(57)【要約】  航空機用の不具合監視システムが、不具合診断アルゴリズムを有するプロセッサと、前記プロセッサに接続されたメモリと、前記航空機の電気回路網の選択されたノードに位置し、前記プロセッサに接続された複数のセンサと、前記プロセッサまたは前記複数のセンサの少なくとも一方に位置するデータ収集アルゴリズムとを備える。各センサは、前記電気回路網の選択されたノードにおいて前記電気回路網の電圧および電流を継続的に監視し、監視された電圧および電流を表すデータを前記プロセッサへと伝送するように構成される。不具合事象の発生時に、前記データ収集アルゴリズムは、データのうちの前記不具合事象に関する一部分を選択し、少なくとも１つのセンサは、データの選択された一部分を、前記プロセッサまたは前記メモリの一方へと伝送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機用の不具合監視システム（１０）であって、不具合診断アルゴリズムを有するプロセッサ（１２）と、
前記プロセッサ（１２）に接続されたメモリ（１４）と、
前記航空機の電気回路網の選択されたノード（１８）に位置し、前記プロセッサ（１２）に接続された複数のセンサ（１６）と、
前記プロセッサ（１２）または前記複数のセンサ（１６）の少なくとも一方に位置するデータ収集アルゴリズムと
を備えており、
各センサ（１６）は、前記電気回路網の選択されたノード（１８）において前記電気回路網の電圧および電流を継続的に監視し、監視された電圧および電流を表すデータを前記プロセッサ（１２）へと伝送するように構成され、
不具合事象の発生時に、前記データ収集アルゴリズムは、データのうちの前記不具合事象に関する一部分を選択し、少なくとも１つのセンサ（１６）は、データの選択された一部分を、前記プロセッサ（１２）または前記メモリ（１４）の一方へと伝送する、不具合監視システム（１０）。
【請求項２】
前記データの選択された一部分は、前記不具合事象から起算される所定の期間にわたって収集されたデータを含む、請求項１に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項３】
前記所定の期間は、前記不具合事象に先行する、請求項２に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項４】
前記所定の期間は、前記不具合事象において始まる、請求項２に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項５】
前記データの選択された一部分は、前記少なくとも１つのセンサ（１６）から電力線通信を使用して伝送される、請求項１に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項６】
前記不具合診断アルゴリズムは、前記不具合事象を評価する、請求項１に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項７】
前記メモリ（１４）からの前記データの選択された一部分を評価し、該評価にもとづいて前記航空機の電気回路網における不具合を予測するように構成された不具合予測アルゴリズム、をさらに備える、請求項１に記載の不具合監視システム（１０）。
【請求項８】
航空機の不具合に関して電気回路網を監視する方法（１００）であって、
前記電気回路網の電圧および電流を表すデータを選択されたノード（１８）において継続的に監視および収集するステップ（１１０）と、
前記データを評価して不具合事象を特定するステップと（１１４）、
不具合事象が特定された場合に、前記データのうちの該不具合事象に関係した一部分を選択するステップ（１１８）と、
該データの選択された一部分を後の分析のためにプロセッサ（１２）またはメモリ（１４）の一方へと伝送するステップ（１２０）と
を含む方法（１００）。
【請求項９】
前記選択するステップ（１１８）は、前記不具合事象に関係する所定の期間にもとづく、請求項８に記載の方法（１００）。
【請求項１０】
前記所定の期間は、前記不具合事象に先行する、請求項９に記載の方法（１００）。
【請求項１１】
前記所定の期間は、前記不具合事象において始まる、請求項９に記載の方法（１００）。
【請求項１２】
前記データの選択された一部分を評価し、該評価にもとづいて前記航空機の電気回路網における不具合を予測するステップ
をさらに含む、請求項８に記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不具合検出のシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の航空機は、主要および非主要な電気負荷へと電力を供給するために航空機において使用される電力分配システムを備えている。電力分配システムにおいて、電気的接続の緩みまたは電気部品の経年劣化の結果として導電要素が開路または短絡する場合に、不具合が生じ得る。あるいは、アーク放電の発生時など、予期せぬやり方で電源から電気負荷へと電力が伝えられる場合に、不具合が生じ得る。典型的には、電力分配における不具合は、不具合の検出時に負荷を電源から切り離す回路遮断器または漏電遮断器によって軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／２７０４８４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様は、航空機のための不具合監視システムに関する。本システムは、不具合診断アルゴリズムを有するプロセッサと、プロセッサに接続されたメモリと、航空機の電気回路網の選択されたノードに位置し、プロセッサに接続された複数のセンサと、プロセッサまたは複数のセンサの少なくとも一方に位置するデータ収集アルゴリズムとを備える。各センサは、電気回路網の選択されたノードにおいて電気回路網の電圧および電流を継続的に監視し、監視された電圧および電流を表すデータをプロセッサへと伝送するように構成される。不具合事象の発生時に、データ収集アルゴリズムは、データのうちの不具合事象に関する一部分を選択し、少なくとも１つのセンサは、データの選択された一部分を、プロセッサまたはメモリの一方へと伝送する。
【０００５】
本発明の別の態様は、航空機の電気回路網を不具合に関して監視する方法に関する。本方法は、電気回路網の電圧および電流を選択されたノードにおいて継続的に監視するステップを含む。さらに本方法は、データを評価して不具合事象を特定するステップと、不具合事象が特定された場合に、データのうちの不具合事象に関係した一部分を選択するステップと、データの選択された一部分を保存のためにメモリへと伝送するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態による航空機の電気回路網に一体化された不具合監視システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の別の実施形態による航空機の電気回路網を監視する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
背景および以下の説明においては、説明の目的で、多数の具体的詳細が、本明細書に記載される技術の完全な理解をもたらすために述べられている。しかしながら、典型的な実施形態を、これらの具体的詳細によらずに実施できることは、当業者にとって明らかであろう。他の場合には、構造および装置が、典型的な実施形態の説明を容易にするために、略図形式で示される。
【０００８】
典型的な実施形態が、図面を参照して説明される。これらの図面は、本明細書に記載のモジュール、方法、またはコンピュータプログラム製品を実現する具体的な実施形態の特定の詳細を示している。しかしながら、図面を、図面に存在し得るいかなる限定も課すものと解釈してはならない。方法およびコンピュータプログラム製品を、それらの動作を達成するための任意の機械で読み取ることができる媒体にて提供することができる。実施形態を、既存のコンピュータプロセッサを使用して実行でき、この目的または別の目的のために取り入れられた専用のコンピュータプロセッサによって実行でき、あるいは配線で接続されたシステムによって実行することができる。
【０００９】
上述のように、本明細書に記載される実施形態は、機械で実行することができるインストラクションまたはデータ構造を格納して運び、あるいは保有するための機械で読み取ることができる媒体を備えるコンピュータプログラム製品を含むことができる。そのような機械で読み取ることができる媒体は、汎用または専用のコンピュータあるいはプロセッサを備える他の機械によってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であってよい。例として、そのような機械で読み取ることができる媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、もしくは機械で実行することができるインストラクションまたはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを保持または記憶するために使用することができ、汎用または専用のコンピュータあるいはプロセッサを備える他の機械によってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。情報がネットワークまたは他の通信接続（有線、無線、あるいは有線または無線の組み合わせ、のいずれか）によって機械に転送または供給されるとき、機械は、この接続を、機械で読み取ることができる媒体であると妥当に見なす。したがって、そのような接続はいずれも、機械で読み取ることができる媒体と妥当に称される。以上の組み合わせも、機械で読み取ることができる媒体の範囲に含まれる。機械で実行することができるインストラクションは、例えば汎用のコンピュータ、専用のコンピュータ、または専用の処理機械に特定の機能または機能群を実行させるインストラクションおよびデータを含む。
【００１０】
実施形態が、例えばネットワーク環境における機械によって実行されるプログラムモジュールの形態のプログラムコードなどの機械で実行することができるインストラクションを含むプログラム製品によって一実施形態において実現できる方法の各段階の全体的な文脈において説明される。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するという技術的効果を有し、あるいは特定の抽象データ型を実現するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、などを含む。機械で実行することができるインストラクション、関連のデータ構造、およびプログラムコードが、本明細書に開示される方法の各段階を実行するためのプログラムコードの例を表す。そのような実行可能なインストラクションまたは関連のデータ構造の特定の並びが、そのような段階において説明される機能を実行するための対応する動作の例を表す。
【００１１】
実施形態を、プロセッサを有する１つ以上の遠方のコンピュータへの論理接続を使用して、ネットワーク環境において実行することができる。論理接続は、あくまでも本発明を限定するものではない例としてここに挙げられるローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）およびワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含むことができる。そのようなネットワーク環境は、オフィス規模または企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにおいて一般的であり、幅広くさまざまな異なる通信プロトコルを使用することができる。そのようなネットワークコンピューティング環境が、典型的には、パーソナルコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサ基盤またはプログラマブルな民生用電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、など、多数の種類のコンピュータシステムの構成を包含することを、当業者であれば理解できるであろう。
【００１２】
実施形態を、タスクが通信ネットワークを通じて（有線リンク、無線リンク、あるいは有線または無線リンクの組み合わせのいずれかによって）結び付けられたそれぞれの場所の離れた処理装置によって実行される分散コンピューティング環境において実施することもできる。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、現場および遠方の両方のメモリ記憶装置に位置することができる。
【００１３】
典型的な実施形態の全体または一部分を実現するための典型的なシステムは、処理ユニットと、システムメモリと、システムメモリを処理ユニットに接続するなどの種々のシステム構成要素を接続するシステムバスとを含むコンピュータの形態の汎用のコンピューティングデバイスを含むことができる。システムメモリは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。コンピュータは、磁気ハードディスクについて読み出しおよび書き込みを行うための磁気ハードディスク駆動装置、取り出し可能な磁気ディスクについて読み出しおよび書き込みを行うための磁気ディスク駆動装置、ならびにＣＤ−ＲＯＭまたは他の光学媒体などの取り出し可能な光ディスクについて読み出しおよび書き込みを行うための光ディスク駆動装置をさらに備えることができる。駆動装置およびそれらに組み合わせられる機械で読み取ることができる媒体が、機械で実行することができるインストラクション、データ構造、プログラムモジュール、およびコンピュータ用の他のデータの不揮発記憶装置をもたらす。
【００１４】
実施形態において開示される方法の技術的効果は、電気回路網における不具合の早期の検出および診断を含む。開示される不具合監視システムは、一つには、低コストで容易に入手可能な電子部品によって実現できるため、既存の航空機の電気回路網に容易に組み込むことができる。他の技術的効果として、不具合監視システムから取得されるデータの分析にもとづく航空機の電気回路網の動作および保守の改善が挙げられる。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本発明の実施形態による航空機の電気回路網に一体化された不具合監視システム１０を示すブロック図が、示されている。航空機用の電力分配システムが、電源と電気負荷とからなる電気回路網を備えており、電源および電気負荷は、電源からの電力を変換して電気負荷へと導くための構成要素によって回路網のノード１８において相互接続されている。不具合監視システム１０は、プロセッサ１２と、メモリ１４と、電気回路網の選択されたノード１８に位置する複数のセンサ１６とを備える。
【００１６】
電力分配システムの電源は、航空機のエンジンによって別個独立に駆動される１つ以上の発電機２０、２２、２４、２６を備えることができる。各々の発電機２０、２２、２４、２６は、高電圧の電力を生み出すことができる。発電機２０、２２、２４、２６から出力される電流は、発電機の構成に応じて、交流または直流であってよい。主たる推進用エンジンによって駆動される発電機２０、２２、２４、２６に加えて、他の電源として、補助動力ユニットまたはＡＰＵ２８ならびにラムエアタービンまたはＲＡＴ３０を挙げることができる。現代の航空機は、典型的には１つ以上のタービンエンジンとして実現されるＡＰＵ２８を備えることができる。典型的には、ＡＰＵは、発電機を駆動すべくタービンを回転させるためにジェット燃料を燃焼させるガスタービンエンジンを使用する。ＲＡＴは、航空機の速度に起因するラム圧によって気流から動力を生成する油圧ポンプへと接続された小型のタービンである。
【００１７】
発電機２０、２２、２４、２６の出力を、高電圧の出力を客室内または機上の非常動力システムのための電気システムを動作させるための適切な電圧レベルへと変換するための電力変換器３２、３４、３６、３８へと電気的に接続することができる。客室内または機上の非常動力システムのための典型的な電気システムは、４００Ｈｚの１１５ＶＡＣ、２７０ＶＤＣ、または２８ＶＤＣで動作する。したがって、電力変換器３２、３４、３６、３８は、発電機２０、２２、２４、２６の構成ならびに電力分配システムによって動作させられる航空機の電気システムの種類に応じて、交流を直流へと変換し、あるいはその反対の変換を行う必要もある。換言すると、電力変換器３２、３４、３６、３８は、発電機２０、２２、２４、２６からの入力電圧および電流を、電力分配システムによって動作させられる電気負荷の電圧および電流の要件に適合するように変換することができる。同様に、ＡＰＵ２８およびＲＡＴ３０を、それぞれ電力変換器４０および４２へと電気的に接続することができる。
【００１８】
航空機用の電力分配システムは、複数の異なる電源を備えることができる。例えば、電力分配システムは、熱発電機４６をさらに備えることができる。機上での発電のために、熱発電機４６は、エンジンの排気部に取り付けられた熱電対のアレイを備え、排熱を電気に変換する。
【００１９】
さらなる電源として、１つ以上の電池４８を挙げることができる。電池４８は、直流電源をもたらし、他の動力源の始動時に使用されてよく、あるいは冗長の動力源として使用されてよい。電池４８を、電気回路網上の他の電源によって生成される電力で充電することができる。燃料電池５０が、燃料（水素など）を電気エネルギへと化学的に変換することによって直流電源をもたらす。
【００２０】
電力バス４４が、各々の電源からの電力を切り換え、電気負荷へと分配する。電力バス４４は、航空機の客室の電気システムへと電力をもたらすための客室電力バス５２および航空機の非常電気システムへと電力をもたらすための非常電力バス５４へと電力を導くことができる。図１に示される通り、電力バス４４を、プロセッサ１２に電気的に接続することができる。
【００２１】
典型的には、航空機の電気回路網における不具合は、数ミリ秒にわたって生じ、その後に軽減または修理される。不具合の根本的原因は、典型的には、技術者が不具合の前の事象に関するデータを入手できないため、調査されない。電圧および電流の変動または異常について上述の電気回路網を監視するために、不具合監視システム１０が、電力分配システムの電気回路網へと一体化される。電気回路網の各々のノード１８が、回路網の構成要素を電気的に相互接続し、ノード１８における電圧および電流レベルによって特徴付けられる。
【００２２】
したがって、不具合監視システム１０は、選択されたノード１８に電圧および電流センサ１６を備える。各々のセンサ１６は、電気回路網の選択されたノード１８において電気回路網の電圧および電流を継続的に監視するように構成される。継続的に監視される電流および電圧特性は、サンプリングされる（すなわち、好ましくは１ｋＨｚよりも大きい所定のデータレートでデジタル化される）。各々センサ１６は、データを保存するためのローカルメモリを備えることができる。センサ１６は、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）型のデータスタックとして構成されたバッファとして機能する限定されたローカルメモリを備える。各々のセンサのメモリは、大きさおよび周波数などの電圧または電流特性を記憶するためのわずかに３つのデータ値ならびに所定のしきい値の記憶に限定されてよい。
【００２３】
さらに、センサ１６は、不具合状態の発生を特定し、あるいは不具合状態の発生の確率を算出するための処理要素を備えることができる。例えば、センサ１６は、バッファされたデータの値を所定のしきい値と比較することによって不具合状態を特定することができる。値がしきい値を超える場合、センサ１６に位置する処理要素が、不具合が生じた、または生じた可能性が高いと、判断することができる。同様に、センサ１６は、不具合事象に関するデータを選択または保存することができるデータ収集アルゴリズムを処理要素に組み合わせて有することができる。同様に、センサ１６は、不具合状態を検出し、データ収集アルゴリズムに従ってデータを選択的にサンプリングすることができる。
【００２４】
不具合状態または不具合状態の可能性の検出時に、センサ１６を、監視対象の電圧および電流を表すデータをプロセッサ１２へと伝送するように構成することができる。伝送されるデータは、収集されたすべてのデータのうちの不具合事象に関係する一部分であってよい。機上のプロセッサ１２の場合、センサ１６は、データのこの一部分を、電源からの電力を電力バス４４へと導く電力線または導体の回路網を利用することによって、電気回路網を介して伝送することができる。電力線通信システムが、電力を運ぶ電気システムに変調された搬送波信号（すなわち、符号化されたデータ）を加えることによって動作する。プロセッサ１２との地上リンクを確立させるための追加の通信を、遠方に置かれたプロセッサ１２に関して実行することができる。航空機と地上局との間で情報を送信するための典型的な無線周波数通信として、ＶＨＦデジタルリンク（ＶＤＬ）が挙げられる。選択的な伝送を、センサ１６、プロセッサ１２、パイロットまたは保守担当者を含む空港職員、機上に位置する他のプロセッサ、などによって開始することができる。プロセッサ１２は、航空機の機上または遠方の地上局に位置することができる。
【００２５】
プロセッサ１２は、不具合診断アルゴリズムおよびデータ収集アルゴリズムを備えることができる。プロセッサの不具合診断アルゴリズムは、データを評価して不具合事象を特定する。不具合事象が特定された場合、プロセッサのデータ収集アルゴリズムが、データのうちの不具合事象に関係する一部分を選択し、データの選択された一部分を保存のためにメモリ１４へと伝送する。不具合が検出されたとき、不具合事象から起算される所定の期間にわたって収集されたデータを含むデータの選択された一部分が、メモリ１４に保存され、ここで所定の期間は、不具合事象に先立っていても、あるいは不具合事象にて開始してもよい。このやり方で、この一部分のデータは、不具合の原因を確かめるための電気回路網の各ノード１８における電圧および電流特性の変動を捕らえることができる。
【００２６】
次に図２を参照すると、本発明の別の実施形態による航空機の電気回路網を監視する方法１００を示すフロー図が、示されている。ステップ１１０において、センサ１６が、電気回路網の電圧および電流を選択されたノード１８において継続的に監視する。センサ１６は、監視対象の電圧および電流データの一部分をサンプリングおよびバッファするためのデータ収集アルゴリズムを備えることができる。センサ１６は、ステップ１１２において、監視された電圧および電流を表すデータを、プロセッサ１２へと伝送することができる。ステップ１１４において、センサ１６、プロセッサ１２、または両方は、データを評価して不具合事象を特定することができる。このやり方で、ステップ１１２および１１４の時間的な順序を、システムの実施例に応じて入れ替えることができる。さらに、センサ１６は、プロセッサ１２がステップ１１４におけるデータの評価に先立ってステップ１１２におけるセンサからのデータの伝送を開始させることができる同じシステムにおいて、ステップ１１２におけるデータの伝送をステップ１１４における不具合の特定のためのデータの現場での評価に応答して開始させることができる。このやり方で、不具合監視システムは、マルチモードであり、すなわちセンサ１６が局所的な不具合を特定することができ、プロセッサ１２が全体的な不具合を特定することができる。
【００２７】
評価のプロセスは、事例にもとづく推論、データのフィルタ処理およびしきい値処理、人工知能アルゴリズム、あるいは影響ネットワークおよびハイブリッドマルコフ混合（ｈｙｂｒｉｄ  Ｍａｒｋｏｖ  ｍｉｘｔｕｒｅ）モデルを含む統計的モデル化にもとづく分析を含むことができる。プロセッサ１２がステップ１１６において不具合事象を特定した場合、プロセッサ１２は、ステップ１１８においてデータの一部分を選択し、次いでステップ１２０においてデータの一部分を保存のためにメモリへと伝送することができる。プロセッサ１２がステップ１１６において不具合を特定せず、あるいはステップ１２０においてデータの一部分をメモリへと伝送した場合、プロセッサ１２は、ステップ１１４へと戻り、不具合を特定すべく伝送したデータを評価する。
【００２８】
実施形態において開示したデータ収集システムおよび方法を使用することによって、不具合関連のデータの集合を、電気回路網、とくには航空機の電力分配システムにおける不具合の原因を判断するために使用することができる。さらに、プロセッサ１２は、メモリ１４からのデータの選択された一部分を評価し、この評価にもとづいて航空機の電気回路網における不具合を予測するように構成された不具合予測アルゴリズムをさらに備えることができる。このやり方で、上述のシステムおよび方法は、航空機がリアルタイムの試験台として機能することを可能にする。航空機の技術者は、現時点において配備済みの航空機の機上の電力分配システムに一体化された上述のシステムによって収集されるデータについて実行されるデータ分析に応答して、設計の改善を実行することができる。
【００２９】
本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な技術的範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者にとって想到される他の実施例も含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３０】
１０  不具合監視システム
１２  プロセッサ
１４  メモリ
１６  センサ
１８  ノード
２０、２２、２４、２６  発電機
２８  補助動力ユニット（ＡＰＵ）
３０  ラムエアタービン（ＲＡＴ）
３２、３４、３６、３８、４０、４２  電力変換器
４４  電力バス
４６  熱発電機
４８  電池
５０  燃料電池
５２  客室電力バス
５４  非常電力バス
【図１】
2017509295.tif 000003
【図２】
2017509295.tif 000004
【国際調査報告】
2017509295.tif 000005
2017509295.tif 000006
2017509295.tif 000007