DE69818380T2

DE69818380T2 - Verfahren zur Überwachung eines mit Beschleunigungssensoren versehenen Planetengetriebes in einem Fortbewegungsmittel, insbesondere in einem Helikopter

Info

Publication number: DE69818380T2
Application number: DE69818380T
Authority: DE
Inventors: Bruno Maino; Alberto Bellazzi
Original assignee: Agusta SpA
Current assignee: Agusta SpA
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-04
Also published as: EP0899553A3; IT1293412B1; EP0899553A2; US6024324A; EP0899553B1; ITTO970594A1; JP4307591B2; JPH11183505A; DE69818380D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung einer epizyklischen Anordnung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Fahrzeugs, insbesondere eines Helikopters.
Es ist bekannt, daß die Transmissionsbestandteile eines Helikopters fortlaufend überwacht werden müssen, um alle Störungen oder auftretende Bedingungen einer Fehlfunktion zu erkennen und so einen Ausfall während des Fluges zu verhindern.
Zu diesem Zweck ist die Transmission mit Beschleunigungssensoren ausgestattet, deren Signale zur Bestimmung aller Störungen der Transmission ausgewertet werden. Die gegenwärtig verwendeten Verfahren zur Verarbeitung der Signale der Störungs-Erkennungssensoren sind jedoch nicht empfindlich genug, um die Störungserkennung ausreichend vor einem katastrophalen Ausfall sicherzustellen, insbesondere in dem Fall der epizyklischen Anordnungen, in dem die Signale, statt bezüglich der Rotation der verbundenen Wellen zyklisch zu sein, durch die Annäherungs- und Entfernungsbewegung der Planetengetriebe beeinflußt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Überwachungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das eine verläßliche und vorausschauende Erkennung aller Störungen oder Bedingungen für eine Fehlfunktion gestattet, die zu einem Ausfall führen könnte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung einer epizyklischen Anordnung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Fahrzeugs, insbesondere eines Helikopters zur Verfügung gestellt, wie es in Anspruch 1 beschrieben wird.
Eine Anzahl von nicht-beschränkenden Ausführungsformen der Erfindung wird unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beispielhaft beschrieben, in der:
1 eine Aufsicht auf einen Helikopter zeigt, bei dem die Helikopter-Transmission schematisch dargestellt ist;
2 ein vereinfachtes Schaubild der Helikopter-Transmission und der Position von verschiedenen Sensoren der Transmissionsbestandteile zeigt;
3–6 Ablaufdiagramme der Schritte in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen;
7 ein in der ersten Ausführungsform verwendetes Filterfenster des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
8-10 Frequenzspektren zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen;
11 einen Ablaufdiagramm der Schritte einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
12 ein bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendetes Filterfenster zeigt.
Die 1 und 2 zeigen in schematischer Weise die Bestandteile eines Helikopters 100, die für die vorliegende Erfindung relevant sind.
Insbesondere weist der Helikopter 100 einen ersten Antrieb 101, einen zweiten Antrieb 102 und einen dritten Antrieb 103 auf; der erste Antrieb 101 ist durch eine erste Transmissionsverbindung 104 mit einem Eingangsgetriebe 108 einer Hauptgetriebeanordnung 109 verbunden, die erste, zweite und dritte Reduziereinheiten 105–107 aufweist; der zweite Antrieb 102 ist mit den Eingangsgetriebe 108 durch eine zweite Transmissionsverbindung 111 verbunden, die vierte, fünfte und sechste Reduziereinheiten 112–114 aufweist; und der dritte Antrieb 103 ist mit den Eingangsgetriebe 108 durch eine dritte Transmissionsverbindung 116 verbunden, die siebte, achte und neunte Reduziereinheiten 117–119 aufweist.
Das Eingangsgetriebe 108 ist mit einem Rotor 121 des Helikopters 100 durch eine epizyklische Reduziereinheit 122 verbunden, die einen Teil der Hauptgetriebeanordnung 109 bildet und sechs Planetengetriebe 123 und ein Sonnenrad 124 aufweist; ferner ist das Eingangsgetriebe 108 auch durch eine ebenfalls mit der ersten Transmissionsverbindung 104 verbundenen vierten Transmissionsverbindung 125 mit einem Zubehörkasten verbunden, der schematisch durch 126 dargestellt ist, und mit einer fünften Transmissionsverbindung 130, die mit einem Heckrotor 134 verbunden ist und ein Nebengetriebe 131, Zwischenverbindungen 135–137, ein Zwischengetriebegehäuse 139 und ein Heckgetriebegehäuse 140 aufweist.
Die 2 zeigt 15 Beschleunigungssensoren 1–15 und zwei Azimut-Sensoren 16, 17, die nah an den Reduktionsstufen angeordnet sind, wie in der unten stehenden Tabelle I gezeigt.
TABELLE I
Der Helikopter 100 weist ferner eine Datenverarbeitungseinheit 150 auf, die mit den Sensoren 1–17 durch eine Schnittstelleneinheit 151 zur Abtastung und Digitalisierung der Sensorsignale verbunden ist, und mit einem Datenspeicher 152, einem Ereignisspeicher 153 und einem mathematischen Prozessor 154.
Das unten beschriebene Überwachungsverfahren ermöglicht die Verbesserung der "Sichtbarkeit" von Schwingungs- Unregelmäßigkeiten in den sechs Planetengetrieben 123 und dem Sonnenrad 124 der epizyklischen Reduziereinheit 122 auf Grundlage der durch die Beschleunigungssensoren 8–10 bereitgestellten Signale.
Das Überwachungsverfahren ermöglicht die Verarbeitung eines Signals s(t), das von dem jeweils Betrachteten der Beschleunigungssensoren 8–10 bereitgestellt wird, unter Verwendung eines Signals s1(t), das durch den Azimut-Sensor 16 an dem Eingangsgetriebe 108 bereitgestellt wird. Das Signal s(t) ist ein Schwingungssignal (und steht in Beziehung zu der Rotationsfrequenz der epizyklischen Reduziereinheit 122) und wird durch statistisches Rauschen und durch Störungen beeinflußt, die in Bezug zu anderen nahen rotierenden Bauteilen stehen.
Zur Überwachung der Planetengetriebe 123 umfaßt das in 3 gezeigte Verfahren einen Anfangsschritt, in dem eine Variable F (die später unter Bezug auf 6 erklärt wird) auf einen ersten vorgegebenen Wert gesetzt wird, z. B. 0 (Block 20).
Ein Wiederholungszähler S (der später unter Bezug auf die 5 erklärt wird) wird auf einen ersten vorgegebenen Wert gesetzt, z. B. 0 (Block 21).
Das in dem jeweiligen Fall durch einen der Sensoren 8–10 bereitgestellte Signal s(t) und das durch den Azimut-Sensor 16 bereitgestellte Signal s1(t) werden dann erfaßt (Block 22), und eine Abtastfrequenz FS wird durch Multiplizieren der Frequenz des Signals s1(t) mit einem gespeicherten Koeffizienten KT berechnet, der gleich dem Quotienten zweier ganzzahliger Primzahlen ist, so daß die resultierende Abtastfrequenz FS zu der Frequenz des Azimut-Sensors 16 in Beziehung steht und derart ist, daß genau NJ-Punkte (wobei NJ eine Potenz von 2 ist) von Signalen s(t) für jede Umdrehung der überwachten Welle (Block 23) bereitgestellt werden.
Das Signal s(t) wird dann bei einer Frequenz FS abgetastet, um eine Anfangsfolge von Abtastwerten T_l(i) zu erhalten, die sich auf den jeweiligen Sensor und jede l-te Umdrehung (Block 24) bezieht; die Abtastwerte T_l(i) in der Abtastfolge werden in dem Datenspeicher 152 gespeichert (Block 25).
Die Abtastwerte T_l(i) in der Anfangsfolge werden dann in Gruppen eingeteilt, wobei jede durch NJ Abtastwerte T_l(i) bestimmt ist, wobei NJ = 1024 (Block 26). Insbesondere werden die Gruppen in einer Folge angeordnet und sind jeweils durch die jeweilige in der Folge eingenommenen Position zu identifizieren; und die erste Gruppe (d. h. die Gruppe an Position 1) wird durch Beginn mit dem ersten Abtastwert in der Folge gebildet.
Anschließend wird eine erste Filterungsoperation auf der Gruppe von Abtastwerten durchgeführt, um eine erste Zwischenfolge von Abtastwerten T_lm(i) zu erhalten, die 1024 Abtastwerte aufweist (Block 27). Die Filterungsoperation wird vorzugsweise unter Verwendung der in 4 gezeigten Folge von Schritten ausgeführt, die später beschrieben werden.
Dann wird eine zweite Filterungsoperation auf den 1024 Abtastwerten der ersten Zwischenfolge ausgeführt, um eine zweite Zwischenfolge von Abtastwerten T_f(i) zu erhalten, die ebenfalls 1024 Abtastwerte (Block 28) aufweist. Insbesondere bewirkt die zweite Filterungsoperation die Multiplikation der Abtastwerte T_lm(i) in der ersten Zwischenfolge mit einer Funktion F(t) von der Art, die in 7 gezeigt ist und die Gleichung hat:
Demzufolge verändert das Zeitfenster F(t) die Amplitude der 474 mittleren Abtastwerte nicht, verändert die Amplitude der ersten 275 Abtastwerte durch Multiplizieren mit sinusförmig zunehmenden Werten von 0 bis 1 und verändert die Amplitude der letzten 275 Abtastwerte durch deren Multiplikation mit sinusförmig abnehmenden Werten von 1 bis 0. Die obige Filteroperation kann in günstiger Weise durch Multiplizieren der Amplituden der 550 Seitenwerte durch tabellierte Werte erfolgen.
Die zweite Zwischenfolge von Abtastwerten T_f(i) wird dann verarbeitet, wie später unter Bezug auf 5 beschrieben wird, um eine endgültige Folge von Abtastwerten ET_J _,K(i) zu erhalten, von denen ein Moment sechster Ordnung M6A berechnet wird (Block 29).
Die zentrale Verarbeitungseinheit 150 vergleicht dann das Moment sechster Ordnung M6A mit zwei Schwellenwerten TH1, TH2 (wobei TH1 < TH2), um, wenn nötig, Alarmsignale gemäß dem später unter Bezug auf 6 ausführlich beschriebenen Ablauf zu erzeugen (Block 30).
Der Wiederholungszähler S wird dann um eine Einheit erhöht (Block 31) und der Wert des Zählers wird mit einem vorgegebenen Maximalwert STH verglichen, der zu der Anzahl der Planetengetriebe, in diesem Falle sechs, Bezug hat (Block 32). Ist der Wert des Wiederholungszählers S < STH (JA-Ausgabe von Block 32), so kehrt Block 32 zurück zu Block 26 und die Operationen in den Blöcken 26-32 werden mit den in Gruppen eingeteilten Abtastwerten gemäß dem Wert des Wiederholungszählers S wiederholt, wie es später ausführlicher beschrieben wird. Wenn anderenfalls der Wert des Wiederholungszählers S > STH ist (NEIN-Ausgabe von Block 32), so geht Block 32 zurück zu Block 21, um die Überwachung mit dem nächsten Signalanteil s(t) fortzusetzen.
Die erste Filterungsoperation in Block 27 wird, wie unten unter Bezug auf 4 beschrieben, in günstiger Weise durchgeführt.
Zuerst wird ein Gruppenzähler 1 auf 1 gesetzt (Block 40). Eine Folge von Kennzeichnungszahlen N₁ – N_n wird dann in den Datenspeicher 152 gelesen, wobei jede Kennzeichnungszahl die Position einer jeweiligen Gruppe von Abtastwerten in der Folge von Gruppen kennzeichnet, die in Block 26 definiert sind, und wobei die Gruppen von Abtastwerten mit den Positionen N₁ – N_n in der Folge der in Block 26 definierten Gruppen gekennzeichnet sind (Block 41).
Die Gruppe der Abtastwerte mit Position N₁, die, wie beschrieben, 1024 Abtastwerte T_l(i) aufweist, wobei 1 der Wert des obengenannten Gruppenzählers ist, wird dann erfaßt (Block 42).
Der Wert des Zählers 1 wird bestimmt und insbesondere, ob dieser kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert K1 ist (Block 43); und, wenn 1 kleiner oder gleich K1 ist (weniger als K1 Gruppen von Abtastwerten wurden erfaßt – JA-Ausgabe von Block 43), wird die Verfügbarkeit des Signals durch Berechnung (Block 47) der Summe Δ_d der bei der l-ten Erfassung erfaßten Abtastwerte bestimmt, gemäß der Gleichung:
Ein Schwellenwert Δ_l wird dann berechnet (Block 48), gemäß der Gleichung: Δl = K2 × FSV × NJwobei FSV der untere Skalierungswert und K2 eine vorgegebene Konstante ist, die wesentlich kleiner als 1 ist; und eine Prüfung wird ausgeführt (Block 49), um zu bestimmen, ob die berechnete Summe Δ_d kleiner als der Schwellenwert Δ_l ist. In dem Fall einer negativen Antwort (NEIN-Ausgabe von Block 49) wird das Signal als vorhanden betrachtet, der Zähler 1 wird erhöht (Block 50) und der Block 50 kehrt zurück zu Block 42, um weitere 1024 Abtastwerte t₁(i) zu der nächsten Gruppe von Abtastwerten mit der Position N₁ zu erfassen. Anderenfalls (JA-Ausgabe von Block 49) wird das Signal als nichtvorhanden betrachtet und ein Alarmsignal wird erzeugt (Block 51); eine Prüfung wird durchgeführt (Block 52), um zu bestimmen, ob ein Ersatzsensor vorhanden ist (z. B. Sensor 10 für Sensor 8); in dem Fall einer positiven Antwort (JA-Ausgabe von Block 52) kehrt Block 52 zurück zu Block 21 in 3, um die Prozedur mit dem Ersatzsensor zu wiederholen; und, in der Abwesenheit eines Ersatzsensors oder wenn die Konvergenz auch mit dem Ersatzsensor nicht erreicht wird (NEIN-Ausgabe von Block 52), wird die Prozedur unterbrochen.
Wenn anderenfalls der Zähler 1 größer ist als K1 (die Gruppen von Abtastwerten mit Positionen N₁, N₂,..., N_ki wurden nachfolgend erfaßt – NEIN-Ausgabe von Block 43), so kehrt Block 43 zurück zu Block 55, der die mittlere synchrone Zeitfolge T_lm(i) berechnet, die die erste Zwischenfolge von Abtastwerten T_lm(i) bestimmt, gemäß der Gleichung:
d. h. der mittlere Wert jedes Abtastwertes T_l(i) über die 1 betrachteten Erfassungen wird berechnet.
Die Konvergenz des Mittelungsprozesses wird dann durch Berechnung eines Konvergenzwertes Δ bestimmt, der durch die Summe von dem absoluten Wert der Differenz zwischen dem tatsächlichen Mittelwert jedes Abtastwertes und dem berechneten Mittelwert in einer vorherigen Erfassung (in einem Abstand 4) über alle Abtastwerte, geteilt durch die Summe der mittleren Abtastwerte in der vorhergehenden betrachteten Erfassung (mit dem Abstand 4) gegeben ist, gemäß der Gleichung:
wobei T_lm(i) den i-ten Abtastwert der l-ten Iteration darstellt und T_lm-4(i) den i-ten Abtastwert der l – 4-ten Iteration darstellt (Block 56). Dann wird eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der berechnete Konvergenzwert kleiner oder gleich einem vorgegebenen zulässigen minimaler Konvergenzwert Δ_c ist (Block 57). In dem Falle einer positiven Antwort (JA-Ausgabe) wird der Konvergenzprozeß unterbrochen und Block 57 kehrt zurück zu dem Hauptprogramm (Block 23 in 3). Anderenfalls wird eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Mittelungsprozeß bereits eine vorgegebene maximale Anzahl L von Malen durchgeführt wurde, wobei L = 60 (Block 59) ist. Wenn der Gruppen(Erfassungs)-Zähler 1 kleiner als L ist (NEIN-Ausgabe), wird der Zähler erhöht (Block 50) und die oben beschriebenen Operationen werden wiederholt. Anderenfalls (JA-Ausgabe) wird die Prozedur zur Erzeugung eines Alarmsignals und die mögliche Wiederholung der Prozedur mit einem Ersatzsensor wiederholt, wie unter Bezug auf die Blöcke 51 bis 52 beschrieben.
Der in Block 29 aus 3 durchgeführte Schritt, in dem die zweite Zwischenfolge von Abtastwerten T_f(i) verarbeitet wird, um die endgültige Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) zu erhalten und dann das Moment sechster Ordnung M6A von dieser zu berechnen, wird wie unten unter Bezug auf 5 in günstiger Weise durchgeführt.
Zuerst wird die schnelle Fourier-Transformierte (FFT) F(k) der zweiten Zwischenfolge von Abtastwerten T_f(i) berechnet (Block 60), vorzugsweise unter Verwendung des mathematischen Prozessors 154.
Die Transformierte F(k) ergibt das in 8 gezeigte Frequenzspektrum der zweiten Zwischenfolge von Abtastwerten T_f(i), die jeweils mit einer zugehörigen Frequenz und einer zugehörigen Amplitude eine dritte Zwischenfolge von Abtastwerten S₁ bestimmt; und die Amplitude jedes Abtastwertes wird in einer kartesischen Darstellung ausgedrückt, d. h. durch eine komplexe Zahl mit einem Realteil und einem Imaginärteil.
Eine erste und eine zweite Referenzfrequenz HCO, LCO- wobei HCO < LCO – die zu den sechs Planetengetrieben 123 gehören, werden dann in den Datenspeicher 152 gelesen (Block 61).
Die Amplituden der Abtastwerte in der dritten Zwischenfolge von Abtastwerten S₁ mit einer Frequenz unterhalb der ersten Referenzfrequenz HCO wird dann auf 0 gesetzt (Block 62) und die Amplituden der Abtastwerte einer Frequenz oberhalb der zweiten Referenzfrequenz LCO wird auf 0 gesetzt (Block 63), um eine vierte Zwischenfolge von Abtastwerten S₂ zu erhalten, wie in 9 gezeigt.
Wie in 9 gezeigt ist, wird jedem Abtastwert in der vierten Zwischenfolge von Abtastwerten S₂ gemäß einer Zuordnungsregel ein jeweiliger Identifikationswert NORDi zugeordnet, wobei die Abtastwerte in der Reihenfolge abnehmender Amplituden numeriert sind (d. h. abarbeiten von dem Abtastwert mit der höchsten zu der niedrigsten Amplitude) und, beginnend mit dem Abtastwert mit der höchsten Amplitude, jeweils ganze Identifikationswerte NORDi in zunehmender Folge von dem Wert 1 zugeordnet werden (Block 64).
Ein zu dem ersten und zweiten Referenzwert HCO, LCO zugeordneter Referenzwert R wird in Block 61 in den Datenspeicher 152 gelesen (Block 65).
Die Amplitude des jeweiligen Abtastwertes S_i in der vierten Zwischenfolgen von Abtastwerten S₂ mit einem Identifikationswert NORDi, der gleich dem um 1 erhöhten Referenzwert R ist (d. h. NORDi = R + 1), wird dann bestimmt (Block 66).
Die Amplituden der Abtastwerte in der vierten Zwischenfolge von Abtastwerten S₂, die Identifikationswerte NORDi unterhalb des um 1 erhöhten Referenzwertes R aufweisen (d. h. NORDi < R + 1) und daher gemäß der Zuordnungsregel eine größere Amplitude als der Abtastwert S_i aufweisen, werden dann verändert. Insbesondere werden die Amplituden der genannten Abtastwerte verändert (Block 67), indem sie mit der Amplitude des oben bestimmten Abtastwertes S_i gleichgesetzt werden, um eine fünfte Zwischenfolge von Abtastwerten S₃ zu erhalten, das ein in 10 dargestelltes modifiziertes Frequenzspektrum bestimmt. Das Spektrum aus 10 wird erhalten, wenn der Referenzwert R gleich 4 ist, so daß die Amplituden der Abtastwerte mit NORDi = 1, 2, 3, 4 mit der Amplitude des Abtastwertes S_i gleichgesetzt werden, dessen NORDi gleich 5 ist.
Die Amplituden der Abtastwerte müssen verändert werden, ohne ihre Phase zu verändern, was entweder durch Reduzierung um einen gleichen Prozentbetrag des Realteils und Imaginärteils jeder der komplexen Zahlen der Abtastwerte geschieht, oder durch Ausdruck der Abtastwerte durch eine Polardarstellung mit zweidimensionalen Vektoren, wobei jeder durch den absoluten Wert (Amplitude) und die Phase des Abtastwertes bestimmt ist und nur der absolute Wert jedes Vektors verringert wird.
Die inverse schnelle Fourier-Transformierte (IFFT) des modifizierten Spektrums wird vorzugsweise unter Verwendung des mathematischen Prozessors 154 berechnet, um die endgültige Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) zu erhalten (Block 68).
Der Mittelwert ET _J,K(Block 69) und die Standardabweichung σ(Block 70) der endgültigen Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) wird dann berechnet.
Anschließend wird das Moment sechster Ordnung M6A der Abschlußfolge von Abtastwerten ET_J,K(i) berechnet (Block 71), gemäß der Gleichung:
wobei NJ, wie beschrieben, gleich 1024 ist.
Das Moment sechster Ordnung M6A der Abschlußfolge von Abtastwerten ET_J,K(i) wird zur Kennzeichnung der Dispersion der mit die Folge betrachteten Werte um den Mittelwert verwendet. Insbesondere weist das Moment sechster Ordnung denjenigen Punkten mehr Gewicht zu, die am weitesten von dem Mittelwert entfernt sind, als dies das Moment zweiter Ordnung (die Varianz) tut und ist daher insbesondere zur Erkennung von Defekten in einem Getriebe, wie z. B. Rissen in den Getriebezähnen geeignet, indem größeres Gewicht auf lokale Defekte gelegt wird. In diesem Falle erzeugen die jeweiligen Sensoren tatsächlich Pulse mit hoher Amplitude aber kurzer Dauer und die Berechnung des Moments sechster Ordnung ermöglicht die signifikante Identifizierung des Beitrages der Pulse.
Wie ausgeführt, werden die Operationen in den Blöcken 26-32 in der 3 sechsmal wiederholt (d. h. solange der Wert des Wiederholungszählers S unterhalb von STH liegt) und die Abtastwerte werden gemäß dem wert des Wiederholungszählers S in Gruppen eingeteilt. Bei einer ersten Ausführung der Operationen in den Blöcken 26–32 (wobei S = 0) wird insbesondere die erste Gruppe von Abtastwerten durch Beginn bei dem ersten Abtastwert in der Anfangssequenz gebildet, so daß die nachfolgenden Gruppen derart gebildet werden, wie vorangehend beschrieben. Bei jeder nachfolgenden Ausführung der Operationen in den Blöcken 26–32 wird jedoch der Anfangsabtastwert in jeder Gruppe der Abtastwerte bezüglich der vorangehenden Ausführung um 548 Abtastwerte "verschoben", d. h. die Gruppe der Abtastwerte wird beginnend mit dem jeweiligen ersten Abtastwert gebildet, wobei die Position von diesem in der Anfangsfolge bezüglich der vorangehenden Ausführung um 548 Abtastwerte "verschoben" wird.
Die erste Gruppe von Abtastwerten wird daher jedesmal beginnend bei dem Abtastwert W = 1 + 548*S gebildet, und die nachfolgenden Gruppen werden entsprechend verschoben.
Ein entsprechendes Moment sechster Ordnung M6A wird dann für jede Ausführung berechnet und mit den Schwellenwerten TH1 und TH2 verglichen.
Der Schwellenwertvergleich und der alarmerzeugende Schritt in Block 30 von 3 wird in geeigneter Weise durchgeführt, wie unten unter Bezug auf 6 beschrieben.
Zuerst wird das Moment sechster Ordnung M6A mit dem ersten Schwellenwert TH1 (Block 80) verglichen; wenn M6A < TH1 ist (JA-Ausgabe), kehrt Block 80 zurück zu Block 21 in 3, um mit der Überwachung der nächste Gruppe von Abtastwerten fortzufahren; wenn anderenfalls der Schwellenwert TH1 überschritten wurde (NEIN-Ausgabe von Block 80) wird dieses Ereignis in dem Ereignisspeicher 153 gespeichert (Block 82) und M6A wird mit einem zweiten Schwellenwert TH2 verglichen (Block 84). Wenn M6A < TH2 ist (JA-Ausgabe von Block 84), wird die Variable F (die in Block 20 von 3 initialisiert wurde, um zu speichern, ob der Schwellenwert TH2 bereits überschritten wurde), auf den ersten vorgegebenen Wert (0 in dem gezeigten Beispiel) gesetzt (oder dort bestätigt) (Block 86), und Block 86 kehrt zurück zu Block 21 aus 3, um mit der Überwachung der nächsten Gruppe von Abtastwerten fortzufahren. Anderenfalls (NEIN-Ausgabe von Block 84) wird das Ereignis in dem Ereignisspeicher 153 gespeichert (Block 88) und der Wert der Variablen F wird bestimmt (Block 90). Wenn insbesondere die variable F den ersten vorgegebenen Wert hat (JA-Ausgabe) wird F auf den zweiten vorgegebenen Wert gesetzt, z. B. 1 (Block 92) und Block 92 kehrt zurück zu Block 21 aus 3, um mit der Überwachung der nächsten Gruppe von Abtastwerten fortzufahren. Wenn anderenfalls die Variable F den zweiten vorgegebenen Wert hat, d. h. der Schwellenwert TH2 wurde bereits überschritten (NEIN-Ausgabe von Block 90) wird ein Piloten-Alarmsignal erzeugt (Block 94), die Variable F wird wieder auf den ersten vorgegebenen Wert gesetzt (Block 96) und Block 96 kehrt zurück zu Block 21 aus
3, um mit der Überwachung der nächsten Abtastwerte fortzufahren.
Ein Überwachungsverfahren, ähnlich dem oben unter Bezug auf die 3–6 beschrieben, kann ebenfalls zur Verbesserung der "Sichtbarkeit" jeder Schwingungsabweichung in dem Sonnenrad 124 der epizyklischen Reduziereinheit 122 verwendet werden.
Wie zur Überwachung des Sonnenrades 124 in 11 gezeigt, umfaßt das Verfahren, wie das zur Überwachung der sechs Planetengetriebe 123, die Initialisierung der Variablen F (Block 200), das Setzen des Wiederholungszählers S auf 0 (Block 201) und die Erfassung des Signals s(t) und s1(t) (Block 202).
Nachfolgend wird die jeweilige Abtastfrequenz FS des Sonnenrades 124 berechnet (Block 203); das Signal s(t) wird mit einer Frequenz FS abgetastet, um die Anfangsfolge von Abtastwerten T₁(i) zu erhalten (Block 204); und die Abtastwerte T₁(i) werden in dem Datenspeicher 152 gespeichert (Block 205).
Die Abtastwerte T_l(i) der Anfangsfolge werden dann in Gruppen eingeteilt (Block 206) die NJ Abtastwerte T_l(i) aufweisen, wobei NJ = 256 (im Gegensatz zu NJ = 1024 in dem Fall der Planetengetriebe 123); und die Gruppen der Abtastwerte werden dann einer ersten Filterungsoperation unterzogen (Block 207), die gleich der unter Bezug auf 4 beschriebenen ist, bis darauf, daß zusätzlich zu der Gruppe von (256) Abtastwerten mit der Position N₁ die nächste Gruppe von Abtastwerten ebenfalls bei jeder Umdrehung erfaßt wird, so daß insgesamt 512 Abtastwerte bei jeder Umdrehung erfaßt werden, so daß in diesem Fall die erste Filterungsoperation eine erste Zwischenfolge von Abtastwerten T_lm(i) mit 512 Abtastwerten ergibt.
Die erste Zwischenfolge von Abtastwerten T_lm(i) wird dann in der gleichen Weise, wie unter Bezug auf 5 beschrieben, verarbeitet, um eine zweite Zwischenfolge von Abtastwerten T_k(i) zu erhalten (Block 208), jedoch wird von diesem das Moment sechster Ordnung M6A nicht sofort berechnet.
Die zweite Zwischenfolge von Abtastwerten T_k(i) wird, wie unten beschrieben, tatsächlich einer zweiten Filterungsoperation unterzogen (Block 209), um eine endgültige Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) zu erhalten, von denen das Moment sechster Ordnung M6A gemäß der Gleichung 1) berechnet wird (Block 210).
Wie unter Bezug auf 3 beschrieben, wird das Moment sechster Ordnung M6A dann mit den Schwellenwerten TH1, TH2 verglichen (Block 211).
Insbesondere ermöglicht die zweite Filterungsoperation die Filterung der Abtastwerte T_k,m(i) in der zweiten Zwischenfolge durch Zeitfenster F(t), der in 12 dargestellten Art, d. h. mit der Gleichung:
Für das Sonnenrad 124 wird der Wiederholungszähler S ebenfalls um eine Einheit erhöht (Block 212) und der Wert des Zählers wird mit dem Schwellenwert STH verglichen, wobei STH = 8 (Block 213), so daß die Operationen in den Blöcken 206-213 achtmal ausgeführt werden.
Wie in dem vorangegangenen Verfahren wird bei jeder Ausführung der Operationen in den Blöcken 206–213 der Anfangsabtastwert in jeder Gruppe bezüglich der vorigen Ausführung "verschoben", in diesem Fall jedoch um 285 Abtastwerte.
Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens sind die Folgenden. Insbesondere ermöglicht die Berechnung eines Moments sechster Ordnung M6A die Diagnose von lokalen Fehlern, z. B. Rissen in stark beanspruchten Teilen einer epizyklischen Reduziereinheit 122, die früher oder später zu einem Versagen der Reduziereinheit führt.
Ferner ermöglicht das Verfahren die Unterscheidung der nützlichen Überwachungskomponenten von Störungsrauschen und Störungen, die durch die Bewegung der Planetengetriebe oder durch andere nahe bewegliche Teile erzeugt werden.
Es wird deutlich, daß an dem hier beschriebenen und dargestellten Verfahren Änderungen vorgenommen werden können, ohne jedoch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können die Filterungsund Mittelungsabläufe und die alarmerzeugende Abläufe von den Beschriebenen abweichen.

Claims

Ein Verfahren zur Überwachung einer epizyklischen Anordnung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Fahrzeugs, insbesondere eines Helikopters, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Erfassen eines Signals (s(t)) von einem Beschleunigungssensor; b) Abtasten des Signals (s(t)) bei einer Abtastfrequenz (FS), um eine anfängliche Folge von Abtastwerten (T_l(i)) zu erhalten; c) Einteilen der Abtastwerte (T_l(i)) der anfänglichen Folge in Gruppen, die jeweils durch eine vorgegebene Anzahl (NJ) von Abtastwerten bestimmt sind, wobei die Gruppen der Abtastwerte in einer Folge angeordnet sind und jeweils eine zugehörige Position in der Folge einnehmen; d) erstes Filtern der Folge der Gruppen von Abtastwerten, um eine erste Zwischenfolge von Abtastwerten (T_lm(i)) zu erhalten; und e) Verarbeiten der ersten Zwischenfolge von Abtastwerten (T_lm(i)), um eine entgültige Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)) zu gewinnen.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, außerdem gekennzeichnet durch die Schritte: f) Berechnen eines Moments sechster Ordnung (M6A) der entgültige Folge der Abtastwerte (ET_J,k(i)); und g) Vergleichen des Moments sechster Ordnung (M6A) mit mindestens einem vorgegebenen Schwellenwert (TH1, TH2).
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt e) die Schritte enthält: h) zweites Filtern der ersten Zwischenfolge von Abtastwerten (T_lm(i)), um eine zweite Zwischenfolge von Abtastwerten (T_f(i)) zu erhalten; und i) Verarbeiten der zweiten Zwischenfolge von Abtastwerten (T_f(i)), um die entgültige Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)) zu erhalten.
Ein Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt i) die Schritte enthält: j) Berechnen einer Transformierten im Frequenzbereich der zweiten Zwischenfolge von Abtastwerten (T_f(i)), um eine erste Anzahl von Abtastwerten (S_J) zu erhalten, wobei jeder Abtastwert eine zugehörige Amplitude und eine zugehörige Frequenz aufweist; k) Erfassen einer ersten und einer zweiten Referenzfrequenz (HCO, LCO); l) Verändern der Amplituden derjenigen ersten Abtastwerte in der ersten Anzahl von Abtastwerten (S₁), die Frequenzen mit einer ersten vorgegebenen Beziehung zu der ersten und zweiten Referenzfrequenz (HCO, LCO) aufweisen, um eine zweite Anzahl von Abtastwerten (S₂) zu erhalten; m) Zuordnen jeweils eines zugehörigen Identifizierungswerts (NORDi) zu jedem Abtastwert in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂) entsprechend einer vorgegebenen Zuordnungsregel; n) Erfassen eines Referenzwertes (R); und o) Verändern der Amplituden derjenigen zweiten Abtastwerte in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂), die Identifizierungswerte (NORDi) mit einer zweiten vorgegebenen Beziehung zu dem Referenzwert (R) aufweisen, um eine dritte Anzahl von Abtastwerten (S₃) zu erhalten.
Ein Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformierte eine Fourier-Transformierte ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt 1) die Schritte enthält: p) Nullsetzen der Amplituden der Abtastwerte in der ersten Anzahl von Abtastwerten (S₁), die Frequenzen aufweisen, die niedriger als die erste Referenzfrequenz (HCO) sind; und q) Nullsetzen der Amplituden der Abtastwerte in der ersten Anzahl von Abtastwerten (S₁), die Frequenzen aufweisen, die höher als die zweite Referenzfrequenz (LCO) sind.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt m) den Schritt enthält: r) Identifizieren der Abtastwerte in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂) in der Reihenfolge sinkender Amplituden, wobei die Identifizierungswerte (NORDi) ganzzahlig sind und wobei die Abtastwerte in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂), beginnend mit dem Abtastwert der höchsten Amplitude, jeweils einen der Identifizierungswerte (NORDi), ausgehend von einem vorgegebenen Wert, mit zunehmenden Werten zugewiesen erhalten.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt o) die Schritte enthält: s) Bestimmen der Amplitude eines einen Identifizierungswert (NORDi) aufweisenden Referenzabtastwerts in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂), der eine dritte vorgegebene Beziehung zu dem Referenzwert (R) hat; und t) Verändern der Amplituden der zweiten Abtastwerte in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂) auf Basis der Amplitude des Referenzabtastwerts.
Ein Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt s) den Schritt enthält: u) Bestimmen des einen Identifizierungswert (NORDi) aufweisenden Referenzabtastwerts in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂), der gleich dem um ein vorgegebenes Maß erhöhten Referenzwert (R) ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Abtastwerte in der zweiten Anzahl von Abtastwerten (S₂) jeweils Identifizierungswerte (NORDi) aufweisen, die kleiner als der Identifizierungswert (NORDi) des Referenzabtastwertes sind; und dadurch, daß der Schritt t) den folgenden Schritt enthält: v) Gleichsetzen der Amplituden der zweiten Abtastwerte mit der Amplitude des Referenzabtastwerts, um eine dritte Anzahl von Abtastwerten (S₃) zu erhalten.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch den Schritt der Berechnung des Moments sechster Ordnung (M6A) der entgültiger Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)); wobei der Schritt der Berechnung des Moments sechster Ordnung (M6A) die Schritte enthält: x) Berechnen einer inversen Transformierten im Zeitbereich der dritten Anzahl von Abtastwerten (S₃), um die entgültige Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)) zu erhalten; y) Berechnen des Mittelwerts ET_J,K(i) der entgültigen Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)); w) Berechnen der Standardabweichung (σ) der entgültigen Folge von Abtastwerten (ET_J,K(i)); und z) Berechnen des Moments sechster Ordnung (M6A) gemäß der Gleichung:
wobei M6A das Moment sechster Ordnung, ET_J,K(i) die entgültige Folge von Abtastwerten, NJ die Anzahl von Abtastwerten der entgültigen Folge von Abtastwerten ET_J,K(i), ET _J,K(i) der Mittelwert der entgültigen Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) und σ die Standardabweichung der entgültigen Folge von Abtastwerten ET_J,K(i) ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die inverse Transformierte eine inverse Fourier-Transformierte ist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt h) den Schritt 5 enthält: h1) Multiplizieren der ersten Zwischenfolge von Abtastwerten (T_lm(i)) mit einer Funktion (F(t)), die einen konstanten Zentralanteil und Nebenanteile aufweist, die von dem Zentralanteil aus abnehmen.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d) die Schritte enthält: d1) Erfassen von mindestens einigen der Gruppen von 5 Abtastwerten (T_lm(i)) in der Folge von Gruppen von Abtastwerten; und d2) Berechnen einer mittleren Zeitfolge, die eine erste Zwischenfolge von Abtastwerten (T_lm(i)) bestimmt gemäß der Gleichung:
wobei T_r(i) die in Schritt h1) erfaßten Gruppen von Abtastwerten sind und l ein Zähler zum Zählen der Anzahl der Gruppen von erfaßten Abtastwerten ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt d1) die Schritte enthält: d11) Erfassen einer Folge von Identifizierungszahlen (N₁– N_n), wobei jede die Position einer zugehörigen Gruppe von Abtastwerten in der Folge von Gruppen von Abtastwerten darstellt; d12) Identifizieren solcher Gruppen von Abtastwerten in der Folge von Gruppen von Abtastwerten, deren Positionen den Identifizierungszahlen (N₁ – N_n) entsprechen; und d13) Erfassen der identifizierten Gruppen von Abtastwerten.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte c) bis e) eine vorgegebene Anzahl (STH) von Malen ausgeführt werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Ausführung der Schritte c) bis e) der anfängliche Abtastwert jeder Gruppe um eine vorgegebene Anzahl von Abtastwerten bezüglich der vorherigen Ausführung verschoben wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vergleichs des Moments sechster Ordnung (M6A) auch den Schritt des Vergleichs des Moments sechster Ordnung (M6A) mit einem zweiten Schwellenwert (TH1, TH2) enthält.