JP2011064552A - 走行装置の異常監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載された走行装置における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することが可能な走行装置の異常監視装置を提供する。
【解決手段】異常監視装置は、アクスル２の両端部における外周面にベアリング４を介して取り付けられたハブ３と、ハブ３の外周面側に締結部７によって締結されたホイール６とを含んで構成される走行装置１を備えた車両に搭載され、ハブ３の外周面に配置され、走行装置１において発生したＡＥ波を検出するＡＥセンサ１２と、ＡＥセンサ１２からの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否を判定し、これに基づいて走行装置１における異常の発生の有無を判定する判定部とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のアクスル両端部に設けられる走行装置の異常監視装置に関する。

特許文献１に示すように、トラック等の特装車両には、車軸としてのアクスルが搭載されており、アクスルの両端部には、走行装置としてのハブ、ホイール等が設けられている。ハブは、ホイールを自由に回転させるためのベアリングを介してアクスルの内周面に外挿されている。ホイールは、タイヤを取り付けるための部品であって、ボルトおよびナットによってハブに締結されている。このような走行装置は、車両の走行に関わる重要な部品であるため、出荷する前には十分な検査が行われている。

特開２００３−８０９０３号公報

しかしながら、走行装置は、車両荷重や走行中の衝撃を繰り返し受ける部分であるため、時間の経過と共に走行装置の一部が損傷したり、ハブとホイールとの締結が緩んだりする等の異常が発生するおそれがある。このため、上記損傷や締結の緩みといった走行装置における異常をリアルタイムかつ高い精度で検出できることが好ましい。

本発明は、車両に搭載された走行装置における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することが可能な走行装置の異常監視装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の走行装置の異常監視装置は、アクスルの両端部における外周面に軸受を介して取り付けられたハブと、ハブの外周面側に締結手段によって締結されたホイールとを含んで構成される走行装置を備えた車両に搭載されており、走行装置における異常の発生の有無を監視する走行装置の異常監視装置であって、ホイールおよび締結手段に接触するハブにおける外周面に配置され、走行装置において発生したＡＥ波を検出するＡＥセンサと、ＡＥセンサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、これに基づいて走行装置における異常の発生の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

この走行装置の異常監視装置によれば、ハブの外周面にＡＥセンサを配置し、走行装置の一部に異常が発生した際に生じるＡＥ波を検出するＡＥセンサからの出力信号に基づいて、走行装置における異常の発生の有無を判定する。ＡＥセンサは、ハブの外周面に配置されているので、ハブにクラックが発生した際に生じるＡＥ波だけでなく、このハブと接するベアリングや締結手段に異常が発生した際に生じるＡＥ波も検出することができる。また、ＡＥセンサの検出機能では、車両の走行時に生じる振動は検出されないので、走行装置に異常が発生した際に生じた振動のみを検出することができる。従って、このＡＥセンサで、走行装置からのＡＥ波を常時監視することにより、走行装置に異常が発生したことをリアルタイムに検出することができる。さらに、この異常監視装置では、ＡＥセンサからの出力信号に対して一定の処理を施しているので、走行装置における異常の発生の有無を精度よく判定することができる。

また、走行装置の異常監視装置では、ホイールおよび締結手段に接触するハブの外周面において、衝撃波を検出する衝撃センサがＡＥセンサに隣接して配置され、判定部は、衝撃センサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、出力信号が標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有する衝撃波が検出されたか否かを判定することが好ましい。また、走行装置の異常監視装置では、判定部は、所定閾値以上のＡＥ波が検出され、かつ所定閾値以上の衝撃波が検出されなかったと判定された場合に、走行装置に異常が発生したと判定することが好ましい。また、走行装置の異常監視装置では、判定部は、所定閾値以上のＡＥ波が検出され、かつ所定閾値以上の衝撃波が検出されたと判定された場合に、走行装置に異常は発生していないと判定することが好ましい。

この走行装置の異常監視装置では、衝撃センサが、ＡＥセンサでは判別することができない所定の周波数を有する衝撃波を検出できる。これにより、走行装置を搭載した車両が跳ね上げた小石等がアクスルやホイールに衝突した場合であっても、その衝撃によって発生する振動と走行装置に異常が発生した際に生じる振動とを判別することができ、走行装置における異常の発生の有無をより高い精度で検出することが可能となる。

また、走行装置の異常監視装置では、判定部において走行装置に異常が発生したと判定された場合に、その判定結果を報知する報知部をさらに備えていることが好ましい。これにより、例えば、車両の運転者あるいは管理者に対して、走行装置に発生した不具合を認識させることができる。

また、走行装置の異常監視装置では、判定部において走行装置に異常が発生したと判定された場合に、車両の走行を禁止する制御部をさらに備えていることが好ましい。これにより、走行装置における異常の発生が原因となる不具合を回避することが可能となる。

本発明によれば、車両に搭載された走行装置における異常の発生をリアルタイムかつ高い精度で検出することができる。

本発明の好適な一実施形態に係る異常監視装置が取り付けられる走行装置の概略図である。 本発明の好適な一実施形態に係る走行装置の異常監視装置の機能構成を示したブロック図である。 図２のＡＥセンサから出力される信号の一例を示す図である。 図２の信号処理部における波形処理解析を説明する図である。 本発明の好適な一実施形態に係る走行装置の異常監視装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図２のＡＥセンサから出力される信号の一例を示す図である。 図２の信号処理部における波形処理解析結果を説明する図である。 本発明の他の好適な一実施形態に係る走行装置の異常監視装置の機能構成を示したブロック図である。 図８のＡＥセンサおよび衝撃センサの検出機能を説明する図である。 図８の判定部における判定テーブルの一例を示す図である。

〔第１実施形態〕
本発明の好適な第１実施形態に係る走行装置の異常監視装置１０について、図１〜図７を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本発明の走行装置の異常監視装置の検査対象となる走行装置１を示す概略図である。

本発明の走行装置の異常監視装置１０が監視する対象となる走行装置１は、トラック等の特装車両に搭載されており、アクスル２の両端に配置されている。アクスル２は、図１に示すように、筒状のシャフト本体２ａの端部にシャフト本体２ａ側に向かって大径となるスピンドル２ｂを溶接して形成されている。シャフト本体２ａおよびスピンドル２ｂは、例えば、９ｍｍの厚みを有する中空円筒状の部材である。走行装置１は、図１に示すように、ハブ３と、ベアリング（軸受）４と、アクスルナット５と、ホイール６と、締結部（締結手段）７と、ブレーキドラム８とを主に含んで構成されている。

ハブ３は、後述するホイール６をアクスル２に取り付けるための部品であって、アクスル２におけるスピンドル２ｂの外周面に外挿されている。ハブ３は、スピンドル２ｂの端部に配置されたアクスルナット５によって軸方向への移動が規制されている。

ベアリング４は、回転運動するハブ３と軸となるスピンドル２ｂとを互いに支持する部品であって、スピンドル２ｂの外周面とハブ３の内周面との間に互いに接触するように配置されている。これにより、ハブ３は、アクスル２に対して回転することが可能となっている。

ホイール６は、タイヤ９を装着する部品であって、ハブ３の外周面側に配置されている。ホイール６は、ホイールボルト７ａおよびホイールナット７ｂの締結部７によって、ハブ３の外周面側に形成されたブラケット３ａに締結されている。これにより、ホイール６は、ハブ３と共にアクスル２に対して回転することが可能となっている。

ブレーキドラム８は、ブレーキ機構を構成する部品であって、ハブ３の外周面側に配置されている。ブレーキドラム８は、ホイールボルト７ａおよびドラムナット７ｃの締結部７によって、ハブ３の外周面側に形成されたブラケット３ａに締結されている。これにより、ブレーキドラム８は、ハブ３と共にアクスル２に対して回転することが可能となっている。

以下、上述したような走行装置１における異常の発生の有無を監視する異常監視装置１０について、図２〜図７を用いて説明する。

異常監視装置１０は、上述の走行装置１を備えた車両に搭載されており、図２に示すように、ＡＥセンサ１２と、信号処理部１３と、判定部１５と、報知部１６と、制御部１７とを含んで構成されている。

ＡＥセンサ１２は、ハブ３における外周面に固定されており、走行装置１の一部に異常が発生した際に生ずるＡＥ波を検出する部分である。ＡＥセンサ１２は、ハブ３の外周面に配置されているので、ハブ３においてクラックが発生した際に生ずるＡＥ波だけでなく、ハブ３に接するベアリング４にクラックが発生した際に生ずるＡＥ波や、ハブ３に接する締結部７が緩んだ際に生ずるＡＥ波も検出する。このＡＥセンサ１２は、通常走行時に受ける振動よりもはるかに高い数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚという周波数帯域の振動のみを検出する特性を有している。ＡＥセンサ１２は、検出したＡＥ波の強度に対応する出力信号を、帯域周波数が、例えば、４０ｋＨｚ〜１．２ＭＨｚであるアンプ（図示せず）を介して信号処理部１３に出力する。なお、ＡＥセンサ１２から信号処理部１３への出力は有線または無線のいずれであってもよい。

図３は、走行装置１に異常が発生したにＡＥセンサ１２から出力される信号の一例を示す図である。ＡＥセンサ１２は、走行装置１に異常がない場合には何ら信号を出力しないが、走行装置１にクラックに異常が発生した場合には、ハブ３に伝播してくるＡＥ波を検出し、例えば図３に示すように、最初に振幅のピークがあって次第に小さくなるような信号を出力する。

信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２において検出された出力信号から、走行装置１における異常の発生の有無を判定するのに必要な判定値を抽出する部分である。信号処理部１３は、後述する判定部１５が、走行装置１における異常の発生の有無を判定するにあたって客観的に判定を行えるようにするために、波形処理解析によって出力信号を特徴化する。

以下、信号処理部１３が行う処理の一つである波形処理解析について説明する。この波形処理解析では、まず、図４に示すように、所定抽出幅における出力信号の移動平均値μを求める。次に、移動平均値μの標準偏差σに基づいて標本線を設定する。標本線は、標準偏差σを所定倍することによって得ることができる。例えば、図４に示すように、標準偏差σを、−３．０倍、−１．５倍、＋１．５倍、＋３．０倍することによって、−３σの標本線、−１．５σの標本線、＋１．５σの標本線、＋３．０σの標本線を得ることができる。次に、出力信号が、所定の標本線（例えば、＋３σの標本線）の値に一致する回数を算出する。信号処理部１３は、この回数を判定値とし、判定部１５に出力する。

判定部１５は、信号処理部１３において算出された判定値に基づいて、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、これに基づいて走行装置１における異常の発生の有無を判定する部分である。具体的には、判定部１５は、出力信号が標本線の値に一致した回数が基準データを満たす場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたと判定し、これに基づいて当該走行装置１に異常が発生したと判定し、出力信号が標本線の値に一致した回数が基準データを満たさない場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されなかったと判定し、これに基づいて走行装置１に異常が発生していないと判定する。なお、基準データは、標準偏差σを所定倍することによって得られる標本線ごとに設定された値であり、データベース部１４に格納されている。また、判定部１５は、シャフト本体２ａの外周面に設けられている。

報知部１６は、判定部１５において走行装置１に異常が発生したと判定された場合、このことをアクスル２が搭載された車両の運転者あるいは管理者へ報知する部分である。報知部１６は、例えば走行装置１に異常が発生したことを警告音として報知したり、車両の表示部等に走行装置１に異常が発生したことを表示したりして報知する。

制御部１７は、判定部１５において、走行装置１に異常が発生したと判定された場合、アクスル２が搭載された車両の走行を禁止する部分である。例えば、制御部１７は、車両が走行中の場合には、車両のブレーキを制御して車両を停止させたり、車両が停止中の場合は、エンジンを停止させたりするよう制御して車両が走行することを禁止する。

以下、図５に示す走行装置の異常監視装置の処理の流れを示すフローチャートを使用して、上述した走行装置１の異常監視装置１０の動作について説明する。ＡＥセンサ１２は、走行装置１において発生するＡＥ波を常時監視しており、ＡＥ波を検出すると、検出したＡＥ波の強度に対応する出力信号を信号処理部１３に出力する（ステップＳ１）。

次に、信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２において取得された出力信号から走行装置１における異常の発生の有無を判定するのに必要な判定値を抽出する（ステップＳ２）。具体的には、図６に示すように、まず、ＡＥセンサ１２から出力される信号について所定抽出幅（図６の例では、ＡＥ波の周期である１５０ｎｓ）における移動平均値μを求め、移動平均値μに基づく標準偏差σを算出する。次に、算出した標準偏差σを所定倍（図６の例では、標準偏差σの３倍）することによって得られる標本線を設定する。そして、出力信号が当該標本線の値に一致する回数を算出し、図７（ａ）に示すように判定値を取得する。なお、図７（ａ）に示す判定値は、図６に示す出力信号Ｍ１が、標本線３σの値を上回ったときと標本線３σを下回ったときとをカウントして算出されたものである。

次に、ステップＳ２において抽出された判定値に基づいて、判定部１５は、走行装置１における異常の発生の有無を判定する（ステップＳ３）。具体的には、判定部１５は、図７（ａ）に示すように、＋３σの標本線に対して、出力信号が標本線の値に一致した回数が１回でもあれば、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたと判定し、これに基づいて当該走行装置１に異常が発生したと判定する。一方、判定部１５は、図７（ｂ）に示すように、＋３σの標本線に対して、出力信号が標本線の値に一致することがない場合、所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されなかったと判定し、これに基づいて当該走行装置１に異常が発生していないと判定する。なお、ここでは、標本線３σに対して出力信号が標本線の値に一致した回数が１回以上あることを走行装置１に異常が発生したと判定される判定基準としたがこれに限定されるものではない。この判定値は、例えば、走行装置１において異常が発生したときに生ずるＡＥ波から得られる時系列波形を波形処理解析した結果に基づいて、標準偏差σを所定倍することによって得られる標本線ごとに値を設定することができる。

ステップＳ３において、当該走行装置１に異常が発生したと判定された場合（ステップＳ３：有）、報知部１６は、警告音を出力して、アクスル２の走行装置１に異常が発生したことを車両の運転者へ報知する（ステップＳ４）。次に、制御部１７は、車両が走行中の場合には、車両のブレーキを制御して車両を停止させ、停止中の場合は、エンジンを停止あるいはエンジンの始動を制限するように制御して車両が走行することを禁止する（ステップＳ５）。

一方、ステップＳ３において、当該走行装置１に異常が発生していないと判定された場合（ステップＳ３：無）、一連の処理を終了する。

以上に説明したように、本実施形態の走行装置１の異常監視装置１０によれば、クラックが発生した際や締結部７が緩んだ際に生じる数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚという周波数帯域の振動をＡＥセンサ１２によって検出できる。そして、ＡＥセンサ１２の検出機能では、車両の走行時に生じる振動は検出されないので、ハブあるいはベアリング４においてクラックが発生あるいは締結部７が緩んだ際に生じる振動のみを検出することができる。また、本実施形態の走行装置１の異常監視装置１０によれば、ＡＥセンサ１２が、走行装置１からのＡＥ波を常時監視しているので、クラックが発生あるいは締結部が緩んだことをリアルタイムに検出することができる。さらに、判定部１５は、ＡＥセンサ１２からの出力信号に対してステップＳ２において抽出されるような判定値に基づいて判定を行っているので、走行装置１における異常の発生の有無を精度よく判定することができる。この結果、走行装置１において異常が発生したことをリアルタイムかつ高い精度で検出することができる。

〔第２実施形態〕
本発明の好適な第２実施形態に係る走行装置１の異常監視装置１１０について、図８〜図１０を用いて説明する。なお、当該異常監視装置１１０の構成は、上記第１実施形態の異常監視装置１０に対して衝撃センサ２１を備える点と、判定部１５における判定処理のみが異なる。以下、上記異なる点について主に説明し、同一番号が付された同一要素についてはその説明を省略する。

衝撃センサ２１は、図８に示すように、ハブ３における外周面において、ＡＥセンサ１２に隣接して固定されている。衝撃センサ２１の周波数帯域は、例えば数Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度となっており、ＡＥセンサ１２に比べて低周波帯域をカバーするようになっている。衝撃センサ２１は、検出した衝撃波の強度に対応する出力信号を信号処理部１３に出力する。信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２および衝撃センサ２１からの出力信号に対して第１実施形態と同様の波形解析処理を実行し、所定閾値以上のＡＥ波・衝撃波が検出されたか否かを示す判定値を判定部１５に出力する。なお、衝撃センサ２１から信号処理部１３への出力は有線または無線のいずれであってもよい。

図９は、ＡＥセンサと衝撃センサとの検出機能を示す図である。図９に示すように、車両の走行時の振動やホイール６への小石等の衝突によって生じる衝撃波の周波数は、例えば数Ｈｚ〜数１０ｋＨｚとなっている。したがって、衝撃波がハブ３を伝播してきた場合には、衝撃センサ２１で検出可能となっている。なお、衝撃波のうちの高周波帯域部分については、ＡＥセンサ１２において検出される場合がある。また、クラックの発生あるいは締結部７の緩みによって生じたＡＥ波は、衝撃センサ２１では検出されず、ＡＥセンサ１２のみで検出可能となっている。

また、図１０は、判定部１５における判定テーブルの一例を示す図である。図１０に示すように、判定部１５は、衝撃センサ２１およびＡＥセンサ１２のいずれにおいても所定閾値以上の信号が検出されなかった場合、および衝撃センサ２１のみで所定閾値以上の信号が検出された場合には、走行装置１に異常が発生していないと判定する。また、判定部１５は、衝撃センサ２１およびＡＥセンサ１２の双方で所定閾値以上の信号が検出された場合についても、走行装置１に異常が発生していないと判定する。これは、上述のように、衝撃波のうちの高周波帯域部分については、ＡＥセンサ１２において検出される場合があることを考慮したものである。そして、判定部１５は、ＡＥセンサ１２のみで所定閾値以上の信号が検出された場合には、走行装置１に異常が発生したと判定する。

以上に説明したように、本実施形態の走行装置１の異常監視装置１１０によれば、上記実施形態の異常監視装置１０と同様の効果に加え、ＡＥセンサ１２に隣接して衝撃センサ２１を備えているので、ＡＥセンサ１２と衝撃センサ２１とで互いに異なる検出機能を利用した図１０に示すような判定テーブルに基づいて、走行装置１における異常の発生の有無を判定する。これにより、ハブ３に伝播する、例えば、クラックの発生により生ずるＡＥ波、飛来物の衝突により生ずる衝撃波、走行時の振動等の中からＡＥ波を判別し、走行装置１における異常の発生の有無をより高い精度で検出することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。

上記実施形態においては、報知部１６は、走行装置１に異常が発生したことを車両の運転者に報知する例を挙げて説明したが、例えば、遠隔地にいる当該車両の管理者等へ通信手段を介して報知するようにしてもよい。この場合、車両にＧＰＳ等の現在位置特定手段を搭載することによって、管理者に車両の位置と共に異常が発生したことを報知することが可能となる。また、車両に搭載された積算メータ等の走行距離特定手段等と連携することにより、管理者に走行距離と共に異常が発生したことを報知することが可能となる。これにより、より緻密に車両の状態を管理することが可能となる。

上記実施形態においては、ステップＳ２において、信号処理部１３は、ＡＥセンサ１２において取得された出力信号から走行装置１における異常の発生の有無を判定するのに必要な判定値を抽出する例を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。ＡＥセンサ１２が測定できる最大振幅の例えば２０％以上の振幅を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、走行装置１における異常の発生の有無を判定してもよい。

上記実施形態の走行装置１の異常監視装置１０，１１０では、標本線を設定するにあたり標準偏差σを３倍した３σを設定したがこれ限定されるものではなく、例えば、標準偏差σを１．５倍した１．５σや標準偏差σを６倍した６σ等を設定してもよい。

１…走行装置、２…アクスル、２ａ…シャフト本体、２ｂ…スピンドル、３…ハブ、３ａ…ブラケット、４…ベアリング、５…アクスルナット、６…ホイール、７…締結部、７ａ…ホイールボルト、７ｂ…ホイールナット、７ｃ…ドラムナット、８…ブレーキドラム、９…タイヤ、１０…異常監視装置、１２…センサ、１３…信号処理部、１４…データベース部、１５…判定部、１６…報知部、１７…制御部、２１…衝撃センサ。

Claims (6)

1. アクスルの両端部における外周面に軸受を介して外挿された筒状のハブと、前記ハブの外周面側に締結手段によって締結されたホイールとを含んで構成される走行装置を備えた車両に搭載されており、前記走行装置における異常の発生の有無を監視する走行装置の異常監視装置であって、
   前記ホイールおよび締結手段に接触する前記ハブにおける外周面に配置され、前記走行装置において発生したＡＥ波を検出するＡＥセンサと、
   前記ＡＥセンサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、前記出力信号が前記標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有するＡＥ波が検出されたか否かを判定し、これに基づいて前記走行装置における異常の発生の有無を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする走行装置の異常監視装置。
2. 前記ホイールおよび締結手段に接触する前記ハブの外周面において、衝撃波を検出する衝撃センサが前記ＡＥセンサに隣接して配置され、
   前記判定部は、前記衝撃センサからの出力信号における所定の抽出幅から算出される移動平均値および標準偏差から標本線を設定し、前記出力信号が前記標本線の値に一致した回数によって所定閾値以上の出力信号を有する衝撃波が検出されたか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の走行装置の異常監視装置。
3. 前記判定部は、前記所定閾値以上の前記ＡＥ波が検出され、かつ前記所定閾値以上の前記衝撃波が検出されなかったと判定された場合に、前記走行装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項２に記載の走行装置の異常監視装置。
4. 前記判定部は、前記所定閾値以上の前記ＡＥ波が検出され、かつ前記所定閾値以上の前記衝撃波が検出されたと判定された場合に、前記走行装置に異常は発生していないと判定することを特徴とする請求項２または３に記載の走行装置の異常監視装置。
5. 前記判定部において前記走行装置に異常が発生したと判定された場合に、その判定結果を報知する報知部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の走行装置の異常監視装置。
6. 前記判定部において前記走行装置に異常が発生したと判定された場合に、前記車両の走行を禁止する制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の走行装置の異常監視装置。

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