. Une comparaison entre les comportements prévus (trajectoire de réfé- rence) et les comportements effectivement réalisés permet de prendre en compte, à terme, une prévision de l'écart entre le modèle du comportement ther- mique et aéraulique de l'habitacle du véhicule et le comportement effectif de l'habitacle du véhicule. La grandeur relative au confort thermique peut être principalement fournie par au moins une mesure de température d'air dans l'habitacle. On peut également prendre en compte des paramètres tels que l'ensoleillement, le rayonnement des surfaces ou les vitesses d'air dans l'habitacle, dans l'élaboration de cette grandeur relative au confort régnant dans l'habitacle. Un modèle de l'évolution dynamique de la température d'air dans l'habitacle ou d'une grandeur relative au confort thermique, peut être obtenu à partir des caractéristiques de l'air injecté dans l'habitacle (température, débit et humidité). On pourra, par exemple prendre un modèle thermique et aoraulique tel qu'il est décrit dans le document FR-A-2 779 097. On peut également utiliser un modèle simplifié de la forme: Th.Th + Th = h.Text+ (1-\h) Ts h = UA pCpV = r' UA+pCpQs avec p la masse volumique de l'air. Cp est la capacité de chaleur massique de l'air. V est le volume d'air dans l'habitacle. Qs est le débit d'air injecté dans l'habitacle. UA est le coefficient d'échange thermique moyen entre l'habitacle et l'extérieur. Il dépend notamment de la vitesse du véhicule. 6 2824788 TeX est une mesure de la température extérieure fournie par un cap- teur, après traitement. Ts est la température d'air soufflé dans l'habitacle. Cette grandeur peut provenir d'une mesure ou étre issue d'un calcul d'estimation, prenant en compte les caractéristiques du climatiseur et de ses organes (type de climatiseur, tempé- rature de la source chaude et de la source froide, position de l'actionneur de ges- tion de la température, débit d'air soufflé, température d'air extérieure, position de l'actionneur de recyclage, distribution adoptée). Th est une température d'habitacle qui est estimoe par le modèle et dont on cherche à commander la grandeur mesurée. Dans le cas du modèle simplifié cité ci-dessus, on pourra par exem- ple, calibrer une commande prédictive par un temps de réponse désiré de 180 secondes et un horizon de commande de 33 secondes, en considérant un mo- dèle en évolution indépendante vis-à-vis de celle du processus. Une estimation de l'écart modèle-processus pourra étre donnée par une estimation linéaire. Ainsi, à l'instant n.Tech (ou Tech est le temps d'échantillonnage), on estimera l'écart à la date (n+m).Tech par: é(n+m) =e(n)+m.[ê(n)-ê(n-1)] Les moyens d'élaboration des commandes sont détaillés à la figure 3. Des moyens de modélisation 15 de l'habitacle reçoivent en entrée, des informations 16 issues des moyens d'acquisition décrits précédemment afin de fournir un modèle sous la forme d'une température calculée 17 de l'habitacle. Cette température 17 est un des paramètres d'entrce des moyens de commande prédictive 18 et de moyens de comparaison 19 de la température calculée et d'une température mesurée 20 après passage dans des moyens de traitement 21, pour l'estimation d'écart entre le modèle et le processus effectif. La température mesurée 20 est également une entrée de la com mande prédictive 18, après traitement. La commande prédictive reçoit également en entrée en plus des deux températures d'habitacle, la prédiction d'écart 22 entre les deux températures délivrée par les moyens de comparaison 19, la valeur cible 23, les paramètres du 7 2824788 modèle thermique et aéraulique 24, et les paramètres de réglage de la com- mande prédictive 25. La commande prédictive 18 pilote en sortie la consigne de mixage d'air 26, la consigne de puiseur d'air 27, la consigne de distribution 28, et la consigne de recyclage d'air 29 afin de suivre au mieux la valeur cible, en pilotant les actionneurs du climatiseur. L'invention permet de résoudre certains problèmes qui ne sont pas pris en compte par une commande classique P.l.D., comme la prise en compte des non-linéarités du système à commander, la prise en compte des saturations de la commande, ou encore la possibilité de définir un temps de réponse de convergence. 8 2824788 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'un climatiseur automatique d'habitacle de véhicule automobile, du type comportant des moyens de régulation de la tempé- rature dans l'habitacle sur une valeur de température de consigne, à l'aide de moyens de pilotage (7) du climatiseur (g), caractérisé en ce que les moyens de pilotage (7) comprennent des moyens de modélisation (14) du comportement acraulique et thermique de l'habitacle du véhicule, pour calculer des informations de commande du climatiseur (9) afin d'obtenir dans l'habitacle la température de consigne établie. 2. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que les moyens de pilotage (7) sont reliés en entrée à des moyens d'acquisition (1) de températu res relatives à la température de consigne (2), la température dans l'habitacle (3) du véhicule, la température de liquide de refroidissement (4) du moteur du véhi cule, la température d'ambiance (5) de l'environnement extérieur du véhicule, et à des moyens de mesure de taux d'ensoleillement (6). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (7) sont adaptés pour piloter en sortie des actionneurs du climatiseur (9), pour permettre de commander le déhit et la température d'air puisé dans