JP2023047485A - 車輪状態判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪が脱輪するおそれがある状態であることを検出できるようにする。【解決手段】車輪状態判定装置１００は、車両の車輪に設けられた加速度センサ２０が所定間隔で検出する、車輪の車軸方向の軸方向加速度を順次取得する第１加速度取得部１２２と、第１加速度取得部１２２が取得した軸方向加速度が所定の判定閾値よりも大きい場合には、車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定する脱輪判定部１２５を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車輪状態判定装置に関する。

従来、車輪に設けられた圧力センサでタイヤの空気圧を監視して、タイヤの状態を検出する装置が利用されている（特許文献１を参照）。

特開２０１８－５２３５５号公報

ところで、車輪が車軸に適切に締結されていない場合（例えば、車輪のホイールのナットが緩んでいる場合）には、車両の走行中に脱輪が発生するおそれがある。上記の特許文献１の技術では、車輪が脱輪するおそれがある状態であることを適切に検出できない。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車輪が脱輪するおそれがある状態であることを検出できるようにすることを目的とする。

本発明の一の態様においては、車両の車輪に設けられた加速度センサが所定間隔で検出する、前記車輪の車軸方向の軸方向加速度を順次取得する加速度取得部と、前記加速度取得部が取得した前記軸方向加速度が所定の判定閾値よりも大きい場合には、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定する脱輪判定部と、を備える、車輪状態判定装置を提供する。

また、前記脱輪判定部は、取得した前記軸方向加速度が前記判定閾値よりも大きい回数が所定時間内に所定回数に達すると、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定することとしてもよい。

また、前記車両が走行する路面の路面状況を判定する路面判定部を更に備え、前記脱輪判定部は、前記路面判定部が判定した前記路面状況に応じて、前記判定閾値を変更することとしてもよい。

また、前記加速度取得部は、前記車輪の円周方向の円周方向加速度と、前記車輪の半径方向の半径方向加速度とを更に取得し、前記路面判定部は、前記加速度取得部が取得した前記円周方向加速度及び前記半径方向加速度に基づいて、前記路面状況を判定することとしてもよい。

また、前記脱輪判定部は、前記軸方向加速度の移動平均値に所定係数を掛けた値を前記判定閾値に設定することとしてもよい。
また、前記脱輪判定部は、前記軸方向加速度の移動平均値に移動標準偏差を加えた値を前記判定閾値に設定することとしてもよい。

また、前記加速度取得部は、前記車両の複数の車輪の各々の前記軸方向加速度を取得し、前記脱輪判定部は、前記複数の車輪の前記軸方向加速度の平均値と標準偏差が示す範囲外に一の車輪の軸方向加速度がある場合には、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定することとしてもよい。

本発明によれば、車輪が脱輪するおそれがある状態であることを検出できるという効果を奏する。

一の実施形態に係る車輪状態判定装置１００の構成を説明するためのブロック図である。 車両１の車輪を説明するための模式図である。 加速度センサ２０が検出する加速度の向きを説明するための模式図である。 軸方向加速度の判定閾値を説明するための模式図である。 脱輪判定処理の流れを説明するためのフローチャートである。

＜車輪状態判定装置の構成＞
一の実施形態に係る車輪状態判定装置の構成について、図１を参照しながら説明する。

図１は、一の実施形態に係る車輪状態判定装置１００の構成を説明するためのブロック図である。車輪状態判定装置１００は、車両の車輪の状態を判定する。例えば、車輪状態判定装置１００は、車輪が脱輪するおそれがある状態であるか否かを判定する。車両は、ここでは図２に示すトラックであるが、これに限定されない。

図２は、車両１の車輪を説明するための模式図である。車両１には、車輪１０ａ～１０ｆが設けられている。車輪１０ａ、１０ｂは、前輪であり、車輪１０ｃ、１０ｄは、第１後輪であり、車輪１０ｅ、１０ｆは第２後輪である。車輪１０ａ～１０ｆは、それぞれボルト及びナットを介して車軸に固定されている。以下では、車輪１０ａ～１０ｆを総称して、車輪１０とも呼ぶ。

車両１において、車輪１０が脱輪するケースが生じうる。車輪１０のホイールのナットが緩んでいない場合には、車輪１０が車軸から脱輪するおそれはないが、ナットが緩んでいる場合には、走行中にナットが更に緩んでしまい車輪１０が車軸から脱輪するおそれがある。走行時の安全性を確保するためには、車輪１０が脱輪する前にナットの緩みを解消する等の整備を行うことが望ましい。

そこで、本実施形態の車輪状態判定装置１００は、詳細は後述するが、車輪１０に作用する軸方向加速度の大きさに基づいて、車輪１０が脱輪する蓋然性が高いか否かを判定し、蓋然性が高い場合には運転者等に報知を行う。これにより、運転者等は、車輪１０が脱輪する前に、車輪１０が脱輪するおそれがある状態であることを把握でき、対策を講じやすくなる。なお、軸方向加速度を用いているのは、ナットが緩んでいる場合には、特異的な軸方向加速度が発生することが分かったためである。

車輪状態判定装置１００は、図１に示すように、記憶部１１０と、制御部１２０を有する。
記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部１１０は、車輪１０の脱輪判定処理に用いる判定閾値を記憶する。

制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、車輪状態判定装置１００の動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、第１加速度取得部１２２、第２加速度取得部１２３、路面判定部１２４、脱輪判定部１２５及び報知制御部１２６として機能する。なお、本実施形態では、第１加速度取得部１２２及び第２加速度取得部１２３が、加速度取得部に該当する。

第１加速度取得部１２２は、車輪１０の車軸方向の軸方向加速度を順次取得する。第１加速度取得部１２２は、図２に示す車輪１０ａ～１０ｆの各々について、軸方向加速度を順次取得する。第１加速度取得部１２２は、取得した軸方向加速度を脱輪判定部１２５に順次出力する。

軸方向加速度は、車輪１０ａ～１０ｆの各々に設けられた加速度センサ２０が所定間隔で検出したものである。なお、加速度センサ２０は、車輪１０ａ～１０ｆのホイールに取り付けられている。

図３は、加速度センサ２０が検出する加速度の向きを説明するための模式図である。加速度センサ２０は、車輪１０の車軸方向の軸方向加速度に加えて、円周方向の円周方向加速度、半径方向の半径方向加速度も検出可能である。加速度センサ２０は、所定間隔で、軸方向加速度、円周方向加速度及び半径方向加速度を順次検出する。

第２加速度取得部１２３は、車輪１０の円周方向加速度と半径方向加速度を取得する。すなわち、第２加速度取得部１２３は、加速度センサ２０が所定間隔で検出した円周方向加速度及び半径方向加速度を取得する。第２加速度取得部１２３は、取得した円周方向加速度及び半径方向加速度を路面判定部１２４に出力する。

路面判定部１２４は、車両１が走行する路面の路面状況を判定する。例えば、路面判定部１２４は、走行する路面が、舗装された路面であるか、砂利がある路面であるかを判定する。

路面判定部１２４は、第２加速度取得部１２３が取得した円周方向加速度及び半径方向加速度に基づいて、路面状況を判定する。例えば、路面判定部１２４は、円周方向加速度及び半径方向加速度から路面の上下振動を抜き出し、抜き出した振動から路面を判定する。具体的には、路面判定部１２４は、振動の大きさが所定値よりも大きい場合には、砂利がある路面であると判定し、振動の大きさが所定値よりも小さい場合には、舗装された路面であると判定する。路面判定部１２４は、判定結果を脱輪判定部１２５に出力する。

脱輪判定部１２５は、車両１の車輪１０が脱輪するおそれがある状態か否かを判定する。例えば、脱輪判定部１２５は、車両１の走行中に、図２に示す車輪１０ａ～１０ｆのいずれかの車輪が脱輪するおそれがある状態か否かを判定する。

脱輪判定部１２５は、車輪１０に作用する軸方向加速度を用いて、車輪１０が脱輪するおそれがある状態か否かを判定する。具体的には、脱輪判定部１２５は、特異的な軸方向加速度が発生した場合には、車輪１０のホイールのナットが緩んでいると判定し、車輪１０が脱輪するおそれがある状態であると判定する。

脱輪判定部１２５は、第１加速度取得部１２２が取得した軸方向加速度が所定の判定閾値よりも大きい場合に、車輪１０が脱輪する蓋然性が高いと判定する。これにより、車輪１０が脱輪する前に、車輪１０が脱輪するおそれがある状態を検出できる。脱輪判定部１２５は、軸方向加速度の移動平均値に所定係数を掛けた値を判定閾値に設定する。

図４は、軸方向加速度の判定閾値を説明するための模式図である。移動平均値は、軸方向加速度の平均を所定時間毎にプロットしたものである。図４の破線が、移動平均値に所定係数を掛けた値を示しており、大きさが時間経過と共に変化しているのが分かる。所定係数は、特異的な加速度を検出しやすくなるように調整された係数である。このため、判定閾値も、時間経過と共に変化する。図４では、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５の際に移動平均値に所定係数を掛けた値を超える特異的な加速度が見られる。脱輪判定部１２５は、時刻ｔ１～ｔ５の際に、軸方向加速度が判定閾値よりも大きいと判定する。
なお、上記では、脱輪判定部１２５は、軸方向加速度の移動平均値に所定係数を掛けた値を判定閾値としたが、これに限定されない。例えば、脱輪判定部１２５は、軸方向加速度の移動平均値に移動標準偏差を加えた値を判定閾値としてもよい。かかる場合にも、特異的な加速度を検出できる。

脱輪判定部１２５は、取得した軸方向加速度が判定閾値よりも大きい回数が所定時間内に所定回数に達すると、車輪１０が脱輪する蓋然性が高いと判定する。脱輪判定部１２５は、軸方向加速度が所定時間内に所定回数に達しない場合には、回数をリセットする。これにより、外乱等によって軸方向加速度が判定閾値より大きいことが突発的に発生しても、所定回数に達しないので、誤検出の発生を抑制できる。

脱輪判定部１２５は、路面判定部１２４が判定した路面状況に応じて、判定閾値を変更してもよい。例えば、脱輪判定部１２５は、砂利がある路面の場合の判定閾値を、舗装された路面の場合の判定閾値よりも大きくする。砂利がある路面の場合には、軸方向加速度が大きくなる傾向があるので、判定閾値を大きくすることで、実際には脱輪するおそれがない状態であるのに軸方向加速度が判定閾値より大きくなることを抑制でき、この結果、誤検出の発生を抑制できる。

報知制御部１２６は、報知部３０を制御する。例えば、報知制御部１２６は、脱輪判定部１２５によって車輪１０が脱輪するおそれがある状態であると判定した場合には、その旨を報知部３０に報知させる。報知部３０は、例えば、画面に情報を表示する表示部、又は音を出力する音出力部である。このように報知されることで、車両１の運転者は、走行を継続すると車輪１０が脱輪するおそれがある状態であることを認識できる。

＜脱輪判定処理の流れ＞
脱輪判定処理の流れを、図５を参照しながら説明する。
図５は、脱輪判定処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示す処理は、車両１の走行中に行われる。ここでは、車輪１０ｆ（図２）に対して脱輪判定処理を行うものとするが、他の車輪１０ａ～１０ｅに対しても同様な処理が行われる。

まず、第１加速度取得部１２２は、加速度センサ２０から、車輪１０ｆの軸方向加速度を取得する（ステップＳ１０２）。また、第２加速度取得部１２３は、加速度センサ２０から、車輪１０ｆの円周方向加速度と半径方向加速度を取得する（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０２、Ｓ１０４の処理は、同時に行われてもよい。

次に、脱輪判定部１２５は、車輪１０ｆが接する路面の路面状況に対応した判定閾値を設定する（ステップＳ１０６）。例えば、脱輪判定部１２５は、路面判定部１２４が円周方向加速度及び半径方向加速度に基づいて判定した路面状況に対応した判定閾値を設定する。

次に、脱輪判定部１２５は、第１加速度取得部１２２が取得した軸方向加速度が判定閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。例えば、脱輪判定部１２５は、ステップＳ１０６で設定した判定閾値よりも軸方向加速度が大きいか否かを判定する。

ステップＳ１０８で軸方向加速度が判定閾値よりも大きいと判定された場合には（Ｙｅｓ）、脱輪判定部１２５は、軸方向加速度が判定閾値を超えたカウント数が所定時間内に所定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０でカウント数が所定回数に達しない場合には（Ｎｏ）、脱輪判定部１２５は、カウント数をリセットする。

一方で、ステップＳ１１０でカウント数が所定時間内に所定回数に達した場合には（Ｙｅｓ）、脱輪判定部１２５は、車輪１０ｆが脱輪するおそれがある状態であると判定する（ステップＳ１１２）。次に、報知制御部１２６は、車輪１０ｆが脱輪するおそれがある状態である旨を、報知部３０に報知させる（ステップＳ１１４）。

＜変形例＞
上記では、脱輪判定部１２５は、一の車輪１０の軸方向加速度を用いて、当該一の車輪１０が脱輪するおそれがある状態か否かの判定（以下、単に脱輪判定と呼ぶ）を行っていた。これに対して、変形例においては、以下に説明するように、複数の車輪１０の軸方向加速度の平均値と標準偏差を用いて、一の車輪１０の脱輪判定を行う。

第１加速度取得部１２２は、車両１の複数の車輪１０（具体的には、車輪１０ａ～１０ｆ）の各々の軸方向加速度を取得する。すなわち、第１加速度取得部１２２は、判定対象の車輪以外の車輪の軸方向加速度も取得する。

脱輪判定部１２５は、第１加速度取得部１２２が取得した複数の車輪１０の軸方向加速度の平均値と標準偏差であるσが示す範囲内に、判定対象の一の車輪１０の軸方向加速度があるか否かに基づいて、脱輪判定を行う。軸方向加速度が正規分布であると仮定すると、軸方向加速度の平均値±１σが示す範囲内に軸方向加速度がある場合には脱輪のおそれがなく、平均値±１σが示す範囲外にあるときは脱輪のおそれがある。なお、標準偏差は２σ、３σでもよい。例えば、脱輪判定部１２５は、車輪１０ａ～１０ｆの軸方向加速度の平均値±標準偏差が示す範囲外に車輪１０ｆの軸方向加速度がある場合には、車輪１０ｆが脱輪するおそれがある状態であると判定する。なお、脱輪判定部１２５は、車輪１０ｂ～１０ｆについても、同様な判定処理を行う。

変形例によれば、複数の車輪１０の中から軸方向加速度が異常な車輪１０を特定することで、脱輪するおそれがある状態の車輪１０を検出することができる。

上記では、全ての車輪１０ａ～１０ｆの軸方向加速度の平均値と標準偏差を用いて一の車輪の脱輪判定を行っていたが、これに限定されない。例えば、後輪である車輪１０ｃ～１０ｆの軸方向加速度の平均値と標準偏差を用いて、車輪１０ｃ～１０ｆのいずれかの車輪の脱輪判定を行ってもよい。同様に、車輪１０ａ、１０ｂの軸方向加速度の平均値と標準偏差を用いて、車輪１０ａ、１０ｂのいずれかの車輪の脱輪判定を行ってもよい。前輪と後輪では挙動が異なるので、同じ挙動を示しやすい車輪同士の軸方向加速度の平均値と標準偏差を用いることで、車輪が脱輪するおそれがある状態を精度良く検出できる。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の車輪状態判定装置１００は、車輪１０の軸方向加速度を取得し、取得した軸方向加速度が判定閾値よりも大きい場合には、車輪１０が脱輪する蓋然性が高いと判定する。
これにより、車輪１０が脱輪する前に、車輪１０が脱輪するおそれがある状態であることを検出できる。このため、車輪１０が脱輪する前に対策を講じやすくなり、走行時の安全性を確保できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 車両
１０ 車輪
２０ 加速度センサ
１００ 車輪状態判定装置
１２２ 第１加速度取得部
１２３ 第２加速度取得部
１２４ 路面判定部
１２５ 脱輪判定部

Claims (7)

1. 車両の車輪に設けられた加速度センサが所定間隔で検出する、前記車輪の車軸方向の軸方向加速度を順次取得する加速度取得部と、
   前記加速度取得部が取得した前記軸方向加速度が所定の判定閾値よりも大きい場合には、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定する脱輪判定部と、
   を備える、車輪状態判定装置。
2. 前記脱輪判定部は、取得した前記軸方向加速度が前記判定閾値よりも大きい回数が所定時間内に所定回数に達すると、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定する、
   請求項１に記載の車輪状態判定装置。
3. 前記車両が走行する路面の路面状況を判定する路面判定部を更に備え、
   前記脱輪判定部は、前記路面判定部が判定した前記路面状況に応じて、前記判定閾値を変更する、
   請求項１又は２に記載の車輪状態判定装置。
4. 前記加速度取得部は、前記車輪の円周方向の円周方向加速度と、前記車輪の半径方向の半径方向加速度とを更に取得し、
   前記路面判定部は、前記加速度取得部が取得した前記円周方向加速度及び前記半径方向加速度に基づいて、前記路面状況を判定する、
   請求項３に記載の車輪状態判定装置。
5. 前記脱輪判定部は、前記軸方向加速度の移動平均値に所定係数を掛けた値を前記判定閾値に設定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車輪状態判定装置。
6. 前記脱輪判定部は、前記軸方向加速度の移動平均値に移動標準偏差を加えた値を前記判定閾値に設定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車輪状態判定装置。
7. 前記加速度取得部は、前記車両の複数の車輪の各々の前記軸方向加速度を取得し、
   前記脱輪判定部は、前記複数の車輪の前記軸方向加速度の平均値と標準偏差が示す範囲外に一の車輪の軸方向加速度がある場合には、前記車輪が脱輪する蓋然性が高いと判定する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車輪状態判定装置。
   

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