СИСТЕМА И СПОСОБ ЗАПИСИ РАБОЧИХ ЦИКЛОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SYSTEM AND METHOD FOR RECORDING DUTY CYCLES FOR VEHICLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее раскрытие относится к компонентам трансмиссии транспортного средства, а конкретнее к оценке повреждения и ожидаемого оставшегося срока службы компонентов трансмиссии транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При проектировании для применения как дорожных автомобильных, так и внедорожных машин желательно иметь ясное и точное понимание рабочего цикла, которому подвергается трансмиссия конкретной машины или совокупности машин. Несмотря на то, что осведомленность об ожидаемом диапазоне скоростей и крутящих моментов трансмиссии в целом помогает процессу проектирования, количество времени, которое система проводит при различных сочетаниях условий скорости и крутящего момента - "рабочем цикле" - вот что главным образом определяет степень повреждения, которое испытают компоненты трансмиссии на протяжении срока службы машины.
Важной задачей, стоящей перед механиками-конструкторами и производителями оборудования сегодня, является недостаток полной и точной информации о рабочих циклах трансмиссии внедорожных транспортных средств. Эта ситуация обусловлена несколькими факторами. Производство и эксплуатация экспериментальных машин, из которых можно собрать данные о рабочих циклах, является дорогостоящим. Стоимость оборудования испытательных машин приборами для целей сбора данных о рабочих циклах является обычно высокой. Количество экспериментальных машин является обычно низким, периоды испытания, как правило, коротки, а операторов испытаний обычно мало, ограничивая, таким образом, как количество, так и ширину доступных данных. Получение данных от машин, принадлежащих клиентам, имеет недостатки и зачастую является затруднительным при использовании старой аппаратуры и способов сбора данных. Лабораторные испытательные установки трансмиссии могут привносить неточности, поскольку общая динамика системы, специфичная для транспортного средства, не может быть с легкостью воспроизведена в лабораторных условиях. Поэтому рабочие циклы являются в лучшем случае оценками, а в худшем случае - догадками, причем общий результат состоит в том, что трансмиссии становятся излишне усложненными и чрезмерно испытываемыми. Без точных данных о рабочих циклах есть также риск того, что конструкция трансмиссии или сертификационные испытания могут не учитывать условия, возникающие из непредвиденных применений машины.
Вторая задача заключается в желании оценивать оставшийся срок службы ключевых механических компонентов в трансмиссии на отдельном транспортном средстве и обеспечивать доступность этих данных оператору или технику по обслуживанию. Расчеты оставшегося срока службы нельзя выполнить без возможности сбора и хранения точных и полных данных о рабочих циклах.
Понимание рабочего цикла компонентов трансмиссии можно использовать для решений по проектированию и/или техническому обслуживанию отдельных ключевых компонентов трансмиссии, которые подвергаются усталости и износу (н-р, шестерен, подшипников). Когда информация о рабочих циклах трансмиссии машины известна до проектирования трансмиссии для новой или похожей машины, это может быть выгодно по множеству причин, например, для уменьшения или устранения итераций по испытанию и проектированию трансмиссии, для определения надлежащего размера отдельных компонентов трансмиссии, для выбора надлежащего испытания на долговечность и надежность и т.д. Если информация о рабочих циклах трансмиссии машины известна в течение периода, когда машина произведена и продана, это может быть выгодно по множеству причин, например, для увеличения периода работоспособного состояния машины, для снижения количества гарантийных рекламаций и сопутствующих расходов, для выявления отдельных машин в некой совокупности, имеющих высокий процент изменения цифровых данных о повреждении, для планирования и составления графика технического обслуживания заранее (прогностики/профилактического технического обслуживания) и т.д.
Желательно во время использования транспортного средства иметь систему и способ сбора и обработки информации о рабочих циклах трансмиссии посредством бортовой системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления системы записи рабочих циклов раскрыты для транспортного средства с трансмиссией, имеющей множество компонентов трансмиссии и множество датчиков. Система записи рабочих циклов может включать в себя электронный блок управления и линию связи. Электронный блок управления может включать в себя управляющий процессор, выполненный с возможностью приема показаний датчика от множества датчиков, вычисления на основе принятых показаний датчиков оценок повреждения для компонентов трансмиссии и вычисления на основе оценок повреждения для компонентов трансмиссии оценок расчетного оставшегося срока службы (РОСС). Линия связи выполнена с возможностью обеспечения связи с электронным блоком управления и передачи вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы для компонентов трансмиссии.
В некоторых вариантах осуществления электронный блок управления может также включать в себя управляющее запоминающее устройство доступное для управляющего процессора, причем управляющее запоминающее устройство хранит данные трехмерной гистограммы скоростей и крутящих моментов коробки передач, которым было подвержено транспортное средство. Множество датчиков может включать в себя датчик крутящего момента коробки передач и датчик скорости коробки передач, обеспечивающие показания датчиков крутящего момента и скорости коробки передач. Управляющий процессор может быть выполнен с возможностью осуществления выборки из показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передачи, и нахождения для каждой выборки соответствующей ячейки в данных трехмерной гистограммы для отобранных показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передач, и увеличения счетчика ячейки соответствующей ячейки в данных трехмерной гистограммы. Оценки повреждения для компонентов трансмиссии могут быть вычислены на основе накопленных данных трехмерной гистограммы. Линия связи может быть выполнена с возможностью беспроводной передачи вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы и накопленных данных трехмерной гистограммы через постоянные интервалы и по запросу.
В других вариантах осуществления электронный блок управления может также включать в себя управляющее запоминающее устройство доступное для управляющего процессора, причем управляющее запоминающее устройство хранит множество данных трехмерной гистограммы скоростей и крутящих моментов коробки передач, которым было подвержено транспортное средство, при этом каждые из множества данных трехмерной гистограммы соответствуют другой рабочей шестерне коробки передач. Множество датчиков может включать в себя датчик рабочей шестерни коробки передач, датчик крутящего момента коробки передач и датчик скорости коробки передач, обеспечивающие показания датчика рабочей шестерни коробки передач и показания датчиков крутящего момента и скорости коробки передач. Управляющий процессор может быть выполнен с возможностью осуществления выборки из показаний датчика рабочей шестерни коробки передач и показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передачи, и выбора для каждой выборки сначала данных трехмерной гистограммы из множества данных трехмерной гистограммы для отобранной рабочей шестерни коробки передачи, а затем нахождения соответствующей ячейки в выбранных данных трехмерной гистограммы для отобранных показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передач, и увеличения счетчика ячейки соответствующей ячейки в выбранных данных трехмерной гистограммы. Оценки повреждения для компонентов трансмиссии могут быть вычислены на основе накопленных множества данных трехмерной гистограммы. Линия связи может быть выполнена с возможностью беспроводной передачи вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы и накопленных множества данных трехмерной гистограммы через постоянные интервалы и по запросу.
Система записи рабочих циклов может включать в себя также бортовую сеть передачи данных, причем электронный блок управления соединен с бортовой сетью передачи данных, и электронный блок управления выполнен с возможностью приема показаний датчика от множества датчиков по бортовой сети передачи данных. Система записи рабочих циклов может включать также в себя устройство передачи данных транспортного средства, соединенное с бортовой сетью передачи данных, причем линии связи является частью устройства передачи данных транспортного средства, а электронный блок управления и устройство передачи данных транспортного средства устанавливают связь по бортовой сети передачи данных. Линия связи может быть выполнена с возможностью беспроводной передачи вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы и накопленных данных трехмерной гистограммы через постоянные интервалы и по запросу.
Устройство передачи данных транспортного средства может также включать в себя процессор устройства передачи и запоминающее устройство устройства передачи. Управляющий процессор может быть выполнен с возможностью хранения накопленных данных трехмерной гистограммы и вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы в управляющем запоминающем устройстве. Процессор устройства передачи может быть выполнен с возможностью осуществления выборки накопленных данных трехмерной гистограммы и вычисленных оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы в управляющем запоминающем устройстве и сохранения отобранных данных трехмерной гистограммы и оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы в запоминающем устройстве устройства передачи. Линия связи может быть выполнена с возможностью беспроводной передачи отобранных данных трехмерной гистограммы и оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы, хранящихся в запоминающем устройстве устройства передачи, через постоянные интервалы и по запросу.
Способ записи рабочих циклов может включать в себя этапы, на которых принимают показания датчика от множества датчиков, вычисляют на основе принятых показаний датчика оценки повреждения для компонентов трансмиссии, вычисляют для компонентов трансмиссии оценки расчетного оставшегося срока службы на основе оценок повреждения и передают вычисленные оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы для компонентов трансмиссии.
В некоторых вариантах осуществления этап приема показаний датчика может включать в себя этап, на котором принимают показания датчиков крутящего момента и скорости коробки передач, а управляющее запоминающее устройство может хранить данные трехмерной гистограммы скоростей и крутящих моментов коробки передач, которым подвергалось транспортное средство. В этих вариантах осуществления способ может также включать в себя этап, на котором осуществляют выборку показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передач, и для каждой выборки находят соответствующую ячейку в данных трехмерной гистограммы для отобранных показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передачи, и увеличивают счетчик ячейки соответствующей ячейки в данных трехмерной гистограммы. Способ может также включать в себя этап, на котором сохраняют оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы для компонентов трансмиссии в управляющем запоминающем устройстве; осуществляют выборку накопленных данных трехмерной гистограммы и оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы в управляющем запоминающем устройстве; сохраняют отобранные данные трехмерной гистограммы и оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы в запоминающем устройстве устройства передачи; и передают по беспроводной связи отобранные данные трехмерной гистограммы и оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы, хранящихся в запоминающем устройстве устройства передачи, через постоянные интервалы и по запросу.
В других вариантах осуществления этап приема показаний датчика может включать в себя этап, на котором принимают показания датчика рабочей шестерни коробки передач, показания датчика крутящего момента коробки передач и показания датчика скорости коробки передач, а управляющее запоминающее устройство может хранить множество данных трехмерной гистограммы о скоростях и крутящих моментах коробки передач, которым подвергалось транспортное средство, при этом каждые из множества данных трехмерной гистограммы о скоростях и крутящих моментах коробки передач соответствуют другой рабочей шестерне коробки передач. Способ может также включать в себя этап, на котором осуществляют выборку показаний датчика рабочей шестерни коробки передач, показаний датчика крутящего момента коробки передач и показаний датчика скорости коробки передач; и для каждой выборки: выбирают данные трехмерной гистограммы из множества данных трехмерной гистограммы крутящих моментов и скоростей для отобранной рабочей шестерни коробки передач; находят соответствующую ячейку в выбранных данных трехмерной гистограммы для отобранных показаний датчиков крутящего момента и скорости коробки передачи; и увеличивают счетчик ячейки соответствующей ячейки в выбранных данных трехмерной гистограммы. Способ может также включать в себя этап, на котором сохраняют вычисленные оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы для компонентов трансмиссии в управляющем запоминающем устройстве, осуществляют выборку накопленного множества данных трехмерной гистограммы и оценок повреждения и расчетного оставшегося срока службы в управляющем запоминающем устройстве, сохраняют отобранное множество данных трехмерной гистограммы и оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы в запоминающем устройстве устройства передачи, и передают по беспроводной связи отобранное множество данных трехмерной гистограммы и оценки повреждения и расчетного оставшегося срока службы, хранящихся в запоминающем устройстве устройства передачи, через постоянные интервалы и по запросу.
Вышеприведенные и другие признаки станут очевидны из следующего далее описания и прилагаемых чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Подробное описание чертежа ссылается на прилагаемые фигуры, на которых:
фиг.1 иллюстрирует примерную систему записи рабочих циклов, а
фиг.2 иллюстрирует примерную трехмерную гистограмму, отражающую число выборок или продолжительности для разных диапазонов крутящего момента и скоростей, которым подвергалась коробка передач.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Понимание рабочего цикла компонентов трансмиссии транспортного средства может способствовать решениям как по проектированию, так и по техническому обслуживанию отдельных ключевых компонентов трансмиссии, которые подвергаются усталости и износу (н-р, шестерен, подшипников). Информация о рабочих циклах трансмиссии может собираться при помощи бортовой электронной системы для обработки и передачи. Эту информацию о рабочих циклах можно использовать для разных целей, в том числе оценки повреждения компонентов трансмиссии и оценки оставшегося срока службы компонентов трансмиссии.
На фиг.1 проиллюстрирован примерный вариант осуществления системы 100 для сбора, записи, обработки и передачи информации о рабочих циклах компонентов трансмиссии. Система 100 может включать в себя множество датчиков 120 и систем информации транспортного средства, электронный блок управления 140, устройство 160 передачи данных транспортного средства и бортовую сеть 180 передачи данных контроллеров транспортного средства. Множество датчиков 120 и систем информации транспортного средства, электронный блок 140 управления и устройство 160 передачи данных транспортного средства могут устанавливать связь по бортовой сети 180 передачи данных.
Множество датчиков 120 и систем информации транспортного средства могут отслеживать множество данных транспортного средства и передавать данные транспортного средства по бортовой сети 180 передачи данных. Примерные датчики 120 и системы информации транспортного средства могут включать в себя, например, датчики 122 крутящего момента на валу коробки передач, отслеживающие фактические или расчетные крутящие моменты на входных и/или выходных валах коробки передач, датчики 124 скорости валов коробки передач, отслеживающие скорости входных и/или выходных валов коробки передач, датчики 126 шестерен коробки передач, отслеживающие действующие шестерни коробки передач, датчики 128 направления транспортного средства, отслеживающие направление движения транспортного средства, датчики 130 времени, отслеживающие информацию о времени и длительности для различных систем и компонентов транспортного средства, и разные другие датчики и системы датчиков.
Электронный блок 140 управления может располагаться на транспортном средстве и посылать информацию и принимать информацию от других контроллеров через бортовую сеть 180 передачи данных контроллеров. Электронный блок 140 управления может включать в себя управляющий процессор или процессор 142, запоминающее устройство 144 и бортовую линию 146 связи.
Во время эксплуатации транспортного средства процессор 142 может неоднократно осуществлять выборку настоящих данных о скорости и крутящем моменте коробки передач, передаваемых по сети 180 передачи данных контроллеров датчиками 122, 124 скорости и крутящего момента на валах коробки передач. Процессор 142 может в качестве варианта осуществлять выборку данных скорости и крутящего момента коробки передач непосредственно от датчиков 122, 124, причем существует непосредственное подключение. Процессор 142 может использовать эти данные для заполнения таблицы данных 152 гистограммы, имеющей диапазон крутящих моментов в качестве одной оси и диапазон скоростей в качестве другой оси. В некоторых вариантах осуществления для каждой пары фактических отобранных данных о скоростях и крутящих моментах процессор 142 находит соответствующую ячейку в данных 152 гистограммы и увеличивает для этой ячейки счетчик ячейки, чтобы записать отобранные значения скорости и крутящего момента. Это процесс может быть повторен, так что со временем значения счетчика ячейки, накопленные в данных 152 гистограммы, составляют трехмерную гистограмму, отражающую крутящие моменты и скорости, которым подвергалась коробка передач транспортного средства, и относительная длительность каждого воздействия. Фиг.2 иллюстрирует примерную трехмерную гистограмму, отражающую число выборок или продолжительности для разных диапазонов крутящего момента и скоростей, которым подвергалась коробка передач. В данных 152 гистограммы для каждой рабочей шестерни коробки передач могут поддерживаться отдельные таблицы. Для каждой рабочей шестерни коробки передач может быть одна или несколько отдельных трехмерных гистограмм. Данные 152 гистограмм могут храниться в запоминающем устройстве 144. Запоминающим устройством 144 может быть энергонезависимое запоминающее устройство, так что после глушения двигателя транспортного средства данные 152 гистограммы сохраняются, а после повторного запуска они могут быть вызваны, и дополнительные данные могут быть добавлены к данным 152 гистограммы. К данным 152 гистограммы или другим данным из запоминающего устройства 144 можно получать доступ или загружать их, когда необходимо, из электронного блока 140 управления через бортовую линию 146 связи с бортовой сетью 180 передачи данных контроллеров.
На основании входов, принятых электронным блоком 140 управления по бортовой сети 180 передачи данных контроллеров, и данных 152 гистограммы процессор 142 может также вычислять данные 154 о повреждении и/или данные 156 о расчетном оставшемся сроке службы (РОСС) и сохранять эти данные в запоминающем устройстве 144 или передавать их по бортовой сети 180 передачи данных контроллеров. Данные 154 о повреждении могут включать в себя, например, цифровые данные о повреждении и цифровые данные о степени повреждения, а данные 156 о расчетном оставшемся сроке службы могут включать в себя, к примеру, цифровые данные о расчетном оставшемся сроке службы, соответствующие каждой рабочей шестерне коробки передач. Благодаря слежению за различными данными 120 транспортного средства на протяжении времени и данным 152 гистограммы электронный блок 140 управления может оценивать данные 154, 156 о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы для компонентов трансмиссии, используя алгоритмы, известным специалистам в данной области техники. Процессор 142 может извлекать из данных 152 гистограммы несколько ключевых значений повреждения из данных 154 о повреждении, а затем вычислять данные 156 о расчетном оставшемся сроке службы для компонентов трансмиссии. Эти данные могут включать в себя, например, вычисленное повреждение и степени повреждения для конкретной шестерни, подшипника или других компонентов трансмиссии; и сколько осталось до ожидаемого выхода из строя шестерни, подшипника или других компонентов трансмиссии. Эти алгоритмы могут быть к тому же обновлены и улучшены, используя данные, собираемые при помощи электронного блока 140 управления, и осматривая компоненты трансмиссии во время технического обслуживания или ремонта. Подобно данным 152 гистограммы, данные 154, 156 о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы могут сохраняться на протяжении эксплуатационных циклов транспортного средства и могут быть загружены, когда необходимо, из электронного блока 140 управления по бортовой линии 146 связи. Данные 152, 154, 156 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы можно также передавать в широковещательном режиме через постоянные интервалы по бортовой сети 180 передачи данных.
Данные о расчетном оставшемся сроке службы (РОСС) могут вычисляться по цифровым данным о повреждении, получаемым из истории крутящих моментов/скоростей, которым подвергалась машина. Данные о расчетном оставшемся сроке службы могут вычисляться путем вычитания цифровых данных о повреждении из цифровых данных об известном ожидаемом сроке службы для различных механических компонентов в трансмиссии, которые подвергаются усталости, поломке или износу, к примеру, шестерен и подшипников. Вычисленная разность для каждого компонента, представляющего интерес, может использоваться в качестве оценки оставшегося срока службы для этого компонента, и эти цифровые данные могут использоваться в стратегии для профилактического технического обслуживания и ремонта.
Устройство 160 передачи данных транспортного средства включает в себя процессор 162, запоминающее устройство 164 и линию 166 беспроводной связи. Процессор 162 устройства 160 передачи данных транспортного средства может осуществлять выборку данных 152, 154, 156 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы, вычисляемых и передаваемых в широковещательном режиме по бортовой сети 180 передачи данных электронным блоком 140 управления. Процессор 162 устройства 160 передачи данных транспортного средства может затем заполнять и обновлять дынные 172, 174, 176 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы, удерживаемых в запоминающем устройстве 164 устройства 160 передачи данных транспортного средства. В качестве варианта, процессор 162 может осуществлять выборку данных многочисленных датчиков, передаваемых по бортовой сети 180 передачи данных, и создавать независимо свои собственные данные 172, 174, 176 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы, подобно процессору 142. В этом альтернативном варианте устройству 160 передачи данных транспортного средства не нужно полагаться на электронный блок 140 управления для сбора и обработки данных.
Устройство 160 передачи данных транспортного средства может затем передавать данные 172, 174, 176 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы по линии 166 беспроводной связи.
Устройство 160 передачи данных транспортного средства может использовать линию 166 беспроводной связи для передачи этих данных другим локальным системам вне транспортного средства или в удаленные местоположения по запросу или через равные интервалы.
Пользователи могут использовать эти значения фактического использования реального времени для составления графика профилактического технического обслуживания транспортного средства до того, как транспортное средство сломается. Разработчики и конструкторы транспортных средств могут накапливать эти значения фактического использования реального времени для совокупности многочисленных транспортных средств и определять фактическое использование каждого из этих транспортных средств. Разработчики и конструкторы транспортных средств могут затем использовать эти накопленные данные о фактическом использовании для выбора размера, проектирования и испытания компонентов трансмиссии.
В других вариантах осуществления системы 100 линия 166 беспроводной связи и другие функциональные возможности устройства 160 передачи данных транспортного средства могут быть включены в состав электронного блока 140 управления. В этих вариантах осуществления электронный блок 140 управления может передавать данные 152, 154, 156 гистограммы, о повреждении и расчетном оставшемся сроке службы по бортовой сети 180 передачи данных и в местоположения и системы вне транспортного средства по запросу или через равные интервалы.
Система 100 может использовать скорость входного вала и крутящий момент входного вала коробки передач транспортного средства или скорость выходного вала и крутящий момент выходного вала коробки передач транспортного средства. Параметры выходного вала коробки передач могут также использоваться в качестве входных параметров для других ключевых компонентов трансмиссии (н-р, осей), и может быть желательно знать рабочий цикл, которому подвергаются эти другие компоненты трансмиссии.
В использовании линии 166 беспроводной связи устройства 160 передачи данных вместо устройства регистрации данных могут быть потенциально возможные преимущества. Линия 166 беспроводной связи может обеспечивать снижение затрат и/или более тщательную выборку популяции машин благодаря использованию стандартной, установленной на заводе электронике машины вместо полевой установки дополнительного запатентованного или готового к использованию регистрирующего данные оборудования третьей стороны. Использование линии 166 беспроводной связи может также сократить время между тем, когда данные создаются в машине, и когда они принимаются для анализа, и может также сократить или избавить от необходимости посещений машины обученным обслуживающим персоналом для извлечения данных.
Слово "примерный" используется в этой заявке для обозначения примера, частного случая или иллюстрации. Любая особенность или конструкция, описанная в этой заявке как "примерная", не должна обязательно толковаться как преимущественная по сравнению с другими особенностями или конструкциями. Напротив, использования слова примерный предназначено представлять концепции в конкретном виде.
Хотя раскрытие было проиллюстрировано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такая иллюстрация и описание должны рассматриваться как примерные, а не ограничивающие по своему характеру, при этом понятно, что были описаны и показаны иллюстративные вариант(ы) осуществления, и что желательно, чтобы все изменения и модификации, которые входят в объем раскрытия, были защищены. Будет отмечено, что альтернативные варианты осуществления настоящего раскрытия могут не включать в себя все из описанных признаков, и тем не менее извлекать пользу из, по меньшей мере, некоторых из преимуществ таких признаков. Специалисты в данной области техники могут с легкостью придумывать их собственные варианты исполнения, которые включают в состав один или несколько признаков настоящего раскрытия и соответствуют сущности и объему настоящего изобретения, определенных прилагаемой формулой изобретения.