JP3241841B2 - 自動車の異常振動検出方法及び異常振動検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の駆動系に生ず
る異常振動を、その進行初期（当該振動が大きくなる以
前）において検出可能となる異常振動検出方法と、その
方法を使用した異常振動検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車体自体の異常又は潤滑オイルの劣化等
により自動車の駆動系に異常が生ずると、当該異常は殆
んどの場合、車体の異常振動となって現われるので、車
体振動を監視することで上記駆動系の異常状態を発見す
ることが可能となる。

【０００３】従来、車体の振動を自動車の走行中に常時
監視し、異常進度を発見するような装置は実用化されて
おらず、異常振動の発見は専ら運転者の勘に頼ってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】自動車が走行中は、そ
の駆動系の稼動、路面へのタイヤの接触等により、車体
には種々の振動が発生しているが、その振動から異常振
動を運転者の知覚により発見することは、運転者が余程
熟練されていない限り不可能であり、また、仮に異常振
動が発見できたとしても、人の知覚を頼りとする方法で
は、当該異常振動がかなり大きくなってからしか発見で
きず、発見時には潤滑オイルの劣化が極度に進み、又は
車体の異常状態が容易には修復できない状態に進行して
いる場合が多い。

【０００５】本発明は以上に鑑み、車体の異常振動が人
の知覚では認識できないような初期の微振動段階で発見
できる異常振動検出方法と、この方法を使用した異常振
動検出装置を提供することを課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、自動
車の走行中に車体に生じている振動を周波数スペクトラ
ム分析し、複数回の分析で得た振動レベルを周波数成分
ごとに積算すると、１０Ｈｚ乃至１００Ｈｚの比較的低
い周波数範囲で当該振動レベルの積算データが描くパタ
ーンは、車種によっては異なるものの走行路面の状態
（舗装面、未舗装面、濡れた面、乾燥した面等）とは無
関係にほぼ同一の傾向を示し、かつ、この積算データの
パターンは、車速の変化に伴なって類似性を有して変化
し、車体に異常振動が発生すると、該異常振動の進行初
期（異常振動が人の知覚では認識できない程小さい）段
階であっても、上記積算データのパターンの類似性が崩
れる（特異なパターンとなる）ことを発見した。

【０００７】本発明は以上の現象を利用することによ
り、車速を推定するものである。すなわち、自動車の走
行中、当該自動車の車体に生じている振動を連続して検
出し、これによって得た振動信号を周波数スペクトラム
分析する処理を、設定周期で繰り返し行ない、１０Ｈｚ
乃至１００Ｈｚの範囲内で設定した一定範囲の周波数成
分に対する振動レベルを、設定回数の上記処理について
上記周波数成分毎に積算し、これによって得た振動レベ
ル積算データのパターンを、正常な自動車について同様
の処理により予め得ている振動レベル積算標準データの
パターンと比較して異常振動の有無を検出するようにし
たものである。

【０００８】

【作用】自動車の車体に発生している振動を連続的に検
出し、これを設定時間分ごとに周波数スペクトラム分析
し、分析データを積み重ねる（積算する）と、振動信号
中の不規則に発生している雑音成分は分析データの積算
で相殺され、特に１０Ｈｚ乃至１００Ｈｚの比較的低い
周波数領域で規則性のある成分が図３（Ａ）に示すよう
に顕在化する。

【０００９】すなわち、図３（Ａ）は車体が正常（異常
振動がない）である場合の自動車の走行中の周波数対振
動レベル特性を示すもので、２０Ｈｚ〜７０Ｈｚの間に
おいて、周波数の低い方からまず振動レベルの最小点Ｂ
が現われ、次に振動レベルの最大点Ｐが現われ、該最大
点Ｐより高い周波数域では比較的複雑な特性を呈して振
動レベルが減少していく。そして、車速が高速である
程、上記最大点Ｐの周波数Ｆｐより低い周波数域では振
動レベルが減少し、高い周波数域では振動レベルが増大
する傾向を示し、この傾向は車種は走行路面の状態とは
無関係に同じである。ただし、実測値は車種により異な
るが、同一車種では実測値も走行路面の状態とは無関係
である。

【００１０】また、上記のように、周波数対振動レベル
特性は車速の変化に応じて変化するが、図３（Ａ）から
明らかなように、当該特性は極めて強い類似性を保ちな
がら変化する。

【００１１】次に、車体に異常振動が発生している場合
の周波数対振動レベル特性をみると、図３（Ｂ）に示す
ように、振動レベルの最大点Ｐより高い周波数域におい
て、パルス性の極大点（ノイズ）が多数現われる点で上
記図３（Ａ）に示す特性と著しく異なる。すなわち、正
常時と異常振動発生時とでは、周波数対振動レベル特性
が示すパターンは互に非類似となる。

【００１２】そこで、当該周波数対振動レベル特性の類
似性を監視することにより車体の異常振動が検出できる
こととなり、しかも、この類似性は、異常振動が小さい
初期段階において非類似となるので、人の知覚では認識
できない小さな異常振動をも発見することが可能とな
る。

【００１３】

【実施例】図面はいずれも本発明の実施例を説明するも
ので、図１はブロック図、図２はフローチャート、図３
は周波数対振動レベル特性を示す図で、（Ａ）は正常時
の特性例、（Ｂ）は異常振動発生時の特性例をそれぞれ
示している。

【００１４】図１において、１は振動センサ、２はＡ／
Ｄ変換器、３は初期設定操作部、４はＣＰＵ、５はメモ
リ、６は警報表示部である。

【００１５】振動センサ１は、自動車の車体の低周波微
振動を検出する振動検出手段をなすもので、自動車の車
体の振動が検出し易い個所に取付けられる。また、物体
の振動現象は加速度または角速度で把えることができる
事象であることにより、当該振動センサ１として加速度
センサ又は角速度センサを用いることができる（実施例
では加速度センサを用いた）。

【００１６】Ａ／Ｄ変換器２は、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換するもので、振動センサ１が振動信号をア
ナログ信号形態で出力するのに対し、ＣＰＵ４における
処理ではデジタル信号形態の振動信号を必要とするため
に設けられたものである。なお、振動センサ１がデジタ
ル信号形態で振動信号を出力するものである場合は、当
該Ａ／Ｄ変換器２は必要としない。

【００１７】初期設定操作部３は、正常な振動特性を標
準データとして予め設定する測定手段（ＣＰＵ４の処理
に含まれる。）を起動するための操作部（標準データ設
定操作手段）で、例えば押ボタンスイッチで構成され
る。

【００１８】ＣＰＵ４は、異常振動検出装置における処
理を一括して行なうものであり、本発明に関する主な機
能は、振動信号を、例えば公知のＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆ
ｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）処理に
よって周波数スペクトラム分析し、１０Ｈｚ乃至１００
Ｈｚの低周波領域内の一定範囲（例えば２０Ｈｚ〜７０
Ｈｚ）の周波数成分についての振動レベルデータを出力
するＦＦＴ処理機能４１（周波数スペクトラム分析手
段）と、該ＦＦＴ処理機能に基いて検出した多数の周波
数スペクトラム分析データを周波数毎に積算集計して得
られる振動レベル積算値特性のパターンを予め設定して
ある標準パターンと比較して異常振動の検出を行なうパ
ターン比較機能４２（パターン比較手段）と、前記初期
設定操作部３が操作されたときの上記振動レベル積算値
を標準データとして保持する制御を行なう標準パターン
設定機能４３等があり、これらの機能は全てＣＰＵ４の
ソフトウエアで達成される。

【００１９】メモリ５は、Ａ／Ｄ変換器２を介して振動
センサ１から入力された振動信号を設定時間分について
一時的に記憶する第１メモリ５１（第１の記憶手段）
と、該第１メモリ５１に記憶された振動信号を周波数ス
ペクトラム分析した分析データを記憶する第２メモリ５
２（第２の記憶手段）と、車体に異常振動が生じていな
いときの振動信号の周波数スペクトラム分析データを標
準データとして予め記憶して保持しておく第３メモリ５
３（第３の記憶手段）を有し、この他に、図では省略し
てあるが、ＣＰＵ４のプログラムメモリ、処理途中の中
間的データの一時記憶メモリ等がある。

【００２０】警報表示部６は、ＣＰＵ４のパターン比較
機能により車体の異常振動が検出されたときに警報表示
を行なう手段であり表示形態は、可視表示又は可聴表示
があり、いずれか一方又は双方の形態による警報表示を
行なう。

【００２１】図２に示す処理フローに従って、以下に異
常振動の検出動作を説明する。

【００２２】振動センサ１は、自動車の走行時には、異
常車体に生じている振動を検出しており、当該振動セン
サ１から出力された振動信号は、Ａ／Ｄ変換器２でデジ
タル値に変換された後ＣＰＵ４に連続的に送付されてい
る。

【００２３】ＣＰＵ４はＡ／Ｄ変換器２が出力している
振動信号を読み込んで第１メモリ５１に当該振動信号を
記憶（格納）する（ステップＳ１）。

【００２４】次にＣＰＵ４は予め定められた時間（設定
時間）分の振動信号が第１メモリ５１に格納されたか否
かを判断し（ステップＳ２）、設定時間分の格納以前で
はステップＳ１，Ｓ２の処理を繰り返して次々と第１メ
モリ５１に振動信号を格納していき、設定時間分の振動
信号の格納が確認されると、ステップＳ３以降の処理に
移行する。

【００２５】上記振動信号の設定時間分の格納の監視は
次のようにして行なわれる。すなわち、ＣＰＵ４は一定
の時間基準（クロック信号）に基づいてＡ／Ｄ変換器２
からの振動信号を読み込んでおり、従ってＣＰＵ４で上
記振動信号の読み込み回数を計数し、計数値が設定値に
達したか否かを監視することで、上記振動信号を第１の
メモリ５１への設定時間分の格納終了を確認できる。

【００２６】以上のようにして設定時間分の振動信号が
第１メモリ５１に記憶されると、次にＣＰＵ４は第１メ
モリ５１に格納された振動信号の周波数スペクトラム分
析処理をＦＦＴ処理機能４１に基づいて行ない（ステッ
プＳ３）、例えば２０Ｈｚ〜７０Ｈｚの比較的低い範囲
の周波数成分に現われた振動レベル分析処理データ（第
１のデータ）を上記周波数成分毎に第２メモリ５２に格
納する（ステップＳ４）。

【００２７】上記第２のメモリ５２の分析処理データの
格納は、既に格納されているデータに新たなデータを加
算するようにして格納される。すなわち、第２メモリ５
２への分析処理データの格納処理と同時に、当該データ
の積算処理も行なわれることとなる。

【００２８】次にＣＰＵ４は、第２メモリ５２に設定回
数だけ分析処理データが格納されたか否か、すなわち当
該データの積算回数が予め定めてある設定数に達したか
否かを判断し（ステップＳ５）、設定数に達していない
ときにはステップＳ１からＳ５までの処理を繰り返して
第２メモリ５２への分析処理データの格納を積み重ねて
いく。

【００２９】以上のようにしてＦＦＴ積算したデータを
多数積算すると、振動信号中に含まれる不規則な雑音成
分は積算の積み重ねによって相殺され、規則性のある成
分による振動レベルのみが分析処理積算データに現われ
る。

【００３０】第１のデータの設定回数の積算が終了する
と、第２メモリ５２には図３（Ａ）又は（Ｂ）に示す分
析処理積算データ（第２のデータ）が記憶されているこ
ととなる。

【００３１】次に、ＣＰＵ４は第３メモリ５３に振動レ
ベル積算標準データが設定済みであることを確認し（ス
テップＳ６）、第２メモリ５２に記憶されている分析処
理積算データを第３メモリ５３に予め記憶保持されてい
る（設定されている）上記振動レベル積算標準データと
を読み出して双方のデータのパターン比較を行ない（ス
テップＳ７）、次に、当該双方のデータのパターンの類
似性を判断する（ステプＳ８）。

【００３２】なお、第３メモリ５３に記憶保持されてい
る上記標準データは、後述の説明で明らかとなるよう
に、図３（Ａ）に示す特性と極めて類似性の強いデータ
である。

【００３３】ステップＳ８の判断処理において、第２メ
モリ５２に記憶されたデータ（振動信号のスペクトラム
分析処理積算値）が図３（Ａ）に示すデータであるとき
には、当該データは上記標準データと極めて強い類似性
を有しているので、ＣＰＵ４は双方のデータは類似して
いるものと判断して警報信号を出力することなく一連の
処理を終える。

【００３４】また、第２メモリ５２中のデータが図３
（Ｂ）に示すデータであるときには、当該データは多数
のパルス性極大点Ｑが存在する点で上記標準データとは
類似性がない（極めて弱い）ので、ＣＰＵ４は双方のデ
ータ間に類似性がないものと判断して警報表示部６に警
報信号を出力したのち（ステップＳ９）、一連の処理を
終える。

【００３５】ところで、前記したように、図３（Ａ）に
示す振動特性は車種によって若干の違いがあるため、第
３メモリ５３に記憶保持する振動レベル積算標準データ
は車種に合致したデータとしなければならない。

【００３６】このため、異常振動検出装置の運用に際し
ては、予め上記標準データを設定するための初期設定操
作を行う必要がある。なお、初期設定操作時には、車体
に異常振動が生じていないことが必要であり、従って当
該初期設定操作は、例えば新車時又は車体整備直後に行
なわれる。

【００３７】上記標準データの初期設定は、異常振動検
出装置を自動車に搭載して当該自動車を走行させ、通常
運行速度になったところで、初期設定操作部３の押ボタ
ンを押下することにより行なう。当該押ボタンの操作に
よって、ＣＰＵ４は以下の処理を行なう。

【００３８】前記図２のステップＳ１〜Ｓ６までは当該
初期設定処理においても同様に行なわれる。

【００３９】前記図２のステップＳ６で第３メモリ５３
に振動レベル積算標準データが設定されていないことを
確認すると、ＣＰＵ４は標準パターン設定機能４３によ
る処理を開始する。

【００４０】ＣＰＵ１４は初期設定操作部３で押ボタン
が押下されたか否かを監視し（ステップＳ１０）、当該
押ボタンが押下されない間は前記図２のステップＳ１か
らＳ６までの処理を繰り返えす。

【００４１】初期設定操作部３で押ボタンが押下される
と、ＣＰＵ４はこれを検出して、当該押ボタンの押下直
後に行なわれたステップＳ１からＳ５までの処理によっ
て第２メモリ５２に格納された分析処理データ積算値
（振動レベル積算データ）を前記標準データとして第３
メモリ５３に移送格納し（ステップＳ１１）、初期設定
処理を終える。

【００４２】以上により、第３メモリ５３には、異常振
動が発生していない状態での車体振動特性が格納、保持
され、これが前記振動レベル積算標準データとして前記
異常振動検出処理に使用される。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、自動
車の走行中に車体に生じている振動の周波数スペクトラ
ム分析により、車体の異常振動を検出するようにしたも
のであり、異常振動が人の知覚では認識できない程弱い
段階で当該異常振動を検出できるので、自動車の異常状
態及び潤滑オイルの劣化を、それらの進行初期の段階で
発見することが可能となる等、本発明は、自動車の異常
を早期に発見して故障を未然に察知し、また事故を防止
するうえで極めて顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のブロック図。

【図２】本発明実施例のフローチャート。

【図３】（Ａ）は正常時の振動特性を示す図、（Ｂ）は
異常振動発生時の振動特性を示す図。

【符号の説明】

１…振動センサ ２…Ａ／Ｄ変換器 ３…初期設定操作部 ４…ＣＰＵ ５…メモリ ４１…ＦＦＴ処理機能 ４２…パターン比較 ４３…標準パターン設
定 ５１…第１メモリ ５２…第２メモリ ５３…第３メモリ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の走行中、その車体に生じている
   振動を連続して検出し、これによって得た振動信号を周
   波数スペクトラム分析する処理を設定周期で繰返し行な
   い、１０Ｈｚ乃至１００Ｈｚの範囲内で設定した一定範
   囲の周波数成分に対する振動レベルを、設定回数の上記
   処理について上記周波数成分毎に積算し、これによって
   得た振動レベル積算データのパターンを、正常な自動車
   について同様の処理により予め得ている振動レベル積算
   標準データのパータンと比較して異常振動の有無を検出
   するようにした自動車の異常振動検出方法。
2. 【請求項２】 自動車の車体に取付けられ、該車体の振
   動を検出する振動検出手段と、該振動検出手段が設定時
   間の間に出力した振動信号を一時的に記憶する第１の記
   憶手段と、該第１の記憶手段に記憶された振動信号を周
   波数スペクトラム分析し、１０Ｈｚ乃至１００Ｈｚの範
   囲内で設定した一定範囲の周波数成分対振動レベルを示
   す第１のデータを設定周期毎に出力する分析手段と、該
   分析手段から出力される上記第１のデータを設定数に達
   するまで順次加算しながら上記周波数成分毎に記憶して
   いくことにより、周波数成分対振動レベル積算値特性を
   示す第２のデータを記憶する第２の記憶手段と、振動レ
   ベル積算値の標準データの設定処理を起動するための標
   準データ設定操作手段と、異常振動のない状態での自動
   車の走行時において、上記標準データ設定操作手段の操
   作により、上記第２のデータが第２の記憶手段に記憶さ
   れる処理と同様の処理により得られたデータを、上記振
   動レベル積算値の標準データとして記憶して保持する第
   ３の記憶手段と、自動車の走行中、常時上記第２の記憶
   手段に記憶された第２のデータと上記第３の記憶手段に
   保持されている標準データを比較して双方のデータのパ
   ターンの類似性を判断するパターン比較手段と、該パタ
   ーン比較手段から上記双方のデータのパターン非類似情
   報が出力されたとき警報を表示する警報表示手段でなる
   自動車の異常振動検出装置。