JP2008196620A

JP2008196620A - 車両の荷台振動異常検出装置

Info

Publication number: JP2008196620A
Application number: JP2007033222A
Authority: JP
Inventors: Yumi Nakajima; 由美中島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】荷台床部と車体ベース部との間に、荷台に発生する振動を減衰する防振機構を備えた車両の荷台振動異常検出装置において、防振機構の空気圧力の失陥異常を検出する。
【解決手段】荷台床部(4)の第1の上下加速度(α)を検出する第1の加速度センサ(11)と、車体ベース部(6)の第2の上下加速度(β)を検出する第2の加速度センサ(12)と、該第1及び第2の上下加速度(α,β)間の伝達関数を算出すると共に、該伝達関数のピーク値の頻度分布マップを生成して、所定割合を占める周波数帯を特定し、該周波数帯を用いて該第1及び第2の上下加速度(α,β)をバンドパスフィルタ処理して得た第1及び第2の値の内、該第1の値か、又は該第1及び第2の値間の差分が、予め設定した荷台振動減衰に関する規定値を超えた時に、警報信号を発生するコントロールユニット(2)とで構成する。該規定値は、警報レベルに応じて複数設け、該警報信号は該警報レベルに対応して設けることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は車両の荷台振動異常検出装置に関し、特に荷台床部と車体ベース部との間に、荷台に発生する振動を減衰する防振機構を備えた車両の荷台振動異常検出装置に関するものである。

キャブ後方に荷台を備えるトラックは、あらゆる荷物の輸送に使用されている。また近年では、ケーキや生鮮食品、精密機械等のような重量が軽く振動に対して繊細な積荷の需要が増加しており、トラックの荷台から振動が伝播されることによる荷傷みが問題となっている。

これに対し、従来、荷台の防振を図る手段が提案されている。例えば、特許文献1では、空気バネと振動減衰器とを並列に配設した上下方向防振手段と、積層ゴムからなる水平方向防振手段とを直列に組み合わせて荷台を車体フレームに防振支持する輸送用除振装置が提案されている。この装置によれば空気バネ・エアダンパ・積層ゴムなどにより基台に対して荷台を防振支持し、その共振周波数を主な入力成分である周波数の1√2以下とすることで、入力された振動を荷台に伝達し難くする構造となっている。

また、特許文献2では、被積載物を載置するベースと、ベースを指示する荷台または床面の一方に内側ケース、他方に外側ケースを取り付け、これらケース間を吊り部材で連結し、吊り部材の有効長を調節する変位拘束部材を設け、さらにこの部材を荷台の水平方向の変位量に基づいて位置変化させるものとした振動絶縁装置が提案されている。この装置では、荷台に生じた水平方向の相対変位量を検出し、その値に基づいて吊り部材の有効長を適正なものにして低周波数の振動を低減することができるとしている。

上記の従来技術によれば、それぞれ荷台に生じる振動を多かれ少なかれ低減する作用が得られるが、これらの装置の構造では、多くの空気バネやエアダンパを使用し、更には水平方向の振動をも積層ゴムなどにより防振支持する構造となっているために、構造が複雑で以下の点で実現するのが困難である。

・多くの防振部品が必要でありコストが高くなる。

・全ての空気バネで荷台の水平を維持する必要があり制御が煩雑になる。

・防振荷台部分を機械的に拘束する構造がない為、衝突時のような大きな入力に対して荷台の動きを拘束しにくい。

また、振動に対して繊細な積荷を運ぶトラックの荷台振動は主に20Hz以下の低い周波数が問題となり、充分な防振効果を得るには荷台の固有振動数を5Hz以下にする必要がある。ところが、ゴムブッシュのような弾性材を使用した場合、ピッチング方向以外の5つの自由度の固有振動数を低くして防振効果を高めることが必要であるが、このような固有振動数を実現するには非常にやわらかいゴムを使用する必要がある。

しかしながら、トラックの荷台にかかる荷重は数トンにも及ぶ為、そのようなやわらかいゴムを使用するとゴムの耐久性が確保できないという問題があり、現実的には目的とするような低い固有振動数は実現できないことになり、結果的には十分な防振効果が得られないという問題がある。また荷台前部よりも荷台後部に発生する振動が繊細な積荷を運ぶトラックでは問題となっている。

そこで本出願人は、特願2006-142296号において、キャブ後方に荷台空間を有し、該荷台空間側の車台ベース部上に荷台床部が設置されるトラックの荷台防振構造であって、該荷台床部の前部側が該車体ベース部にピッチング方向のみに回動可能に取り付けられ、該荷台床部の後部側が該車台ベース部に弾性的に取り付けられていることを特徴とするトラックの荷台防振構造を提案した。この構造により、荷傷みに繋がる荷台後部の振動周波数を効率よく1√2以下とすることが可能となる。
特開平2-262438号公報特開平3-288037号公報

しかしながら、この特願2006-142296号においては、荷台床部の後部側は、防振機構としての空気バネを介在させることで車体ベース部に弾性的に取り付けられており、荷台後部の振動周波数を効率よく1√2以下にするための理想とする空気バネの空気圧力が保たれない場合、即ちエアが失陥した場合は、積荷を予防できる防振効果が得られないという課題があった。

従って、本発明は、荷台床部と車体ベース部との間に、荷台に発生する振動を減衰する防振機構を備えた車両の荷台振動異常検出装置において、防振機構の空気圧力の失陥異常を検出することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る車両の荷台振動異常検出装置は、該荷台床部の第1の上下加速度を検出する第1の加速度センサと、該車体ベース部の第2の上下加速度を検出する第2の加速度センサと、該第1及び第2の上下加速度間の伝達関数を算出すると共に、該伝達関数のピーク値の頻度分布マップを生成して、所定割合を占める周波数帯を特定し、該周波数帯を用いて該第1及び第2の上下加速度をバンドパスフィルタ処理して得た第1及び第2の値の内、該第1の値が、予め設定した荷台床部についての振動規定値を超えたか、又は該第1及び第2の値間の差分が、予め設定した荷台床部−車体ベース部間の振動差分規定値を下回ったときに、警報信号を発生するコントロールユニットと、を備えたことを特徴とする。

すなわち、本発明では、第1の加速度センサによって検出された車両の荷台床部の上下加速度と、第2の加速度センサによって検出された車体ベース部の上下加速度との間の周波数伝達関数を算出する。そして、コントロールユニットは、この算出した伝達関数のピーク値を記録し、その頻度分布マップを生成する。そして、コントロールユニットは、このピーク値の頻度分布マップにおいて所定の割合を占める周波数帯を特定し、この特定した周波数帯をバンドパス帯として第1の加速度センサ又は第2の加速度センサによって検出された上下加速度をフィルタ処理し、これによって求められた第1及び第2の値の内、該第1の値が、予め設定した荷台床部についての振動規定値を超えたか、又は該第1及び第2の値間の差分が、予め設定した荷台床部−車体ベース部間の振動差分規定値を下回ったとき、警報信号を出力する。

従って、荷台床部の上下加速度に対応する第1の値が閾値を越える程大きいときは、防振機構による振動減衰機能が発揮されていない異常状態であると判定できる。これは、荷台床部の上下加速度に対応する第1の値と、車体ベース部の上下加速度に対応する第2の値との差分が、これに対応する規定値以下であるときも同様に防振機構による振動減衰機能が発揮されていない異常状態であると判定できる。

このようにして、防振機構のエア失陥を検出し，それに発生する荷傷みを防止できる。

ここで、上記の規定値は、警報レベルに応じて複数設けられ、該警報信号が該警報レベルに対応して設けられていてもよい。

また、上記の荷台床部の前部側が、該車体ベース部にピッチング方法のみに回動可能に取り付けられ、該荷台床部の後部側が、該防振機構により該車体ベース部に弾性的に取り付けられていてもよい。

さらに、上記の第1及び第2の加速度センサが、該防振機構に近接配置されていてもよい。

さらに、上記の第1及び第2の値は、得られた所定回数内の平均値であってもよい。

本発明では、荷台床部側と車体ベース部側にそれぞれ取り付けた上下加速度センサにより防振機構の上下方向加速度データを検出するため、「防振機構のエアの失陥＝荷傷み」を、積荷の状況や走行状況に合わせて時系的な変化としてセンシングすることができる。

図1は、本発明に係る車両の荷台振動異常検出装置が適用される車両を概略的に示したものである。すなわち、車両100のキャブ1にコントロールユニット2及びこれに接続されたモニタ部3を設ける。また、荷台4においては、その底部5の前部を、車両100の車体ベース部（フレーム）6に対して車両ピッチング方向にのみ回転可能なヒンジ7にて固定し、荷台4の後部を車体ベース部6に空気バネ8及びショックアブソーバ9を介して接続した防振構造を備えている。空気バネ8の上側近傍の荷台床部5の下側には上下加速度センサ11が取り付けられ、空気バネ8の下側近傍の車体ベース部6の上側には上下加速度センサ12が取り付けられている。

なお、センサ11及び12については、加速度センサだけでなく、レートジャイロ（3軸ジャイロ）や速度計、変位計などでもよく、荷台上下方向の振動状況を把握できる手段であれば、既に他のシステムで使われている例えば加減速状況、角速度などで検出できるようなものであればよい。

図1に示した車両の荷台振動異常検出装置の制御系統図が図2に示されており、荷台4の後部に設けた上下加速度センサ11及び12は、それぞれ上下加速度α及びβを出力して、コントロールユニット2における荷台振動判定部23に与える。この荷台振動判定部23はモニタ部3に接続されて警報状態等を目視可能にしている。なお、荷台振動判定部23は、スイッチ21によって電源回路22に接続されるようになっている。

図2に示したコントロールユニット2における荷台振動判定部23の機能ブロック図が図3に示されている。荷台振動判定部23は、FFT解析部23aと伝達関数演算部23bと頻度分布解析部23cと振動演算部23dと振動判定部23eと出力部fを直列接続したものである。

この荷台振動判定部23の処理概要が図4に示されており、まず、振動判定に用いる周波数帯F1を特定し（サブルーチンステップS1）、次に、この周波数帯F1を用いて振動判定・警報を行った上（サブルーチンステップS2）、判定終了する（ステップS3）。この内、ステップS1は図3のFFT解析部23aと伝達関数演算部23bと頻度分布解析部23cとで実行され、ステップS2は、振動演算部23dと振動判定部23eとで実行される。なお、判定終了は、例えば以下の事項を確認することで可能である。

・エンジンの停止
・利用者によるスイッチOFF或いは周波数帯F1の再設定のとき
・積荷上に配置された加速度センサ12が再配置されたとき
・スタートから所定時間経過後
上記のステップS1及びS2は、それぞれ図5及び6に具体的に示されているので、以下、図1及び2に示した本発明に係る荷台振動異常検出装置の動作を、図3〜図9を参照して説明する。

周波数帯F1の特定：図5及び図6
まず、荷台4の床部5に取り付けられた加速度センサ11から上下加速度αを入力すると共に、車体ベース部6に取り付けられた加速度センサ12から上下加速度βを入力する（ステップS11）。

この後、加速度α及びβは、FFT解析部23aに送られて、FFT（高速フーリエ変換）処理が施され、さらに伝達関数演算部23bに送られて、両者間の伝達関数Znが算出される（ステップS12）。

すなわち、FFT解析部23aでは、加速度センサ11からの所定時間内の上下加速度αをFFT分析して分析結果Xnを求め、同様に加速度センサ12からの所定時間内の加速度βをFFT分析して分析結果Ynを求める。このFFT分析は、例えばトラック走行時の主要な振動レベルである25Hz以下の周波数帯に関して行われる。そして、このようにして求めたFFT分析結果Xn及びYnから両者間の伝達関数（伝達率）Znを求めることになる。

この後、頻度分布解析部23cにおいて、伝達関数演算部23bで算出した伝達関数Znのピーク値を求め（ステップS13）、このピーク値を記録する（ステップS14）。そして、これをN回実行する（ステップS15,S16）。

このようにして求めたN個の伝達関数Zn[ゲイン]が図6(1)に示されている。図示のように、防振ターゲットとする周波数帯は伝達関数は“1”よりも小さくなる特徴を有する。従って、頻度分布解析部23cは更に、上記のようにして求めた伝達関数Zn群から“1”よりも小さくなる防振対象範囲のマイナス側のピーク値の頻度分布マップ（ヒストグラム）を作成する（ステップS17）。この頻度分布マップが同図(2)に示されており、一定の周波数を中心として左右に頻度が減少して行く分布になっている。これより、積荷と実路走行中の振動特性に合わせた空気バネの減衰周波数の特徴が分かる。

この後、頻度分布解析部23cでは更に、同図(2)に示す頻度分布に基づき、規定タイル幅の周波数帯F1を特定する（ステップS18）。ここで、図示のように、伝達関数マイナス側ピーク値発生周波数帯の内の90％が属するタイル区間に基づいて所定周波数帯F1を決定する。

すなわち、この規定幅を狭くする程、積荷と路面に合った防振対象周波数を狙うことができ(積荷の振動特性を十分に把握している場合に有効)、この幅を広く取る程安全圏を狙った設定が可能となることから、周波数バンド幅F1を防振対象を特定するためのバンドバスフィルタの周波数帯域として用いる。

振動判定・警報：図7
伝達関数の高い周波数帯F1が決定された後は、振動演算部23dにおいて、上下加速度(振動加速度)α及びβをそれぞれセンサ11及び12から一定時間間隔毎に入力する（ステップS21）。そして、振動演算部23dはさらに、所定の時間サンプリングして得られる加速度データα及びβを、所定周波数帯F1のバンドパスフィルタを通して得たそれぞれの結果（第1及び第2の値）Vn及びWnと、その所定記録回数の平均値Q1及びQ2を算出する（ステップS22）。

この後、振動判定部23eにおいて、以下の判定実施例I又はIIを実行する（サブルーチンステップS23)。

判定の実施例I:図8
まず、ステップS31では、ステップS22で得られた値Vn及びWnの平均値Q1及びQ2を元に、空気バネ8のエア失陥検出用規定値を複数段階、例えば3段階に分けて求める。例えば、規定値Aはエアが完全に失陥した状態を検出できる値、規定値Bは即エアを供給しなくともエア供給対策を運転者に促し、対象とする周波数帯に対して防振効果が働いていない事を検出できる値、そして、規定値Cは即エア供給する必要はないが、エア漏れの可能性を運転者に知らせ、対象とする周波数帯の防振効果が低いことを検出する値、である。

通常エアが失陥せず正常に機能している場合は、「車体ベース部6についてのWnの平均値Q2＞荷台床部5についてのVnの平均値Q1」である。エアが完全に失陥していることを検出する規定値Aは、防振効果のある周波数帯において荷台床部5と車体ベース部6がほぼ同様の動きをした状態を検出することから、理論的には平均値Q1がQ2と同値になった場合を示すが、データや環境、設備のバラツキを考慮し、規定誤差を含んだQ2=Q1±mになるような規定値Aが設定される。この値Aは、完全にエアが失陥するような状況を示し、Vn＞Aであれば(ステップS32)、防振構造であるエアシステムの点検交換を要する状況を示すので警報1をONとし(ステップS33)、規定時間T後にOFFとする(ステップS34)。

運転者にエア供給対策を促すための検出規定値Bは、Q1がQ2に徐々に近づいて、Q2に或るパーセンタイル値n1を含んだQ2-n1に達する値である。この段階では、使用状況において常にエア漏れの可能性があり、防振構造のエアのシステム点検する必要があることを示すので、A≧Vn＞Bであれば(ステップS35)、警報2をONとして(ステップS36)、規定時間T後にOFFとする(ステップS37)。

即エア供給する必要はないが、エア漏れの可能性を運転者に知らせるための検出規定値Cは、設定されるパーセンタイル値n2(n2＞n1)を含んだQ2-n2の値である。この段階では、防振構造のエアのシステムを点検するまでもないが、その可能性が大でありシステムの作動動向をチェックしておく必要があることを示すので、B≧Vn＞Cであれば(ステップS38)、警報3をONとし(ステップS39)、規定時間T後にOFFとする(ステップS40)。
判定の実施例II:図9
まずステップS51では、ステップS22で得られたVn及びWnの平均値Q1とQ2を元に、上記と同様にエア失陥検出用規定値A,B,Cを求める。ただし、通常エアが失陥せずに正常に機能している場合は、「車体ベース部のQ2＞荷台床部のQ1」である。またエアが失陥している場合は、理論上「Q1≒Q2」となる。そこで、規定を検出する手段として、これらの差分であるQ3=Q2−Q1を予め求めておき、この差分Q3を用いた規定値設定を次のように行う。

エアが完全に失陥していることを検出する規定値Aは、防振効果のある周波数帯において荷台とフロアパンがほぼ同様の動きをした場合を検出することから、理論的にはQ2がQ1と同値になった場合即ちQ3≒0を示すが、データや環境、構造の特性やバラツキを考慮し、規定誤差を含んだあるパーセンタイル値mが規定値Aとして設定される。この値は、完全にエアが失陥するような状況を示し、防振構造であるエアシステムの点検交換を要する状況を示す。

運転者にエア供給対策を促すための検出規定値Bは、Q1がQ2に徐々に近づく、すなわちQ3がだんだんと小さくなっていく現象であり、Q3の正常値に対してあるパーセンタイル値n1に踏み込んだ時の値Q3−n1である。この段階では、使用状況において常にエア漏れの可能性があり、防振構造のエアのシステム点検する必要があることを示す。

即エア供給する必要はないが、エア漏れの可能性を運転者に知らせるための検出規定値Cは、設定されるパーセンタイル値n2(n2＞n1)に踏み込んだ時の値Q3−n2である。この段階では、防振構造のエアのシステムを点検するまでもないが、その可能性が大でありシステムの作動動向をチェックしておく必要があることを示す。

このようにして規定値を求めた後、ステップS52において、上記の値VnとWnとの差を示す値Unを求める。

この後は、Un＜Aであれば（ステップS53）、実施例IのVn＞A(ステップS32)の場合と同様に、防振構造であるエアシステムの点検交換を要する状況を示すので警報1をONとし(ステップS54)、規定時間T後にOFFとする(ステップS55)。

A≦Un＜Bであれば(ステップS56)、実施例IのA≧Vn＞B(ステップS35)の場合と同様に、警報2をONとして(ステップS57)、規定時間T後にOFFとする(ステップS58)。

さらに、B≦Un＜Cであれば(ステップS59)、実施例IのB≧Vn＞C(ステップS38)の場合と同様に、警報3をONとして(ステップS60)、規定時間T後にOFFとする(ステップS61)。

なお、上記実施例によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。

本発明に係る車両の荷台振動異常検出装置の概略構成例を示した図である。本発明に係る車両の荷台振動異常検出装置の制御系統を示したブロック図である。図2に示した荷台振動判定部の機能ブロック図である。荷台振動判定部の処理概要を示したフローチャート図である。図4に示した荷台振動判定部のサブルーチン(S1)のフローチャート図である。本発明により2つの加速度センサから伝達関数を求めて所定割合を占める所定周波数帯を求める過程を示したグラフ図である。図4に示した荷台振動判定部のサブルーチン(S2)のフローチャート図である。図７に示した振動判定部による判定の実施例Iを示したフローチャート図である。図７に示した振動判定部による判定の実施例IIを示したフローチャート図である。

符号の説明

100 車両
1 キャブ
200 積荷
2 コントロールユニット
3 モニタ部
4 荷台
5 荷台床部
6 車体ベース部
7 ヒンジ
8 空気バネ
9 ショックアブソーバー
11, 12 上下加速度センサ
21 スイッチ
22 電源回路
23 荷台振動判定部
23a FFT解析部
23b 伝達関数演算部
23c 頻度分布解析部
23d 振動演算部
23e 振動判定部
23f 出力部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

荷台床部と車体ベース部との間に、荷台に発生する振動を減衰する防振機構を備えた車両の荷台振動異常検出装置であって、
該荷台床部の第1の上下加速度を検出する第1の加速度センサと、
該車体ベース部の第2の上下加速度を検出する第2の加速度センサと、
該第1及び第2の上下加速度間の伝達関数を算出すると共に、該伝達関数のピーク値の頻度分布マップを生成して、所定割合を占める周波数帯を特定し、該周波数帯を用いて該第1及び第2の上下加速度をバンドパスフィルタ処理して得た第1及び第2の値の内、該第1の値が、予め設定した荷台床部についての振動規定値を超えたか、又は該第1及び第2の値間の差分が、予め設定した荷台床部−車体ベース部間の振動差分規定値を下回ったときに、警報信号を発生するコントロールユニットと、
を備えたことを特徴とする車両の荷台振動異常検出装置。
請求項１において、
該規定値が、警報レベルに応じて複数設けられ、該警報信号が該警報レベルに対応して設けられていることを特徴とした車両の荷台振動異常検出装置。
請求項1又は2において、
該荷台床部の前部側が、該車体ベース部にピッチング方法のみに回動可能に取り付けられ、該荷台床部の後部側が、該防振機構により該車体ベース部に弾性的に取り付けられていることを特徴とした車両の荷台振動異常検出装置。
請求項1から3のいずれか1つにおいて、
該第1及び第2の加速度センサが、該防振機構に近接配置されていることを特徴とした車両の荷台振動異常検出装置。
請求項1から4のいずれか1つにおいて、
該第1及び第2の値が、得られた所定回数内の平均値であることを特徴とした車両の荷台振動異常検出装置。