JP6881086B2

JP6881086B2 - 車両の診断装置及び車両の診断システム

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Publication number: JP6881086B2
Application number: JP2017125234A
Authority: JP
Inventors: 正寛高橋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019007889A

Description

本発明は、車両の診断装置及び車両の診断システムに関するものである。

車両の診断装置としては、車両走行時の軸受部品（例えば、ハブベアリング）の振動量がある閾値を超えたときに、その軸受部品が故障したと診断するものがある。

特開２００６−１３３１６２号公報

しかし、上記の診断装置は、実際に発生した故障を検出するものであり、故障時期を事前に予測するものではない。また、車両走行時には様々な振動が軸受部品に伝達されるため、外乱の影響で故障時期を誤って予測する虞がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決して、軸受部品の故障時期を精度良く予測できる車両の診断装置及び車両の診断システムを提供することにある。

本発明の一態様によれば、軸受部品の故障時期を予測する車両の診断装置であって、前記車両の走行距離を取得する走行距離取得部と、前記軸受部品の振動量を予め設定された走行距離毎に取得する振動量取得部と、前記振動量取得部で取得された複数の振動量に基づいて、振動量の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部で算出された前記傾きと、前記軸受部品が故障した場合の振動量として予め設定された閾値振動量とに基づいて、振動量が前記閾値振動量を超える閾値走行距離を予測する閾値走行距離予測部と、を備えたことを特徴とする車両の診断装置が提供される。

また、前記傾き算出部は、振動量が取得される毎に、振動量の傾きを算出し、前記閾値走行距離予測部は、振動量の傾きが算出される毎に、閾値走行距離を予測することが好ましい。

また、前記軸受部品は、前記車両の車輪を回転支持するハブベアリングであることが好ましい。

本発明の他の態様によれば、軸受部品の故障時期を予測する車両の診断システムであって、前記車両に搭載された車両側端末装置と、前記車両側端末装置とネットワークを介して接続され、前記車両とは異なる場所に設置される管理側端末装置と、を備え、前記車両側端末装置は、前記車両の走行距離を取得する走行距離取得部と、前記軸受部品の振動量を予め設定された走行距離毎に取得する振動量取得部と、前記走行距離取得部で取得される走行距離及び前記振動量取得部で取得される振動量を前記ネットワークを介して前記管理側端末装置に送信する送信部と、を含み、前記管理側端末装置は、前記送信部から送信される走行距離及び振動量を受信する受信部と、前記受信部で受信された複数の振動量に基づいて、振動量の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部で算出された前記傾きと、前記軸受部品が故障する振動量として予め設定された閾値振動量とに基づいて、振動量が前記閾値振動量を超える閾値走行距離を予測する閾値走行距離予測部と、を含むことを特徴とする車両の診断システムが提供される。

本発明によれば、軸受部品の故障時期を精度良く予測できる車両の診断装置及び車両の診断システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る診断装置を搭載した車両の全体構成図である。（ａ）は、ハブベアリング及び振動センサの概略構成を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。振幅の傾きと閾値走行距離を示したグラフである。振幅に基づいて振幅の傾きを求めたグラフである。本発明の第２実施形態に係る診断システムの全体構成図である。振幅に基づいて振幅の傾きを求めたグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る車両の診断装置及び車両の診断システムを説明する。

（第１実施形態）
図１〜図４に基づいて、第１実施形態に係る車両１の診断装置１００を説明する。図１は、診断装置１００を搭載した車両１の全体構成図である。また、図２（ａ）は、軸受部品としてのハブベアリング２及び振動センサＳの概略構成を示す側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。

図１及び図２に示すように、車両１の診断装置１００は、ハブベアリング２の故障時期を予測する診断装置である。

車両１は、キャブオーバ型トラックからなる。車両１の車輪（ホイール）３は、ハブ４を介して車軸５に連結されている。車輪３の外周部には、タイヤ６が装着されている。

ハブベアリング２は、車輪３を回転支持するように構成される。具体的には、車輪３は、複数のハブボルト７及びナット８によって、ハブフランジ４ａに締結されている。ハブベアリング２は、車両１の車体側に上下動可能に支持されたナックル９に対して、車軸５に連結されたハブ軸４ｂを回転可能に支持する。

より詳しくは、ハブベアリング２は、ラジアルベアリング（転がり軸受）からなる。また、本実施形態のハブベアリング２は、固定側であるナックル９に設けられた外輪２ａと、可動側であるハブ軸４ａに設けられた内輪２ｂと、外輪２ａ及び内輪２ｂの間に介在される転動体２ｃと、を備える。但し、図示しないが、外輪２ａが可動側に設けられ、内輪２ｂが固定側に設けられていても良い。

ハブベアリング２では、外輪２ａ及び内輪２ｂと転動体２ｃとの接触部分が摩耗してくると、外輪２ａに対して内輪２ｂが振動する。そして、こうした内輪２ｂの振動は、ハブベアリング２の振動として振動センサＳによって検出される。

ハブベアリング２の振動の振幅は、摩耗が増大するにつれて増加する。そして、振幅が許容値を超えてくると、異音を生じる等の故障が発生する。

振動センサＳは、取付部Ｓ１と検出部Ｓ２とを有する。取付部Ｓ１は、略長円形状の金属板からなり、その長手方向の両端部の位置で、ハブボルト７及びナット８によって、ハブ４に対して車輪３と共締め固定される。検出部Ｓ２は、圧電素子を含む振動検出モジュールからなり、取付部Ｓ１の長手方向の中央に設置される。また、検出部Ｓ２は、ハイパスフィルタ等の周波数フィルタを有し、可能な限りハブベアリング２の振動のみを検出するように構成される。更に、検出部Ｓ２は、検出した振動の信号を診断装置１００に無線送信するための無線モジュールを有する。

診断装置１００は、車両１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）もしくはコントローラからなる。より詳しくは、診断装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えて構成される。

本実施形態において、診断装置１００は、車両１の走行距離を取得する走行距離取得部１０と、ハブベアリング２の振幅を予め設定された走行距離毎に取得する振動量取得部２０と、を備える。ここでいう振幅は、特許請求の範囲に記載された振動量に該当する。振動量は、振動の大きさを表すパラメータである。なお、本実施形態において、振幅は、ハブベアリング２の可動側である内輪２ｂの変位を時間で２階微分して得られる加速度［ｍ／ｓ²］の振動の振幅である。但し、振幅は、変位［μｍ］の振動の振幅であっても良く、また、変位を時間で１階微分して得られる速度［ｍｍ／ｓ］の振動の振幅であっても良い。

また、詳細は後述するが、診断装置１００は、振動量取得部２０で取得された複数の振幅に基づいて、振幅の傾きを算出する傾き算出部３０を備える。また、診断装置１００は、傾き算出部３０で算出された傾きと、ハブベアリング２が故障した場合の振幅として予め設定された閾値振幅とに基づいて、振幅が閾値振幅を超える走行距離である閾値走行距離を予測する閾値走行距離予測部４０を備える。ここでいう閾値振幅は、特許請求の範囲に記載された閾値振動量に該当する。また、本実施形態の診断装置１００は、ハブベアリング２の故障時期を診断して、運転者に対して警告する警告部５０を備える。

次に、図３及び図４に基づいて、診断装置１００における走行距離取得部１０、振動量取得部２０、傾き算出部３０、閾値走行距離予測部４０、及び警告部５０の各機能を詳しく説明する。

図３及び図４は、走行距離と振幅との関係を示したグラフである。具体的には、図３は、ある走行距離ｘの時点ｄ（図示ｄ₁，ｄ₂，ｄ₃）で算出された振幅ｙの傾きａ（図示ａ₁，ａ₂，ａ₃）と、傾きａ及び閾値振幅Ｙに基づいて閾値走行距離Ｘ（図示Ｘ₂，Ｘ₃）とを算出したグラフである。また、図４は、図３に示した時点ｄ₁の振幅ｙに基づいて、傾きを求めたグラフである。なお、図３中、符号ｃは、ハブベアリング２の初期状態から故障時期までの間において、走行距離ｘの増加につれて振幅ｙが増加する様子を表した仮想線である。

図３に示すように、走行距離取得部１０は、車両１の走行中、走行距離ｘ［ｋｍ］を取得するように構成される。この走行距離ｘは、ハブベアリング２が初期状態の地点で、ｘ＝０［ｋｍ］になるように設定される。なお、走行距離ｘは、図示しない車速センサの検出値に基づいて取得されるが、この取得方法は、任意であって良い。

振動量取得部２０は、一定の走行距離（例えば、１［ｋｍ］）毎に、振動センサＳの検出値に基づいて、ハブベアリング２の振幅ｙを取得するように構成される。但し、振幅ｙを取得する距離間隔は、これより短い間隔（例えば、５００［ｍ］）または長い間隔（例えば、１０［ｋｍ］）に設定されても良い。

傾き算出部３０は、振幅ｙが取得される毎に、振幅ｙの傾きを算出するように構成される。

具体的には、図４に示すように、傾き算出部３０は、振動量取得部２０で取得された直近の一定個数（例えば、１０個）の振幅ｙに基づいて、最小二乗法により振幅ｙの平均の傾きａと切片ｂを算出する。

例えば、傾き算出部３０は、図中の走行距離ｘ＝１０［ｋｍ］の時点ｄ₁において、走行距離ｘ＝１〜１０［ｋｍ］の間に取得された１０個の振幅ｙに基づいて、傾きａ₁と切片ｂ₁を算出する。図中の直線Ｌ₁は、この傾きａ₁と切片ｂ₁とからなる直線の式（ｙ＝ａ₁ｘ＋ｂ₁）を表したものである。また、図示しないが、走行距離ｘ＝１１［ｋｍ］の時点においては、走行距離ｘ＝２〜１１［ｋｍ］の間に取得された直近の１０個の振幅ｙに基づいて、傾きと切片を算出する。なお、これらの振幅ｙの個数は、これよりも多い（例えば、２０個）または少ない（例えば、５個）数でも良い。

閾値走行距離予測部４０は、振幅ｙの傾きａが算出される毎に、閾値走行距離Ｘを予測するように構成される。

具体的には、閾値走行距離予測部４０は、算出された傾きａ及び切片ｂと、予め設定された閾値振幅Ｙとに基づいて、閾値走行距離Ｘを演算予測する。

例えば、図３に示すように、ある時点ｄ₂で傾きａ₂と切片ｂ₂が算出されたとする。このとき、閾値走行距離予測部４０は、ｙ＝ａ₂ｘ＋ｂ₂で表される直線Ｌ₂の式のｙの値に閾値振幅Ｙを代入して、閾値走行距離Ｘ₂を、Ｘ₂＝（Ｙ−ｂ₂）／ａ₂の式から算出する。また同様に、ある時点ｄ₃で傾きａ₃と切片ｂ₃が算出されたときは、ｙ＝ａ₃ｘ＋ｂ₃で表される直線Ｌ₃の式のｙの値に閾値振幅Ｙを代入して、閾値走行距離Ｘ₃を、Ｘ₃＝（Ｙ−ｂ₃）／ａ₃の式から算出する。なお、閾値振幅Ｙは、ハブベアリング２の種類、型式等に応じて、予め設定されているものとする。

警告部５０は、閾値走行距離Ｘが予測される毎に、その閾値走行距離Ｘに基づいて、ハブベアリング２の故障時期を診断して、運転者に対して警告するように構成される。

具体的には、警告部５０は、閾値走行距離予測部４０が閾値走行距離Ｘを予測した地点から、その閾値走行距離Ｘに到達するまでの残りの走行距離ｒ（図示ｒ₂，ｒ₃）を算出する。そして、その残りの走行距離ｒが、事前に運転者に故障時期を警告しておくべき所定距離Ｒ以下であるときは、図示しない車内ディスプレイ等に残りの走行距離ｒを表示し、または音声で知らせる。

例えば、予測された閾値走行距離がＸ₂の場合、算出された残りの走行距離ｒ₂が所定距離Ｒよりも大きいものとする（ｒ₂＞Ｒ）。この場合、警告部５０は、故障が予測される時期まで余裕があるとして、運転者に対して警告しない。一方、予測された閾値走行距離がＸ₃の場合、算出された残りの走行距離ｒ₃が所定距離Ｒ以下であるとする（ｒ₂≦Ｒ）。この場合には、警告部５０は、故障が予測される時期が近いとして、運転者に対して警告する。

以上の通り、本実施形態に係る車両１の診断装置１００によれば、閾値走行距離Ｘを予測することで、ハブベアリング２の故障時期を予測することができる。その結果、実際に故障が発生する前に、予め運転者に警告することができる。

一方、車両走行時には、タイヤが路面の段差を乗り越えたり、荒地を走行したりしたときの振動等、様々な外乱の振動がハブベアリングに伝達される。そのため、外乱の影響で閾値走行距離が誤って予測されてしまい、故障時期の予測精度が低下する虞がある。

しかし、本実施形態では、図３及び図４に示すように、取得された複数の振幅ｙに基づいて、傾き算出部３０が振幅ｙの傾きａを算出する。そして、その傾きａと閾値振幅Ｙとに基づいて、閾値走行距離予測部４０が閾値走行距離Ｘを予測する。そのため、図４中の符号ｅｙで示すように、外乱によって突発的に大きな異常振幅を取得した場合でも、他の通常の振幅ｙによって、外乱の影響を弱め、複数の全体の振幅ｙを平均化できる。その結果、外乱の影響で閾値走行距離が誤って予測されるのを抑制でき、故障時期を精度良く予測することが可能になる。

また、本実施形態では、図３及び図４に示すように、一定距離（１［ｋｍ］）毎に傾きａを算出し、閾値走行距離Ｘを予測するので、あるタイミングで外乱の影響により誤った閾値走行距離Ｘを予測してしまっても、その後の外乱の影響が無くなったタイミングで、正確な閾値走行距離Ｘを予測できる。このため、外乱の影響を弱め、故障時期を精度良く予測することができる。

（第２実施形態）
図３，図５及び図６に基づいて、第２実施形態に係る車両１の診断システム２００を説明する。図５は、診断システム２００の全体構成図である。また、図６は、ある走行距離ｘの時点の振幅ｙに基づいて、傾きを求めたグラフである。なお、本実施形態は、第１実施形態の診断装置１００の構成を、車両側端末装置２０１及び管理側端末装置２０２に含めたものである。よって、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

図５に示すように、車両１の診断システム２００は、ハブベアリング２の故障時期を予測する診断システムである。また、診断システム２００は、車両１に搭載された車両側端末装置２０１と、車両側端末装置２０１とネットワークＮを介して接続され、車両１とは異なる場所（例えば、車両運行管理を行う基地局または事務所）に設置される管理側端末装置２０２と、を備える。

車両側端末装置２０１及び管理側端末装置２０２は、それぞれ電子制御ユニット（ＥＣＵ）もしくはコントローラからなり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えて構成される。また、車両側端末装置２０１及び管理側端末装置２０２は、インターネット等のネットワークＮを介して、互いに無線通信するための通信モジュールを有する。なお、図示例では、１台の車両１のみを示しているが、管理側端末装置２０２は、車両側端末装置２０１を搭載した複数の車両を管理できるように構成される。

車両側端末装置２０１は、走行距離取得部１０と振動量取得部２０とを含む。また、車両側端末装置２０１は、走行距離取得部１０で取得される走行距離及び振動量取得部２０で取得される振幅をネットワークＮを介して管理側端末装置２０２に送信する送信部６０を含む。

管理側端末装置２０２は、送信部６０から送信される走行距離及び振幅を受信する受信部６０と、受信部７０で受信された複数の振幅に基づいて、振幅の傾きを算出する傾き算出部３０と、を含む。また、管理側端末装置２０２は、閾値走行距離予測部４０と、警告部５０とを含む。

ここで、本実施形態の振動量取得部２０は、走行距離が所定の長距離（例えば、１００［ｋｍ］）に達する毎に、複数の振幅（例えば、１０個）を取得して蓄積する。また、送信部６０は、複数の振幅の取得が完了すると、蓄積された複数の振幅を一度に管理側端末装置２０２に送信する。

例えば、図６に示すように、振動量取得部２０は、走行距離ｘが１００［ｋｍ］に達すると、走行距離ｘ＝１０１〜１１０［ｋｍ］の間、一定の距離間隔（例えば、１［ｋｍ］毎）で振幅ｙを取得して蓄積する。そして、送信部６０は、振幅ｙの取得が完了したとき、蓄積された振幅ｙを管理側端末装置２０２に送信する。

一方、管理側端末装置２０２において、傾き算出部３０は、振幅が送信される毎に、振幅の傾きを算出する。例えば、傾き算出部３０は、上記の走行距離ｘ＝１１０［ｋｍ］の時点で送信された複数の振幅ｙに基づいて、傾きａ₁’と切片ｂ₁’とを算出する。なお、図６中の直線Ｌ₁’は、傾きａ₁’と切片ｂ₁’とからなる直線の式（ｙ＝ａ₁’ｘ＋ｂ₁’）を表したものである。

閾値走行距離予測部４０は、図３に示すように、振幅ｙの傾きａが算出される毎に、閾値走行距離Ｘを予測する。

警告部５０は、閾値走行距離Ｘに到達するまでの残りの走行距離ｒが、所定距離Ｒ以下であるか否かを判定する。そして、本実施形態の警告部５０は、残りの走行距離ｒが所定距離Ｒ以下であるときに、ネットワークＮを介して、管理側端末装置２０２から車内側端末装置２０１に対して、残りの走行距離ｒを送信する。車内側端末装置２０１は、ディスプレイ表示や音声等によって、送信された残りの走行距離ｒを運転者に知らせる。

このように、本実施形態では、管理側端末装置２０２で閾値走行距離Ｘを予測することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、管理側端末装置２０２が設置された基地局等において、車両１のハブベアリング２の故障時期を把握できるため、車両１の運行管理の向上を図ることができる。

また、本実施形態であれば、一つの管理側端末装置２０２によって、複数の車両１のハブベアリング２の故障時期を把握できるため、複数の車両の運行管理を集中して行え、管理コストの削減を実現できる。

更に、本実施形態の振動量取得部２０は、走行距離が所定の長距離（例えば、１００［ｋｍ］）に達する毎に、複数の振幅を取得して蓄積する。また、送信部６０は、蓄積された複数の振幅を一度に管理側端末装置２０２に送信する。そのため、車両側端末装置２０１から管理側端末装置２０２への送信回数を減らすことが可能になり、通信コストを削減できる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、車両１は、キャブオーバ型トラックに限定されず、任意の種類であって良い。また、軸受部品は、ハブベアリング２に限定されず、例えば、車両１のプロペラシャフト（不図示）を回転支持するベアリングであっても良い。

また、図示しないが、上記の基本実施形態は、以下のように変形することができる。なお、下記の説明において、基本実施形態と同一の構成要素については、同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

（第１変形例）
振動量取得部２０が振幅を取得する間隔は、一定でなくても良い。具体的には、走行距離が増加するにつれて、振幅を取得する距離間隔が短くなるように設定されても良い。

また、傾き算出部３０は、常に一定の個数（例えば、１０個）の振幅に基づいて、振幅の傾きを算出しなくても良い。具体的には、走行距離が増加するにつれて、より多くの個数の振幅に基づいて傾きを算出しても良い。

このように、振幅の取得間隔を短くし、また、振幅の個数を多くするにつれて、外乱の影響は少なくなる。その結果、予測される故障時期に近づくにつれて、予測精度を向上させることが可能になる。

（第２変形例）
第１実施形態の傾き算出部３０は、振幅が取得される毎に、振幅の傾きを算出しているが、取得された振幅を蓄積しておき、一定の走行距離（例えば、１０［ｋｍ］毎に、その蓄積された複数の振幅に基づいて、傾きを算出しても良い。

これにより、傾き算出部３０及び閾値走行距離予測部４０において、演算の負担を軽減することが可能になる。

１車両
２ハブベアリング（軸受部品）
３車輪
４ハブ
５車軸
１０走行距離取得部
２０振動量取得部
３０傾き算出部
４０閾値走行距離予測部
５０警告部
１００車両の診断装置

Claims

軸受部品の故障時期を予測する車両の診断装置であって、
前記車両の走行距離を取得する走行距離取得部と、
前記軸受部品の振動量を予め設定された走行距離毎に取得する振動量取得部と、
前記振動量取得部で取得された複数の振動量に基づいて、振動量の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部で算出された前記傾きと、前記軸受部品が故障した場合の振動量として予め設定された閾値振動量とに基づいて、振動量が前記閾値振動量を超える閾値走行距離を予測する閾値走行距離予測部と、を備えた
ことを特徴とする車両の診断装置。
前記傾き算出部は、振動量が取得される毎に、振動量の傾きを算出し、
前記閾値走行距離予測部は、振動量の傾きが算出される毎に、閾値走行距離を予測する
請求項１記載の車両の診断装置。
前記軸受部品は、前記車両の車輪を回転支持するハブベアリングである
請求項１または２記載の車両の診断装置。
軸受部品の故障時期を予測する車両の診断システムであって、
前記車両に搭載された車両側端末装置と、前記車両側端末装置とネットワークを介して接続され、前記車両とは異なる場所に設置される管理側端末装置と、を備え、
前記車両側端末装置は、
前記車両の走行距離を取得する走行距離取得部と、
前記軸受部品の振動量を予め設定された走行距離毎に取得する振動量取得部と、
前記走行距離取得部で取得される走行距離及び前記振動量取得部で取得される振動量を前記ネットワークを介して前記管理側端末装置に送信する送信部と、を含み、
前記管理側端末装置は、
前記送信部から送信される走行距離及び振動量を受信する受信部と、
前記受信部で受信された複数の振動量に基づいて、振動量の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部で算出された前記傾きと、前記軸受部品が故障する振動量として予め設定された閾値振動量とに基づいて、振動量が前記閾値振動量を超える閾値走行距離を予測する閾値走行距離予測部と、を含む
ことを特徴とする車両の診断システム。
前記傾き算出部は、振動量が送信される毎に、振動量の傾きを算出し、
前記閾値走行距離予測部は、振動量の傾きが算出される毎に、閾値走行距離を予測する
請求項４記載の車両の診断システム。
前記軸受部品は、前記車両の車輪を回転支持するハブベアリングである
請求項４または５記載の車両の診断システム。