JP2024078127A

JP2024078127A - 異音診断装置

Info

Publication number: JP2024078127A
Application number: JP2022190508A
Authority: JP
Inventors: 元司平田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2024-06-10

Abstract

【課題】内燃機関と手動変速機との間のクラッチの半係合中に発生した異音が、クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因したものであるか否かを精度よく判別する。【解決手段】異音診断装置は、内燃機関と、クラッチと、当該クラッチを介して内燃機関に連結される手動変速機とを含む車両で発生した異音を診断するものであり、クラッチの半係合中に発生した異音の周波数がクラッチおよび手動変速機の組み合わせに対応した予め定められた周波数範囲に含まれ、かつ異音の発生時にクラッチにより伝達されるクラッチ伝達トルクが、クラッチおよび手動変速機の組み合わせに対応した予め定められたトルク範囲に含まれる場合、クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因した異音がクラッチの半係合中に発生したと診断する。【選択図】図２

Description

本開示は、車両で発生する異音を診断する異音診断装置に関する。

従来、複数の回転体を有する車両の動力伝達機構の稼動時に、回転体の回転に伴って発生する音または振動のデータと、選択された回転体の回転数のデータとを取り込んで解析を行う音振解析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この音振解析装置は、音または振動のデータを周波数分析すると共に、周波数分析した音または振動のデータから回転体の諸元に応じた次数を演算する。更に、当該音振解析装置は、音または振動のデータから演算される音圧レベルを次数および車速に対応させて表示部に表示させ、当該表示部で作業者により選択された特定の次数を有する音を再生する。

特開２００５－９８９８４号公報

ここで、クラッチを介して内燃機関に連結される手動変速機を含む車両では、クラッチの半係合中（半クラッチ中）に当該クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因した異音が発生することがある。ただし、音の周波数や回転体の諸元に応じた次数を調べても、クラッチの半係合中に発生する異音が当該クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因したものであると特定することは困難である。

そこで、本開示は、内燃機関と手動変速機との間のクラッチの半係合中に発生した異音が、クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因したものであるか否かを精度よく判別することを主目的とする。

本開示の異音診断装置は、内燃機関と、クラッチと、前記クラッチを介して前記内燃機関に連結される手動変速機とを含む車両で発生した異音を診断する異音診断装置であって、前記クラッチの半係合中に発生した異音の周波数が前記クラッチおよび前記手動変速機の組み合わせに対応した予め定められた周波数範囲に含まれ、かつ前記異音の発生時に前記クラッチにより伝達されるクラッチ伝達トルクが、前記クラッチおよび前記手動変速機の前記組み合わせに対応した予め定められたトルク範囲に含まれる場合、前記クラッチの構成部材と前記手動変速機の構成部材との共振に起因した異音が前記クラッチの前記半係合中に発生したと診断するものである。

かかる異音診断装置によれば、内燃機関と手動変速機との間のクラッチの半係合中に発生した異音が、クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因したものであるか否かを精度よく判別することが可能になる。また、本開示の異音診断装置は、クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因した異音がクラッチの半係合中に発生していないと診断された際に、与えられた情報に基づいて異音の原因を診断するように機械学習により構築された診断部を含むものであってもよい。

本開示の異音診断装置を含む異音診断システムを示す概略構成図である。本開示の異音診断装置により実行される一連の処理を示すフローチャートである。クラッチの半係合中に当該クラッチの構成部材と手動変速機の構成部材との共振に起因して発生する異音の周波数と、当該異音の発生時にクラッチにより伝達されるクラッチ伝達トルクとの関係を例示する図表である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の異音診断装置としてのサーバ２０を含む異音診断システム１を示す概略構成図である。同図に示す異音診断システム１は、手動変速機ＭＴを搭載した車両Ｘを含む様々な車両で発生した異音の原因を診断するためのものである。車両Ｘは、手動変速機ＭＴに加えて、内燃機関ＥＧと、当該内燃機関と手動変速機ＭＴとの間に介設されたクラッチＣとを含むものである。

図１に示すように、異音診断システム１は、サーバ２０に加えて、当該サーバ２０と通信により情報をやり取り可能な携帯端末１０を含む。携帯端末１０は、異音が発生した車両Ｘ等のユーザ（所有者）への応対や、車道あるいはテストベンチ上で車両Ｘ等を走行（作動）させて異音を再現する再現テストの実行に際して、車両販売店や整備工場等の作業者（異音診断システム１のユーザ）により利用されるものである。本実施形態において、携帯端末１０は、ＳｏＣ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、補助記憶装置（フラッシュメモリ）Ｍ、タッチパネル式の表示部１１、有線または無線通信を介してサーバ２０や車両Ｘ等の図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）と各種情報をやり取り可能な通信モジュール１２、図示しないマイクロフォン等を含むスマートフォンである。また、携帯端末１０には、異音診断支援アプリケーション（プログラム）がインストールされる。図１に示すように、携帯端末１０は、それぞれ異音診断支援アプリケーション（ソフトウェア）と、携帯端末１０のＳｏＣといったハードウェアとの協働により構築される、問診情報取得部１３、音取得部１４、車両状態取得部１５、演算処理部１６、抽出部１７および表示制御部１８を含む。

問診情報取得部１３は、表示部１１を介して、車両Ｘ等のユーザ等から提供される異音発生時における車両Ｘ等の状態を示す問診情報を取得する。問診情報は、車両型式、車両識別番号（車台番号）等を含む車両識別情報、ご用命事項、発生日時、発生頻度、異音の発生箇所、音の種類（擬音語）、車両Ｘ等の走行に際して変化する物理量、車両Ｘ等の運転状態、エンジン搭載車両における暖機影響、車両Ｘ等の運転中に運転者により選択される選択項目、車両Ｘ等の走行環境情報等を含み、上記作業者または車両Ｘ等のユーザ等により入力される。音取得部１４は、作業者により再現テストが実行される際に音（音圧）の時間軸データを取得する。車両状態取得部１５は、再現テストが実行される際に音取得部１４による音の時間軸データの取得に同期して車両Ｘ等の状態を示す車両状態データを取得する。車両状態データは、例えば車速、加速度、走行路面の路面勾配、手動変速機ＭＴのギヤ段といった問診情報の項目に対応した複数の物理量を含む。演算処理部１６は、音取得部１４により取得された音の時間軸データの解析処理を実行する。抽出部１７は、作業者の選択等に応じた演算処理部１６による解析結果の絞り込み等を実行する。表示制御部１８は、表示部１１を制御する。

異音診断装置としてのサーバ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置、通信モジュール等を含むコンピュータであり、例えば上記車両Ｘ等を製造する自動車製造者により設置・管理される。サーバ２０には、ＣＰＵ等のハードウェアと、予めインストールされた異音診断アプリケーションとの協働により、車両Ｘ等で発生した異音を診断する異音診断部２１が構築されている異音診断部２１は、携帯端末１０により取得された問診情報や音の時間軸データ等に基づいて車両Ｘ等で発生した異音の原因や異音の発生源となった部品を診断するように教師あり学習（機械学習）により構築された診断モジュールとしてのニューラルネットワーク（畳み込みニューラルネットワーク）を含む。

サーバ２０では、車両Ｘ等での新たな異音の発生が判明した場合、当該新たな異音について取得された音の時間軸データや上記問診情報の各項目の内容等を教師データとする異音診断部２１の再学習が実行される。また、サーバ２０は、車両型式ごとに、当該車両で発生することが判明している複数の異音についての情報を格納した異音データベースを記憶する記憶装置２２を含む。異音データベースは、複数の異音の各々に、音の時間軸データ、異音の発生原因、発生源となる部品、ユーザ等から提供された問診情報の内容、異音を解消するための対策といった情報を紐付けして格納するものである。更に、サーバ２０は、車両Ｘ等から取得される情報や、自動車製造者（開発者等）、車両販売店、整備工場等から送信される新たに判明した異音に関する情報（レポート）等に基づいて異音データベースを更新する。

続いて、異音診断システム１による車両Ｘ等で発生した異音の診断手順について説明する。車両販売店等の作業者は、車両Ｘ等のユーザ等から異音の解消を依頼されると、当該ユーザ等から問診情報を聞き取った上で、異音の診断に必要な情報を取得すべく再現テストを実行する。再現テストの実行に際し、作業者は、携帯端末１０を車両Ｘ等の電子制御装置に接続し、携帯端末１０または当該携帯端末１０に接続された外部マイクロフォンを車両Ｘ等の適所（例えば、車室またはエンジンコンパートメント等）に載置（固定）する。また、作業者は、異音診断支援アプリケーションを起動させ、車両Ｘ等のスタートスイッチをオンする。これに伴い、携帯端末１０は、車両Ｘ等の車両識別番号あるいは車台番号といった情報を当該電子制御装置から取得する。更に、作業者は、表示部１１に表示される録音開始ボタンをタップすると共に車道や試験台上で車両Ｘ等を走行（作動）させ、当該車両Ｘ等のユーザ等からの問診情報に基づいて異音が発生した走行状態を再現する。

車両Ｘ等が走行（作動）する間、携帯端末１０の音取得部１４は、車両Ｘ等から発せられる音の時間軸データを所定時間（微小時間）おきに取得して補助記憶装置Ｍに記憶させる。また、車両状態取得部１５は、音取得部１４による音の時間軸データの取得に同期して車両Ｘ等の電子制御装置から所定時間（微小時間）おきに問診情報に応じて作業者により指定された車両状態データを取得して補助記憶装置Ｍに記憶させる。作業者が表示部１１に表示される録音停止ボタンをタップすると、音の時間軸データおよび車両状態データの取得が完了する。

再現テストの終了後、演算処理部１６は、音の時間軸データにＳＴＦＴ（Short-Time Fourier Transform）を施して、時間と周波数と音圧との関係を示すスペクトログラム（音響スペクトログラム）を取得し、表示制御部１８は、当該スペクトログラムを表示部１１に表示させる。本実施形態において、スペクトログラムは、横軸を時間軸とし、縦軸を周波数軸とし、音圧レベルを色分けすることにより周波数ごとに時間と音圧レベルとの関係を示すカラーマップである。また、作業者は、表示部１１で、スペクトログラムのうちの異音診断部２１（サーバ２０）により診断（解析）されるべき範囲（以下、「診断範囲」という。）を選択（指定）する。更に、作業者は、表示部１１に表示される入力画面に問診情報を入力する。そして、作業者が表示部１１に表示される情報送信ボタンをタップすると、携帯端末１０の通信モジュール１２から異音の診断に必要な情報がサーバ２０へと送信される。本実施形態において、携帯端末１０からサーバ２０へと送信される情報は、音取得部１４により取得された音の時間軸データと、車両状態取得部１５により取得された車両状態データと、問診情報と、上記診断範囲を規定する情報とを含む。

図２は、携帯端末１０からの情報の受信に応じて、サーバ２０により実行される一連の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、サーバ２０の異音診断部２１は、携帯端末１０からの音の時間軸データ、車両状態データ、問診情報および診断範囲を規定する情報を取得し（Ｓ１００）、問診情報に含まれる車両識別番号等から対象車両に手動変速機ＭＴが搭載されているか否かを判定する（Ｓ１１０）。対象車両が手動変速機ＭＴを搭載した車両である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、異音診断部２１は、問診情報に含まれる車両Ｘの運転状態に基づいて、異音がクラッチＣの半係合中（半クラッチ中）に発生したか否かを判定する（Ｓ１２０）。異音がクラッチＣの半係合中に発生している場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、異音診断部２１は、ステップＳ１００にて取得した音の時間軸データからクラッチＣの半係合中に発生した異音の周波数ｆｃを取得する（Ｓ１３０）。ステップＳ１３０において、異音診断部２１は、予め定められた手順に従って作業者により選択された診断範囲における特徴的な周波数を抽出し、抽出した周波数を異音の周波数ｆｃとする。

次いで、異音診断部２１は、ステップＳ１００にて取得した車両状態データから、作業者により選択された診断範囲における車両Ｘの車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）、加速度ａ（ｍ／ｓ²）、路面勾配θ（ｄｅｇ）および手動変速機ＭＴのギヤ段を取得し、次式（１）から得られる異音の発生時にクラッチＣにより伝達されるトルクＴの上記診断範囲における平均値であるクラッチ伝達トルクＴｃを算出する（Ｓ１４０）。式（１）において、“Ｍ”は、車両Ｘの重量（ｋｇ）であり、“Ｇ”は、重力加速度であり、“Ｆｆｒｉｃｔ”は、予め定められた車速Ｖの関数から得られる走行抵抗であり、“ｒ”は、タイヤ半径（ｍ）であり、“ｉｔｏｔａｌ”は、クラッチＣの半係合時における手動変速機ＭＴのギヤ段のギヤ比とディファレンシャルギヤにおけるファイナルギヤ比との積値である。また、重量Ｍ、走行抵抗Ｆｆｒｉｃｔを導出するための関数およびタイヤ半径ｒは、記憶装置２２または他のサーバーに格納された車両情報データベースから車両識別番号等に対応したものが取得される。

Ｔ＝（Ｍ・ａ＋Ｍ・Ｇ・ｓｉｎθ＋Ｆｆｒｉｃｔ）×ｒ／ｉｔｏｔａｌ…（１）

更に、異音診断部２１は、問診情報に含まれる車両識別番号等に基づいて、上記車両情報データベースから車両Ｘに搭載されたクラッチＣの型式および手動変速機ＭＴの型式を取得し、クラッチＣ（の型式）および手動変速機ＭＴ（の型式）の組み合わせに対応した異音発生条件を記憶装置２２から読み出す（Ｓ１５０）。ここで、本発明者は、手動変速機ＭＴを含む車両ＸでクラッチＣの半係合中に発生する異音について鋭意研究を行い、その結果、クラッチＣの半係合中に当該クラッチＣの摩擦板（構成部材）と手動変速機ＭＴの入力シャフト（構成部材）との共振に起因して発生する異音の周波数と、当該異音の発生時にクラッチＣにより伝達されるトルクとは、図３に示すように、クラッチＣおよび手動変速機ＭＴの組み合わせごとに定まる周波数範囲およびトルク範囲（図中破線参照）に含まれることを見出した。これを踏まえて、本実施形態では、クラッチＣおよび手動変速機ＭＴの複数の組み合わせごとに、クラッチＣの摩擦板と手動変速機ＭＴの入力シャフトとの共振に起因して発生する異音の周波数範囲およびトルク範囲を規定する異音発生条件が予め実験・解析を経て定められ、サーバ２０の記憶装置２２（異音データベース）に記憶されている。

そして、異音診断部２１は、ステップＳ１３０にて取得した異音の周波数ｆｃがクラッチＣおよび手動変速機ＭＴの組み合わせに対応した異音発生条件における周波数範囲に含まれ、かつステップＳ１４０に算出したクラッチ伝達トルクＴｃがクラッチＣおよび手動変速機ＭＴの組み合わせに対応した異音発生条件におけるトルク範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１６０）。周波数ｆｃが当該異音発生条件における周波数範囲に含まれ、かつクラッチ伝達トルクＴｃが当該異音発生条件におけるトルク範囲に含まれる場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、異音診断部２１は、車両Ｘで発生した異音がクラッチＣの半係合中に当該クラッチＣの摩擦板と手動変速機ＭＴの入力シャフトとの共振に起因して発生したものであると診断（判定）する（Ｓ１７０）。一方、対象車両が手動変速機ＭＴを搭載していない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、異音がクラッチＣの半係合中に発生していない場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、および周波数ｆｃとクラッチ伝達トルクＴｃとの少なくとも何れか一方が異音発生条件における周波数範囲またはトルク範囲に含まれていない場合（Ｓ１６０：ＮＯ）、異音診断部２１は、ステップＳ１００にて取得した情報に基づいて上記ニューラルネットワークにより車両Ｘ等で発生した異音の原因等を診断する（Ｓ１１５）。

ステップＳ１７０またはステップＳ１１５の処理の後、異音診断部２１は、異音名、異音の発生源となった部品、異音の原因、および記憶装置２２から読み出された当該異音を解消するための対策等を含む診断結果を作成する（Ｓ１８０）。更に、異音診断部２１は、ステップＳ１８０にて作成した診断結果を携帯端末１０に送信し（Ｓ１９０）、図２における一連の処理を終了させる。サーバ２０からの診断結果が携帯端末１０により受信されると、表示部１１に当該診断結果が表示される。これにより、作業者は、サーバ２０からの診断結果を車両Ｘ等のユーザ等に的確に説明して速やかに異音対策を進めていくことができる。

以上説明したように、異音診断システム１における異音診断装置としてのサーバ２０は、クラッチＣの半係合中（半クラッチ中）に発生した異音の周波数ｆｃがクラッチＣおよび手動変速機ＭＴの組み合わせに対応した周波数範囲に含まれ、かつ当該異音の発生時にクラッチＣにより伝達されるクラッチ伝達トルクＴｃとが、クラッチＣおよび手動変速機ＭＴの当該組み合わせに対応したトルク範囲に含まれる場合、クラッチＣの構成部材と手動変速機ＭＴの構成部材との共振に起因した異音がクラッチＣの半係合中に発生したと診断する（Ｓ１００－Ｓ１７０）。これにより、内燃機関ＥＧと手動変速機ＭＴとの間のクラッチＣの半係合中に発生した異音が、クラッチＣの構成部材と手動変速機ＭＴの構成部材との共振に起因したものであるか否かを精度よく判別可能になる。

また、サーバ２０は、クラッチＣの構成部材と手動変速機ＭＴの構成部材との共振に起因した異音がクラッチＣの半係合中に発生していないと診断された際に、与えられた情報に基づいて異音の原因を診断するように機械学習により構築された異音診断部２１を含む。これにより、サーバ２０ひいては当該サーバ２０を含む異音診断システム１の汎用性をより向上させることができる。なお、携帯端末１０にインストールされる異音診断支援アプリケーションは、タブレット端末やパーソナルコンピュータ等にインストールされてもよく、当該タブレット端末等が携帯端末１０の代わりに使用されてもよい。また、上記異音診断部２１の機能の一部を携帯端末１０に持たせてもよく、異音診断システム１が、パーソナルコンピュータ等の単一の情報処理装置により構成されてもよい。

本開示の発明は、手動変速機を含む車両で発生する異音の診断に極めて有用である。

１異音診断システム、１０携帯端末、２０サーバ（異音診断装置）、２１異音診断部、Ｃクラッチ、ＥＧ内燃機関、ＭＴ手動変速機、Ｘ車両。

Claims

内燃機関と、クラッチと、前記クラッチを介して前記内燃機関に連結される手動変速機とを含む車両で発生した異音を診断する異音診断装置であって、
前記クラッチの半係合中に発生した異音の周波数が前記クラッチおよび前記手動変速機の組み合わせに対応した予め定められた周波数範囲に含まれ、かつ前記異音の発生時に前記クラッチにより伝達されるクラッチ伝達トルクが、前記クラッチおよび前記手動変速機の前記組み合わせに対応した予め定められたトルク範囲に含まれる場合、前記クラッチの構成部材と前記手動変速機の構成部材との共振に起因した異音が前記クラッチの前記半係合中に発生したと診断する異音診断装置。