Brevet FR2834085A1 — publié le 20030627

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la régulation de flux ou de débits de fluides, gazeux ou liquides, circulant par exemple dans une portion de circuit, et a pour objet un procédé de commande et de contrôle d'un dispositif de régulation, ainsi qu'un dispositif de régulation correspondant. On connaît déjà de nombreux dispositifs de régulation dans lesquels le débit d'un fluide est contrôlé par l'intermédiaire d'un élément mobile dont la position détermine la section de passage au niveau dudit dispositif. Toutefois, ces dispositifs connus n'autorisent pas une régulation précise, en particulier pas sur une longue durée, puisqu'ils ne tiennent pas compte de la position réelle de l'élément mobile et/ou qu'ils ne prennent pas en compte les modifications physiques affectant les parties mécaniques desdits dispositifs. Dans ce dernier cas, l'usure de la garniture d'étanchéité de l'élément mobile et/ou de la surface de contact de cet élément mobile entraînera un décalage de la position de fermeture totale du dispositif de régulation, dont il ne sera pas tenu compte. En outre, le vieillissement des matériaux des éléments mécaniques, les possibles déformations et jeux des organes de transmission de mouvement, et les éventuels décalages en position entre les actionneurs et les capteurs de position peuvent éventuellement générer des erreurs de régulation additionnelles. Ces défauts de régulation empêchent une régulation précise du flux, même en cas d'utilisation d'un actionneur de grande précision, et pénalisent notamment les dispositifs réalisant une commande proportionnelle, dans lesquels la position fermée donnée par le capteur ne correspondra plus à un état réel d'obturation totale. Par ailleurs, la majorité des dispositifs de régulation connus ne réalisent aucune vérification, ni surveillance de leur état, qui serait pourtant susceptible de prévenir les risques liés à un défaut ou à un dysfonctionnement majeur, et de garantir leur utilisation dans des conditions normales prédéterminées. La présente invention a pour but de surmonter au moins certaines des limitations précitées et de fournir une régulation précise dans le temps, surtout en cas de mise en oeuvre dans le cadre de cycles de fonctionnement répétés, et accessoirement assortie d'une garantie de fonctionnement dans des conditions répondant au moins à des critères opératoires minimalistes. A cet effet, la présente invention a pour premier objet un procédé de commande et de contrôle d'un dispositif de régulation de la circulation d'un fluide gazeux ou liquide à travers une ouverture ou au niveau d'un passage d'un conduit, au cours d'un cycle de fonctionnement, ledit dispositif comprenant un organe de régulation, tel que par exemple une vanne, associé de manière fonctionnelle à un moyen d'actionnement contrôlé de l'élément mobile dudit organe, à un moyen capteur de la position réelle dudit élément mobile et à un moyen de pilotage relié notamment aux deux moyens précités, ledit moyen de pilotage délivrant un signal de commande audit moyen d'actionnement électrique en fonction notamment d'un signal de consigne et recevant un signal de positionnement de l'élément mobile émis par ledit moyen capteur, caractérisé en ce qu'il consiste, en tout début de cycle de fonctionnement, à effectuer une initialisation du dispositif de régulation en déterminant les positions de fermeture totale et d'ouverture maximale de l'élément mobile, en relevant les signaux correspondants délivrés par le moyen capteur, et en indexant et en paramétrant en conséquence le moyen de pilotage et, ensuite, durant le déroulement consécutif du cycle de fonctionnement, à asservir, de manière continue ou à intervalles réguliers, l'état d'ouverture/de fermeture de l'organe de régulation au signal de consigne, en régulant le signal de commande appliqué en fonction du résultat de la comparaison des indications de positions de l'élément mobile découlant, d'une part, dudit signal de consigne et, d'autre part, du signal délivré par le moyen capteur. L'invention a pour second objet un dispositif de régulation du type précité, caractérisé en ce que ledit moyen de pilotage consiste en une unité de traitement du type microprocesseur, associée notamment à des circuits de mémoire d'entrée/sortie et d'interfaçage et exécutant, pour chaque cycle de fonctionnement, un programme de commande et de contrôle comprenant deux phases consécutives, à savoir, une phase préliminaire d'initialisation des moyens d'actionnement, capteur et de pilotage, et une phase principale consécutive de régulation du signal de commande IN par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement exploitant le résultat de la comparaison du signal de consigne SIGN avec le signal de positionnement OUT, cette dernière phase s'étendant jusqu'à la fin du cycle de fonctionnement. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : La figure 1 est un ordinogramme simplifié montrant l'enchaînement des principales étapes du procédé selon l'invention, et, La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de régulation selon l'invention. Le procédé concerné s'applique à un dispositif 1 de régulation de la circulation d'un fluide gazeux ou liquide à travers une ouverture ou au niveau d'un passage 2 d'un conduit, au cours d'un cycle de fonctionnement. Ce dispositif 1 comprend un organe de régulation 1', tel que par exemple une vanne, associé de manière fonctionnelle à un moyen 3 d'actionnement contrôlé de l'élément mobile 1"dudit organe 1', à un moyen capteur 4 de la position réelle dudit élément mobile 1"et à un moyen de pilotage 5 relié notamment aux deux moyens 3 et 4 précités, ledit moyen de pilotage 5 délivrant un signal de commande IN audit moyen d'actionnement électrique 3 en fonction notamment d'un signal de consigne SIGN et recevant un signal OUT de positionnement de l'élément mobile 1"émis par ledit moyen capteur 4. Conformément à l'invention, ledit procédé consiste principalement, en tout début de cycle de fonctionnement, à effectuer une initialisation du dispositif de régulation 1 en déterminant les positions de fermeture totale et d'ouverture maximale de l'élément mobile 1", en relevant les signaux OUT correspondants délivrés par le moyen capteur 4, et en indexant et en paramétrant en conséquence le moyen de pilotage 5 et, ensuite, durant le déroulement consécutif du cycle de fonctionnement, à asservir, de manière continue ou à intervalles réguliers, l'état d'ouverture/de fermeture de l'organe de régulation l'au signal de consigne SIGN, en régulant le signal de commande IN appliqué en fonction du résultat de la comparaison des indications de positions de l'élément mobile 1"découlant, d'une part, dudit signal de consigne SIGN et, d'autre part, du signal OUT délivré par le moyen capteur 4. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, le signal de positionnement OUT de l'élément mobile 1"en situation de fermeture totale de l'organe de régulation l', délivré par le moyen capteur 4, est relevé en forçant l'élément mobile 1"dans sa position de fermeture totale par l'intermédiaire du moyen d'actionnement 3 électrique, ladite position de fermeture totale étant repérée par l'absence de variation du signal OUT malgré l'application d'un signal IN destiné à générer un déplacement supplémentaire de l'organe mobile 1"dans la direction de fermeture et/ou par une variation anormale de la consommation électrique du moyen d'actionnement, notamment une augmentation sensible du courant consommé. En outre, la position d'ouverture maximale est déterminée en second lieu par déplacement de l'élément mobile 1", à partir de sa position de fermeture totale, jusqu'à une position décalée, indexée mécaniquement, électriquement ou électroniquement, ou le cas échéant correspondant à un flux de passage maximal mesuré. Après avoir relevé les niveaux ou les valeurs des signaux délivrés par le moyen capteur 4, respectivement en position de fermeture totale et d'ouverture maximale, le moyen de pilotage 5 pourra aisément, connaissant les caractéristiques géométriques de l'organe 1 et de l'élément tt 1", établir une relation de correspondance, par exemple de type proportionnel (avec ou sans décalage à l'origine), entre la position réelle dudit élément mobile 1"et le niveau ou la valeur du signal délivré par le moyen capteur 4 (fonction du type de signal). Afin de garantir un fonctionnement fiable du dispositif de régulation 1, le procédé peut également consister, avant la phase d'initialisation, à effectuer des opérations de diagnostic et de vérification des moyens d'actionnement 3, capteur 4 et, le cas échéant, de pilotage 5 et, soit à autoriser l'exécution de la phase d'initialisation en cas d'absence de défaut ou de dysfonctionnement, soit à autoriser le moyen de pilotage à émettre un signal d'avertissement ou d'alarme en cas de détection d'un défaut et/ou d'un dysfonctionnement (avertissement sonore et/ou lumineux de l'utilisateur ou de l'opérateur). Préférentiellement, ces opérations de diagnostic comprendront une pluralité de tests d'alimentation et de fonctionnement du dispositif 1 de régulation, choisies dans le groupe formé par : - la comparaison de la tension d'alimentation à une valeur seuil basse et, le cas échéant, à une valeur seuil haute prédéterminée (s), - la comparaison du niveau du signal de positionnement OUT à une valeur seuil basse et à une valeur seuil haute prédéterminées (détection éventuelle d'un défaut d'alimentation ou positionnement anormal de l'élément mobile l"), - la comparaison du courant consommé, ou de l'augmentation du courant consommé, par le moyen d'actionnement électrique avec une valeur seuil haute (éventuel dysfonctionnement, panne ou défaut), - la détection d'un déplacement de l'élément mobile 1"suite à l'application d'un signal de commande IN ou à une modification de ce dernier (éventuel blocage du moyen 3 ou de l'élément mobile 1"), et, - la comparaison des sens des évolutions du signal de commande IN et du signal de positionnement OUT (éventuel défaut de montage ou de branchement). Les valeurs seuil de comparaison indiquées ci-dessus dépendront bien entendu des caractéristiques de l'alimentation disponible (tension d'alimentation) et des caractéristiques de fonctionnement optimales connues pour les moyens d'actionnement et capteur. En vue de limiter d'avantage encore les risques de mauvais fonctionnement et d'endommagement dudit dispositif de régulation 1, au moins certaines des opérations de diagnostic et de vérification sont répétées, à intervalles réguliers, durant tout le cycle de fonctionnement. Un déroulement typique du procédé de commande et de contrôle durant un cycle de fonctionnement est représenté schématiquement sur la figure 1, les étapes optionnelles de diagnostic initial et de diagnostic partiel répété en cours de cycle, étant indiquées en traits interrompus. Conformément à une application particulièrement avantageuse de l'invention, le cycle de fonctionnement précité correspond à un cycle de fonctionnement d'un véhicule à moteur, s'étendant entre un démarrage et un arrêt consécutif de ce dernier, et en ce que l'organe de régulation 1 est intégré dans un circuit 6 de circulation d'un fluide d'un tel véhicule, les différentes étapes opératoires étant exécutées pour chaque nouveau cycle de fonctionnement. Selon un mode de réalisation préféré, l'organe de régulation 1 fait partie du circuit 6 de refroidissement associé audit moteur. Dans le contexte de mise en oeuvre avantageux indique cidessus, le déroulement des étapes de procédé débutera dès que le contact électrique du véhicule est établi en vue du démarrage, la phase d'initialisation étant achevée avant le démarrage effectif dudit moteur ou au plus tard quelques secondes après ce dernier. Enfin, en accord avec un mode de réalisation pratique préféré de l'invention, aboutissant notamment à une structure peu coûteuse, l'organe de régulation 1 consiste en une vanne à clapet ou à papillon rotatif 1"monté sur un axe 1"', le moyen d'actionnement 3 consistant en un moteur à courant continu et le moyen capteur 4 consistant en un potentiomètre, ces deux derniers moyens étant montés fixes en rotation sur ledit axe 1"'. L'organe de régulation l'pourra, par exemple, présenter une construction telle que décrite et représentée dans la demande de brevet français n 2 805 878 du 1er mars 2000 ou dans la demande de brevet français n 01 15738 du 5 décembre 2001, au nom de la demanderesse. Les contenus de ces deux documents sont incorporés à la présente par référence. La présente invention a également pour objet, comme mentionné précédemment un dispositif de régulation 1 comprenant un organe de régulation l'de la circulation d'un fluide à travers une ouverture ou au niveau d'un passage 2 d'un conduit, un moyen 3 d'actionnement de l'élément mobile 1"dudit organe 1', un moyen 4 capteur détectant la position réelle dudit élément mobile 1"et un moyen de pilotage 5, ce dernier délivrant un signal de commande IN audit moyen d'actionnement 3 en fonction notamment d'un signal de consigne SIGN et recevant un signal OUT de positionnement de l'élément mobile 1"émis par ledit moyen capteur 4. Selon l'invention, ledit moyen de pilotage 5 consiste en une unité de traitement du type microprocesseur, associée notamment à des circuits de mémoire d'entrée/sortie et d'interfaçage et exécutant, pour chaque cycle de fonctionnement, un programme de commande et de contrôle comprenant deux phases consécutives, à savoir, une phase préliminaire d'initialisation des moyens d'actionnement 3, capteur 4 et de pilotage 5, et une phase principale consécutive de régulation du signal de commande IN par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement exploitant le résultat de la comparaison du signal de consigne SIGN avec le signal de positionnement OUT, cette dernière phase s'étendant jusqu'à la fin du cycle de fonctionnement. Ce moyen de pilotage 5 pourra, soit être entièrement dédié à la fonction de régulation et donc de commande du dispositif 1, soit éventuellement assurer également d'autres fonctions, voire commander et contrôler le fonctionnement de tout un ensemble, dont le dispositif ne constitue qu'une partie. Conformément à une caractéristique de l'invention, la boucle d'asservissement comprend un régulateur du type PID présent dans le moyen de pilotage 5 (PID : proportionnel intégral dérivé). Ce dernier pourra être localisé à proximité du dispositif 1 ou intégré dans sa structure, ou être situé à distance et faire partie intégrante d'un système de régulation général. Avantageusement, l'organe de régulation l'consiste en une vanne à papillon rotatif 1"montée sur un axe 1"', le moyen d'actionnement 3 consistant en un moteur à courant continu et le moyen capteur 4 consistant en un potentiomètre, ces deux derniers moyens étant solidaires en rotation dudit axe 1"'. Selon un mode de réalisation préféré, l'organe de régulation l' fait partie du circuit 6 de refroidissement associé au moteur d'un véhicule à moteur thermique ou à combustion interne. Ce dispositif 1 de régulation sera avantageusement apte à mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus et comportera, en outre, des moyens pour la mise en oeuvre des opérations de diagnostic préliminaires et courantes décrites précédemment. Par ailleurs, l'invention concerne également un circuit de circulation de fluide, en particulier liquide, d'un véhicule à moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de régulation du type mentionné ci-dessus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de commande et de contrôle d'un dispositif de régulation de la circulation d'un fluide gazeux ou liquide à travers une ouverture ou au niveau d'un passage d'un conduit, au cours d'un cycle de fonctionnement, ledit dispositif comprenant un organe de régulation, tel que par exemple une vanne, associé de manière fonctionnelle à un moyen d'actionnement contrôlé de l'élément mobile dudit organe, à un moyen capteur de la position réelle dudit élément mobile et à un moyen de pilotage relié notamment aux deux moyens précités, ledit moyen de pilotage délivrant un signal de commande (IN) audit moyen d'actionnement électrique en fonction notamment d'un signal de consigne (SIGN) et recevant un signal (OUT) de positionnement de l'élément mobile émis par ledit moyen capteur, caractérisé en ce qu'il consiste, en tout début de cycle de fonctionnement, à effectuer une initialisation du dispositif de régulation en déterminant les positions de fermeture totale et d'ouverture maximale de l'élément mobile (1"), en relevant les signaux (OUT) correspondants délivrés par le moyen capteur (4), et en indexant et en paramétrant en conséquence le moyen de pilotage (5) et, ensuite, durant le déroulement consécutif du cycle de fonctionnement, à asservir, de manière continue ou à intervalles réguliers, l'état d'ouverture/de fermeture de l'organe de régulation (1') au signal de consigne (SIGN), en régulant le signal de commande (IN) appliqué en fonction du résultat de la comparaison des indications de positions de l'élément mobile (1") découlant, d'une part, dudit signal de consigne (SIGN) et, d'autre part, du signal (OUT) délivré par le moyen capteur (4). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de positionnement (OUT) de l'élément mobile (1") en situation de fermeture totale de l'organe de régulation (1'), délivré par le moyen capteur (4), est relevé en forçant l'élément mobile (1") dans sa position de fermeture totale par l'intermédiaire du moyen d'actionnement (3) électrique, ladite position de fermeture totale étant repérée par l'absence de variation du signal (OUT) malgré l'application d'un signal (IN) destiné à générer un déplacement supplémentaire de l'organe mobile (1") dans la direction de fermeture et/ou par une variation anormale de la consommation électrique du moyen d'actionnement, notamment une augmentation sensible du courant consommé. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la position d'ouverture maximale est déterminée par déplacement de l'élément mobile (1"), à partir de sa position de fermeture totale, jusqu'à une position décalée, indexée mécaniquement, électriquement ou électroniquement ou correspondant à un flux de passage maximal mesuré. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste, avant la phase d'initialisation, à effectuer des opérations de diagnostic et de vérification de l'état des moyens d'actionnement (3), capteur (4) et, le cas échéant, de pilotage (5) et, soit à autoriser l'exécution de la phase d'initialisation en cas d'absence de défaut ou de dysfonctionnement, soit à autoriser le moyen de pilotage à émettre un signal d'avertissement ou d'alarme en cas de détection d'un défaut et/ou d'un dysfonctionnement. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les opérations de diagnostic et de vérification comprennent une pluralité de tests d'alimentation et de fonctionnement du dispositif (1) de régulation, choisies dans le groupe formé par : - la comparaison de la tension d'alimentation à une valeur seuil basse et, le cas échéant, à une valeur seuil haute prédéterminée (s), - la comparaison du niveau du signal de positionnement (OUT) à une valeur seuil basse et à une valeur seuil haute prédéterminées, - la comparaison du courant consommé, ou de l'augmentation du courant consommé, par le moyen d'actionnement électrique avec une valeur seuil haute, - la détection d'un déplacement de l'élément mobile (l") suite à l'application d'un signal de commande (IN) ou à une modification de ce dernier, et, - la comparaison des sens des évolutions du signal de commande (IN) et du signal de positionnement (OUT). 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'au moins certaines des opérations de diagnostic et de vérification sont répétées, à intervalles réguliers, durant tout le cycle de fonctionnement. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cycle de fonctionnement correspond à un cycle de fonctionnement d'un véhicule à moteur, s'étendant entre un démarrage et un arrêt consécutif de ce dernier, et en ce que l'organe de régulation (1) est intégré dans un circuit (6) de circulation d'un fluide d'un tel véhicule, les différentes étapes opératoires étant exécutées pour chaque nouveau cycle de fonctionnement. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de régulation (1) fait partie du circuit (6) de refroidissement associé audit moteur. 9) Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il débute dès que le contact électrique du véhicule est établi en vue du démarrage, la phase d'initialisation étant achevée avant le démarrage effectif dudit moteur ou au plus tard quelques secondes après ce dernier. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe de régulation (1') consiste en une vanne à clapet ou à papillon rotatif (1") monté sur un axe ( !'"), le moyen d'actionnement (3) consistant en un moteur à courant continu et le moyen capteur (4) consistant en un potentiomètre, ces deux derniers moyens étant montés fixes en rotation sur ledit axe ( !'"). 11) Dispositif de régulation comprenant un organe de régulation de la circulation d'un fluide à travers une ouverture ou au niveau d'un passage d'un conduit, un moyen d'actionnement de l'élément mobile dudit organe, un moyen capteur détectant la position réelle dudit élément mobile et un moyen de pilotage, ce dernier délivrant un signal de commande (IN) audit moyen d'actionnement en fonction notamment d'un signal de consigne (SIGN) et recevant un signal (OUT) de positionnement de l'élément mobile émis par ledit moyen capteur, caractérisé en ce que ledit moyen de pilotage (5) consiste en une unité de traitement du type microprocesseur, associée notamment à des circuits de mémoire d'entrée/sortie et d'interfaçage et exécutant, pour chaque cycle de fonctionnement, un programme de commande et de contrôle comprenant deux phases consécutives, à savoir, une phase préliminaire d'initialisation des moyens d'actionnement (3), capteur (4) et de pilotage (5), et une phase principale consécutive de régulation du signal de commande (IN) par l'intermédiaire d'une boucle d'asservissement exploitant le résultat de la comparaison du signal de consigne (SIGN) avec le signal de positionnement (OUT), cette dernière phase s'étendant jusqu'à la fin du cycle de fonctionnement. 12) Dispositif de régulation selon la revendication 11, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement comprend un régulateur du type PID présent dans le moyen de pilotage (5). 13) Dispositif de régulation selon la revendication Il ou la revendication 12, caractérisé en ce que en ce que l'organe de régulation (1') consiste en une vanne à papillon rotatif (1") montée sur un axe ( !'"), le moyen d'actionnement (3) consistant en un moteur à courant continu et le moyen capteur (4) consistant en un potentiomètre, ces deux derniers moyens étant solidaires en rotation dudit axe (1'"). 14) Dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'organe de régulation (1') fait partie du circuit (6) de refroidissement associé au moteur d'un véhicule à moteur thermique ou à combustion interne. 15) Dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 7 à 10. 16) Dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens pour la mise en oeuvre des opérations de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 4 à 6. 17) Circuit de circulation de fluide, en particulier liquide, d'un véhicule à moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de régulation selon l'une quelconque des revendications 11 à 16.