FR3094485A1 - Procédé de prévision d’une panne d’un composant électromécanique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de prévision d’une panne d’un composant électromécanique (1) du type comprenant un élément (2), un actionneur (3) mobilisant l’élément (2) et un capteur (4) mesurant une position de l’élément (2), comprenant les étapes suivantes : commande (7) de l’actionneur (3) selon un échelon durant un intervalle, mesure au moyen du capteur (4) d’au moins une position (9) pendant l’intervalle, enregistrement de ladite au moins une position (9) dans un historique, comparaison de ladite au moins une position (9) avec au moins une position extrapolée à partir de l’historique, prévision d’une panne lorsque ladite au moins une position (9) s’éloigne de la position extrapolée. Figure 1
Description
La présente invention concerne de manière générale le domaine de la maintenance préventive et du diagnostic prédictif. Elle vise en particulier à réaliser une prévision de panne, en amont, avant que la panne ne se déclare effectivement.
Il est connu de détecter une panne d’un composant électromécanique une fois que la panne s’est produite, typiquement en constatant que le composant électromécanique n’assure plus une fonction ou présente un comportement inhabituel. Cependant dans ce cas, le système qui intègre le composant électromécanique présente un défaut causé par la panne du composant électromécanique, qui peut nécessiter un arrêt immédiat du système. Dans le cas où le système est par exemple un moteur de véhicule automobile et où le composant électromécanique est un composant important du moteur, tel une vanne d’admission ou une vanne de recirculation des gaz brûlés, une panne impose un arrêt du moteur et donc une immobilisation du véhicule automobile. Ceci est d’autant plus préjudiciable pour le conducteur qu’une réparation nécessite l’atelier du mécanicien, alors même que le véhicule automobile n’est plus en mesure de l’atteindre.
Aussi il est recherché un procédé de prévision d’une panne du composant électromécanique, permettant d’anticiper ladite panne, au moins suffisamment avant qu’elle ne se produise, afin de prévenir le conducteur pour lui permettre de conduire le véhicule automobile jusqu’à l’atelier du mécanicien par ses propres moyens, tant que le composant électromécanique est suffisamment opérationnel et éviter ainsi un dépannage et/ou un remorquage suite à une panne immobilisante.
Cet objectif est atteint grâce à un procédé de prévision d’une panne d’un composant électromécanique du type comprenant un élément, un actionneur mobilisant l’élément et un capteur mesurant une position de l’élément, comprenant les étapes suivantes : commande de l’actionneur selon une commande donnée, préférentiellement un échelon, durant un intervalle, mesure au moyen du capteur d’au moins une position pendant l’intervalle, enregistrement de ladite au moins une position dans un historique, comparaison de ladite au moins une position avec au moins une position extrapolée à partir de l’historique, prévision d’une panne lorsque ladite au moins une position s’éloigne de la position extrapolée.
Selon une autre caractéristique la comparaison est réalisée relativement, avec une tolérance de +/-X%, avec X préférentiellement égal à 10, encore préférentiellement égal à 5.
Selon une autre caractéristique ladite au moins une position comprend une caractéristique position en fonction du temps sur l’intervalle.
Selon une autre caractéristique la commande de l’actionneur est réalisée en boucle ouverte.
Selon une autre caractéristique ladite au moins une position est complétée par extraction d’au moins une donnée pertinente, ladite au moins une donnée pertinente étant traitée à l’instar de ladite au moins une position.
Selon une autre caractéristique ladite au moins une donnée pertinente comprend une vitesse au cours de l’intervalle.
Selon une autre caractéristique ladite au moins une donnée pertinente comprend une vitesse maximale au cours de l’intervalle.
Selon une autre caractéristique aucune prévision n’est réalisée si une position finale, mesurée en fin de l’intervalle, est trop éloignée d’une position de référence ou d’une position finale extrapolée de l’historique.
Selon une autre caractéristique les étapes de commande et de mesure sont réalisées durant une phase où l’élément n’est pas sollicité par son environnement.
Selon une autre caractéristique l’étape d’enregistrement est réalisée en local et/ou via un réseau de communication.
Description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
L’invention concerne un procédé de prévision d’une panne et plus particulièrement d’un composant électromécanique 1 du type comprenant un élément 2, un actionneur 3 mobilisant l’élément 2 et un capteur 4 mesurant une position de l’élément 2. Un mode de réalisation d’un tel composant électromécanique 1 est illustré à la figure 1.
Le principe de l’invention est de commander 7 l’actionneur 3, relié à l’élément 2 afin de provoquer un mouvement de l’élément 2 et de mesurer, au moyen du capteur 4 le mouvement obtenu en réponse 9. Ce schéma est avantageusement reproduit le plus souvent possible au cours de la vie de l’élément 2, dans des conditions d’environnement sensiblement identiques, afin que le mouvement obtenu en réponse ne dépende que du composant électromécanique 1.
A chaque fois, le mouvement obtenu en réponse, ou une ou plusieurs données indicatives de ce mouvement, sont enregistrés dans un historique. Une extrapolation de l’historique permet de déterminer une tendance et d’estimer ce que devrait être un nouveau mouvement en réponse. Une nouvelle mesure d’un mouvement en réponse peut être comparée avec ladite extrapolation de l’historique. Si les deux sont comparables, il peut être considéré que le composant électromécanique 1 présente un comportement nominal. Dans le cas contraire, si une nouvelle mesure s’éloigne trop de l’extrapolation, le comportement présente une rupture que l’on considère indicative d’une future panne. Les deux sont réputés comparables s’il diffère d’une quantité faible, par exemple égale à 5% de la valeur.
Ce procédé permet avantageusement de considérer la fonction dans son ensemble et d’englober toutes les causes possibles d’origine de panne, sans distinction.
Ainsi dans le cas d’espèce illustratif où le composant électromécanique 1 est une vanne d’admission (ADM) ou une vanne de recirculation des gaz brûlés (EGR) pour moteur à explosion, la détection englobe aussi bien les défauts de l’actionneur 3, ici un moteur électrique à courant continu (usure, défaut de bobinage, dégradation du vernis, etc.), de l’élément 2, ici une vanne, qui peut être grippée ou partiellement obturée par des dépôts, ou encore les défauts du capteur 4.
Le procédé vérifie les performances de la chaîne de commande complète. Avantageusement, le procédé compare le comportement actuel du composant électromécanique 1 avec son comportement passé représenté par son historique. Le composant 1 est comparé avec lui-même. Il est ainsi possible de détecter un changement de comportement, une dérive, indicative d’une panne en devenir.
Pour cela le procédé comprend les étapes suivantes. Au cours d’une première étape, l’actionneur 3 est commandé selon une commande donnée, toujours la même pour un composant 1, durant un intervalle T. Cette commande est préférentiellement une commande calibrée tel un échelon 11. La figure 2 illustre sur un diagramme temporel, un tel échelon 11 appliqué sur un intervalle T. Elle illustre encore, sur une même échelle des temps, la réponse 12 en position. L’échelle des ordonnées est par nature différente en ce que les grandeurs ne sont pas les mêmes : tension électrique de commande de moteur électrique pour l’échelon 11 et position ou position angulaire pour l’élément 2.
Au cours d’une deuxième étape, au moyen du capteur 4, il est mesuré une grandeur indicative du comportement en réponse du composant électromagnétique 1, telle que la position 9, pendant l’intervalle T. L’objectif est ici de capturer tout ou partie de la courbe caractéristique : position de l’élément 2 en fonction du temps.
Pour préparer l’avenir, ladite au moins une position 9 est enregistrée afin de constituer/compléter de manière incrémentale un historique. Quelle que soit la nature des données utilisées pour capturer le comportement en réponse, elle reste identique au cours du temps. Ainsi l’historique constitué au fur et à mesure, est cohérent avec une nouvelle mesure.
Pour réaliser effectivement le diagnostic / la prévision de panne, la nouvelle mesure, qui vient d’être réalisée, est comparée avec une extrapolation issue de l’historique. Une extrapolation, en ce qu’elle prolonge la tendance de l’historique est indicative de ce que devrait être une nouvelle mesure. L’extrapolation vise à tenir compte d’une possible variation liée à une évolution normale. Il est important de noter que l’on compare un composant électromagnétique 1 donné avec lui-même dans le passé. Ceci facilite la détection d’un changement de tendance.
Aussi, si la nouvelle mesure s’éloigne trop de la position extrapolée, il peut être déduit un changement de comportement que l’on interprète comme une tendance conduisant à terme à une panne. L’éloignement est, par exemple, mesuré par une variation relative. Un éloignement est trop important lorsque la variation relative dépasse une certaine valeur fixée, par exemple 5 ou 10 %.
L’extrapolation peut être de tout type : linéaire, quadratique, etc., tant qu’elle réalise une estimation des données en utilisant l’historique comme base et en le prolongeant par une valeur plausible.
Selon un premier mode de réalisation, ladite au moins une position 9, utilisée pour représenter le comportement du composant électromécanique 1, comprend une pluralité de mesure de position 9 de l’élément 2, de manière à figurer une caractéristique position en fonction du temps sur l’intervalle T. Une telle caractéristique est typiquement représentative de la courbe 12 de réponse, sous forme de couples temps, position, échantillonnés, avantageusement régulièrement, sur, de préférence, la totalité de l’intervalle T. Ce mode de réalisation est intéressant en ce qu’il conserve un maximum d’information et peut permettre de nombreuses analyses a posteriori.
Il est possible d’équiper un composant électromagnétique 1 ne comportant initialement pas de capteur 4 en lui en adjoignant un.
Avantageusement, un composant électromagnétique 1, tel qu’illustré à la figure 1 est un composant électromagnétique 1 asservi. A ce titre il comprend un capteur 4 utilisé pour recopier la position 9 à l’attention de l’asservissement. Dans un tel dispositif, une consigne 8 est appliquée en entrée du dispositif. Un correcteur 6 en déduit une commande 14 à l’attention du moteur ou motoréducteur 3. Ce dernier produit en conséquence un mouvement et le transmet à l’élément 2, via typiquement un organe de transmission 15, tel un arbre rotatif solidaire de l’élément 2. Un capteur 4 est apte à mesurer une position 9, linéaire ou angulaire, de l’élément 2 ou ce qui est équivalent de l’organe de transmission 15. Cette position 9 est envoyée, via un retour 10, au correcteur 6. Le correcteur 6 compare la consigne 8 demandée avec la position 9 mesurée et adapte la commande 14. L’actionneur 3 est ici commandé en boucle fermée.
Un tel mode de réalisation est avantageux en ce que le composant électromagnétique 1 comprend un capteur 4 qui peut avantageusement être réutilisé. Pour appliquer l’invention il convient cependant de commander l’actionneur 3 en boucle ouverte. Pour cela il convient de supprimer le retour 10 si le composant électromagnétique 1 en comporte un. Une commande 7 est alors appliquée en lieu et place de la consigne 8, sans employer le comparateur 6. La mesure 9 est obtenue directement du capteur 4 et utilisée pour les besoins de l’invention.
Comme vu précédemment, un mode de réalisation intéressant mesure, enregistre et compare des caractéristiques position en fonction du temps. Cependant une telle caractéristique nécessite une importante quantité de donnée, pour peu que l’on considère une ou plusieurs centaines d’échantillons par caractéristique. Ceci multiplié par le nombre de caractéristiques, avantageusement égal à une par utilisation du composant électromécanique 1.
Il est avantageux d’extraire/dériver de la caractéristique complète précédente, au moins une donnée pertinente.
Ladite au moins une donnée pertinente peut alors être utilisée en lieu et place de la caractéristique ou venir la compléter et être traitée à son instar.
Dans les deux cas, il est appliqué à ladite au moins une donnée pertinente les différentes opérations : stockage d’information visant à constituer l’historique, mesure, l’extrapolation et comparaison prédictive.
Le remplacement est avantageux pour le stockage en ce qu’il permet une drastique réduction du volume nécessaire au stockage, et pour les étapes de mesure et de comparaison, réalisées en temps réel, et pour lesquels il permet une importante réduction du temps de traitement.
Un mode de réalisation consiste à extraire comme donnée pertinente une vitesse au cours de l’intervalle T. Une vitesse peut être déterminée à partir de deux points sur la courbe 12 de réponse, soit deux couples (position, temps). Ce mode de réalisation présente l’avantage de la simplicité. Il n’est pas nécessaire d’échantillonner la totalité de la caractéristique et seuls deux points peuvent être mesurés. Ceci réduit la taille de l’historique en phase de stockage et la durée du traitement durant la phase temps réel. Il convient, afin de comparaison, que ces deux points soient toujours aux mêmes dates, d’une mesure à l’autre. Le choix de ces deux points est important en ce qu’ils vont ou non permettre de détecter un changement de comportement.
Afin d’améliorer la quantité d’information associée à ladite au moins une donnée pertinente, ladite au moins une donnée pertinente comprend une vitesse maximale au cours de l’intervalle T. Dans un tel mode de réalisation le traitement réalisé durant la phase temps réel est plus important que précédemment en ce qu’il suppose une acquisition/échantillonnage de la totalité de la caractéristique position en fonction du temps, puis un traitement de détermination de la vitesse en toute paire de point afin de déterminer le maximum. Cependant ce mode de réalisation peut permettre de réduire drastiquement, comme précédemment, la taille de l’historique stocké à une vitesse par opération. La vitesse maximale est une donnée très pertinente.
La date à laquelle se produit la vitesse maximale dans l’intervalle T peut encore être stockée et utilisée pour la prédiction.
Selon un autre mode de réalisation, alternatif ou complémentaire, ladite au moins une donnée pertinente comprend encore un autre paramètre issu d’un traitement de la caractéristique.
Il peut ainsi être utilisé un temps de réponse 13, une vitesse moyenne, un retard au démarrage ou tout autre paramètre obtenu par un traitement de la caractéristique.
Le temps de réponse 13 est défini, en référence à la figure 2, par le temps à laquelle la position 9 atteint l’objectif 17 de position souhaité. Ce temps de réponse théorique, difficile à déterminer, est en pratique remplacé par le temps de réponse 13 pratique où, tel qu’illustré, la position 9 atteint l’objectif 17 à X%, avec classiquement X égal à 5.
La position finale 16, ou position 9 mesurée en fin d’application de l’échelon 11 ou de l’intervalle T, est encore une grandeur intéressante.
Cependant, si elle est trop éloignée de sa valeur nominale, considérée par une position de référence ou par une position finale extrapolée de l’historique, il peut être considéré que le composant électromécanique 1 est déjà en panne ou du moins sérieusement dysfonctionnel. Aussi dans un tel cas, aucune prévision n’est réalisée. Le procédé peut encore choisir de transmettre une alarme à un module de détection de panne.
Afin que toutes les mesures réalisées soient comparables, une mesure est systématiquement réalisée dans une phase où l’état de l’environnement est identique et de préférence connu. Si de plus l’environnement ne sollicite pas l’élément 2 pendant la mesure, il est certain que la réponse 12 ne dépend que de la commande 7. Pour un composant électromécanique 1 monté sur un véhicule automobile et plus particulièrement un composant disposé sur le moteur, telle une vanne d’admission (ADM) ou une vanne de recirculation des gaz brûlés (EGR), une telle phase peut être trouvée lorsque le moteur est arrêté. Il est alors certain que le papillon 2 de la vanne ne subit aucun effort. Il est ainsi possible de réaliser une mesure à chaque arrêt moteur de manière à effectuer une détection de panne et à enrichir l’historique.
Il a été vu que l’invention conduit, au niveau de l’historique constitué petit à petit tout au cours de la vie du composant électromécanique 1, à d’important volumes de données.
Ces données peuvent être stockées localement, à proximité du composant, par exemple dans une mémoire associée à l’unité de traitement réalisant le procédé, soit le cas échéant dans le véhicule.
Alternativement, si un réseau de communication est disponible (GSM, Wifi, BlueTooth, …), les données collectées peuvent être transmises à une unité de stockage extérieur déportée, tel un serveur, un cloud, etc. Cette caractéristique présente plusieurs avantages. Un premier avantage est de ne pas nécessiter un moyen de stockage local. Un autre avantage et de permettre de regrouper à un niveau central des données remontées de différents, voire de tous les, composants électromagnétiques 1 et par exemple de permettre des analyses statistiques, permettant d’améliorer la connaissance des tendances conduisant à une panne, ainsi que la précision de ces dernières, par exemple sur la précision de la date de panne effective.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention, en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Claims (10)
- Procédé de prévision d’une panne d’un composant électromécanique (1) du type comprenant un élément (2), un actionneur (3) mobilisant l’élément (2) et un capteur (4) mesurant une position de l’élément (2), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- commande (7) de l’actionneur (3) selon une commande donnée, préférentiellement un échelon (11), durant un intervalle (T),
- mesure au moyen du capteur (4) d’au moins une position (9) pendant l’intervalle (T),
- enregistrement de ladite au moins une position (9) dans un historique,
- comparaison de ladite au moins une position (9) avec au moins une position extrapolée à partir de l’historique,
- prévision d’une panne lorsque ladite au moins une position (9) s’éloigne de la position extrapolée. - Procédé selon la revendication 1, où la comparaison est réalisée relativement, avec une tolérance de +/-X%, avec X préférentiellement égal à 10.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où ladite au moins une position (9) comprend une caractéristique position en fonction du temps sur l’intervalle (T).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où la commande (7) de l’actionneur (3) est réalisée en boucle ouverte.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où ladite au moins une position (9) est complétée par extraction d’au moins une donnée pertinente, ladite au moins une donnée pertinente étant traitée à l’instar de ladite au moins une position (9).
- Procédé selon la revendication 5, où ladite au moins une donnée pertinente comprend une vitesse au cours de l’intervalle (T).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, où ladite au moins une donnée pertinente comprend une vitesse maximale au cours de l’intervalle (T).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, où aucune prévision n’est réalisée si une position finale, mesurée en fin de l’intervalle (T), est trop éloignée d’une position de référence ou d’une position finale extrapolée de l’historique.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, où les étapes de commande (7) et de mesure (9) sont réalisées durant une phase où l’élément (2) n’est pas sollicité par son environnement.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, où l’étape d’enregistrement est réalisée en local et/ou via un réseau de communication.
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