Diagnostic et Reconfiguration dun Vhicule Electrique Sur Actionn

Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur. Actionné M. A. DJEZIRI ATER EC-Lillle R. MERZOUKI MC Polytech. Lille G. DAUPHIN-TANGUY Prof EC-Lille B. OULD BOUAMAMA Prof Polytech-Lille Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal (LAGIS - UMR CNRS 8021) Coordonnées : mohand. djeziri@ec-lille. fr; mohand. djeziri@polytech-lille Tel: (33) (0) 3 20 33 71 39 , Bureau C 308 EC-Lille 1

Problématique Ü Modélisation et diagnostic Ø Les modèles des systèmes mécatroniques sont incertains; Ø Génération des indicateurs de fautes robustes à base de modèles : procédure complexe ( théorie de l’élimination et de la projection) Ø La génération des modèles incertains pour les systèmes mécatroniques est complexe Ø Le sens physique des paramètres et des incertitudes n’apparaît pas explicitement sur le modèle (généralement d’état) Ü Intérêt pratique Ø Détection et isolation de défauts (FDI) Ø Pilotage d’un bloc de reconfiguration, commande tolérante Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 255

Plan de l’exposé 1. Intérêt des BG pour le Diagnostic robuste? 2. Démarche de supervision (diagnostic et reconfiguration) 3. Application à un véhicule électrique 4. Conclusion Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 355

térêt des BG pour le diagnostic robust Ü Intérêt des BG Ø Approche intégrée : Une seule représentation Ø Représentation explicite sur le modèle de tous les types d’incertitudes. Ø Le passage du déterministe à l’incertain n’affecte pas les propriétés causale et structurelle du modèle Ø La partie incertaine du modèle est parfaitement séparée de sa partie nominale. Ü Contribution Ø Génération automatique des modèles incertains Ø Génération automatique des RRAs formelles et des seuils adaptatifs de fonctionnement normal Ø Génération des indices de performance Ø Informatisation de la procédure Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 455

Démarche de Diagnostic (FDI) Placement de capteurs Analyse structurelle Génération d’indices de performance Génération des RRAs Robustes Modèle BG -LFT Génération des seuils adaptatifs Reconfiguration du système Implémentation en tems réel Identification paramétrique Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 555

Etape 1: Modélisation LFT BG [G. Dauphin-Tanguy & al 1999] [C. Sié kam & al 2001] [C. Niesner & al 2005] 6

Modélisation LFT des éléments BG Résistance électrique R: R f. Rn Rn e. Rn f 1=f. Rn e. Rn R: Rn -δR MSe*: w. R f. Rn Rn e. Rn + δR e 2 e 1 + Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) e 2 e 1 f. Rn 1 De*: z. R e. Rn 0 f =f 1 Rn R: Rn 755

Modèle LFT BG (Mise en oeuvre sur exemple) De *: z R R: Rn Phénomène d’hystérésis 9 6 MSe: w. R 2 5 L A 8 11 3 L i Df: i *: z Se: u 4 1 Df R Se: u R: R MSe: wns I: L Sf M 10 : w L 7 I: Ln Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 855

Etape 2. Analyse structurelle Mise en évidence de la nature du couplage sur le modèle bond graph 9

Analyse structurelle Ü Système propre et observable Ø [C. Sueur & al 1989] Ü Système surdéterminé Ø Proposition 1: Sur un modèle bond graph destiné à la surveillance (mis en causalité dérivée), le système sera sous-déterminé si en dualisant les détecteurs, les éléments dynamiques ne peuvent pas être mis en causalité dérivée. Ø Proposition 2: L’élément à l’origine du conflit de causalité sur un système observable sous déterminé, peut être mis en causalité intégrale lorsque les conditions initiales sont connues. Le système devient ainsi sur-déterminé. Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1055

Analyse structurelle (Mise en oeuvre sur exemple) Partie mécanique du moteur I: Je C: 1/K SSf Df Se C: 1/K SSe De Se ? R: fe Pas de conflit de causalité, Conflit de causalité, Système sur-déterminé Système sous-Déterminé Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1155

Etape 3: Génération des RRAs Robustes 12

Génération de RRAs robustes (1/3) (mise en oeuvre sur un exemple) De *: z R R: Rn 9 6 5 2 f: SS MSe: w. R 1 - Se i 1 Se: u 4 7 - MSe: w. L 7 3 MSe: w. L 8 Se: u i SSf - 3 - 10 - Ln- 10 - 3 10 A *: z L L SSf - 2 - 9 - Rn - 9 - 2 De R 5 - MSe: w. R I: Ln Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1355

Génération de RRAs robustes (2/3) (mise en oeuvre sur un exemple) De *: z R R: Rn 9 6 2 i f: Se: u 5 SS MSe: w. R 1 4 7 3 MSe: w. L De 10 *: z L 8 I: Ln Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1455

Informatisation Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1555

Etape 4. Génération des indices de performance Indice de sensibilité paramétrique SI Indice de détectabilité des défauts DI 16

Génération des indices de performance (1/3 ÜIndice de sensibilité normalisé ØÉvalue l’énergie apportée au résidu par l’incertitude sur chaque paramètre en la comparant à l’énergie totale apportée par toutes les incertitudes Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1755

Génération des indices de performance (2/4 Ü Indice de sensibilité normalisé δi : Incertitude sur le ième paramètre i Є {R, C, I, RS, TF, GY} ωi: ième entrée modulée correspondant à Incertitude sur le ième paramètre Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1855

Génération des indices de performance (3/4 Ü Définition: L’indice de détectabilité de défaut DI est la différence entre l’effort (ou flux) apporté par les défauts en valeur absolue et celui apporté par l’ensemble des incertitudes en valeur absolue. Ü Proposition: Condition de détectabilité de défauts Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 1955

Génération des indices de performance (4/4 Ü Taux Détectable d’un défaut paramétrique Ü Valeur détectable d’un défaut structurel Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2055

Partie 5: Reconfiguration 21

Démarche de reconfiguration (1/2) Yd Bloc de Reconfig Bloc de Diagnostic Xd 3 Configurations • Traction 4 X 4 • Traction avant • Traction arrières Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2255

Démarche de Reconfiguration (2/2) PLANIFICATION DE TRAJECTOIRE TG MCI. 1 4 X 4 MCI. 2 Corr 2 X 2 av MCI. 3 2 X 2 ar Bloc de diagnostic Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2355

3. Application à un véhicule électrique 24

Description du véhicule et de ses actionneurs Moteur Dimensions: Longueur: 1, 836 m (73, 90"); Largeur: 1, 306 m (51, 42"); Hauteur: 0, 616 m (24, 25"). Poids: 310 Kg (449 Lbs) avec batteries. Vitesse: 18 Km/h équivalent à 5 m/s. Batteries: 8× 12 Volts 60 Ah, sealed lead batteries. Alimentation 24 Volts. Moteurs: 4× 900 Watts, with switched motor, 24 Volts. 2300 rpm primary, 230 rpm output. Inductance L=0. 075 H. Resistance R=0. 32 Ω. Instrumentation: 6 codeurs optiques <1 mm, 4 de traction et 2 de direction Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2555

Hypothèses de modélisation Ü Présence du couple perturbateur borné dans les parties moteur et roue; Ü Chaussée sèche et uniforme; Ü Vitesse constante < 20 Km/h Ü Dynamiques considérées: Ø Longitudinale; Ø Système électromécanique de traction. Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2655

Modélisation du système déterministe R L Se: u i fe A K Je Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2755

Modélisation du système incertain 4/4 R L Se: u i fe A K Je Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 2855

Génération des RRAs robustes 29

Génération des RRAs robustes Ü Résidus et entrées fictives Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3055

4. Résultats de simulation Simulations réalisées sur le simulateurs de véhicule CALLASPROSPER 31

Scénario de simulation Ü validation de l’algorithme de planification Ø 3 configurations: Traction avant, traction arrière et 4 x 4 Ü Validation de l’algorithme de diagnostic Ø Présence d’un défaut externe (crevaison d’un pneumatique) Ø Présence d’un défaut sur la résistance électrique du moteur Ø Présence d’un défaut sur la partie mécanique du moteur (variation anormale du paramètre fe) Ø Visualisation du comportement du véhicule pour chaque situation Ü Validation du schéma de reconfiguration Ø Reconfiguration du système en présence d’un défaut sur 3255 Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009)

Validation de l’algorithme de planification 33

Validation de l’algorithme de planification (1/2)) Configuration 2 x 2 Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3455

Validation de l’algorithme de planification (2/2) Configuration 4 x 4 Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3555

Validation de l’algorithme de diagnostic 36

Résidus en fonctionnement normal Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3755

Résidus en fonctionnement normal Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3855

Simulation d’une crevaison de la roue Détection immédiate Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 3955

Simulation d’une crevaison de la roue Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4055

Simulation d’une crevaison de la roue Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4155

Défaut sur la résistance R 0. 1 Ohm Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4255

Défaut sur la résistance R Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4355

Défaut sur la résistance R Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4455

éfaut sur la partie mécanique du moteu 0. 08 N. m. s/rad Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4555

éfaut sur la partie mécanique du moteu Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4655

Validation du schéma de reconfiguration 47

Validation du schéma de reconfiguration (1/3) Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4855

Validation du schéma de reconfiguration (2/3) Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 4955

Validation du schéma de reconfiguration (3/3) Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 5055

Implémentation sur le système Robu. Car Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 5155

Implémentation sur le système Robu. Car ? ? Implémentation sur CALLAS Prosper Implémentation sur le Robu. Car Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 5255

Train de véhicule Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 5355

5. Conclusion 54

Conclusion Cadre du travail présenté Ø Continuité d’une thématique sur les BGs et la conception de systèmes de diagnostic (validée par des applications réelles). Contributions Ø Robustesse de l’algorithme aux incertitudes structurées et non structurées; Ø Approche intégrée pour la génération systématique de RRAs robustes pour des modèles non linéaires; Ø Incertitudes paramétriques apparaissent d’une façon explicite sur le modèle BG; Ø Validation de l’approche par des applications réelles et informatisation des procédures de génération de RRAs incertaines Diagnostic et Reconfiguration d’un Véhicule Electrique Sur-Actionné (Equipe BG 19/02/2009) 5555