JP5485285B2 - フルードパワーシステム用診断および応答システム並びにその方法 - Google Patents

Description

本願は、先に出願された、発明の名称が同じ米国出願Ｎｏ１２／２９０，１７１およびＮｏ１２／２９０，１７３（出願日２００８年１０月２８日）の優先権を主張し、両出願の内容は本願明細書に組み込まれる。

本発明は、概してフルードパワーシステム（fluid power system）およびそのコンポーネントに関し、特に、システムのモニタリングおよびメンテナンスに関し、さらに詳細には、フルードパワーシステムおよびホースなどシステムコンポーネントに対する診断・応答システム並びにその方法に関する。

最近の典型的な診断システムは、センシングテクノロジーおよびソフトウェアを活用しており、リアルタイムの出来事を読み取って解釈し、そのデータを通信することで、何かしらの調整を必要とする状況であることをユーザに警告する。自動車、高速輸送車両、航空産業における装備品のパフォーマンスおよび長期寿命にとって、診断システムは必須である。故障警告情報を伝達する診断システムは、自動車産業、油田関連産業、鉄道産業、貨物産業など数多くの産業においてよく知られている。逆に、液圧、フルードパワー、機器コンポーネント、特に、フルードパワーシステムに使用されるホースは、保守点検で取替え可能な備品であり、ホースの破損が差し迫っていることをほとんどあるいは全く知らせることがなく、破損が迫っているのを検知する信頼性ある手段が存在しない。フルードパワーシステムの故障、特にホースの破損は、コストが多大な長期間の停止、オイルの漏洩、収益の損失そして計画の遅れをもたらす。

累積ダメージ（Cumulative damage）は、フルードパワー業界で広く知られたホースの寿命評価に使用される測定値である。フルードパワーシステムを設計するための累積ダメージ算出式が存在し、その例として、ＳＡＥ（米国自動車技術協会）Ｊ１９２７に明細に述べられている。この累積ダメージ算出式は、圧力のインパルス発生履歴に基づき、ホースの累積的損傷を評価する。しかしながら、ＳＡＥＪ１９２７は、主として、液圧ホースアッセンブリーを強化した高圧ワイヤーの使用およびその選定を支援する手順にハイドロシステム分析を提供することに向けられている。よって、ＳＡＥＪ１９２７あるいはその他の方法論は、フルードパワーシステムにおけるリアルタイムでの累積ダメージおよび破損を診断し、応答する手段を提供していない。

本発明は、装置上での潜在的なフルードパワーシステムの問題をそれが生じる前に示し、その情報を伝え、そして、確かな態様で直接的に装置へ点検修理の応答を提供することに向けられており、これによってリアルタイムでの診断および応答ループが閉じて自己完結する。特に、本発明の態様では、ホースの寿命が終焉に近い時期を判断する予見的アルゴリズムを採用する。そのような態様は、乗り物の使用、システムの明細および乗り物の地上位置の情報と一緒に、そのような情報を伝送する。その情報は、あらかじめ定められた通信チャンネルを通じて伝送され、故障や運転停止が起こる前にその問題を解決するため、故障の恐れがある場所への応答を早める（すなわち、サービスバンによって出向く）。

よって、本システムおよび方法と他の産業で採用される診断体制との間の重要な相違点は、本システムおよび方法が、フルードパワーシステムの故障の恐れ、および適切な乗り物／機器の場所を伝えることにある。また、本システムおよび方法は、データを分析して適切な予備パーツとともに適した保守、点検の応答を編成し、フルードパワーシステムの故障が生じる前に故障の可能性に注意を向ける。

本発明に従った診断応答システムの態様は、フルードパワーシステムのパラメータをモニタリングし、故障の恐れを警告する車中の診断機器と、その情報を地上基地局／サーバのような中央位置へ伝える通信システムと、適切な応答を準備するためアプリケーション仕様情報を広めるウェブベースの地上局あるいはそれと同類のものと、潜在的な問題が生じて装置が停止する前に、ホースあるいはコンポーネントの交換など必要なその場所での修理保守を提供することができる応答ネットワークとを備える。

モバイル診断は、急速に成長している分野であり、モバイル型建設機器、農業機器、設置型産業機器、そして石油、ガス、そして採鉱用機器を含め、携帯型および設置型フルードパワーシステム両方に対しよりすぐって適用可能である。

本発明は、フルードパワーシステムに使用される診断および通信技術を強化する。フルードパワーシステムへの診断および通信システムの導入は、フルードパワーホースおよびホース製造者、サプライヤーに対して多くの機会を提供し、同様にモバイルフルードパワー機器のエンドユーザにも機会を提供する。

有利なこととしては、本診断および通信システム並びに方法は、ホースおよびホース製造者、サプライヤーが、ネットワークへの分配および新しい収益の流れ作成のアプローチを再定義し、製品の動作中の取り扱い方をよりいっそう理解し、改善された有効保証期間を提供するのに利用可能な使用データを取得し、新しい改善した製品を見出すデータおよびマーケット知識を提供し、ホース試験および現場での使い方の知識を改善、研究テストをサービスに相関させ、機器性能を改善するデータを提供し、そして／あるいは実際に測定された性能に基づく製品仕様をよりよく定義することが可能になる。

さらなる利点として、本システムおよび方法は、機器製造者およびサプライヤーが、フルードパワーシステム用で最終消費者にサービスライフの良好な表示を提供するサービスインジケータを採用し、エンドユーザに販売された後にシステムおよび製品をモニタリングし、他の製品との間で、保証を無効にするような設計パラメータから外れた機器の使用を特定し、改善した機器性能および保証期間を提供し、現場のアプリケーションに対して素早い修理交換の対応を提供し、そして、設計およびアフターサービスを改善する。

好ましくは、本発明は、機器エンドユーザが、タイムリーな方法で適切なサービスおよび予防的メンテナンス活動を計画し、現場でコストを伴う停止を避け、機器全体、装置およびオペレータの性能を監視し、重要な予備品の棚卸し表をより精密に評価し、そして、装置の利用を改善することができる。

フルードパワーシステム用の本診断システムは、複数の圧力および温度センサユニットを採用可能であり、各ユニットは、フルードパワーシステムの異なったエリアに配置され、好ましくは、各ユニットは、センサ配置されたエリアにある複数のホースをホースごとにモニタリングする。モニタリングされる各ホースを識別する情報に従ってプログラム化されたコントロールユニットは、モニタリングされる圧力および温度を使って、特定されたホースに対する累積ダメージアルゴリズムを適用し、基準から外れた圧力および温度であること、あるいはアルゴリズムに従ったホースの損傷を警告する。寿命が終焉するまで、コントロールユニットは、モニタリングされる圧力および温度を使ったホースダメージアルゴリズムを使い続け、対象となるホースの寿命を推定し、ホースが予想される寿命の終焉に近い場合には警告する。

好ましくは、各ホースに対する変数に従ってコントロールユニットがあらかじめプログラムされている。これらの変数は、識別されたホースに対する破裂圧、動作圧力並びにそのホースに対する圧力の循環、そのホースに対する低格および／又は最大動作圧力、そのホースに対する警報温度、そして／又はフルードパワーシステムにおけるホース位置を含む。好ましくは、相対的ピーク圧力に基づいてホースダメージアルゴリズムにより計算されたダメージ、あるいは、温度に基づいて計算されたダメージは、アプリケーションあるいは環境条件などによって修正可能である。また、代替的には、モニタリングされるホースを特定する情報によって変わる。

これにより、動作中、フルードパワーシステム用の本診断および方法の態様は、フルードパワーシステム循環路における圧力のピークと谷をモニタリングし、温度を測定するステップを含む。各ピーク圧力によって生じるフルードパワーシステム内の各ホースに対するダメージが、少なくとも部分的には、各ホース内のピーク圧力の範囲および液体温度に基づいて計算される。特に、各ピーク圧力によって生じるホース損傷の計算は、少なくとも部分的には、ピーク圧力の相対的大きさと、同様にピーク圧力発生時のホース内の液体温度に基づく。これらの計算はまた、ホースの曲げの程度、ホースの稼動期間、周辺温度および／又はオゾンレベルといったホースの使用環境状況などを考慮することができる。また、これらの計算は、モニタリングされるホースによって変わる。好ましくは、計算されたダメージは、どれくらいホースが寿命期間の中で利用されているかを評価するため、累積される。そして、どれくらいホースが寿命期間の中で利用されているかを評価するのを発展させるため、モニタリングと測定が続けられる。その後、フルードパワーシステムあるいはそのコンポーネントにとって修理の必要性がある状況、あるいは基準（定格）から外れている状況であるという警告が発せられる。この定格外の状況は、圧力オーバー、温度オーバー、あるいは、ホースの稼動（運転）期間の終焉である。また、コントロールユニットの故障、あるいは、１つあるいは複数のセンサの故障の事態になると、システム警告が発せられる。代替的、あるいは付加的には、警告、診断システムあるいはフルードパワーシステムの状況、そして／又は診断システムあるいはフルードパワーシステムの運転に関する情報を収集するため、汎用プロセッサベースのデバイスをコントロールユニットに接続させてもよい。

警告は、１つまたは複数の警告灯を点灯させるといった視覚的警告の形をとることができる。この警告は、あらかじめ定められたシーケンスで警告灯を光らせることを組み込むことが可能であり、これによって、フルードパワーシステムあるいはそのコンポーネントに対して１つまたは複数の機器が保守点検の状況、あるいは定格外であることを示す。しかしながら、好ましくは、本システムおよび方法は、フルードパワーシステムから離れた中央部に警告を伝える。

よって、動作中、フルードパワーコンポーネント診断・応答システムは、上述した予見性のあるアルゴリズムを採用し、フルードパワーシステムコンポーネントが使用可能期間の終焉に近い、あるいは、故障したのを判断し、フルードパワーコンポーネントの明細、フルードパワーシステムの細目、そして／又はフルードパワーシステムを設置している機器の地上位置の情報とともに、フルードパワーシステムコンポーネントについての情報を中央位置へ伝達する。逆に、その情報に応答してフルードパワーシステムコンポーネントを、できればそのコンポーネントの破損によってシステムが故障する前に交換するため、中央位置から応答ユニットへあらかじめ定められた通信チャンネルを通じて情報が送られる。本システムおよび方法はまた、上述した情報とフルードパワーコンポーネントが故障したときの居場所を伝達する。その場合、フルードパワーシステムを全面／通常運転に戻すコンポーネント交換が、応答に含まれる。

代替的には、その情報および位置が、応答を管理するあらかじめ定められた通信チャンネルを通じて、フルードパワーコンポーネントサプライヤーに通信される。応答は、フルードパワーコンポーネントの交換品と、修理あるいはメンテナンス従業者を備えた応答ユニットによって実行され、コンポーネントの破損によってシステムが故障する前に、その場所へ出向き、コンポーネント交換によるフルードパワーシステムの整備を行なう。よって、情報と位置は、あらかじめ定められた通信チャンネルと、フルードパワーコンポーネントサプライヤーによって提供されるコンポーネント交換品および警告に対処するため雇用される修理およびメンテナンス従業者を備えた応答ユニットとを通じて伝えられる。

これにより、本発明を実行するための態様は、フルードパワーシステムに配置された圧力および温度センサからデータを獲得し、故障アルゴリズムでデータを分析して、フルードパワーシステムにあるホースの累積ダメージ（損傷）の経歴を作成し、累積ダメージのレベルがフルードパワーシステムのホース破損の差し迫っていることを示している場合、ホース破損の差し迫っている恐れがあることを中央位置へ伝え、中央位置で情報を分析して適切な応答を決定し、そして、応答ネットワークを通じて、フルードパワーシステムの場所および故障に関するホースの特定を含むフルードパワーシステムについての情報を、応答ユニットへ伝達する。この方法の態様はまた、好ましくは、その場所へ応答して、故障前にコンポーネントを交換することによってフルードパワーシステムを維持する応答ユニットを含んでもよく、あるいは、通信には、ホースが破損した情報を含めてもよく、さらに方法は、破損したホースを交換してフルードパワーシステムを通常動作に戻すようにしてもよい。

以上の説明は、本発明の特徴および技術的利点の輪郭をより広く描いているが、後に続く詳細な発明の説明が十分理解できるようにするためである。追加的な本発明の特徴および利点は、本発明のクレーム対象から以下において記述されるであろう。開示された概念および詳細な実施形態は、本発明と同じ目的を実行するために他の構成を修正あるいはデザインする基礎として容易に利用可能であることは、当業者において認識されるべきものである。また、それに均等な構成は、添付したクレームに係る本発明の意図および範囲から離れるものでないことも、当業者にとって認識されるべきことである。本発明の特徴となる新規な構成は、その編成および動作方法両方に関して、他の主題および利点とともに、添付図面と結ばれる以下の説明から十分に理解されるであろう。しかしながら、各図面は単に例示および説明の目的で提供されるだけであり、本発明の範囲を定義するものではないことは明白に理解されるべきものである。

同じ符号は同じパーツを指定する明細書の一部として組み込まれる添付図面は、記載とともに本発明の実施形態を例示し、本発明の原理を説明する。

図１は、本実施形態であるフルードパワー診断および応答システムのダイアグラムを例示した図である。

図２は、本実施形態であるフルードパワーシステムのダイアグラムを例示した図である。

図３は、本発明にした合ったフルードパワー診断用方法のフローチャートである。

図４は、本システムおよび方法に従って使用可能なフルードパワーホースダメージアルゴリズムの実施形態を含むフローダイアグラムである。

図５は、本アルゴリズムの様々な実施形態で使用される本システムの実施形態におけるデータフローのダイアグラムである。

図６は、本発明に従ったフルードパワー診断および応答用方法のフローチャートである。

図１には、フルードパワー診断および応答システム１００の実施形態が例示されている。システム１００は、図２に例示された実施形態２００のようなフルードパワー診断システムを好ましくは採用する。好ましくは、システム１００、２００は、１つもしくは複数のホースといったフルードパワーシステムのコンポーネントが使用可能期間の終わりに近づいている時期を知らせる予見的アルゴリズム２０１を採用する。図１、２で例示されたようなシステム１００、２００は、モデム２０３を採用し、例示されたサテライトリンクのようなワイヤレス通信媒体１１０を通じて、ホースの状態に関する情報と、それとともに、機器のタイプ、機器のＩＤ、フルードパワーシステムの詳細といった乗り物／装備品の様々な仕様事項、そして／又は装置の地上位置の情報を、サーバ１０５のような中央位置へ伝送する。しかしながら、従来のワイヤレスフォン、ショートメッセージサービスネットワーク、一般的パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、Ｗｉ−Ｆｉメッシュネットワークを含むＷｉ−Ｆｉネットワークその他の任意のワイヤレスリンクが採用可能である。さらに、有線通信システムのように直接的機器を使って情報を伝送させることも可能である。一例として、接続されたコンピュータあるいは類似のものに対し、定置型のフルードパワーシステムに関する情報を伝えるＬＡＮが挙げられる。好ましくは、サーバ１０５は、対象となるフルードパワーシステム１１２について、フルードパワーシステムを設置した装置の種類、その所有者情報、概略的位置、センサのシリアルナンバー、およびモニタリングされるホースの種類およびサイズといった詳細な情報に従い、あらかじめプログラム化されている。上述した装置の種類および地上位置などの情報は、推奨されるホースの交換パーツの特定および保守修理手順とともに、地域のフルードパワーコンポーネント分配業者あるいはそれと同様のネットワークを含む応答ネットワークに対し、中央部１０５から送信される。この通信は、専用リンク、あるいは、インターネット、ワイヤレスおよび／又は有線テレフォンシステムその他の適切な任意の通信媒体を通じて行なわれる。応答ネットワーク１１３は、好ましくは、適切な取替え部品をもったサービス乗用車１１５（あるいはそれと同等のもの）を、好ましくはフルードパワーコンポーネント（ホース）が不明な故障状態となる前に、適切な修理手引きとともに特定の場所へ派遣し、これによって、停止および／又は故障に関する問題が防止される。

診断システム２００は、フルードパワーホース内における圧力振幅および温度を測定し、ホースの損傷およびホースの推定使用寿命の割合を計算し、そして、その結果を人工衛星リンク、ワイヤレス通信リンクなどの通信チャンネルを介して報告する。ホース内の液体温度および周辺空気の温度も計測、報告することが可能である。システム２００の主な機能は、フルードパワーホースの耐用期間の終わりをリアルタイムで推定することであり、故障前にホース交換を可能にする。好ましくは、システム２００は、図４、５のフローチャートのような方法によって累積ダメージアルゴリズム２０１を採用し、複数の圧力および／又は温度センサユニット２１１−２１４を備える。図２には４つのセンサが示されているが、当業者は、４つより少ない数、あるいはそれより大きい数のセンサが本システムおよび方法において採用可能であることを認めるであろう。好ましくは、センサユニット各々は、フルードパワーシステムの異なった位置に配置され、これによって、各センサは、ホースなどコンポーネントの数だけそのパフォーマンスを監視できる。また好ましくは、診断システム２００は、モニタリングされる各ホースを識別する情報に従ってプログラム化されている電子制御ユニット（ＥＣＵ）２２０を備える。好ましくは、ＥＣＵ２２０は、モニタリングされる圧力および温度を用いて、特定された各ホースに対してホースに対するダメージアルゴリズム２０１を適用する。ＥＣＵ２２０は、累積ダメージアルゴリズム２０１を実装し、各ホースに対するアルゴリズム２０１に従い、規格から外れている（過度な）圧力あるいは温度、ホース損傷、ホースの耐久期間の終了とう警告を発する。好ましくは、ＥＣＵ２２０は、ＥＣＵ自身の故障あるいは少なくとも１つのセンサ２０１の故障を警告する。

診断システム２００は、シリアル通信インターフェイス２２５といったインターフェイスを提供し、このインターフェイスによってパーソナルコンピュータやラップトップコンピュータなどの汎用プロセッサをベースにしたデバイスがシステム２００と接続し、これにより、警告に関する情報を収集し、そして／又は、対象となるフルードパワーシステムの動作及び／又は診断システム２００自身の動作を診断、監視する。加えて、上述した汎用プロセッサベースのデバイスあるいは同等のものを使って、図４、５に関し以下説明されるようなユーザによるプログラム用入力を受け入れさせるため、ポート２２５が使用可能である。

上述したように、診断システム２００は、少なくともモデム２０３を備えるかもしくはそれに関連しており、モデム２０３は、フルードパワーシステムおよびそのコンポーネントに関する警告だけでなく、機器および／又は機器の所在地に関する識別情報を伝送し、ＧＰＳモジュール、あるいは、任意の数の三角網システムおよび方法のような他の所在地特定手段によってそれらが配信される。このような情報は、上述したようなプリエンプティブな修理応答を提供するのに使用可能である。加えて、警告灯２３０、あるいは、表示画面のような他の視覚的装置あるいは音響的装置を使って、警告を伝えることが可能である。例えば、警告するのに、所定のシーケンスで警告灯２３０を点灯させることが可能であり、警告灯２３０は、１つもしくはそれより多いコンポーネントにとって保守修理が必要な状況、あるいはフルードパワーシステム１１２もしくはそのコンポーネントが規格外であることを示す。

図３は、診断システム２００を実現するための方法３００のフローチャートである。方法３００は、図２に例示されたような上述のシステムによって実行することができる。方法３００は、センサ２１１−２１４の出力となる圧力のピーク、谷、そして液体温度をサンプリングするなど、一連のモニタリングおよび測定のステップを含む。モニタリングおよび計測を実行するためのサンプリングは、すべての関連するデータが正確に測定されるのを確実にするため十分に高い周波数で実行され、例えば、フルードパワーシステムにおいて生じる圧力ピークと谷のいずれもピックアップするように十分な周波数で実行される。上述したように、この測定およびモニタリングは、少なくとも１つ、そして好ましくは複数のホースに関連した複数の数多いあるいは少ない中央位置にセンサを配置することで、容易になる。ステップ３０３では、測定される各ピーク圧力によって生じるフルードパワーシステム内の各ホースにおけるダメージが計算される。好ましくは、この計算は、少なくとも部分的において、対象ホースにおける相対的なピーク圧力の範囲および対象ホース内の流体温度に基づく。上述したように、また以下詳述するように、この計算は、図４、５のフローチャートの手順のように累積ダメージアルゴリズムを採用する。方法３００に従い、システムは、ステップ３０５において、一連の圧力ピークと温度のモニタリングおよび測定を続け、これにより、アルゴリズムは、各特定ホースに対する残りの寿命期間の推定に展開させることができる。保守修理が必要な状況が存在する、フルードパワーシステムのコンポーネントが基準の範囲外で使われている、あるいは、フルードパワーシステムのコンポーネントの故障が差し迫っているとアルゴリズムが判断すると、ステップ３１０において警告が出される。上述したように、また、以下詳述するように、警告は、フルードパワー診断及び応答システム１００の一部である中央位置へ向けて発信することが可能である。そこでは、本システムおよび方法に従って応答を定式化することができる。加えて、あるいは代替的に、図２に示したアラーム表示ライト２３０などを通じて、機器の操作者に警告を伝えても良い。本システムおよび方法に従い、警告３１０は、フルードパワーシステムを搭載した装置のＣＡＮバス（CANbus）あるいは他の適切な方法を通じて、接続したＰＣあるいはＰＤＡに対して発信され、携帯電話に伝送される。好ましくは、警告事態が生じていなくても、診断アルゴリズムからのデータ、さらには、装置の位置、装置のシリアルナンバー、センサおよびセンサに接続されるケーブル、制御ユニットの健全性並びにセンサの位置に関する情報といった他の重要な情報が、定期的に通信システムを通じてサーバへ伝送される。

本実施形態である累積ダメージアルゴリズム２０１が図４のフローチャートで示されている。上述したように、累積ダメージは、業界でよく知られたホース寿命の推定方法である。累積ダメージを計算する式が存在し、ＳＡＥ（全米自動車技術協会）Ｊ１９２７において詳細されている。累積ダメージ式は、圧力インパルス発生（pressure impulse exposure ）の経歴に基づき、ホースの累積的損傷を推定する。この圧力経歴は、フルードパワーシステム（ホースアッセンブリー）内の内部圧力の時系列的な変動を辿る。記録された時間に対する圧力データから、一連の相対的最大値および最小値を一覧表にすることが可能である。その中で顕著な最大値および最小値が、ピークおよび谷と呼ばれる。圧力のピークは、所定量すなわち閾値（差分圧力）だけそのピーク値よりも小さい最小値が前後にある最大値として、定義される。圧力の谷は、顕著なピーク間の最低値として定義される。いくつかのピークは、それらが近隣になければ、谷よりも低いことがあり得る。同様に、圧力の谷は、近隣にないピークよりも大きくなり得る。閾値（差分圧力）は、圧力経歴の中で顕著だと考えられる最大値とそれに隣り合う最低値との間の圧力差（差分圧力）の大きさである。選択される典型的な閾値（差分圧力）は、ホースの規格（許容可能）圧力の少なくとも３５パーセントである。もし、ある最大値前後の圧力差が前後両方とも閾値よりも大きければ、その最大値は圧力履歴の中でピークであると定義される。このように定義されたピーク圧力を使って、ＳＡＥＪ１９２７は、ゼロからピーク圧力までに基づいた累積ダメージを推定する評価式を採用する。

ＳＡＥＪ１９２７は、Ｐ−Ｎ曲線および圧力履歴に基づいてホース寿命の算定方法を提案するものであるが、そこでは、すべての顕著なピーク圧力がゼロに戻ると仮定している点で限定的であり、そのような仮定は、実際のケースでは稀であって、結果的にダメージ蓄積の過大評価を伴う。本アルゴリズムは、発生するすべてのピーク圧力偏位に対するダメージ、特に、谷がゼロより大きい相対的ピーク圧力に対するダメージを推定することができる。ＳＡＥＪ１９２７は、基本的なフルードパワーシステム圧力を無視するだけでなく、ホース寿命期間における温度変化、ホースの激しい曲げ、捻りいったアプリケーションの使用状況、熱、オゾンの外部状況等、根本的に重要な側面も考慮していない。注目すべきこととして、ＳＡＥＪ１９２７は、“液圧ホースを強化した高圧力ワイヤーの使用および選択をアシストする手順を備えたハイドロシステムのスペシャリストを提供する”ことにある。それは、設備設計の目的でホース寿命を予測する手段を提供することを追及しているのであり、システムの状況は装置の寿命を通じて継続するとこの予測が仮定する必要性がなく、必ずしも、リアルタイムでの運転サイクルにおける予測不能な変化に起因するケースでないことは明らかである。逆に、本アルゴリズムの目的は、装置の寿命を通じた実際の使用状態に基づくホースの使用できる期間をリアルタイムで示すことを提供することにある。

ＳＡＥＪ１９２７が、長期間過酷な限界に晒されている、あるいは、内部温度が高レベルであるといった“他の要因”がホースアッセンブリーの寿命期間全体に影響することを認識する一方で、ＳＡＥＪ１９２７の累積ダメージ分析手続きでは、“すべての意図および目的”で温度が考慮されていなかった。しかしながら、本発明では、流体温度が、たとえ適度な高さであっても、使用経過とともに、フルードパワーシステムのホース寿命に影響を与える可能性があると判断する。例えば、ホースに対するダメージが増えるほど流体温度が上昇するということが、経験的に本発明の展開に導かれる。よって、本システムおよび方法に従えば、ＳＡＥＪ１９２７の累積ダメージ計算式は、フルードパワーシステムでの使用するための本診断および応答システムおよび方法の開始点とみなすことができる一方、ＳＡＥＪ１９２７は、製品の整合性および異なるタイプの損傷事態の相対的影響について誤った仮定を作っている。本システムおよび方法によって使用される累積ダメージアルゴリズムは、統計的な試験データに基づいており、ＳＡＥ計算式では考えられていない要因を組み込んでいる。これらの要因には、顕著な圧力発生に加え、オイル温度や、曲げ、ホース装着期間、圧力オーバー、温度オーバー、周辺温度、予想周辺オゾンレベル等といったアプリケーション情報が含まれる。

本システムに従ってホースの寿命を予測するため、好ましくはいくつかの変数が、システムをインストールのときなどに予め定義されている。本システムおよび方法は、フルードパワーシステムの各ホースに対して別々に累積ダメージを計算する。これにより、システムが装着されるとき、ＥＣＵは、モニタリングしているホースに関連した情報に合わせてプログラムされることが好ましく、モニタすべき各ホースに対して正確なダメージアルゴリズムを適用する。信頼性ある寿命期間の終焉を推定するため、リアルタイムでの圧力および温度の測定値が、インストール時の情報と合わせて採用される。各ホースに対するインストール時に定義可能な変数には、最大動作温度、運転動作圧力あるいは最大圧力に対する割合によって表現可能なインパルスポイント、運転動作圧力あるいは最大圧力の割合によってこれも表現可能な破裂ポイント、故障するまでの圧力サイクルの数、定格圧力、ピーク閾値、ホースの装着状態での曲げ、温度応答曲線などが含まれる。

図４は、本実施形態のフルードパワーホースダメージアルゴリズムを含むフローダイアグラムであり、例示された本方法の実施形態４００とともに使用される。本システムおよび方法によって使用される、ユーザによるプログラムへの入力４０１には、各ホースに対する最大定格圧力（Ｐｍ）４０３、ホースの定格圧力から通常導かれ、特定ホースに対するピーク圧力を示す閾値圧力４０５、各ホースの最大定格温度（Ｔｍ）４０７、各ホースの温度応答曲線４０９、対象となるフルードパワーシステムの動作中の特定のホースの曲げ量といったアプリケーション固有のデータなど付加的な変数４１１、使用されていたホースの使用可能期間の割合に基づく警告トリガー（ＷＴ）４１３、そして、単にホースの使用年数といった時間ベースの使用可能限度を表すインストールタイムリミット（ＴＬ）４１５が含まれる。ユーザによるプログラム入力は、ユーザポート２２５あるいは同等のものを使ってエンターされ、汎用プロセッサベースのデバイスもしくは類似のツールを利用する。本システムおよび方法に使用されるセンサ入力４２０には、センサ２１１−２１４などから収集可能な瞬間的圧力（Ｐ）、瞬間的温度（Ｔ）が含まれる。同様に、周辺温度といった付加的なセンサ入力４２５は、これらのセンサあるいは他のセナによって提供可能である。

システム動作中において、所定のホースに対し瞬間圧力４２２が最大定格圧力４０３を超えたとステップ４３１で判断された場合、ステップ４３０において、警告メッセージが出される。同様に、瞬間温度４２４がホースの最大定格温度４０７を超えたとステップ４３２で判断された場合、ステップ４３０において警告メッセージが発信される。

本実施形態である図４に例示したアルゴリズムは、ステップ４３０において警告を発するため、ステップ４４１−４４６を包括するように概して記述される。図示するように、ステップ４４１では、測定された瞬間圧力４２２および入力された閾値圧力４０７が、一連の重要な相対的ピーク圧力を検出するために使用される。ステップ４４２では、検出された一連の有効相対的ピーク圧力が、相対的ピーク圧力ごとのホースダメージを対象となるホースのＰ−Ｎ曲線を利用して計算するために使用される。ステップ４３３では、温度応答曲線４０９に従って計算に適用されるように、ダメージ計算が瞬間温度４２４に基づいて修正される。オプションとして、ステップ４４４では、修正計算されたダメージは、アプリケーション因子４１１（曲げなど）の入力および／又は温度あるいはオゾンレベルなど周辺状況の入力といった他の入力によって、さらに修正される。ステップ４４５では、修正されたダメージが、以前の計算された修正ダメージと総計されて保存される。ステップ４４６では、この総計されたダメージが警告トリガー４１３と比較される。特定のホースに対する総計されたダメージが警告トリガーを超えた場合、そのホースに対する警告メッセージがステップ４３０において発せられる。

ステップ４５０では、特定のホースにおいて使用年数限度を超えたか判断される。もし超えているならば、警告メッセージがステップ４３０において発せられる。ステップ４４６、４５０において、累積ダメージ警告トリガー閾値４１３を超えておらず、また、インストールされてからの使用限度４１５を超えていない場合、ステップ４５５において、累積ダメージを報告する通常のメッセージ発信、センサの読み出し等が行なわれ、累積ダメージ計算は、ステップ４４１へ戻る。

図５は、本アルゴリズムの様々な実施形態で使用する本システムの実施形態における詳細なデータの流れを示すチャートである。ステップ５０１では、Ｐ−Ｎ曲線情報、ホース情報、ピーク閾値などのユーザ入力データが入力され、ステップ５０３における累積圧力ダメージ計算に利用するため、ＥＣＵへ送信される。また、ステップ５０５において、好ましくはユーザ入力データが、中央サーバ２２０などの中央データ保管場所へ送信される。ステップ５０５では、初期化のため、あるいは、定期的アップデート情報やホース交換時期などのアップデータ情報の一部として、ユーザ入力情報が中央サーバへ送信される。

ステップ５１０では、センサ２１１−２１４などによって圧力が測定される。ステップ５１２では、好ましくはＥＣＵにより、ステップ５１０の測定で抽出された圧力を使って、ピーク圧力が検出されたか否かが判断される。ピーク圧力がステップ５１２で検出された場合、このピーク圧力と、可能であればその継続期間が、ステップ５０３で実行される累積圧力ダメージ演算処理に対する入力として、提供される。ステップ５１２でピーク圧力が検出される、されないに関係なく、ステップ５１０における圧力測定は継続される。加えて、ステップ５１０で測定された圧力は、ホース内の圧力が圧力オーバーか、あるいは液漏れを示す圧力不足であるかを評価するため、ステップ５１５で使用される。ステップ５１５において、圧力過度、もしくはリークが検出されると、ステップ５２０において警告が発せられる。しかしながら、ステップ５１５において圧力値が通常パラメータ範囲内であると判断されると、ステップ５１８において検出される中断時間に基づいて転送可能な定期的通常動作メッセージ（ステップ５２５）の一部として転送するため、測定値がステップ５１７において格納される。ステップ５０３では、ステップ５１２で検出される一連の相対ピーク圧力およびステップ５０１で提供されるＰ−Ｎ曲線を使い、累積圧力ダメージ計算が実行される。ステップ５０３における累積圧力ダメージの計算結果は、ステップ５３０における全体の累積ダメージ計算に対する入力として提供される。

ステップ５３５では、流体温度が、センサ２１１−２１４などによって測定される。この温度測定は、ステップ５３０における累積ダメージ計算に適用される温度補償要因に対する入力として、ステップ５４０で利用される。また、ステップ５３５における流体温度測定は、液体温度が閾値よりも上か下か判断するためにステップ５３７で評価され、もしそうであれば、ステップ５２０で警告が発せられる。しかしながら、ステップ５３７において流体温度が通常パラメータ範囲内と判断されると、ステップ５２５における定期的通常動作メッセージの一部として送信するため、ステップ５１７で測定値が保存される。

同様に、ステップ５４２では、周辺大気温度が測定される。この周辺温度測定は、ステップ５３０での累積ダメージ計算に適用される温度補償ファクターに対する入力として、ステップ５４０で代替的に利用可能である。また、ステップ５４２における大気温度測定値は、周辺温度が閾値より上あるいは下であるか判断するためにステップ５４４で評価され、もしそうであれば、ステップ５２０で警告が発せられる。しかしながら、ステップ５４４において、周辺温度が通常パラメータ範囲内であると判断されると、ステップ５２５における定期的通常動作メッセージの一部として送信するため、測定値がステップ５１７において格納される。

ステップ５３０における累積ダメージ計算は、累積圧力ダメージ計算結果に、特定のホースが扱う流体温度によって与えられる相対的付加ダメージあるいは減少ダメージを反映させる数を乗じるなど、ステップ５３５で測定された流体温度から導かれる温度補償係数を適用することにより、累積ダメージ計算結果５０３を修正する。例えば、この数値は、そのホースの最大定格温度を超える流体温度に対する数値よりも大きく、そのホースの最大定格温度より下の流体温度に対する数値よりも小さい。

ステップ５３０における累積ダメージ計算へのその他の可能な入力５４５−５４７には、曲げ（５４５）あるいはねじり、並びに／又は熱、オゾンなどホースが受ける外部条件といったホースの動作因子が含まれる。例えば、累積圧力ダメージ計算結果に対し、特定ホースの曲げなどによって与えられる相対的付加ダメージを反映される（通常１よりも大きい）数をさらに乗じるなどにより、曲げ因子５４５あるいは他の因子が、累積圧力ダメージ計算に適用可能である。

これら特定ホースに対する累積圧力ダメージの修正の結果は、それ以前の特定ホースに対する結果に合算され、トータルとしての累積ダメージを提供する。ステップ５５０では、特定ホースに対する総累積ダメージが評価され、そのホースが寿命期間の終焉に到達したことを示す閾値に到達したか判断される。もし、そのホースが予想される寿命の終焉に到達した場合、警告メッセージがステップ５２０において発せられ、そうでなければ、ステップ５２５における定期的通常動作メッセージの一部として伝送するため、特定ホースに対する総累積ダメージがステップ５１７において格納される。

加えて、ステップ５６０では、特定のホース、フルードパワーシステム、診断システムの特定のセンサ、診断システム自身などの使用年数がモニタリングされる。ステップ５６２において、これらシステムあるいはシステムコンポーネントがシステムあるいは特定のコンポーネントに適用され得るあらかじめ決められた閾値に到達すると、ステップ５２０において警告メッセージが発せられる。

図６は、図１に例示された応答システム１００によって実装可能な本発明に従うフルードパワー診断及び応答方法６００のフローチャートである。ステップ６０１では、フルードパワーシステムを通じて配置される圧力および温度センサ２１１−２１４により、温度およびピーク圧力のデータが獲得される。ステップ６０４における故障アルゴリズムでのデータ分析は、上述したように、累積ダメージの経歴作成、また、フルードパワーコンポーネントが寿命終焉に近いあるいは故障したことを判断するために利用される。ステップ６０７において、フルードパワーコンポーネントが寿命終焉に近い、あるいは故障した、又は故障が差し迫っているという情報が、図１に例示したサーバ１０５などの中央部に対し、フルードパワーシステム情報およびその場所とともに伝送される。好ましくは、その情報は中央位置で分析され（６１０）、故障の疑いに対処するのに必要な交換パーツ、そしてフルードパワーシステムを維持し、そして／又はパーツを交換するための手引きを含む適切な応答を決定する。ステップ６１２では、フルードパワーシステムの位置および交換パーツの特定そして手順を含むフルードパワーシステムに関する情報を、図１のサービストラック１１５など応答ユニットに対し転送するため、応答ネットワークが利用される。例えば、診断システムから受けた種類の情報に従い、適切な修理、保守点検の応答が自動的に作成される。典型的な応答としては、装置のある場所に訪問して実際に故障する前に予防的メンテナンスを行なうことができる地元の配給者、あるいはサービスエージェントに情報を伝えることがある。他の応答としては、交換パーツを組み立ててサービスエージェントやアプリケーションサイトに直接配達するサプライヤーに対する応答がある。ステップ６１５では、応答ユニットが、交換パーツとともにフルードパワーシステムの居場所に出向き、ステップ６２０では、指示された故障前のフルードパワーコンポーネントの交換などによるフルードパワーシステムの修理および／又はメンテナンスが実行され、これによってフルードパワーシステムの故障が防止される。好ましくは、ホース交換後に、交換されたホースの累積ダメージが新しく計算されるようにＥＣＵがリセットされる。

本システムおよび方法に従い、車の保守修理市場に投入される診断システムは、中央サーバと通信し、そして、修理およびメンテナンスのデータがパーツ配給者に配信され、特定のアセンブリー、装置、そして予防的メンテナンスの必要がある場所を通知する。代わりに、配給者は、使用中補給可能な交換パーツの一覧を備えた上述の応答ユニットのようなモバイル装置から外れて作業することができる。代わりの実施形態では、診断システムは、オリジナル機器としてインストールされ、非集中型データ収集がディーラシップおよび自動車保守点検市場とともにＯＥＭにとって考えられるように、中央サーバは製造者、ディーラーによってメンテナンスされてもよい。

さらに代替できるものとして、本システムおよび方法は、フルードパワーシステム作業効率をモニタリングするなどに利用可能である。これによって、本システムおよび方法は、どのオペレータにも、装置出力を最適化するのに利用可能である。例えば、システムは、装置が使用される動作時間の率、あるいは引き受けられる動作の割合を判断するように構成することができる。代替的あるいは付加的には、他のフルードパワーシステムデータは、ＥＣＵを使って、例えばオイル減少の評価に用いられる。特に、ＥＣＵへの入力あるいはセンサ入力は、任意の特徴、属性あるいは要因であって、オイル不純、エンジンミスファイア、高い冷却液温度、バッテリーチャージ、タイヤ圧など、その特徴、属性あるいは要因によって変動する電圧信号を提供するようにモニタリング可能であれば、どのような特徴、属性あるいは要因であってもよい。

本発明及びそのアドバンテージが詳細に記載されたが、添付されたクレームによって定義される本発明の意図および範囲から離れることなく、様々な変更、置換、代替がなし得ることを理解すべきである。さらに、本願の範囲は、明細書に記載された特定の実施形態のプロセス、装置、製造、構成物、手段、方法およびステップに限定されることを意図していない。当業者であれば、本発明の開示から、ここに記載された実施形態と同じ機能を実質的に果たし、又は同等の結果を実質的にもたらすような現存する、あるいは将来進展するプロセス、装置、製造、構成物、手段、方法あるいはステップが本発明により利用可能であることが認識されることであろう。したがって、添付クレームは、そのようなプロセス、装置、製造、構成物、手段あるいは方法のような範囲に含まれることが意図されている。

Claims (15)

1. フルードパワーシステムの圧力のピークおよび谷をモニタリングし、
   前記フルードパワーシステムの温度を測定し、
   前記フルードパワーシステムの１つのホースあるいは複数のホース各々に対し、リアルタイムで測定される、各ホース内のピーク圧力の範囲と各ホース内のピーク圧力が生じるときの流体の温度に基づき、ピーク圧力および流体の温度によって生じるダメージを計算し、
   前記モニタリングおよび前記測定を続け、
   計算されたダメージを累積して、前記ホースの寿命がどの程度利用されているか評価し、
   前記フルードパワーシステムもしくはシステムコンポーネントに対して修理保守の必要な状況であること、あるいは規格から外れている状況であることを警告する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記計算は、少なくとも部分的には相対的ピーク圧力およびピーク圧力が生じるときのホース内の流体温度に基づいて、各ピーク圧力および流体の温度により生じるホースに対するダメージを計算することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記計算は、前記ホースの曲げの程度を考慮することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記計算は、前記ホースの使用期間を考慮することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記計算は、Ｐ−Ｎ曲線を利用して、相対的ピーク圧力に基づきダメージを計算し、そして、温度応答曲線に従い、計算されたダメージを、測定された流体の温度に基づいて修正することを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記警告は、前記計算を実行するコントロールユニットの故障の警告、あるいは前記モニタリングおよび測定を提供する１つもしくは複数のセンサの故障の警告を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記規格から外れている状況は、圧力オーバーであること、温度オーバーであること、および／または使用寿命を超えたことであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 警告に関する情報を収集するため、汎用プロセッサをベースとしたデバイスを、前記計算および警告を実行するコントロールユニットに接続させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記フルードパワーシステムから離れた中央位置へ前記警告を伝えるのを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記モニタリングおよび測定を実行する複数の圧力および温度センサユニットを配置し、
    モニタリングされる各ホースを各センサによって識別するのをさらに含み、
    各センサユニットは、前記フルードパワーシステムの異なるエリアに配置され、
    各センサユニットは、そのユニットが配置されたエリアにある複数のホース各々における圧力および温度を測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記計算が、モニタリングされるホースによって変わることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記警告は、前記フルードパワーシステムあるいはそのコンポーネントに対して修理保守が必要な状況であること、あるいは規格外であることを示すことを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 複数の圧力および温度センサユニットと、
    モニタリングされる各ホースを識別する情報に従ってプログラム化されたコントロールユニットとを備え、
    各センサユニットは、フルードパワーシステムの異なったエリアに配置され、また、各ユニットは、配置されたエリアにある複数のホース各々をモニタリングし、
    各センサユニットは、圧力のピークと谷が測定できるサンプリング周波数で、圧力のピークと谷をモニタリングするとともにピーク圧力が生じるときの流体の温度を測定し、
    前記コントロールユニットは、識別されたホースに対し、ホースダメージアルゴリズムを適用することにより、測定されたピーク圧力の範囲およびピーク圧力が生じるときの流体の温度に基づき、ホースのダメージを計算し、
    前記コントロールユニットは、計算されたダメージを累積して、前記ホースの寿命がどの程度利用されているか評価し、
    前記コントロールユニットは、少なくとも部分的には該アルゴリズムに基づいた警告を提供することを特徴とするシステム。
14. 前記コントロールユニットは、少なくとも部分的には相対的ピーク圧力およびピーク圧力が生じるときのホース内の流体の温度に基づいて、各ピーク圧力により生じるホースに対するダメージを計算することを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 警告に関する情報を収集するため前記システムに接続される汎用プロセッサベースのデバイスをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。

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