Brevet FR2948782A1 — publié le 20110204

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE RÉGULATION DE TEMPÉRATURE D'UN HABITACLE. L'invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de température d'un habitacle, plus particulièrement d'un habitacle de véhicule, notamment de véhicule automobile. On connaît les systèmes de régulation thermique de véhicules de type systèmes bouclés. De tels systèmes reçoivent en entrée une température de consigne d'habitacle et une température mesurée d'habitacle qui sont comparées de façon à corriger un positionnement d'actionneurs pour réduire l'écart, généralement nommé erreur, entre ces deux valeurs. La température mesurée est obtenue au moyen d'une sonde physique de température d'habitacle qui est un organe coûteux et difficile à mettre en oeuvre dans le véhicule. De plus, la représentativité du signal mesuré par rapport au niveau de confort qu'il est sensé représenter, pose souvent des problèmes de réglage de la régulation thermique. Pour palier ces inconvénients, il a déjà été envisagé de remplacer la sonde physique de température d'habitacle par un simulateur du comportement thermique de l'habitacle qui agit comme une sonde virtuelle donnant une valeur estimée de la température de l'habitacle. La sonde virtuelle est réalisée par un calcul dynamique qui peut être décliné pour les différentes zones de l'habitacle dans lesquelles le confort thermique doit être maîtrisé. Ce calcul est basé sur une équation différentielle classique de bilan énergétique dans l'habitacle du type de celui décrit dans le document FR2809503. Comme tout calcul dynamique, les variables d'état doivent être initialisées au lancement du calcul. Dans le cas d'une régulation thermique de véhicule, notamment de véhicule automobile, les variables d'état sont les températures calculées dans chaque zone par la sonde virtuelle. Il faut en effet, au lancement du système, définir un point de départ pour ces températures. L'efficacité du système automatique de régulation, en termes de précision et de confort thermique, dépend considérablement de la précision apportée à ce point de départ. Par exemple, s'il fait très chaud (la température peut atteindre 50°C) dans le véhicule un jour d'été et que le calculateur prend comme point de départ une valeur fausse (15°C par exemple), le système automatique va fonctionner comme s'il faisait 15°C dans le véhicule et va cruellement manquer d'efficacité pour refroidir l'habitacle. Le document FR2779097 propose d'équiper le système de climatisation avec un capteur servant à l'initialisation du calcul. Cependant, le choix d'une telle solution présente l'inconvénient de perdre les effets bénéfiques de la sonde virtuelle en termes de coût et de mise en oeuvre de ce capteur. Pour remédier aux problèmes posés par l'état antérieur de la technique, l'invention a pour objet un procédé de régulation de température d'un habitacle fournissant une puissance thermique régulée pour réduire un écart entre une température de consigne et une température estimée de l'habitacle, comprenant une étape pour initialiser au démarrage la température estimée à une température initiale déterminée par un intervalle de temps d'arrêt précédant le démarrage. Avantageusement, le procédé comprend une étape activée lorsque l'intervalle de temps est court, dans laquelle la température initiale est déterminée par une fonction de l'intervalle de temps qui converge vers une température asymptote pour des valeurs croissantes de l'intervalle de temps. Particulièrement, la température asymptote est liée à une température extérieure à l'habitacle et/ou à une température d'effet d'apport solaire de l'habitacle. Plus particulièrement, la température d'effet d'apport solaire est fonction d'une puissance solaire reçue par l'habitacle et/ou d'une variation de la température extérieure à l'habitacle pendant ledit intervalle de temps. Avantageusement encore, le procédé comprend une étape activée lorsque l'intervalle de temps est long, dans laquelle la température initiale est déterminée par une relation comprenant au moins une température d'organe de régulation. Particulièrement, la relation comprend un terme correctif qui est fonction d'une puissance solaire reçue par l'habitacle. L'invention a aussi pour objet un dispositif de régulation de température d'un habitacle comprenant un premier composant agencé pour fournir une puissance thermique régulée de façon à réduire un écart entre une température de consigne et une température estimée de l'habitacle, et un deuxième composant agencé pour exécuter le procédé selon l'invention. L'invention a encore pour objet un véhicule comprenant le dispositif selon l'invention. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode préféré de réalisation de l'invention et dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique de dispositif de régulation conforme à l'invention ; la figure 2 montre une courbe de réponse en température d'habitacle ; la figure 3 est un organigramme de procédé 35 conforme à l'invention. Le procédé et le dispositif décrits à présent, permettent de réguler la température Thab d'un habitacle en initialisant au démarrage une température estimée TAhab de l'habitacle à une température initiale Tirait déterminée par un intervalle de temps d'arrêt précédant le démarrage, de façon à fournir une puissance thermique régulée Preg qui réduit un écart entre une température de consigne T*hab et la température estimée T^hab. Le calcul de température initiale de l'habitacle atteint un niveau de précision situé dans un intervalle de tolérance inférieur à 5°C. En particulier, l'impact de l'ensoleillement pendant l'arrêt est estimé afin d'améliorer la précision du calcul. Les données d'entrée utilisées pour le calcul comprennent des mesures obtenues avec des capteurs classiquement utilisées par les systèmes de climatisation automatiques tels que ceux relatifs à une température extérieure, à un ensoleillement ou à une température d'évaporateur, complétées par des valeurs qui sont mémorisées de manière non effaçable pendant l'arrêt du véhicule et qui sont restituées au moment du démarrage suivant. Comme nous allons le voir dans l'exemple de mise en oeuvre décrit ci-dessous, les valeurs mémorisées comprennent essentiellement la température extérieure Text et la température de l'habitacle TAhab• Enfin, la durée d'arrêt du véhicule est également utilisée. Dans le dispositif représenté en figure 1, un composant 1 génère de manière classique une puissance thermique régulée Preg qui est transmise dans l'habitacle. La température effective Thab de l'habitacle ou d'une zone intérieure à l'habitacle, résulte d'une fonction de transfert 2 de l'habitacle recevant en entrée la puissance thermique régulée Preg et soumise à divers facteurs environnementaux comprenant notamment une puissance PS01 apportée par le soleil sur l'habitacle et des échanges par conductions et convection thermique avec l'extérieur du véhicule à la température Text• De manière connue en soi, le composant 1 pilote différents actionneurs (non représentés) tels que des organes chauffants, des organes réfrigérants et des volets de contrôle de débit, de façon à fournir la puissance thermique régulée Preg pour réduire un écart entre une température de consigne T*nab et une valeur représentative de la température effective Thab de l'habitacle. Un écart positif indique une température effective supérieure à la consigne et on exprime alors parfois la puissance thermique régulée Preg en frigories. Un écart négatif indique une température effective inférieure à la consigne et on exprime alors parfois la puissance thermique régulée Preg en thermies. Le composant 1 possède ses propres capteurs pour agir en boucle fermée interne sur ses actionneurs. Par exemple, un capteur 7 de température permet au composant 1 de contrôler une température d'évaporateur. Dans un dispositif classique en boucle fermée de régulation de température de l'habitacle, la valeur représentative de la température effective Thab de l'habitacle est obtenue au moyen d'un capteur mesurant la température effective Thab de l'habitacle. Dans le dispositif conforme à l'invention, la valeur représentative de la température effective Thab de l'habitacle est obtenue au moyen d'un composant 3 qui calcule une température estimée T^nab de l'habitacle. Pour modéliser la fonction de transfert 2, le composant 3 reçoit en entrée, une valeur numérisée de la puissance thermique régulée Preg fournie par le composant 1 et différentes mesures de grandeurs physiques qui influent sur la fonction de transfert de l'habitacle, notamment une mesure de la puissance solaire PS0 délivrée par un capteur de puissance 4 et une mesure de la température extérieure Text délivrée par un capteur de température 5. Le dispositif comprenant les composants 1 et 3, n'est généralement pas alimenté lorsque le véhicule est arrêté contact coupé et démarre lors de la mise en route du véhicule. Seule une horloge 6 reste constamment alimentée indépendamment des arrêts et des mises en route du véhicule. Le composant 3 est connecté à l'horloge 6 pour exécuter les étapes de procédé expliquées à présent en référence à la figure 3. Lorsque le dispositif comprenant les composants 1 et 3, fonctionne, chaque durée élémentaire dt qui augmente le temps t mesuré par l'horloge 6, valide une transition 106. Chaque validation de la transition 106 active et réactive une étape 107. Dans l'étape 107, le composant 3 ajoute un incrément dT^hab de température à la valeur précédemment estimée de température T^hab. L'incrément de température est calculé en temps réel de façon à simuler le cumul des différentes énergies thermiques échangées pendant la durée élémentaire dt avec l'habitacle. Dans l'équation de l'étape 107, Preg est définie comme la puissance thermique injectée dans l'habitacle, en tenant compte de la puissance thermique qui sort de l'habitacle. Dans la détermination de Preg, la puissance thermique qui sort de l'habitacle est soustraite à l'apport du débit d'air soufflé dans l'habitacle, par exemple en soustrayant à ce débit une valeur Pfuite et qui est égale au (débit d'air soufflé dans l'habitacle) * (Cp de l'air) * (Thab estimée). La température estimée est constamment calculée à partir d'une valeur précédente de température T^hab. Pour une première activation de l'étape 107 qui fait suite au démarrage du dispositif, une étape 105 initialise la température estimée TAhab à une température initiale Tirait Le démarrage du dispositif valide un amorçage 99 qui active une étape 100 de mise en exécution du procédé. A partir de l'étape 100, le calcul d'initialisation est décomposé en deux calculs distincts, qui dépendent de la durée d'arrêt du véhicule. Le premier calcul concerne les arrêts de courte durée, en général les arrêts inférieurs à cinq heures. Durant cette période d'arrêt, le véhicule est en veille et aucun capteur n'est exploité. L'enjeu est donc de simuler le comportement thermique de l'habitacle du véhicule afin de représenter la variation de température au cours de l'arrêt. La variation de température pendant l'arrêt du véhicule est liée essentiellement à deux types d'échanges la convection avec l'extérieur et l'ensoleillement. Equation (1) MCPhab ddtab = Hext * (Text ùThab (t))+Psol Thab(t) étant la température de l'habitacle en fonction du temps t, pendant l'arrêt, exprimée en °C. Text étant la température extérieur, exprimée en °C. Hext étant le coefficient d'échange global avec l'extérieur, exprimé en W/°C. Psol étant la puissance solaire moyenne apportée pendant l'arrêt exprimée en W. MCPhab étant la capacité calorifique de l'habitacle, exprimée en J/°C. En considérant que durant l'arrêt, la puissance solaire Psol et la température extérieure sont de valeurs constantes égales à leurs moyennes respectives, la solution de l'équation différentielle du ler ordre ci-dessus énoncée, est simple : t Equation (2) Thab(t)=Tasp+(To-Tasymp)e ti Tasymp étant la température atteinte asymptotiquement dans l'habitacle. To étant la température initiale dans l'habitacle, au début de l'arrêt à l'instant t=0. T étant la constante de temps du système thermique constitué par l'habitacle. Un modèle de comportement est préféré à un modèle de connaissance pour représenter ce phénomène. En effet, il suffit de mesurer la température dans l'habitacle pendant une phase de chambrage thermique pour évaluer sa constante de temps T. La constante de temps donne le profil dynamique de la température de l'habitacle au court du temps, avec comme point de départ la température initiale To de l'habitacle au début de l'arrêt, et comme point final la température finale dans l'habitacle, dite température asymptote Tasymp La courbe associée à l'équation (2) est illustrée dans l'exemple de la figure 2. Sur cet exemple, la température initiale To dans l'habitacle est de 20°C, la température asymptote Tasymp est de 35°C et la constante de temps z du système thermique constitué par l'habitacle est de 10 minutes (600s). L'invention repose notamment sur le mode de calcul de la température Tasymp Considérant dans l'équation (1) que la température de l'habitacle a atteint la température asymptote Tasymp, on observe que dThab =0 et Thab =Tas}mp dont il résulte la formule suivante : Hext On note que s'il n'y a pas de soleil pendant la phase d'arrêt du véhicule, la température finale asymptote est égale à la température extérieure Text• On note aussi que le rapport Psol est homogène à une H ext température et on le nomme 'sol exprimé en °C pour désigner un apport du soleil en température. Ce terme a un impact considérable sur le calcul de la température asymptote Tasymp • En effet, l'apport solaire Tso1 peut atteindre 30°C. Une difficulté notable réside dans l'estimation robuste de cet apport solaire pendant la phase d'arrêt, alors qu'aucune acquisition des capteurs n'est possible car le véhicule est en veille. Une solution selon l'invention est d'utiliser la mesure de l'ensoleillement au démarrage du véhicule et d'utiliser l'élévation de la mesure de température extérieure durant la phase d'arrêt entre le début de l'arrêt et le redémarrage du véhicule. dt Equation (3) Tsymp Text+Psol On utilise dans ce cas le capteur de température extérieure comme un espion de l'historique de l'ensoleillement pendant l'arrêt du véhicule. De fait, lorsqu'il y a beaucoup de soleil, la mesure de la température extérieure augmente significativement alors qu'elle augmente peu, voire diminue lorsqu'il n'y a pas de soleil. On corrige en conséquence la mesure d'ensoleillement faite au moment du démarrage, par exemple par un capteur d'ensoleillement de type classique, qui n'est pas représentative de l'ensoleillement moyen pendant la phase d'arrêt du véhicule qui précède, en ajoutant un terme qui dépend de l'écart de température extérieur. Par exemple, s'il faisait 25°C à l'extérieur du véhicule au moment de l'arrêt et qu'on mesure 30°C au démarrage suivant, on considère qu'il y a eu du soleil pendant l'arrêt et on ajoute 20 à 30% à la mesure réelle de l'ensoleillement à l'instant td du démarrage. I = f (Psol; DeltaText) Où Psol est la puissance solaire au démarrage et DeltaText est un écart de température pendant l'arrêt entre une température extérieure Tm au moment de l'arrêt et la température extérieure Text au moment du redémarrage. La fonction est caractérisée par une cartographie à deux dimensions, évaluée expérimentalement. La température Tm est par exemple la dernière température Text mémorisée juste avant l'arrêt dans une étape 108 constamment activée à la suite de l'étape 107. Dans l'étape 108, on mémorise TAhab dans la variable TO qui est réinjectée dans l'étape 105 comme valeur de TAhab et dans l'étape 107. On arrive ainsi à calculer la température asymptote avec une précision de +/- 5°C. On connaît à présent toutes les variables nécessaires au calcul de Tinit_tpscourt au démarrage du véhicule, pour les arrêts de courte durée, notamment inférieurs à cinq heures. TpsImmo Equation (4) T =T ti mit tpscourt asymp + (T0 - Tasymp) * e To étant la température estimée de l'habitacle telle que mémorisée juste avant l'arrêt, par exemple dans l'étape 108, et restituée au moment du démarrage. Tasymp étant la température finale calculée à partir de l'ensoleillement mesuré au démarrage, de la température extérieure Text et du réchauffement détecté par une élévation de la température extérieure Text• TpsImmo étant la durée d'immobilisation du véhicule à l'arrêt entre la valeur du temps t au moment du redémarrage et une valeur tm du temps mémorisée lors d'une dernière exécution de l'étape 108 au moment de l'arrêt précédent. z étant la constante de temps du système thermique constitué par l'habitacle, estimée expérimentalement. Ainsi, le premier calcul de la température initiale Tirait donnée par Tinit_tpscourt, est effectué dans une étape 104 activée par une transition 103 qui vérifie une valeur suffisamment faible de la durée t-tm. Le second calcul concerne les arrêts de longue durée, donc les arrêts supérieurs à cinq heures. Il est réalisé dans une étape 102 qui est activée par une transition 101. Dans ces conditions, on considère que la précision 25 du calcul précédent de Tasymp commence à baisser. En effet, � l'espion ensoleillement � qu'est le Delta de Text pendant l'arrêt perd de son efficacité car plus la durée d'arrêt est longue, plus la température extérieure Text varie naturellement de façon considérable 30 et indépendamment de l'ensoleillement. Cependant, dans ces conditions, on va constater que la thermique dans l'habitacle est convergée et que l'on peut faire confiance aux capteurs présents dans le système de climatisation. En particulier le capteur de 35 température évaporateur situé dans le groupe de climatisation va servir de référence dans l'estimation de la température d'initialisation sur les temps d'arrêts longs (Tinit_tpslong). Un terme correctif basé sur la mesure de l'ensoleillement au démarrage peut être introduit afin d'adapter le calcul d'initialisation pour les temps d'arrêt longs. Dans un mode de réalisation, la puissance solaire reçue durant l'arrêt du véhicule est mesurée par un capteur apte à stocker de l'énergie solaire et/ou à mémoriser l'énergie reçue, par exemple en intégrant des cellules photovoltaïques. Les données de ce capteur sont utilisées pour le terme correctif et/ou comme paramètre de l'apport du soleil en température I. On ne peut pas utiliser cette méthode de calcul sur les temps d'arrêt courts car la température vue par le capteur évaporateur reste décalée par rapport à la température dans l'habitacle. La bascule entre les deux calculs peut être réalisée de façon linéaire en fonction de la durée de l'arrêt (Tpslmmo). On notera l'intérêt que représente l'estimation de l'ensoleillement conforme à l'invention pendant la phase d'arrêt du véhicule, basée sur la variation de température extérieure mesurée par le capteur 5. Sur des temps courts, on considère que la température extérieure Text varie peu et que si la mesure du capteur augmente, c'est qu'il y eu du soleil pendant l'arrêt. On notera aussi l'intérêt permis par l'invention de se passer de l'achat d'un capteur spécifique pour initialiser le calcul de température de l'habitacle. Capteur qui aurait nécessité d'être installé dans une zone de l'habitacle où le style l'aurait permis et où sa représentativité aurait été difficile à assurer. Il n'est plus nécessaire d'adapter l'installation d'un capteur intérieur spécifiquement à chaque type de véhicule. En termes d'industrialisation, la composante logicielle de l'invention permet de standardiser la solution technique sur tous les véhicules. Cette standardisation permet d'économiser du temps de développement et de mise au point. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de température (Thab) d'un habitacle fournissant une puissance thermique régulée (Preg) pour réduire un écart entre une température de consigne (T*nab) et une température estimée (T^nab) de l'habitacle, comprenant une étape (105) pour initialiser au démarrage la température estimée (T^nab) à une température initiale (Tinit) déterminée par un intervalle de temps d'arrêt précédant le démarrage. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape (104) activée lorsque ledit intervalle de temps est court, dans laquelle la température initiale (Tinit) est déterminée par une fonction de l'intervalle de temps qui converge vers une température asymptote (Tasymp) lorsque l'intervalle de temps augmente. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la 20 température asymptote est liée à une température extérieure (Text) à l'habitacle. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la température asymptote est liée à une 25 température d'effet d'apport solaire (Tsoi) de l'habitacle. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la température d'effet d'apport solaire (Tsol) est fonction d'une puissance solaire (P,01) reçue par l'habitacle. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la température d'effet d'apport solaire (Tsol) est fonction d'une variation de la température extérieure (Text) à l'habitacle pendant ledit intervalle de temps. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant une étape (102) activée lorsque 30 35ledit intervalle de temps est long, dans laquelle la température initiale (Tinit) est déterminée par une relation comprenant au moins une température d'organe de régulation (Tevap). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite relation comprend un terme correctif qui est fonction d'une puissance solaire (Psoi) reçue par l'habitacle. 10 9. Dispositif de régulation de température (Thab) d'un habitacle comprenant un premier composant (1) agencé pour fournir une puissance thermique régulée (Preg) de façon à réduire un écart entre une température de 15 consigne (T*hab) et une température estimée (TAhab) de l'habitacle, et un deuxième composant (2) agencé pour exécuter le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Véhicule comprenant le dispositif selon la 20 revendication 9.5