JP7319399B2

JP7319399B2 - 車載装置、通信システム

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Publication number: JP7319399B2
Application number: JP2021575645A
Authority: JP
Inventors: 勝洋星野; 隆樹板谷
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2040-12-18
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Description

本発明は、車載装置、および通信システムに関する。

安心で安全な車両による走行のために、部品の異常を検出する技術が求められる。特許文献１には、建設機械の機体に関する第１情報を検出する第１情報検出装置と、第２情報を検出する第２情報検出装置とを有する、少なくとも１つの第１機体と、前記第１情報検出装置を有し、かつ前記第２情報検出装置を有しない、少なくとも１つの第２機体とを含む建設機械の機体群において、各機体の状態を管理する建設機械の管理システムであって、前記第１機体から得られた第１情報と第２情報の相関情報と、前記第２機体の第１情報とに基づいて、前記第２機体の第２情報に関する故障状態の予兆診断を行う機体状態診断装置を備えたことを特徴とする建設機械の管理システムが開示されている。

特開２０１６－１０９０１９号公報

特許文献１に記載されている発明では、部品の異常検出の精度に改善の余地がある。

本発明の第１の態様による通信システムは、相互に通信可能なサーバと車両に搭載される車載装置を含む通信システムであって、前記車載装置は、前記車両に搭載されるセンサの出力を用いて、前記車両に搭載される第１部品の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部と、前記第１情報および、前記第１部品とは異なる部品である第２部品の状態に関する情報である第２情報を前記サーバに送信する車外通信部とを備え、前記サーバは、前記第１情報および前記第２情報に基づき、前記第１部品の異常状態を示す状態信号を算出する疲労評価部と、前記状態信号を前記車載装置に送信するサーバ通信部とを備え、前記車載装置の前記車外通信部は、前記状態信号を受信し、前記第１部品はモータであり、前記センサは前記モータと前記車両との接続部に設けられた前記加速度計であり、前記第１情報は、前記加速度計の出力であり、前記第２情報は、前記モータと直接または間接的に機械的な接続を有するドライブシャフトの回転数を含む。
本発明の第２の態様による車載装置は、車両に搭載される車載装置であって、前記車両に搭載されるセンサの出力を用いて、前記車両に搭載される第１部品の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部と、
前記第１部品の疲労度の蓄積値を格納する車載記憶部とを備え、前記車載記憶部には、前記第１情報および前記第１部品とは異なる部品である第２部品の状態に関する情報である第２情報を用いて前記第１部品の疲労度の増加分を算出可能な疲労限度情報がさらに格納され、前記第１情報、前記第２情報、および前記疲労限度情報を用いて前記疲労度の増加分を算出し、前記車載記憶部に格納された前記疲労度の蓄積値と前記疲労度の増加分との和が所定の閾値を超えると前記第１部品が異常状態にあると判断する疲労評価部をさらに備え、前記第１部品はモータであり、前記センサは前記モータと前記車両との接続部に設けられた加速度計であり、前記第１情報は、前記加速度計の出力であり、前記第２情報は、前記モータと直接または間接的に機械的な接続を有するドライブシャフトの回転数を含む。

本発明によれば、部品の異常を精度良く検出できる。

第１の実施の形態における演算システムの全体構成図車両の機械的な構成図車両の電気的な構成図加速度計の出力およびトルク反力の時系列変化を示す概念図応力情報の一例を示す図疲労限度情報の概念図車両データベースの一例を示す図車載装置の動作を表すフローチャートサーバの動作を表すフローチャート変形例３における電圧Ｖ_ＵＮおよび電圧Ｖ_Ｕ′Ｎの電圧パルス波形の一例を示す図変形例３における絶縁情報の一例を示す図変形例４における疲労評価部２３の閾値変化処理の概念図第２の実施の形態における車載装置の構成図

―第１の実施の形態― 以下、図１～図７を参照して、演算システムの第１の実施の形態を説明する。本実施の形態では、線形累積損傷則を用いた、疲労破壊の事前検出を対象とする。

（構成）図１は、演算システムＳの全体構成図である。演算システムＳは、車載装置１０とサーバ２０とを含む。図１では車載装置１０は１つのみ記載しているが、演算システムＳに複数の車載装置１０が含まれてもよい。車載装置１０は、車両９に搭載される。なお以下では、車載装置１０が搭載される車両９を他の車両と区別するために「自車両」９と呼ぶこともある。

車載装置１０はたとえば、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。車載装置１０は、第１情報生成部１１と、第２情報生成部１２と、車内通信部１３と、車外通信部１４と、車両制御部１５と、報知部１６と、を備える。

第１情報生成部１１は、後述する第１情報を生成する。第２情報生成部１２は、後述する第２情報を生成する。車内通信部１３は、車両９に搭載される他の装置、たとえばセンサなどと通信を行う。車内通信部１３はたとえば、ＩＥＥＥ８０２．３などの通信規格に対応する通信インタフェースである。車外通信部１４は、サーバ２０など車両９の外部の装置と通信を行う。車外通信部１４はたとえば４Ｇや５Ｇに対応する無線通信モジュールである。ただし車外通信部１４は、サーバ２０と直接通信を行ってもよいし、１または複数の機器を中継してサーバ２０と通信を行ってもよい。

車両制御部１５は、車両９の自動制御を行う。車載装置１０は不図示で不揮発性の車載記憶部を有し、車両制御部１５は車載記憶部に格納された高精度地図を参照して車両９を制御する。ただし車両９は車両制御部１５による自動制御だけでなく、車両９の乗員による操作も可能である。報知部１６は、たとえばスピーカーや液晶ディスプレイである。報知部１６は、車両９の部品が問題のある状態であることを車両９の乗員に報知する。

第１情報生成部１１、第２情報生成部１２、および車両制御部１５は、車載装置１０が備える不図示のＣＰＵが不図示のＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより実現される。ただし第１情報生成部１１、第２情報生成部１２、および車両制御部１５は、書き換え可能な論理回路であるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現されてもよい。

サーバ２０は、１台または２台以上から構成されるコンピュータである。サーバ２０は、応力算出部２１と、回数算出部２２と、疲労評価部２３と、サーバ通信部２４と、サーバ記憶部３０と、を備える。

応力算出部２１は、後述する応力情報３４を生成してサーバ記憶部３０に格納する。回数算出部２２は、後述する疲労限度情報３５を生成してサーバ記憶部３０に格納する。疲労評価部２３は、車載装置から受信する第１情報および第２情報を用いて部品の疲労を評価する。応力算出部２１、回数算出部２２、疲労評価部２３は、サーバ２０が備える不図示のＣＰＵが不図示のＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより実現される。ただし応力算出部２１、回数算出部２２、および疲労評価部２３は、書き換え可能な論理回路であるＦＰＧＡやＡＳＩＣにより実現されてもよい。

サーバ記憶部３０は、不揮発性の記憶装置、たとえばハードディスクドライブである。サーバ記憶部３０には、部品情報３１と、物性値３２と、車両データベース３３と、応力情報３４と、疲労限度情報３５とが格納される。サーバ記憶部３０に格納される情報は後に説明する。

図２は車両９の機械的な構成図、図３は車両９の電気的な構成図である。車両９は、バッテリ９１０と、ＤＣパワーケーブル９１１と、インバータ９２０と、ＡＣパワーケーブル９２５と、モータ９３０と、ギアボックス９４０と、ドライブシャフト９０６と、ブレーキ装置９０７と、車輪９０８と、第１加速度計９５１と、第２加速度計９５２と、第３加速度計９５３とを備える。ただし車輪９０８は車輪９０８ａ～９０８ｄにより構成され、ブレーキ装置９０７はブレーキ装置９０７ａ～９０７ｄにより構成される。

バッテリ９１０はＤＣパワーケーブル９１１を介してインバータ９２０に電力を供給する。インバータ９２０はバッテリ９１０が印加する直流電圧を平滑化する平滑キャパシタ９２１および各相のブリッジ回路を構成する。パワーモジュール９２２は、上下各アームのスイッチング素子として機能する２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）９２３と各ＩＧＢＴ９２３と並列に設けられたダイオード９２４とをそれぞれ有する。パワーモジュール９２２はスイッチング動作を行い、バッテリ９１０から供給される直流の電力を交流に変換して、ＡＣパワーケーブル９２５を介してモータ９３０に出力する。モータ９３０は電力を消費して回転エネルギーを生成し、ギアボックス９４０およびドライブシャフト９０６に伝達し車輪９０８を回転させる。また車輪９０８と接続されるドライブシャフト９０６の先端部にはブレーキ装置９０７が搭載されている。

モータ９３０は複数カ所で車両９に固定されており、本実施形態においては、車両９に３カ所で固定されている。固定箇所にそれぞれ第１加速度計９５１、第２加速度計９５２、および第３加速度計９５３が設置される。以下では、第１加速度計９５１、第２加速度計９５２、および第３加速度計９５３をまとめて加速度計９５０とも呼ぶ。加速度計９５０は、車両９を基準とするＸＹＺ軸のそれぞれについて加速度を出力する。車両９の速度はドライブシャフト９０６に接続されたブレーキ装置９０７ａ～９０７ｄに取付けられた車輪速センサの回転数を検出し、ブレーキ装置９０７ａ～９０７ｄに取付けられた車輪速センサの回転数に所定の係数を掛けて車両９の速度を算出する。

図４は、加速度計の出力およびトルク反力の時系列変化を示す概念図である。図４に示す４つのグラフはいずれも横軸が時間であり、縦軸は上の３つが第１加速度計９５１の各軸の加速度、最下段がドライブシャフト９０６に入力されるトルク反力である。より詳細には上から３つは順番に、第１加速度計９５１のＸ軸方向の加速度ｆｘ１１、第１加速度計９５１のＹ軸方向の加速度ｆｙ１１、第１加速度計９５１のＺ軸方向の加速度ｆｚ１１である。

（疲労破壊の評価）モータ９３０が車体から受けるエネルギーは加速度計９５０の出力から算出され、モータ９３０がドライブシャフト９０６を介して受けるエネルギーは車両の情報から間接的に算出される。モータ９３０がドライブシャフト９０６を介して受けるエネルギーの算出には具体的には、車両９における重量、前衛投影面積、空気抵抗係数や減速機における総減速比やドライブシャフトにおける剛性や車輪の半径の情報と次に示す数式（１）～数式（１３）を用いて走行中の車両９に働く力から求めることができる。このうち、モータ９３０のドライブシャフト９０６の回転速度、車両９が備える車輪の半径、車両９の走行速度が可変値であり、他の値は不図示のＲＯＭに格納されている値を用いる。

なお、モータ９３０のドライブシャフト９０６に取付けられた回転角度センサの値と、ブレーキ装置９０７ａ～９０７ｄに取付けられた車輪速センサの回転数から換算した値とを用いて、求めた位相差からドライブシャフト９０６のねじれによってモータ９３０のドライブシャフト９０６が受けるトルク反力も計算することができる。

なお、数式（１）～数式（１３）において、Ｆ_Ｖは走行中の車両に働く力、Ｖ_Ｖは車両速度、α_Ｖは加速度、Ｍ_Ｖは車両重量、Ｍ_ｉは駆動系回転部の等価慣性質量、Ａ_Ｖは前衛投影面積、Ｒ_Ｇは総減速比、Ｆ_Ｗは車輪軸推進力、Ｔ_Ｗは車輪軸トルク、Ｊ_Ｗは車輪軸換算の車両慣性、ω_Ｗは車輪の回転速度、θ_Ｗは車輪の回転角度、Ｒ_Ｗは車輪の半径、Ｆ_Ｂは機械ブレーキが発生する制動力、Ｓ_Ｄはドライブシャフトの剛性、Ｔ_Ｄはドライブシャフトのねじりトルク、Ｔ_Ｍはモータ軸トルク、Ｊ_Ｍはモータ側イナーシャ、ω_Ｍはモータの回転速度、θ_Ｍはモータの回転角度、Ｒ_ｔは走行抵抗、Ｒ_ａは空気抵抗、Ｃ_ｄは空気抵抗係数、ρは空気密度、Ｒ_ｒは転がり抵抗、μは転がり抵抗係数、θは坂路勾配、ｇは重力加速度、Ｒ_ｅは勾配抵抗、Ｒ_ｃは加速抵抗である。

以下では、モータ９３０が車体９から受ける力、すなわち３つの加速度計９５０の出力を「第１情報」と呼び、モータが搭載されている車両９の型式、モータ９３０以外の部品の品番情報、車輪の半径、車両の速度、車輪の回転速度やバッテリの直流電圧値を「第２情報」と呼ぶ。第１情報生成部１１は、加速度計９５０の出力を用いて第１情報を生成する。第２情報生成部１２は、車輪の空気圧センサの出力、車両９の速度やブレーキ装置９０７Ａ～Ｄに取付けられた車輪速センサの回転数出力を用いて第２情報を生成する。なお、上記以外に気温、湿度等の気象条件や勾配情報に関しては車両９に専用のセンサを備えてもよいし、地域の情報をサーバ２０に集約して用いてもよい。

前述のとおり、サーバ２０のサーバ記憶部３０には、部品情報３１、物性値３２、車両データベース３３、応力情報３４、および疲労限度情報３５が格納される。部品情報３１は、車両９に搭載されるさまざまな部品の形状や、部品の部位ごとの素材の情報である。物性値３２は、素材ごとの機械的および電気的な様々な特性値、たとえば破断強度や絶縁耐力などである。車両９の型式、モータ９３０以外の部品の品番を第２情報の一部として送ることで、サーバ記憶部３０の部品情報と照合を行う。

サーバ２０の応力算出部２１は、第１情報と第２情報に基づき式（１）～（１２）を用いて、モータ９３０に与える応力をシミュレーションで計算してモータ９３０の各部の応力情報３４として保存する。さらにサーバ２０の回数算出部２２は、モータ９３０の素材の物性に基づき、応力ごとに疲労破壊が生じるまでの繰り返し回数を算出し、疲労限度情報３５として保存する。

図５は、応力情報３４の一例を示す図である。図５に示すように、応力情報３４にはモータの構造部位ごとにおける応力と回数が格納される。

図６は、疲労限度情報３５の概念図である。疲労限度情報３５はモータと車両との取付け部など部位ごとに準備されている。図６はモータのある１つの部位にいて示している。図６では、理解を容易にするために疲労限度情報３５を図で表しているが、疲労限度情報３５は表や数式で表されてもよい。図６は横軸が繰り返し回数、縦軸が応力を示している。応力が大きいほど疲労破壊が発生するまでの繰り返し回数が少ない傾向にある。図６に示す例では、応力σ１－１の繰り返し回数がＮ１－１回に達すると疲労破壊が発生することが示されている。なお図６に示すように、応力が疲労限度未満の場合には疲労破壊が発生しないとしてもよいし、修正マイナー則などを採用して疲労限度未満の応力でも疲労破壊に影響を与えるとしてもよい。

図７は、車両データベース３３の一例を示す図である。車両データベース３３には、車両の識別番号と部品ごとの疲労度の累積値とが格納される。図７に示す例では、モータとインバータの疲労度のみを記載しているが、部品はモータとインバータに限定されず、車両に搭載されるさまざまな部品を対象とする。

疲労評価部２３は、車載装置１０から第１情報４１および第２情報４２を受信すると、まず応力情報３４を参照して応力を算出する。次に疲労評価部２３は、疲労限度情報３５を参照して疲労度の増分値を算出する。そして疲労評価部２３は、車両データベース３３に記録された疲労度に算出した疲労度の増分値を加えて、「１．０」を上回るか否かを判断する。疲労評価部２３は、疲労度の合計が「１．０」を上回ると判断する場合には注意を促す信号を、第１情報４１および第２情報４２を送信した車載装置１０に送信する。疲労評価部２３は、疲労度の合計が「１．０」以下であると判断する場合には走行に問題ない旨の信号を、第１情報４１および第２情報４２を送信した車載装置１０に送信する。

（フローチャート）図８は、車載装置１０の動作を表すフローチャートである。車載装置１０は、所定のタイミング、たとえば車載装置１０の起動時や１時間ごとに図８に示す処理を実行する。ステップＳ３０１では第１情報生成部１１および第２情報生成部１２は、センサ情報を取得する。続くステップＳ３０２では第１情報生成部１１および第２情報生成部１２は、第１情報と第２情報を作成する。なおステップＳ３０２において送信する第１情報と第２情報は、トータルでは車両９が動作している全期間の情報を含めることが望ましい。

そのため、たとえばステップＳ３０２の実行が１時間に１回であれば、過去の１時間分のセンサ情報に対応する第１情報と第２情報をまとめて送信することが望ましい。ステップＳ３０２において送信する情報はたとえば、第１情報が３つの加速度センサの検出値（ｆｘ１１、ｆｙ１１、ｆｚ１１）、（ｆｘ１２、ｆｙ１２、ｆｚ１２）、（ｆｘ１３、ｆｙ１３、ｆｚ１３）であり、第２情報が（ｆｘ２１、ｆｙ２１、ｙｚ２１）という時刻歴のデータである。各加速度センサの検出値の時系列のデータではなく、一定時間における各加速度センサの位置におけるパワースペクトル密度を計算し送信してもよい。

続くステップＳ３０３では車外通信部１４は、ステップＳ３０２において作成した第１情報および第２情報をサーバ２０に送信する。続くステップＳ３０３では車外通信部１４は、サーバ２０からの応答を待ち、応答を受信するとステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では報知部１６は、自車両９が走行可能か否かを判断し、走行可能と判断する場合はステップＳ３０６に進み、走行不可能と判断する場合はステップＳ３０７に進む。たとえば報知部１６は、サーバ２０の応答が走行に問題ない旨の信号の場合にはステップＳ３０６に進み、サーバ２０の応答が注意を促す信号の場合にはステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０６では報知部１６は、問題がない旨の出力を行い、図８に示す処理を終了する。ステップＳ３０７では報知部１６は、走行に問題が生じる可能性がある旨を報知して、図８に示す処理を終了する。なおステップＳ３０７において、車両制御部１５が車両９を制御している場合には、縮退運転モードに遷移させるなど車両の走行状態を変化させてもよい。

図９は、サーバ２０の動作を表すフローチャートである。サーバ２０は、車載装置１０から通信を受信すると図９に示す処理を開始する。サーバ２０のサーバ通信部２４は、まずステップＳ４０１において車載装置１０から第１情報と第２情報を受信する。ただし本ステップにおいて、車載装置１０を搭載する車両を識別する識別子、および診断対象となる部品の名称をあわせて受信してもよい。続くステップＳ４０２では疲労評価部２３が、応力情報３４を参照して、ステップＳ４０１において受信した第１情報と第２情報に対応する応力を算出する。なおステップＳ４０１において受信した第１情報と第２情報の組合せが複数組存在する場合には、ステップＳ４０２ではそのすべての組合せについて応力を算出する。

続くステップＳ４０３では疲労評価部２３は、ステップＳ４０２において算出した応力による疲労度の増分を疲労限度情報３５を参照して算出する。たとえばステップＳ４０１において受信した第１情報と第２情報の組合せが１つだけであり、応力情報３４を参照してその組み合わせに対応する応力が「σ１」であると特定した場合を仮定する。この場合に、疲労限度情報３５における応力「σ１」に対応する回数が「１０００」、ステップＳ４０１において受信した前述の組合せの回数が「１０」の場合には、疲労度の増分は「１０」を「１０００」で除した値、すなわち「０．０１」となる。

続くステップＳ４０４では疲労評価部２３は、車両データベース３３から第１情報などを送信した車両の疲労度を読み取り、ステップＳ４０３において算出した値を加えて更新する。本ステップにおける車両の特定は、たとえばステップＳ４０１において第１情報や第２情報とともに受信する車両の識別子を用いる。本ステップにおける部品の特定は、診断対象となる部品があらかじめ定められている場合にはその部品とし、あらかじめ定められていない場合にはステップＳ４０１において受信する部品の名称を用いる。

ステップＳ４０４ではたとえば、車両の識別子を「ａｂｃ００２」と特定し、ステップＳ４０３において算出した増分である「０．０１」を図７に示す「０．３５」に加えて、「０．３６」に更新する。続くステップＳ４０５では疲労評価部２３は、ステップＳ４０４において更新した疲労度が所定の閾値である「１」よりも小さいか否かを判断し、「１」よりも小さいと判断する場合はステップＳ４０６に進み、「１」以上であると判断する場合にはステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０６では疲労評価部２３は、車両に問題がない旨を通知して図９に示す処理を終了する。ステップＳ４０７では疲労評価部２３は、車両に注意喚起を通知して図９に示す処理を終了する。

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）車載装置１０は、車両９に搭載されサーバ２０と通信する。車載装置１０は、車両９に搭載されるセンサである加速度計９５０の出力を用いて、車両９に搭載される部品であるモータ９０４の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部１１と、第１情報および、モータ９０４とは異なる部品であるドライブシャフト９０６の状態に関する情報である第２情報をサーバ２０に送信し、サーバ２０が第１情報および第２情報に基づき算出した第１部品の異常状態を示す状態信号をサーバ２０から受信する車外通信部１４と、を備える。そのため第１部品の異常を精度良く検出できる。

（２）車載装置１０は、車外通信部１４が受信する状態信号に基づき車両９の走行状態を変化させる車両制御部１５を備える。部品に異常が検出された際に車両９を低速にするなどの安全対策をとることができる。

（３）車載装置１０は、車外通信部１４が受信する状態信号を車両９の乗員に報知する報知部１６を備える。そのため車両９の最適な制御を乗員に判断を委ねることができる。

（４）第１部品はモータ９０４である。第１情報は、モータ９０４と車両９との接続部に設けられた加速度計９５０の出力である。第２情報は、モータ９０４と直接または間接的に機械的な接続を有するドライブシャフト９０６の回転数を含む。

（５）第１部品はモータ９０４であり、第１情報は、モータ９０４のコイルに印加される電圧値である。サーバ２０は、第１情報、および第２情報に加えてさらに気圧を用いて第１部品の異常状態を算出する。

（６）演算システムＳは、相互に通信可能なサーバ２０と車両９に搭載される車載装置１０を含む。車載装置１０は、車両９に搭載される部品であるモータ９０４の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部１１と、第１情報および、ドライブシャフト９０６の状態に関する情報である第２情報をサーバ２０に送信する車外通信部１４とを備える。サーバ２０は、第１情報および第２情報に基づき、第１部品の異常状態を示す状態信号を算出する疲労評価部２３と、状態信号を車載装置１０に送信するサーバ通信部２４とを備える。車載装置１０の車外通信部１４は、状態信号を受信する。

（７）サーバ２０は、第１部品の疲労度の蓄積値を格納する車両データベース３３を格納するサーバ記憶部３０を備える。サーバ記憶部３０には、第１情報および第２情報を用いて第１部品の疲労度の増加分を算出可能な疲労限度情報３５が格納される。サーバ２０の疲労評価部２３は、車載装置１０から受信した第１情報および第２情報と、サーバ記憶部３０に格納された疲労限度情報３５とを用いて疲労度の増加分を算出し、サーバ記憶部３０に格納された疲労度の蓄積値と疲労度の増加分との和が所定の閾値を超えると第１部品が異常状態にあると判断する。

（変形例１）サーバ２０は応力算出部２１および回数算出部２２を備え、サーバ記憶部３０には部品情報３１および物性値３２が含まれた。しかし車載装置１０やサーバ２０以外の演算装置やオペレータが応力情報３４および疲労限度情報３５を作成し、サーバ記憶部３０に格納してもよい。この場合にはサーバ２０は、応力算出部２１および回数算出部２２を備えなくてもよいし、サーバ記憶部３０には部品情報３１および物性値３２が格納されなくてもよい。

（変形例２）図８のステップＳ３０６において報知部１６は特段の出力を行わなくてもよい。すなわち報知部１６は異常が検出されない場合には動作を行わなくてもよい。さらに報知部１６は、車両制御部１５が動作する場合には図８のステップＳ３０７において処理を行わなくてもよい。すなわち、ステップＳ３０７では報知部１６および車両制御部１５の少なくとも一方が動作すればよい。

（変形例３）演算システムは、電気的な疲労である絶縁破壊を対象としてもよい。本変形例ではサーバ２０は絶縁算出部２５をさらに備え、サーバ記憶部３０には絶縁情報３６がさらに格納される。なお本変形例では疲労破壊の代わりに絶縁破壊を検出するとして説明するが、演算システムが疲労破壊に加えて絶縁破壊を検出してもよい。

モータ９３０のコイルにおける絶縁破壊は、モータ９３０のインピーダンス、モータ９３０のコイルの温度、バッテリ９１０の直流電圧、インバータ９２０のキャリア周波数、ＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンス、バッテリ９１０の電圧変化幅、気圧、および湿度の影響を受ける。モータ９３０のコイルにおける絶縁破壊は、エナメル線のエナメル皮膜の厚みが減少することで発生する。

モータ９３０のコイル温度、モータ９３０のインピーダンスを「絶縁破壊における第１情報」とも呼び、バッテリ９１０の直流電圧センサの検出値またはインバータ９２０の直流電圧センサの検出値、インバータ９２０のキャリア周波数、ＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンスを「絶縁破壊における第２情報」とも呼ぶ。気圧および湿度の情報は車両９にセンサを追加することで実現してもよいし、自車が走行している近傍の基地局で観測した値をサーバ２０へ送信して用いてもよい。

バッテリ９１０の直流電圧はバッテリ９１０の充電状態ＳＯＣ（ＳＴＡＴＥＯＦＣＨＡＲＧＥ）やバッテリ９１０の内部抵抗によって変化する。そのため、図２に示すインバータ９２０の端子Ｕとバッテリ９１０の基準電位Ｎ間の電圧Ｖ_ＵＮの電圧パルス波形の振幅は図１０の上段に示すようにバッテリ９１０の電圧とＶ_ＰＮに一致する。そしてＳＯＣが低い場合は電圧パルスの振幅が低く、ＳＯＣが高い場合は電圧パルスの振幅が高くなる。そのためインバータが印加する電圧の基本波成分が同じであってもバッテリ９１０のＳＯＣによってインバータが印加する電圧のパルス波形は異なる。

さらにインバータ９２０の交流側の端子Ｕ，Ｖ，ＷからＡＣパワーケーブル９２５を介してモータ９３０側端子Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′に接続されている。このときＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンスとモータ９３０のインピーダンスの値が大きく異なるためモータ９３０の端子Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′部において電圧パルスの反射が生じる。すなわち、ターンオン時およびターンオフ時にモータ９３０の端子Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′部に電圧の跳ね上がりが発生し、これをインバータのサージ電圧と呼ぶ。

インバータ９２０の端子Ｕとバッテリ９１０の基準電位Ｎ間の電圧Ｖ_ＵＮの電圧パルス波形とモータ９３０の端子Ｕ′とバッテリ９１０の基準電位Ｎ間の電圧Ｖ_Ｕ′Ｎの電圧パルス波形を図１０に示す。モータ９３０の端子Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′部において電圧パルスの反射によりターンオン、ターンオフ時にバッテリ９１０の電圧振幅のｋ倍の電圧が瞬間的に印加される。このときｋ≧１の値となる。

モータ９３０の経年劣化による絶縁破壊は、モータ９３０のコイルの材料であるエナメル線のエナメル皮膜の温度による劣化、気圧による部分放電開始電圧の変化、モータ９３０のインピーダンスとＡＣパワーケーブルのインピーダンスとの不整合によるサージ電圧の係数ｋ、インバータ９２０のキャリア周波数によって決まるサージ電圧が印加される回数およびバッテリ９１０の直流電圧の影響を受けて進行する。インバータ９２０のサージ電圧によってエナメル線のエナメル皮膜が浸食され厚みが減少し絶縁破壊に至る。

サーバ２０の絶縁算出部２５は、第１情報としてモータ９３０のインピーダンス、およびモータ９３０のコイルの温度を取得する。絶縁算出部２５は、第２情報としてバッテリ９１０の直流電圧、インバータ９２０のキャリア周波数、ＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンス、および外界情報として気圧、湿度を取得する。そして絶縁算出部２５は、シミュレーションを利用して各条件におけるコイル絶縁が発生するまでの回数を算出する。

そして絶縁算出部２５は、その回数の逆数をその条件の特徴量として絶縁情報３６に記録する。たとえば、モータ９３０のインピーダンス、モータ９３０のコイルの温度、バッテリ９１０の直流電圧、インバータ９２０のキャリア周波数、ＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンス、および外界情報として気圧、湿度の組合せが１００回発生するとモータ９０４のコイルが絶縁破壊を生じる場合には、その組み合わせの特徴量は１／１００、すなわち「０．０１」である。

なお、モータ９３０のコイルを構成するエナメル線のエナメル皮膜の厚みを特徴量とし、モータ９３０のコイルを構成するエナメル線のエナメル皮膜の厚みがある閾値以下になった場合に故障と判定してもよい。

図１１は、絶縁情報３６の一例を示す図である。絶縁情報３６では、バッテリ９０１の電圧変化幅、パワーケーブル９０２のインピーダンス、および気圧の組合せごとに、絶縁算出部２５により算出された特徴量が格納される。

本変形例では、車両データベース３３には、疲労度の代わりにこれまでに累積した特徴量が格納される。

第１情報生成部１１は、モータ９３０のインピーダンス、モータ９３０のコイルに取付けられた温度センサの検出温度をモータ９３０の第１情報としてサーバ２０に送信する。第２情報生成部１２は、バッテリ９１０に内蔵される電圧計、インバータ９２０に内蔵されたバッテリ９０１の電圧、インバータ９０３のキャリア周波数をＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンスを測定し、または既知であるＡＣパワーケーブル９２５のインピーダンスを不図示のＲＯＭなどから読み取り、絶縁破壊における第２情報としてサーバ２０に送信する。

第１情報および第２情報を受信したサーバ２０の疲労評価部２３は、絶縁情報３６を参照して特徴量を取得し、車両データベース３３に格納されている特徴量に取得した特徴量を加える。この値が１以上であればサーバ２０は車載装置１０に注意喚起を通知し、１未満であれば問題ない旨を通知する。

この変形例３によれば、電気的な疲労を検出することができる。

（変形例４）サーバ２０の疲労評価部２３は、疲労度の評価における所定の閾値を変化させてもよい。具体的には疲労評価部２３は、第２情報を用いてステップＳ４０５において比較する閾値を「１」から「１．２」や「０．８」など他の値に変化させてもよい。たとえば、長期間にわたって標高が高い地域、すなわち気圧が低い地域で使用されると診断対象の劣化が早いことが確認されている場合には、第２情報に含まれる気圧の情報に基づき閾値を「１」から１未満の値に変化させる。具体的な値は、あらかじめ作成されサーバ２０に格納される不図示のデータベースを参照することで特定される。なおこの不図示のデータベースは、車両の定期点検における部品の実際の劣化具合と、その車両に関するこれまでの第１情報および第２情報から推定される劣化具合との比較事例を多数収集することにより作成することができる。

図１２は、疲労評価部２３による閾値を変化させる処理の概念図である。図１２において、符号Ｌ１は初期の閾値、たとえば「１」を示し、符号Ｌ２は増加された閾値、たとえば「１．２」を示し、符号Ｌ３は減少された閾値、たとえば「０．８」を示す。

この変形例４によれば、次の作用効果が得られる。
（８）サーバ２０の疲労評価部２３は、第２情報に基づき所定の閾値を変化させる。そのため、第１部品の異常をより精度良く検出できる。

―第２の実施の形態― 図１３を参照して、演算システムの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、車載装置の内部で処理が完結する点で、第１の実施の形態と異なる。

図１３は、第２の実施の形態における車載装置１０Ａの構成図である。車載装置１０Ａは、第１の実施の形態における構成に加えて、疲労評価部２３と車載記憶部１３０とを備える。車載記憶部１３０には、応力情報３４、および疲労限度情報３５が格納される。ただし車載記憶部１３０には、車両９の部品の疲労度の情報も格納される。疲労評価部２３は、第１の実施の形態に置いてサーバ２０が備えた疲労評価部２３と同一の機能を有する。車載記憶部１３０は、不揮発性の記憶装置、たとえばフラッシュメモリである。応力情報３４、および疲労限度情報３５は、第１の実施の形態においてサーバ記憶部３０に格納された同一名称の情報と同様である。本実施の形態では車載装置１０Ａは、車外通信部１４を備えなくてもよい。

本実施の形態では、車載装置１０Ａが第１の実施の形態における図８と図９の両方の処理を行う。すなわち、まずセンサ情報を取得して（Ｓ３０１）、第１情報生成部１１と第２情報生成部１２がそれぞれ第１情報と第２情報を作成する（Ｓ３０２）。次に疲労評価部２３が応力を算出し、車載記憶部１３０に格納された疲労度を更新する（Ｓ４０２～Ｓ４０４）。そして更新後の疲労度の大きさに応じた処理を行う（Ｓ４０５、Ｓ３０６、Ｓ３０７）。

上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（９）車載装置１０Ａは、車両９に搭載される。車載装置１０Ａは、車両９に搭載されるセンサの出力を用いて、車両に搭載される第１部品の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部１１と、第１部品の疲労度の蓄積値を格納する車載記憶部１３０とを備える。車載記憶部１３０には、第１情報および第１部品とは異なる部品である第２部品の状態に関する情報である第２情報を用いて第１部品の疲労度の増加分を算出可能な疲労限度情報３５が格納される。車載装置１０Ａは、第１情報、第２情報、および疲労限度情報３５を用いて疲労度の増加分を算出し、車載記憶部１３０に格納された疲労度の蓄積値と疲労度の増加分との和が所定の閾値を超えると第１部品が異常状態にあると判断する疲労評価部２３を備える。そのため、車載装置１０Ａはサーバ２０との通信を行うことなく第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した各実施の形態および変形例において、機能ブロックの構成は一例に過ぎない。別々の機能ブロックとして示したいくつかの機能構成を一体に構成してもよいし、１つの機能ブロック図で表した構成を２以上の機能に分割してもよい。また各機能ブロックが有する機能の一部を他の機能ブロックが備える構成としてもよい。

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

９…車両１０、１０Ａ…車載装置１１…第１情報生成部１２…第２情報生成部１５…車両制御部１６…報知部２０…サーバ２１…応力算出部２２…回数算出部２３…疲労評価部３０…サーバ記憶部３１…部品情報３２…物性値３３…車両データベース３４…応力情報３５…疲労限度情報３６…絶縁情報４１…第１情報４２…第２情報９１０…バッテリ９１１…ＤＣパワーケーブル９２０…インバータ９２１…平滑キャパシタ９２２…パワーモジュール９２３…ＩＧＢＴ９２４…ダイオード９２５…ＡＣパワーケーブル９３０…モータ９３１…モータ回転角検出器９４０…ギアボックス９５０…加速度計９０６…ドライブシャフト９０７Ａ、９０７Ｂ、９０７Ｃ、９０７Ｄ…ブレーキ装置９０８Ａ、９０８Ｂ、９０８Ｃ、９０８Ｄ…車輪

Claims

相互に通信可能なサーバと車両に搭載される車載装置を含む通信システムであって、
前記車載装置は、
前記車両に搭載されるセンサの出力を用いて、前記車両に搭載される第１部品の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部と、
前記第１情報および、前記第１部品とは異なる部品である第２部品の状態に関する情報である第２情報を前記サーバに送信する車外通信部とを備え、
前記サーバは、
前記第１情報および前記第２情報に基づき、前記第１部品の異常状態を示す状態信号を算出する疲労評価部と、
前記状態信号を前記車載装置に送信するサーバ通信部とを備え、
前記車載装置の前記車外通信部は、前記状態信号を受信し、
前記第１部品はモータであり、
前記センサは前記モータと前記車両との接続部に設けられた加速度計であり、
前記第１情報は、前記加速度計の出力であり、
前記第２情報は、前記モータと直接または間接的に機械的な接続を有するドライブシャフトの回転数を含む、通信システム。
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記サーバは、前記第１部品の疲労度の蓄積値を格納する車両データベースを格納するサーバ記憶部をさらに備え、
前記サーバ記憶部には、前記第１情報および前記第２情報を用いて前記第１部品の疲労度の増加分を算出可能な疲労限度情報がさらに格納され、
前記サーバの前記疲労評価部は、前記車載装置から受信した前記第１情報および前記第２情報と、前記サーバ記憶部に格納された前記疲労限度情報とを用いて前記疲労度の増加分を算出し、前記サーバ記憶部に格納された前記疲労度の蓄積値と前記疲労度の増加分との和が所定の閾値を超えると前記第１部品が異常状態にあると判断する通信システム。
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記サーバの前記疲労評価部は、前記第２情報に基づき前記所定の閾値を変化させる通信システム。
車両に搭載される車載装置であって、
前記車両に搭載されるセンサの出力を用いて、前記車両に搭載される第１部品の状態に関する情報である第１情報を生成する第１情報生成部と、
前記第１部品の疲労度の蓄積値を格納する車載記憶部とを備え、
前記車載記憶部には、前記第１情報および前記第１部品とは異なる部品である第２部品の状態に関する情報である第２情報を用いて前記第１部品の疲労度の増加分を算出可能な疲労限度情報がさらに格納され、
前記第１情報、前記第２情報、および前記疲労限度情報を用いて前記疲労度の増加分を算出し、前記車載記憶部に格納された前記疲労度の蓄積値と前記疲労度の増加分との和が所定の閾値を超えると前記第１部品が異常状態にあると判断する疲労評価部をさらに備え、
前記第１部品はモータであり、
前記センサは前記モータと前記車両との接続部に設けられた加速度計であり、
前記第１情報は、前記加速度計の出力であり、
前記第２情報は、前記モータと直接または間接的に機械的な接続を有するドライブシャフトの回転数を含む、車載装置。