JP2024074350A

JP2024074350A - 車両の異常検知システム

Info

Publication number: JP2024074350A
Application number: JP2022185442A
Authority: JP
Inventors: 尚也川上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2024-05-31

Abstract

【課題】温度センサを使用せずに、車両の異常発生箇所を特定する異常検知システムを提供することを目的とする。【解決手段】車両の異常検知システムは、第１集音器と第２集音器と車両の異常を検知する制御装置とを備えた車両の異常検知システムであって、前記制御装置は、前記車両の走行中に、前記第１集音器から第１音データを取得し、前記第２集音器から第２音データを取得し、前記第１音データに応じた第１音圧波形から周波数ごとの第１音圧データを取得し、前記第２音データに応じた第２音圧波形から前記周波数ごとの第２音圧データを取得し、前記第１音圧データに応じた第１音圧変化量と前記第２音圧データに応じた第２音圧変化量がいずれも閾値変化量以上であると判断した場合、前記車両の異常を検知し、前記第１音圧波形と前記第２音圧波形の時間差に基づいて、前記異常の発生箇所を特定する。【選択図】図３

Description

本発明は車両の異常検知システムに関する。

エンジンが備える排気装置は排気マニホールドや排気管などを含んでいる。エンジンからの排気は排気マニホールドによってまとめられて排気管に排出される。排気中には、未燃焼ガス（一酸化炭素及び炭化水素）、窒素酸化物、粒子状物質などの有害物質が含まれている。排気中のこれらの有害物質を取り除くため、排気管には排気後処理装置として触媒装置と捕集装置が設けられている。

粒子状物質を捕集する捕集装置は盗難や車両の改造などにより取り外されることがある。捕集装置が取り外された状態でエンジンが稼働すると、外気に排出される粒子状物質の排出量が規制値を上回るおそれがある。このため、捕集装置に流入する排気の温度を検出する第１排気温度センサと、捕集装置から流出した排気の温度を検出する第２排気温度センサを用いて、捕集装置の取り外しを診断する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０２０－１１２０３９号公報

しかしながら、温度センサを使用して捕集装置の取り外しを検知する場合、温度センサの経年劣化による特性ズレを補正できないため、捕集装置の取り外しを精度良く検知することが難しいという課題がある。

そこで、本発明では、温度センサを使用せずに、車両の異常発生箇所を特定する異常検知システムを提供することを目的とする。

本発明に係る車両の異常検知システムは、第１集音器と第２集音器と車両の異常を検知する制御装置とを備えた車両の異常検知システムであって、前記制御装置は、前記車両の走行中に、前記第１集音器から第１音データを取得し、前記第２集音器から第２音データを取得し、前記第１音データに応じた第１音圧波形から周波数ごとの第１音圧データを取得し、前記第２音データに応じた第２音圧波形から前記周波数ごとの第２音圧データを取得し、前記第１音圧データに応じた第１音圧変化量と前記第２音圧データに応じた第２音圧変化量がいずれも閾値変化量以上であると判断した場合、前記車両の異常を検知し、前記第１音圧波形と前記第２音圧波形の時間差に基づいて、前記異常の発生箇所を特定する。

上記構成において、前記制御装置は、前記時間差に基づいて、前記車両で発生する異音の発生部位を推定し、前記発生部位が前記車両のテールパイプであると推定した場合、前記車両の排気に含まれる粒子状物質の捕集装置を前記発生箇所として特定してもよい。

上記構成において、前記制御装置は、前記時間差と前記第１音圧データと前記第２音圧データの組合せを機械学習し、前記組合せを機械学習した学習済モデルに基づいて、前記異常の前記発生箇所を特定してもよい。

上記構成において、前記制御装置は、前記第１集音器と前記第２集音器の少なくとも一方の初期の音圧レベルを機械学習し、前記音圧レベルを機械学習した学習済モデルに基づいて前記音圧レベルが相対的に低下したと判断した場合、前記第１集音器と前記第２集音器のうち、前記音圧レベルが低下した方の音圧レベルを前記初期の音圧レベルに戻すように補正してもよい。

上記構成において、前記第１集音器と前記第２集音器は互いに前記車両の異なる位置に配置されていてもよい。

本発明によれば、温度センサを使用せずに、車両の異常発生箇所を特定することができる。

車両の底面図の一例である。エンジンとＥＣＵ(Electronic Control Unit)と異常通知装置の概略構成図である。ＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。ＮＶ判定マップの一例である。車両異常の検知を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、エンジン１０は車両１００の前方のエンジンコンパートメントに配置される。エンジン１０はガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０には排気装置２０が接続されている。排気装置２０は車両１００の前後方向に延在する。

排気装置２０は排気マニホールド２１と排気管２２とを含んでいる。排気装置２０は排気後処理装置として触媒装置４０と捕集装置５０とを含んでいる。排気装置２０はマフラー６０とテールパイプ７０とを含んでいる。触媒装置４０と捕集装置５０とマフラー６０とテールパイプ７０は車両１００の前方から後方に向けて順に配置されている。

なお、捕集装置５０は、エンジン１０がガソリンエンジンである場合には、ＧＰＦ(Gasoline Particulate Filter）と呼ばれることがある。エンジン１０がディーゼルエンジンである場合には、捕集装置５０はＤＰＦ(Diesel Particulate Filter）と呼ばれることがある。

車両１００の車室内にはフロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０、操舵ハンドル１４０などが設けられる。例えば、フロント第１集音器１１０は運転席１１１の近傍に配置される。フロント第２集音器１２０は助手席１２１の近傍に配置される。リア集音器１３０は後部座席１３１の近傍に配置される。

なお、集音器の個数は３個に限定されず、２個であってもよいし、４個以上であってもよい。例えば、フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０のいずれか２つが第１集音器及び第２集音器として車室内に設けられてもよい。また、フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０と異なる別の集音器を車室内に設けてもよい。さらに、集音器の位置についても適宜変更してもよい。例えば、フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０が車両１００の車室内の天井に配置されていてもよいし、車両１００のドアに配置されていてもよい。

フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、及びリア集音器１３０はいずれもマイクを含み、車両１００で発生する様々な音を集音する。例えば、フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、及びリア集音器１３０はテールパイプ７０からの排気音を集音する。フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、及びリア集音器１３０は捕集装置５０で発生する音やエンジン１０で発生する音などを集音してもよい。

図２を参照して、エンジン１０、触媒装置４０、捕集装置５０、ＥＣＵ２００、及び異常通知装置３００の詳細について説明する。なお、ＥＣＵ２００は車両１００に設けられる。例えば、ＥＣＵ２００と上述したフロント第１集音器１１０（又はフロント第２集音器１２０）とリア集音器１３０とによって車両１００の異常検知システムを実現することができる。

エンジン１０は燃料噴射弁１２から噴射された燃料を各気筒１１の内部で燃焼させることによって、車両１００を駆動するための動力を発生させる。なお、図２では、図面の煩雑化を防止するために、吸気装置や点火プラグなどの記載が省略されている。また、燃料の噴射方式も筒内直噴式に限られるものではなく、ポート噴射式であってもよい。排気装置２０は、各気筒１１の内部で生じた排気を浄化して外気に排出する。

エンジン１０の各気筒１１で生じた排気は排気マニホールド２１によってまとめられて排気管２２に排出される。排気中には、未燃焼ガス（一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ））や窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ（Particular Matter））といった有害物質が含まれている。このような排気中の有害物質を取り除くため、触媒装置４０及び捕集装置５０が排気後処理装置として排気管２２に設けられている。捕集装置５０の上流側の排気管２２には圧力センサ５５が設けられている。圧力センサ５５は捕集装置５０の入口側近傍の排気圧Ｐｉを検出する。

触媒装置４０は、ケーシング４１と、ケーシング４１内に保持されたコーディライト（セラミック）から成るハニカム型の担体に担持された排気浄化触媒４２と、を備える。排気浄化触媒４２は、例えば酸化触媒（二元触媒）や三元触媒であり、これらに限らずエンジン１０の種類や用途に応じて適当な触媒を用いることができる。本実施形態では、排気浄化触媒４２として三元触媒を用いている。排気浄化触媒４２として三元触媒を用いた場合は、触媒装置４０に流入した排気中の未燃焼ガス及び窒素酸化物が排気浄化触媒４２によって浄化される。

捕集装置５０は触媒装置４０よりも排気流れ方向下流側の排気管２２に設けられる。捕集装置５０は、ケーシング５１と、ケーシング５１内に保持されたウォールフロー型のフィルタ５２と、を備える。フィルタ５２によって、捕集装置５０に流入した排気中の粒子状物質が捕集される。

ＥＣＵ２００は、車両１００の異常を検知する制御装置の一例であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入力ポート、及び出力ポートを備えている。すなわち、ＥＣＵ２００はマイクロコンピュータである。ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポート、及び出力ポートは双方向性バスによって相互に接続されている。ＲＯＭには後述するフローチャートに応じたプログラムのほか、例えば地図データなどが格納されている。

ＥＣＵ２００には、圧力センサ５５、フロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０、車載センサ１５０からの様々なデータが入力される。車載センサ１５０は、車両１００の位置データを測位するＧＰＳ（Global Positioning System）センサや車速を計測する車速センサ、外気温センサなどを含んでいる。ＥＣＵ２００は、入力された様々なデータに基づいて、異常発生箇所を通知する異常通知装置３００を制御する。

例えば、異常通知装置３００がＭＩＬ（Malfunction Indication Lamp：誤動作表示ランプ）であれば、ＥＣＵ２００はＭＩＬを点灯して異常発生箇所を通知する。異常通知装置３００がナビゲーション装置であれば、ＥＣＵ２００はナビゲーション装置を介して音声案内により異常発生箇所を通知する。ＥＣＵ２００は運転者が携帯する携帯端末に電子メールを送信して異常発生箇所を通知してもよい。

続いて、図３乃至図５を参照して、ＥＣＵ２００が実行する処理について説明する。

まず、図３に示すように、ＥＣＵ２００がイグニッションスイッチ（図３においてＩＧと記載）のオンを検知すると（ステップＳ１）、ＥＣＵ２００は車両１００が走行中か否かを判断する（ステップＳ２）。例えば、ＥＣＵ２００は車速センサが計測した車両１００の車速が時速０ｋｍ／ｈであるか否かを判断する。車両１００が走行中でない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＥＣＵ２００は処理を終了する。

車両１００が走行中である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は音データを取得する（ステップＳ３）。より詳しくは、ＥＣＵ２００はフロント第１集音器１１０から音圧波形を表す第１音データを取得し、リア集音器１３０から音圧波形を表す第２音データを取得する。なお、ＥＣＵ２００はフロント第２集音器１２０から第１音データを取得してもよい。ＥＣＵ２００はフロント第１集音器１１０から第１音データを取得し、フロント第２集音器１２０から第２音データを取得してもよい。ＥＣＵ２００はフロント第１集音器１１０から第１音データを取得し、フロント第２集音器１２０から第２音データを取得し、リア集音器１３０から第３音データを取得してもよい。

音データを取得すると、ＥＣＵ２００は音圧データを取得する（ステップＳ４）。より詳しくは、ＥＣＵ２００は第１音データと第２音データをそれぞれ周波数解析し、エンジン回転数に比例した周波数の第１音圧データと第２音圧データを取得する。なお、ＥＣＵ２００は第１音データと第２音データのそれぞれに対しバンドパスフィルタを用いて、エンジン回転数に比例した周波数の第１音圧データと第２音圧データをそれぞれ取得してもよい。ＥＣＵ２００は第１音データと第２音データをそれぞれ周波数解析し、燃焼タイミングに比例した周波数の第１音圧データと第２音圧データをそれぞれ取得してもよい。ＥＣＵ２００は第１音データと第２音データのそれぞれに対しバンドパスフィルタを用いて、燃焼タイミングに比例した周波数の第１音圧データと第２音圧データをそれぞれ取得してもよい。

音圧データを取得すると、ＥＣＵ２００は音圧絶対値が第１閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５）。より詳しくは、ＥＣＵ２００は第１音圧データの第１音圧絶対値と第２音圧データの第２音圧絶対値がいずれも第１閾値以上であるか否かを判断する。第１閾値は、ＮＶ（Noise and Vibration）を判断する数値であって、図４に示すように、エンジン回転数（ＮＥ）とエンジン１０の負荷率（ＫＬ）の組合せごとに絶対値として設定されている。すなわち、ステップＳ５の処理では雑音や振動音が第１閾値以上であるか否かが判断されている。なお、このようなエンジン回転数と負荷率の組合せごとに第１閾値が設定されたＮＶ判定マップは車両１００ごとにＥＣＵ２００に格納される。

音圧絶対値が第１閾値未満である場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ＥＣＵ２００は処理を終了する。音圧絶対値が第１閾値以上である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は音圧変化量が第２閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。より詳しくは、ＥＣＵ２００は第１音圧データに応じた第１音圧変化量と第２音圧データに応じた第２音圧変化量がいずれも第２閾値以上であるか否かを判断する。例えば、図５に示すように、ＥＣＵ２００には上述した第１閾値に相当する閾値線Ｌ１が設定される。また、ＥＣＵ２００にはフロント第１集音器１１０やフロント第２集音器１２０、リア集音器１３０の劣化を考慮した音圧変化量の絶対値を表す第２閾値の閾値線Ｌ２が設定される。閾値線Ｌ２は閾値変化量の一例である。捕集装置５０が取り外されると、第１音圧データに基づく第１音圧変化量の絶対値を表す所定線Ｌ３は走行距離に関わらずに閾値線Ｌ２以上の状態で現れる。第２音圧データに基づく第２音圧変化量についても第１音圧変化量の場合と同様である。すなわち、捕集装置５０が取り外されると、所定線Ｌ３は走行距離に関わらずに閾値線Ｌ１，Ｌ２以上の座標面に現れる。

音圧変化量が第２閾値未満である場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ＥＣＵ２００は処理を終了する。音圧変化量が第２閾値以上である場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は車両１００の異常を検知する（ステップＳ７）。車両１００の異常は、捕集装置５０の取り外し以外にも、ブラケットやステー（支柱）の破損、エンジン１０の各気筒１１に設けられたいずれかのインジェクタの故障などがある。すなわち、捕集装置５０の取り外しによって生じる異音以外にも、ブラケットやステーが破損した際に生じる異音などによっても、ＥＣＵ２００は車両１００の異常を検知する。

異常を検知すると、ＥＣＵ２００は音速を補正する（ステップＳ８）。例えば、ＥＣＵ２００は、ＧＰＳセンサが測位した位置データとＥＣＵ２００に格納された地図データとに基づいて車両１００が走行する位置の標高を特定する。そして、ＥＣＵ２００は特定した標高に応じた気圧と外気温センサが計測する外気温とに基づいて、ＥＣＵ２００に事前に設定された所定の音速を高速に又は低速に補正する。

音速を補正すると、ＥＣＵ２００は補正後の音速に応じた音圧波形の時間差に基づいて、異音発生部位を推定する（ステップＳ９）。より詳しくは、ＥＣＵ２００は補正後の音速に応じた第１音圧波形と第２音圧波形の時間差に基づいて、異音発生部位を推定する、例えば、捕集装置５０が取り外れた場合、捕集装置５０より下流の排気脈動が大きくなる。これにより、テールパイプ７０からの排気音が大きくなる。このため、ＥＣＵ２００は、補正後の音速に応じた第１音圧波形と第２音圧波形の時間差に基づいて、テールパイプ７０からの大きな排気音を特定した場合、異音発生部位をテールパイプ７０と推定する。一方、補正後の音速に応じた第１音圧波形と第２音圧波形の時間差に基づいて、テールパイプ７０以外からの異音を特定した場合、ＥＣＵ２００は異音発生部位をブラケットやインジェクタなどと推定する。

異音発生部位を推定すると、ＥＣＵ２００は異音発生部位がテールパイプ７０であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。異音発生部位がテールパイプ７０でない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ２００は処理を終了する。異音発生部位がテールパイプ７０である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は異常発生箇所として捕集装置５０を特定する（ステップＳ１１）。異常発生箇所として捕集装置５０を特定すると、ＥＣＵ２００は異常通知装置３００に異常を通知し（ステップＳ１２）、処理を終了する。

以上説明したように、車両１００の異常検知システムはフロント第１集音器１１０、フロント第２集音器１２０、リア集音器１３０といった複数の集音器とＥＣＵ２００とを備えている。そして、ＥＣＵ２００は、車両１００の走行中に、例えばフロント第１集音器１１０から第１音データを取得し、リア集音器１３０から第２音データを取得する。ＥＣＵ２００は第１音データと第２音データを取得すると、第１音データに応じた第１音圧波形から周波数ごとの第１音圧データを取得し、第２音データに応じた第２音圧波形から周波数ごとの第２音圧データを取得する。ＥＣＵ２００は、第１音圧データと第２音圧データを取得すると、第１音圧データに応じた第１音圧変化量を表す所定線Ｌ３と第２音圧データに応じた第２音圧変化量を表す不図示の所定線がいずれも閾値線Ｌ２以上であるか否かを判断する。ＥＣＵ２００は、所定線Ｌ３と不図示の所定線がいずれも閾値線Ｌ２以上であると判断した場合、車両１００の異常を検知し、第１音圧波形と第２音圧波形の時間差に基づき、異常の発生箇所を特定する。

これにより、温度センサを使用せずに、車両１００の異常発生箇所を特定することができる。例えば、温度センサを使用しなくても、温度センサ以外のセンサを車両１００に追加して捕集装置５０の取り外しを検知することも想定される。しかしながら、センサを追加する場所の確保は難しく、仮に車両１００の排気管下に追加すれば、センサが路面と干渉して破損するといった別の課題が生じる可能性がある。本実施形態によれば、このような別の課題が生じる可能性も排除することができる。

また、ＥＣＵ２００は、圧力センサ５５が検出する排気圧を利用して、車両１００の異常検知精度を高めてもよい。具体的には、車両１００と異なる別の車両（不図示）が盗難や改造などによって捕集装置５０を搭載していない可能性がある。このような別の車両のテールパイプからの排気音の集音結果に基づいてＥＣＵ２００が異常検知を実施すると、別の車両の異常を検知する可能性がある。このため、車両１００が備えるテールパイプからの排気音と圧力センサ５５が検出する排気圧の両方を利用することにより、ＥＣＵ２００は車両１００の異常検知精度を高めることができる。

そのほか、ＥＣＵ２００は、上述した時間差と第１音圧データと第２音圧データの組合せを機械学習し、その組合せを機械学習した学習済モデルに基づいて、異常の発生箇所を特定してもよい。これにより、異常の発生箇所の特定精度を高めることができる。また、ＥＣＵ２００は、上述したフロント第１集音器１１０とリア集音器１３０の少なくとも一方の初期の音圧レベルを機械学習する。そして、ＥＣＵ２００は音圧レベルを機械学習した学習済モデルに基づいて、音圧レベルが相対的に低下したと判断した場合、フロント第１集音器１１０とリア集音器１３０のうち、音圧レベルが低下した方の音圧レベルを初期の音圧レベルに戻すように補正してもよい。これにより、集音器の劣化に起因する異常検知精度の低下を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０エンジン
５０捕集装置
１００車両
１１０フロント第１集音器
１２０フロント第２集音器
１３０リア集音器
２００ＥＣＵ

Claims

第１集音器と第２集音器と車両の異常を検知する制御装置とを備えた車両の異常検知システムであって、
前記制御装置は、
前記車両の走行中に、前記第１集音器から第１音データを取得し、前記第２集音器から第２音データを取得し、
前記第１音データに応じた第１音圧波形から周波数ごとの第１音圧データを取得し、前記第２音データに応じた第２音圧波形から前記周波数ごとの第２音圧データを取得し、
前記第１音圧データに応じた第１音圧変化量と前記第２音圧データに応じた第２音圧変化量がいずれも閾値変化量以上であると判断した場合、前記車両の異常を検知し、
前記第１音圧波形と前記第２音圧波形の時間差に基づいて、前記異常の発生箇所を特定する、
ことを特徴とする車両の異常検知システム。
前記制御装置は、前記時間差に基づいて、前記車両で発生する異音の発生部位を推定し、前記発生部位が前記車両のテールパイプであると推定した場合、前記車両の排気に含まれる粒子状物質の捕集装置を前記発生箇所として特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の異常検知システム。
前記制御装置は、前記時間差と前記第１音圧データと前記第２音圧データの組合せを機械学習し、前記組合せを機械学習した学習済モデルに基づいて、前記異常の前記発生箇所を特定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の異常検知システム。
前記制御装置は、前記第１集音器と前記第２集音器の少なくとも一方の初期の音圧レベルを機械学習し、前記音圧レベルを機械学習した学習済モデルに基づいて前記音圧レベルが相対的に低下したと判断した場合、前記第１集音器と前記第２集音器のうち、前記音圧レベルが低下した方の音圧レベルを前記初期の音圧レベルに戻すように補正する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の異常検知システム。
前記第１集音器と前記第２集音器は互いに前記車両の異なる位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の異常検知システム。