FR2951292A1

FR2951292A1 - Procede de determination d'une probabilite de defaillance et banc de test pour sa mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2951292A1
Application number: FR0957164A
Authority: FR
Inventors: Julien Roussel; Nicolas Morand; Herve Cavelan
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-15
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: FR2951292B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination d'une probabilité D de défaillance d'un équipement électrique subissant une perturbation répétée pendant toute une durée prédéterminée de vie, caractérisé en ce que la probabilité de défaillance est déterminée (102) à partir de la relation suivante : où : - H(z) est une loi de résistance indiquant donnant le pourcentage de pièces à la limite de défaillance en fonction du nombre de perturbations, et - G(z) est une loi de contrainte indiquant la probabilité d'occurrence de chaque nombre de perturbations pendant la durée prédéterminée de vie, et - DDV est la durée prédéterminée de vie

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D'UNE PROBABILITE DE DEFAILLANCE ET BANC DE TEST POUR SA MISE EN OEUVRE [0001 L'invention concerne un procédé de détermination d'une probabilité de défaillance d'un équipement électrique subissant une perturbation répétée pendant toute une durée prédéterminée de vie. L'invention a également pour objet un banc de test pour la mise en oeuvre de ce procédé. [0002] De tels procédés sont importants afin de qualifier l'aptitude d'un équipement électrique à fonctionner correctement pendant toute la durée de vie d'un produit tel qu'un véhicule automobile. [0003] La durée de vie d'un produit est une donnée fixée ou choisie lors de la conception de ce produit. Elle est par exemple d'environ 15 ans pour un véhicule automobile. L'objectif est que le produit tombe le moins souvent possible en panne pendant sa durée de vie. Pour cela, on utilise, autant que faire se peut, uniquement des équipements électriques dont la probabilité de tomber en panne pendant la durée de vie est très faible par exemple inférieure à 10-2 et, de préférence, inférieure à 10-3. Cette probabilité de tomber en panne ou d'avoir une défaillance pendant la durée de vie du produit est souvent appelée « défiabilité ». [0004 Jusqu'à présent, pour qualifier l'aptitude d'un équipement électrique à être monté dans un produit, la résistance aux perturbations de quelques exemplaires de l'équipement électrique est testée. Le test consiste à appliquer à chaque exemplaire de l'équipement électrique un nombre prédéterminé de perturbations. Si à l'issu du test tous les exemplaires testés de l'équipement électrique fonctionnent encore convenablement, alors l'équipement électrique est qualifié pour être installé dans le produit. Dans le cas contraire, il n'est pas qualifié. [0005] Le nombre prédéterminé de perturbations est choisi supérieur, par exemple, au nombre moyen de perturbations subies par un tel équipement électrique sur toute la durée de vie du produit. Pour déterminer ce nombre, on considère une utilisation du produit selon des profils de mission établis, par exemple, par retour d'expérience. [0006] Toutefois, malgré ces précautions, le taux de panne constaté de l'équipement électrique qualifié n'est pas nul. Il s'avère même souvent que sa probabilité de défaillance mesurée à partir des informations du service après vente est supérieure à l'objectif fixé lors de la conception. [000n L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé plus fiable de détermination de la probabilité de défaillance d'un produit. [0008] Elle a donc pour objet un procédé de détermination de la probabilité de défaillance d'un équipement électrique à partir de la relation suivante : DDV D ^ f H(z) * G(z)dz 0 où : ù H(z) est une loi de résistance donnant le pourcentage de pièces à la limite de défaillance en fonction du nombre de perturbations subies, et ù G(z) est une loi de contrainte indiquant la probabilité d'occurrence de chaque nombre de perturbations pendant la durée prédéterminée de vie, et ù DDV est la durée prédéterminée de vie. [0009] Le procédé ci-dessus est plus fiable car : ù la loi de résistance tient compte du fait que les différents exemplaires d'un même équipement électrique ne sont pas rigoureusement identiques même s'ils sont tous conformes aux mêmes spécifications de sorte qu'ils ne tombent pas en panne tous en même temps après avoir subi le même nombre de perturbations, et ù la loi de contrainte tient compte du fait que le nombre de perturbations auxquelles sont soumis les exemplaires de l'équipement électrique n'est pas le même d'un exemplaire à l'autre car cela dépend de l'utilisation du produit par le consommateur. [0010 En d'autres termes, la probabilité D ci-dessus tient compte du fait que l'exemplaire de l'équipement électrique le moins robuste vis-à-vis des perturbations peut se retrouver monté dans le produit soumis à l'utilisation la plus sévère, c'est-à-dire celle générant le plus grand nombre de perturbations. C'est précisément la probabilité d'occurrence de la coïncidence de ces deux situations qui n'est pas prise en compte dans les procédés connus qui sont, du coup, moins fiables. Ici, cette probabilité d'occurrence de cette coïncidence de situations est prise en compte par la probabilité D. [0011] De plus, cette probabilité D est simple à calculer et à mesurer. [0012] Le procédé peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : ^ le procédé comprend l'établissement de la loi de résistance en appliquant de façon répétitive la perturbation à un ou plusieurs exemplaires de l'équipement électrique sous test et en relevant après combien de perturbations chaque exemplaire de l'équipement électrique devient défaillant ; ^ le procédé comprend l'établissement de la loi de contrainte en mesurant ou en simulant combien de perturbations sont subies, sur toute la durée prédéterminée de vie, par plusieurs exemplaires de l'équipement électrique exploités par différents utilisateurs ; ^ la perturbation est une perturbation de la tension d'alimentation de l'équipement électrique ; ^ la perturbation de la tension d'alimentation est une chute de tension provoquée par le démarrage d'un moteur électrique d'un véhicule automobile ; ^ le procédé est mis en oeuvre à l'aide d'un calculateur électronique. [0013] L'invention a également pour objet un banc de test comportant : un générateur de perturbations, û au moins un détecteur propre à détecter une défaillance de l'équipement électrique sous test, et ù un compteur dénombrant le nombre de perturbations subies par l'équipement électrique avant de devenir défaillant. [0014] Les modes de réalisation de ce banc de test peuvent comporter la caractéristique suivante : ^ le détecteur comprend un capteur propre à mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques de l'équipement électrique représentatives du fonctionnement de cet équipement électrique et un calculateur apte à comparer chaque grandeur physique mesurée à un seuil prédéterminé qui, lorsqu'il est franchi, indique la présence d'une défaillance. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : ù la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture électrique d'un équipement électrique, ù la figure 2 est une illustration schématique de blocs de filtrage et d'alimentation de l'équipement électrique de la figure 1, ù la figure 3 est un chronogramme illustrant l'évolution d'une perturbation de la tension d'alimentation au cours du temps, ù la figure 4 est une illustration schématique d'un banc de test, ù la figure 5 est un graphe illustrant une loi de contrainte et des lois de résistance utilisées dans le procédé de la figure 6, et ù la figure 6 est un organigramme d'un procédé de détermination de la probabilité de défaillance de l'équipement électrique de la figure 1 et de sélection ou non de cet équipement électrique sur la base de cette probabilité. [0016] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. [0017] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [ools] La figure 1 représente un équipement électrique 2 destiné à être monté dans un produit tel qu'un véhicule automobile et, plus particulièrement, dans une voiture. [0019] Ici, l'équipement 2 est destiné à être monté dans un véhicule automobile équipé d'un moteur électrique ou thermique fréquemment démarré et arrêté sur toute la durée de vie du véhicule. Ce moteur électrique peut être un démarreur d'un système connu sous l'appellation anglaise de « stop and star' » ou un moteur électrique de traction des roues motrices d'un véhicule hybride ou électrique. [0020] Le moteur électrique est alimenté à partir de la même batterie que celle utilisée pour alimenter l'équipement 2. Dès lors, à chaque démarrage du moteur électrique ou accélération de ce moteur, cela provoque une perturbation de la tension d'alimentation de cet équipement électrique. [0021] Pour filtrer ces perturbations de la tension d'alimentation, l'équipement 2 est équipé d'un bloc 4 de filtrage. [0022] Des blocs 6 d'alimentation sont raccordés en sortie du bloc 4. Ces blocs 6 ont principalement pour fonction de réguler la tension d'alimentation sur une valeur prédéterminée. La tension ainsi régulée est alors utilisée pour alimenter des composants numériques 8 de l'équipement 2 tels que des calculateurs électroniques, des processeurs de traitement de signaux (Digital Signal Processing (DSP)) ou autres. Les composants 8 sont des composants destinés à traiter des données numériques et à effectuer des calculs sur ces données. Ici, l'un des composants 8 est une interface de communication sur un bus CAN (Controller Area Network). [0023] L'équipement 2 comporte un autre composant 10 qui n'effectue pas de traitements numériques. Ce composant 10 est alors directement raccordé à la sortie du bloc 4 de filtrage. Par exemple, le composant 10 est un vibreur sonore, un voyant, un actionneur ou autres. [0024] Par exemple, l'équipement 2 est un calculateur mécatronique. [0025] La figure 2 représente plus en détail le bloc 4 de filtrage et un bloc 6 d'alimentation. [0026] Le bloc 4 est formé de plusieurs condensateurs raccordés en parallèle entre une borne 12 d'entrée de la tension continue d'alimentation fournie par la batterie et une masse 14 du véhicule. Dans le cas illustré, la borne 12 est raccordée à la batterie par l'intermédiaire d'un dispositif de maintien de tension centralisé (DMTC). Ici, le bloc 4 comprend cinq condensateurs céramiques 16 à 20 raccordés en parallèle entre la borne 12 et la masse 14. Le bloc 4 comprend également un condensateur chimique 24 raccordé en parallèle entre la borne 12 et la masse 14. [0027] Le bloc 4 comprend une diode 28 raccordée en série entre la borne 12 et une borne 30 raccordée au bloc 6 d'alimentation. Cette diode 28 permet de protéger les composants contre une inversion de polarité. [0028] Enfin, un dernier condensateur céramique 32 est raccordé en parallèle aux bornes de la diode 28. [0029] Le bloc 6 comprend un régulateur 34 de tension dont une entrée est raccordée à la borne 30. Ce régulateur 34 régule la tension reçue par l'intermédiaire de la borne 30 sur une tension continue prédéterminée délivrée par l'intermédiaire d'une borne 36. [0030] Le régulateur 34 est également raccordé à la masse 14 directement par l'intermédiaire d'une liaison filaire 38 et, en parallèle, par l'intermédiaire d'un condensateur céramique 40. [0031] Le bloc 6 comprend plusieurs condensateurs 42 à 44 raccordés en parallèle entre la borne 36 et la masse 14. Ici, les condensateurs 42 et 43 sont des condensateurs céramiques tandis que le condensateur 44 est un condensateur chimique. [0032] Le régulateur 34 présente une borne 46 raccordée à la borne 36 par l'intermédiaire d'une résistance 48. Le composant numérique 8 est raccordé à la borne 36. [0033] Les principaux modes de défaillance des blocs 4 et 6 sont les suivants : û un court-circuit franc d'un condensateur chimique ou céramique, û un court-circuit impédant d'un condensateur chimique ou céramique, û une défaillance du régulateur 34 qui se traduit par un circuit ouvert, û un court-circuit franc entre les entrées du régulateur 34, û une défaillance de la diode 28, û une dégradation des différentes pistes électriques reliant entre eux les différentes bornes et les différents composants électroniques décrits ici. [0034] La figure 3 représente schématiquement la perturbation de la tension d'alimentation de l'équipement 2 créée par le démarrage du moteur électrique alimenté par la batterie. [0035] Avant le démarrage du moteur électrique, la tension d'alimentation est sensiblement constante et égale à 10,5 V. A l'instant t, le moteur électrique démarre. Cela correspond à une brusque augmentation de la consommation d'énergie stockée dans la batterie. La tension d'alimentation aux bornes de l'équipement 2 chute rapidement pendant une durée de 5 ms jusqu'à un instant t2. A l'instant t2 cette chute de la tension est enrayée par le dispositif de maintien de tension centralisé. La tension d'alimentation augmente donc progressivement de l'instant t2 à un instant t3 où elle est de nouveau égale à 10,5 V. La durée entre les instants t2 et t3 est, par exemple, égale à 45 ms. La tension la plus basse atteinte à l'instant t2 est par exemple égale à 9,5 V. [0036] La perturbation de la tension d'alimentation de l'équipement 2 est donc une chute de tension entourée par le cercle 50 sur la figure 3. [0037] Etant donné que le moteur électrique du véhicule est très fréquemment arrêté et démarré, l'équipement 2 est soumis, sur toute la durée de vie du véhicule, à un grand nombre de perturbations de la tension d'alimentation. [0038] La figure 4 représente un banc de test destiné à tester la résistance de l'équipement 2 aux perturbations électriques décrites en regard de la figure 3. [0039] Le banc 60 comprend un générateur 62 de perturbations. Ici ce générateur est une source d'alimentation perturbée. Cette source d'alimentation alimente l'équipement 2. Toutefois, à intervalle régulier, la source 62 génère une perturbation de la tension d'alimentation de l'équipement 2 identique à celle décrite en regard de la figure 3. [0040] Le banc 60 comprend également un détecteur 64 de défaillance de l'équipement 2. A cet effet, le détecteur 64 comprend, par exemple, une caméra thermique 66, un ampèremètre 68 et un analyseur de réseau 70. Ces différents capteurs sont raccordés à un calculateur électronique 72. [0041] La caméra 66 mesure l'échauffement de l'équipement 2 et permet également de détecter un départ de feu lié, par exemple, à l'explosion d'un condensateur chimique. L'ampèremètre 68 permet de mesurer l'intensité d'un courant de fuite ou de détecter un court-circuit franc entre la borne 12 et la masse 14. Par exemple, l'ampèremètre 66 mesure le courant qui circule vers la masse 14 à partir d'un champ magnétique généré par celui-ci. [0042] L'analyseur 70 est utile lorsque l'un des composants 8 est un émetteur-récepteur apte à communiquer des informations sur un bus 72. Typiquement, le bus 72 est un bus CAN (Controler Area Network). L'analyseur 70 permet notamment de détecter des erreurs de communication telles que des pertes ou absences de communication ou des communications invalides à cause de leurs structures ou de leurs contenus. [0043] A partir des mesures des différents capteurs 66, 68 et 70, le calculateur 72 est capable de détecter une défaillance de l'équipement 2. Par exemple, une défaillance est détectée si la température de l'équipement 2 mesurée à partir de la caméra 66 dépasse un seuil prédéterminé. De façon similaire, si l'intensité du courant de fuite dépasse un seuil prédéterminé, une défaillance est également détectée. Enfin, si le nombre mesuré d'erreurs de communication successives par l'analyseur 70 est supérieur à un nombre prédéterminé, une défaillance est également détectée. [0044] Le calculateur 72 est raccordé à un compteur 74 du nombre de perturbations générées par le générateur 62. A partir des informations du compteur 74 et des mesures des capteurs 66, 68 et 70, le calculateur 72 relève après combien de perturbations, l'équipement 2 est devenu défaillant. [0045] Ces relevés permettent de construire une loi de résistance aux défaillances. Cette loi de résistance est une densité de probabilité. Elle permet le calcul de la probabilité que l'équipement 2 soit défaillant avant un nombre N de perturbations subies. [0046] La figure 5 illustre schématiquement trois exemples 80 à 82 de loi de résistance. Sur la figure 5, l'axe des abscisses est le nombre de N de perturbations. [0047] La figure 5 représente également un exemple d'une loi 84 de contrainte. La loi 84 est une densité de probabilité. [0048] Enfin, l'aire hachurée de l'intersection entre la loi 84 et la loi de résistance (ici la loi 81) représente la probabilité D d'avoir une défaillance de l'équipement 2 pendant sa durée de vie. Elle doit être aussi petite que possible. Elle doit être conforme à l'objectif fixé initialement. [0049] Le procédé de détermination de la probabilité D va maintenant être décrit en regard de la figure 6. [0050] Initialement, lors d'une étape 90, la loi 84 de contrainte est établie. Par exemple, cette loi est établie à partir de relevés, sur une flotte de véhicules, du nombre de démarrage du moteur électrique pendant toute la durée de vie. Ces relevés peuvent être obtenus par des mesures physiques réalisées sur chacun des véhicules de cette flotte ou à l'aide d'une simulation du fonctionnement de cette flotte de véhicules. [0051] Ensuite, des paramètres, µ et 6o sont déterminés de manière à minimiser l'erreur entre la fonction Log-normale G(z) suivante et les différents points relevés : (ln(z)p)2 G(z) = 1 e 60 où : - z est le nombre de perturbations subies par l'équipement 2, - p est la moyenne du nombre de perturbations, et - ao est l'écart type. [0052] G(z) représente ici l'équation de la loi de contrainte. [0053] Ensuite, lors d'une étape 92, la loi de résistance est établie. Pour cela, le nombre d'exemplaires de l'équipement 2 à tester ainsi que le nombre de cycle maximal de test à exécuter sont déterminés de manière à être représentatif du comportement de l'ensemble des exemplaires de l'équipement 2 susceptibles d'être installés dans les véhicules. [0054] Chacun des exemplaires de l'équipement 2 à tester est alors installé dans le banc 60 pour y être testé. Lors du test, lors d'une opération 94, le compteur 74 incrémente le nombre de perturbations subies par l'équipement 2 après la génération de chaque nouvelle perturbation. [0055] Ensuite, lors d'une opération 96, le calculateur 72 vérifie l'existence ou non d'une défaillance. A cet effet, il utilise les mesures réalisées par les capteurs 66, 68 et 70 et compare ces mesures à différents seuils prédéterminés. Si aucun de ces seuils n'est franchi, aucune défaillance n'existe et le procédé retourne à l'étape 94. [0056] Dans le cas contraire, le calculateur 72 détecte la présence d'une défaillance et relève alors, lors d'une étape 98, le nombre de perturbations subies par l'équipement 2 avant que celui-ci ne devienne défaillant. [0057] Le même traitement est appliqué à chacun des exemplaires à tester de l'équipement 2. Ensuite, lors d'une opération 100 l'équation H(z) de la loi de résistance est établie. Par exemple, ici, on suppose que la loi de résistance est régie par la loi de Weibull. Cette loi est définie par l'équation suivante : \fl_I H(z) = L z ù Y e 1~1i [0058] Ou ù z est le nombre de perturbations subies, ù R est un facteur de forme qui caractérise la cinétique des défaillances, ù y est un facteur d'échelle situant généralement la tenue moyenne de l'équipement aux perturbations, et - // est un décalage à l'origine et est généralement égal à zéro. [0059] Les paramètres 13, y et 17 sont déterminés de manière à minimiser les écarts entre la courbe H(z) et les points relevés pour les différents exemplaires testés de l'équipement 2. [0060] Par exemple, on suppose ici que les valeurs des paramètres R, y et 17 correspondent à la courbe 81 représentée sur la figure 5. [0061] Enfin, lors d'une étape 102, la probabilité D est calculée à l'aide de la relation suivante : DDV D = JH(z)*G(z)dz 0 où : ù DDV est la durée prédéterminée de vie du véhicule, ù H(z) est la loi de résistance, ù G(z) est la loi de contrainte, et - « f » est le symbole de l'opération d'intégration. [0062] Enfin, lors d'une étape 104, si la valeur de la probabilité D est conforme à l'objectif fixé initialement, alors l'équipement 2 est sélectionné ou qualifié pour être installé sur un véhicule automobile. Dans le cas contraire, il ne l'est pas. [0063] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, l'échauffement ou la température de l'équipement 2 peut être mesuré par un élément formant un thermocouple, en mesurant l'intensité d'un courant de l'équipement 2 puis en utilisant un modèle d'échauffement de l'équipement 2 en fonction de l'intensité qui le traverse ou par d'autres moyens. D'autres capteurs que les capteurs 66, 68 et 70 peuvent être utilisés afin de détecter les mêmes ou d'autres défaillances de l'équipement 2. Ainsi, le détecteur 64 peut comporter un seul ou plusieurs capteurs différents pour détecter une défaillance. [0064] Le composant 10 peut être omis. L'équipement électrique peut aussi ne comporter qu'un seul ou plusieurs composants numériques 8. [0065] Enfin, ce qui a été décrit dans le cas particulier où la perturbation est une chute de tension causée par le démarrage d'un moteur électrique peut également s'appliquer à d'autres types de perturbations. Il peut bien sûr s'agir d'autres types de perturbation de la tension d'alimentation mais également de perturbations autres que celles de la tension d'alimentation. Par exemple, il peut s'agir de perturbations électromagnétiques ou de perturbations thermiques. Dans le cas de perturbations électromagnétiques, le générateur 62 est alors un générateur d'ondes électromagnétiques propre à générer ces perturbations. Dans le cas où les perturbations sont des perturbations thermiques, le générateur 62 est apte à faire varier la température de l'équipement 2 et à appliquer un grand nombre de cycles thermiques à cet équipement.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de test d'un équipement électrique pour la détermination d'une probabilité D de défaillance d'un équipement électrique subissant une perturbation répétée pendant toute une durée prédéterminée de vie, caractérisé en ce qu'on place chacun des exemplaires de l'équipement électrique (2) à tester sur un banc de test comportant un générateur (62) de perturbations, et au moins un détecteur (64) propre à détecter une défaillance de l'équipement électrique sous test, ledit banc de test comportant également un compteur (74) dénombrant le nombre de perturbations subies par chaque équipement électrique avant de devenir défaillant, et on détermine la probabilité de défaillance à partir de la relation suivante : DDV D= JH(z)*G(z)dz 0 où : ù H(z) est une loi de résistance donnant le pourcentage de pièces à la limite de défaillance en fonction du nombre de perturbations, et ù G(z) est une loi de contrainte indiquant la probabilité d'occurrence de chaque nombre de perturbations pendant la durée prédéterminée de vie, et ù DDV est la durée prédéterminée de vie.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé comprend l'établissement (92) de la loi de résistance en appliquant de façon répétitive la perturbation à un ou plusieurs exemplaires de l'équipement électrique et en relevant après combien de perturbations chaque exemplaire de l'équipement électrique devient défaillant.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend l'établissement (90) de la loi de contrainte en mesurant ou en simulant combien de perturbations sont subies, sur toute la durée prédéterminée de vie, par plusieurs exemplaires de l'équipement électrique exploités par différents utilisateurs.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la perturbation est une perturbation de la tension d'alimentation de l'équipement électrique.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la perturbation de la tension 10 d'alimentation est une chute de tension provoquée par le démarrage d'un moteur électrique d'un véhicule automobile.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé est mis en oeuvre à l'aide d'un calculateur électronique.
7. Banc de test comportant : 15 ù un générateur (62) de perturbations, et ù au moins un détecteur (64) propre à détecter une défaillance de l'équipement électrique sous test, caractérisé en ce qu'il comporte également un compteur (74) dénombrant le nombre de perturbations subies par l'équipement électrique avant de devenir défaillant. 20
8. Banc selon la revendication 7, dans lequel le détecteur (64) comprend un capteur (66, 68, 70) propre à mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques de l'équipement électrique représentatives du fonctionnement de cet équipement électrique et un calculateur (72) apte à comparer chaque grandeur physique mesurée à un seuil prédéterminé qui, lorsqu'il est franchi, indique la présence d'une 25 défaillance.