CN111699373A - 作业车辆的状态检测系统、作业车辆以及作业车辆的状态检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种作业车辆的状态检测系统,具备:行驶状态检测装置,其设于具有旋转机械的作业车辆,检测作业车辆的行驶状态;振动传感器,其设于旋转机械;行驶状态数据获取部,其获取表示行驶状态的行驶状态数据;条件成立判定部,其对行驶状态是否满足规定条件,进行判定;振动检测数据获取部,其获取表示在行驶状态满足规定条件时的振动传感器的检测值的振动检测数据;振动正常数据存储部,其存储表示在旋转机械为正常且行驶状态满足规定条件时的振动传感器的检测值的振动正常数据;以及解析部,其基于振动检测数据和振动正常数据,解析在获取了振动检测数据时的旋转机械的状态。

Description

作业车辆的状态检测系统、作业车辆以及作业车辆的状态检 测方法
技术领域
本发明涉及一种作业车辆的状态检测系统、作业车辆以及作业车辆的状态检测方法。
背景技术
自卸车或轮式装载机这类轮式驱动的作业车辆具备内燃机这类动力源以及变速装置或车桥装置这类旋转机械。由动力源产生的动力经由变速装置和车桥装置而传递至车轮。车轮旋转,从而作业车辆行驶。
旋转机械具有构成齿轮或轴承这类旋转部的机械部件。机械部件一旦劣化,机械部件的表面就会产生细小的初期剥离。如果在放任初期剥离不管的状态下继续使用机械部件,则剥离会进一步加剧,最终机械部件会发生破损。而且,在破损的机械部件的碎片向周围飞散或是周边的机械部件损伤而遭受的损害扩大的情况下,需要巨额的维修成本以及漫长的维修期间。因此,需要这样一种技术,即使机械部件出现初期剥离这类异常,该技术也能够在遭受的损害扩大之前,早期检测出机械部件的异常。
专利文献1:日本特开2016-145712号公报
发明内容
在机械部件发生初期剥离的阶段,产生的振动和异常噪音的大小较小,难以察觉到作业车辆的旋转机械的异常。因而,有时在机械部件发生破损且遭受的损害扩大之后才意识到旋转机械的异常。
本发明的形态旨在可靠地识别作业车辆的旋转机械的状态。以下,对旋转机械的正常和异常的识别,也包括其预兆在内,进行详细说明。
根据本发明的形态,提供一种作业车辆的状态检测系统,具备:行驶状态检测装置,其设于具有旋转机械的作业车辆,检测所述作业车辆的行驶状态;振动传感器,其设于所述旋转机械;行驶状态数据获取部,其获取表示所述行驶状态的行驶状态数据;条件成立判定部,其对所述行驶状态是否满足规定条件,进行判定;振动检测数据获取部,其获取表示所述行驶状态满足所述规定条件时的所述振动传感器的检测值的振动检测数据;振动正常数据存储部,其存储表示在所述旋转机械为正常且所述行驶状态满足所述规定条件时的所述振动传感器的检测值的振动正常数据;以及解析部,其基于所述振动检测数据和所述振动正常数据,解析在获取了所述振动检测数据时的所述旋转机械的状态。
根据本发明的形态,能够可靠地识别作业车辆的旋转机械的状态。
附图说明
图1是从后方观察本实施方式涉及的作业车辆的一个示例的立体图。
图2是示意性表示本实施方式涉及的作业车辆的一个示例的图。
图3是从后方观察本实施方式涉及的旋转机械的一部分的图。
图4是表示本实施方式涉及的旋转机械的一个示例的俯视图。
图5是表示本实施方式涉及的状态检测系统的一个示例的功能框图。
图6是表示本实施方式涉及的规定条件的一个示例的图。
图7是表示本实施方式涉及的振动正常数据及振动检测数据的振动频谱特性的图。
图8是表示本实施方式涉及的相关数据的一个示例的图。
图9是表示本实施方式涉及的状态检测方法的一个示例的流程图。
图10是表示本实施方式涉及的状态检测方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明,但本发明并不限于此。以下说明的实施方式的构成要素可适当地加以组合。此外,有时可不使用一部分构成要素。
作业车辆
图1是从后方观察本实施方式涉及的作业车辆100的一个示例的立体图。图2是示意性表示本实施方式涉及的作业车辆100的一个示例的图。本实施方式中,作业车辆100是在矿山开采现场装载货物行驶的自卸车。以下的说明中,适当地将作业车辆100称为自卸车100。
本实施方式中,自卸车100具有供驾驶员搭乘的驾驶室。自卸车100是由驾驶员操作的有人自卸车。此外,本实施方式中,自卸车100是刚性自卸车。
如图1及图2所示,自卸车100具备动力源70、车架110、倾卸车身120和行驶装置130。
动力源70由车架110支撑。动力源70包括柴油发动机这类内燃机。另外,动力源70也可以具有基于由内燃机所产生的动力而工作的发电机、以及基于由发电机产生的电力而工作的电动马达。
车架110支撑倾卸车身120。倾卸车身120是用于装载货物的部件。
行驶装置130支撑车架110。行驶装置130具备安装有轮胎140的车轮150、悬架装置160和转向装置170。
车轮150由悬架装置160支撑。车轮150包括前轮150F和后轮150R。后轮150R以旋转轴AX为中心旋转。
以下的说明中,适当地将与旋转轴AX平行的方向称为车宽方向,适当地将自卸车100的行进方向称为前后方向,且适当地将与车宽方向及前后方向分别正交的方向称为上下方向。
前后方向其中之一为前方,前方的反方向为后方。车宽方向其中之一为右方,右方的反方向为左方。上下方向其中之一为上方,上方的反方向为下方。前轮150F配置于比后轮150R靠前方处。前轮150F配置于车宽方向两侧。后轮150R配置于车宽方向两侧。倾卸车身120配置于比车架110靠上方处。
悬架装置160支撑车轮150。悬架装置160具有支撑车轮150的悬架缸161。悬架缸161配置于车轮150与车架110之间。悬架缸161的内部密封有液压油。悬架缸161根据行驶装置130所行驶的路面的凹凸状态而伸缩。悬架缸161伸缩,从而密封于悬架缸161的内部的液压油的压力变动。
转向装置170对前轮150F进行操作。转向装置170通过配置于驾驶室的方向盘由驾驶员操作来工作。
行驶装置130具有旋转机械1,该旋转机械1将由动力源70产生的动力传递至后轮150R。旋转机械1包括车桥装置1A及变速装置1B。由动力源70产生的动力经由变速装置1B传递至车桥装置1A。变速装置1B使传动轴3旋转。传动轴3给车桥装置1A提供旋转力。车桥装置1A将经由变速装置1B及传动轴3所提供的动力源70的动力传递至后轮150R。后轮150R基于所提供的动力而以旋转轴AX为中心旋转。由此,行驶装置130行驶。
此外,自卸车100具备转数传感器410、压力传感器420、油门开度传感器430、转向角传感器440、位置传感器60、报告装置80、通信装置180、控制装置200以及振动解析装置300。
转数传感器410检测给车桥装置1A提供旋转力的传动轴3的每单位时间的转数N。通过检测传动轴3的每单位时间的转数N即旋转速度,来检测自卸车100的行驶速度V。
压力传感器420检测悬架缸161中所密封的液压油的压力P。压力传感器420检测悬架缸161的液压油的压力P,来检测作用于悬架缸161的负荷。根据行驶装置130所行驶的路面的凹凸状态,悬架缸161的液压油的压力P变动。压力传感器420作为检测路面的凹凸状态的路面状态传感器而发挥功能。通过检测悬架缸161的液压油的压力P,来检测路面的凹凸状态。
此外,根据倾卸车身120所装载的货物的重量,悬架缸161的液压油的压力P变动。压力传感器420作为检测倾卸车身120所装载的货物的重量的装载量传感器而发挥功能。
油门开度传感器430检测油门踏板73的操作量(踩入量)。基于油门踏板73的操作量,调整动力源70的节流阀的油门开度W(节流开度)。油门踏板73作为对驱动旋转机械1的动力源70的输出进行调整的操作装置而发挥功能。操作装置的操作量包括油门开度W。通过调整油门开度W,调整对旋转机械1进行驱动的动力源70的输出。
转向角传感器440检测转向装置170的转向角θ。在操作角θ为0[°]时,行驶装置130直行。若转向角θ增大,则行驶装置130转弯。通过检测转向装置170的转向角θ,检测行驶装置130是直行状态还是转弯状态。
位置传感器60通过全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System:GNSS),检测全球坐标系中表示自卸车100的位置的绝对位置。作为全球导航卫星系统的一个示例,举出有GPS(Global Positioning System,全球定位系统)。位置传感器60包括GPS接收器。
报告装置80搭载于自卸车100。报告装置80配置于驾驶室,向驾驶员报告数据。报告装置80包括显示装置、发光装置以及声音输出装置中的至少一种。显示装置包括液晶显示器(LCD:Liquid Crystal Display)或有机EL显示器(OELD:OrganicElectroluminescence Display,有机电致发光显示器)这类平板显示器。发光装置包括发光二极管(LED:Light Emitting Diode)这类光源。声音输出装置包括能够发出报警音的警报器或语音输出装置。报告装置利用显示装置上所显示的显示数据、从发光装置发出的光以及从声音输出装置输出的声音中的至少一种,向驾驶员报告数据。
通信装置180能够与外部机器通信。通信装置180与控制装置200连接。
旋转机械
图3是从后方观察本实施方式涉及的车桥装置1A的一部分的图。图4是表示本发明的实施方式涉及的车桥装置1A的一个示例的俯视图。本实施方式中,车桥装置1A是驱动后轮150R的后桥。车桥装置1A具有车桥壳体2。车桥壳体2为筒状部材。车桥壳体2的内部空间中,收纳有齿轮10或轴承20这类多个机械部件。
车桥壳体2经由悬架装置160由车架110支撑。车桥壳体2上设有振动传感器50。振动传感器50在车桥壳体2的外表面设有多个。振动传感器50在车桥壳体2的上表面间隔开地设有多个。振动传感器50设于车桥壳体2,以检测上下方向(铅直方向)的振动。
本实施方式中,设于车桥壳体2的振动传感器50包括四个振动传感器50A、50B、50C、50D。振动传感器50A设于车桥壳体2的上表面的车宽方向的中央部且前后方向的中央部。振动传感器50B设于车桥壳体2的上表面的车宽方向的中央部且振动传感器50A的前方。振动传感器50C设于车桥壳体2的上表面的前后方向的中央部且振动传感器50A的左方。振动传感器50D设于车桥壳体2的上表面的前后方向的中央部且振动传感器50A的右方。另外,设于车桥壳体2的振动传感器50也可以是两个或三个,还可以是五个以上的任意数目。另外,设于车桥壳体2的振动传感器50也可以是一个。
如图4所示,车桥装置1A具有车桥壳体2、配置于车桥壳体2的内部空间2H且连结至传动轴3的差速器4、以及经由差速器4而传递有传动轴3的旋转力的车桥轴。车桥轴旋转,从而行驶装置130的后轮150R旋转。
车桥壳体2具有收纳差速器4的差动体2A、以及分别连接至差动体2A的左侧及右侧的侧部(side body)2B。
传动轴3基于由发动机产生的驱动力而旋转。传动轴3沿前后方向延伸,以旋转轴BX为中心旋转。旋转轴BX沿前后方向延伸。
由动力源70产生的动力经由变速装置1B及传动轴3而传递至车桥装置1A。
传动轴3一以旋转轴BX为中心旋转,车桥轴就以旋转轴AX为中心旋转。旋转轴AX沿车宽方向延伸。旋转轴AX与旋转轴BX实质上正交。车桥轴以旋转轴AX为中心旋转,从而连接至车桥轴的后轮150R以旋转轴AX为中心旋转。
状态检测系统
图5是表示本实施方式涉及的状态检测系统1000的一个示例的功能框图。如图5所示,状态检测系统1000具备控制装置200、振动解析装置300、行驶状态检测装置400和振动传感器50。
此外,状态检测系统1000具备位置传感器60、报告装置80和通信装置180。状态检测系统1000能够经由通信装置180及通信装置190与服务器500通信。
状态检测系统1000设于自卸车100。服务器500设于自卸车100的外部。
通信装置190与服务器500连接。状态检测系统1000的通信装置180与服务器500的通信装置190经由通信网络通信。通信网络包括互联网(Internet)。另外,通信网络也可以包括移动电话通信网。
控制装置200包括计算机系统。控制装置200具有包括CPU(Central ProcessingUnit,中央处理单元)这类处理器的运算处理装置210、包括RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)这类易失性存储器及ROM(Read Only Memory,只读存储器)这类非易失性存储器的存储装置220、以及输入/输出接口230。
振动解析装置300包括计算机系统。振动解析装置300具有包括CPU这类处理器的运算处理装置310、包括RAM这类易失性存储器及ROM这类非易失性存储器的存储装置320、以及输入/输出接口330。
服务器500包括计算机系统。服务器500具有包括CPU这类处理器的运算处理装置510、包括RAM这类易失性存储器及ROM这类非易失性存储器的存储装置520、以及输入/输出接口530。
控制装置200的输入/输出接口230包括将运算处理装置210及存储装置220与外部机器连接的接口电路。输入/输出接口230连接有振动解析装置300、行驶状态检测装置400、位置传感器60、报告装置80以及通信装置180。
振动解析装置300的输入/输出接口330包括将运算处理装置310及存储装置320与外部机器连接的接口电路。输入/输出接口330连接有控制装置200、行驶状态检测装置400以及振动传感器50。
服务器500的输入/输出接口530包括将运算处理装置510及存储装置520与外部机器连接的接口电路。输入/输出接口530连接有通信装置190。
行驶状态检测装置400设于自卸车100。行驶状态检测装置400检测自卸车100的行驶状态。本实施方式中,行驶状态检测装置400包括转数传感器410、压力传感器420、油门开度传感器430以及转向角传感器440。
通过行驶状态检测装置400检测的自卸车100的行驶状态包括下述各项中的至少一个:通过转数传感器410检测的传动轴3的每单位时间的转数、通过压力传感器420检测的悬架缸161的压力、通过油门开度传感器430检测的调整动力源70的输出的油门开度、以及通过转向角传感器440检测的转向装置170的转向角。
振动传感器50设于车桥装置1A的车桥壳体2。振动传感器50检测车桥装置1A的振动。
控制装置200的运算处理装置210具有:行驶状态数据获取部240,其获取表示自卸车100的行驶状态的行驶状态数据;位置获取部250,其获取表示自卸车100的位置的位置数据;条件成立判定部260,其判定自卸车100的行驶状态是否满足规定条件;以及触发部270,其输出触发信号至振动解析装置300。
控制装置200的存储装置220具有规定条件存储部221、位置数据存储部222和数据蓄积部223。
行驶状态数据获取部240从行驶状态检测装置400获取行驶状态数据。行驶状态数据获取部240包括:转数获取部241,其从转数传感器410获取传动轴3的转数N;压力获取部242,其从压力传感器420获取悬架缸161的压力P;油门开度获取部243,其从油门开度传感器430获取油门开度W;以及转向角获取部244,其从转向角传感器440获取转向装置170的转向角θ。
位置获取部250从位置传感器60获取自卸车100的位置。
规定条件存储部221存储与自卸车100的行驶状态相关的规定条件。规定条件规定自卸车100的下述行驶状态,在该行驶状态下,在振动传感器50检测车桥装置1A的振动时,能够在外部干扰被抑制的状态下检测车桥装置1A的状态。“自卸车100的行驶状态满足规定条件”意味着:在振动传感器50上所施加的外部干扰被抑制的状态下,振动传感器50能够可靠地检测车桥装置1A的振动。
位置数据存储部222基于由位置获取部250获取的自卸车100的位置、以及在自卸车100在由位置获取部250获取的位置行驶时由行驶状态数据获取部240获取的自卸车100的行驶状态,来存储表示在行驶状态满足规定条件时的自卸车100的位置的位置数据。位置数据存储部222存储在满足规定条件下行驶时的自卸车100的位置。
数据蓄积部223存储由行驶状态数据获取部240获取的行驶状态数据、以及振动传感器50的振动检测数据。
条件成立判定部260基于规定条件存储部221中所存储的规定条件,判定由行驶状态数据获取部240获取的行驶状态是否满足规定条件。条件成立判定部260将判定数据输出至振动解析装置300。
触发部270在行驶状态满足规定条件的状态维持了规定时间时,输出用于开始振动解析的触发信号至振动解析装置300。本实施方式中,规定时间例如为5[秒]。
振动解析装置300的运算处理装置310具有:行驶状态数据获取部340,其获取表示自卸车100的行驶状态的行驶状态数据;振动检测数据获取部350,其获取表示振动传感器50的检测值的振动检测数据;解析部360,其解析在振动检测数据获取部350获取了振动检测数据时的车桥装置1A的状态;以及输出部370,其输出解析部360的解析结果。
振动解析装置300的存储装置320具有振动正常数据存储部321、相关数据存储部322和数据蓄积部323。
行驶状态数据获取部340从行驶状态检测装置400获取行驶状态数据。振动解析装置300的行驶状态数据获取部340具有与控制装置200的行驶状态数据获取部240同等的功能。
振动正常数据存储部321存储表示在车桥装置1A为正常且自卸车100的行驶状态满足规定条件时的振动传感器50的检测值的振动正常数据。车桥装置1A为正常,是指车桥装置1A的机械部件为正常,包括车桥装置1A的机械部件未劣化的状态、未发生表面剥离的状态以及未发生破损的状态。例如,当车桥装置1A为新品时,车桥装置1A为正常。振动正常数据例如在车桥装置1A为新品且自卸车100在规定条件下行驶时被收集,并存储于振动正常数据存储部321。另外,车桥装置1A为正常,不限于车桥装置1A为新品。
相关数据存储部322存储相关数据,该相关数据表示传动轴3的转数N与车桥装置1A的机械部件为异常时的车桥装置1A的振动特性之间的关系。在车桥装置1A的多个机械部件当中确定异常的机械部件时使用相关数据。
数据蓄积部323存储由行驶状态数据获取部340获取的行驶状态数据、以及振动传感器50的振动检测数据。
振动检测数据获取部350从振动传感器50获取表示振动传感器50的检测值的振动检测数据。本实施方式中,振动检测数据获取部350获取在自卸车100的行驶状态满足规定条件时的振动传感器50的振动检测数据。条件成立判定部260的判定数据被提供给振动检测数据获取部350。振动检测数据获取部350获取在条件成立判定部260判定为自卸车100的行驶状态满足规定条件时的振动传感器50的振动检测数据,并存储于数据蓄积部323。
解析部360基于振动正常数据存储部321中所存储的振动正常数据、以及由振动检测数据获取部350获取的振动检测数据,解析在振动检测数据获取部350获取了振动检测数据时的车桥装置1A的状态。
振动检测数据是在行驶状态满足规定条件时由振动传感器50检测出的振动波形数据。振动正常数据也是在行驶状态满足规定条件时由振动传感器50检测出的振动波形数据。也即是说,振动检测数据被获取时的自卸车100的行驶状态,与振动正常数据被获取时的自卸车100的行驶状态为同一条件(规定条件)。
在获取振动检测数据时车桥装置1A的机械部件为正常的情况下,该振动检测数据实质上等于振动正常数据。而在获取振动检测数据时车桥装置1A的机械部件为异常的情况下,该振动检测数据不同于振动正常数据。也即是说,当车桥装置1A为正常时,振动检测数据与振动正常数据实质上相等,而当车桥装置1A为异常时,振动检测数据与振动正常数据不同。车桥装置1A为异常,是指车桥装置1A的机械部件为异常,包括车桥装置1A的至少一部分机械部件劣化的状态、表面剥离的状态以及破损的状态中的至少一种。
解析部360能够通过比较振动正常数据存储部321中所存储的振动正常数据,与由振动检测数据获取部350获取的振动检测数据,判定车桥装置1A是否存在异常。
此外,解析部360能够基于相关数据存储部322中所存储的相关数据、以及由振动检测数据获取部350获取的振动检测数据,确定异常的机械部件。
输出部370输出解析部360的解析结果。本实施方式中,输出部370将解析结果输出至数据蓄积部323。数据蓄积部323存储解析结果。此外,输出部370将解析结果输出至控制装置200。控制装置200的数据蓄积部223存储解析结果。此外,控制装置200将解析结果输出至报告装置80。此外,控制装置200经由通信装置180,将解析结果发送至服务器500。另外,输出部370也可以不经由控制装置200而将解析结果输出至报告装置80或输出至服务器500。
规定条件
接下来,对规定条件进行说明。规定条件存储部221存储与自卸车100的行驶状态相关的规定条件。规定条件规定自卸车100的下述行驶状态,在该行驶状态下,在振动传感器50检测车桥装置1A的振动时,能够在外部干扰被抑制的状态下检测车桥装置1A的状态。
图6是表示本实施方式涉及的规定条件的一个示例的图。如图6所示,规定条件包括:与传动轴3的转数N相关的规定条件、与悬架缸161的压力P相关的规定条件、与油门开度W相关的规定条件、以及与转向装置170的转向角θ相关的规定条件。
与传动轴3的转数N相关的规定条件包括:传动轴3的每单位时间的转数N为规定转数Nr以上。当由转数传感器410检测出的传动轴3的转数N为规定转数Nr以上时,满足规定条件,当未达到规定转数Nr时,不满足规定条件。
车桥装置1A未工作时,车桥装置1A根本就不振动。即使用振动传感器50检测车桥装置1A的振动,也很难基于振动传感器50的振动检测数据来判定机械部件是否存在异常。为了判定机械部件是否存在异常,需要在使车桥装置1A工作的状态下检测振动。因此,在检测振动时,需要传动轴3的转数N为规定转数Nr以上。
另外,传动轴3的转数N对应于自卸车100的行驶速度V。因此,规定条件也可以包括:自卸车100的行驶速度V为规定行驶速度Vr以上。当自卸车100的行驶速度V为规定行驶速度Vr以上时,满足规定条件,当未达到规定行驶速度Vr时,不满足规定条件。
与传动轴3的转数N相关的规定条件包括:传动轴3的转数N的每单位时间的变动量ΔN在第一变动范围±ΔNr以内。由转数传感器410的检测数据导出的变动量ΔN在第一变动范围±ΔNr以内时,满足规定条件,当不在第一变动范围±ΔNr以内时,不满足规定条件。
“变动量ΔN大”意味着:自卸车100的行驶速度V的每单位时间的变动量ΔV大。也即是说,“变动量ΔN大”意味着:自卸车100在反复进行加速或減速。若行驶速度V的变动量ΔV大,则车桥装置1A的振动特性发生改变,所以基于振动传感器50的振动检测数据所进行的振动解析结果的精度有可能会降低。因此,在检测车桥装置1A的振动时,需要传动轴3的转数N的变动量ΔN在第一变动范围±ΔNr以内,也即是说,需要自卸车100的行驶速度V的变动量ΔV在第一变动范围±ΔVr以内。
与悬架缸161的压力P相关的规定条件包括:悬架缸161的压力P的每单位时间的变动量ΔP在第二变动范围±ΔPr以内。当由压力传感器420的检测数据导出的变动量ΔP在第二变动范围±ΔPr[%]以内时,满足规定条件,当不在第二变动范围±Pr[%]以内时,不满足规定条件。
“变动量ΔP大”意味着:自卸车100所行驶的路面的凹凸状态严重。若自卸车100在凹凸状态严重的路面行驶,则车桥装置1A的振动特性发生改变,所以基于振动传感器50的检测数据所进行的振动解析结果的精度有可能会降低。因此,在检测车桥装置1A的振动时,需要悬架缸161的压力P的变动量ΔP为第二变动范围±ΔPr以下。
与油门开度W相关的规定条件包括:油门开度W为规定油门开度Wr(规定调整量)以上。当由油门开度传感器430检测出的油门开度W为规定油门开度Wr[%]以上时,满足规定条件,当未达到规定油门开度Wr[%]时,不满足规定条件。
若油门踏板73被操作而传动轴3旋转,则车桥装置1A的齿轮10也旋转。当齿轮10A与齿轮10B啮合时,齿轮10A一旋转,齿轮10A的前齿面与齿轮10B的后齿面就接触。而当油门踏板73未被操作而处于所谓的“发动机制动(engine brake)”状态时,由于齿侧间隙(backlash)(齿轮间的游隙),齿轮10A的前齿面与齿轮10B的后齿面时而分离,齿轮10A的后齿面与齿轮10B的前齿面时而接触。也即是说,基于油门踏板73的操作的有无或操作量,齿轮10的齿面的接触状态改变。若齿轮10的齿面的接触状态改变,则车桥装置1A的振动特性发生改变,所以基于振动传感器50的检测数据所进行的振动解析结果的精度有可能会降低。因此,在检测车桥装置1A的振动时,为了减小齿侧间隙的影响,使齿轮10的齿面的接触状态固定,需要油门开度W为规定油门开度Wr以上。
与转向装置170的转向角θ相关的规定条件包括:转向角θ在规定转向角±θr以内。当由转向角传感器440检测出的转向装置170的转向角θ在规定转向角±θr以内时,满足规定条件,当不在规定转向角±θr以内时,不满足规定条件。
“转向角θ小”意味着自卸车100为直行状态,而“转向角θ大”意味着自卸车100为转弯状态。车桥装置1A的振动优选在一定的条件下检测。此外,若自卸车100为转弯状态,则由于差速器4的作用,车宽方向上右侧的齿轮10的转数与左侧的齿轮10的转数之间产生差异,车桥装置1A的振动特性发生改变,所以基于振动传感器50的检测数据所进行的振动解析结果的精度有可能会降低。因此,在检测车桥装置1A的振动时,需要转向角θ在规定转向角±θr以内,也即是说,需要自卸车100为大致直行状态。
振动解析
图7是表示本实施方式涉及的振动正常数据及振动检测数据的振动频谱特性的图。图7表示通过对振动正常数据及振动检测数据分别进行高速傅里叶变换而得到的振动频谱。图7中,横轴为频率,纵轴为振动强度。
如图7所示,在机械部件为正常时与为异常时,所得到的振动频谱不同。本实施方式中,当基于振动正常数据计算出的振动频谱的峰值,与基于振动检测数据计算出的振动频谱的峰值之差ΔS为预定的阈值以上时,解析部360判定为机械部件中存在异常。
本实施方式中,解析部360不仅对机械部件是否存在异常,也对异常的机械部件进行确定。解析部360基于相关数据存储部322中所存储的相关数据,来确定异常的机械部件。
图8表示本实施方式涉及的相关数据的一个示例的图。如图8所示,相关数据存储部322中存储有表示传动轴3的转数No与在机械部件为异常时由振动传感器50检测出的车桥装置1A的振动特性之间的关系的相关数据。相关数据例如是通过基于车桥装置1A的设计数据进行模拟而导出的。车桥装置1A的设计数据包括:齿顶圆直径、基准圆直径及齿数这类齿轮10的形状数据;以及内圈的尺寸这类轴承20的形状数据。
例如,在第一轴承的内圈为异常状态,且传动轴3以规定的转数No旋转时,车桥装置1A按第一振动特性振动。图8所示示例中,在第一轴承的内圈为异常状态且传动轴3以转数No旋转时,频率Nb1[Hz]的振动最明显被检测出。
此外,在第一轴承的外圈为异常状态且传动轴3以转数No旋转时,车桥装置1A按第二振动特性振动。图8所示示例中,最明显地检测出频率Nb2[Hz]的振动。
同样,在第二轴承的内圈为异常时,频率Nb3[Hz]的振动明显被检测出,在第二轴承的外圈为异常时,频率Nb4[Hz]的振动明显被检测出。
此外,在第一齿轮为异常(齿部缺损)时,频率Ng1[Hz]的振动最明显被检测出,在第一齿轮为异常(齿面磨损)时,频率Ng2[Hz]的振动最明显被检测出,在第二齿轮为异常(齿部缺损)时,频率Ng3[Hz]的振动最明显被检测出,且在第二齿轮为异常(齿面磨损)时,频率Ng4[Hz]的振动最明显被检测出。
这样,基于出现异常的机械部件,车桥装置1A的振动特性改变。表示基于出现异常的机械部件而改变的车桥装置1A的振动特性的相关数据,是通过模拟而预先导出并存储于相关数据存储部322的。另外,相关数据也可以通过实际的实验来导出。
解析部360能够基于相关数据存储部322中所存储的相关数据、以及通过振动传感器50检测的振动检测数据,来确定异常的机械部件。例如,当通过振动传感器50而频率Nb1[Hz]的振动最明显被检测出时,解析部360判定第一轴承的内圈为异常。此外,当通过振动传感器50而频率Ng1[Hz]的振动最明显被检测出时,解析部360判定第一齿轮为异常(齿部缺损)。
另外,图8所示相关数据仅为一个示例。实际上,对于多个转数N分别导出相关数据。此外,导出关于振动的加速度分量的频率的相关数据、关于振动的速度分量的频率的相关数据、以及关于振动的位移分量的频率的相关数据等基于各种参数的相关数据。
状态检测方法
图9及图10是表示本实施方式涉及的状态检测方法的一个示例的流程图。图9所示步骤SA1至步骤SA8是控制装置200的处理,图10所示步骤SB1至步骤SB8是振动解析装置300的处理。
参照图9对控制装置200的处理进行说明。控制装置200的行驶状态数据获取部240从行驶状态检测装置400获取表示自卸车100的行驶状态的行驶状态数据(步骤SA1)。
条件成立判定部260对由行驶状态数据获取部240获取的行驶状态是否满足规定条件存储部221中所存储的规定条件,进行判定(步骤SA2)。
步骤SA2中,判定为行驶状态不满足规定条件时(步骤SA2:否),返回至步骤SA1的处理,行驶状态数据获取部240继续获取行驶状态数据。
步骤SA2中,判定为行驶状态满足规定条件时(步骤SA2:是),触发部270对自最初判定为满足规定条件的时间点起的经过时间是否超过了预定的规定时间,进行判定(步骤SA3)。
步骤SA3中,判定为经过时间未超过规定时间时(步骤SA3:否),返回至步骤SA1的处理,行驶状态数据获取部240继续获取行驶状态数据,触发部270对自行驶状态满足规定条件的时间点起的经过时间是否超过了规定时间,进行判定。
步骤SA3中,判定为经过时间超过了规定时间时(步骤SA3:是),触发部270输出触发信号至解析部360(步骤SA4)。也即是说,触发部270,在判定为自卸车100的行驶状态满足规定条件的状态维持了规定时间时,输出触发信号至解析部360。
如下所述,振动解析装置300的输出部370输出表示机械部件存在异常的解析结果、以及表示被确定为异常的机械部件的解析结果。控制装置200的输入/输出接口230获取从振动解析装置300输出的解析结果(步骤SA5)。这意味着图10所示步骤SB5的解析结果到手。
输入/输出接口230将解析结果输出至报告装置80。报告装置80向自卸车100的驾驶员报告解析结果(步骤SA6)。在解析部360判定为机械部件存在异常时,若报告装置80包括显示装置,则显示表示机械部件存在异常的显示数据。此外,若报告装置80包括声音输出装置,则输出表示机械部件存在异常的声音。另外,报告装置80也可以显示表示机械部件为正常的显示数据,或者输出表示机械部件为正常的声音。
此外,输入/输出接口230将解析结果输出至数据蓄积部223。数据蓄积部223存储解析结果(步骤SA7)。
此外,输入/输出接口230将解析结果输出至通信装置180。通信装置180将解析结果发送至服务器500(步骤SA8)。
运算处理装置510的异常判定部540基于解析结果,判定自卸车100的车桥装置1A是否为异常。此外,从多个自卸车100分别发送车桥装置1A的解析结果至服务器500。异常判定部540对多个自卸车100的车桥装置1A分别判定是否为异常。多个车桥装置1A的解析结果以及异常的判断结果被存储于存储装置520的数据蓄积部550。自卸车100的维修人员能够基于数据蓄积部550中所存储的解析结果或异常的判断结果,对自卸车100进行维修。
另外,本实施方式中,报告装置80向自卸车100的驾驶员报告解析结果处理(步骤SA6)也可以省略。
接下来,参照图10对振动解析装置300的处理进行说明。与控制装置200的行驶状态数据获取部240同样地,振动解析装置300的行驶状态数据获取部340也从行驶状态检测装置400获取表示自卸车100的行驶状态的行驶状态数据。行驶状态数据获取部240所获取的行驶状态数据,与行驶状态数据获取部340所获取的行驶状态数据,为同一数据。此外,振动解析装置300的振动检测数据获取部350从振动传感器50获取车桥装置1A的振动检测数据(步骤SB1)。
数据蓄积部323存储由振动检测数据获取部350获取的振动检测数据(步骤SB2)。数据蓄积部323对应于经过时间而依次存储多个振动检测数据。
在行驶状态满足规定条件的状态维持了规定时间时,解析部360获取从触发部270输出的触发信号。如上所述,触发部270输出触发信号至解析部360(步骤SA4)。解析部360从数据蓄积部323获取振动检测数据(步骤SB3),该振动检测数据是在获取了触发信号的当前时间点tn与自当前时间点tn起追溯了规定时间的追溯时间点ta之间的期间内所获取的。
此外,解析部360从振动正常数据存储部321获取振动正常数据(步骤SB4)。
解析部360基于从数据蓄积部323获取的、在当前时间点tn与追溯时间点ta之间的期间内所获取的振动检测数据,解析车桥装置1A的状态。解析部360基于振动正常数据存储部321中所存储的振动正常数据、以及在步骤SB3获取的振动检测数据,解析在行驶状态满足规定条件的规定时间内由行驶状态数据获取部340获取了振动检测数据时的车桥装置1A的状态(步骤SB5)。
如参照图7所说明的,解析部360例如对振动正常数据及振动检测数据分别进行高速傅里叶变换,计算振动频谱。
解析部360比较振动正常数据与振动检测数据,判定车桥装置1A的机械部件是否存在异常(步骤SB6)。
如参照图7所说明的,解析部360根据基于振动正常数据计算出的振动频谱的峰值与基于振动检测数据计算出的振动频谱的峰值之差ΔS,是否为预定的阈值以上,来判定机械部件是否存在异常。
步骤SB6中,差ΔS未达到阈值且判定为机械部件不存在异常时(步骤SB6:否),输出部370输出表示机械部件不存在异常的解析结果(步骤SB8)。
步骤SB6中,差ΔS为阈值以上且判定为机械部件存在异常时(步骤SB6:否),解析部360基于相关数据存储部322中所存储的相关数据和振动检测数据,确定异常的机械部件(步骤SB7)。
如参照图8所说明的,相关数据存储部322中存储有,表示传动轴3的转数N与机械部件为异常时的车桥装置1A的振动特性之间的关系的相关数据。当传动轴3的转数N为转数No,且如图7所示差ΔS为阈值以上的频率例如为Ng1时,解析部360能够确定第一齿轮为异常(齿部缺损)。
输出部370输出表示机械部件存在异常的解析结果、以及表示被确定为异常的机械部件的解析结果(步骤SB8)。
如上所述,输出部370将解析结果输出至控制装置200。控制装置200的输入/输出接口230获取从振动解析装置300输出的解析结果(步骤SA5)。
效果
如以上所说明的,根据本实施方式,基于在自卸车100的行驶状态满足规定条件时检测出的振动检测数据,来解析车桥装置1A的状态。由此,能够在行驶状态为一定的条件下解析车桥装置1A的状态。此外,在行驶状态满足规定条件时,由振动传感器50检测出的振动检测数据受外部干扰的影响得以抑制。因此,基于振动检测数据的解析结果,能够可靠地识别车桥装置1A的状态,从而早期检测出机械部件的异常。
其他实施方式
上述实施方式中,是由行驶状态检测装置400检测行驶状态,基于在由行驶状态检测装置400检测出的行驶状态满足规定条件时由振动传感器50检测出的振动检测数据,来解析车桥装置1A的状态的。例如,当表示在自卸车100的行驶状态满足规定条件时的自卸车100的位置的位置数据由位置获取部250所获取,并存储于位置数据存储部222中时,解析部360也可以基于在自卸车100在该位置行驶时所获取的振动检测数据,来解析车桥装置1A的状态。自卸车100多数情况下是在所规定的路线多次行驶。在路线中某一位置,自卸车100的行驶状态一直固定的可能性较高。在这类情况下,即使行驶状态检测装置400未一直监视自卸车100的行驶状态,在自卸车100在该位置行驶时,条件成立判定部260也能够判定为自卸车100的行驶状态满足规定条件。也即是说,在自卸车100在所规定的路线多次行驶的情况下,行驶状态检测装置400只要在最初的一次或多次检测行驶状态,之后,解析部360就能够基于自卸车100在该位置行驶时获取的振动检测数据,解析车桥装置1A的状态。
另外,上述的实施方式中,控制装置200的至少一部分功能可以设于服务器500,振动解析装置300的至少一部分功能可以设于服务器500。此外,例如也可以是,控制装置200搭载于自卸车100,振动解析装置300配置于自卸车100的外部。
另外,通过上述的实施方式所说明的状态检测系统1000及状态检测方法也能够应用于变速装置1B。
另外,上述的实施方式中,自卸车100可以是通过远程操作而行驶或自主行驶的无人自卸车。此外,当自卸车100为无人自卸车时,动力源70的节流阀的节流开度(油门开度)基于远程操作信号或控制信号来调整。
另外,上述的实施方式中是假设自卸车100为刚性自卸车。自卸车100也可以是具有前部车架、后部车架、以及将前部车架与后部车架连结的关节机构的铰接式自卸车。
另外,上述的实施方式中是假设作业车辆100为自卸车。作业车辆100只要是轮式驱动的作业车辆即可,例如也可以是轮式装载机。
符号说明
1 旋转机械、1A 车桥装置(旋转机械)、1B 变速装置(旋转机械)、2 车桥壳体、2A差动体、2B 侧部、2H 内部空间、3 传动轴、8 小齿轮架、10 齿轮、20 轴承、50 振动传感器、60 位置传感器、70 动力源、73 油门踏板(调整装置)、80 报告装置、100 自卸车(作业车辆)、110 车架、120 倾卸车身、130 行驶装置、140 轮胎、150 车轮150F 前轮150R 后轮、160 悬架装置、170 转向装置、180 通信装置、190 通信装置、200 控制装置、210 运算处理装置、220 存储装置、221 规定条件存储部、222 位置数据存储部、223 数据蓄积部、230 输入/输出接口、240 行驶状态数据获取部、241 转数获取部、242 压力获取部、243 油门开度获取部、244 转向角获取部、250 位置获取部、260 条件成立判定部、270 触发部、300 振动解析装置、310 运算处理装置、320 存储装置、321 振动正常数据存储部、322 相关数据存储部、323 数据蓄积部、330 输入/输出接口、340 行驶状态数据获取部、350 振动检测数据获取部、360 解析部、370 输出部、400 行驶状态检测装置、410 转数传感器、420 压力传感器、430 油门开度传感器、440 转向角传感器、500服务器、510 运算处理装置、520 存储装置、530 输入/输出接口、540 异常判定部、550 数据蓄积部、1000 状态检测系统、AX 旋转轴、BX 旋转轴。

Claims (16)

1.一种作业车辆的状态检测系统,具备:
行驶状态检测装置,其设于具有旋转机械的作业车辆,检测所述作业车辆的行驶状态;
振动传感器,其设于所述旋转机械;
行驶状态数据获取部,其获取表示所述行驶状态的行驶状态数据;
条件成立判定部,其对所述行驶状态是否满足规定条件,进行判定;
振动检测数据获取部,其获取表示在所述行驶状态满足所述规定条件时的所述振动传感器的检测值的振动检测数据;
振动正常数据存储部,其存储表示在所述旋转机械为正常且所述行驶状态满足所述规定条件时的所述振动传感器的检测值的振动正常数据;以及
解析部,其基于所述振动检测数据和所述振动正常数据,解析在获取了所述振动检测数据时的所述旋转机械的状态。
2.根据权利要求1所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
对所述旋转机械的状态进行解析包括:对所述旋转机械是否存在异常进行判定。
3.根据权利要求1或2所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述行驶状态包括:给所述旋转机械提供旋转力的传动轴的转数,
所述规定条件包括下述条件中的一个或两个:所述转数为规定转数以上;以及所述转数的每单位时间的变动量在第一变动范围以内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述行驶状态包括:所述作业车辆的悬架缸的压力,
所述规定条件包括:所述压力的每单位时间的变动量在第二变动范围以内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述行驶状态包括:对驱动所述旋转机械的动力源的输出进行调整的操作装置的操作量,
所述规定条件包括:所述操作量为规定操作量以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述行驶状态包括:所述作业车辆的转向装置的转向角,
所述规定条件包括:所述转向角在规定转向角以内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述作业车辆的状态检测系统具备:位置传感器,其检测所述作业车辆的位置;以及位置数据存储部,其存储表示在所述行驶状态满足所述规定条件时的所述作业车辆的位置的位置数据,
所述解析部基于在所述作业车辆在所述位置行驶时所获取的所述振动检测数据,解析所述旋转机械的状态。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述旋转机械具有多个机械部件,
所述作业车辆的状态检测系统具备:相关数据存储部,其存储相关数据,所述相关数据表示给所述旋转机械提供旋转力的传动轴的转数与所述机械部件为异常时的所述旋转机械的振动特性之间的关系,
所述解析部基于所述相关数据和所述振动检测数据,确定异常的所述机械部件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述旋转机械具有收纳多个机械部件的壳体,
所述振动传感器设于所述壳体,以检测铅直方向的振动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述作业车辆的状态检测系统具备:触发部,其在所述行驶状态满足所述规定条件的状态维持了规定时间时,输出触发信号至所述解析部,
所述解析部基于在获取了所述触发信号的当前时间点与自所述当前时间点起追溯了所述规定时间的追溯时间点之间的期间内所获取的所述振动检测数据,来解析所述旋转机械的状态。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述作业车辆的状态检测系统具备:输出部,其输出所述解析部的解析结果。
12.根据权利要求11所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述输出部将所述解析结果输出至搭载于所述作业车辆的报告装置。
13.根据权利要求11或12所述的作业车辆的状态检测系统,其中,
所述输出部将所述解析结果输出至设于所述作业车辆的外部的服务器。
14.一种作业车辆,具备:根据权利要求1至13中任一项所述的作业车辆的状态检测系统。
15.一种作业车辆的状态检测方法,其中,
由控制装置,
获取表示作业车辆的行驶状态的行驶状态数据,所述作业车辆具有旋转机械,
判定所述行驶状态是否满足规定条件,以及
获取在基于振动正常数据和振动检测数据进行解析而得到的、在获取了所述振动检测数据时的所述旋转机械的状态的解析结果,所述振动正常数据表示在所述旋转机械为正常且所述行驶状态满足所述规定条件时的所述旋转机械的振动的检测值,所述振动检测数据表示在所述行驶状态满足所述规定条件时的所述旋转机械的振动的检测值。
16.一种作业车辆的状态检测方法,其中,
检测具有旋转机械的作业车辆的行驶状态,
检测所述旋转机械的振动,
判定所述行驶状态是否满足规定条件,
基于在所述行驶状态满足规定条件时的振动检测数据、以及所存储的在所述旋转机械为正常且所述行驶状态满足所述规定条件时的振动正常数据,来判定在获取了所述振动检测数据时的所述旋转机械的状态,以及
输出判定结果。
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