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Les câbles auscultés en temps réel

Philippe Passebon

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Les câbles auscultés en temps réel

Fabrice Auzanneau, chercheur au CEA-Lis

Développée depuis 2005 au CEA pour les besoins de l’industrie, la réflectométrie peut être utilisée dans l’automobile pour repérer et localiser des problèmes de connexion dans les câbles. La méthode a longtemps été jugée complexe et trop coûteuse mais les travaux du CEA-List en électronique numérique et en miniaturisation la rendent aujourd’hui concurrentielle. Le point avec Fabrice Auzanneau, adjoint chef du Département Architecture, Conception et Logiciel Embarqué (DACLE) au CEA-List.

Pourquoi réaliser le diagnostic des câbles d’une voiture ?

Malgré l'engouement autour des technologies sans fil, il y a quand même de plus en plus de câbles embarqués au sein des voitures où les besoins de qualité ou de respect des normes interdisent pour de nombreuses fonctions les systèmes sans fil.

La longueur des câbles, pour l'alimentation et le transport d'informations dans une voiture est ainsi de près de 3 ou 4 km. Cette longueur devrait encore augmenter dans la voiture électrique. Dans un avion, ce sont près de 500 km de câbles, un chiffre d’autant plus important que beaucoup de câbles sont redondants pour des besoins de sécurité et de fiabilité très poussés.

On s’est aperçu qu’avec le vieillissement ou dans les environnements agressifs, les isolants des câbles ou mêmes les parties métalliques conductrices s’abîment. C’est le cas par exemple lorsqu’ils sont soumis à des températures trop hautes ou à des vibrations trop importantes qui entraînent des frottements contre les parois ou les arrêtes métalliques. L’ouverture ou la fermeture de la porte peuvent ainsi à la longue altérer les câbles qui passent au niveau de la charnière. Lorsque les câbles s’abîment, ils perdent leurs fonctionnalités brutalement et peuvent provoquer des accidents.

Quelles difficultés pose le diagnostic de câbles ?

Ces problèmes sont parfois facilement repérables, par exemple lorsque les feux de position clignotent à la place des clignotants. Les câbles des clignotants ou des feux touchent à la masse. Il y a un « retour de masse » : le signal qui actionne les clignotants passe à travers la masse jusqu’à un autre câble et les feux de position clignotent. Un autre symptôme typique, c’est "l’arbre de Noël" : tous les voyants clignotent dans tous les sens. Ils signalent un problème dans l’habitacle.

Lorsque le garagiste est confronté à ce genre de problèmes, il peut essayer de déterminer à quel niveau se situe le problème mais il lui est généralement difficile de savoir de quel câble il s’agit précisément et il lui faut chercher le problème dans une centaine de mètres de câbles. L’opération d’inspection des câbles peut lui prendre jusqu’à deux jours. Souvent, le garagiste peut identifier le défaut au niveau d’un calculateur. Toutefois, dans beaucoup de cas, le problème n’est pas au niveau du calculateur mais au niveau d’un câble. C’est ainsi que Delphi s’est aperçu que 70% des calculateurs qui lui étaient retournés par les garagistes se révélaient sans défaut.

Sur quoi travaille le CEA dans ce domaine ?

Au CEA, cette problématique s’est d’abord imposée dans le domaine du nucléaire, aux besoins de fiabilité importants, que l’on retrouve dans l’aéronautique. Le CEA-List s’est mis à travailler sur la détection des défauts dans les réseaux de câbles, leur localisation et leur caractérisation. Le département DACLE du CEA-List a donc travaillé sur les méthodes de diagnostics des systèmes électriques et leurs transferts vers le milieu industriel. Les méthodes d’inspection visuelles sont fatigantes, peu exhaustives et peuvent facilement entraîner elles-mêmes des détériorations de câbles. L’inspection par rayons X nécessite des équipements lourds et la thermographie infrarouge ne permet pas de caractériser tous les types de défauts concernés. La méthode la plus efficace se révèle être la méthode de réflectométrie, sur laquelle le CEA a concentré ses efforts pour simplifier les systèmes existants et les miniaturiser. Elle est la seule technique qui puisse s’intégrer dans le système embarqué pour effectuer le diagnostic en temps réel.

Sur quel principe fonctionne la méthode de réflectométrie ?

La méthode est basée sur le principe du radar. On envoie dans le réseau de câbles une onde électromagnétique de haute fréquence qui se propage dans les câbles et leurs ramifications. Chaque fois que le signal rencontre une discontinuité, une partie de son énergie est renvoyée tandis que l’autre va continuer à se propager. En analysant le signal réfléchi, on peut identifier l’emplacement du défaut et le caractériser. Cette partie de traitement du signal n’est pas très lourde, si bien que l’ensemble du système, l’envoi, la réception des signaux et leurs traitements peuvent être embarqués sur des cartes électroniques simples.

Qu’est-ce qu’a développé le CEA-List ?

Nous avons développé une carte électronique qu’il est possible d’implanter dans le boîtier d’un calculateur. Nous étudions actuellement l’intégration dans une seule puce de l’ensemble des composants de la carte électronique pour réduire encore la taille du système. Ces cartes ou puces se placent ensuite dans les calculateurs, à partir desquels elles surveillent le réseau de câbles en continu pendant le fonctionnement du véhicule. Il faut savoir que notre système localise le défaut avec une précision de moins d’1% de la longueur du câble considéré. Dans une voiture, pour des câbles de bonne qualité et de quelques mètres de long, il localise le défaut à cinq centimètres près au mieux. Lorsqu’on parle des câbles de plusieurs kilomètres le long des voies ferrées, on localise à 50 mètres près.

Ces informations peuvent ensuite être transmises au calculateur central du véhicule pour les intégrer aux fonctions de diagnostic à distance du véhicule. Les défauts aujourd’hui détectés sont dits « francs » (court-circuit, circuit ouvert) permanents ou intermittents. Un défaut d’isolant abîmé ou de corrosion est plus difficile à détecter. Ce type de défauts fait encore l’objet d’études en amont. A terme, on pense pouvoir surveiller l’évolution du câble de manière à prédire l’apparition de défauts à l’avance et prévenir les pannes induites.

Les industriels sont-ils intéressés ?

La faisabilité d’embarquement du système a été testée dans le cadre du projet 0 defects, financé par l’ANR et mené par un consortium d’académiques : le CEA, Supélec et l’Inria ; et d’industriels : Volvo Trucks, PSA, Delphi et Freescale, un fabricant de circuits intégrés. Une carte de 12 centimètres sur 4 a été insérée au sein d’un calculateur Delphi de la Peugeot 5008. Elle a repérée avec succès le défaut fabriqué pour l’occasion dans un câble de la voiture. Toutefois, la faisabilité technique n’est pas synonyme de faisabilité économique, sur laquelle nous travaillons aujourd’hui.

Le projet 0 défect a pris fin au début de l’année 2013. Très récente, la technologie développée au CEA est à une étape charnière. Les constructeurs se posent la question de l’intégrer ou pas. Dans un premier temps, il est vraisemblable que les fabricants choisissent d’équiper d’abord les lignes importantes de la voiture, c’est-à-dire celles qui concernent la sécurité, et l’alimentation pour les véhicules électriques.

La création en février 2011 de Win MS, une spin-off du CEA-List, illustre la volonté du CEA de transférer la technologie vers le milieu industriel. Elle développe et commercialise ces solutions de surveillance et de diagnostic des câbles dans les secteurs aéronautiques et ferroviaires. Fin 2011, la compagnie aérienne Lufthansa a effectué sa première commande à Win MS. La société participe aussi au montage du projet Harness Bite 2 dont l’objectif est le déploiement de la technologie pour la surveillance des harnais en vol. Ce projet collaboratif est sous le lead d’Airbus autour duquel sont regroupés Dassault, Eurocopter, Zodiac Aerospace, Labinal (Safran), Latelec, Crouzet, CEA-List et Delphi.

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