EP3432275A1 - Procede de surveillance d'un composant embarque de vehicule automobile - Google Patents

Procede de surveillance d'un composant embarque de vehicule automobile Download PDF

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EP3432275A1
EP3432275A1 EP18178045.3A EP18178045A EP3432275A1 EP 3432275 A1 EP3432275 A1 EP 3432275A1 EP 18178045 A EP18178045 A EP 18178045A EP 3432275 A1 EP3432275 A1 EP 3432275A1
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EP
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component
failure
monitoring
determination
time
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Papa Medoune Ndiaye
Alexis RIERA
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    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00—Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/08—Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time
    • G07C5/0808—Diagnosing performance data
    • G—PHYSICS
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    • G07C5/08—Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time

Definitions

  • the invention is in the field of fault diagnosis of motor vehicle components during the life of the motor vehicle concerned.
  • Failure diagnosis methods concerned by the invention are active methods that solicit the component with a stress of the electrical, mechanical or chemical type. They therefore contribute to the degradation of the component to be monitored.
  • a method of monitoring an onboard component of a motor vehicle includes a determination of a deadline for a diagnosis to be made on the component using a value representative of a magnitude of use of the component that has been made until the moment of the determination, taking into account a desired maximum failure risk per unit time, the determination being based on a statistical distribution of occurrences in the lifetime of the failure component relating to at least one cause of failure of the component and possibly on a distribution of several causes of failure of the component, then a monitoring of the occurrence of the deadline, and finally at the occurrence of the deadline, the implementation of a solicitation of the component to detect a possible failure.
  • a monitoring device of an onboard component of a motor vehicle includes a means for determining a deadline for a diagnosis to be made on the component using a value representative of a magnitude of use of the component that has been made up to the the instant of determination, taking into account a desired maximum failure risk per unit of time, the determination being based on a statistical distribution of occurrences in the life of the failure component relating to at least one cause of failure of the component and possibly on a breakdown of several causes of failure of the component, a means of monitoring the occurrence of the deadline, and a means of implementation at the occurrence of the deadline, the solicitation of the component to detect a possible failure.
  • the motor vehicle concerned by the invention is equipped with a computer 201, responsible for monitoring a component of the vehicle.
  • the component may be an electronic component, a mechanical component, or an electromechanical component.
  • a statistical analysis for example of the Weibull analysis type, is performed in order to know the statistical distribution of the failure instants relating to each cause (c i ) of component failure.
  • R ( t ) is the probability of showing no failure between times 0 and t
  • the choice of the Weibull distribution is advantageous because of its ability to model so-called youth failures, random failures and so-called old age failures according to its three parameters (shape parameter, scale parameter and parameter position).
  • This correspondence failure rate - metric (time, mileage, number of activations, 7) is stored in the computer memory.
  • a first state is the state 0, corresponding to a situation without undiagnosed component failure;
  • a second state is state 1, corresponding to a failure of the undiagnosed component.
  • the transition rate from state 0 to state 1 (T 01 ) at time t depends on the failure rate at time t.
  • the transition rate from state 1 to state 0 (T 10 ) depends on the frequency f of the diagnosis.
  • the diagnostic frequency f is determined which makes it possible to have a residence rate in the state 1 P 11 (t + dt) equal to the desired risk over the time interval dt.
  • the system is therefore represented by a system of differential equations of order 1.
  • the due date (date, mileage or number of activations of the component) of the next diagnosis is equal to the current count, established for example by the counter 204, to which is added the result of a conversion function f, which makes it possible to go from a frequency f at a time interval, mileage or number of activations.
  • the 1 / f function is used to calculate the correct period, which gives a date of the next diagnosis equal to the current date to which 100 hours are added.
  • the counter 204 is incremented according to either the elapsed time, the kilometers traveled, or occurrences of the use of the component 401.
  • the comparator 205 regularly compares the maturity with the current value of the counter 204.
  • Step 3 If the comparator 205 detects that the next diagnosis has expired, then the diagnostic trip indicator 301 changes to the TRUE value; Step 4: If the diagnostic trip indicator 301 changes to TRUE then the monitoring algorithm 203 is triggered and unrolled; Step 5: Once the monitoring algorithm 203 is unwrapped and completed, the diagnostic trip indicator 301 returns to FALSE; Step 6: The process returns to Step 2.
  • the comparator 205 detects that the next diagnostic deadline is not reached then the diagnostic trip indicator 301 remains FALSE, and the count is continued using the counter 204.
  • the invention is an advance because it reduces the number of requests of the diagnosed component and the components involved in the diagnosis when there is little risk. to have a failure and its impact on the aging of these components is therefore low.
  • the frequency of the requests is at most equal to that observed with a diagnosis with fixed periodicity whose period would have been defined to cover the risk accepted to be exposed to a failure over the duration between two diagnoses.
  • An alternative is to calculate beforehand on a processing means a table of successive maturity of diagnosis and load in the memory of a calculator this table of successive maturities.
  • a counter is then used to trigger the diagnosis as soon as one after the other, the deadlines arrive.
  • the advantage of this variant is to unload the vehicle calculator from the calculation of the diagnostic deadline.

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Abstract

Procédé de surveillance d'un composant embarqué (401) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une détermination d'une échéance (103) pour un diagnostic à effectuer sur le composant à l'aide d'une valeur représentative d'une ampleur d'une utilisation du composant qui a été faite jusqu'à l'instant de la détermination, en prenant en compte un risque de défaillance maximal désiré par unité de temps (102), la détermination étant fondée sur une distribution statistique (101) des occurrences dans la vie du composant de défaillances relatives à au moins une cause de défaillance du composant et sur une répartition (101) de plusieurs causes de défaillance du composant, puis une surveillance (205) de la survenue de l'échéance, et enfin lors de la survenue de l'échéance, la mise en oeuvre d'une sollicitation (203) du composant pour détecter une défaillance.

Description

  • L'invention s'inscrit dans le domaine du diagnostic des défaillances de composants de véhicule automobile au cours de la vie du véhicule automobile concerné.
  • Il est connu d'utiliser des algorithmes embarqués de diagnostic qui détectent les défaillances des composants. Ces algorithmes sont exécutés avec une périodicité donnée, ou à la suite de la survenue d'un événement particulier, signalé par un calculateur ou un opérateur.
  • Les méthodes de diagnostic des défaillances concernées par l'invention sont des méthodes actives, qui sollicitent le composant avec un stress, de type électrique, mécanique ou chimique. Elles concourent en conséquence à la dégradation du composant à surveiller.
  • On connait ainsi du document FR2949865 une méthode de diagnostic de calculateurs mécatroniques recherchant les défaillances de ceux-ci.
  • On cherche à minimiser la dégradation du composant à surveiller, tout en assurant une fiabilité optimale dans le processus de diagnostic.
  • Pour cela, il est proposé un procédé de surveillance d'un composant embarqué de véhicule automobile. Ce procédé est remarquable car il comprend une détermination d'une échéance pour un diagnostic à effectuer sur le composant à l'aide d'une valeur représentative d'une ampleur d'une utilisation du composant qui a été faite jusqu'à l'instant de la détermination, en prenant en compte un risque de défaillance maximal désiré par unité de temps, la détermination étant fondée sur une distribution statistique des occurrences dans la vie du composant de défaillances relatives à au moins une cause de défaillance du composant et éventuellement sur une répartition de plusieurs causes de défaillance du composant, puis une surveillance de la survenue de l'échéance, et enfin lors de la survenue de l'échéance, la mise en oeuvre d'une sollicitation du composant pour détecter une éventuelle défaillance.
  • Les caractéristiques suivantes sont optionnelles et avantageuses :
    • l'échéance est exprimée en kilomètres parcourus par le véhicule, en unités de temps, ou en nombre d'activations du composant ;
    • la détermination de l'échéance est un calcul mené en modélisant un état courant du composant en l'un d'au moins deux états comprenant un état sans défaillance non diagnostiquée, et un état avec défaillance non diagnostiquée ;
    • l'échéance est calculée en extrayant une fréquence à laquelle effectuer un diagnostic d'un tableau de correspondance entre fréquences à laquelle effectuer un diagnostic et risque de défaillance maximal désiré par unité de temps ;
    • alternativement la détermination est une extraction d'une table préenregistrée, présentant des échéances successives (ou la fréquence de diagnostic équivalente), en fonction du risque de défaillance maximal désiré par unité de temps ;
    • le stress est un stress chimique, électrique ou mécanique ;
    • la défaillance est fonctionnelle ou électrique.
  • Il est aussi proposé un dispositif de surveillance d'un composant embarqué de véhicule automobile. Ce dispositif est remarquable car il comprend un moyen de détermination d'une échéance pour un diagnostic à effectuer sur le composant à l'aide d'une valeur représentative d'une ampleur d'une utilisation du composant qui a été faite jusqu'à l'instant de la détermination, en prenant en compte un risque de défaillance maximal désiré par unité de temps, la détermination étant fondée sur une distribution statistique des occurrences dans la vie du composant de défaillances relatives à au moins une cause de défaillance du composant et éventuellement sur une répartition de plusieurs causes de défaillance du composant, un moyen de surveillance de la survenue de l'échéance, et un moyen de mise en oeuvre lors de la survenue de l'échéance, de la sollicitation du composant pour détecter une éventuelle défaillance.
  • L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention,
    • La figure 1 étant une vue d'un mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 2 est la représentation d'un modèle utilisé pour l'invention.
  • Le véhicule automobile concerné par l'invention est équipé d'un calculateur 201, chargé de surveiller un composant du véhicule. Le composant peut être un composant électronique, un composant mécanique, ou encore un composant électromécanique.
  • Les données suivantes sont enregistrées dans le calculateur 201 :
    • Une table 101 de taux de défaillance du composant en fonction d'éléments de métrique comme le temps, le kilométrage du véhicule, ou encore le nombre d'activations du composant ; la table peut contenir, pour chaque valeur de la métrique utilisée, un ou plusieurs taux de défaillance, si l'on considère plusieurs causes de défaillance distinctes ;
    • Une valeur du risque d'exposition 102, enregistrée en mémoire ;
    • Un algorithme 103 de calcul de l'échéance (la date, le kilométrage du véhicule, un nombre d'utilisation du composant surveillé) du prochain diagnostic.
  • Le logiciel du calculateur 201 du véhicule comporte :
    • un algorithme de surveillance 203 dédié notamment à la surveillance du composant 401,
    • un compteur 204 par exemple temporel ou kilométrique, ou encore un compteur 204 comptant le nombre d'utilisation du composant surveillé, qui compte le temps qui s'écoule ou le nombre de kilomètres parcourus par le véhicule, ou encore le nombre d'activations du composant ;
    • un indicateur 301 de déclenchement de l'algorithme de surveillance 203 ;
    • un comparateur 205 de date, de kilométrage ou encore de nombre d'activations du composant, pour comparer l'échéance déterminée par l'algorithme 103 et la valeur courante déterminée par le compteur 204.
  • À partir d'un retour d'expérience fondé soit sur des essais, soit sur les statistiques issues d'une flotte de véhicule en circulation, les données suivantes sont recueillies, pour chaque composant, de technologie (ou modèle) donné :
    • causes de défaillance du composant ;
    • ancienneté (l'ancienneté étant évaluée en temps depuis la fabrication ou la mise en service, kilométrage parcouru, ou nombre d'utilisations du composant) à la défaillance du composant pour une cause donnée.
  • Une analyse statistique par exemple de type analyse Weibull est réalisée afin de connaitre la distribution statistique des instants de défaillance relatifs à chaque cause (ci) de défaillance du composant.
  • À chaque cause de défaillance ci, un taux de défaillance spécifique est ainsi calculé λ t ; Cause = c i = f t ; Cause = c i R t
    Figure imgb0001
     f t ; Cause = c i
    Figure imgb0002
     est la densité de la loi des instants en fonction de l'échéance de défaillance causée par le défaut ci.
  • R(t) est la probabilité de ne manifester aucune défaillance entre les instants 0 et t
  • Le choix de la distribution de Weibull est avantageux du fait de sa capacité à modéliser aussi bien les défaillances dites de jeunesse, les défaillances aléatoires et les défaillances dites de vieillesse en fonction de ses trois paramètres (paramètre de forme, paramètre d'échelle et paramètre de position).
  • La connaissance de la distribution statistique des instants de défaillance et de la proportion pi des causes de défaillance ci permet de calculer un taux de défaillance général en fonction du temps suivant la formule λ g t = ∑ i = 1 N λ t ; Cause = c i ⋅ p i
    Figure imgb0003
  • Cette correspondance taux de défaillance - métrique (temps, kilométrage, nombre d'activations,...) est enregistrée dans la mémoire du calculateur.
  • L'instant de la prochaine inspection est calculée grâce à une modélisation à deux états comme montré en figure 2.
  • Un premier état est l'état 0, correspondant à une situation sans défaillance non diagnostiquée du composant ;
    Un deuxième état est l'état 1, correspondant à une défaillance du composant non diagnostiquée.
  • Le taux de transition de l'état 0 à l'état 1 (T01) au temps t dépend du taux de défaillance à l'instant t.
  • Le taux de transition de l'état 1 à l'état 0 (T10) dépend de la fréquence f du diagnostic.
  • On détermine à chaque instant t, la fréquence de diagnostic f qui permet d'avoir un taux de séjour dans l'état 1 P11(t+dt) égal au risque désiré sur l'intervalle de temps dt.
  • L'évolution du taux de séjour dans l'état P11(t) est : dP 11 t f / dt = T 01 t × P 00 t f − T 10 f × P 11 t f
    Figure imgb0004
    et celle du taux de séjour dans l'état 0 est : dP 00 t f / dt = T 10 f * P 11 t f − T 01 t * P 11 t f
    Figure imgb0005
  • Le système est donc représenté par un système d'équations différentielles d'ordre 1.
  • Pour chaque instant t on détermine les conditions initiales suivantes :
    • P00 (t,f)= P00 (t) : probabilité de ne pas avoir défaillance du composant non diagnostiquée à l'instant t ;
    • P11 (t,f) = P11 (t) = 1- P00 (t) = probabilité d'avoir une défaillance non diagnostiquée à l'instant t.
  • Sur un intervalle d'utilisation du composant de véhicule, exprimé en temps, en kilométrage du véhicule ou en nombre d'activations du composant, noté par simplification dt et dont on suppose qu'il est assez court, on peut considérer que le taux de défaillance instantanée est constant P00 (t) = P00 (t+dt).
  • À chaque instant t, il est donc possible de déterminer la fréquence de diagnostic qui permet d'être dans l'état 1 avec la probabilité P11 (f) égale au risque désiré en résolvant pour f P 11 f = f T 01 + f + T 01 T 01 + f ∗ e − T 01 ∗ t + f ∗ t
    Figure imgb0006
  • L'échéance (date, kilométrage ou nombre d'activations du composant) du prochain diagnostic est égale au décompte actuel, établi par exemple par le compteur 204, auquel on ajoute le résultat d'une fonction conversion f, qui permet de passer d'une fréquence f à un intervalle de temps, kilométrage ou nombre d'activations.
  • Par exemple si f est égal à 0,01 diagnostic par heure, alors on utilise la fonction 1/f pour calculer la période adéquate ce qui donne une date du prochain diagnostic égale à date actuelle à laquelle on additionne 100 heures.
  • Le processus de surveillance comprend les étapes suivantes :
    • Étape 1 : Initialiser l'indicateur 301 de déclenchement du diagnostic à FAUX ;
    • Étape 2 : Calculer l'échéance du prochain diagnostic, à l'aide de l'algorithme 103, sous la forme par exemple d'une date ou d'un kilométrage ;
  • Parallèlement et en permanence, le compteur 204 est incrémenté en fonction soit du temps écoulé, soit des kilomètres parcourus, soit des occurrences de l'utilisation du composant 401.
  • Dès qu'une échéance est calculée, le comparateur 205 compare régulièrement l'échéance avec la valeur courante du compteur 204.
  • Étape 3 : Si le comparateur 205 détecte que l'échéance du prochain diagnostic est révolue alors l'indicateur de déclenchement du diagnostic 301 passe à la valeur VRAI ;
    Étape 4 : Si l'indicateur de déclenchement du diagnostic 301 passe à la valeur VRAI alors l'algorithme de surveillance 203 est déclenché et déroulé ;
    Étape 5 : Une fois que l'algorithme de surveillance 203 est déroulé et terminé, l'indicateur de déclenchement du diagnostic 301 repasse à FAUX ;
    Étape 6 : le processus revient à l'étape 2.
  • Inversement, si le comparateur 205 détecte que l'échéance du prochain diagnostic n'est pas atteinte alors l'indicateur de déclenchement du diagnostic 301 reste à FAUX, et le comptage est poursuivi à l'aide du compteur 204.
  • Par rapport à un diagnostic sur le composant impliquant une sollicitation de celui-ci à période fixe, l'invention est une avancée car elle réduit le nombre de sollicitations du composant diagnostiqué et des composants qui participent au diagnostic lorsqu'il y a peu de risque d'avoir une défaillance et son impact sur le vieillissement de ces composants est donc faible.
  • Lorsque composant vieillit, la fréquence des sollicitations est au plus égale à celle constatée avec un diagnostic à périodicité fixe dont la période aurait été définie pour couvrir le risque accepté d'être exposé à une défaillance sur la durée entre deux diagnostics.
  • Une variante consiste à calculer au préalable sur un moyen de traitement une table des échéances successives de diagnostic et de charger dans la mémoire d'un calculateur cette table des échéances successives.
  • Un compteur est alors utilisé pour déclencher le diagnostic dès que, les unes après les autres, les échéances arrivent.
  • L'avantage de cette variante est de décharger le calculateur du véhicule du calcul de l'échéance de diagnostic.

Claims (8)

  1. Procédé de surveillance d'un composant embarqué (401) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une détermination d'une échéance (103) pour un diagnostic à effectuer sur le composant à l'aide d'une valeur représentative d'une ampleur d'une utilisation du composant qui a été faite jusqu'à l'instant de la détermination, en prenant en compte un risque de défaillance maximal désiré par unité de temps (102), la détermination étant fondée sur une distribution statistique (101) des occurrences dans la vie du composant de défaillances relatives à au moins une cause de défaillance du composant et éventuellement sur une répartition (101) de plusieurs causes de défaillance du composant, puis une surveillance (205) de la survenue de l'échéance, et enfin lors de la survenue de l'échéance, la mise en oeuvre d'une sollicitation (203) du composant pour détecter une éventuelle défaillance.
  2. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échéance est exprimée en kilomètres parcourus par le véhicule, en unités de temps, ou en nombre d'activations du composant.
  3. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination de l'échéance est un calcul mené en modélisant un état courant du composant en l'un d'au moins deux états comprenant un état sans défaillance non diagnostiquée, et un état avec défaillance non diagnostiquée.
  4. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échéance est calculée en extrayant une fréquence à laquelle effectuer un diagnostic d'un tableau de correspondance entre fréquences à laquelle effectuer un diagnostic et risque de défaillance maximal désiré par unité de temps.
  5. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination est une extraction d'une table préenregistrée.
  6. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le stress est un stress chimique, électrique ou mécanique.
  7. Procédé de surveillance d'un composant embarqué selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la défaillance est fonctionnelle ou électrique.
  8. Dispositif de surveillance (201) d'un composant embarqué (401) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de détermination d'une échéance (103) pour un diagnostic à effectuer sur le composant à l'aide d'une valeur représentative d'une ampleur d'une utilisation du composant qui a été faite jusqu'à l'instant de la détermination, en prenant en compte un risque de défaillance maximal désiré par unité de temps (102), la détermination étant fondée sur une distribution statistique (101) des occurrences dans la vie du composant de défaillances relatives à au moins une cause de défaillance du composant et éventuellement sur une répartition (101) de plusieurs causes de défaillance du composant, un moyen de surveillance (205) de la survenue de l'échéance, et un moyen de mise en oeuvre lors de la survenue de l'échéance, de la sollicitation (203) du composant pour détecter une éventuelle défaillance.
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