BR112016013521B1 - método para monitorar a operação de um componente, sistema de controle para monitorar a operação de um componente e sistema de veículo - Google Patents

Abstract

A invenção se refere a um método voltado para a monitoração da operação de um componente. O método compreende das etapas de: recebimento de um fluxo de amostras de dados, sendo que cada amostra de dado representa um valor de um parâmetro físico do componente; identificação do extremo local de referido fluxo de amostras de dados, armazenamento da informação relacionada a cada extremo local em uma respectiva posição de uma memória intermediária de tamanho fixo; e mediante a presença de um ciclo formado entre dois pontos de extremidades em conjugação representados por dois máximos locais ou dois mínimos locais: i)eliminação pelo menos de um dos extremos locais correspondendo a pontos de extremidade do ciclo a partir da memória intermediária; e ii) armazenamento da informação relacionada ao referido ciclo em uma memória de modo que a informação armazenada na memória represente a operação do componente. O método é caracterizado no sentido de que quando a memória intermediária se encontra cheia de modo que cada posição da memória intermediária contenha informação relacionada a um único extremo local, o método compreende ainda das etapas de: i) eliminação da informação relacionada ao extremo local mais antigo a partir da memória intermediária; ii) cálculo de um pseudo ciclo formado entre dois pontos de extremidade dos quais um ponto de extremidade vem a ser representado pelo extremo local mais antigo eliminado; e iii) armazenamento da informação relacionada ao pseudo ciclo calculado na memória.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A invenção se refere a um método para a monitoração de operação de um componente, a um sistema de controle para a monitoração da operação de um componente, bem como a um sistema de veículo compreendendo tais sistemas de controle. A invenção pode ser aplicada para veículos de serviço pesado, tais como caminhões, ônibus e equipamentos de construção. Muito embora a invenção venha a ser descrita com respeito a um caminhão, a mesma não fica restrita a este veículo em particular, podendo ser igualmente aplicada junto à outros veículos, tais como trens, carros para passageiros, etc., assim como junto à outras aplicações, tais como máquinas náuticas, equipamentos de construção, indústria da aviação, etc.

FUNDAMENTOS

[0002] Diversos componentes mecânicos são submetidos a cargas levando a tensões em materiais nos componentes. Caso a tensão em material seja aplicada durante um certo tempo, ela irá eventualmente causar fadiga no material dos componentes, sendo que as propriedades mecânicas e/ou físicas dos componentes virão a eventualmente degradar e provocar danos ou falhas nos componentes.

[0003] Nos veículos, uma quantidade de componentes acabam sujeitos a condições de ficarem expostos a carregamentos e tensões em materiais durante a operação. Um tal tipo de componente compreende, por exemplo, a roda de turbina de um carregador turbo. Quando a turbina gira, as alterações nas forças centrífugas irão induzir expansão ou contração da roda de turbina em uma maneira cíclica, levando a fadiga do material a longo prazo.

[0004] Tem ocorrido a proposição de uma quantidade de técnicas para a determinação da fadiga de material. Um tipo de tal técnica consiste do denominado algoritmo de Rainflow, aonde o algoritmo é desenvolvido para o cálculo de picos e vales de um conjunto de amostras de dados representando, por exemplo, a velocidade rotacional de um componente. Para cada ciclo, ou seja, para cada subconjunto de amostras de dados se estendendo entre dois picos ou dois vales, a amplitude é armazenada em uma matriz, matriz esta que é avaliada de modo a se determinar o grau de fadiga em material do componente.

[0005] Um método de implementação do algoritmo de Rainflow junto a um painel é mencionado no documento US2010/074576, descrevendo como a condição estrutural no interior de sistemas de veículo pode ser monitorada. Uma memória intermediária com tamanho fixo é empregada para a coleta de dados encadeados advindo dos sensores do sistema, e ciclos de picos são utilizados para a determinação da fadiga do material. Durante a monitoração em tempo real, a memória intermediária de tamanho fixo irá ser eventualmente preenchida com dados, requerendo tanto i)desconsideração dos novos dados, ou ii) descarte dos dados anteriores. Para a execução de uma monitoração confiável tem-se a requisição de que todos os dados sejam utilizados. Por outro lado, a potência e memória computacional disponíveis não dão condições por uma capacidade de processamento e armazenagem ilimitadas. Portanto, existe uma necessidade por um método aperfeiçoado para a monitoração da operação de um componente fazendo uso de memórias de tamanho fixo sem haver o descarte de quaisquer dos dados.

SUMÁRIO

[0006] Um objetivo da invenção consiste na provisão de um método para a monitoração da operação de um componente, cujo método vem a superar os empecilhos mencionados acima em relação aos métodos do estado anterior da técnica.

[0007] De acordo com um primeiro aspecto, o objetivo é alcançado através de um método de acordo com a presente invenção. Por meio da provisão de um método aonde quando a memória intermediária se encontra executando plenamente as etapas referentes a i) eliminação da informação com respeito ao local extremo mais antigo advindo da memória intermediária de tamanho fixo; ii) cálculo de um pseudociclo formado entre dois pontos terminais aonde um dos pontos terminais é representado pelo local extremo mais antigo eliminado; e iii) armazenagem de informação relacionada ao pseudociclo calculado na memória, não haverá o descarte de dados importantes para a determinação da fadiga do componente. Portanto, pode-se chegar a uma monitoração mais compreensiva e confiável.

[0008] De acordo com uma modalidade, a memória intermediária consiste de uma memória intermediária anelar. Desse modo, não existe qualquer necessidade por uma posição inicial fixa na memória intermediária.

[0009] De acordo com uma modalidade, a etapa de armazenamento de informação relacionada a cada extremidade local em uma posição respectiva da memória intermediária vem a ser executada de tal modo que a informação é armazenada na mesma ordem sequencial como aparece a extremidade local associada no fluxo de amostras de dados. Isto é vantajoso no sentido de que o método pode ser executado em tempo real com a memória intermediária sendo atualizada continuamente conforme vá sendo disponibilizado o fluxo de amostras de dados.

[0010] De acordo com uma modalidade, a etapa de recebimento de um fluxo de amostras de dados vem a ser realizada continuamente durante a operação do componente. Portanto, em uma aplicação junto à veículo, o método pode ser executado durante o tempo de funcionamento completo do veículo, melhorando assim a precisão do método.

[0011] De acordo com uma modalidade, a etapa de armazenamento de informação relacionada ao referido ciclo em uma memória vem a ser executada de modo que a referida informação compreenda, respectivamente, das amplitudes dos máximos e mínimos locais. Isto é vantajoso no sentido de que o método pode ser implementado na forma de métodos viabilizados para a determinação do grau de fadiga de material, tal como a regra de Miner requerendo a amplitude do ciclo como dado de entrada.

[0012] De acordo com uma modalidade, a etapa de eliminação do extremo local correspondendo a pelo menos um dos pontos terminais do ciclo a partir da memória intermediária compreende também da etapa de desvio das respectivas posições da informação remanescente na memória intermediária, de modo que a informação remanescente venha a ser armazenada em uma ordem consecutiva.

[0013] De acordo com uma modalidade, o método pode compreender ainda da etapa de classificação da informação relacionada aos ciclos em intervalos predeterminados, sendo que cada intervalo vem a ser associado com as amplitudes mínima e máxima do ciclo. Isto é vantajoso no sentido de que grandes ciclos de amplitudes podem ser associados com um maior impacto junto à fadiga de material do que junto à pequenos ciclos de amplitudes.

[0014] De acordo com uma modalidade, a etapa de armazenagem de informação relacionada ao ciclo em uma memória é realizada de modo que a informação seja armazenada em uma posição da memória sendo indexada ao intervalo. A memória pode ser configurada dessa forma como uma matriz, sendo que cada posição da matriz vem a ser associada com um intervalo específico.

[0015] De acordo com uma modalidade, a etapa de cálculo de um pseudociclo é executada de modo que o pseudociclo calculado seja classificado em um intervalo estando associado com o ciclo mais provável. Em outra modalidade, a etapa de cálculo de um pseudociclo é executada de modo que o pseudociclo calculado seja igual a um ciclo apresentando a mais elevada amplitude e menor amplitude. Portanto, o método pode ser desempenhado diferentemente dependendo dos componentes em particular sob monitoração.

[0016] De acordo com uma modalidade, o método pode compreender ainda da etapa de cálculo de um valor advindo da informação armazenada na memória, valor este representativo da condição do componente. O método se encontra capacitado a provisão de um valor em tempo real dograu de fadiga de material do componente em particular.

[0017] De acordo com uma modalidade, a etapa de cálculo de um valor a partir da informação armazenada na memória é executada utilizando-se a regra de Miner.

[0018] De acordo com uma modalidade, a operação do componente representa a velocidade rotacional de uma roda de turbina em um veículo, e sendo que a condição representa a fadiga da roda de turbina. Isto é vantajoso no sentido de que o método é empregado para um componente crítico, em cujo caso os danos afetam o desempenho geral e as características do motor do veículo.

[0019] De acordo com uma modalidade, a etapa de cálculo de um valor a partir da informação armazenada na memória é repetida durante a operação do componente, e sendo que o método compreende ainda da etapa de armazenamento de cada valor. Desse modo o método pode ser executado junto ao painel de um veículo em tempo real.

[0020] De acordo com uma modalidade, o método pode compreender ainda da etapa de comparação do valor calculado com um valor de referência, valor de referência este que corresponde ao componente em falha. O método apresenta a capacidade de não somente proporcionar a monitoração em tempo real da fadiga do material do componente, como também vir a provir com uma saída indicativa da operação corrente do componente em relação ao componente com defeito.

[0021] De acordo com uma modalidade, o método pode compreender ainda da etapa de extrapolação dos valores armazenados de modo a controlarem a manutenção do componente.

[0022] De acordo com um segundo aspecto, o objetivo é alcançado através de um programa computacional consistindo de um mecanismo de código de programa para a execução das etapas do método de acordo com um primeiro aspecto quando o referido programa está rodando em um computador.

[0023] De acordo com um terceiro aspecto, o objetivo é alcançado através de uma mídia de leitura por computador portando um programa computacional compreendendo de um mecanismo de código de programa voltado para a realização das etapas do método de acordo com um primeiro aspecto quando o referido produto de programa está rodando em um computador.

[0024] De acordo com um quarto aspecto, o objetivo é alcançado através de uma unidade de controle voltada para a monitoração da operação de um componente, com a unidade de controle sendo configurada para desempenhar as etapas do método de acordo com o primeiro aspecto.

[0025] De acordo com um quinto aspecto, o objetivo é alcançado através de um sistema de controle para a monitoração da operação de um componente de acordo com a presente invenção.

[0026] De acordo com um sexto aspecto, o objetivo é alcançado via um sistema de veículo compreendendo de um sistema de controle de acordo com o quinto aspecto.

[0027] Em uma modalidade, o sistema de veículo compreende ainda de uma roda de turbina, sendo que a unidade de recepção é configurada para admissão de um fluxo de amostras de dados representativo da velocidade rotacional atual da roda de turbina.

[0028] Vantagens adicionais e características vantajosas da invenção são descritas no relatório descritivo a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0029] Com referência aos desenhos, tem-se adiante uma descrição mais detalhada das modalidades da invenção mencionadas como exemplos.

[0030] Tem-se nos desenhos que:

[0031] a Fig. 1 consiste de uma vista lateral de um caminhão implementando um método de acordo com uma modalidade,

[0032] a Fig. 2 consiste de uma vista esquemática de um sistema de veículo de acordo com uma modalidade,

[0033] as Figuras 3a-f apresentam uma memória intermediária enquanto executando um método de acordo com uma modalidade,

[0034] as Figuras 4a-e apresentam uma memória intermediária anelar enquanto executando um método de acordo com uma modalidade,

[0035] a Fig. 5 apresenta uma memória para uso com um método de acordo com uma modalidade, e

[0036] a Fig. 6 consiste de uma vista esquemática de um método de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES DE EXEMPLO DA INVENÇÃO

[0037] Tendo início com a Fig. 1, tem-se a apresentação de um caminhão 10. O caminhão 10 é mostrado representando um veículo aonde as modalidades da presente invenção podem ser implementadas e executadas. O caminhão 10 compreende de uma pluralidade de sistemas de veículo 10, tais como um sistema de motor 100a, um sistema de frenagem 100b, um sistema de suspensão de roda 100c, um sistema de linha de transmissão 100d, etc. Cada sistema de veículo 100a-d pode ser dividido em diversos subsistemas, sendo que cada subsistema representa também um sistema de veículo dentro do contexto deste relatório descritivo.

[0038] Por exemplo, o sistema de motor 100a é ainda apresentado na Fig. 2. O sistema de motor 100a pode ser tanto considerado como um sistema de veículo completo por si só, ou como um sistema de veículo formado através de diversos sistemas de veículos. O sistema de motor 100a compreende, portanto, um sistema de combustão interna 110 e um sistema de tratamento posterior 120. Dentro deste contexto, o sistema de tratamento posterior 120 pode ser considerado como um sistema de veículo simples, ou como uma combinação de diversos sistemas de veículos. Por exemplo, o sistema de tratamento posterior 120 pode ser dividido em um sistema de turbo carregador 130, um sistema de exaustão de gás 140, e um sistema de turbo composição 150. Isto implica em que um sistema de veículo 100 pode representar grandes sistemas de veículos, tais como, por exemplo, todo um sistema de motor 100a, ou um sistema de menor porte, tal como, por exemplo, o sistema de turbo carregador 130.

[0039] O sistema de motor 100a apresentado na Fig. 2 compreende de um bloco de motor 102 incorporando uma pluralidade de cilindros 104. Os cilindros 104 se apresentam em conexão fluida com um tubo de distribuição 106 voltado para viabilizar a exaustão de gás deixando os cilindros 104. Portanto, o bloco de motor 102, os cilindros 104, bem como o tubo de distribuição 106 podem representar o sistema de combustão interna 110. Um sistema de turbo carregador 130 inclui uma entrada de gás de exaustão 132, um ingresso de ar 134, e uma turbina 136. O gás de exaustão dando entrada no sistema de turbo carregador 130 a partir do tubo de distribuição 106 irá levar a rotação da turbina 136, forçando a que o ar de ingresso seja comprimido antes de dar entrada nos cilindros 104. O gás de exaustão deixando o sistema de turbo carregador 130 pode entrar em um sistema de turbo composição 150, apresentando uma entrada de gás de exaustão 152 e uma turbina 154. O gás de exaustão dando entrada no sistema de turbo composição 150 irá forçar a que a turbina 154 associada gire, com a rotação sendo ainda transmitida na forma de um aumento de torque junto ao eixo de manivela 156. Um sistema de gás de exaustão 140 pode ser provido em série após o sistema de turbo carregador 130, ou vir a ser provido após o sistema de turbo composição 150. O sistema de gás de exaustão 140 pode consistir de dispositivos de injeção de ureia (não mostrados), filtros de partículas (não mostrados), bem como câmaras de reação catalíticas (não mostradas) para a redução do teor de toxicidade do gás de exaustão.

[0040] De acordo com uma modalidade, tem-se a disponibilização de um sistema de controle 200 voltado para a monitoração da operação de uma roda de turbina da turbina 136 do sistema de turbo carregador 130. O sistema de controle 200 é configurado para monitorar continuamente, em tempo real, a condição corrente da roda de turbina em termos da fadiga de material para viabilizar o serviço e/ou a manutenção da roda de turbina antes da mesma vir a submetida a algum dano.

[0041] O sistema de controle 200 é destinado para esta finalidade programada de vir a executar diversos métodos, os quais serão descritos em maiores detalhes adiante, e compreende de uma unidade de recepção 210 configurada para a admissão de um fluxo de amostras de dados, uma unidade de processamento 220 configurada para processar as amostras de dados da unidade de recepção 210, uma memória intermediária de tamanho fixo 230 para o armazenamento de dados temporários relacionados as amostras de dados, bem como uma memória 240 configurada para armazenar informação relacionada a fadiga de material corrente da roda de turbina.

[0042] O fluxo de amostras de dados sendo transmitido para a unidade de recepção 210 representa um parâmetro físico da roda de turbina, e pode representar, em algumas modalidades, a velocidade rotacional da roda de turbina. Tem sido entendido que as mudanças na velocidade rotacional da roda de turbina irão provocar a expansão e contração em função da variação das forças centrífugas. Tal tensão em material irá induzir fadiga no material que dentro de um certo grau irá provocar danos estruturais junto à roda de turbina.

[0043] O fluxo de amostras de dados pode tanto ser provido por meio de um sensor de velocidade disposto no interior do sistema de turbo carregador 130, ou pode ser calculado para fluxos de amostras de dados contendo as estimativas de velocidade de roda.

[0044] A unidade de processamento 220 é configurada para identificar os extremos locais do fluxo de amostras de dados de modo a detectar os ciclos, com cada ciclo representando a diferença em amplitude entre dois máximos locais e um mínimo local, ou entre dois mínimos locais e um máximo local.

[0045] A unidade de processamento 220 é configurada para armazenar a informação com respeito a um extremo local na memória intermediária de tamanho fixo 230. Uma vez que um ciclo seja detectado, a diferença em amplitude é armazenada como informação na memória 240 e o extremo local mais antigo estando associado com o ciclo vem a ser eliminado da memória intermediária de tamanho fixo 230. A unidade de controle 200 é ainda configurada para determinar os pseudociclos. Tal determinação vem a ser provida quando a memória intermediária de tamanho fixo 230 se encontra preenchida, não havendo qualquer disponibilidade de memória para um novo extremo local detectado. Em tal situação, a unidade de processamento 220 é configurada para detectar a informação relacionada com o extremo local mais antigo advindo da memória intermediária, efetuar o cálculo de um pseudociclo formado entre dois pontos de extremidade, aonde um ponto de extremidade é representado pelo extremo local mais antigo detectado; e armazenar informação relacionada ao pseudociclo calculado na memória. Portanto, a unidade de controle 200 armazena informação sobre cada ciclo vindo a ser detectado, também em situações quando não for possível haver a detecção da diferença em amplitude exata do ciclo.

[0046] De modo a se explicar adicionalmente a operação da unidade de controle 200, referência é feita as Figuras 3a-f e as Figuras 4a-e. Tendo início com as Figuras 3a-f, o fluxo de amostras de dados transmitido para a unidade de recepção 210 é apresentado em conjunto com a memória intermediária de tamanho fixo 230. Deve ser observado que a descrição relacionada as Figuras 3a-f apresenta somente um exemplo; o fluxo de amostras de dados poderia vir a representar, naturalmente, um comportamento inteiramente diferenciado para a velocidade rotacional.

[0047] Antecedendo a situação apresentada naFig. 3A, dá-se o desligamento do veículo. Em tal situação, não ocorre a presença de fluxo de amostras de dados, sendo esvaziada a memória intermediária de tamanho fixo 230. Uma vez que seja dada partida ao veículo, a unidade de recepção 210 irá começar a receber dados relacionados com a velocidade rotacional da roda de turbina, que vem a ser ilustrada no diagrama pertinente a Fig.3a. Conforme a primeira amostra de dados forme um extremo local, a amplitude da primeira amostra de dados é armazenada na memória intermediária de tamanho fixo, como I1. Quando o fluxo de amostras de dados é recebido, a amplitude irá se alterar eventualmente para um segundo extremo local, mostrado na Fig. 3b. Mediante esta condição, a unidade de processamento 220 irá adicionar informação representativa do segundo extremo local, ou seja, a amplitude representativa da velocidade rotacional junto à memória intermediária de tamanho fixo, como I2. Enquanto que havendo a continuação das amostras de dados representativos da velocidade rotacional, um terceiro extremo local é detectado, conforme mostrado na Fig. 3c. Mediante esta condição a unidade de processamento 220 irá armazenar informação relacionada com este extremo na memória intermediária, como I3. A unidade de processamento 220 é ainda configurada para verificar a presença de ciclos. Uma vez que o primeiro extremo local e o terceiro extremo local compartilham a mesma amplitude, e se apresentam separados por pelo menos um extremo local presente entre os mesmos, a unidade de processamento 220 confirma que um ciclo é formado entre I1 e I2. Como resultado, a informação relacionada a este ciclo (ou seja, a diferença em amplitude entre I1 e I2 e I3) é armazenada na memória 240 da unidade de controle 200. Em sequência a isto, a unidade de processamento 220 é configurada para eliminar a informação I1 em referência ao primeiro extremo local, uma vez que este extremo local já tenha contribuído junto a um ciclo armazenado. O fluxo de amostras de dados prossegue, e na Fig. 3d um quarto extremo local é identificado e detectado. Consequentemente, a informação representativa deste extremo local é armazenada na memória intermediária 230 como I4. Uma vez que o quarto extremo local vem a ser disposto junto a uma amplitude diferente na forma do segundo extremo local, a unidade de processamento 220 não vem a detectar um ciclo. Na Fig.3e um quinto extremo local é identificado e detectado, e a informação relacionada a este extremo local vem a ser armazenada na memória intermediária como I5.a unidade de processamento 220 determina que vem a ser formado um ciclo entre o terceiro e quinto extremos locais, sendo o ponto de partida, ou seja, o I3, detectado a partir da memória intermediária 230 com a informação representativa deste ciclo em particular sendo armazenada na memória 240. Voltando agora atenção a Fig. 3f, um sexto extremo local é detectado, e a informação representativa deste extremo local é armazenada na memória intermediária como I6. A unidade de processamento 220 identifica um ciclo formado entre um segundo extremo local e o sexto extremo local, devido a compartilharem da mesma amplitude. Portanto, a informação relacionada a este ciclo é armazenada na memória 240, e o ponto de partida, ou seja, I2, vem a ser eliminado da memória intermediária 230. Conforme fica evidenciado a partir do exposto, a unidade de processamento 220 pode ser configurada para identificar os ciclos de acordo com as preferências do usuário. Por exemplo, três extremos locais podem ser considerados como formando um ciclo, caso as amplitudes dos dois pontos de extremidade se apresentem no mesmo intervalo que vem a ser descrito adiante tendo como referência a Fig. 5.

[0048] Voltando atenção agora para as Figuras 4a-e, tem-se a descrição da operação da unidade de controle 220 em maiores detalhes. Nessas figuras, a memória intermediária 230 é apresentada na forma de uma memória intermediária anelar de tamanho fixo contendo quatro células de memória. A Fig. 4 apresenta a mesma situação conforme já anteriormente descrito com referência as Figuras 3a-e, ou seja, aonde dois ciclos tenham sido identificados e com a memória intermediária 230 retendo informação relacionada aos segundo, quarto e quinto extremos locais. Quando um sexto extremo local é detectado conforme mostrado na Fig. 4B, a unidade de processamento 220 não irá identificar um ciclo. Portanto, a informação I6 é armazenada na última célula disponível do armazenador de memória. Quando se é detectado o extremo local a seguir a partir do fluxo de amostras de dados não haverá espaço livre disponível na memória intermediária para armazenar a informação I7 associada. A unidade de processamento 220 nesta situação é configurada para identificar a informação mais antiga na memória intermediária 230, a qual neste caso em particular consiste do I2. Então, a unidade de processamento calcula um pseudociclo fazendo uso da informação, e armazena a informação relacionada ao pseudociclo na memória 240 antes de I2 vir a ser detectada a partir da memória intermediária 230. O pseudociclo pode ser calculado, por exemplo, como o pior caso de ciclo, o que corresponde a um ciclo se estendendo entre a amplitude de máxima elevação possível e a amplitude de menor mínimo possível. Em outras modalidades, o pseudociclo pode ser calculado na forma de um ciclo médio, ou como o ciclo mais provável. De modo a calcular o ciclo mais provável, tem sido analisado que os ciclos de baixa amplitude são mais frequentes, ocorrendo que a frequência diminui conforme a diferença em amplitude entre o mínimo e o máximo aumenta. Portanto, para cada ponto de partida, os ciclos são distribuídos ao longo das possíveis amplitudes. Uma vez que o extremo seja conhecido, então é possível se estimar o ciclo mais provável através da aplicação de uma função aleatória e fazer-se uso do ponto de partida conhecido, bem como da distribuição dos ciclos ao longo das possíveis amplitudes, na forma de dados de entrada.

[0049] Quando isto é feito, existe novamente um espaço livre na memória intermediária 230 para armazenamento da informação I7. Isto é mostrado na Fig. 4c. Conforme a velocidade rotacional continua a se alterar, faz-se a detecção de um extremo local adicional. Entretanto, a memória intermediária 230 se apresenta novamente cheia, sendo que um pseudociclo é calculado a partir da informação mais antiga, neste caso I4. A informação associada com o pseudociclo é armazenada na memória 240, sendo que existe espaço para o armazenamento da informação I8 com relação ao oitavo extremo local. Conforme pode ser observado na Fig. 4D, neste ponto a unidade de processamento 220 identifica um ciclo formado entre o sexto e oitavo extremos locais, sendo que a informação relacionada a este ciclo é armazenada na memória 240. Consequentemente, o ponto de partida, representado como I6, é detectado a partir do armazenador de memória temporário 230. Na Fig. 4E, um extremo local adicional é detectado e identificado pela unidade de processamento 220. A informação relacionada a este extremo local é armazenada na memória intermediária como I9, e a unidade de processamento 220 detecta então um ciclo formado entre o sétimo e nono extremos locais. Consequentemente, a informação relacionada a este ciclo é armazenada na memória 240, sendo que o ponto de partida I7 é detectado a partir da memória intermediária 230.

[0050] A partir da exposição acima fica claro que nenhuma informação crítica, ou seja, a informação relacionada aos extremos locais do fluxo de amostras de dados, é posta de lado sem contribuir coma informação armazenada na memória 240.

[0051] Voltando atenção agora a Fig. 5, tem-se a apresentação de uma vista esquemática de uma memória. A memória 240 é projetada para formar uma representação da condição corrente da roda de turbina, e pode ser ainda utilizada para monitorar a operação da roda de turbina em tempo real. A memória 240 é construída como uma matriz, sendo que cada posição na matriz armazena um valor escalar representando a ocorrência dos ciclos pré-definidos. As colunas da matriz representam a amplitude máxima do ciclo, enquanto as linhas representam a amplitude mínima do ciclo. Uma vez que a amplitude máxima irá sempre ser maior do que a amplitude mínima, somente metade da matriz será utilizada.

[0052] A unidade de processamento 220 armazena informação com relação a cada ciclo na memória 240. Tal informação compreende da amplitude máxima, e da amplitude mínima. Conforme isto é mostrado na Fig. 5, a matriz apresenta nove colunas e nove linhas correspondendo, genericamente, a intervalos de 10%, entretanto, o número exato pode, naturalmente, variar. Por exemplo, um ciclo se estendendo a partir de uma amplitude muito baixa para uma amplitude muito elevada pode proporcionar com um impacto mais elevado junto a fadiga de material, sendo que pode ser adequado ter-se intervalos mais estreitos para amplitudes elevadas. Além disso, os intervalos pré-definidos da memória 240 são normalizados, preferencialmente, de modo que a amplitude máxima possível seja 100%.

[0053] Quando a unidade de processamento 220 determina que um ciclo veio a ser formado, configura-se ainda um aumento no valor escalar de uma posição de matriz correspondente. Por exemplo, caso a amplitude de um ciclo seja determinada se estendendo de 32% para 74%, a posição matricial correspondente é identificada como linha 3, coluna 7. O valor daquela posição, por consequência, vem a ser aumentado pela adição de “1” ao valor anterior. Conforme o veículo siga funcionando, a matriz irá sendo continuamente atualizada com valores incrementados junto às respectivas posições.

[0054] A matriz da memória 240 pode ser avaliada junto à intervalos predeterminados para a monitoração da operação da roda de turbina. A unidade de processamento 220 pode ser configurada para avaliar a matriz cada vez que uma nova informação vem a ser armazenada na memória 249, ou em certas ocasiões, tais como a cada 100 horas de transmissão, uma vez por semana, etc. A avaliação pode ser feita através de algoritmos disponíveis, tais como a regra de Miner resultando em um valor escalar representativo do grau corrente de fadiga de material. Outros algoritmos conhecidos podem ser também utilizados.

[0055] A avaliação da matriz pode, por exemplo, resultar em um valor escalar entre 0 e 1, aonde o valor 1 é assumido para representar a ruptura ou falha do componente. Através da avaliação da matriz junto à intervalos regulares, a unidade de processamento 220 é configurada para armazenar o valor escalar resultante em uma memória adicional, sendo que a unidade de processamento 220 é configurada para predizer um tempo futuro quando o valor escalar resultante é igual a 1 por meio da extrapolação dos valores escalares armazenados a partir da avaliações anteriores. Portanto, a unidade de processamento 220 pode predizer a manutenção do componente por meio da redução do risco de mau funcionamento do componente.

[0056] Agora voltando atenção para a Fig.6, serão descritas diferenciadas modalidades de um método 300 para a monitoração da operação de um componente. Tendo início com a etapa 302, um fluxo de amostras de dados é recebido, por exemplo, por meio de uma unidade de recepção 210. Cada amostra de dados representa um valor de um parâmetro físico do componente, tal como a velocidade rotacional de uma roda de turbina de uma unidade de turbo carregador 130. Em uma etapa posterior 304, o fluxo de amostras de dados é analisado de modo a identificar um extremo local de referido fluxo de amostras de dados. Caso não venha a ser identificado um extremo local, o método retorna para a etapa 302. Caso seja identificado um extremo local, a etapa 306 é realizada com a memória intermediária sendo acessada de modo a determinar se existe qualquer célula de memória livre. Caso a memória intermediária não esteja cheia, executa-se uma etapa 308 aonde a informação relacionada a tal extremo local vem a ser armazenada em uma posição do armazenador de temporário de memória de tamanho fixo. A informação compreende de um valor da amplitude associada, por exemplo, a velocidade rotacional. Caso a memória intermediária se encontre cheia, o método salta para a etapa 320, que será descrita posteriormente.

[0057] Após a etapa 308, o método segue para a etapa 310 aonde o método verifica se um ciclo veio a ser formado entre dois pontos de extremidade em conjugação representados por dois máximos locais ou dois mínimos locais. Em caso negativo, o método retorna para a etapa 302. Caso um ciclo seja formado, o método procede para a etapa 312 aonde o extremo local correspondendo ao ponto de partida do ciclo vem a ser eliminado da memória intermediária, e uma etapa 314 aonde a informação relacionada ao referido ciclo vem a ser armazenada em uma memória de modo que a informação armazenada na memória represente a operação do componente. Em seguida, o método irá retornar posteriormente para a etapa 302 repetindo o método desde que venham a ser recebidos novas amostras de dados.

[0058] Caso a memória intermediária se apresente cheia na etapa 306, o método executa a etapa 320 aonde a informação relacionada ao extremo local mais antigo é descartada da memória intermediária de modo a liberar espaço para o extremo local mais novo identificado. A etapa 320 é seguida pela etapa 322 aonde se calcula um pseudociclo como tendo sido formado entre dois pontos de extremidade aonde um ponto de extremidade é representado pelo extremo local mais antigo descartado, e na etapa 324 a informação relacionada ao pseudociclo calculado é armazenada na memória. Quando isto é feito, o método prossegue para a etapa 308 para armazenar informação na memória junto ao novo extremo local na memória intermediária.

[0059] As etapas 314 e 324 de armazenagem da informação relacionada aos ciclos podem compreender de que a informação veio a ser classificada em intervalos predeterminados, aonde cada intervalo vem a ser associado com a amplitude mínima e a amplitude máxima dos extremos. Tal classificação pode ser efetuada, por exemplo, de acordo com os intervalos de amplitude mostrados na Fig. 5, de modo que cada ciclo seja indexado a um intervalo específico (tanto determinado ou calculado como um pseudociclo).

[0060] Além disso, a etapa 322 de cálculo do pseudociclo pode ser executada de modo que o pseudociclo calculado represente o ciclo apresentando o impacto mais elevado junto à fadiga. Em outra modalidade, o pseudociclo pode ser calculado como um ciclo mediano, ou o ciclo mais provável.

[0061] A etapa 314 pode ser acompanhada pela etapa 330, aonde a informação armazenada na memória vem a ser avaliada para resultar em um valor, valor este representativo de uma condição do componente. Tal etapa pode ser executada pela implementação, por exemplo, da regra de Miner.

[0062] A etapa 330 pode ser repetida durante a operação do componente, sendo que o método 300 compreende ainda da etapa 332 de análise dos valores anteriores representativos da condição do componente através da comparação dos valores calculados com um valor de referência, valor de referência este correspondendo a uma operação crítica do componente. A etapa 332 pode compreender ainda da extrapolação dos valores armazenados para predição da manutenção do componente.

[0063] Em uma modalidade, tem-se que a informação armazenada na memória intermediária 230, bem como a informação armazenada na memória 240, não vem a serem eliminadas quando se efetuando o desligamento do sistema. Por exemplo, nas aplicações em veículos, cada vez que o veículo vem a ser reinicializado, a memória intermediária 230 irá conter a mesma informação da oportunidade quando vem a ser desligado. Preservando-se intactas, também mediante a reinicialização, tanto a memória intermediária, bem como a memória, nunca virão a ser perdidos dados.

[0064] Muito embora a descrição acima tenha sido efetuada mais em termos com respeito a uma roda de turbina de um turbo carregador em um veículo, as modalidades descritas podem ser utilizadas para muitos diferenciados tipos de componentes mecânicos estando sujeitos a cargas cíclicas, não ficando somente dentro do âmbito de sistemas automotivos.

[0065] Deve ser entendido que a presente invenção não fica restrita as modalidades descritas anteriormente e ilustradas nos desenhos, pelo contrário, o especialista da área irá identificar que muitas alterações e modificações podem ser efetuadas estando dentro do âmbito das presente invenção.

Claims (18)

1. Método para monitorar a operação de um componente, compreendendo as etapas de: receber um fluxo de amostras de dados, em que cada amostra de dados representa um valor de um parâmetro físico do componente; identificar os extremos locais do fluxo de amostras de dados, armazenar a informação relacionada a cada extremo local em uma respectiva posição de uma memória intermediária de tamanho fixo; e mediante a presença de um ciclo formado entre dois pontos de extremidade em conjugação representados por dois máximos locais e dois mínimos locais: i) eliminar um dos extremos locais correspondendo aos pontos de extremidade do ciclo a partir da memória intermediária; e ii) armazenar a informação relacionada ao ciclo em uma memória de modo que a informação armazenada na memória represente a operação do componente; o método sendo caracterizado pelo fato de que quando a memória intermediária se encontra cheia, de modo que cada posição da memória intermediária contenha informação relacionada a um único dos extremos locais, o método compreenderá adicionalmente as etapas de: i) eliminar a informação com respeito ao mais antigo dos extremos locais advindo da memória intermediária; ii) calcular um pseudociclo formado entre dois pontos de extremidade, onde um dos pontos de extremidade é representado pelo mais antigo dos extremos locais eliminado, e iii) armazenar a informação relacionada com o pseudociclo calculado na memória.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a memória intermediária de tamanho fixo consistir de uma memória intermediária anelar.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de armazenamento da informação relacionada com cada extremo local em uma respectiva posição do armazenador temporário da memória é executada de modo que a informação seja armazenada na mesma ordem sequencial em conformidade com os extremos locais associados no fluxo de amostra de dados.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por executar a etapa de recebimento de um fluxo de amostras de dados continuamente durante a operação do componente.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por executar a etapa de armazenamento de informação relacionada a cada ciclo em uma memória de modo que a informação compreenda, respectivamente, as amplitudes do máximo e mínimo locais.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de eliminação dos extremos locais, correspondendo a um dos pontos de extremidade do ciclo advindo da memória intermediária, compreender adicionalmente da etapa de desviar as respectivas posições da informação restante na memória intermediária de modo que a informação restante seja armazenada em uma ordem consecutiva.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de classificar a informação relacionada aos ciclos em intervalos predeterminados, aonde cada intervalo vem a ser associado com a amplitude mínima e a amplitude máxima do ciclo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por realizar a etapa de armazenamento da informação relacionada ao ciclo em uma memória de modo que a informação seja armazenada em uma posição da memória sendo designada junto ao intervalo.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por realizar a etapa de cálculo de um pseudociclo de modo que o pseudociclo calculado seja classificado em um intervalo estando associado com a amplitude máxima mais elevada possível e a menor amplitude mínima possível.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por realizar a etapa de cálculo de um pseudociclo de modo que o pseudociclo calculado é igual a um ciclo mais provável.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de cálculo de um valor advindo da informação armazenada na memória, cujo valor representa uma condição do componente.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por executar a etapa de cálculo de um valor advindo da informação armazenada na memória utilizando-se a regra de Miner.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado por a operação do componente representar a velocidade rotacional de uma roda de turbina em um veículo, e em que a condição representa a fadiga da roda de turbina.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por repetir a etapa de cálculo de um valor advindo da informação armazenada na memória durante a operação do componente, e em que o método compreende adicionalmente aa etapa de armazenamento de cada valor.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de comparação do valor calculado com um valor de referência, cujo valor de referência corresponde a falha do componente.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de extrapolação dos valores armazenados de modo a haver a previsão da manutenção do componente.

17. Sistema de controle (200) para monitorar a operação de um componente, compreendendo de uma unidade de recepção (210) configurada para receber um fluxo de amostras de dados, em que cada amostra de dado representa um valor de um parâmetro físico do componente; e uma unidade de processamento (220) configurada para identificar extremos locais do fluxo de amostras de dados, armazenar informação relacionada a cada extremo local em uma respectiva posição de uma memória intermediária de tamanho fixo (230), e identificar um ciclo formado entre dois pontos de extremidade em conjugação representados por dois máximos locais ou dois mínimos locais, em que a unidade de processamento (220) é adicionalmente configurada para eliminar um dos extremos locais correspondendo aos pontos de extremidade do ciclo advindo da memória intermediária (230); e armazenar a informação relacionada ao ciclo em uma memória (240) de modo que a informação armazenada na memória (24) representa a operação do componente; o sistema sendo caracterizado pelo fato de que quando a memória intermediária (230) se encontra cheia, de modo que cada posição da memória intermediária (230) contém informação relacionada a um único dos extremos locais, a unidade de processamento (22) é adicionalmente configurada para eliminar a informação referente ao mais antigo dos extremos locais advindo da memória intermediária (230); efetuar o cálculo de um pseudociclo formado entre dois pontos de extremidade em que um dos pontos de extremidade é representado pelo mais antigo dos extremos locais; e armazenar a informação relacionada ao pseudociclo calculado na memória (240).

18. Sistema de veículo, compreendendo um sistema de controle do tipo definido na reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente uma roda de turbina em que a unidade de recepção (210) é configurada para receber um fluxo de amostras de dados representativo da velocidade rotacional presente da roda de turbina.