JP6793292B2 - チェーンの異常検出方法と、その装置 - Google Patents

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この発明は、たとえば走行中のオートバイにおいて、走行用のチェーンの異常を適確に検出することができるチェーンの異常検出方法と、その装置に関する。
駆動走行中のチェーンの異常を検出するために、スプロケットに装着する加速度センサを利用することが知られている(特許文献1)。
たとえば、駆動用、従動用のスプロケットに無端のチェーンを巻き掛ける動力伝達機構において、大径側のスプロケットに加速度センサを装着する。チェーンに異常が発生すると、スプロケットの軸方向、周方向に異常な振動が発生するので、加速度センサを介して振動に起因する加速度を検出することにより、チェーンの異常を確実に検知することができる。
特開2009−300243号公報
かかる従来技術によるときは、加速度センサと、加速度センサの出力信号をサンプリングするマイクロコンピュータの他、マイクロコンピュータと外部とのデータ通信用の無線通信ユニットや、電源用の電池などの一連の部材をスプロケットに組み込む必要があるから、スプロケットの動的バランスを損なったり、無線によるデータ通信が不安定になったりすることが少なくなく、実用化が必ずしも容易でないという問題があった。
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、非接触形の温度センサを採用することによって、駆動走行中のチェーンの異常を適確に検出することができるチェーンの異常検出方法と、その装置を提供することにある。
かかる目的を達成するためのこの出願に係る第1発明(請求項1に係る発明をいう、以下同じ)の構成は、駆動用、従動用のスプロケットに無端のチェーンを巻き掛けて形成する動力伝達機構において、駆動走行中のチェーンの温度を検出する非接触形の温度センサの出力信号を一定のサンプリング周期ごとに所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングし、サンプリングデータの歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 (ただし、Ti (i=1、2…n)は、サンプリングデータ、n、Ta 、σは、それぞれサンプリングデータの数、平均値、標準偏差であり、Σは、i=1、2…nについて((Ti −Ta )/σ)3 の和を取ることを表す)が設定値を超えたことに基づいてチェーンの異常を判定することをその要旨とする。
なお、サンプリングデータの最大値が設定値を超えたことによりチェーンの異常を判定することができる。
また、温度センサは、スプロケットの周上のチェーンの温度をスプロケットの軸方向から検出してもよく、動力伝達機構は、オートバイの走行用のチェーン機構であってもよい。
第2発明(請求項5に係る発明をいう、以下同じ)の構成は、駆動走行中のチェーンの温度を検出する非接触形の温度センサと、温度センサの出力信号をサンプリングするマイクロコンピュータとを備えてなり、マイクロコンピュータは、温度センサの出力信号を一定のサンプリング周期ごとに所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングし、サンプリングデータの歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 (ただし、Ti (i=1、2…n)は、サンプリングデータ、n、Ta 、σは、それぞれサンプリングデータの数、平均値、標準偏差であり、Σは、i=1、2…nについて((Ti −Ta )/σ)3 の和を取ることを表す)が設定値を超えたことに基づいてチェーンの異常を判定することをその要旨とする。
かかる第1発明の構成によるときは、非接触形の温度センサは、駆動走行中のチェーンの温度を検出し、駆動走行中のチェーンは、たとえばシールチェーンのシールの摩耗が進行してグリース漏れを生じると、局部的に異常な温度上昇を生じる。そこで、温度センサの出力信号をサンプリングし、所定のサンプリング時間に亘るサンプリングを実行するとき、サンプリングデータの歪度Sk は、サンプリングデータの分布形状が左右対称の正規分布から左または右に偏位している程度を示している。したがって、歪度Sk の設定値B>0としてたとえばB=0.8を設定すれば、設定値Bを超える歪度Sk は、サンプリングデータの分布形状が左に偏位して右に長く裾を引く形状であり、極端な最大値の存在を示し、このような歪度Sk を生じたことに応じてチェーンの異常を判別することができる。ただし、このようにして設定値Bを超える歪度Sk に着目すると、チェーンの負荷変動や走行速度変動などによりサンプリングデータの平均値Ta に揺らぎを生じても、誤判定の機会を少なくし得ることが分かっている。
なお、非接触形の温度センサは、駆動走行中のチェーンのリンクプレートに照準させるようにして、適当な固定部材を介して設置すればよく、スプロケットに部材を組み込んだり、不安定な無線データ通信を導入したりする必要がない。ただし、非接触形の温度センサは、たとえばInSb素子、InGaAs素子などによる量子形の超高速応答用の放射形近赤外線センサが好適である。また、温度センサは、駆動走行中のチェーンの長さ方向の少なくとも数mmごとの温度変化を検出し得るように応答速度、サンプリング周期を定めるとともに、チェーンの全長に亘る温度データを少なくとも数周回分繰り返して採取できるように、1回当りのサンプリング時間を設定することが好ましい。
サンプリングデータの最大値が設定値を超えたことが検出されたときは、直ちにチェーンの異常と判定してよい。このときの設定値Aは、たとえばA=95℃に設定し、チェーンと外部部材との干渉などの不測の事態を適切に検出することができる。
温度センサは、スプロケットの周上のチェーンの温度をスプロケットの軸方向からリンクプレートに照準させて検出することにより、駆動走行中のチェーンの温度を一層安定に検出することができる。
動力伝達機構をオートバイの走行用のチェーン機構とすれば、オートバイの走行中に走行用のチェーンの異常を検出して運転者に警報することができる。
第2発明の構成によるときは、非接触形の温度センサと、マイクロコンピュータとを組み合わせることにより、第1発明を円滑に実施することができる。温度センサは、駆動走行中のチェーンの温度を検出し、マイクロコンピュータは、温度センサの出力信号をサンプリングしてチェーンの異常の有無を判定することができるからである。
全体構成ブロック系統図 動力伝達機構の要部模式正面図 動力伝達機構の要部模式平面図 信号波形説明図 サンプリングデータ説明図(1) サンプリングデータ説明図(2) プログラムフローチャート
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
チェーンの異常検出装置は、非接触形の温度センサ11と、マイクロコンピュータ13とを備えてなる(図1)。
温度センサ11は、オートバイの走行用のチェーン機構を形成する動力伝達機構20の駆動走行中の無端のチェーン21の温度を検出することができる(図2、図3)。チェーン21は、駆動用、従動用のスプロケット22、23に巻き掛けられている。駆動軸22aに装着するフロント側の駆動用のスプロケット22には、スプロケットカバー24が掛けられており、リア側の従動用のスプロケット23は、タイヤ25とともに、車軸26を介してスイングアーム27の後端部に装着されている。なお、温度センサ11は、スイングアーム27の後端のスプロケット23側に取り付けられ、スプロケット23の周上のチェーン21のリンクプレートに対し、スプロケット23の軸方向から照準されている。ただし、温度センサ11は、量子形の超高速応答形の放射形近赤外線センサ(たとえば応答速度0.1mS)である。
温度センサ11は、駆動走行中のチェーン21の温度Tを検出し、出力信号S1 として出力することができる(図1)。温度センサ11からの出力信号S1 は、AD変換器12を介してマイクロコンピュータ13に入力されている。また、マイクロコンピュータ13には、図示しないスピードメータまたは車速センサからの車速Vを示す速度信号S2 が入力されており、表示手段14が付設されている。なお、表示手段14は、たとえば、警告、正常を示す2種の表示ランプの他、適当な液晶表示画面が含まれ、オートバイに騎乗する運転者が見易い個所に設置されている。図1のシステムは、オートバイの車体内において、適切に有線により構成するものとし、オートバイのエンジンスタートとともに電源が投入され、動作開始するものとする。
オートバイを走行させているとき、温度センサ11の出力信号S1 の実測波形の一例を図4に示す。ただし、図4(A)、(B)は、それぞれチェーン21が正常時、異常時の信号波形であり、図4(A)、(B)の縦軸、横軸は、それぞれ温度T、時刻tである。なお、供試品のチェーン21は、オートバイの走行用のシールチェーンであり、図4(B)は、チェーン21の中途の1箇所のシールが損傷してグリース漏れを生じたため、約0.2秒/回のチェーン21の周回ごとに温度Tの鋭いピークが現れている。一方、図4(A)には、チェーン21の長さ方向に存在する温度Tの不規則なばらつきが現れているだけで、格別なピークが見られない。
そこで、図4(A)、(B)の各信号波形をサンプリングして整理すると、たとえば図5(A)、(B)、図6(A)、(B)のとおりである。ただし、このときのサンプリング周期0.2mSごと、サンプリング時間1秒として、図5(A)、(B)は、それぞれ正常品、異常品のチェーン21に対する温度TのサンプリングデータTi (i=1、2…n)のヒストグラムの一例であり、同図(A)、(B)の横軸、縦軸は、それぞれ0.5℃ステップに区切る温度T、温度Tの各階級ごとの度数Fである。また、図6(A)、(B)は、それぞれ図5(A)、(B)のサンプリングデータTi の歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 のサンプリング時間1秒ごとの経時変化データの一例である。ただし、n、Ta 、σは、それぞれサンプリングデータTi の数、平均値、標準偏差であり、Σは、i=1、2…nについて((Ti −Ta )/σ)3 の和を取ることを表す。また、図6(A)、(B)の横軸は、時刻tである。
図5(A)、(B)によれば、同図(A)の正常品のデータ分布形状は、左右対称の正規分布に近いのに対し、同図(B)の異常品のデータ分布形状は、左に偏位し、右に長く裾を引く左右非対称形である。その結果、図6(A)の正常品のサンプリングデータTi の歪度Sk は、Sk <0.2≒0であるのに対し、同図(B)の異常品の場合は、Sk >1.2〜1.4となっている。よって、図6によれば、歪度Sk に対してたとえば設定値B=0.8>0を設定することにより、Sk ≦Bのときにチェーン21を正常品と判定し(図6(A))、Sk >Bのときにチェーン21を異常品と確実に判定し得ることが分かる(図6(B))。
そこで、マイクロコンピュータ13は、たとえば図7のプログラムフローチャートに従って作動し、駆動走行中のチェーン21の異常の有無を判定することができる。ただし、マイクロコンピュータ13は、図示しないスピードメータまたは車速センサからの速度信号S2 に基づき、オートバイの車速VがたとえばV≧Vo =40km/hとなったことにより図7のプログラムを開始するものとする。
開始後のプログラムは、まず、たとえば3分程度の待機時間の経過を待つ(図7のプログラムステップ(1)、以下、単に(1)のように記す)。その後、プログラムは、AD変換器12を介して温度センサ11からの出力信号S1 をサンプリングしてチェーン21の温度TのサンプリングデータTi (i=1、2…n)を収集して記憶する(2)。なお、このときのサンプリング周期、サンプリング時間は、それぞれたとえば0.2mSごと、1秒間とする。つづいて、プログラムは、プログラムステップ(2)にて収集した温度TのサンプリングデータTi に基づいて、最大値Tm 、平均値Ta 、標準偏差σ、歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 を算出する(3)。
その後、プログラムは、サンプリングデータTi の最大値Tm が設定値Aを超えていないことを確認して(4)、歪度Sk を設定値Bと対比し(5)、Sk ≦Bのときにチェーン21が正常であるとして、表示手段14に対して正常表示を指示する(6)。また、プログラムは、プログラムステップ(4)において最大値Tm が設定値Aを超えているとき、または、プログラムステップ(5)において歪度Sk が設定値Bを超えているとき、表示手段14に対して警告表示を指示して(7)、終了する。そこで、オートバイの運転者は、表示手段14上の表示内容を見ることにより、駆動走行中のチェーン21の状況を適切に知ることができる。ただし、プログラムステップ(4)、(5)において、最大値Tm 、歪度Sk に対する設定値A、Bは、それぞれたとえばA=95℃、B=0.8>0.2≒0に設定する。
プログラムは、その後、車速V≧Vo を確認して(8)、プログラムステップ(2)以下を繰り返す((2)、(3)…(8))。ただし、車速V<Vo のときは(8)、プログラムを一旦終了させ、その後、車速V≧Vo により、プログラムを頭初から再開させるものとする。
以上の説明において、図7のプログラムは、オートバイの車速Vに代えて、チェーン21の駆動走行速度を検出する速度センサ、またはスプロケット22、23のいずれか一方の回転速度を検出する回転センサの出力信号により開始させ、終了させることができる。
なお、図7のプログラムステップ(4)は、たとえばチェーン21の限界温度相当をチェックする一種のバックアップ措置であるから、これを省略することも可能である。
この発明は、オートバイの走行用のチェーン機構以外の任意の動力伝達機構のチェーンに対しても広く好適に適用することができる。
T…温度
Ti …サンプリングデータ
n…サンプリングデータの数
Tm …最大値
Ta …平均値
σ…標準偏差
Sk …歪度
A、B…設定値
S1 …出力信号
11…温度センサ
13…マイクロコンピュータ
20…動力伝達機構
21…チェーン
22、23…スプロケット

特許出願人 株式会社 江沼チヱン製作所
国立大学法人 福井大学

Claims (5)

  1. 駆動用、従動用のスプロケットに無端のチェーンを巻き掛けて形成する動力伝達機構において、駆動走行中のチェーンの温度を検出する非接触形の温度センサの出力信号を一定のサンプリング周期ごとに所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングし、サンプリングデータの歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 (ただし、Ti (i=1、2…n)は、サンプリングデータ、n、Ta 、σは、それぞれサンプリングデータの数、平均値、標準偏差であり、Σは、i=1、2…nについて((Ti −Ta )/σ)3 の和を取ることを表す)が設定値を超えたことに基づいてチェーンの異常を判定することを特徴とするチェーンの異常検出方法。
  2. サンプリングデータの最大値が設定値を超えたことによりチェーンの異常を判定することを特徴とする請求項1記載のチェーンの異常検出方法。
  3. 温度センサは、スプロケットの周上のチェーンの温度をスプロケットの軸方向から検出することを特徴とする請求項1または請求項2記載のチェーンの異常検出方法。
  4. 動力伝達機構は、オートバイの走行用のチェーン機構であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか記載のチェーンの異常検出方法。
  5. 駆動走行中のチェーンの温度を検出する非接触形の温度センサと、該温度センサの出力信号をサンプリングするマイクロコンピュータとを備えてなり、前記マイクロコンピュータは、前記温度センサの出力信号を一定のサンプリング周期ごとに所定のサンプリング時間に亘ってサンプリングし、サンプリングデータの歪度Sk =(1/n)Σ((Ti −Ta )/σ)3 (ただし、Ti (i=1、2…n)は、サンプリングデータ、n、Ta 、σは、それぞれサンプリングデータの数、平均値、標準偏差であり、Σは、i=1、2…nについて((Ti −Ta )/σ)3 の和を取ることを表す)が設定値を超えたことに基づいてチェーンの異常を判定することを特徴とするチェーンの異常検出装置。

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