Brevet FR3022639A1 — publié le 20151225

Procédé de marquage de faisceaux de lignes électriques pour le diagnostic par réflectométrie et kit correspondant DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les procédés de diagnostic par réflectométrie, les faisceaux de lignes électriques et les kits correspondants. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de diagnostic par réflectométrie d'un faisceau de lignes électriques comportant au moins un point d'entrée et une pluralité de branches, un tel faisceau de lignes électriques en arbre et un kit de diagnostic par réflectométrie d'un tel faisceau. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Les systèmes électroniques complexes interconnectés sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne et leurs défaillances peuvent avoir des conséquences importantes en termes humains, économiques et sociaux, particulièrement pour des applications critiques de sûreté de fonctionnement. C'est pour cette raison que les réseaux d'interconnexion filaire sont maintenant regardés comme des systèmes critiques et que leur diagnostic commence tout juste à être considéré dans l'industrie. En effet, avec l'augmentation des longueurs cumulées de câbles (environ 4 km dans une voiture moderne et jusqu'à 400 km dans un avion de transport civil) et l'évolution de la sensibilité aux défauts des réseaux en raison des complexités de conception, divers problèmes dus aux câbles électriques peuvent surgir au niveau système. Le diagnostic du réseau est alors essentiel pour détecter et localiser ces défauts. Aujourd'hui par exemple, un garagiste peut mettre jusqu'à 2 jours pour trouver et réparer un défaut de 35 câblage, parfois après avoir changé des composants (ECU, 3022639 2 connecteur, etc.) sains et coûteux. Il apparaît par exemple que 70% des calculateurs renvoyés aux fabricants sont exempts de défauts. Dans le domaine de l'aéronautique, la perte 5 d'exploitation d'un AOG (Aircraft On Ground) à cause d'une panne est voisine d'1 à 2 ME par jour. A l'heure actuelle, la technique la plus prometteuse et majoritairement employée pour le diagnostic de faisceaux ou harnais électriques est la réflectométrie. 10 La réflectométrie est basée sur une technique similaire à celle d'un système radar. En particulier, un signal à large bande spectrale est injecté dans le faisceau électrique et une partie du signal est réfléchie vers le point d'injection par chaque 15 zone de variation d'impédance caractéristique de la ligne (discontinuité par exemple) qui est rencontrée par le signal. On obtient ainsi une série d'échos dont les amplitudes dépendent de la topologie du faisceau et des 20 éventuels défauts s'y trouvant. L'analyse de ces amplitudes permet d'identifier la nature des défauts, c'est-à-dire s'il s'agit de défauts francs, par exemple des circuits ouverts ou des courts-circuits, ou de défauts non-francs (variations localisées mais régulières d'impédance 25 caractéristique). L'analyse du délai de retour des échos au point d'injection renseigne sur la position des défauts dans le faisceau. Cependant, dans de nombreux cas, il reste une 30 ambiguïté concernant le positionnement du défaut. Par exemple, si un défaut apparaît au-delà d'une épissure, c'est-à-dire au-delà d'une division du faisceau en plusieurs branches, il est impossible de savoir simplement et rapidement sur quelle branche il se trouve à partir de 35 mesures en un seul point. Cette ambiguïté constitue une 3022639 3 difficulté lors des opérations de maintenance et de réparation, avec un enjeu économique qui peut être majeur pour certains domaines d'application. Le document WO 2010/043602 Al décrit une méthode de 5 réflectométrie distribuée permettant de lever l'ambiguïté de localisation d'un défaut dans un faisceau complexe en multipliant les points de mesure dans le réseau. Plus particulièrement, le système complet de réflectométrie (génération de signal, acquisition et traitement) est 10 dupliqué afin de réaliser une injection de signal aux extrémités du faisceau de câbles. Un diagnostic est donc réalisé à partir de chaque extrémité. Dans le cas embarqué, le système est dupliqué à chaque extrémité. Dans le cas d'une intervention manuelle, 15 l'ambiguïté n'est levée qu'après de multiples opérations, comme des démontages supplémentaires de garnitures dans les véhicules par le technicien. De plus, cette méthode nécessite en outre une communication pour synchroniser les mesures entre les différentes unités. 20 Tout ceci se traduit donc par une perte considérable de temps et d'argent. OBJETS DE L'INVENTION La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. 25 A cet effet, un procédé du genre en question est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - insertion de marqueurs électriques sur les branches du faisceau, les marqueurs électriques présentant des caractéristiques fréquentielles différentes les unes 30 des autres ; - injection d'un signal de test dans le faisceau à partir du point d'entrée ; - réception d'un ensemble de signaux réfléchis produits par des réflexions du signal de test dans les 35 branches du faisceau ; 3022639 4 - analyse de l'ensemble des signaux réfléchis en identifiant les marqueurs électriques et en attribuant chaque signal réfléchi à l'une des branches du faisceau d'après la caractéristique fréquentielle du marqueur 5 électrique inséré sur ladite branche ; et - identification d'une présence/absence d'un défaut dans ladite branche en comparant le signal réfléchi attribué à ladite branche à un modèle de signal réfléchi obtenu en modélisant la réflexion du signal de test dans 10 ladite branche en l'absence de défaut dans ladite branche. Grâce à ces dispositions, il est possible de lever l'ambiguïté de localisation d'un défaut par réflectométrie entre des branches différentes d'un réseau électrique de topologie complexe, de manière simple et peu coûteuse, en 15 marquant électriquement les branches du réseau avec des signatures fréquentielles particulières sans perturber le fonctionnement normal du réseau. Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre 20 à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - les marqueurs électriques comprennent des dipôles et/ou des quadripôles électriques linéaires et/ou non linéaire passifs et/ou actifs ; - les marqueurs électriques comprennent des 25 filtres passe-bas ; - au moins certains des filtres passe-bas présentent des fréquences de coupure différentes ; - au moins certains des filtres passe-bas présentent des pentes de coupure différentes ; 30 - au moins certains des filtres passe-bas sont des filtres passe-bas du 1er ordre ; - au moins certains des filtres passe-bas sont des filtres passe-bas du 2ème ordre ; - l'étape d'injection est mise en oeuvre par un 35 module de production de signal de test comprenant un 3022639 5 convertisseur numérique-analogique et un élément de couplage d'injection ; et - l'étape de réception est mise en oeuvre par un module de détection de signaux électriques comprenant un 5 élément de couplage de réception et un convertisseur analogique-numérique. L'invention a également pour objet un faisceau de lignes électriques comportant au moins un point d'entrée et une pluralité de branches, caractérisé en ce qu'il comprend 10 une pluralité de marqueurs électriques chacun inséré sur une branche du faisceau, les marqueurs électriques présentant des caractéristiques fréquentielles différentes les unes des autres. Dans divers modes de réalisation du faisceau selon 15 l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - chaque marqueur électrique possède une impédance égale à une impédance caractéristique de la branche sur laquelle il est inséré, au moins pour des fréquences de 20 signal électrique correspondant à des fréquences de service du faisceau (S) ; et - le faisceau est un équipement de véhicule terrestre, aérien, spatial ou de véhicule de transport maritime ou fluvial, disposé pour son fonctionnement de 25 service à bord dudit véhicule. L'invention a en outre pour objet un kit de diagnostic par réflectométrie d'un faisceau de lignes électriques comportant au moins un point d'entrée et une pluralité de branches, caractérisé en ce qu'il comprend : 30 - une pluralité de marqueurs électriques chacun adapté pour être inséré sur une branche du faisceau (s), les marqueurs électriques présentant des caractéristiques fréquentielles différentes les unes des autres ; - un module de production de signal de test adapté 35 pour être connecté au point d'entrée et pour injecter un 3022639 6 signal de test dans le faisceau à partir du point d'entrée ; - un module de détection de signaux électriques adapté pour être connecté au point d'entrée et pour 5 recevoir un ensemble de signaux réfléchis produits par des réflexions du signal de test dans les branches du faisceau ; et - un module de traitement adapté pour être connecté au module de détection et pour analyser l'ensemble 10 des signaux réfléchis en identifiant les marqueurs électriques et en attribuant chaque signal réfléchi à l'une des branches du faisceau d'après la caractéristique fréquentielle du marqueur électrique inséré sur ladite branche, et pour identifier une présence/absence d'un 15 défaut dans ladite branche en comparant le signal réfléchi attribué à ladite branche à un modèle de signal réfléchi obtenu en modélisant la réflexion du signal de test dans ladite branche en l'absence de défaut dans ladite branche. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 20 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un de ses modes de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant un 25 dispositif de diagnostic par réflectométrie selon l'invention; - la Figure 2 est un schéma représentant une caractéristique fréquentielle d'un marqueur électrique du dispositif de la Figure 1; et 30 - la Figure 3 est un schéma illustrant les différentes étapes d'un procédé de diagnostic par réflectométrie selon l'invention. DESCRIPTION PLUS DETAILLEE Sur les différentes Figures, les mêmes références 35 désignent des éléments identiques ou similaires. 3022639 7 La Figure 1 illustre un dispositif 10 de diagnostic par réflectométrie d'un faisceau Z de lignes électriques. Le faisceau Z présente une topologie complexe et comporte au moins un point d'entrée 12 et une pluralité de 5 branches 14. Chaque branche 14 est connectée à un système Z' x ayant une impédance d'entrée propre Z. Le dispositif 10 comprend une pluralité de marqueurs électriques TAGX chacun inséré sur l'une des 10 branches 14 du faisceau Z. Chaque marqueur électrique TAGX présente une caractéristique fréquentielle, ou signature fréquentielle, connue qui lui est propre, toutes les caractéristiques fréquentielles étant différentes les unes des autres. 15 En particulier et comme représenté sur la Figure 2, chaque marqueur électrique TAGX possède une impédance ZTAGx égale à une impédance caractéristique Z, de la branche 14 sur laquelle il est inséré, au moins pour des fréquences f de signal électrique correspondant aux fréquences de 20 service f serv du faisceau Z. Ainsi, la présence des marqueurs électriques TAGX ne perturbe pas les signaux utiles qui sont véhiculés par le faisceau Z lors d'une utilisation de celui-ci qui correspond à sa fonction de service. 25 Autrement dit, l'impédance ZTAGx est adaptée à l'impédance caractéristique Z, de la branche 14 sur laquelle il est inséré, sur la(les) bande(s) utile(s) de fréquences. En d'autres termes encore, les marqueurs 30 électriques TAGX sont « transparents » sur la(les) bande(s) spectrale(s) des signaux utiles du faisceau Z. En variante, l'impédance Z TAGx du marqueur électrique TAGX peut être égale à une impédance d'un étage d'entrée du système Zrx, aux fréquences des signaux utiles 35 du faisceau Z. 3022639 8 Les marqueurs électriques TAG>, peuvent comprendre des dipôles et/ou des quadripôles électriques linéaires et/ou non linéaires passifs et/ou actifs, notamment des filtres. 5 Pour les applications envisagées ici, les signaux utiles sont généralement des signaux basse ou moyenne fréquence. Les marqueurs électriques TAG>, peuvent ainsi comprendre des filtres passe-bas, par exemple des filtres 10 passe-bas du ler ordre et des filtres passe-bas du 2 ème ordre et plus généralement des filtres passe-bas du n' me ordre. Encore plus généralement, les marqueurs électriques peuvent comprendre tout filtre dont la présence est 15 détectable. Afin de les différencier les uns des autres, au moins certains de ces filtres passe-bas peuvent présenter des fréquences de coupure différentes et/ou des pentes de coupure différentes. Sur la Figure 2, f, représente la 20 fréquence de coupure du filtre passe-bas TAGX. Cette fréquence de coupure f, est différente des fréquences de service f - serv du faisceau Z. Les marqueurs électriques TAG>, peuvent être insérés partout sur la branche 14 correspondante, par exemple au au milieu, à la fin ou encore être intégrés 25 début, dans l'étage d'entrée du système Z'>, correspondant. Sur la Figure 1, les marqueurs électriques TAG>, sont insérés sur les dernières branches 14 du faisceau Z, mais il est bien entendu possible de les insérer sur 30 n'importe quelles branches, par exemple sur les avant-dernières branches et plus généralement sur les nièmes branches du faisceau Z. Dans ces cas-là, on n'isole pas les systèmes Z'>, individuellement mais on isole des ensembles de systèmes Zrx. Le dispositif 10 comprend en outre un module de 3022639 9 production 20 de signal de test adapté pour être connecté au point d'entrée 12 et pour injecter un signal de test dans le faisceau Z à partir du point d'entrée 12. Le module de production 20 comprend par exemple un 5 convertisseur numérique-analogique DAC relié à un élément de couplage d'injection 22 lui-même relié au point d'entrée 12. Le signal de test est un signal multifréquentiel à large bande spectrale, typiquement une impulsion. Le signal 10 de test possède avantageusement des composantes spectrales non nulles dans un intervalle spectral étendu qui contient les fréquences de coupure de tous les marqueurs électriques. Le dispositif 10 comprend en outre un module de 15 détection 30 de signaux électriques adapté pour être connecté au point d'entrée 12 et pour recevoir un ensemble de signaux réfléchis produits par des réflexions du signal de test dans les branches 14 du faisceau Z. Le module de détection 30 comprend par exemple un 20 élément de couplage de réception 32 relié au point d'entrée 12 et un convertisseur analogique-numérique ADC relié à l'élément de couplage de réception 32. Le dispositif 10 comprend également un module de traitement 40 adapté pour être connecté au module de 25 détection 30 et pour analyser l'ensemble des signaux réfléchis. L'invention concerne aussi bien des dispositifs embarqués que des dispositifs débarqués. Le dispositif embarqué comprend au moins le 30 faisceau Z muni du point d'entrée 12 et des branches 14, et les marqueurs électriques TAGX insérés de façon permanente sur les branches 14. Il peut s'agir notamment d'un équipement de véhicule terrestre (automobile, autobus, etc.), aérien 35 (avion, hélicoptère, etc.), spatial (fusée, satellite, 3022639 10 etc.) ou de véhicule de transport maritime (de surface ou sous-marin) ou fluvial. Le dispositif débarqué peut consister en un kit de diagnostic par réflectométrie comprenant les marqueurs 5 électriques TAGX, le module de production 20, le module de réception 30 et le module de traitement 40. En référence à la Figure 3, le procédé de diagnostic par réflectométrie du faisceau Z comprend les étapes suivantes. 10 Une première étape S50 consiste à insérer les marqueurs électriques TAGX sur les branches 14 du faisceau Z . Il est à noter que lorsqu'il s'agit d'un dispositif embarqué, cette étape a déjà été mise en oeuvre lors de la 15 fabrication ou de l'installation du faisceau Z à bord du véhicule. Ensuite, dans une étape S52 mise en oeuvre par le module de production 20, un signal de test est injecté dans le faisceau Z à partir du point d'entrée 12. 20 Une partie du signal de test est alors réfléchie dans les différentes branches 14 générant ainsi des signaux réfléchis. L'ensemble de ces signaux réfléchis est alors reçu par le module de détection 30 dans une étape S54, puis 25 analysé par le module de traitement 40. En particulier, le module de traitement 40 identifie les marqueurs électriques et attribue, dans une étape S56, chaque signal réfléchi à l'une des branches 14 d'après la caractéristique fréquentielle du marqueur 30 électrique TAGX inséré sur cette branche 14. Le module de traitement 40 compare ensuite, dans une étape S58, chaque signal réfléchi attribué à une branche 14 à un modèle de signal correspondant obtenu en modélisant la réflexion du signal de test dans la branche 35 14 correspondante en l'absence de défaut dans cette branche 3022639 11 14. Le modèle prend bien entendu en compte les signatures fréquentielles des marqueurs électriques TAGX et la topologie complexe du faisceau Z. 5 En fonction des résultats de cette comparaison, il est alors possible d'identifier la présence ou l'absence d'un défaut dans la branche 14. L'invention propose donc un procédé et des dispositifs, embarqués ou débarqués, simples à mettre en 10 oeuvre et peu coûteux, permettant d'identifier et de localiser sans ambiguïté un défaut dans une ligne en marquant électriquement à l'aide de filtres chacune des branches d'un faisceau électrique avec une signature fréquentielle particulière. 15 De plus, les marqueurs électriques considérés dans la présente invention ne perturbent pas les signaux utiles véhiculés par le faisceau. Plus la structure des marqueurs est complexe, ou en d'autres termes plus la signature fréquentielle des 20 marqueurs est spécifique, plus il sera facile d'affecter les signaux réfléchis aux branches respectives. Le coût d'un filtre dépend de sa complexité mais demeure néanmoins bien inférieur à celui d'un système complet de réflectométrie. 25 L'invention s'applique en particulier aux faisceaux électriques ayant un rôle critique d'un point de vue sûreté de fonctionnement, notamment dans le domaine du transport (automobile mais surtout aéronautique), du nucléaire et des réseaux publics (surveillance des vols de câbles). 30 Bien entendu, l'invention peut être appliquée pour effectuer un diagnostic lorsqu'un incident est détecté dans le réseau ou tout simplement pour effectuer un diagnostic de contrôle de l'état du réseau. L'analyse des signaux réfléchis qui est effectuée 35 par le module de traitement a été décrite ci-dessus dans le 3022639 12 domaine fréquentiel (FDR pour Frequency Domain Reflectometry). Dans une telle analyse spectrale, le coefficient de réflexion au point d'entrée du faisceau, donc au point d'injection du signal de test, est affecté 5 par les signatures fréquentielles des marqueurs électriques. Mais le module de traitement peut effectuer de façon équivalente une analyse temporelle des signaux réfléchis (TDR pour Time Domain Reflectometry). Dans ce 10 cas, chaque écho provenant d'une branche marquée est convolué par la réponse impulsionnelle du marqueur électrique correspondant. Le passage de l'un à l'autre et vice-versa se fait respectivement par transformée de Fourier inverse et transformée de Fourier. 15 L'Homme du métier comprendra que l'invention résulte du principe d'insérer des marqueurs différents dans des branches séparées du faisceau, pour que le signal qui est réfléchi par l'une des banches puisse être identifié comme provenant de façon certaine de cette branche. 20 L'altération éventuelle du signal réfléchi révèle alors un défaut présent dans cette branche. Toutefois, l'invention est compatible avec plusieurs modes d'analyse des signaux réfléchis, que l'Homme du métier saura mettre en oeuvre sans difficulté. 25 REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic par réflectométrie d'un faisceau (S) de lignes électriques comportant au moins un 5 point d'entrée (12) et une pluralité de branches (14), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - insertion (S50) de marqueurs électriques (TAGJ sur les branches (14) du faisceau (s), les marqueurs électriques (TAGJ présentant des caractéristiques 10 fréquentielles différentes les unes des autres ; - injection (S52) d'un signal de test dans le faisceau (S) à partir du point d'entrée (12) ; - réception (S54) d'un ensemble de signaux réfléchis produits par des réflexions du signal de test 15 dans les branches (14) du faisceau (S) ; - analyse de l'ensemble des signaux réfléchis en identifiant les marqueurs électriques (TAGJ et en attribuant (S56) chaque signal réfléchi à l'une des branches (14) du faisceau (S) d'après la caractéristique 20 fréquentielle du marqueur électrique (TAGJ inséré sur ladite branche (14) ; et - identification d'une présence/absence d'un défaut dans ladite branche (14) en comparant (S58) le signal réfléchi attribué à ladite branche (14) à un modèle 25 de signal réfléchi obtenu en modélisant la réflexion du signal de test dans ladite branche (14) en l'absence de défaut dans ladite branche (14). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les marqueurs électriques (TAGJ comprennent des dipôles 30 et/ou des quadripôles électriques linéaires et/ou non linéaire passifs et/ou actifs. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les marqueurs électriques (TAGJ comprennent des filtres passe-bas. 35 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel au 3022639 14 moins certains des filtres passe-bas présentent des fréquences de coupure (fJ différentes. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel au moins certains des filtres passe-bas présentent 5 des pentes de coupure différentes. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel au moins certains des filtres passe-bas sont des filtres passe-bas du 1er ordre. 7. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications 3 à 6, dans lequel au moins certains des filtres passe-bas sont des filtres passe-bas du 2ème ordre. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape d'injection est mise en oeuvre par un module de production (20) de signal de 15 test comprenant un convertisseur numérique-analogique (DAC) et un élément de couplage d'injection (22). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'étape de réception est mise en oeuvre par un module de détection (30) de signaux 20 électriques comprenant un élément de couplage de réception (32) et un convertisseur analogique-numérique (ADC). 10.Faisceau (S) de lignes électriques comportant au moins un point d'entrée (12) et une pluralité de branches (14), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de 25 marqueurs électriques (TAGJ chacun inséré sur une branche (14) du faisceau (S), les marqueurs électriques (TAGJ présentant des caractéristiques fréquentielles différentes les unes des autres. 11.Faisceau (S) selon la revendication 10, dans 30 lequel chaque marqueur électrique (TAGJ possède une impédance (ZTAGJ égale à une impédance caractéristique (ZJ de la branche (14) sur laquelle il est inséré, au moins pour des fréquences (f) de signal électrique correspondant à des fréquences de service (f , - serv ) du faisceau (S). 35 12.Faisceau (S) selon la revendication 10 ou 11, le 3022639 15 faisceau (S) étant un équipement de véhicule terrestre, aérien, spatial ou de véhicule de transport maritime ou fluvial, disposé pour dudit véhicule. 13.Kit son fonctionnement de service à bord de diagnostic par réflectométrie d'un faisceau (S) de lignes électriques comportant au moins un point d'entrée (12) et une pluralité de branches (14), caractérisé en ce qu'il comprend : - une pluralité de marqueurs électriques (TAGJ chacun adapté pour être inséré sur une branche (14) du faisceau (s), les marqueurs électriques (TAGJ présentant des caractéristiques fréquentielles différentes les unes des autres ; - un module de production (20) de signal de test 15 adapté pour être connecté au point d'entrée (12) et pour injecter un signal de test dans le faisceau (S) à partir du point d'entrée (12) ; - un module de détection (30) de signaux électriques adapté pour être connecté au point d'entrée 20 (12) et pour recevoir un ensemble de signaux réfléchis produits par des réflexions du signal de test dans les branches (14) du faisceau (S) ; et - un module de traitement (40) adapté pour être connecté au module de détection (30) et pour analyser 25 l'ensemble des signaux réfléchis en identifiant les marqueurs électriques et en attribuant chaque signal réfléchi à l'une des branches (14) du faisceau (S) d'après la caractéristique fréquentielle du marqueur électrique (TAGx) inséré sur ladite branche (14), et pour identifier 30 une présence/absence d'un défaut dans ladite branche (14) en comparant le signal réfléchi attribué à ladite branche (14) à un modèle de signal réfléchi obtenu en modélisant la réflexion du signal de test dans ladite branche (14) en l'absence de défaut dans ladite branche (14). 35