JP2009146086A - 車両故障診断予測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】故障診断予測を行なうモデル道路の条件を予め設定し、車両状態データ検出手段11は、その条件での走行時に車載センサ21から状態データを収集し、車両状態データベース15に蓄積する。所定の期間または距離分の状態データの収集後、正常状態モデル作成手段13は、それらの状態データから正常状態モデルを作成する。故障診断予測手段17は、正常状態モデルが作成された後にモデル道路条件の道路走行中、車両状態データ検出手段11により検出された状態データと正常状態モデルを比較し、故障を診断する。故障診断予測手段17は、また、車両状態データベース15に蓄積された過去の車両状態データの回帰分析による将来の状態データと正常状態モデルを比較し、故障を予測する。
【選択図】図1
Description
このとき、そのような場所では、レーダの反射波の信号受信強度が予め定めたしきい値よりも大きくなることを利用し、信号受信強度がしきい値に満たない場合に故障と診断する。
外部ノイズの影響を受けやすい地域は、ロードヒータの設置されている場所や高圧送電線の近辺、通信施設付近であり、これらの地域をGPSと地図データにより検出する。
すなわち、車両個々の走行を考慮した故障診断が行なわれていないという問題がある。
また、前記予め設定した所定の道路条件は、所定の距離以上の長さのある平坦路、または、所定の距離以上の長さのある上り勾配路および下り勾配路、または、所定の曲率と長さを持つカーブ路のうち、少なくともいずれかを含むものであってもよい。
前記車両状態データ検出手段は、前記予め設定した所定の道路条件を、GPSおよび地図データにより検出する。
そして、前記正常状態モデル作成手段は、前記状態データ格納手段により蓄積された所定の期間または所定の走行距離分の前記車両の状態データから、前記予め設定した所定の道路条件ごとに平均値μおよび標準偏差σを算出し、μ−3σ〜μ+3σの範囲を前記正常状態モデルとすることが好ましい。
また、前記故障診断予測手段は、前記状態データ格納手段に格納されている所定の一定期間または一定距離分の前記状態データの回帰分析により所定の期間後の状態データを予測し、前記所定の期間後の状態データが前記正常状態モデルの範囲外にある場合に故障の可能性があると予測する。
また、過去の所定の一定期間の状態データを状態データ格納手段に蓄積しておき、その傾向を故障診断予測手段により求め、近い将来に発生する可能性のある故障を予測することが可能になる。
図1は、本実施の形態の車両故障診断予測装置のシステム構成を示す図である。
制御装置10は、CPU、ROM、RAM、入出力インタフェース等によって構成されており、例えば、ECU(Electronic Control Unit)等の既存の制御ユニットの一部として構成してもよい。
これらの機能は、ソフトウエアとして制御装置10のROM等のメモリに格納されており、必要に応じてRAMに読み出されて処理が実行される。
ここで道路条件は、GPSセンサ31および地図データ33によって決定する。道路条件の設定については後述する。
正常状態モデル作成手段13では、例えば、蓄積された車両状態データの平均値μおよび標準偏差σを算出し、μ−3σ〜μ+3σを正常状態モデルとする。尚、μ、σは平均値、標準偏差を示す記号として用いる。従って、実測値としては異なる場合(例えば、異なる条件の車両状態データ同士であれば、当然実測値は異なる。)であっても、同じ記号で表記する。
作成した正常状態モデルは、車両状態データベース15に道路条件ごとに格納しておく。
まず、制御装置10は、故障診断予測処理を行う道路条件(モデル道路)の設定を行なう(ステップ101)。
次に、制御装置10は、走行時に、走行中の位置が状態データを検出するべきモデル道路(道路条件)か否かを判断する(ステップ102)。
すなわち、まず、GPSセンサ31によって走行中の車両の位置を検出する。そして、車両の位置がステップ101で設定した道路条件に合致するか否かを判定する。
そして、走行中の位置がモデル道路の場合には(ステップ102のYes)車両の状態データを検出する(ステップ103)。そうでない場合には(ステップ102のNo)ステップ102の処理を繰り返す。
まず、車両状態データ検出手段11で検出された状態データを車両状態データベース15に道路条件(モデル道路区間)ごとに蓄積する(ステップ201)。
すなわち、例えば、道路条件ごとに蓄積された状態データの平均値μと標準偏差σを算出する。そして、μ±3σの範囲を正常状態モデルとする。
このとき、μとσの値を正常状態モデルとして車両状態データベース15に格納しておけばよい。
正常状態モデルは、μ±3σの範囲とは限らず、状況に応じて設定すればよい。
すなわち、例えば1ヶ月の一定期間、あるいは1000km等の一定距離の走行により正常状態モデルを作成し、それを利用してその後の走行で故障診断予測を行なう。
故障診断予測処理は、車両状態データ検出手段11(図2)により検出された状態データを元に診断予測処理を行う。
まず、車両状態データベース検出手段11は、正常状態モデルを作成したのと同じ道路条件(モデル道路)についての車両状態データを受け取り、車両状態データベース15から、この道路条件(モデル道路)についての各車両状態データの正常状態モデル(平均値μおよび標準偏差σ)を読み出す(ステップ301)。
すなわち、車両状態データベース15に蓄積されている過去一定期間(例えば1ヶ月間)の各車両状態データの回帰モデル(例えば直線回帰)を計算し、その回帰モデルによる将来の各車両状態データが現在から所定の期間後(例えば1ヶ月後)も正常範囲内(μ±3σ)にあるか否かを調べる(ステップ305)。全車両状態データのなかに正常範囲外になる車両状態データがある場合は(ステップ306のYes)、故障が予測されると判断し、警告等を出力する(ステップ307)。
最後に、現在の車両状態データを過去データとして車両状態データベース15に格納しておく(ステップ308)。
すなわち、自宅と勤務先を毎日往復するような場合である。この場合、運転者等は、車両に装備されているナビゲーションシステムの地図データ33により経路を設定する。そして、運転者等は、その経路内で、例えば、停車する確率の高い交差点(交差点a、交差点b)、一定速度で通過できる確率の高い平坦路(平坦路c)等を道路条件として指定する。そして、制御装置10は、指定された位置を車両状態データの検出位置として登録しておく(図2のステップ101)。
このとき、走行方向(例えば、交差点aを地点Aから地点Bに向けて走行する)も道路条件となる。
よって、図5の場合、地点Aから地点Bまでの一定区間内の交差点a、b、および平坦路cで、A方向およびB方向に走行している場合の車両状態データが検出され、正常状態モデル作成手段13および故障診断予測手段17により使用される。
モデル道路区間である交差点a、平坦路c、交差点bのそれぞれの走行方向(A/B方向)について、走行日時とともに、各車両状態データ(例えば、充電率、回生電力量、水温、回転数、排気量、平坦路cについては、それに加えて、燃費、ヨーレート、アクセル開度)が車両状態データベース15に蓄積される。
図7は、正常状態モデルの例である。
モデル道路区間である交差点a、平坦路c、交差点bのそれぞれの走行方向(A/B方向)について、例えば平均値μと標準偏差σを算出し、車両状態データベース15に格納する。
故障診断予測手段17は、正常状態モデルが作成された後、車両がモデル道路区間(例えば交差点a、平坦路c、交差点b)を走行する際に故障の診断および予測を行なう。
このとき、車両状態データ検出手段11は、GPSセンサ31によって交差点aをB方向に走行中であることを検出し、停車時に車両状態データを検出する(図8(a))。
故障診断予測手段17は、車両状態データベース15から交差点aB方向の正常状態モデルを検索する。そして、故障診断予測手段17は、o月p日q時の各車両状態データ(例えば、充電率、回生電力量、水温、回転数、排気量)がμ±3σの正常範囲内にあるか否かを判定し、正常範囲内にない場合(図8(b))、故障と判定する。
故障診断予測手段17は、図8(c)に示すように、車両状態データベース15に格納されている過去の各車両状態データを回帰分析する。同図では、例えば直線回帰モデルを用いている。
この回帰モデルにより、過去の車両状態データから将来の車両状態データを予測できる。
例えば、故障診断予測手段17は、所定の期間内に、車両状態データの予測値が正常範囲(例えばμ±3σ)からはずれる場合、故障に至る時期を出力する。
すなわち、平坦路の長さ(例えば500m)や、勾配路の傾斜度(例えば3%、5%等)と長さ(例えば500m)、カーブ路の曲率半径(例えば300m、500m等)と長さ(500m)を設定しておく。
高速道路等の安定走行可能な道路上に車両が位置する場合には、地図データ33上の現在位置から、その道路の特性である勾配データや曲率半径、平坦路や勾配路、カーブ路が継続する長さのデータを検索し、格納してある道路条件(モデル道路)と比較する。
そして、モデル道路の条件と合致する場合(ステップ102のYes)には車両状態データを検出する(ステップ103)。モデル道路の条件と合致しない場合には(ステップ102のNo)ステップ102の処理を繰り返す。
図9(b)に示すように、高速道路のp0〜p9の区間を上り方向に走行する場合、p0〜p1、p4〜p5、p6〜p7は平坦路、p1〜p2、p2〜p3、p3〜p4、p5〜p6、p7〜p8、p8〜p9は勾配路であるとする。これらの区間では、各データがモデル道路の条件を満たすことから、車両状態データ検出手段11は、車両状態データを検出する。
一方、p2〜p3およびp6〜p7の区間では、距離のデータがモデル道路の条件を満たさないことから、車両状態データ検出手段11は、車両状態データを検出しない。
例えば、モデル道路の条件を満たすモデル道路区間(平坦路、上り勾配、下り勾配)ごとに、走行日時とともに各車両状態データ(例えば、充電率、回生電力量、水温、回転数、排気量、燃費、ヨーレート、アクセル開度)が車両状態データベース15に蓄積される。
図11は、正常状態モデルの例である。
モデル道路区間である平坦路、上り勾配路、下り勾配路について、例えば平均値μと標準偏差σを算出し、車両状態データベース15に格納する。
このとき、車両状態データ検出手段11は、GPSセンサ31によってモデル道路の条件に合う道路を走行していることを検出し、走行中の車両状態データを検出する。
故障診断予測手段17は、車両状態データベース15から同じモデル道路の条件の正常状態モデルを検索する。そして、故障診断予測手段17は、検出した車両状態データがμ±3σの正常範囲内にあるか否かを判定し、正常範囲内にない場合(図8(b))、故障と判定する。
故障診断予測手段17は、第1の実施例の場合と同様に、図8(c)に示すように、車両状態データベース15に格納されている過去の各車両状態データを回帰分析する。そして、故障診断予測手段17は、所定の期間内に、車両状態データの予測値が正常範囲(例えばμ±3σ)からはずれる場合、故障に至る時期を出力する。
ここで、特徴量として、平均速度等のデータを併用してもよい。また、クラスタ数はここでは5にしたが、さらに増やしてもよい。
クラスタ(クラスタA〜クラスタE)ごとに、充電率や回生電力量、水温、回転数、排気量、燃費、ヨーレート、アクセル開度等の車両状態データの平均値μおよび標準偏差σが格納されている。
故障診断予測手段17は、車両状態データベース15から同じクラスタの正常状態モデルを検索する。そして、故障診断予測手段17は、検出した車両状態データがμ±3σの正常範囲内にあるか否かを判定し、正常範囲内にない場合(図8(b))、故障と判定する。
故障診断予測手段17は、第1の実施例の場合と同様に、図8(c)に示すように、車両状態データベース15に格納されている過去の各車両状態データを回帰分析する。そして、故障診断予測手段17は、所定の期間内に、車両状態データの予測値が正常範囲(例えばμ±3σ)からはずれる場合、故障に至る時期を出力する。
10………制御装置
11………車両状態データ検出手段
13………正常状態モデル作成手段
15………車両状態データベース
17………故障診断予測手段
21………車載センサ
31………GPSセンサ
33………地図データ
Claims (9)
- 走行中の車両の故障を検出、予測する車両故障診断予測装置であって、
予め設定した所定の道路条件で走行中の車両の状態データを検出する車両状態データ検出手段と、
前記車両状態データ検出手段により検出された前記予め設定した所定の道路条件での車両の状態データを蓄積する状態データ格納手段と、
前記状態データ格納手段に蓄積された所定の期間分または所定の距離分の前記車両の状態データから前記所定の道路条件での状態データの正常状態モデルを作成する正常状態モデル作成手段と、
前記正常状態モデル作成手段による前記正常状態モデルの作成後、前記予め設定した所定の道路条件で走行する際に、前記車両状態データ検出手段により検出された前記車両の状態データと前記正常状態モデルを比較することにより走行中の故障を検出、予測する故障診断予測手段と、
を有することを特徴とする車両故障診断予測装置。 - 前記予め設定した所定の道路条件は、頻繁に走行する同一区間内の、停車する確率の高い交差点、または、一定速度で通過できる確率の高い平坦路のうち、少なくともいずれかを含むものであることを特徴とする請求項1記載の車両故障診断予測装置。
- 前記予め設定した所定の道路条件は、所定の距離以上の長さのある平坦路、または、所定の距離以上の長さのある上り勾配路および下り勾配路、または、所定の曲率と長さを持つカーブ路のうち、少なくともいずれかを含むものであることを特徴とする請求項1記載の車両故障診断予測装置。
- 前記予め設定した所定の道路条件は、所定の長さ以上の道路区間について、少なくとも勾配および曲率を特徴量とするクラスタ分析により求めたクラスタに属することであることを特徴とする請求項1記載の車両故障診断予測装置。
- 前記車両状態データ検出手段は、前記予め設定した所定の道路条件を、GPSおよび地図データにより検出することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の車両故障診断予測装置。
- 前記車両状態データ検出手段は、充電率、回生電力量、水温、アイドル回転数、排気温、タイヤの空気圧、燃料消費率、ヨーレート、アクセル開度、シフトポジション、速度のうち少なくとも一つを検出することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の車両故障診断予測装置。
- 前記正常状態モデル作成手段は、前記状態データ格納手段により蓄積された所定の期間または所定の走行距離分の前記車両の状態データから、前記予め設定した所定の道路条件ごとに平均値μおよび標準偏差σを算出し、μ−3σ〜μ+3σの範囲を前記正常状態モデルとすることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の車両故障診断予測装置。
- 前記故障診断予測手段は、前記車両の状態データが、同一の道路条件の前記正常状態モデルの範囲外にある場合に故障と判断することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の車両故障診断予測装置。
- 前記故障診断予測手段は、前記状態データ格納手段に格納されている所定の一定期間または一定距離分の前記状態データの回帰分析により所定の期間後の状態データを予測し、前記所定の期間後の状態データが前記正常状態モデルの範囲外にある場合に故障の可能性があると予測することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の車両故障診断予測装置。
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