Brevet FR3064578A1 — publié le 20181005

Procédé de simulation expérimentale, pour obtenir des informations relatives à la fiabilité d'une porte automatique d'accès voyageurs La présente invention concerne un procédé de simulation expérimentale, pour obtenir des informations relatives à la fiabilité d'une porte automatique d'accès voyageurs. L'invention trouve son application dans le domaine ferroviaire, et notamment pour le matériel roulant. La simulation est effectuée sur un prototype de porte comprenant un dormant, un ouvrant et un actionneur d'entrainement de l'ouvrant. L'ouvrant est composé de deux vantaux coulissants. La réduction des coûts des opérations de maintenance, des pannes en service, ainsi que des périodes d'indisponibilité sont trois axes d'amélioration majeurs dans le domaine de l'industrie ferroviaire. Les portes d'accès voyageurs représentent une part importante des perspectives d'amélioration car celles-ci forment des systèmes utilisés directement par les voyageurs et car elles sont nombreuses sur un véhicule comme un train, les couts de maintenance et la fiabilité étant alors d'autant plus impactés. C'est pourquoi il est fondamental d'assurer leur bon fonctionnement. En particulier, l'objectif est d'améliorer leur robustesse et leur fiabilité. Dans ce domaine, WO 01/34446 Al divulgue un procédé permettant de planifier intelligemment les opérations de maintenance à effectuer sur une porte automatique d'un véhicule ferroviaire. Ce procédé vise plus particulièrement à déterminer lorsqu'il est nécessaire d'effectuer une opération de maintenance sur la porte, et ainsi à éviter toute intervention inutile et des défaillances en utilisation commerciale. Le procédé consiste à mesurer en temps réel les valeurs de consommation du système d'actionnement de la porte, ainsi que les valeurs de vitesse de fermeture/d'ouverture de la porte et de comparer ces valeurs avec des données expérimentales établies au préalable. Notamment, ces données sont enregistrées lors de simulations effectuées sur un banc de tests en conditions normales et en conditions dégradées. En comparant les données expérimentales avec le modèle réel, il est alors possible de déterminer l'état d'usure de la porte et le cas échéant de planifier une opération de maintenance avant l'apparition de tout dysfonctionnement. WO 01/34446 Al est silencieux sur la façon avec laquelle les simulations sont effectuées sur le banc d'essai, autant pour les conditions normales que dégradées. L'invention entend proposer un procédé plus spécifique, permettant de tester un prototype de porte d'accès voyageurs de façon plus approfondie, et donc plus en adéquation avec la réalité. 3064578 2 A cet effet l'invention concerne un procédé de simulation expérimentale, pour obtenir des informations relatives à la fiabilité d'une porte automatique d'accès voyageurs pour véhicule ferroviaire, ce procédé comprenant des étapes consistant à: a) fixer un prototype de porte sans dégradation et nominalement réglé sur un banc 5 d'essai, le prototype comprenant un dormant, un ouvrant et un actionneur d'entrainement de l'ouvrant, b) soumettre le prototype à une série de tests, c) mesurer, pendant toute la série de tests, des signaux caractéristiques des performances de la porte, 10 d) réitérer les étapes a) à c) avec un prototype de porte dégradé à plusieurs niveaux de dégradations. Conformément à l'invention, l'étape b) consiste à modifier au moins l'un des éléments de contexte suivants : l'orientation du prototype autour d'un premier axe correspondant à la pente, 15 l'orientation du prototype autour d'un second axe correspondant au dévers, - la déformation du dormant et/ou de l'ouvrant, la tension d'alimentation du système porte, les conditions climatiques, la présence d'un obstacle à la fermeture de la porte. 20 L'idée à la base de l'invention est donc de tester la porte d'accès voyageurs en conditions réelles sur un banc d'essai, en analysant les effets liés aux éléments de contexte et les effets liés aux dégradations sur les performances du système d'accès. Notamment, un prototype de porte est soumis à la fois à des dégradations et à des variations contextuelles, notamment sévères, de façon à identifier clairement les causes 25 d'un dysfonctionnement, l'anticiper et calculer les marges d'erreur correspondantes. Cela permet de mettre en place un système de maintenance prédictive, optimisé en fonction des résultats des tests. Selon des aspects avantageux, mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute 30 combinaison techniquement admissible : A l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en remplaçant au moins un composant du prototype sans dégradation et nominalement réglé par un composant dégradé. A l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en déréglant une ou 35 plusieurs liaisons mécaniques. 3064578 3 A l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en imposant des efforts résistants, tels que des frottements. Le procédé comprend une étape supplémentaire consistant à analyser les mesures effectuées avec le prototype sans dégradation et nominalement réglé 5 et avec le prototype de porte dégradé, de façon à identifier l'influence des dégradations de la porte sur le fonctionnement de la porte à l'ouverture et à la fermeture. Les tests effectués à l'étape b) sont organisés suivant un plan d'expériences. L'ordre des expérimentations est optimisé pour minimiser les temps de réglage 10 entre chaque expérimentation. Les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de la position de l'ouvrant. Les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de la vitesse de l'ouvrant. 15 Les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de l'énergie consommée par l'actionneur. Les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif d'un niveau vibratoire au cours de certaines phases de fonctionnement caractéristiques et à un emplacement particulier. 20 L'invention et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un procédé de simulation expérimentale, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un banc d'essai pour réaliser un procédé de 25 simulation expérimentale conforme à l'invention, et la figure 2 est un logigramme des étapes du procédé objet de l'invention. La figure 1 montre un banc d'essai 2 pour effectuer des simulations expérimentales sur un prototype de porte 4 d'accès voyageurs, c'est-à-dire un spécimen de test. Le prototype de porte 4 est une reproduction d'une porte d'accès voyageurs de 30 véhicule ferroviaire, c'est-à-dire circulant sur des rails. Il s'agit d'un matériel roulant ferroviaire (train, tramway, métro, etc.). Dans l'exemple, le prototype de porte 4 comprend un dormant 40, c'est-à-dire un bâti, qui est une structure représentative de la caisse du véhicule ferroviaire et qui correspond à une réplique d'une partie du véhicule dans laquelle la porte est montée. Le 35 prototype 4 comprend également un ouvrant 42. Dans l'exemple, l'ouvrant est formé par 3064578 4 deux vantaux 42 animés d'un mouvement de coulissement extérieur. Un actionneur (non représenté) permet l'ouverture et la fermeture des vantaux 42. Le banc d'essai 2 est équipé de moyens 6 pour orienter sélectivement le prototype 4 autour d'un premier axe X1 de façon à simuler le comportement de la porte lorsque le 5 véhicule est en dévers et pour orienter sélectivement le prototype 4 autour d'un second axe Y1, perpendiculaire et sécant au premier axe X1, de façon à simuler le comportement de la porte lorsque le véhicule est en pente. De préférence, les moyens 6 incluent un premier vérin, conçu pour appliquer un effort F1 et orienter ainsi le prototype 4 autour de l'axe Y1, comme si on avait une pente 10 (flèche R-1) et un second vérin, conçu pour appliquer un effort F2 et orienter ainsi le prototype 4 autour de l'axe X1, comme si on avait un devers (flèche R2). Le banc d'essai 2 comprend également des moyens 10 pour appliquer des efforts, et donc déformer le dormant 40 et/ou l'ouvrant 42. Il s'agit ici de mettre le dormant 40 dans un état de contraintes (cisaillement et torsion) pouvant apparaitre en conditions 15 normales de fonctionnement, par exemple à cause du poids des voyageurs. Dans l'exemple, de telles déformations peuvent être obtenue par des premiers vérins capables d'appliquer des efforts verticaux F3 sur le dormant 40, par des deuxièmes vérins capables d'appliquer des efforts F4 sensiblement perpendiculaires à la porte et par un ou des troisièmes vérins capable d'appliquer un ou des efforts latéraux F5 sur la porte. 20 Avantageusement, le banc d'essai est équipé d'un système d'acquisition de données 8, formé par un ensemble de capteurs (non représentés). Ce système d'acquisition 8 permet de mesurer, pendant les tests (ou simulations), des signaux caractéristiques des performances de la porte et de stocker (sauvegarder) ces signaux. Dans l'exemple, ces signaux caractéristiques incluent des signaux représentatifs 25 de la position des vantaux 42, un signal représentatif de la vitesse des vantaux 42 et des signaux représentatifs de l'énergie consommée par l'actionneur pendant les séquences d'ouverture et de fermeture de la porte. Néanmoins, il pourrait être envisagé d'enregistrer d'autres signaux. Les simulations expérimentales sont effectuées de la manière suivante. Le 30 prototype de porte sans dégradation et nominalement réglé 4 est monté, lors d'une étape 100, sur le banc d'essai 2. A une étape ultérieure 102, certains réglages peuvent être effectués pour mettre le prototype 4 dans une configuration initiale. On effectue ensuite à l'étape 104 une série d'essais (ou expérimentations), pendant lesquels au moins l'un des éléments de contexte suivants est modifié grâce à 35 des moyens 12: - l'orientation du prototype autour de l'axe X1 correspondant à la pente, 3064578 5 l'orientation du prototype autour de l'axe X2 correspondant au dévers, - la déformation du dormant et/ou de l'ouvrant, la tension d'alimentation du système porte, les conditions climatiques, 5 - la présence d'un obstacle pendant le cycle d'ouverture/fermeture de la porte. Pendant ces essais, on teste donc le fonctionnement de la porte, sans dégradation, en conditions réelles. Avantageusement, les essais peuvent être organisés sous la forme de plan d'expériences. Egalement, l'ordre des expérimentations peut être optimisé pour minimiser les temps de réglage entre chaque expérimentation. 10 Les signaux caractéristiques du fonctionnement du prototype de porte 4 sont mesurés à une étape 106. Ces essais permettent de connaitre l'influence des éléments de contexte sur les performances de la porte, en évaluant la variation des signaux caractéristiques. Pour cela, on utilise un module d'analyse 14, du type calculateur. 15 Une fois les essais terminés, les mêmes expérimentations sont effectuées, mais dans un mode dégradé. Ces expérimentations correspondent à l'étape 104' à la figure 2. Pour ce faire, la méthode comprend une étape antérieure 102' durant laquelle au moins un, de préférence certains composants du prototype sans dégradation et nominalement réglé 4 sont remplacés par des composants dégradés, c'est-à-dire défectueux. 20 Egalement, il est possible de dérégler une ou plusieurs liaisons mécaniques, de changer la quantité et qualité de lubrification afin de simuler des dégradations et des écarts par rapport à l'ajustement nominal. On peut aussi envisager d'imposer des efforts résistants à l'ouverture et/ou à la fermeture de la porte, tels que des efforts de frottement. Le prototype sans dégradation et nominalement réglé est alors volontairement transformé en un 25 prototype que l'on pourrait qualifier de dégradé. Dans l'exemple, la « dégradation » du prototype est réalisée manuellement par un opérateur. Ces essais permettent d'apprendre l'influence des dégradations volontairement introduits sur les performances de la porte à l'ouverture et à la fermeture. Ainsi, la méthode de test conforme à l'invention vise non pas à tester le prototype de porte jusqu'à 30 atteindre un dysfonctionnement (casse d'une pièce, liaison mécanique dégradée, efforts résistants trop importants, ...) mais à introduire volontairement des dégradations pour voir l'influence de ces dégradations vis-à-vis des performances à l'ouverture et à la fermeture de la porte. Toutes les données collectées pendant les essais (avec un prototype sans 35 dégradation et nominalement réglé et dégradé) peuvent servir à déterminer l'état d'usure d'une porte d'accès voyageurs d'un véhicule ferroviaire, grâce à un système d'acquisition 3064578 6 embarqué sur le véhicule, comparable au système 8. Comme le système 8, le système embarqué permet de mesurer des signaux caractéristiques des performances de la porte (position, vitesse, énergie, vibrations et autres...). Ces signaux peuvent être comparés, à chaque cycle d'ouverture/fermeture, aux signaux obtenus lors des tests sur banc d'essai, 5 de façon à identifier un potentiel dysfonctionnement à venir et prévenir de ce dysfonctionnement en planifiant une opération de maintenance. Grâce à cette méthode, il n'est plus indispensable de planifier des opérations de maintenance à une fréquence fixe, puisque certaines d'entre elles n'avaient pas de réel intérêt, voire étaient inutiles. Egalement, la méthode permet de réduire le nombre de 10 pannes en service et d'augmenter la disponibilité du matériel roulant. Les caractéristiques des variantes et du mode de réalisation envisagé ci-dessus peuvent être combinées entre elles pour générer de nouveaux modes de réalisation de l'invention. 15 REVENDICATIONS1. Procédé de simulation expérimentale, pour obtenir des informations relatives à la fiabilité d'une porte automatique d'accès voyageurs pour véhicule ferroviaire, ce procédé comprenant des étapes consistant à: a) fixer (100, 102) un prototype de porte (4) sans dégradation et nominalement réglé sur un banc d'essai (2), le prototype comprenant un dormant (40), un ouvrant (42) et un actionneur d'entrainement de l'ouvrant, b) soumettre (104) le prototype (4) à une série de tests, c) mesurer (106), pendant toute la série de tests, des signaux caractéristiques des performances de la porte, d) réitérer les étapes a) à c) avec un prototype de porte dégradé à plusieurs niveaux de dégradations, le procédé étant caractérisé en ce que l'étape b) consiste à modifier au moins l'un des éléments de contexte suivants : - l'orientation du prototype autour d'un premier axe (Y1) correspondant à la pente, - l'orientation du prototype autour d'un second axe (X1) correspondant au dévers, la déformation du dormant (40) et/ou de l'ouvrant (42), la tension d'alimentation du système porte, les conditions climatiques, la présence d'un obstacle à la fermeture de la porte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en remplaçant au moins un composant du prototype sans dégradation et nominalement réglé par un composant dégradé. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, à l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en déréglant une ou plusieurs liaisons mécaniques. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l'étape d), le prototype de porte dégradé est obtenu en imposant des efforts résistants, tels que des frottements. 3064578 8 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant à analyser les mesures effectuées avec le prototype sans dégradation et nominalement réglé et avec 5 le prototype de porte dégradé, de façon à identifier l'influence des dégradations de la porte sur le fonctionnement de la porte à l'ouverture et à la fermeture. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 10 tests effectués à l'étape b) sont organisés suivant un plan d'expériences. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'ordre des expérimentations est optimisé pour minimiser les temps de réglage entre chaque expérimentation. 15 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de la position de l'ouvrant (42). 20 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de la vitesse de l'ouvrant (42). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les 25 signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif de l'énergie consommée par l'actionneur. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux caractéristiques incluent au moins un signal représentatif d'un niveau 30 vibratoire au cours de certaines phases de fonctionnement caractéristiques et à un emplacement particulier.