JPH06161540A - 制御系の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号出力手段の数の如何にかかわらず、故障
部位を比較的容易に推定することができる制御系の故障
診断装置の提供。 【構成】 アクセルセンサ信号ＡＳに対して、ガバナセ
ンサ信号ＧＳ、エンジン回転数センサ信号ＮＳが対応す
るかどうか判別する判別手段１６ａと、ガバナセンサ
７、エンジン回転数センサ１０、ガバナ８、制御コンピ
ータ１１、電磁弁３，４、シリンダ５の故障に対する信
頼度を示す指数をあらかじめ記憶する記憶手段１６ｃ
と、判別手段１６ａでアクセルセンサ信号ＡＳに対し
て、ガバナセンサ信号ＧＳ、あるいはエンジン回転数セ
ンサ信号ＮＳが対応していないと判別されたとき、記憶
手段１６ｃに記憶された上述の指数に基づいて対応して
いない信号の関連部品の故障の確率を演算する演算手段
１６ｂと、この演算手段１６ｂで演算された確率を表示
する表示手段１７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルなどの建
設機械等に備えられ、センサやスイッチ等の複数の信号
出力手段を含む制御系の故障診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械等の制御系上、互いに関
連する複数のセンサやスイッチなどの信号出力手段から
それぞれ出力される信号が正しく対応していないこと、
すなわち矛盾を生じていることを検出することで故障部
位を推定する方法が提案されている。

【０００３】この従来技術では例えば、互いに関連する
３つのセンサが含まれる制御系において、２つのセンサ
の信号が一致しているが他の１つの信号が一致していな
いことが検出されたときには、一致していないセンサあ
るいは当該センサの関連装置に故障を生じているものと
判別している。

【０００４】そして、その判別に基づいて故障部位の修
復が行なわれ、修復作業の能率向上を実現させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、センサやスイッチの総計が２つである
場合や、２つ以上であっても総計が偶数の場合で、正し
く対応している信号の数と対応していない信号の数が同
数のときなどには、どのセンサ、スイッチに関係する故
障が現実に生じているのか推定できず、結局、各セン
サ、スイッチそれぞれを１つずつ順番に点検し、故障の
有無を検出する作業が必要になり、このため多大の労力
と時間を要し、故障修復作業の能率向上を見込めない問
題がある。

【０００６】本発明は、上記した従来技術における実情
に鑑みてなされたもので、その目的は、信号出力手段の
数の如何にかかわらず、故障部位を比較的容易に推定す
ることができる制御系の故障診断装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、正常動作時には互いに対応する信号を出
力する複数の信号出力手段を有する制御系の故障診断装
置において、上記信号出力手段から出力される信号のそ
れぞれが正しく対応しているかどうか判別する判別手段
と、上記信号出力手段を含む関連装置の故障に対する信
頼度を示す指数をあらかじめ記憶する記憶手段と、上記
判別手段で複数の信号出力手段から出力される信号が対
応していないと判別されたとき、上記記憶手段で記憶さ
れる指数に基づいて上記対応していない信号出力手段を
含む関連装置の故障の確率を演算する演算手段と、この
演算手段で演算された確率を表示する表示手段とを備え
た構成にしてある。

【０００８】

【作用】本発明は以上の構成に伴い、あらかじめ記憶手
段に、例えば過去に発生した当該制御系、あるいは他の
機械などに備えられる類似する制御系に含まれる各信号
出力手段、及びこれらの信号出力手段の関連装置の故障
状態、故障頻度、構成部材の強度等を考慮して、当該制
御系に含まれる各信号出力手段、及びこれらの信号出力
手段の関連装置それぞれの故障に対する信頼度を示す指
数を記憶させておく。

【０００９】このように記憶装置に記憶させた状態にお
いて、互いに関連する信号出力手段から出力される信号
のそれぞれが正しく対応しているかどうか、すなわち、
これらの信号出力手段が含まれる制御系に故障を生じて
いるかどうか判別手段で判別される。

【００１０】その判別の結果、正しく対応していないと
判別されたときには当該制御系に故障を生じている状態
であり、該当する信号出力手段、及びその信号出力手段
の関連装置の故障に対する信頼度を示す指数が記憶装置
から演算手段に読み出される。

【００１１】演算手段は、上述の指数に基づいて該当す
る信号出力手段、及びその信号出力手段の関連装置の故
障の確率を演算する。そして、その演算結果である該当
する信号出力手段、及びその信号出力手段の関連装置の
それぞれの故障の確率が表示手段によって表示される。

【００１２】したがって、故障修復処理を行なう作業者
は、故障の確率の高い信号出力手段及びその信号出力手
段の関連装置が故障部位であるものと容易に推定でき、
確率の高い順に点検作業を実施すればよい。これによ
り、手当り次第に各信号出力手段及びその信号出力手段
の関連装置の点検作業を実施するようなことはしなくて
済み、現実の故障部位を比較的少ない労力で短時間のう
ちに探し出すことができ、故障に対する迅速な修復処理
を実現できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の制御系の故障診断装置の実施
例を図に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明の故障診断装置が適用される
制御系の一例として挙げた油圧ショベルの駆動源である
エンジン制御系を示す図、図２は図１に示すエンジン制
御系の故障診断装置の一実施例を示すブロック図、図３
は図２に示す実施例における処理手順を示すフローチャ
ートである。

【００１５】図１に示す油圧ショベルのエンジン制御系
は、エンジン９の目標回転数、すなわちアナログ信号で
あるアクセルセンサ信号ＡＳを出力するアクセルセンサ
１と、エンジン９のガバナ８の位置がどの位置にあるか
どうかを、伝達機構部６を介して検出し、アナログ信号
であるガバナセンサ信号ＧＳを出力するガバナセンサ７
と、エンジン９の現実の回転数を検出し、パルス信号で
あるエンジン回転数センサ信号ＮＳを出力するエンジン
回転数センサ１０と、伝達機構部６を介してガバナ８の
位置を変更させるシリンダ５と、シリンダ５のボトム側
とタンクとを接続する通路に設けた電磁弁３と、シリン
ダ５のボトム側とロッド側とを接続する通路に設けた電
磁弁４と、シリンダ５のロッド側と電磁弁４とを接続す
る通路に連絡させたパイロットポンプ２と、上述したア
クセルセンサ１、電磁弁３，４、ガバナセンサ７、及び
エンジン回転数センサ１０が、中継ボックス１２を介し
て接続される制御コンピータ１１とを備えている。上述
したアクセルセンサ１、ガバナセンサ７、エンジン回転
数センサ１０は、正常動作時には互いに対応する信号を
出力する信号出力手段を構成している。

【００１６】このようなエンジン制御系にあっては、制
御コンピータ１１は、エンジン回転数の目標値であるア
クセルセンサ信号ＡＳに対してガバナセンサ信号ＧＳが
対応（一致）しているかどうか判別し、対応していない
場合には、それらの信号値の差に相当する駆動信号を中
継ボックス１２を介して電磁弁３、あるいは電磁弁４に
出力する。これにより、電磁弁３あるいは電磁弁４が駆
動し、パイロットポンプ２のパイロット圧がシリンダ５
のロッド側、あるいはボトム側に供給されて当該シリン
ダ５が駆動し、アクセルセンサ信号ＡＳに対してガバナ
センサ信号ＧＳが対応するように、伝達機構部６を介し
てガバナ８の位置が変えられる。また、制御コンピュー
タ１１は、現実のエンジン回転数を示すエンジン回転数
センサ信号ＮＳがアクセルセンサ信号ＡＳに対応してい
るかどうかも判別する。

【００１７】同図１に示す１３は、上述したエンジン制
御系に備えられる本実施例の故障診断装置であり、例え
ば、中継ボックス１２に接続してある。

【００１８】この故障診断装置１３は、図２に示すよう
に、アナログ信号であるアクセルセンサ信号ＡＳ、ガバ
ナセンサ信号ＧＳをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器１４と、パルス信号であるエンジン回転数センサ信号
ＮＳから周波数を求める演算を行なう周波数演算手段１
５と、これらのＡ／Ｄ変換器１４、周波数演算手段１５
が接続され、判別手段１６ａ、演算手段１６ｂ、記憶手
段１６ｃを内蔵するＣＰＵ（演算処理装置）１６と、こ
のＣＰＵ１６から出力される信号に応じて後述の表示を
行なう表示手段１７とを備えている。

【００１９】上述した記憶手段１６ｃには、あらかじ
め、アクセルセンサ信号ＡＳに対応した信号電圧と回転
数の関数関係を記憶させてあり、ガバナセンサ信号ＧＳ
に対応した信号電圧と回転数の関数関係を記憶させてあ
り、エンジン回転数センサ信号ＮＳに対応した周波数と
回転数の関数関係を記憶させてある。また、例えば過去
に発生した当該エンジン制御系、あるいは他の機械など
に備えられる類似する制御系に含まれる各信号出力手
段、及びこれらの信号出力手段の関連装置の故障状態、
故障頻度、構成部材の強度等を考慮して、あらかじめ上
述した図１に示すエンジン制御系に備えられる信号出力
手段を含む関連装置の故障に対する信頼度を示す指数を
記憶させてある。すなわち、アクセルセンサ１はサーボ
制御の目標値であることから当該サーボ制御上では必ず
正常であるものと仮定して除外し、ガバナセンサ７（一
体構造体として伝達機構部６を含む）、エンジン回転数
センサ１０、ガバナ８、制御コンピータ１１、電磁弁
３，４、シリンダ５のそれぞれの故障に対する信頼度を
示す指数をあらかじめ記憶させてある。例えば、１００
を信頼度が最高の指数と決め、エンジン回転数センサ１
０の指数を７０、ガバナセンサ７の指数を４０、ガバナ
８の指数を９０と決め、それぞれ記憶させてある。

【００２０】また、上述した判別手段１６ａでは、アク
セルセンサ信号ＡＳに相当する回転数に対してガバナセ
ンサ信号ＧＳに相当する回転数、エンジン回転数センサ
信号ＮＳに相当する回転数が、それぞれ対応（一致）し
ているかどうかの判別を行なう。また、回転数が対応し
ないものがある場合には、ガバナセンサ７、エンジン回
転数センサ１０、ガバナ８、制御コンピータ１１、電磁
弁３，４、シリンダ５のうち、故障の可能性のある部位
はどれとどれかを、上述の対応していない信号の種類か
ら判断する処理を行なう。また後述する時間要素Ｉが０
（０秒に相当）かどうかの判別を行なう。

【００２１】上述した演算手段１６ｂでは、アクセルセ
ンサ信号ＡＳ、ガバナセンサ信号ＧＳ、エンジン回転数
センサ信号ＮＳのそれぞれに対応した上述の関数関係か
ら回転数を求める演算を行なうとともに、判別手段１６
ａで、アクセルセンサ信号ＡＳに相当する回転数に対し
てガバナセンサ信号ＧＳに相当する回転数、あるいはエ
ンジン回転数センサ信号ＮＳに相当する回転数が対応し
ていないと判別されたとき、記憶手段１６ｃで記憶され
た信頼度の指数に基づいて該当する信号出力手段、及び
関連装置の故障の確率を求める演算を行なう。また、時
間要素Ｉを１０（１０秒に相当）に設定する演算、はじ
めに１０に設定されているＩから順次１（１秒に相当）
ずつ引く演算を行なう。

【００２２】そして、上述した表示手段１７は、演算手
段１６ｂで求められた故障の確率を表示する。

【００２３】次に、このように構成した故障診断装置１
３において行なわれる故障診断の一例について、図３の
フローチャートを参照して説明する。

【００２４】はじめに、手順Ｓ１に示すように、図１に
示すアクセルセンサ１、ガバナセンサ７、エンジン回転
数センサ１０のそれぞれから出力されるアクセルセンサ
信号ＡＳ、ガバナセンサ信号ＧＳ、エンジン回転数セン
サ信号ＮＳが図１に示す中継ボックス１２を介して、故
障診断装置１３に入力される。このとき、アクセルセン
サ信号ＡＳ、ガバナセンサ信号ＧＳのそれぞれは、Ａ／
Ｄ変換器１４に入力され、その変換されたディジタル信
号（信号電圧）はＣＰＵ１６の演算手段１６ｂに入力さ
れる。また、エンジン回転数センサ信号ＮＳは周波数演
算手段１５に入力され、ここで求められた周波数がＣＰ
Ｕ１６の演算手段１６ｂに入力される。

【００２５】次に手順Ｓ２に移り、演算手段１６ｂに、
記憶手段１６ｃに記憶されているアクセルセンサ信号Ａ
Ｓに対応した信号電圧と回転数の関数関係、ガバナセン
サ信号ＧＳに対応した信号電圧と回転数の関数関係、エ
ンジン回転数センサ信号ＮＳに対応した周波数と回転数
の関数関係が読み込まれ、それぞれの信号値に対応する
回転数を求める演算がこの演算手段１６ｂで行なわれ
る。

【００２６】次に手順Ｓ３に移り、判別手段１６ａで上
記のようにして求められたアクセルセンサ信号ＡＳに相
当する回転数とガバナセンサ信号ＧＳに相当する回転数
とが対応（一致）しているかどうか、また、アクセルセ
ンサ信号ＡＳに相当する回転数とエンジン回転数センサ
信号ＮＳに相当する回転数とが対応（一致）しているか
どうか判別される。

【００２７】この手順Ｓ３における判別が全て対応して
いるものと認められるときは、手順Ｓ４において、時間
設定要素Ｉを１０（１０秒間に相当する時間）とする処
理がおこなわれ、ＣＰＵ１６からこのエンジン制御系が
正常な状態にあることを示す正常表示信号が表示手段１
７に出力され、手順Ｓ５に示すように、表示手段１７に
より、このエンジン制御系が正常である旨の表示がなさ
れる。

【００２８】また、上述した手順Ｓ３における判別の結
果、例えばアクセルセンサ信号ＡＳとガバナセンサ信号
ＧＳとは対応しているものの、アクセルセンサ信号ＡＳ
とエンジン回転数センサ信号ＮＳとが対応していない場
合には、サーボ制御の目標値であるアクセルセンサ信号
ＡＳとフィードバック値であるガバナセンサ信号ＧＳと
が対応しているので、制御コンピータ１１、電磁弁３，
４、及びシリンダ５は正常に作動していると判断され、
故障の可能性のある部位は、エンジン回転数センサ１
０、ガバナセンサ７、及びガバナ８のどれかであると判
断され、手順Ｓ６に移る。なお、上述の判別手段１６ａ
における判断のために、対応しない信号の種類と故障の
可能性のある部位との組み合わせが、動作の関連等を考
慮してあらかじめ定められている。したがって、判別手
段１６ａは、対応しない信号があると判別したとき、上
記の組み合わせに基づいて故障の可能性のある部位を選
定する。

【００２９】次に手順６では、演算手段１６ｂで、時間
要素Ｉ＝Ｉ−１の演算が行なわれる。今までは手順Ｓ４
においてＩ＝１０に設定されていることから、この手順
Ｓ６における演算結果はＩ＝９となる。次に手順Ｓ７に
移り、判別手段１６ａにおいてＩ＝０かどうか判別され
る。今はＩ＝９であることから、この手順Ｓ７における
判別が満足されず、手順Ｓ３に戻る。この手順Ｓ３にお
ける判別で、上記同様アクセルセンサ信号ＡＳとガバナ
センサ信号ＧＳとは対応しているものの、アクセルセン
サ信号ＡＳとエンジン回転数センサ信号ＮＳとが対応し
ていないと判別された場合には手順Ｓ６に移り、Ｉ＝Ｉ
−１が演算され、今度はＩ＝８と求められ、手順Ｓ７に
移ってＩ＝０かどうか判別される。以下、同様の処理判
断がＩ＝０になるまで繰り返される。

【００３０】この間の処理は約１０秒であり、誤った判
別を生じさせないために実行させる処理である。仮にこ
の約１０秒の間に、アクセルセンサ信号ＡＳとガバナセ
ンサ信号ＧＳ、エンジン回転数センサ信号ＮＳの双方が
共に対応すると判別された場合には、このエンジン制御
系は正常な状態にあり、前述した手順Ｓ４に移り、Ｉ＝
１０に設定する演算が行なわれた後、手順Ｓ５に移り、
前述と同様に表示手段１７において、このエンジン制御
系が正常である旨が表示される。

【００３１】そして、上述した手順Ｓ７でＩ＝０と判別
されたときは手順Ｓ８に移る。この手順Ｓ８では、手順
Ｓ３の判断で求められた故障の可能性のある部位である
エンジン回転数センサ１０、ガバナセンサ７、及びガバ
ナ８の信頼度を示す指数が記憶手段１６ｃから演算手段
１６ｂに読み込まれる。上述したように、これらの指数
は例えばエンジン回転数センサ１０が７０であり、ガバ
ナセンサ７が４０であり、ガバナ８が９０である。

【００３２】演算手段１６ｂでは、これらの指数から、
この３つの部品に対する個々の部品の占める信頼度を％
で求める演算が行なわれる。すなわち、 ［エンジン回転数センサ１０の信頼度］ ｛７０／（７０＋４０＋９０）｝×１００＝３５ ［ガバナセンサ７の信頼度］ ｛４０／（７０＋４０＋９０）｝×１００＝２０ ［ガバナ８の信頼度］ ｛９０／（７０＋４０＋９０）｝×１００＝４５ そして、さらに、各部位の故障の確率は、これらの信頼
度に反比例することから、まず、 １００−３５＝６５ １００−２０＝８０ １００
−４５＝５５ が演算され、次に以下のようにして各部位の故障の確率
が演算される。

【００３３】［エンジン回転数センサ１０の故障の確
率］ ｛６５／（６５＋８０＋５５）｝×１００＝３２．５
（％） ［ガバナセンサ７の故障の確率］ ｛８０／（６５＋８０＋５５）｝×１００＝４０（％） ［ガバナ８の故障の確率］ ｛５５／（６５＋８０＋５５）｝×１００＝２７．５
（％） 次に手順Ｓ９に移り、ＣＰＵ１６から表示手段１７に、
上述のようにして求めた故障の確率、すなわち、ガバナ
センサ７の故障の確率が４０（％）であり、エンジン回
転数センサ１０の故障の確率が３２．５（％）であり、
ガバナ８の故障の確率が２７．５（％）である旨の表示
がなされる。

【００３４】したがって、故障修復処理を行なう作業者
は、表示手段１７の表示を見て、確率の高い順に、すな
わちガバナセンサ７、エンジン回転数センサ１０、ガバ
ナ８の順に点検作業を実施すればよい。

【００３５】このように構成した実施例にあっては、故
障部位を比較的容易に推定することができ、現実に故障
している部位を比較的少ない労力で短時間のうちに探し
出すことができ、故障修復作業の能率向上を図ることが
できる。

【００３６】上記実施例では、アクセルセンサ１、ガバ
ナセンサ７、エンジン回転数センサ１０の３つのセンサ
を例示したが、本願発明は、４つ以上のセンサが含まれ
ていてもよく、また信号出力手段としてスイッチ等が含
まれていてもよく、さらに油圧ショベルのエンジン制御
系に適用されることには限定されない。

【００３７】

【発明の効果】本発明は以上の構成にしてあることか
ら、信号検出手段の数の如何にかかわらず、故障部位を
比較的容易に推定することができ、現実に故障している
部位を比較的少ない労力で短時間のうちに探し出すこと
ができ、従来に比べて故障修復作業の能率向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の故障診断装置が適用される制御系の一
例を示す図である。

【図２】本発明の制御系の故障診断装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図３】図２に示す実施例における処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ アクセルセンサ ２ パイロットポンプ ３ 電磁弁 ４ 電磁弁 ５ シリンダ ６ 伝達機構部 ７ ガバナセンサ ８ ガバナ ９ エンジン １０ エンジン回転数センサ １１ 制御コンピュータ １２ 中継ボックス １３ 故障診断装置 １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ 周波数演算手段 １６ ＣＰＵ（中央演算処理装置） １６ａ 判別手段 １６ｂ 演算手段 １６ｃ 記憶手段 １７ 表示手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正常動作時には互いに対応する信号を出
   力する複数の信号出力手段を有する制御系の故障診断装
   置において、 上記信号出力手段から出力される信号のそれぞれが正し
   く対応しているかどうか判別する判別手段と、 上記信号出力手段を含む関連装置の故障に対する信頼度
   を示す指数をあらかじめ記憶する記憶手段と、 上記判別手段で複数の信号出力手段から出力される信号
   が対応していないと判別されたとき、上記記憶手段で記
   憶される指数に基づいて上記対応していない信号出力手
   段を含む関連装置の故障の確率を演算する演算手段と、 この演算手段で演算された確率を表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする制御系の故障診断装置。
2. 【請求項２】 信号出力手段がセンサ及びスイッチの少
   なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の制
   御系の故障診断装置。