Brevet FR2862912A1 — publié le 20050603

Procédé de commande d'un système de chauffage et climatisation de véhicule automobile et dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. La présente invention concerne les systèmes de chauffage et climatisation de véhicule automobile régulés, et plus particulièrement un procédé de commande d'un système de chauffage et climatisation, ainsi qu'un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé. Les systèmes de chauffage et climatisation comprennent généralement des moyens d'admission d'air, des moyens de traitement de l'air comprenant un aérotherme pour chauffer l'air admis, un évaporateur pour refroidir l'air admis, et des moyens pour pulser l'air traité dans un habitacle, afin de chauffer ou de refroidir ce dernier. Des moyens de régulation et de commande agissent sur les éléments du système de chauffage et climatisation, par exemple en fonction d'une température extérieure, d'une température d'habitacle, d'une température d'aérotherme, d'une température d'évaporateur, ou d'un niveau d'ensoleillement, afin de maintenir une température déterminée dans l'habitacle, en fonction d'une température de consigne requise par les occupants. La température d'habitacle est une information importante pour la régulation car elle correspond à la sensation perçue par les occupants. Une sonde de température est souvent disposée dans l'habitacle, et une régulation est effectuée en comparant une température de consigne et une température d'habitacle fournie par la sonde. Néanmoins, les mesures de température d'habitacle sont difficiles à réaliser. En effet, la sonde disposée dans l'habitacle ne mesure en fait que la température à proximité de la sonde et des variations de températures peuvent exister entre différentes zones de l'habitacle. Par ailleurs, la sonde de température d'habitacle est généralement placée sur un support qui est un habillage intérieur de l'habitacle, réalisé le plus souvent en matériau plastique. Or de tels supports possèdent une inertie thermique importante et la température du support diffère de la température d'habitacle, ce qui influence et fausse les mesures réalisées par la sonde, et perturbe la régulation du système de chauffage et climatisation. Afin de limiter les perturbations d'une sonde de température d'habitacle, on a proposé des sondes isolées et ventilées disposées dans un flux d'air provenant de l'habitacle, pour obtenir des mesures plus justes de la température d'habitacle. Un flux d'air est généré par aspiration, par un ensemble de conduites provoquant un appel d'air, ou par un ventilateur. On pourra se référer par exemple aux documents DE 4 142 648, JP 60 042 111 et FR 2 644 583. Néanmoins, les systèmes de ventilation ne sont pas satisfaisants, car ils présentent des inconvénients, en termes de surcoût, de fiabilité, et d'efficacité, notamment dans le cas de ventilation par aspiration ou appel d'air, ou encore en termes de durée de vie et de nuisance sonore, notamment dans le cas d'un ventilateur dédié. Le document US 2002/0048308 propose un dispositif de sonde non ventilée comprenant une sonde de température disposée derrière une paroi de l'habitacle et un conducteur de chaleur traversant la paroi de façon à être sensible à la température régnant à proximité de la paroi dans l'habitacle, le conducteur étant couplé thermiquement au capteur et destiné à augmenter un flux thermique entre l'habitacle et la sonde. Ce document prévoit en outre de réaliser des corrections de la mesure réalisée par la sonde. Toutefois, un tel dispositif ne donne pas satisfaction, car il est compliqué et coûteux. En effet, il nécessite un support et un conducteur de chaleur supplémentaire ainsi que des moyens de correction. Un but de la présente invention est de proposer un procédé de commande d'un système de chauffage et climatisation permettant de s'affranchir de l'influence thermique d'éléments de l'habitacle sur une sonde de température, et pouvant être mise en oeuvre à l'aide d'un dispositif simple, fiable, de coût de fabrication faible, et ne provoquant pas de nuisances. Dans un tel procédé de commande d'un système de chauffage et climatisation pour véhicule automobile, on estime une température d'habitacle en fonction de l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation et du signal de température intérieure fourni par une sonde fournissant un signal de température intérieure représentatif de la température régnant dans l'habitacle du véhicule, et on commande le système de chauffage et climatisation en fonction de la consigne et de la température d'habitacle. Par température intérieure , on entend la température qui peut être déduite d'un signal fourni par la sonde disposée dans ou à proximité de l'habitacle et qui correspond à le température dans une région de l'habitacle entourant la sonde, et par température d'habitacle , on entend une température représentative de la perception qu'un occupant peut avoir de la température dans l'habitacle, par exemple une température moyenne dans l'habitacle dans son ensemble, dans une région d'occupants avant ou une région d'occupants arrière de l'habitacle. L'énergie thermique reçue par l'habitacle est fournie, d'une part par le système de chauffage et climatisation et, d'autre part par les autres sources de chaleurs que sont les occupants eux-mêmes, le soleil, les éléments de structure et d'habillage de l'habitacle, un ensemble d'entraînement et de transmission du véhicule comprenant un moteur, ou des actionneurs embarqués du véhicule. La température d'habitacle est estimée en tenant compte directement d'une partie des apports d'énergie, ceux du système de chauffage et climatisation. L'apport d'énergie par le système de chauffage et climatisation peut être un apport de calories ou de frigories et dépend principalement d'un débit d'air pulsé et d'une température d'air pulsé, qui peuvent être mesurés ou estimés de façon simple et fiable en fonction de différents paramètres de fonctionnement du système de chauffage et climatisation. L'influence d'éventuelles erreurs dans la température intérieure indiquée par la sonde est diminuée. L'estimation de la température d'habitacle est améliorée, ainsi que la régulation du système de chauffage et climatisation. La sonde intérieure, sensible à toutes les sources d'énergie thermique, sert d'indicateur complémentaire des apports des différentes sources d'énergie et permet par comparaison avec l'énergie apportée par le système de chauffage et climatisation de déduire un apport d'énergie des autres sources d'énergie thermique. Dans un mode de mise en oeuvre, on estime une température intérieure qui devrait être indiquée par la sonde en fonction de l'apport d'énergie thermique du système de chauffage et climatisation, et on détermine une température d'habitacle en fonction d'un écart entre la température intérieure estimée et la température intérieure indiquée par la sonde. La température intérieure indiquée par la sonde est dans ce cas utilisée comme valeur relative par rapport à la température intérieure estimée. L'influence d'une erreur dans la mesure de la sonde est diminuée. On pourra avantageusement estimer une température d'habitacle, ou une température intérieure, en fonction d'une température d'air pulsé ou soufflé par un système de chauffage et climatisation. Les échanges thermiques dans l'habitacle dépendant d'une température extérieure, on estime avantageusement une température intérieure ou une température d'habitacle en fonction d'une température extérieure. On peut avantageusement estimer une température d'habitacle comme une fonction linéaire d'une température extérieure, d'une température intérieure indiquée par la sonde de température, et d'une température d'air soufflé par le système de chauffage et climatisation. Dans un mode de mise en oeuvre, on estime une première température d'habitacle et une température intérieure en fonction d'un apport d'énergie thermique par le système de chauffage et climatisation, et on détermine une seconde température d'habitacle en fonction de la première température d'habitacle, de la température intérieure estimée et de la température intérieure indiquée par la sonde, et plus particulièrement en fonction d'un écart entre la température intérieure estimée et la température intérieure indiquée par la sonde. L'invention concerne également un dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon un aspect de l'invention, comprenant au moins une sonde fournissant un signal de température intérieure représentatif de la température régnant dans l'habitacle d'un véhicule, et une unité de commande du système de chauffage et climatisation comprenant un module d'estimation d'une température d'habitacle en fonction d'un apport d'énergie thermique du système de chauffage et climatisation et d'une température intérieure indiquée par la sonde, et des moyens de commande du système de chauffage et climatisation en fonction d'une consigne et de la température d'habitacle. L'invention concerne encore un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif de commande d'un système de chauffage et de climatisation. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de commande selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de commande selon un second mode de réalisation. Sur la figure 1, un dispositif de commande conforme à l'invention, référencé 1 dans son ensemble, est utilisé pour commander un système de chauffage et climatisation représenté de façon schématique et référencé 2, apte à traiter de l'air admis pour le pulser dans un habitacle 3 limité de façon schématique par un paroi 4, de façon à réguler ou maintenir dans ledit habitacle 3 une température déterminée en fonction d'une consigne. Le système de chauffage et climatisation 2 comprend de façon connue en soi une prise d'air pour prélever de l'air à l'extérieur du véhicule, des moyens de traitement de l'air comprenant généralement un aérotherme ou radiateur destiné à chauffer de l'air admis, et un évaporateur dans lequel circule un fluide frigorifique et destiné à refroidir de l'air admis, et des moyens de distribution de l'air traité comprenant des conduites des volets de répartition et des buses d'aération. Ces différents éléments ne sont pas représentés pour des raisons de clarté du dessin. Le système de chauffage et climatisation 2 comprend un ventilateur 5 créant un flux d'air 6, illustré par les flèches, dans une conduite 11 et à travers une ou plusieurs buses d'aération, une seule d'entre elles, référencé 7, étant visible sur le dessin, la buse 7 débouchant dans l'habitacle 3 pour diffuser l'air traité dans tout l'habitacle 3, comme illustré par les flèches 8. Le dispositif de commande 1 comprend une sonde de température 9 disposée dans l'habitacle 3, une sonde de température d'air soufflé 10 disposée dans une conduite 11 du système de chauffage et climatisation 2 situé en aval du ventilateur 5 et en amont de la buse 7, un étage d'estimation de température intérieure 12, un étage d'estimation de température d'habitacle 13, un étage de calcul de température de d'habitacle 14, un étage de consigne 15, et un étage de commande 16 La sonde de température d'air soufflé 10 est disposée en aval des moyens de traitement de l'air, comme un évaporateur, un aérotherme et un mélangeur, afin de mesurer le température de l'air qui est soufflé dans l'habitacle 3. 2862912 7 L'étage d'estimation de température intérieure 12 comprend des moyens logiciels ou électronique dédiés pour déterminer en fonction de l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation 2 une température intérieure estimée qui est une température intérieure théorique qui devrait être indiquée par la sonde intérieure 9. Ici, l'étage d'estimation de température intérieure 12 reçoit en entrée un signal de température d'air soufflé TAS qui est le signal de sortie du capteur de température d'air soufflé 10 et un signal de température extérieure TEXT fourni par un capteur de température extérieure (non représenté) connu en soi, et fourni en sortie un signal de température intérieure estimée TINT/EST. L'étage d'estimation de température d'habitacle 13 comprend des moyens logiciels ou électroniques dédiés pour estimer, en fonction de l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation 2 dans l'habitacle une température d'habitacle théorique THAB/EST qui devrait être la température régnant dans l'habitacle. Ici, l'étage d'estimation de température d'habitacle reçoit en entrée le signal de température d'air soufflé TAS fourni par le capteur 10 et un signal de température extérieure TEXT, et fournit en sortie un signal de température d'habitacle estimée THAB/EST. L'étage de calcul 14 reçoit en entrée le signal de température d'habitacle estimée THAB/EST, et un signal qui est la différence entre le signal de température intérieure estimée TINT/EST et le signal de température intérieure TINT qui est le signal de sortie de la sonde intérieure 9. L'étage de calcul 14 comprend des moyens logiciels ou électroniques dédiés pour déterminer une température d'habitable THAB en fonction de la température intérieure estimée TINT/EST, de la température intérieure mesurée TINT et de la température d'habitacle estimée THAB/ESTÉ L'étage de consigne 15 détermine à partir d'une pluralité de données un signal de consigne d'air soufflé CAS. L'étage de consigne 15 reçoit en entrée la température d'habitacle THAB fournie par l'étage de calcul 14, un signal de consigne de température CT spécifiée par un utilisateur, un signal de température extérieure TEXT, et un signal d'ensoleillement S fourni par une ou plusieurs sonde d'ensoleillement disposées de façon non représentée et connue en soi dans un habitacle du véhicule. Le signal de consigne d'air soufflé CAS constitue une entrée de l'étage de commande 16, qui reçoit en outre en entrée un signal de température de source chaude Tsc qui est une température d'un aérotherme et un signal de température de source froide TSF qui est une température d'un évaporateur du système de chauffage et climatisation 2, ces signaux étant fournis par des sondes connues non-représentés. L'étage de commande 16 détermine, à partir de ces trois signaux un signal de commande P du système de chauffage et climatisation 2 pour obtenir un air soufflé avec une température et un débit déterminés, en modifiant par exemple une vitesse d'un ventilateur 5, une ouverture de buses d'aération, une répartition l'air admis traversant un évaporateur et l'air admis traversant un aérotherme, une répartition d'air traité dans les buses d'aération, une température de source chaude ou une température de source froide. La température intérieure estimée TINT/EST et la température d'habitacle estimée THAB,EST sont déterminées en fonction de l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation 2, en particulier en fonction de la température d'air soufflé TAS. La température intérieure estimée TINT,EST et la température d'habitacle estimée THAB/EST sont obtenues à partir des équations ci-dessous (TExr TAS) (équation El) = (TINT/EST -TA) En,IT (THAB,EST - TAS) EHAB = (TEXT - TAS) (équation E2) où EINT et EHAB sont des constantes. L'équation E2 revient à considérer que la paroi 4 de l'habitacle 3 est assimilable à un échangeur thermique entre l'habitacle 3 et l'extérieur, dont le fonctionnement est défini par une efficacité EHAB. La température d'habitacle estimée THAB/EST est alors déterminée comme une fonction linéaire de la température extérieure TEXT et de la température d'air soufflé TAS. L'influence du débit d'air soufflé sur l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation est ici négligée. En effet, on considère que la température dans l'habitacle est uniquement fonction de la température d'air soufflé TAS et de la température extérieure TExT. La température intérieure estimée TINT est déterminée de façon similaire, mais avec une efficacité EINT différente pour tenir compte de la différence entre la température d'habitacle et la température indiquée par la sonde 9, selon l'emplacement de la sonde. Les étages d'estimation 12, 13 mettent en oeuvre les équations El, et E2. La température d'habitacle est déterminée dans l'étage de calcul 14 à partir de l'équation linéaire suivante: (THAB - THAB/EST) = K É (TINT TINT/EST) (équation E3) où K est une constante. Ceci revient à considérer qu'une différence entre une température d'habitacle THAB et une température d'habitacle estimée THAB/EST en fonction de l'apport d'énergie thermique par le système de chauffage et climatisation est proportionnelle à une différence entre une température intérieure TINT mesurée par une sonde et une température intérieure estimée TINT/EST en fonction de l'apport d'énergie thermique par le système de chauffage et climatisation. Cette équation E3 est destinée à tenir compte des apports d'énergie thermique autres que ceux du système de chauffage et climatisation 2. En effet, la sonde intérieure 9, sensible à l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation et par les autres sources d'énergie, fournit la température intérieure TINT. La température intérieure estimée TINT/EST comme indiquée auparavant est représentative de l'apport d'énergie par le système de chauffage et climatisation 2. La différence entre ces deux grandeurs est donc représentative des apports d'énergie par les autres sources d'énergie. Ensuite, une bonne approximation consiste à considérer que l'influence des apports d'énergie thermique par les autres sources d'énergie sur la température intérieure TINT mesurée est proportionnelle à l'influence des apports d'énergie thermique par les autres sources sur la température d'habitacle THAB, avec un rapport K. A partir de l'équation linéaire E3, on peut déterminer la température d'habitacle THAB pertinente pour réaliser une commande satisfaisante du système de chauffage et climatisation et une régulation satisfaisante de la température perceptible par un occupant. Les coefficients EINT, EHAB et K peuvent être déterminé de façon empirique par des mesures réalisées sur un véhicule-test dans lequel on estime une température intérieure estimée TINT/EST et une température d'habitacle estimée THAB,EST, on mesure une température intérieure TINT à l'aide de la sonde intérieure 9, et, par exemple, à l'aide d'une multitude de capteurs disposés dans l'habitacle spécialement pour les mesures, on détermine une température d'habitacle d'habitacle THAB. A partir des équations El, E2, E3, on peut obtenir l'équation 25 linéaire suivante qui permet d'estimer directement la température d'habitacle THAB T H A B = (EHAB K É EF) É T E X. I. + (1 K +K EINT EHAE) É Tns + K TINT (équation E4) Sur la figure 2, où les références aux éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été reprises, un dispositif de commande référencé 1 dans son ensemble permet de mettre en oeuvre directement l'équation E4. Le dispositif de commande 1 comprend un étage de calcul 14, un étage de consigne 15, un étage de commande 16, et un étage d'objectifs 17. L'étage d'objectifs 17 reçoit en entrée une consigne de température CT fixée par un utilisateur, un signal de température 10 extérieure TEXT, et un signal d'ensoleillement S. L'étage d'objectif 17 détermine de façon connue une consigne d'habitacle CHABÉ L'étage de calcul 14 reçoit directement la température d'air soufflé TAS, la température intérieure TINT indiquée par la sonde 9, et la température extérieure TEXT, et détermine une température d'habitacle THAB selon l'équation E4. Un comparateur 18 reçoit en entrée la consigne d'habitacle CHAB et la température d'habitacle THAB et transmet en entrée de l'étage de consigne 15 la différence entre la consigne d'habitacle CHAB et la température d'habitacle THAB. L'étage de consigne peut être un étage de régulation simple, par exemple une régulation du type proportionnelle-intégraledérivée ou PID. L'étage de consigne 15 reçoit cette différence ainsi qu'une température extérieure TEXT et détermine une consigne d'air soufflé CAS transmise à l'étage de commande 16 recevant par ailleurs une température de source chaude Tsc et une température de source froide TSF du système de chauffage et climatisation 2, et fournissant en sortie un signal de commande P du système de chauffage et climatisation 2. Dans les équations El à E4, on peut déterminer les coefficients de façon empirique comme indiqué plus haut. On peut par la suite appliquer des coefficients différents, selon que l'on souhaite donner un poids plus ou moins important au signal fourni par la sonde de température intérieure. On a décrit un mode de réalisation dans lequel la température d'habitacle THAB est déterminée en fonction de la température intérieure TINT indiquée par la sonde et d'une température d'air soufflé TAS pour tenir compte des apports d'énergie du système de chauffage et climatisation et des autres sources, en négligeant l'influence du débit d'air soufflé dans les apports d'énergie. Bien entendu on peut envisager de prendre en compte un débit d'air soufflé pour mieux estimer les apports d'énergie du système de chauffage et climatisation. La sonde de température est avantageusement disposée dans l'habitacle dans une zone haute de l'habitacle. On peut également prévoir une seconde sonde disposée dans une zone inférieure de l'habitacle. La température de l'air soufflé peut être estimée en fonction du fonctionnement du système de chauffage et climatisation ou mesurée à l'aide d'un capteur. Grâce à l'invention, on obtient un procédé et un dispositif de commande d'un système de chauffage et climatisation permettant une régulation améliorée, et dans lequel une sonde intérieure est utilisée comme indicateur de l'énergie thermique apportée par les sources d'énergie autres que le système de chauffage et climatisation lui- même. Une température d'habitacle est estimée en fonction d'un apport d'énergie thermique par le système de chauffage et climatisation et d'un signal d'une sonde de température intérieure. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un système de chauffage et climatisation pour véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'on estime une température d'habitacle (THAB) en fonction de l'énergie thermique apportée par le système de chauffage et climatisation (TAS) et d'un signal de température intérieure (TINT) fourni par une sonde (9) fournissant un signal de température intérieure représentatif de la température régnant dans l'habitacle (3) du véhicule, et on commande le système de chauffage et climatisation en fonction d'une consigne (CT) et de la température d'habitacle (THAB). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on estime une température intérieure (TINT/EST) qui devrait être indiquée par la sonde (9) en fonction de l'apport d'énergie thermique du système de chauffage' et climatisation (2), et on détermine une température d'habitacle (THAB) en fonction d'un écart entre la température intérieure estimée (TINT/EST) et la température intérieure (TINT) indiquée par la sonde. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on estime une température intérieure (TINT/EST) en fonction d'une 20 température d'air soufflé (TAS) par le système de chauffage et climatisation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'on estime une température intérieure (TINT/EST) en fonction d'une température extérieure (TEXT). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on estime une température d'habitacle (THAB) en fonction d'une température d'air soufflé (TAS) par le système de chauffage et climatisation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé par le fait que l'on estime une température d'habitacle (THAB) en fonction d'une température extérieure (TExT). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on estime une température d'habitacle (THAB) comme une fonction linéaire d'une température extérieure (TEXT), d'une température intérieure (TINT) indiquée par la sonde de température, et d'une température d'air soufflé (TAS) par le système de chauffage et climatisation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on estime une première température d'habitacle (THAB/EST) et une température intérieure (TINT/EST) en fonction d'un apport d'énergie thermique par le système de chauffage et climatisation, et on détermine une seconde température d'habitacle (THAB) en fonction de la première température d'habitacle (THAB/EST) et d'un écart entre la température intérieure estimée (TINT/EST) et la température intérieure (TINT) indiquée par la sonde. 9. Dispositif de commande (1) pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une sonde (9) fournissant un signal de température intérieure (TINT) représentatif de la température régnant dans l'habitacle d'un véhicule, caractérisé par le fait qu'il comprend des modules d'estimation (12, 13, 14) d'une température d'habitacle (THAB) en fonction d'un apport d'énergie thermique (TAS) du système de chauffage et climatisation et d'une température intérieure (TINT) indiquée par la sonde (9), et des moyens de commande (15, 16) du système de chauffage et climatisation en fonction d'une consigne (CT) et de la température d'habitacle (THAB). 10. Véhicule automobile comprenant un système de chauffage et climatisation régulé, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de commande du système de chauffage et de climatisation selon la revendication 9 pour réguler la température dans un habitacle du véhicule.