(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサを備えた乗物、特にヘリコプターの伝動組立体を信号エネルギに基づいて監視する方法であって、
ａ）加速度センサから信号（ｓ（ｔ））を繰り返し取得し、
ｂ）該信号（ｓ（ｔ））の周波数領域への変換値（Ｆ（ｈ））を繰り返し算出して一連のサンプルを求め、
ｃ）該一連のサンプルから第１サンプルセットおよび第２サンプルセットを求め、
ｄ）これら第１サンプルセットおよび第２サンプルセットに関連するエネルギを算出し、
ｅ）前記第１サンプルセットのエネルギと、前記第２サンプルセットのエネルギとの間の相対偏差（ＭＦＰ）を算出し、
ｆ）該相対偏差（ＭＦＰ）を少なくとも予め定められた第１閾値（ＴＨ１，ＴＨ２）と比較する、各段階を含む方法。
【請求項２】
前記変換値（Ｆ（ｈ））がフーリエ変換値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加速度センサが少なくとも第１歯車および第２歯車を含むシャフトに付設されており、前記信号がこれら第１歯車および第２歯車の回転周波数に関係し、前記第１サンプルセットが第１歯車および第２歯車の噛み合わせ周波数におけるサンプルと、該噛み合わせ周波数の高調波周波数におけるサンプルとを含み、前記第２サンプルセットが前記一連のサンプル全てを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
相対偏差を算出する前記段階が次式によってＭＦＰ量を算出する請求項３に記載の方法。
【数１】
0004294758.tif 000008
ここで、Ｆ（ｈ）は前記信号のフーリエ変換値であり、分子における積算作用の積算間隔および初期インデックス値を表すＮ１，Ｎ２は前記第１歯車および第２歯車の噛み合わせ周波数のオーダーである。
【請求項５】
前記加速度センサが第３の歯車を含むシャフトに接続されており、前記信号が該第３歯車の回転周波数に関係し、前記第１サンプルセットが第３歯車の噛み合わせ周波数におけるサンプルと、該噛み合わせ周波数の高調波周波数におけるサンプルとを含み、前記第２サンプルセットが前記一連のサンプル全てを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
相対偏差を算出する前記段階が次式によってＭＦＰ量を算出する請求項５に記載の方法。
【数２】
0004294758.tif 000009
ここで、Ｆ（ｈ）は前記信号のフーリエ変換値であり、分子における積算作用の積算間隔および初期インデックス値を表すＮは前記加速度センサが監視するシャフトの噛み合わせ周波数のオーダーである。
【請求項７】
前記段階ａ）からｆ）を複数回反復する請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記変換値を算出する前記段階が前記信号のサンプリングおよびフィルタリング処理の後に実施される請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプリングおよびフィルタリング処理の段階が、
前記加速度センサが付設されたシャフトの各回転に対する複数の同期サンプルＴｌ（ｉ）を取得し、
次式によって平均時系列Ｔｌｍ（ｉ）を算出する、各段階を含む請求項８に記載の方法。
【数３】
0004294758.tif 000010
ここで、Ｔｌ（ｉ）は前記同期サンプルであり、ｌは前記シャフトの回転数を表すカウンタ値である。
【請求項１０】
前記平均時系列を算出する段階が有意な信号値の存在を判断する段階の後で実施される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記平均時系列を算出する段階に次いで、前記平均時系列の収束性を判断する段階が実施される請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記相対偏差（ＭＦＰ）を比較する段階が該相対偏差を第１閾値（ＴＨ１）よりも大きい第２閾値（ＴＨ２）と比較する段階をさらに含む請求項１から１１までのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加速度センサを備えた乗物、特にヘリコプターの伝動組立体を信号エネルギに基づいて監視する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプターの伝動組立体の構成部材を常に監視してあらゆる欠陥または故障初期状態を直ちに検出し、それにより飛行中の事故が阻止されるようにしなければならないことが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この目的のため、伝動組立体には加速度センサが設けられ、このセンサからの信号が処理されて伝動組立体のあらゆる欠陥が検出される。しかし、欠陥検出用のセンサからの信号を処理するために現在使用されている方法は大災害事故に至る充分前に欠陥を確実に検出するためには充分な感度を持ち合わせていない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は事故に繋がる恐れのあるあらゆる欠陥または故障状態が信頼性高く事前に検出されるのを確保する監視方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、加速度センサを備えた乗物、特にヘリコプターの伝動組立体を信号エネルギに基づいて監視する方法であって、加速度センサから信号（ｓ（ｔ））を繰り返し取得し、この信号（ｓ（ｔ））の周波数領域への変換値（Ｆ（ｈ））を繰り返し算出して一連のサンプルを求め、この一連のサンプルから第１サンプルセットおよび第２サンプルセットを求め、これら第１サンプルセットおよび第２サンプルセットに関連するエネルギを算出し、前記第１サンプルセットのエネルギと、前記第２サンプルセットのエネルギとの間の相対偏差（ＭＦＰ）を算出し、この相対偏差（ＭＦＰ）を少なくとも予め定められた第１閾値（ＴＨ１，ＴＨ２）と比較する、各段階を含む方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明を限定しない複数の実施態様を添付図面を参照して説明する。
図１および図２は本発明に対し適当なヘリコプター１００の構成部材を概略的に示している。
特に、このヘリコプター１００は第１エンジン１０１、第２エンジン１０２、および第３エンジン１０３を含んでいる。この第１エンジン１０１は第１、第２、および第３レデューサ（径違い歯車手段）１０５−１０７を含む第１動力伝達ライン１０４を介して主歯車組立体１０９の入力歯車１０８に接続される。また、第２エンジン１０２は第４、第５、および第６レデューサ１１２−１１４を含む第２動力伝達ライン１１１を介して入力歯車１０８に接続される。第３エンジン１０３は第７、第８、および第９レデューサ１１７−１１９を含む第３動力伝達ライン１１６を介して入力歯車１０８に接続される。
【０００７】
入力歯車１０８は遊星レデューサ１２２によりヘリコプター１００のロータ１２１に接続される。この遊星レデューサ１２２は主歯車組立体１０９の一部を構成すると共に、６個の遊星歯車１２３と太陽歯車１２４とを具備する。また、入力歯車１０８は第１動力伝達ライン１０４に接続された第４動力伝達ライン１２５を介し参照番号１２６でもって概略図示したアクセサリボックスに接続され、尾部ロータ１３４に接続された第５動力伝達ライン１３０に接続される。この第５ラインは動力取り出し歯車１３１、中間継ぎ手１３５−１３７、中間変速装置１３９、および尾部変速装置１４０を具備する。
【０００８】
図２は以下の表１に示す１５個の加速度センサ１−１５、および減速段近くに取り付けられた２個の方位センサ１６，１７を示している。
【０００９】
【表１】
0004294758.tif 000002
【００１０】
また、ヘリコプター１００は各センサからの信号をサンプリングしてディジタル信号に変換するインタフェース装置１５１を介し各センサ１−１７に接続されたデータ処理装置１５０を具備し、このデータ処理装置はデータメモリ１５２、事象メモリ１５３、および演算処理装置１５４に接続されている。
【００１１】
以下に述べる監視方法によれば、加速度センサ１−７，１２，１３から供給される信号を分析することによって、飛行中に起こる機械的または構造的問題が検出される。特に、本発明による方法は各センサの信号の全エネルギに対する、各センサの信号の第１高調波および連続高調波に含まれるエネルギ量を制御するという原理に基づいている。事実、センサは故障または欠陥のときに信号の不規則性を検出する。この不規則性は新たなスペクトル成分を発生させるという形か、あるいは存在する２次スペクトル成分を増加させるという形で現れ、その結果基本周波数成分およびその高調波におけるエネルギが減少せしめられる。
【００１２】
以下に述べる監視方法によれば、加速度センサ１−７，１２，１３のすべての加速度センサから供給される信号ｓ（ｔ）をそれぞれの場合において、対応する加速度センサにより監視されるレデューサに接続されたシャフト上の方位センサ（加速度センサ１−７に対する方位センサ１６、および加速度センサ１２，１３に対する方位センサ１７）から供給される信号ｓ１（ｔ）を用いて処理する方法が提供される。信号ｓ（ｔ）は当該センサが付設されたシャフトの回転周波数に関係する振動性信号であり、ランダムなノイズと、近くに位置する他の回転部材に関連するノイズとの影響を受ける。
【００１３】
信号ｓ（ｔ）はそれが関連歯車により発生されたものか、或いは同一シャフト上にある別の歯車による影響を受けたものかによって異なり、かつ異なった処理が施される。なお、別の第２の歯車がセンサから十分に近い距離に位置していると、この第２歯車の影響を受ける。
先ず初めに、上記第２の状態すなわちセンサにより検出された信号が同一シャフト上にある関連歯車と第２歯車との両者から影響を受けている状態について、図３（ａ）を参照して監視方法を説明する。この場合、センサ信号ｓ（ｔ）は両歯車において起こり得る欠陥に関する情報を含んでいる。
【００１４】
この監視方法は変数Ｆ（図５を参照して後述する）を予め定められた第１設定値、例えば零に設定する初期ステップ（ブロック２０）を具備する。
次いで、信号ｓ（ｔ）および信号ｓ１（ｔ）を取得し（ブロック２１）、方位センサ信号ｓ１（ｔ）と、記憶されている係数ＫＴとの乗算によってサンプリング周波数ＦＳを算出する。この係数ＫＴは二つの素整数間の比に等しく、特に方位センサシャフトと、当該センサが監視するシャフトとの間の動力伝達比と相関を持っている。したがって、最終的に得られるサンプリング周波数ＦＳは方位センサ周波数と相関を持つと共に、被監視シャフトの各回転に対し信号ｓ（ｔ）のＮＪポイント（ＮＪは２の「べき」である）を正確に与える周波数である。
【００１５】
次いで、信号ｓ（ｔ）を周波数ＦＳでもってサンプリングし、インタフェース装置１５１によりフィルタリング処理を施してランダムなノイズおよび非同期性の周期性成分を除去する（ブロック２２）と共に、サンプル数により定義されるフィルタリング処理済信号Ｔlm（ｉ）を得る。好ましくは、図４に示されかつ後述される一連のステップを用いて信号ｓ（ｔ）をサンプリングおよびフィルタリング処理する。
【００１６】
次に、信号Ｔｌｍ（ｉ）のフーリエ変換値Ｆ（ｈ）を算出する（ブロック２３）が、これには演算処理装置１５４を用いるのが好ましい。次いで、相対ノイズエネルギパラメータＭＦＰを次式から算出する（ブロック２４）。
【００１７】
【数４】
0004294758.tif 000003
【００１８】
ここで、分子における積算作用の積算間隔および初期インデックス値を表すＮ１，Ｎ２は二つの被監視歯車の噛み合わせ周波数のオーダーである。
すなわち、パラメータＭＦＰは噛み合わせ周波数およびその高調波における信号成分に含まれるエネルギ値と、信号の全エネルギとを比較して噛み合わせの不規則性に起因するエネルギを表すようにし、絶対的にノイズも不規則性もない理論的条件に対応する零と、信号ｓ（ｔ）が噛み合わせ周波数またはその高調波における成分を含まない理論的条件に対応する１００との間で変化する。したがって、ＭＰＦの値は被監視歯車が正常に作動しているときには低く、故障または不規則状態に陥ると、この値よりも高くなる。
【００１９】
次いで、中央処理装置１５０は得られたＭＦＰパラメータを二つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ１＜ＴＨ２）と比較し、必要であれば図５を参照して詳しく後述する手順により警報信号を発生し（ブロック２５）、次いでブロック２５からブロック２１に戻って信号ｓ（ｔ）の次の部分の監視を続ける。
図３（ｂ）のフローチャートはセンサが関連歯車により発生された信号だけを検出し、他の歯車がその信号に何ら影響を与えない距離にある状態における、本発明による方法のステップを示している。したがって、信号ｓ（ｔ）に含まれる情報は直接、被監視歯車だけに適用される。図示されるように、ステップは次の点をのぞいて上述したステップと同様である。すなわち、信号Ｔｌｍ（ｉ）のフーリエ変換値Ｆ（ｈ）を算出した後（ブロック２３）、簡略化されたノイズエネルギＭＦＰを次式に基づいて算出する（ブロック２４’）。
【００２０】
【数５】
0004294758.tif 000004
【００２１】
ここで、分子における積算作用の積算間隔および初期インデックス値を表すＮは被監視歯車の噛み合わせ周波数オーダーである。
この場合もまた、中央処理装置１５０は得られたＭＦＰパラメータを二つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２と比較し、必要であれば図５を参照して詳しく後述する手順により警報信号を発生し（ブロック２５）、次いでブロック２５からブロック２１に戻って信号ｓ（ｔ）の次の部分の監視を続ける。
【００２２】
ブロック２２のサンプリングおよびフィルタリング処理は図４を参照して以下に説明する方法を用いて実行するのが都合良い。
先ず初めに、回転カウンタ値ｌを１に設定する（ブロック４１）。次に、信号ｓ（ｔ）を前に定義した周波数ＦＳでサンプリングして（ブロック４２）当該センサ、各シャフト、および各第ｌ番目の回転に関する同期振動の時系列を表すＮＪポイントまたはサンプルＴｌ（ｉ）を得る。次に、カウンタ値ｌの値を判断する、特にカウンタ値ｌの値が予め定められた設定値Ｋ１以下か否かを判断する（ブロック４３）。カウンタ値ｌがＫ１以下のときには（被監視シャフトの回転に対応するＫ１回の反復よりも少ない実行、すなわちブロック４３のＹＥＳ）、次式により第ｌ番目の回転時に取得したサンプルの和Δｄを算出することにより（ブロック４７）信号の可用性を判断する。
【００２３】
【数６】
0004294758.tif 000005
【００２４】
さらに、制限値Δｌを次式により算出する（ブロック４８）。
Δｌ＝Ｋ２×ＦＳＶ×ＮＪ
ここで、ＦＳＶはボトム−スケール値であり、Ｋ２は１よりもかなり小さい予め定められた定数である。次いで、和Δｄが制限値Δｌよりも小さいか否かを判別する（ブロック４９）。この判別結果が「否」のときには（ブロック４９のＮＯ）、信号が存在すると考えてカウンタ値ｌの値を増加せしめ（ブロック５０）、ブロック５０からブロック４２に戻って次の回転に関するさらなるＮＪポイントを取得する。これに対し、判別結果が「是」のときには（ブロック４９のＹＥＳ）、信号が存在しないと考えて警報信号を発生し（ブロック５１）、代替えセンサ（例えば、センサ４および５に対するセンサ６）が存在するか否かを判別する（ブロック５２）。この判別結果が「是」のときには（ブロック５２のＹＥＳ）、ブロック５２から図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２１に戻り、代替えセンサについて上記手順を繰り返す。代替えセンサがないとき、または代替えセンサによっても収束性が得られないときには（ブロック５２のＮＯ）、この手順を中断する。
【００２５】
これに対し、カウンタ値ｌの値がＫ１よりも大きいときには（被監視シャフトの回転に対応するＫ１回の反復よりも多い実行、すなわちブロック４３のＮＯ）、ブロック４３からブロック５５に進み、ブロック２２で算出されるフィルタリング処理済信号を定義する平均連続同期時系列Ｔｌｍ（ｉ）を次式により算出する。
【００２６】
【数７】
0004294758.tif 000006
【００２７】
すなわち、当該ｌ回転に関する各サンプルＴl （ｉ）の平均値が算出される。
次いで、平均化プロセスの収束性を、収束値Δを算出することにより判断する。この収束値Δは次式のように、各サンプルの実際の平均値と、先の回転（間隔４）において算出された平均値との差の絶対値を全サンプルに亙って合計し、この合計を、当該先の回転（間隔４）における平均サンプルの合計で割り算することにより求められる。
【００２８】
【数８】
0004294758.tif 000007
【００２９】
ここで、Ｔｌｍ（ｉ）はｌ番目の繰り返しのｉ番目のサンプルを表し、Ｔｌｍ−４（ｉ）はｌ−４番目の繰り返しのｉ番目のサンプルを表す（ブロック５６）。
次いで、算出された収束値Δが予め定められた許容最小収束値ΔＣ以下か否かを判別する（ブロック５７）。この判別結果が「是」のときには収束プロセスを中断し、ブロック５７からメインプログラム（図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２３）に戻る。これと逆のときには、平均化プロセスが既に、予め定められた最大回数Ｌ回だけ行われたか否かを判別する（ブロック５９）。繰り返し（回転）カウンタ値ｌがＬよりも小さいときには（否）、カウンタ値を増大せしめ（ブロック５０）、上記処理を繰り返す。これと逆のときには（是）、ブロック５１−５２を参照して上述したように、警報信号を発生し、可能であれば代替えセンサによる手順を繰り返す。
【００３０】
図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２５における閾値比較および警報発生ステップは図５を参照して以下に述べるように好都合に行われる。
先ず初めに、図３（ａ）のブロック２４または図３（ｂ）のブロック２４’において説明したように算出されるパラメータＭＦＰを第１閾値ＴＨ１と比較する（ブロック６０）。ＭＦＰ＜ＴＨ１のときには（是）、ブロック６０から図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２１に戻り、次のサンプルグループに関して監視を続ける。反対に、パラメータＭＦＰが閾値ＴＨ１を越えているときには（ブロック６０のＮＯ）、この事象を事象メモリ１５３に記憶し（ブロック６２）、パラメータＭＦＰを第２閾値ＴＨ２と比較する（ブロック６４）。ＭＦＰ＜ＴＨ２のときには（ブロック６４のＹＥＳ）、変数Ｆ（閾値ＴＨ２を既に越えているか否かを記憶するために図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２０において初期化済）を第１設定値、図の例では零に設定（または零であることを確認）し（ブロック６６）、ブロック６６から図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２１に戻って次のサンプルグループを引き続き監視する。逆のときには（ブロック６４のＮＯ）、事象を事象メモリ１５３に記憶し（ブロック６８）、次いで変数Ｆの値が判別される（ブロック７０）。特に、変数Ｆが第１設定値のときには（ブロック７０のＹＥＳ）変数Ｆを第２設定値、例えば１に設定し（ブロック７２）、次いでブロック７２から図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２１に戻り、次のサンプルグループを継続して監視する。これに対し、変数Ｆが第２設定値のとき、すなわち閾値ＴＨ２を既に越えているときには（ブロック７０のＮＯ）、パイロット警報信号を発生し（ブロック７４）、変数Ｆはを再度第１設定値に設定し（ブロック７６）、次いでブロック７６から図３（ａ）、３（ｂ）のブロック２１に戻り、次のサンプルの監視を継続する。
【００３１】
パラメータＭＦＰが第１閾値と第２閾値との両方を越えているということは第１高調波以外（すなわち噛み合わせ周波数以外）の周波数成分のために検出信号エネルギの再分配を表している。このような状態は被監視構造に問題が生じているときに起こる。
以上述べてきた方法は次の利点を有している。すなわち、装備された複数のセンサを制御することによってヘリコプターの様々な構造部分を瞬間、瞬間に監視し、それにより、早かれ遅かれ被監視歯車の故障に繋がる振動または不均衡をもたらす恐れのある機械的または構造的問題を初期段階で検出する。
【００３２】
この明細書において説明、図示された方法を、本発明を逸脱することなく変更し得ることは明らかである。特に、フィルタリング処理および平均化の手順、および警報発生の手順を上述したものと異ならせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘリコプターの頂面図である。
【図２】ヘリコプターの伝動組立体と複数の伝動部材用センサの位置とを示す簡略図である。
【図３】本発明による方法の各段階を示すフローチャートである。
【図４】本発明による方法の各段階を示すフローチャートである。
【図５】本発明による方法の各段階を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１−１５…加速度センサ
１６，１７…方位センサ
１００…ヘリコプター
１０４，１１１，１１６…動力伝達ライン
１０９…主歯車組立体
１２１…ロータ
【図１】
0004294758.tif 000011
【図２】
0004294758.tif 000012
【図３】
0004294758.tif 000013
【図４】
0004294758.tif 000014
【図５】
0004294758.tif 000015