JP2008525782A - ベアリングピンの支える負荷の測定装置と方法 - Google Patents

Abstract

ピン（2）と負荷測定手段（5）を含む、航空機のランディングギアに用いるピンベアリングアレンジメントであって、せん断負荷を測定するひずみゲージ（4）とピンが支える負荷を測定する加速度計（17）を備える。ピンは、内蔵型のデータ記録装置であり、ピンが支える負荷に関するデータを記録する。特に、ピン内部に、演算処理装置（10）、記憶装置（12）、バッテリーに基づく電力源（14）を備える。航空機の通常の操作中、疲労負荷を測定でき、演算処理装置（10）が負荷測定手段（5）から入力信号を受取って、記憶装置（12）に負荷データを記録する。記録された負荷データは、航空機のメンテナンス中に、記録装置（12）から定期的に取出される。

Description

本発明は、ピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷を測定するための装置と方法に関する。特に、本発明は、ランディングギアのような航空機部品のベアリングピンが支える負荷の測定に関する。

特許文献１を参照すると、航空機のランディングギアに用いられるピンベアリングアレンジメントが開示されており、このピンは、ピンが支えるせん断負荷を測定するためにひずみゲージ（ストレインゲージ）を含んでいる。ベアリングピンは、航空機のランディングギアのテスト中、特にランディングギアの開発と設計中に、負荷を測定するために用いられる。特許文献１に記載のように、ピンを用いて負荷を測定する時、ひずみゲージの出力を航空機のコンピューターシステムのいずれかに接続する必要がある。この接続は、典型的に、ひずみゲージから、航空機のコンピューターシステムや特別に備えられた別体のデータ記録（ログ）設備に、電気信号を伝えるワイヤーを用いて構成される。例えば、従来公知のシステムの一つでは、ひずみゲージからの信号は、航空機の圧力調整キャビン内に備えられたデータレコーダーを用いて記録される。また、ランディングギア室内に取付けられた信号調整装置を介して、ひずみゲージから導かれるワイヤーによって、レコーダーによりデータが受取られる。また、システムを操作するのに必要な電力は、航空機システムのパワーサプライから引出される。従って、このような負荷を測定するピンの装着は、手間と時間がかかっていた。さらに、ランディングギアの一部から航空機のコンピューターまで物理的に接続する結果、負荷測定システムの信頼性が、ピンとコンピューターシステムの間をつなげるように良好な接続を保つことに依存していた。また、このような構成は、定期的に保持される必要があるので、さらなる労力を必要としていた。このような短所のため、上述のような負荷測定システムは、典型的に、テストと検査中にのみ用いられており、この結果として、限定的に使用されていた。
米国特許第６,２７３,６１３号公報

本発明は、ベアリングピンの支えられる負荷を測定するための、より改良された装置と方法を提供することを目的とする。他の、又はさらなる目的として、本発明は、既知の従来技術における上述のような短所の一つ又は複数を克服するように、ベアリングピンの支える負荷を測定するための装置や方法を提供する。

そこで、本発明は、ピンと、ピンの支える負荷を測定する負荷測定手段を含むピンベアリングアレンジメントを提供するが、ピンの内部に、演算処理装置（プロセッシングユニット）、記憶装置（メモリーストア）及び演算処理装置駆動用の電源を備えて、演算処理装置を、負荷測定手段から入力信号を受取って、使用中にピンが支える負荷に関するデータを記憶装置に記録するように構成する。従って、このピンベアリングアレンジメントは、ピンが支える負荷に関するデータを記録するように、内蔵型（self-contained）の負荷データ記録装置として機能できる。このため、ピンベアリングアレンジメント（特に、負荷測定手段）の任意の部分を、航空機の標準のコンピューターシステムの任意の部分に接続する必要を省ける。

上述のような従来技術とは対照的に、本発明のピンベアリングアレンジメントは、比較的に簡単に、航空機の他のシステムに影響を与えないように装着できる。従って、本発明のピンベアリングアレンジメントは、この長所として、航空機の構成のテストと改良中にだけ使用されるのではなく、航空機の通常の使用中でも使用できる。操作中でもこのような負荷データ記録装置を用いることを可能にした特別な長所として、操作中に疲労負荷を監視するために記録されたデータを用いることを可能にする。従って、このような特徴を有しない他の場合と比べて、航空機の部品の疲労の耐用年数をより正確に推定することが可能になる。尚、疲労の耐用年数における負荷の効果は８乗の関数なので、航空機の部品が支える疲労負荷のいかなる小さな変化も、この部品の疲労の耐用年数に際立った影響を与えることが起こり得る。例えば、平均疲労負荷が１％増えると、疲労の耐用年数を８％減少させ、平均負荷が３％だけ増えると、疲労の耐用年数を実に約２１％も減少させることが起こり得る。

本発明に従うピンベアリングアレンジメントの内蔵型の性質により、航空機の複数のベアリングピンにこの構成を適用できるので、この長所として、ランディングギアの負荷をギアごとに監視して、記録することが可能となる。

ピンベアリングアレンジメントは、他のパラメーターを測定するため、さらなるセンサや装置を備えることができる。例えば、ピンの内部に、加速度計を備えてもよい。また、ピンの支える負荷を測定するための負荷測定手段は、任意の適当な装置の形態でもよい。例えば、この手段は、ひずみゲージの形態でもよい。好ましくは、ピンの支える負荷を測定するための手段は、複数のひずみゲージを含む。ひずみゲージは、使用中にピンが支えるせん断負荷を測定できるように、適当に配置される。使用中に記憶装置内の演算処理装置によって記録されるデータは、例えば、上記せん断負荷に関するデータを含んでいてもよい。負荷測定手段は、少なくとも３つの自由度を有するように、負荷を測定するように配置されると利点がある。例えば、負荷測定手段を、３つの直交軸で負荷を測定できるようにしてもよい。さらに、又はこれに替えて、負荷測定手段を、トルクを測定するように配置してもよい。また、５つ以上のひずみゲージを備えてもよい。また、負荷測定手段は、複数の加速度計を備えてもよい。

また、ピンベアリングアレンジメントは、ピングリース補給（潤滑）装置を含むことができる。通常、ピングリース補給装置は、ピンの内側に配置される。

幾つかの状況では（例えば、特定の方法でトルクを測定する時）、ピンアレンジメントの何らかの相対的な回転が、負荷測定の精度に影響を及ぼすことがある。そこで、ピンアレンジメントを、使用中、相対的な回転をしないように構成することがあり、例えば、ピンが一部をなす装置の他の部位に対する相対的な回転や、すぐそばの周囲の構造の一部に対する相対的な回転を防ぐように構成してもよい。又は、ピンの任意の相対的な回転を測定するための手段を、ピンアレンジメントに備えてもよい。この相対的な回転を測定する手段は、ジャイロスコープコンパスを含んでいてもよい。また、測定された相対的な回転に関するデータを、記憶装置内に記録してもよい。このようなさらなるデータは、記憶装置内に記録された他のデータと共に、ピンの回転に関して、例えば、ピンが支える負荷を計算する時に、後で用いることができる。

ピンベアリングアレンジメントは、ピン内部の部品（例えば、演算処理装置や記憶装置）から、ピン外部にデータを転送するためのデータ転送手段を含んでいてもよい。データ転送手段は、例えば、トランスデューサーを含み、電磁波信号として記憶装置内に記憶されたデータを示す電気信号を、例えば、光学信号や無線信号に変換してもよい。あるいは、又はさらに、演算処理装置（及び／又は記憶装置）と外部装置の間を電気接続して、これらの間でデータを転送するように、電気コネクタを備えていてもよい。

記憶装置は、この装置内に蓄えたデータを保持しながら、ピンから取外すことが可能なように構成された記憶装置でもよい。このような取外し可能な記憶装置を用いることで、蓄えたデータをピンから定期的に回復することができる。尚、他の手段を用いて、記憶装置の取外しを必要とすることなく、さらにデータを記憶装置から回復することは可能であることを理解されたい。記憶装置は、このような取外し自在の記憶装置を複数含んでいてもよい。この又は各々の取外し自在の記憶装置は、取外し自在のコンパクトフラッシュカード装置を含んでいてもよい。

好ましくは、ピンベアリングアレンジメントは電力節約手段を備えて、ピンの支える負荷が所定の基準を満たさない場合には、自動的に電力消費を減らすようにする。例えば、ピンによって負荷が全く支えられない場合や、又は、測定された負荷が所定の閾値よりも下の場合には、電力消費を減らしてもよい。例えば、電力節約手段は、ピンがこのような負荷にさらされるか否か、具体的には、負荷が所定の基準に合致しているか否かを定期的に確かめるように構成されていてもよい。この手段は、ピンがこのような負荷を支えていることを確かめたら、ピンによって引続き支えられる負荷に関するデータを記憶装置内に蓄えるように、演算処理装置を開始するように構成されていてもよい。

記憶装置内に蓄えられたデータは、定期的に回復されてもよい。例えば、航空機のメンテナンス中に、データを回復してもよい。好ましくは、記憶装置を、データを記録する上で十分に大きくして、９週毎よりも頻繁にデータの回復を必要としないようにする。データを記憶している媒体をピンから物理的に取外すことで、データを回復させてもよい。あるいは、又はこれに加えて、ピン内部からピン外部まで信号を伝える手段を用いてデータを転送することで、データを回復してもよい。例えば、比較的に短期間（例えば、分や時間を基準とする期間）で、ピンの支える負荷に関する比較的小量のデータを、ピン内部からピン外部まで信号を伝える手段を用いてデータ転送することで簡単に回復してもよく、又は、比較的に長期間（例えば、サービスの週を基準とする期間）で、ピンの支える負荷に関する比較的大量のデータを、取外し可能なデータ記録装置を取外すことでより速やかに回復してもよい。

好ましくは、記憶装置内に処理により蓄えられるデータは、測定の時間に関するデータを含む。これにより、特定の時間での航空機の操縦に関して記録された情報と、負荷の測定を比較することができる。

例えば、ピンが一部をなす機械や装置の一部の、他の部位に対する変位を測定するために、ピンベアリングアレンジメントは、さらに変位センサを含んでいてもよい。例えば、ランディングギアにピンを用いる場合、ランディングギアのショックアブソーバー部の延びを測定するためのセンサを備えていてもよい。また、ピンベアリングアレンジメントは、ランディングギアのオレオ脚柱（oleo strut）内の油圧を測定するためのセンサを含んでいてもよい。このようなセンサは、ピンの外側に備えることを必要としてもよく、これによって、センサによってなされた測定と対応するピンの信号を転送することを必要としてもよい。

この構成は、航空機の部品上のピンベアリングアレンジメントの一部として提供されてもよい。特に、ピンベアリングアレンジメントは、ランディングギアのベアリングピン、例えば、ボギービームピボットピンやサイドステイピンを提供してもよい。従って、本発明は、本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントを含む航空機のランディングギアを提供する。

また、本発明は、ピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記録する方法も提供し、この方法は、ピンが支える負荷を測定し、この測定された負荷に関するデータを、ピン内部の記憶装置に記録するステップを含む。

好ましくは、データを記録するステップは、ピン内部の演算処理装置によって実行される。演算処理装置は、好ましくは、ピン内部の電源を用いて駆動される。尚、本発明のピンベアリングアレンジメントに関して上述した特徴の任意のものは、本発明の方法に含ませることができることを理解されたい。例えば、この方法は、本明細書で説明した本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントを用いることができる。

また、本発明は、航空機のデザインの改良方法も提供し、この方法は、航空機の一部を形成するピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記憶装置内に記録し、記憶装置からデータを引出して、このデータを解析して、このデータを用いて航空機のデザインを修正するステップを含む。

また、本発明は、航空機の重量分配の評価方法も提供し、この方法は、航空機の複数のランディングギアの各々のピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記録し、各ランディングギアに関して記録されるデータを、夫々対応してランディングギアに関する記憶装置内に記録し、記憶装置からデータを引出して、複数のランディングギアの各々により支持される航空機の重量の共有に関する情報をこのデータから計算するステップを含む。

さらに、本発明は、航空機又はこの部品の操作上の耐用年数の評価方法も提供し、この方法は、航空機の一部を形成するピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記憶装置内に記録し、記憶装置からデータを引出して、このデータを用いて航空機又はこの部品の操作上の耐用年数を評価するステップを含む。

上述した方法の任意のものにおいて、上記データを記録するステップでは、長所として、本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントを用いるか、本明細書で説明した本発明の任意の特徴に従う方法によって行われる。従って、本発明のピンは、様々に適用できることを理解されたい。記憶装置は、データを記録する時、ピンの内部に設けられてもよい。記憶装置からデータを引出すステップは、例えば、まず、ピンの内部から記憶装置を取外すように行われてもよい。例えば、この方法は、記録されたデータを含む取外し自在の記憶装置をピンから取外して、この取外された記憶装置を、さらなるデータを自由に記録できる他の記憶装置と替えるステップを含んでいてもよい。上述したように、このデータは、あるいは、又はこれに加えて、ピン内部からピン外部まで信号を送る手段を用いてデータを転送することで回復されてもよい。

航空機又はこの部品の操作上の耐用年数を評価するステップでは、引出されたデータを、他の航空機の一部を形成するピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関する情報から得られたさらなるデータと比較してもよい。さらなるデータは、例えば、本明細書で説明した本発明の任意の特徴に従う方法を用いたり、ピンベアリングアレンジメントを用いることで得られてもよい。また、さらなるデータは、航空機や、（適当な）航空機の部品の操作上の耐用年数に関する情報を含んでいてもよく、このような情報は、独立した手段によって評価される。従って、第一の航空機又はこの部品の操作上の耐用年数に関する情報は、航空機のピンが支える負荷を測定して、この測定された負荷を、既知の操作上の耐用年数を有する第二の航空機又はこの部品が支える負荷に関する参照データと比較することで得ることができ、従って、標準の計算技術を用いて、第一の航空機又はこの部品の操作上の耐用年数が計算可能となる。好ましくは、複数の航空機又はこれらの部品に関する測定から、さらなるデータ又は参照データを得る。

また、本発明は、ピンと、ピンの支える負荷を測定する負荷測定手段を含むピンベアリングアレンジメントを提供し、ピンの内部に、演算処理装置、記憶装置コネクタ、及び電源コネクタを備える。電源コネクタは、演算処理装置に電力を供給できるように構成されてもよい。記憶装置コネクタは、（例えば、記憶装置をコネクタに接続する時）コネクタと演算処理装置の間でデータを転送できるように構成されてもよい。ピンベアリングアレンジメントは、記憶装置が記憶装置コネクタに接続され、かつ電源が電源コネクタに接続される時、ピンベアリングアレンジメントが、本明細書で記載された本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントになるか、又は本明細書で記載された本発明の任意の特徴に従う方法を実行できるように構成されてもよい。

さらに、本発明は、ピンベアリングアレンジメントの製造方法も提供し、この方法は、次のステップを有する。即ち、
演算処理装置、記憶装置コネクタ、電源コネクタ、及び負荷測定手段を含むように、負荷測定及びデータ記録システムとベアリングピンを提供し、
ベアリングピンの上または中に、負荷測定手段を取付け、
ベアリングピンの内部に、演算処理装置、記憶装置コネクタ、及び電源コネクタを取付け、
負荷測定及びデータ記録システムに電力を供給し、
負荷測定及びデータ記録システムに個別に既知の状態を適用し、
負荷測定及びデータ記録システムの一つ又は複数の出力を測定し、
個別の既知の状態と一つ又は複数の測定された出力の双方に基づいて、負荷測定及びデータ記録システムのキャリブレーション設定を調整する、各ステップを含む。

負荷測定及びデータ記録システムに適用される個別の既知の状態は、例えば、既知の電気信号や、負荷測定手段に伝えられる既知の負荷の形態でもよい。尚、上記方法のステップは、これらが示された順番で行われる必要がない。例えば、特に、個別に既知の状態を適用するステップにおいて、電気信号を及ぼす形態で行う場合、キャリブレーションの設定を調整するステップを、ベアリングピンの上又は中にアレンジメントの部品を取付ける前に行ってもよい。調整されるキャリブレーションの設定は、ゲイン、ゼロオフセット及び温度係数を含む設定の一群のうちの一つ又は複数を含んでいてもよい。本明細書で記載された本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントの形態として、ピンベアリングアレンジメントを製造してもよい。例えば、この製造方法はさらに、記憶装置を記憶装置コネクタに接続し、かつ、電源を電源コネクタに接続するステップを含んでいてもよい。

さらに、本発明は、複数のランディングギアを含む航空機を提供することにも関し、この際、各ランディングギアは、本発明の任意の特徴に従うピンベアリングアレンジメントを含むものとする。複数のピンは、ギアごとに基づいて、ランディングギア上の負荷を、監視して、記録することを可能にする。ギアごとに基づいて、支えられる負荷の情報により、航空機を横切る負荷の配分に関する情報を計算可能にする。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について例示する。

図１を参照すると、ベアリングピン２が断面で示されている。ベアリングピンは、特許文献１に記載のものと同様に、Ｕ字形かぎ状（clevis）のアレンジメントを形成するように、ベアリングピン接続エレメント又は部品として提供されてもよい。ベアリングピン２は、一般に中空の円筒形状の管の形態を有し、測定の一例では、約５００ｍｍの長さと約１３０ｍｍの直径を有する。

ピン２は、様々な部品を収容する。ベアリングピン２の内面上には、８つのひずみゲージ４が取付けられる。このうち４つのひずみゲージ４は、一定のせん断ストレスの面６ａのように、ベアリングピン２の長さに沿う同じ位置で、軸上で等しく配置される。４つのひずみゲージ４ｂの第二のセットは、同様に、一定のせん断ストレスの第二の面６ｂに配置される。そして、８つのひずみゲージ４を共に用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向で負荷を測定するとともに、ねじり（トーション）負荷を測定することを可能にする。ブッシング（別に示されていない）内の溝によって形成される一定のせん断ストレスの各面は、ピンの周りに設けられるが（この溝状のブッシングは、特許文献１のベアリングピンに備えられた溝とほぼ同様に、一定のせん断ストレスの負荷を形成する）、ピンの外側の負荷を支える構造を、既存のピンと実質的に同様のままにする。

ベアリングピン２の内部には、ＰＣＢｓ（printed circuit boards：プリント基板）を含む様々な電子装置が備えられており、これには、信号調整ＰＣＢｓ８、演算処理装置ＰＣＢｓ１０及び記憶装置１２が含まれる。また、電源が、バッテリー１４の形態で、ベアリングピン２内の様々な部品に電力を供給する。例えば、バッテリーは、リチウム塩化チオニル（lithium thionyl chloride）バッテリーの形態である。

ひずみゲージ４に加えて他の測定装置も備えられており、例えば、ピンの内部には加速度計１７、ピンの外部には複数の装置が備えられており、これには、ランディングギアのオレオ脚柱内の油圧を測定するための圧力トランスデューサー（図示せず）と、ランディングギアのオレオ脚柱の延び（即ち、ランディングギアの主ショックアブソーバー部のショックアブソーバーの移動）を測定するための変位センサ（図示せず）が含まれる。油圧測定用の圧力トランスデューサーはひずみゲージを含み、このため、本発明の実施形態に用いられる他のひずみゲージ４と同様の出力レベルを有する。また、ジャックコネクタ１６を備えて、データ記録システム（様々なＰＣＢｓを含む）に対して、又はここから、データの転送を可能にする。このため、ジャックコネクタ１６は、直接的な電気的及び物理的な接続を提供して、ラップトップを、ピンと“接続（リンクアップ）”可能にする。従って、ラップトップをピン内部の電子装置と接続可能にして、設定を定めたり／変化するのに用いて、問題を診断して、解決を講じることを可能にする。
また、グリース補給用チューブ１８を用いて、従来技術で公知なように、ピンのグリース補給を行う。

ベアリングピン２の装着に先立って、負荷用のリング（ローディングリング）上のピンに対して負荷を及ぼすことで、ピンを前もってキャリブレートして、ＰＣＮｓ上の部品のキャリブレーション設定を調整し、ピン２の部品の公差エラーを補償する。次に、ピン２を航空機の場所に装着する。この場合、ピン２は、ボギービームピボットピンを形成する（尚、例えばサイドステイピンのような、航空機の他の場所に、ピンの同様のデザインを適用することは可能である）。

操作中、ピン２の演算処理装置１０は、ひずみゲージ４によって測定された負荷に関するデータを監視して、記録し、このデータを記憶装置１２の取外し可能な部位（例えば、図１には別に示していないが、コンパクトフラッシュカード記憶装置の形態のもの）に保存させる。

データの記録は、ピン２が負荷を支えるような時間に限って行われる。従って、ランディングギア室内にランディングギア（図示せず）が格納される時、システムは非作動／スリープ状態となり、バッテリーの寿命を節約する。ピン２は、データの記録を必要とする状態変化が検出されるまで、スリープ状態でエネルギーを残すように蓄える。

約９週間の期間、上述した方法に従って、データを記録する。記憶装置１２のコンパクトフラッシュカード記憶装置内に記録されたデータは、この期間の後、コンパクトフラッシュカード記憶装置を取外すことで回復され、そして、ほぼ空のフラッシュカード記憶装置が替わりに取付けられる。“フル（満たされた）"のフラッシュカード記憶装置が取外される時、ピン２の様態（ヘルス）も評価されて、適当に、バッテリー１４をリチャージしたり、取り替えるようにする。

次に、システムの機能を示すブロックダイアグラムである図２を参照して、データ記録システムについてさらに詳しく説明する。即ち、このブロックダイアグラムは、様々なセンサ５、信号調整ＰＣＢｓ８（破線のボックス８によって示されている）、演算処理装置１０（符号１０のボックス）、記憶装置１２（符号１２のボックス）、電源１４、及び、演算処理装置１０に対し、又はここからデータを送るためのジャックコネクタ１６を含む。図２のデータ記録システムを形成するこれら様々な部品は、以下において詳述される。

センサ５は、ひずみゲージ４、加速度計１７、油圧トランスデューサー（図示せず）及び変位センサ（図示せず）を含む。８つのひずみゲージが４つの異なるひずみゲージ信号を形成し、加速度計が加速度データの３つの経路（チャンネル）を生じさせる（一つが直交軸の各々に関する）。油圧及び変位センサは、夫々、１つの測定ストリームを形成する。従って、全部で９つのセンサ経路がある（図２には、８つだけが示されている）。

演算処理装置１０は、マイクロプロセッサチップ（又は、チップ）の形態である。各センサ５は、対応する信号調整装置８に信号を送り、これは、使用時にゲインとスケールファクターを調整して、マルチプレクサー２０（演算処理装置１０を含む）に要する入力レベルに合わせて、マルチプレクサー２０が、センサ５から変化され、調整された信号を受取るようにする。マイクロコンバーターＣＰＵ２２の制御下で、マルチプレクサー２０は、連続して、信号調整装置８から受取った、調整された信号をサンプルして、多重信号を記憶装置１２に送る。多重信号は、Ａ−Ｄ（アナログ−デジタル）コンバーター２４とＤＭＡ（ダイレクトメモリーアクセス）ロジックユニット２６を介して送られるが、ＤＭＡロジックユニット２６は、Ａ−Ｄコンバーター２４から記憶装置１２へのデータの流れを管理する。

記憶装置１２は、バッファーメモリー２８を含み、これは、Ａ−Ｄコンバーター２４からの生のデータを記録し、この際、システムは、データの測定と、記録のプロセスを行う。記憶装置１２はさらに、バルクデータストレージとして用いるように、取外し自在のストレージコンパクトフラッシュカード記憶装置３０を含む。測定と記録のセッションが完了した後、バッファーメモリー２８内に記録された生のデータをフォーマットして、次に各データ記録セッションで固有のファイル名を付けて、フラッシュカード装置３０に保存する。各センサは、ほぼ毎秒５００回でサンプルされる。９週間の期間を過ぎると、コンパクトフラッシュカード内に記録されるデータ量は、典型的に、約６Ｇバイトになる。

上述したように、データの記録プロセスと演算処理装置１０の制御は、一般に、８０５１ベースのインターナルアーキテクチャーを含む、マイクロコンバーターＣＰＵ２２によって行われる。マイクロコンバーターＣＰＵ２２は、クロックを含むシステムタイマー３２、データ記録システムの機能を提供するソフトウエア／ファームウエアを保存したコードメモリーファームウエア３４、システムを（電力を節約する）スリープ状態から作動状態に切り替え可能にプログラムされたウェイクアップタイマー３６、一時的なシステム変数を集めて、記録するためにマイクロコンバーター２２によって用いられるラムメモリーワークスペース３８（揮発性メモリー）及び外部ターミナル４２を介して外部装置と接続可能にするＲＳ２３２通信リンクの形態の外部シリアルインターフェイス４０を含む。

電力は、電源１４から、電力供給及び調整装置（レギュレーター）４４を介して、演算処理装置１０に供給されるが、電力供給及び調整装置４４は、未処理のバッテリーパワーを整えて、安定させるための回路を備えており、これによって、演算処理装置１０の様々部品が適当に利用できるようにする。
以下、様々なモジュールを含むコードメモリーファームウエア３４に保存されるソフトウエアについて説明する。

メインアプリケーションを呼び出す前に、システムハードウエアを検証するため、最初の起動後にパワーオン／セルフテストモジュールを速やかに呼べるように備えている。これは、信号調整装置８、バッファーメモリー２８、電力制御器４４及びフラッシュカードストレージ３０のような外部装置をテストするためにオフ−チップに移動する前、ＣＰＵ２２、ラムメモリー３８及び周辺装置のようなオン−チップのハードウエアをテストする。

また、システムが故障したり、クラッシュするような場合に、回復し、原因を決定するため、ウォッチドッグ（監査）回復モジュールを備えている。故障の性質に基づき、システムは、通常の操作を再始動したり、完全にパワーダウンしたり、あるいは中間状態に入ることがある。全ての場合で、エラーに関する情報をできる限り不揮発性メモリーに記録するように試みて、サービス期間中に故障状態を決定できるようにする。

また、システムの様態（ヘルス）を監視し、操作の通常／異常のパターンをチェックして、ハードウエアが所定の限界内で操作されていることを確認するために、システムの様態の監視モジュールを備えている。これは、非作動期間、つまり、システムがデータを記録しない間に、定期的に駆動する。

また、システム変化の要求に応じて、様々なハードウエアのサブセクション（小部分）への電力の切り替えを調整するように、電力制御モジュールを備えている。これはまた、残りのバッテリーの寿命を継続して監視するため、他のモジュールに対してバッテリーの放電と現在の消費情報（即ち、システム状態）を測定し、提供する。

また、日付の時間／リアルタイムクロック装置の設定とメンテナンスを行うように、リアルタイムクロックモジュールを備えている。これは、日／月／年の日付の情報をコンパクトフラッシュカードファイルシステムモジュールに提供して、データファイル日時を記録させる。

また、パワーダウン／ウェイクアップタイマー３６の開始と管理を行うように、ウェイクアップ管理モジュールを備えている。これはまた、パワーダウン、データのチェック及び記録状態の間で、状態変化の制御に寄与する（以下において詳述する）。

また、データ取得プロセスとＡ−Ｄコンバーター２４からバッファーメモリー２８へのデータの調和転送を管理するために、データ記録（ログ）モジュールを備えている。これは、一度記録セッションが完了すると、要求されるセンサ経路カウントとシーケンスと共にバッファーメモリー２８を開始し、Ａ−Ｄコンバーター２４をセットアップし、コンパクトフラッシュファイルシステムモジュールまでデータ転送とパス制御用に、ＤＭＡ制御ロジックを開始する。

また、記録セッションのＡ−Ｄデータサンプルをバッファーメモリー２８から所定のバイトストリームにフォーマットして、これを独自の時間記録されたファイル下で、コンパクトフラッシュメモリーカード３０上に保存するため、コンパクトフラッシュカードファイルシステムモジュールを備えている。これはまた、システム状態／エラー記録モジュールからの要求のような、他のファイルシステムの関係するタスクも請け負える。

また、ターミナルやラップトップコンピューターのような外部装置に、テキストメニューに基づくユーザーインターフェイスを提供して、スクリプトに基づく操作を作用させるために指令ラインスタイルのインターフェイスを提供するように、外部インターフェイスモジュールを備えている。これはまた、キャリブレーションデータを入力し、システム操作を監視し、名前が付けられたファイルに基づきコンパクトフラッシュカードから記録データを回復できるようにする。

また、様々なサブシステムから状態に関する情報を集めて、データをフォーマットして、コンパクトフラッシュメモリーカード３０上で名前を付けた記録ファイルに保存するように、システム状態とエラーの記録モジュールを備えている。例えば、回復されるデータには、複数の記録セッション、現在のバッテリー電圧、最小及び最大のシステム温度を含んでいてもよい。これはまた、異常事態の記録と時間記録を行うが、これには、任意のウォッチドッグタイムアウト事態の結果を含む。このモジュールはまた、致命的なエラー状態（例えば、バッテリー電圧が低い状態や、コンパクトフラッシュカードファイルシステムがフルの状態）では、システムのシャットダウンを開始できる。

また、システム制御とスケジュールモジュールにより、全てのシステムアプリケーションモジュールの作動と、これらの相互作用を制御して、調和させる。プロセススケジュールは、システムリソースの要求を減らすように、所定の状態変移とともに簡単な状態駆動プロセスとして実行される。

また、システムハードウエアと全て直接的に交信させるように、システム装置ドライバーモジュールを備えている。これらは、システムアプリケーションモジュールとハードウエア装置の間をリンクして、ハードウエアの機能の詳細をより高いレベルのシステムサービスへと取出す。

上述したように、システムは状態により駆動されて、電力消費を節約する手段があり、ウェイクアップ管理ソフトウエアモジュールを提供する。図３を参照すると、４つの主要な状態が示されており、つまり、システムは、データ記録状態４６、パワーダウン状態４８、動作チェック状態５０、及びデータ転送状態５２になれる。システムは、通常、単一の状態として存在するが（図３で示すダイアグラムを参照）、以下において説明されるように、システムは、何らかの操作状況下では、一度に一つ以上の状態になることがある。パワーダウン状態４８では、ウェイクアップタイマー２６だけが作動し、電力の引出しを最小にする。動作チェック状態５０では、システムは、様々なセンサ５をチェックして、約１０ミリ秒の期間で作動する。データ記録状態４６では、センサ５からの信号から得たデータを、バッファーメモリー２８内に記録する。データ転送状態５２では、バッファーメモリー２８からコンパクトフラッシュカードメモリー３０にデータを転送する。

図３を参照すると、矢印５４から６４で示すように、可能な状態変移が示されている。パワーダウン状態４８の時、ウェイクアップタイマーモジュールがシステムを動作チェック状態に毎秒変移させる（矢印５４参照）。また、パワーダウン状態４８の時、負荷の変化の他、データの記録を要求するように、動作が生じる場合（例えば、ランディングギアがランディングギア室内の格納状態から操作位置まで移動する場合）、システムは動作チェック状態５０に変化する（矢印５６参照）。一度、動作チェック状態５０になると、センサの動作が測定されて、この動作が所定の閾値より下の場合、システム状態はパワーダウン状態４８に戻る（矢印５８参照）。これに対して、センサの動作が所定の閾値より上の場合、システムは、データ記録状態４６に移る（矢印６０参照）。従って、ひずみゲージ４の負荷が、所定の長さで実質的に一定のままに保たれる場合、システムは、負荷の変化が検出されるまで、パワーダウン状態に戻されることがある。

一度、データ記録状態４６になると、全ての必要とされるデータが記録された後にだけ、システム状態が変化する（これは、例えば、予め時間が定められた期間の経過か、及び／又は、センサの動作が所定の閾値を下回ると決定されるとすぐに、設定されてもよい）。例えば、所定の長さの時間で、パラメーターに実質的に変化がない場合、システム状態は、データ記録状態４６から変化する。次に、システム状態は、データ転送状態５２に移る（矢印６２参照）。一度、全てのデータが、バッファーメモリー２８からコンパクトフラッシュカードメモリー３０に移されると、システムは、データ転送状態５２からパワーダウン状態４８に移る（矢印６４参照）。上述したように、システムは、一度に二つの状態に効果的になることができ、二重の動作を可能にする。例えば、データ記録状態４６で、バッファーメモリー２８がこの限界に近付いたら、データを記録しながら、バッファーメモリー２８からコンパクトフラッシュカードメモリー３０にデータを送ることが必要になる場合がある。

使用時には、離陸と着陸中にデータが記録され、このため、航空機が地上にある時と飛行中の双方で測定が行われる。例えば、１時間の飛行時間を考えると、航空機が飛行中の間にデータを記録するのに要する時間は、飛行毎に約１０分であり、また、航空機が地上での移動に関する飛行毎の記録時間は、飛行毎に約２０分である。９週間の期間中、システムは、典型的に、約１２５０時間でパワーダウン状態で操作され、これに対してパワーダウン状態でない時には約２５０時間で操作される（この時間は、ほとんどデータ記録状態４６で使われる）。上述したように、取外し自在のストレージコンパクトフラッシュカード記憶装置３０に記録されたデータは、このコンパクトフラッシュカード記憶装置３０を取外すことで、９週毎に回復することができる。また、取外し自在のストレージコンパクトフラッシュカード記憶装置３０を取外すことが適当でない環境では、ラップトップを用いて、記憶装置１２に記録された小量のデータを回復してもよい。このようなデータは、ジャックコネクタ１６を介して、ラップトップを記憶装置１２に接続することで回復できる。

フライトテストシステムの一部として、又はサービス中のシステムの一部として、ピン２を用いてもよい。フライトテストシステムで使用される時、得られたデータを他のデータとともに用いて、ランディングギアと航空機のモデル化と、最終的には、これらのデザインを向上してもよい。このような他のデータは、サービス中に得られたデータを含んでいてもよい。また、他の手段によって得られたフライトテストデータを含む時、サービス中に得られたデータを用いて、ランディングギアと航空機のモデル化及び／又はデザインの向上を行ってもよい。サービス中に用いられる時、ピン２によって記録されたデータは、様々な他の方法で用いることができる。このデータは、疲労負荷を監視するために用いることができる。また、このデータは、予期せぬほど高い、又は様々な負荷に関する情報（例えば、ハードランディングや、滑走路から外れた場合に、支えられる負荷）を提供するために用いることができる。また、このデータは、ランディングギアや航空機の他の部品の推定耐用年数に関する情報を提供するために用いることができる。所定の時間にランディングギアによって支えられる負荷を算出するために、ピンから得られるデータを用いることができる場合、このピンは、（航空機のランディングギアの全てに適当なピンが装着される場合）ギアごとに基づいて、ギアによって支持されるような、航空機の重量を算出するために用いることができる。このような情報は、地上のスタッフに対して、航空機の重量だけでなく、航空機の重量の配分にも関して、速やかにかつ正確な情報を提供するために用いることができる（例えば、ピンのインターフェイス１６を介して接続されたラップトップを用いる）。従って、ピン２は、“重量とバランス”の情報（即ち、航空機の長軸に沿った重量の配分であって、典型的に安全な離陸を保障するために必要とされる情報）と、“負荷のシェア”の情報（重量の左右の配分に関する情報）の双方を提供するために用いることができる。

さらに、多くの様々な目的を達成するためにピン２を用いることができる。これは、最新の情報で（アップトゥーデートで）、表示するように、ランディングギアの操作疲労のスペクトルを形成でき、これにより、サービス中の航空機の操縦に関する負荷の大きさと、この負荷と操縦の生じる頻度に関する情報を提供することができる。また、これは、最新の情報で、表示するように、磨耗感受部品用のランディングギアの操作利用のスペクトルを形成でき、これにより、サービス中の航空機の操縦と負荷に関する変位の大きさと、この操縦の変位の生じる頻度に関する情報を提供することができる。また、ピンは、操作中と、様々な操縦下での、ランディングギアの負荷と他のパラメーターの詳細な測定を通じて生じる、サービス中の調査性能を高めることができる。また、これは、データ解析とシミュレーションモデリングを通じて、操縦中にランディングギアシステムのダイナミックと相互作用に関する情報も提供することができる。

ピンは、内蔵型の装置の形態なので、航空機の構造や既存の航空機システムの変更を求めることなく、ほとんどの航空機に対して容易に改装することができる。ベアリングピンと測定記録システムは、新規のランディングギアの様態の監視システムの一部をなすことができ、このベアリングピンによって記録されるデータは、定期的にダウンロードされて、他のデータとともに用いられて、ランディングギアの構造強度を評価し、監視してもよい。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について、説明し、図示したが、当該技術分野における当業者であれば、本発明は、図示した特定の形態に限定されず、多くの様々な変更例に適用できることを理解するであろう。このため、本発明の真の範囲を定めるためには、添付した特許請求の範囲を参照されたい。以下、上述した実施形態に関して可能な変更例について示すが、これは例としてのみ示すに過ぎない。

上述した実施形態のシステムは、単一のマルチプレクサーとＡ−Ｄコンバーターによって受取られるように、９つのセンサ経路を含む。しかし、演算処理装置１０と信号調整装置８の機能は、別のサブシステムに分けることができることを理解されたい。例えば、二つの別のサブシステムを設けてもよく、各々が８つのセンサ経路を処理することにより、１６のセンサ経路を提供して、他の目的で必要とされるならば、７つのさらなる入力を可能にしてもよい。例えば、アナログデバイスインコーポレイテッドのマイクロ−コンバーターのモデルＡＤＵＣ８３１（www.analogue.com参照）は、このような経路を８つ有している。

また、ピンの外面に溝を形成して、特許文献１に開示されたピンに形成された溝と同様に、一定のせん断ストレスの領域を形成してもよい。

また、ねじり負荷は、直交するひずみゲージの測定から計算できるため、直接的に測定される必要がない。例えば、Ｘ方向の負荷から、垂直トルクを計算することができる。特定の実施形態では、ボギービーム内でボギーピンが回転しないように取付けられるため、このような計算は比較的に単純になる。尚、回転防止用の取付けは注意して構成されて、新しくストレスや負荷の経路が導入されないようにする。さらなる実施形態では、ボギーピンにジャイロコンパスを取付けて、ピンの位置を計算して、ひずみゲージが適切に読み取れるように調整する。

また、取外し自在のフラッシュカード記憶装置を備える替わりに、システムにより記録されるデータを記憶装置内に保存して、この全部を、適当な接続／インターフェイスを介して、ピンから、ラップトップにダウンロードすることも可能である。データ転送のために備えられるジャックコネクタは、データ転送を容易とするように、任意の他の適当な装置の形態でもよい。このようなデータ転送を行うために、ワイヤレスネットワークプロトコルを用いることも可能である。また、光学カップリング装置も利用可能である。

上述したように、システムがパワーダウン状態の時に、ランディングギアがランディングギア室内の格納位置から操作位置まで移動する場合、システムは動作チェック状態に変化する。勿論、システムは、この替わりに、データ記録状態に直接的に変化することも可能である。

本発明のデータ記録システムを備えたベアリングピンを示す図である。 ベアリングピン内のデータ記録システムの機能を例示したブロックダイアグラムを示す図である。 データ記録システムの様々な状態を例示したブロックダイアグラムを示す図である。

Claims (16)

1. ピンと、ピンの支える負荷を測定する負荷測定手段を含むピンベアリングアレンジメントであって、前記ピンの内部に演算処理装置、記憶装置、前記演算処理装置を駆動するための電源を備えて、前記演算処理装置を、前記負荷測定手段から入力信号を受取って、使用中に前記ピンが支える負荷に関するデータを前記記憶装置に記憶するように構成したことを特徴とするピンベアリングアレンジメント。
2. 前記ピンの内部に、加速度計を備えることを特徴とする請求項１に記載のピンベアリングアレンジメント。
3. 前記負荷測定手段は、複数のひずみゲージを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のピンベアリングアレンジメント。
4. 前記ピンベアリングアレンジメントは、ピングリース補給装置を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメント。
5. 前記ピンベアリングアレンジメントは、ピン内部の部品からピン外部までデータを転送するデータ転送手段を含み、このデータ転送手段は、前記記憶装置内に記憶されたデータを示す電気信号を電磁波信号に変換するトランスデューサーを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメント。
6. 前記記憶装置は、この装置内に記憶したデータを保持しながら、前記ピンから取外し自在に構成された記憶装置を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメント。
7. 前記ピンベアリングアレンジメントは、所定の基準に合う負荷が前記ピンによって支えられない場合には、自動的に電力消費を減らす電力節約手段を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメント。
8. 前記電力節約手段は、前記ピンに対して所定の基準に合う負荷が及ぼされているか否かを定期的に評価して、前記ピンがこのような負荷を支えていると評価された場合、前記ピンによって続けて支えられる負荷に関するデータを前記記憶装置に記憶させるように、前記演算処理装置を開始することを特徴とする請求項７に記載のピンベアリングアレンジメント。
9. ピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータの記録方法であって、前記ピンが支える負荷を測定し、この測定された負荷に関するデータを前記ピンの内部の記憶装置に記憶する、ステップを有することを特徴とする方法。
10. 前記データを記憶するステップは、前記ピンの内部の演算処理装置によって実行されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記演算処理装置は、前記ピンの内部の電源によって駆動されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 航空機のデザインを改良する方法であって、前記航空機の一部をなすピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記憶装置内に記録し、前記記憶装置から前記データを引出し、前記データを解析して、このデータに基づいて前記航空機のデザインを修正する、ステップを有し、前記データを記録するステップでは、請求項１〜８のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメントを用いるか、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法を用いて行われることを特徴とする方法。
13. 航空機又はこの部品の操作上の耐用年数の評価方法であって、前記航空機の一部をなすピンベアリングアレンジメントのピンの支える負荷に関するデータを記憶装置内に記録し、前記記憶装置から前記データを引出し、前記データに基づいて、前記航空機又はこの部品の操作上の耐用年数を評価する、ステップを有し、前記データを記録するステップでは、請求項１〜８のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメントを用いるか、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法を用いて行われることを特徴とする方法。
14. ピンと、このピンの支える負荷を測定する負荷測定手段を含むピンベアリングアレンジメントであって、前記ピンの内部に演算処理装置、記憶装置コネクタ、電源コネクタを含み、前記記憶装置コネクタに記憶装置が接続されて、前記電源コネクタに電源が接続される場合、前記ピンベアリングアレンジメントが請求項１〜８のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメントとなるか、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法を行えるように、前記ピンベアリングアレンジメントを構成したことを特徴とするピンベアリングアレンジメント。
15. ピンベアリングアレンジメントの製造方法であって、
    演算処理装置、記憶装置コネクタ、電源コネクタ、及び負荷測定手段を含むように、負荷測定及びデータ記録システムとベアリングピンを提供し、
    前記ベアリングピンの上または中に、前記負荷測定手段を取付け、
    前記ベアリングピンの内部に、前記演算処理装置、前記記憶装置コネクタ、及び前記電源コネクタを取付け、
    前記負荷測定及びデータ記録システムに電力を供給し、
    前記負荷測定及びデータ記録システムに個別に既知の状態を適用し、
    前記負荷測定及びデータ記録システムの一つ又は複数の出力を測定し、
    前記個別の既知の状態と前記一つ又は複数の測定された出力の双方に基づいて、前記負荷測定及びデータ記録システムのキャリブレーション設定を調整する、各ステップを含むことを特徴とする方法。
16. 複数のランディングギアを含む航空機であって、前記ランディングギアの各々は、請求項１〜８のいずれかに記載のピンベアリングアレンジメントを含むことを特徴とする航空機。
    

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