Brevet FR3043802A1 — publié le 20170519

PROCEDE POUR ETABLIR DES DIAGNOSTICS DE FONCTIONNEMENT D'AU MOINS UNE BOUCLE DE REGULATION PAR PORTRAITS DE PHASE [0001] La présente invention porte sur un procédé pour établir des diagnostics de fonctionnement d'au moins une boucle de régulation par portraits de phase. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les calculateurs de groupe motopropulseur d'un véhicule automobile, tels que les calculateurs multifonctions de moteur ou les calculateurs de boîte de vitesses automatisée. [0002] En effet, de tels calculateurs embarquent des régulateurs qui tendent à être de plus en plus nombreux comme les régulateurs de débit d'air, de pression de suralimentation, de régime moteur, de température d'eau, d'actionneur de vanne de système de recirculation des gaz d'échappement (ou système dit "EGR" en anglais pour "Exhaust Gas Recirculation"), d'actionneur de turbocompresseur, de pression d'huile, de pression de carburant, ou de déphaseur d'arbre à cames. Le nombre de régulateurs est variable selon les technologies embarquées. La qualité des boucles de régulation est importante pour atteindre les cibles de performance en termes de dépollution, de consommation, ou encore d'agrément de conduite. [0003] De façon connue en soi, le bon fonctionnement des boucles de régulation est surveillé par des diagnostics fonctionnels de manière à informer les outils après-vente ou le contrôle d'un dysfonctionnement. Dans le domaine automatique automobile, les diagnostics de surveillance des régulateurs sont généralement de type "écart de boucle", c'est-à-dire que dès que l'erreur de régulation est supérieure ou inférieure à des seuils prédéfinis, alors un défaut est suspecté et ce dernier est validé ou non par une stratégie basée sur l'analyse d'une durée de présence d'un défaut détecté, dite stratégie de "debounce" en anglais. Suivant le principe de fonctionnement d'une telle stratégie, si un défaut est suspecté, un compteur du défaut est incrémenté. Si le défaut n'est plus suspecté, le compteur du défaut est décrémenté (l'incrément peut être différent du décrément). Le défaut est confirmé si le compteur dépasse un seuil de validation du défaut. [0004] Le premier défaut du diagnostic de type "écart de boucle" est qu'il existe un important compromis entre la sensibilité et le risque de fausse détection. Ainsi, un défaut fugitif n'est généralement pas détecté à moins de définir un temps de confirmation court, ce qui va toutefois augmenter les fausses détections. En outre, en diminuant la durée de 3043802 2 détection d'un défaut fonctionnel, il sera potentiellement plus difficile de le discerner d'un défaut électrique, si ce dernier est la cause du dysfonctionnement de la régulation. [0005] Pour éviter les fausses détections, les temps de confirmation des défauts sont majorés, ce qui ne laisse remonter que les défaillances franches ou intermittentes mais 5 très fréquentes. Toutes les défaillances fugitives ne remontent pas de défaut, mais les conducteurs peuvent toutefois les ressentir, comme cela est le cas pour les à-coups moteur par exemple. Les services de maintenance doivent alors faire face à des défauts difficiles à reproduire, et même en reproduisant le défaut, il n'est pas certain que le composant défaillant puisse correctement être identifié. 10 [0006] Le deuxième défaut du diagnostic de type "écart de boucle" est de ne pas cibler le composant défectueux. Un écart de boucle peut en effet être la conséquence d'un défaut de capteur, d'actionneur, ou d'un autre composant de la boucle de régulation (durite d'air pincée, fuite, problème de faisceau, ou autre). La conséquence est qu'en après-vente, le nombre de déposes à tort de certains composants est relativement élevé sur les 15 boucles de régulation complexes (suralimentation, EGR, ou autre). [0007] Le troisième défaut du diagnostic de type "écart de boucle" est de ne pas prendre en compte la plausibilité de la dynamique du système. Ainsi, un défaut pourrait être détecté alors que l'on se trouve dans une phase de fonctionnement normal du système. En effet, un écart détecté comme étant un défaut pourrait être lié uniquement au fait que la 20 consigne vient d'effectuer un saut en créneau par exemple et que le dispositif n'a pas encore eut physiquement le temps de faire varier ses états. Le temps de confirmation du défaut contient alors aussi un temps de prise en compte de la dynamique du système. [0008] L'invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé pour établir des diagnostics de fonctionnement d'au moins une boucle de régulation par 25 portraits de phase, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de détermination d'au moins un portrait de phase de grandeurs d'une régulation d'au moins un dispositif de référence et pour différentes conditions environnementales, dit portrait nominal de référence, - une étape de mise en fonctionnement du dispositif dont la boucle de 30 régulation est à analyser, - une étape de détermination d'un portrait de phase de régulation, dit portrait de phase réel, pour la boucle de régulation associée au dispositif à analyser, 3043802 3 - une étape de comparaison du portait de phase réel par rapport à au moins un portrait nominal de référence, de manière à identifier d'éventuelles défaillances en fonction d'écarts entre le portrait nominal de référence et le portrait de phase réel du dispositif. 5 [0009] L'invention permet ainsi, grâce à la comparaison des portraits de phase, de définir précisément la nature de la défaillance, et ce même s'il s'agit d'un défaut fugitif, dans la mesure où il laissera une trace sur le portrait de phase. Il sera ainsi possible d'apporter rapidement une solution adaptée au défaut, ce qui limitera le temps dans la recherche des pannes ainsi que dans l'immobilisation des véhicules. Le procédé de diagnostic selon 10 l'invention permet en outre de s'affranchir d'un modèle interne complexe à calibrer en réalisant des portraits à partir d'essais réels et variés, par exemple des roulages de flottes captives. [0010] Selon une mise en oeuvre, le portrait de phase réel est obtenu au cours d'une analyse en temps réel. 15 [0011] Selon une mise en oeuvre, l'étape de comparaison du portrait de phase réel par rapport au portrait nominal de référence est réalisée visuellement par un opérateur ou par des algorithmes. [0012] Selon une mise en oeuvre, les portraits de phase sont visualisés en deux ou trois dimensions. 20 [0013] Selon une mise en oeuvre, le portrait nominal de référence et le portrait de phase réel sont comparés par superposition de l'un par rapport à l'autre. [0014] Selon une mise en oeuvre, les portraits de phase sont mémorisés ou effacés par tout moyen de mémorisation ou d'effacement. [0015] Selon une mise en oeuvre, pour obtenir un portrait de phase, le procédé 25 comporte: - une étape de récupération d'une consigne, d'une commande et d'une mesure en provenance de la boucle de régulation, - une étape d'estimation de divers états du dispositif, - une étape de traçage de trajectoires d'un état du système par rapport à un 30 autre ou une grandeur de régulation. 3043802 4 [0016] Selon une mise en oeuvre, la consigne est traitée de manière à obtenir une consigne dynamiquement réalisable par le dispositif automobile. [0017] Selon une mise en oeuvre, la mesure est filtrée pour éliminer des bruits annexes de mesure. 5 [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 schématise le fonctionnement d'une boucle de régulation sur laquelle est mis en oeuvre le procédé de diagnostic selon la présente invention; 10 [0020] La figure 2 est un schéma illustrant les différentes étapes du procédé de diagnostic du dispositif automobile par portraits de phase selon l'invention; [0021] La figure 3a représente un portrait nominal de référence associé à un actionneur turbo-pneumatique représentant la vitesse de l'actionneur en fonction de l'erreur de boucle; 15 [0022] La figure 3b représente un portrait de phase réel d'un actionneur turbo- pneumatique présentant une panne fugitive de capteur; [0023] La figure 3c représente un portrait de phase réel d'un actionneur turbo-pneumatique ayant de l'acide de batterie dans un faisceau; [0024] La figure 3d représente un portrait de phase réel d'un actionneur turbo- 20 pneumatique comportant une électrovanne usée. [0025] De façon classique, une boucle de régulation 10 illustrée sur la figure 1 comporte un correcteur 15, par exemple de type P (Proportionnel), PI (Proportionnel Intégral), ou PID (Proportionnel Intégral Dérivé), apte à générer un signal de commande 16 vers un dispositif 18 en fonction d'une comparaison entre une consigne 13 et une mesure 19. 25 [0026] La figure 2 représente de manière schématique les étapes principales du procédé de diagnostic d'une boucle de régulation 10 par portraits de phase selon l'invention. Le procédé comporte une étape 201 d'acquisition des données de référence de grandeurs d'une régulation d'un dispositif 18 dépourvu de défaillance. Ces données de référence sont 3043802 5 acquises pour différentes conditions environnementales de manière à permettre l'obtention, dans une étape 202, de portraits nominaux de référence 24. [0027] Les portraits nominaux de référence 24 sont utilisées pour établir, dans une étape 203, des gabarits de trajectoires 28 sous forme de graphique 30 qui serviront de 5 référence. [0028] Après avoir mis en fonctionnement le dispositif 18 dont la boucle de régulation 10 est à analyser, le procédé comporte une étape 204 d'acquisition de données de régulation issues de la boucle du dispositif 18. Dans une étape 205, les données de régulation obtenues permettent d'établir par une analyse en temps réel un portrait de phase de 10 régulation 25, dit portrait de phase réel, associé au dispositif 18 à analyser. [0029] Le portrait de phase réel 25 et les portraits nominaux de référence 24 sont comparés, dans une étape 206, de manière à identifier d'éventuelles défaillances de boucle de régulation 10 en fonction d'écarts observés entre le portrait de phase réel 25 du dispositif 18 et les portraits nominaux de référence 24. 15 [0030] Comme cela est illustré sur la figure 1, afin d'obtenir les portraits nominaux de référence 24 et les portraits de phase réel 25, la consigne 13, la commande 16 et la mesure 19 en provenance de la boucle de régulation 10 sont récupérées dans une étape 101. [0031] La consigne 13 est de préférence traitée de manière à obtenir une consigne 20 dynamiquement réalisable par le dispositif automobile 18. En outre, la mesure 19 pourra être filtrée de manière à éliminer les bruits annexes de mesure. [0032] Le procédé de diagnostic estime les divers états du dispositif 18 dans une étape 102, par exemple la dérivée de la mesure et la dérivée seconde de la mesure, et détermine l'erreur de boucle de la régulation. 25 [0033] Lorsque l'on souhaite analyser le fonctionnement de la boucle de régulation 10, le principe est de tracer dans une étape 103 les trajectoires 28 d'un état du système par rapport à un autre ou une grandeur de régulation, à l'aide des données préalablement récupérées. La superposition des trajectoires 28 permet d'obtenir un portrait, nominal de référence 24 ou réel 25. Un portrait de phase peut être visualisé sous la forme d'un 30 graphique 30 en deux ou trois dimensions. Si le portrait est conforme, le portrait est contenu dans le gabarit de référence et reflète la dynamique du système. 3043802 6 [0034] En cas de défaillance de la boucle de régulation 10, la dynamique du dispositif 18 est altérée et des trajectoires 28 anormales apparaissent sur les graphiques 30. Autrement dit, les trajectoires 28 des portraits de phase réel 25 à analyser ne sont pas superposables aux portraits nominaux de référence 24 correspondant au dispositif 18 sans défaillance. Il 5 est alors possible d'estimer le nombre de défaillances en comptabilisant les trajectoires 28 ne correspondant pas avec le portrait nominal de référence 24, dans la mesure où le moindre défaut fugitif (capteur, commande, dispositif, ou autre) laisse une trace. [0035] Par ailleurs, selon la nature de la défaillance, les graphiques 30 des portraits de phase réel 25 sont différents. Par exemple, la figure 3a correspond à un portrait nominal 10 de référence 24 d'un actionneur turbo-pneumatique et les figures 3b à 3d correspondent à trois portraits de phase réel 25 pour un actionneur turbo-pneumatique défaillant ayant respectivement une panne de capteur, de l'acide batterie dans un faisceau, et une électrovanne usée. Les trajectoires 28 de ces portraits 24,25 représentent la vitesse de l'actionneur V (dérivée de la mesure de position) en fonction de l'erreur de boucle E. 15 [0036] Sur la figure 3b, le portrait 25 correspondant à un défaut de capteur présente des pics de tension capteur qui créent des vitesses de déplacement pour l'actionneur physiquement impossibles. Ainsi, la recherche de la panne est orientée sur la partie électrique. Sur la figure 3c, le motif du portrait de phase correspondant à la présente d'acide dans un faisceau est également caractéristique, dans la mesure où le portrait de 20 phase 25 est beaucoup plus étalé que le portrait de phase nominal de référence 24. Dans le cas de l'électrovanne usée de la figure 3d, le portrait de phase met en évidence des vitesses de déplacement toujours très faibles, ce qui oriente donc la recherche de la panne vers le circuit de vide d'air qui alimente l'actionneur. [0037] Il est à noter que le diagnostic de type "écart de boucle" remonte difficilement sur 25 les cas "panne fugitive du capteur" et "présence d'acide dans le faisceau" (cf. figures 3b et 3c), en sorte que le défaut électrique n'est donc pas signalé alors qu'il est à l'origine de la défaillance. Dans le cadre de l'invention appliqué au cas de l'actionneur turbo-pneumatique, ces inconvénients sont résolus en comparant les portraits réel 25 des figures 3b à 3d au portrait nominal de référence 24 de la figure 3a pour avoir une 30 estimation visuellement quantifiable de la qualité de la régulation. [0038] La comparaison des portraits de phase réel 25 par rapport au portrait nominal de référence 24 pourra être réalisée visuellement par un opérateur ou par des algorithmes. 3043802 7 [0039] Par ailleurs, les graphiques 30 comportant les portraits 24,25 peuvent être mémorisés ou effacés par l'intermédiaire de tout moyen de mémorisation ou d'effacement. [0040] Le procédé s'affranchit ainsi d'un modèle interne complexe à calibrer en réalisant des portraits à partir d'essais réels et variés, par exemple des roulages de flottes captives. 5 En outre, les portraits découlent de la nature du système et les anomalies sont les écarts entre les portraits de référence et le portrait du dispositif en cours d'analyse. [0041] Le procédé permet également d'éviter la réalisation d'analyse d'acquisitions dans le temps, dans la mesure où le principe est de ne plus analyser des grandeurs en fonction du temps mais la cohérence de la superposition des trajectoires d'une grandeur par 10 rapport à une autre. En outre, étant donné que l'ensemble des trajectoires sont superposées au cours de l'analyse des boucles de régulations, les défauts fugitifs laissent ainsi une trace. Il sera donc possible d'apporter rapidement une solution adaptée au défaut, ce qui limitera le temps dans la recherche des pannes ainsi que dans l'immobilisation des véhicules. 15 REVENDICATIONS: 1. Procédé pour établir des diagnostics de fonctionnement d'au moins une boucle de régulation (10) par portraits de phase, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape (202) de détermination d'au moins un portrait de phase de grandeurs d'une régulation d'au moins un dispositif (18) de référence et pour différentes conditions environnementales, dit portrait nominal de référence (24), - une étape de mise en fonctionnement dudit dispositif (18) dont ladite boucle de régulation (10) est à analyser, - une étape (205) de détermination d'un portrait de phase de régulation, dit portrait de phase réel (25), pour ladite boucle de régulation (10) associée audit dispositif (18) à analyser, - une étape (206) de comparaison dudit portait de phase réel (25) par rapport à au moins un portrait nominal de référence (24), de manière à identifier d'éventuelles défaillances en fonction d'écarts entre ledit portrait nominal de référence (24) et ledit portrait de phase réel (25) dudit dispositif (18). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit portrait de phase réel (25) est obtenu au cours d'une analyse en temps réel. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite étape (206) de comparaison dudit portrait de phase réel (25) par rapport audit portrait nominal de référence (24) est réalisée visuellement par un opérateur ou par des algorithmes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits portraits de phase (24,25) sont visualisés en deux ou trois dimensions. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit portrait nominal de référence (24) et ledit portrait de phase réel (25) sont comparés par superposition de l'un par rapport à l'autre. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits portraits de phase (24,25) sont mémorisés ou effacés par tout moyen de mémorisation ou d'effacement. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour obtenir un portrait de phase (24, 25), ledit procédé comporte: 3043802 9 - une étape (101) de récupération d'une consigne (13), d'une commande (16) et d'une mesure (19) en provenance de ladite boucle de régulation (10), - une étape (102) d'estimation de divers états dudit dispositif (18), - une étape (103) de traçage de trajectoires (28) d'un état du système par rapport à un 5 autre ou une grandeur de régulation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite consigne (13) est traitée de manière à obtenir une consigne dynamiquement réalisable par ledit dispositif (18). 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ladite mesure (19) est 10 filtrée pour éliminer des bruits annexes de mesure.