Apports de l'échantillonnage angulaire et de la cyclostationnarité au diagnostic par analyse vibratoire des moteurs thermiques

par Jérôme Antoni

Thèse de doctorat en Signal, image, parole

Sous la direction de Joannès Daniere.

Soutenue en 2000

à Grenoble INPG .

mots clés

• Sciences Et Techniques
• Electrotechnique. Electroenergetique
• Sciences Et Techniques
• Telecommunications Et Theorie De L'information
• Moteur Thermique
• Traitement Signal
• Analyse Vibrationnelle
• Methode Statistique
• Combustion
• Processus Stochastique
• Aide Diagnostic
• Cepstre
• Probleme Inverse
• Cyclostationnarite
• Echantillonnage Angulaire

Résumé

L'objectif de cette these est d'etudier les possibilites offertes par les traitements statistiques synchrones des signaux vibratoires de moteurs thermiques a combustion interne, pour le diagnostic de leur etat de fonctionnement. Les signaux vibratoires issus des moteurs thermiques ont la particularite d'etre cyclostationnaires, c'est a dire periodiques dans leurs proprietes statistiques. La prise en compte de cette propriete autorise la definition theorique de nouveaux descripteurs capables de caracteriser instantanement les processus vibratoires, en correspondance avec la cinematique du moteur. De plus, lorsque associee a l'echantillonnage angulaire, la cyclostationnarite conduit vers la proposition d'estimateurs statistiques synchrones, commodes a mettre en uvre. Dans une premiere partie, nous nous interessons a la localisation et la caracterisation des signatures vibratoires dans le cycle moteur pour pouvoir ulterieurement operer un diagnostic a partir de leur analyse. Pour cela, nous montrons l'avantage qu'il y a a utiliser le spectre de wigner-ville, qui donne une representation angle-frequence des phenomenes stochastiques a l'interieur du cycle moteur. Afin de construire des indicateurs concis et utiles au diagnostic, nous proposons de resumer le spectre de wigner-ville par le calcul de ses moments et cumulants spectraux angulaires, qui jouissent d'une excellente resolution angulaire et, pour ces derniers, d'une interpretation physique. L'emploi de ces indicateurs est illustre sur des signaux reels et nous conduit a proposer des procedures de controle et d'aide au diagnostic. Dans une deuxieme partie, nous nous interessons plus particulierement au diagnostic du processus de combustion. Cet objectif passe d'abord par la reconstruction des forces de pression dans les cylindres a partir de mesures non-intrusives. Ceci nous amene a envisager plusieurs approches : l'une classique basee sur la mesure de la vitesse instantanee de rotation du vilebrequin, les autres plus originales basees sur la mesure des vibrations du bloc moteur. Parmi celles-ci, nous proposons un nouvel outil, le cepstre differentiel moyen, qui generalise le cepstre differentiel aux signaux stochastiques et qui peut se definir a partir des premiers moments et cumulants spectraux frequentiels du spectre de wigner-ville. Par ailleurs, dans le cas realiste ou le rapport signal a bruit cyclostationnaire se degrade, nous montrons theoriquement que le filtre inverse optimal du bloc moteur est variable periodiquement en angle. Les performances de chaque approche sont evaluees sur des signaux reels, ce qui permet de les comparer et d'orienter le choix final de l'utilisateur vers l'une d'entre elles.

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