WO2016021485A1 - 自動車向け車輪部品の状態監視装置 - Google Patents

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WO2016021485A1
WO2016021485A1 PCT/JP2015/071753 JP2015071753W WO2016021485A1 WO 2016021485 A1 WO2016021485 A1 WO 2016021485A1 JP 2015071753 W JP2015071753 W JP 2015071753W WO 2016021485 A1 WO2016021485 A1 WO 2016021485A1
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WO
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wheel
signal
state monitoring
abnormality
unit
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PCT/JP2015/071753
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English (en)
French (fr)
Inventor
泰孝 楠見
浩也 加藤
雄一郎 野呂
健太郎 西川
Original Assignee
Ntn株式会社
泰孝 楠見
浩也 加藤
雄一郎 野呂
健太郎 西川
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Application filed by Ntn株式会社, 泰孝 楠見, 浩也 加藤, 雄一郎 野呂, 健太郎 西川 filed Critical Ntn株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B35/00—Axle units; Parts thereof ; Arrangements for lubrication of axles
    • B60B35/12—Torque-transmitting axles
    • B60B35/18—Arrangement of bearings

Definitions

  • the present invention detects an abnormality by measuring vibrations of a wheel component which is a bearing for a wheel or its peripheral components (for example, tires, wheels, hubs, knuckles, brakes, suspension members), and prevents an automobile accident beforehand.
  • the present invention relates to a state monitoring device for a vehicle wheel component.
  • Patent Document 2 In the industrial field such as railway cars and windmills, systems have been proposed in which vibration sensors, rotation sensors, temperature sensors, etc. are installed in bearings and their peripheral parts and their operating conditions are monitored.
  • the road surface condition paved or unpaved road
  • tire conditions type, air pressure, wear and / or damage, etc.
  • vehicle conditions steering angle, speed, engine speed and / or
  • the external vibration changes every moment depending on the load weight. For this reason, only based on the information of the sensors attached to the wheel bearing and its peripheral components, it cannot be determined that the vibration source is not external, and there is a problem that it is difficult to determine whether the component is normal or not. .
  • the object of the present invention is to improve the determination of the presence / absence of abnormality and the identification of abnormal parts by determining that the vibration source is not external by removing or reducing the influence of disturbance noise on the wheel bearing and its peripheral parts.
  • An object of the present invention is to provide a state monitoring device for automobile wheel parts which can be accurately performed.
  • the state monitoring device for a wheel part includes one or both of one or a plurality of wheel bearings 2a of the automobile 1 and one or a plurality of wheel bearing peripheral parts 2b of the automobile 1.
  • One or more first acceleration sensors 3 respectively installed on one or more wheel components 2 comprising At least one second acceleration sensor 5 installed in a reference part 7 which is a place other than the one or a plurality of wheel parts 2 and is a place in the automobile;
  • a data collection device 9 that collects signals from the first and second acceleration sensors 3 and 5 and information on driving conditions of the automobile 1 and information on driving conditions corresponding to these signals.
  • the signal processing unit extracts signals corresponding to vehicle information having driving conditions that match the specified driving conditions from the signals obtained for the first and second acceleration sensors 3 and 5, respectively, and extracts these signals.
  • the signal for the first acceleration sensor 3 is corrected with the signal for the second acceleration sensor 5, so that the vehicle 1 can be detected from the signal for the first acceleration sensor 3.
  • the abnormality determination unit 14 determines the occurrence of an abnormality in each of the one or more wheel parts 2 based on the processed signal for the first acceleration sensor 3.
  • the wheel bearing peripheral part 2b that is, the peripheral part 2a of the wheel bearing 2a is, for example, a tire, a wheel, a hub, a knuckle, a brake, or a suspension member.
  • the reference part 7 is a part away from the wheel part 2 to such an extent that even if an abnormality occurs in the wheel part 2 where it is desired to detect the abnormality, vibrations indicating the abnormality are hardly transmitted and can be ignored.
  • the reference part 7 is also separated from the wheel part 2 to such an extent that vibration generated in the wheel part 2 due to wheel rotation or the like is hardly transmitted and can be ignored. That is, the reference part 7 is a part away from the part where the first acceleration sensor 3 is installed in the wheel part 2.
  • the reference part 7 may be an unsprung part, that is, a part below the suspension, or a sprung part, that is, a part above the suspension.
  • the second acceleration sensor 5 for reference may be installed both on the spring as well as on the spring. When the first acceleration sensor 3 or the first temperature sensor 4 to be described later is installed in the wheel bearing 2a, it is preferable that the fixed ring or the vicinity of the fixed ring be the reference portion 7.
  • the above-mentioned car information is information on the driving conditions of the car.
  • the automobile information is information relating to a running vehicle, such as wheel speed, steering angle, and engine speed.
  • the signal obtained for the first acceleration sensor 3 and / or the second acceleration sensor 5 is accompanied by the driving conditions at the time of acquisition. Specifically, a traveling condition such as a traveling speed necessarily exists at the time of signal acquisition. Thus, the signal corresponding to the vehicle information is a signal accompanied with the traveling condition.
  • the signal processing unit 13 obtains a signal corresponding to the vehicle information having the driving condition that matches the specified driving condition for each of the first and second acceleration sensors 3 and 5.
  • the signal for the first acceleration sensor 3 is corrected by correcting the signal for the first acceleration sensor 3 with the signal for the second acceleration sensor 5 among the extracted signals.
  • a disturbance signal caused by the road surface on which the automobile 1 travels or the vehicle body of the automobile 1 is removed to generate a processed signal. Therefore, with regard to the wheel bearing 2a and its peripheral components 2b, it is determined that the excitation source is not external by removing or reducing the influence of disturbance noise, and the presence / absence of abnormality and the identification of the abnormal part are determined with high accuracy. Yes.
  • the data collection device 9 includes a transmission unit that transmits information to the data server 10, and the signal processing unit 13 and the abnormality determination unit 14 are configured as described above.
  • a data transmission / reception unit 16a which is provided in one of the data server 10 and the data collection device 9 and allows the data server 10 to view the determination result by the abnormality determination unit 14 via the communication terminal device 11, And the terminal corresponding
  • the communication terminal device 11 may be a navigation device installed in an automobile, a portable information terminal such as a mobile phone, or a personal computer fixedly installed in a management facility or a house. .
  • the data server 10 includes the terminal correspondence unit 16, and the data transmission / reception unit 16 a that makes it possible to view the determination result by the abnormality determination unit 14 via the terminal device, and the abnormality determination unit 14 determine that a component abnormality has occurred.
  • the warning transmitters 16b that transmit a warning to the communication terminal device 11 specified when the administrator has performed, it is possible for the administrator or the user to always grasp the presence or absence of the abnormality and the state of the abnormality. .
  • the data collection device 9 further includes a data server 10, and the data collection device 9 includes a transmission unit that transmits collected signals and vehicle information to the data server 10.
  • the data server 10 receives the signal and information transmitted by the data collection device 9, the signal processing unit 13, the abnormality determination unit 14, the signal processing unit 13 and / or the abnormality determination unit 14.
  • the data storage unit 15 that stores the signal obtained in Step 1, the data transmission / reception unit 16a that enables the determination result by the abnormality determination unit 14 to be browsed via the communication terminal device 11, and the abnormality determination unit 14 determine that a component abnormality has occurred. It is also possible to have a terminal corresponding unit having either one or both of the warning transmission units 16b for transmitting a warning to the communication terminal device 11 designated at the time.
  • the state monitoring device for wheel parts is one of the one or more wheel bearings 2a for the automobile 1 and the one or more wheel bearing peripheral parts 2b for the automobile.
  • One or more first acceleration sensors 3 respectively installed on one or more wheel components 2 including one or both of them,
  • a second acceleration sensor 5 installed in a reference part 7 which is a place other than the one or more wheel parts 2;
  • Signals from each of the first and second acceleration sensors 3 and 5 and information relating to the driving conditions of the automobile 1, which are information relating to the driving conditions corresponding to these signals, are collected and transmitted to the outside.
  • a data collecting device 9 The signal obtained from each of the first and second acceleration sensors 3 and 5 transmitted from the data collection device 9 and the signal receiving unit 12 for receiving the vehicle information, the received first and first
  • the signal processing unit 13 that processes the signals obtained for each of the two acceleration sensors 3 and 5, and the abnormality of the one or more wheel components 2 based on the processed signal processed by the signal processing unit 13
  • a warning is sent to the communication terminal device 11 specified when it is determined that a component abnormality has occurred in the data transmission / reception unit 16a and the abnormality determination unit 14 that can be viewed via That includes a data server 10 having a terminal corresponding portion 16 having either or both of warning transmission section 16b,
  • the signal processing unit 13 extracts signals corresponding to vehicle information having driving conditions that match the specified driving conditions from the signals obtained for the first and second acceleration sensors 3 and 5, respectively. Of the extracted signals, the signal for the first acceleration sensor 3 is corrected with the signal for the second acceleration sensor 5 to correct the signal for the first acceleration sensor 3 from the signal for the automobile 1.
  • the abnormality determination unit 14 determines the occurrence of an abnormality in each of the one or more wheel parts 2 based on the processed signal for the first acceleration sensor 3.
  • signals from the first and second acceleration sensors 3 and 5 and the vehicle information are collected by the data collection device 9 and transmitted to the data server 10, and the signal processing unit 13 of the data server 10 and Since the abnormality determination unit 14 performs signal processing and abnormality determination, the vehicle 1 does not need to be equipped with means for performing signal processing or abnormality determination, and signal analysis and abnormality determination are performed by the remote high-function data server 10. Therefore, vibration analysis and abnormality determination can be performed with high accuracy.
  • the designated communication terminal device 11 is, for example, a navigation device installed in an automobile, a portable information terminal such as a smartphone, a personal computer fixedly installed in a management facility or a house, and the like. Also good.
  • the user or administrator who handles the communication terminal device 11 may be a vehicle owner, a vehicle driver, or an operation management company. By providing the function of transmitting a warning to the designated communication terminal device 11, it is possible to grasp the abnormality of the wheel parts without the user actively browsing.
  • the first acceleration sensor is installed on at least one wheel component of each wheel for all or some of the wheels of the automobile, and the reference portion is a part of the vehicle body of the automobile. It is a place.
  • the data collection device 9 includes a sensor 4 and collects the signals from the temperature sensor 4 in addition to the signals from the first and second acceleration sensors, and the abnormality determination unit 14 collects these signals.
  • the signal may be used for abnormality determination. Since the abnormality of the wheel component 2 also appears in the temperature, the abnormality can be determined with higher accuracy by detecting the temperature together with the vibration and using it for the abnormality determination.
  • the vehicle information includes information stored in an ECU 8a that performs coordinated control of the entire vehicle provided in the vehicle 1, information obtained from various sensors provided in the vehicle 1, and the vehicle. It is any one or combination of information stored in the CAN device connected to the provided control area network 8b. Using this information, the abnormality determination unit 14 specifies the travel condition. Also good.
  • the data collection device 9 includes an A / D converter 9a, which converts the signals from the first and second acceleration sensors 3 and 5 into digital signals. May be.
  • the first and second acceleration sensors 3 and 5 each have an A / D converter, and the data collection device 9 collects the digital signal generated by the A / D converter. good.
  • the abnormality determination unit 14 may determine an abnormality from the peak or effective value of the vibration value at an arbitrary time. If the signal processor 13 monitors the peak of the vibration value, it is possible to reduce the processing load and monitor many signals. When determining an abnormality from the effective value, a more accurate determination can be made.
  • the signal processing unit 13 frequency-analyzes the signals obtained for the first and second acceleration sensors 3 and 5 collected by the data collection device 9, and the abnormality determination unit 14 The abnormality may be determined based on the result of the frequency analysis process.
  • this state monitoring device for automobile wheel parts is a device that detects the occurrence of an abnormality in the wheel part 2 in the automobile 1 and prevents a vehicle accident in advance.
  • This state monitoring device includes a first acceleration sensor 3 and a first temperature sensor 4 that detect vibration and temperature of a wheel component 2 to be monitored, respectively, and a second acceleration sensor 5 installed in a reference portion 7. And a second temperature sensor 6, an automobile information holding means 8 that holds automobile information that is information relating to a running condition (running situation) of the automobile 1, a data collection device 9, and a data server 10.
  • the type of automobile 1 to be monitored is a vehicle traveling on a public road or a private road such as a passenger car, a bus, a truck, a tractor, a trailer, a commuter, an ATV (all-terrain vehicle), or a two-wheeled vehicle. It is effective for vehicles in which drivers of passenger cars, large vehicles, commercial vehicles, etc. are not likely to notice abnormal noise and vibration.
  • the wheel component 2 includes one or more wheel bearings 2a and one or more wheel bearing peripheral components 2b for a certain wheel.
  • the wheel bearing 2a may be a hub bearing integrated with a hub or another bearing.
  • the wheel bearing 2a is used in a truck.
  • a pair of wheel bearings 2 a made up of a single row tapered roller bearing is installed between a hollow axle 51 and a hub 52, and a hub is attached to a drive shaft 53 inserted into the axle 51. 52 are connected by bolts.
  • the axle 51 and the hub 52 correspond to the peripheral component 2b.
  • the peripheral component 2b includes components such as a tire, a wheel, a knuckle, a brake, and a suspension member.
  • the first acceleration sensor 3 is installed on one or both of one or more wheel bearings 2a corresponding to the wheel part 2 and one or more wheel bearing peripheral parts 2b, and A first temperature sensor 4 is installed together with one acceleration sensor 3.
  • the above “together” means that the first temperature sensor 4 can detect the temperature of the wheel component 2 at which the first acceleration sensor 3 detects vibration.
  • the first acceleration sensor 3 and the first temperature sensor 4 installed together may be unitized as a single unit by installing them on the same sensor case or substrate, or may be installed individually. good.
  • the first acceleration sensor 3 and the first temperature sensor 4 are preferably installed on the fixed side of the wheel component 2.
  • the 1st acceleration sensor 3 and the 1st temperature sensor 4 are installed in the outer peripheral surface of the hollow axle 51 applicable to the peripheral component 2b.
  • a plurality of first acceleration sensors 3 are respectively installed on the wheel parts 2 in the first to n-th wheels as shown in FIG. 2 and 3, the first temperature sensor 4 is not shown, but the first temperature sensor 4 is also installed in the wheel component 2 in each of the first to n-th wheels. ing.
  • the first acceleration sensor 3 and the first temperature sensor 4 are installed for all the wheels (first wheel to n-th wheel) of the automobile 1. You may install only with respect to the arbitrary some wheels among nth wheels.
  • the second acceleration sensor 5 and the second temperature sensor 6 are attached to a reference portion 7 that is configured at a location away from the wheel part 2 that is an abnormality determination target portion or a monitoring target portion.
  • the reference portion 7 is a portion away from the wheel component 2 to such an extent that even if an abnormality occurs in the wheel component 2 where it is desired to detect an abnormality, vibrations indicating the abnormality are hardly transmitted and can be ignored.
  • the reference part 7 is also separated from the wheel part 2 to such an extent that vibration generated in the wheel part 2 due to wheel rotation or the like is hardly transmitted and can be ignored. That is, the reference part 7 is a part away from the part where the first acceleration sensor 3 is installed in the wheel part 2.
  • the reference portion 7 may be an unsprung portion, that is, a portion below a suspension (not shown), or a spring portion, that is, a portion above a suspension (not shown). Further, the second acceleration sensor 5 and the second temperature sensor 6 for reference may be provided both under the spring and over the spring. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the reference portion 7 is configured on the vehicle body 7a, and the second acceleration sensor 5 and the second temperature sensor 6 (the second temperature sensor in FIG. 6 is omitted). In this way, the reference portion 7 is configured in only one place of the automobile 1 and can act as a reference portion for the wheel parts 2 of each of the plurality of wheels. However, the reference site 7 may be configured at a plurality of locations of the automobile 1.
  • the car information is information related to the driving conditions of the car 1.
  • the automobile information is information relating to a running vehicle, such as wheel speed, steering angle, and engine speed.
  • This vehicle information is detected by, for example, a unique sensor, but a memory of an ECU 8a (FIG. 1) that performs cooperative control of the entire vehicle, a memory of a CAN device 8b that constitutes a CAN (control area network) of the vehicle, and the like. And is collected as data by the data collection device 9 from the vehicle information holding means 8 such as the ECU 8a and the CAN device 8b.
  • the vehicle information holding means 8 includes the ECU 8a and / or the CAN device 8b.
  • the ECU 8a is a CAN device 8b when CAN-connected.
  • the vehicle information may be directly input to the data collection device 9 from a specific sensor (not shown) that detects the wheel speed, the steering angle, the engine speed, and the like.
  • this unique sensor also corresponds to the vehicle information holding means 8.
  • the data collection device 9 has a plurality of wirings, the signals of the acceleration sensors 3 and 5, the signals of the temperature sensors 4 and 6 acquired from these wirings, and the vehicle information obtained from the vehicle information holding means 8. Is a device that collects and transmits information to the outside, and is mounted on the vehicle. As shown in FIG. 2, the data collection device 9 includes an A / D changer 9a and a signal transmitter 9b. Analog signals that are detection signals of the first acceleration sensor 3 and the first temperature sensor 4 and the second acceleration sensor 5 and the second temperature sensor 6 of each of the first to n-th wheels are A / D The signal is A / D converted by the changer 9a and collected by the signal transmitter 9b. The vehicle information (wheel speed, steer angle, engine speed, etc.) of the vehicle information holding means 8 is a digital signal in the example of the figure and is directly collected by the signal transmitter 9b.
  • the signal transmitter 9b transmits the collected signals to the data server 10 wirelessly.
  • a mobile communication network such as a 3G line may be used.
  • the signal transmitter 9b transmits using the communication equipment (not shown) installed in the automobile through the mobile communication network.
  • the data collection device 9 has means for storing the information A / D converted by the A / D changer 9a and the information collected directly by the signal transmitter 9b. The information is collected or divided appropriately and transmitted.
  • the data collection device 9 may have a means for analyzing the collected information, and the analyzed information may be transmitted. This analysis is an analysis that is a pre-process of the analysis performed by the data server 10.
  • the data server 10 is a computer installed in a data center facility managed by a bearing manufacturer, for example, and is connected to the communication network such as the mobile communication described above.
  • the data server 10 includes a signal receiving unit 12 that receives a signal transmitted from the data collecting device 9, a signal analyzing unit (signal processing unit) 13 that analyzes the received signal, and the vehicle using the analysis result.
  • An abnormality determination unit 14 for determining an abnormality of one or a plurality of wheel parts 2, a data storage unit 15 for storing signals obtained by the signal reception unit 12, the signal analysis unit 13 and the abnormality determination unit 14, and a terminal And a corresponding portion 16.
  • FIG. 3 shows a specific example of the signal analysis unit 13.
  • the signal analysis unit 13 is configured as a signal processing unit, that is, an arithmetic processing unit that performs digital signal processing, and includes a data extraction unit 13a, first and second FFT processing units 13b and 13c, and an error correction unit 13d.
  • the data extraction unit 13a includes a target vibration signal that is an output of the first acceleration sensor 3 of each wheel (first wheel to n-th wheel) and a second acceleration on the vehicle body 7b that is the reference portion 7.
  • a reference vibration signal which is a vibration signal output from the sensor 5 and vehicle information from the vehicle information holding means 8 are input.
  • a vibration signal and a reference vibration signal are extracted.
  • the driving condition that is a key for this extraction can be arbitrarily set.
  • the driving conditions that are the extraction key are, for example, the vehicle speed and the steering angle.
  • the traveling condition is, for example, a condition of a specified speed (for example, 40 km / h) or less and straight traveling.
  • the above arbitrary driving conditions limit the range of the vehicle speed and the steering angle, for example. Further, various driving conditions may be designated according to the abnormality determination target.
  • the object vibration signal and the reference vibration signal which are the extracted acceleration signals are subjected to FFT (frequency analysis) processing by the first and second FFT processing units 13b and 13c, respectively.
  • FFT frequency analysis
  • the target vibration signal for each of the first to n-th wheels is processed and one reference vibration signal is processed.
  • the n FFT processing results by the first FFT processing unit 13b of the target vibration signal of each wheel are respectively converted into error correction units using the FFT processing result of the reference vibration signal by the second FFT processing unit 13c. It is corrected at 13d. That is, error correction is performed by masking the FFT processing result of the target vibration signal with the FFT processing result of the reference vibration signal.
  • the abnormality determination unit 14 (FIG. 2) can perform abnormality determination with higher accuracy.
  • the correction by the error correction unit 13d is, for example, a process of correcting a vibration value that has changed due to an influence of a load load, an input load from a road surface, a wind, or the like.
  • the frequency component of the vibration unrelated to the component abnormality is removed from the frequency analysis result of the target vibration signal.
  • the abnormality determination unit 14 is a means for determining the state of the wheel part 2, particularly its abnormality.
  • the abnormality determination unit 14 performs abnormality determination by comparing the target vibration signals of the first to n-th wheels, corrected by the FFT processing as described above, with the setting information. Good.
  • the target vibration signal is, for example, an acceleration signal.
  • the abnormality determination method by the abnormality determination unit 14 is, for example, any one of the following or any combination.
  • the magnitude of the signal threshold value in the preset frequency band is compared with the magnitude of the target vibration signal after correction in the frequency band.
  • the preset frequency and signal threshold value may differ with respect to the object vibration signal of each wheel. If the corrected target vibration signal is larger than the signal threshold, it is determined that the wheel component is abnormal.
  • the signal analysis unit 13 may be composed of a plurality of digital circuits that respectively perform signal extraction, FFT, and error correction.
  • the signal extraction, FFT, and error correction described above may be realized by the processor executing a software program.
  • the abnormality determination unit 14 realizes the abnormality determination described above when the processor executes a software program.
  • the terminal correspondence unit 16 includes a data transmission / reception unit 16a that transmits / receives information stored in the data storage unit 15 to / from the communication terminal device 11.
  • the data transmission / reception unit 16a the determination result by the abnormality determination unit 14 and the signal analysis unit 13
  • the analysis result or the like can be viewed on the communication terminal device 11.
  • compatible part 16 has the warning transmission part 16b which transmits a warning to the designated communication terminal apparatus 11, when it determines with abnormality generation
  • the communication terminal device 11 is a communication terminal carried by an administrator or a user, and includes a display device 11a that can display an image such as a liquid crystal display device.
  • the communication terminal device 11 is an information processing apparatus such as a personal computer, a tablet, or a smartphone.
  • the communication terminal device 11 and the data server 10 are performed using a communication line network such as mobile communication.
  • This communication line network may be the same line network as the communication line network connecting the data server 10 and the data collection device 9 of the automobile 1 or may be a different line network.
  • the manager or user may be a vehicle owner, a vehicle driver, or an operation management company.
  • the terminal corresponding unit 16 of the data server 10 allows an administrator or a user to edit / browse information recorded in the data server 10 from a remote location using the communication terminal device 11 which is a data communication means such as a personal computer. Is possible.
  • the administrator or the user can always grasp the state by having a function of issuing a warning from the data server 10 to the communication terminal device 11 of the administrator or the user by a warning mail or the like. It becomes.
  • a warning is sent to a pre-registered e-mail address, for example, the e-mail address of a driver or management company, and warning information is automatically sent to the dedicated software (application program) or the navigation system installed in the car 1 To do.
  • the transmission of the abnormality by the terminal corresponding unit 16 may be performed by contacting the driver via a drive recorder or a digital tachograph that is mounted on the monitored automobile 1 and also serves as the communication terminal device 11.
  • FIG. 1, FIG. 4 showed about the wheel bearing 2a which consists of a taper bearing
  • the wheel bearing 2a may be a ball bearing or what was unitized with the hub.
  • the state monitoring by the state monitoring device of this embodiment works very effectively.
  • the place where the first acceleration sensor 3 for abnormality detection can be mounted is any wheel part 2 that is an abnormality detection target, and any place as long as vibration indicating abnormality is transmitted when the wheel part is abnormal. It may be.
  • the location where the second acceleration sensor 5 for reference may be provided is preferably a location where abnormal vibration is not transmitted or is difficult to be transmitted even if an abnormality occurs in the abnormality detection target component.
  • the FFT processing is performed as the signal analysis processing in the signal analysis unit 13, but the signal analysis unit 13 may compare the vibration values of the raw data.
  • the signal analysis unit 13 monitors the peak of the vibration value, it is possible to reduce the processing load and monitor many signals.
  • the target vibration signal processed by the signal analysis unit 13 may be an effective value of raw data in an arbitrary time range. In any case, it is possible to identify abnormal parts by inputting and storing in advance the specifications of the parts (bearing specifications, number of hub bolts, natural frequency of each part, etc.).
  • the abnormality determination unit 14 can more accurately determine the abnormality. In particular, when the temperature rises rapidly, there is a possibility of causing a vehicle fire. Therefore, it is much larger than notifying the driver by issuing an emergency warning from the data server 10 to the communication terminal device 11 mounted on the automobile 1. It is possible to ensure the safety of the car 1 and the driver before the accident.
  • Vehicle information (wheel speed, steering angle, engine speed, etc.), which is information relating to travel of the vehicle 1, is measured (step S1).
  • detection by each sensor (first and second acceleration sensors 3, 5 and first and second temperature sensors 4, 6) is performed (step S2).
  • vehicle information and detection signals are digitized (step S3), input to the data collection device 9, and transmitted to the data server 10 (step S4).
  • the data server 10 analyzes the vibration values obtained from the first and second acceleration sensors 3 and 5 (frequency analysis or the like) (step S5), the peak level of the frequency spectrum, and the signal sum of a specific frequency band, After correcting the rotation order of the signal with the target vibration signal from the first acceleration sensor 3 of the wheel component 2 and the reference vibration signal from the second acceleration sensor 5 of the reference portion 7, the abnormality determination method described above is performed. Use to determine the presence or absence of abnormalities and site. In this case, the accuracy of determination is improved by combining the temperature information obtained from the first and second temperature sensors 4 and 6. The analysis result is stored in the data storage unit 15 (step S6).
  • the abnormality discrimination accuracy can be improved by reducing the influence of disturbance noise.
  • the abnormality determination accuracy can be improved.
  • the temperature data of each wheel is compared with each other, abnormality determination accuracy can be improved.
  • the abnormality can be notified by contacting a user such as a driver via a drive recorder or a digital tachograph or by sending a warning mail from the data server 10 to a management company or the like (step) S7).
  • a warning can be sent to the registered e-mail address, or a warning can be sent to the dedicated software when an abnormality occurs.
  • An administrator of the management company or the like who is informed of the abnormality can make an emergency contact to the user by telephone or the like (step S8).
  • the user, the contractor, and the like can check the operation status in the data storage unit 15 of the data server 10 that is the analysis result storage destination from dedicated software or the like (step 9).
  • mobile communication means mobile phone, smartphone, notebook PC, tablet terminal, etc.
  • the presence or absence of an abnormality and the abnormal part are identified with high accuracy by reducing the influence of disturbance noise on the wheel bearing 2a and its peripheral parts 2b. it can.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
  • the data analysis unit 13 and the abnormality determination unit 14 are provided in the data server 10 as shown in FIG. 2, but the signal analysis unit 13 and the abnormality determination unit 14 are configured as shown in FIG.
  • the data collecting device 9 mounted on the automobile 1 may be provided.
  • the abnormality determination result of the abnormality determination unit 14 is displayed on a display device (not shown) or the like that can display an image installed on the console or the like of the driver's seat of the automobile 1.
  • the signal transmitter 9 b of the data collection device 9 transmits the analysis result of the signal analysis unit 13 and the determination result of the abnormality determination unit 14 to the data server 10.
  • the sensor signal converted by the A / D converter 9a and the collected vehicle information are stored in the collected data storage unit 15A, the analysis result of the signal analysis unit 13, and the determination result of the abnormality determination unit 14 Is stored in the processing data storage unit 15B. All of the stored information may be transmitted to the data server 10 and stored in the data storage unit 15.
  • the abnormality determination can be performed without being influenced by the communication environment or the like. Further, when the analysis result and the abnormality determination result are transmitted to the administrator or the user's communication terminal device 11 via the data server 10, when the automobile 1 is a business vehicle such as a truck or a bus, only the driver. The management company can grasp the situation of the wheel part 2 and proceed with preparations for the countermeasure.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various additions, changes, or deletions are possible without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

　車輪部品について、異常の有無の判定および異常部位の特定を高精度で行える自動車向け車輪部品の状態監視装置を提供する。１つまたは複数の車輪部品(2)にそれぞれ設置された、１つまたは複数の第１の加速度センサ(3)と、１つまたは複数の車輪部品以外の箇所であるリファレンス用部位(7)に設置された少なくとも１つの第２の加速度センサ(5)とを備える。指定された走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する信号を、第１および第２の加速度センサ(3,5)それぞれについて得られた信号から抽出し、これら抽出された信号のうち、第１の加速度センサ(3)についての信号を、第２の加速度センサ(5)についての信号で補正することにより、第１の加速度センサ(3)についての信号から、自動車(1)が走行する路面または自動車(1)の車体に起因した外乱成分を除去して処理済信号を生成する。

Description

自動車向け車輪部品の状態監視装置 関連出願
　本出願は、２０１４年８月７日出願の特願２０１４－１６１０３９の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車輪用軸受またはその周辺部品（例えば、タイヤ、ホイール、ハブ、ナックル、ブレーキ、サスペンションメンバー）である車輪部品の振動を測定することによって異常を検出し、自動車事故を未然防止する自動車向け車輪部品の状態監視装置に関する。
　従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受に設けたものがある。しかし、このセンサは、回転変動が生じる現象しか捉えることができないため、車輪部品に異常が発生しても検出できない場合がある。これに対して、自動車の車輪用軸受に、回転変動以外の状況を検出するセンサも取り付けることで、不具合発生を未然に防いだり、保守の迅速化が図れるというものがある。（特許文献１）
　また、鉄車や風車などの産業分野においては、軸受やその周辺部品に振動センサ、回転センサおよび温度センサなどを設置し、その運転状態を監視するシステムが提案されている。（特許文献２）
特開２００３－１８７３６８号公報 特開２０１２－０４２３３８号公報
　自動車においては、走行する路面の状態（舗装路または未舗装路）やタイヤの状況（種類、空気圧、摩耗および／または破損等）、および車両の状況（ステア角、速度、エンジン回転数および／または積載重量）等により、外部からの振動（外乱）が刻々と変化する。このため、車輪用軸受およびその周辺部品に取り付けられたセンサの情報に基づくだけでは、起振源が外部ではないと判定出来ず、部品が正常か否かを判断することが難しいという課題がある。
　この発明の目的は、車輪用軸受およびその周辺部品について、外乱ノイズの影響を除去または低減することで起振源が外部ではないと判定して、異常の有無の判定および異常部位の特定を高精度で行える自動車向け車輪部品の状態監視装置を提供することである。
　以下、便宜上理解を容易にするために、実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の一構成に係る車輪部品の状態監視装置は、自動車１の１つまたは複数の車輪用軸受２ａおよび上記自動車１の１つまたは複数の車輪用軸受周辺部品２ｂのいずれか一方または両方を含む１つまたは複数の車輪部品２にそれぞれ設置された、１つまたは複数の第１の加速度センサ３と、
　上記１つまたは複数の車輪部品２以外の箇所であって、前記自動車内の箇所であるリファレンス用部位７に設置された少なくとも１つの第２の加速度センサ５と、
　上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれからの信号、ならびに上記自動車１の走行条件に関する情報であって、これら信号に対応する走行条件に関する情報である自動車情報を収集するデータ収集装置９と、
　上記データ収集装置９で収集した、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号を処理する信号処理部１３と、
　この信号処理部１３によって処理された処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品２の異常を判定する異常判定部１４とを備え、
　上記信号処理部は、指定された走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する信号を、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号から抽出し、これら抽出された信号のうち、上記第１の加速度センサ３についての信号を、上記第２の加速度センサ５についての信号で補正することにより、上記第１の加速度センサ３についての信号から、上記自動車１が走行する路面または上記自動車１の車体に起因した外乱成分を除去して処理済信号を生成し、
　上記異常判定部１４は、上記第１の加速度センサ３についてのこの処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品２それぞれにおける異常の発生を判定する。
　上記車輪用軸受周辺部品２ｂ、つまり車輪用軸受２ａの周辺部品２ａは、例えばタイヤ、ホイール、ハブ、ナックル、ブレーキ、サスペンションメンバーである。
　上記リファレンス用部位７は、異常を検知したい車輪部品２に異常が発生した場合でも、その異常を示す振動が伝達され難く無視できる程度に、上記車輪部品２から離れた箇所である。上記リファレンス用部位７は、また、車輪の回転などに伴い車輪部品２に生じる振動についても伝達され難く無視できる程度に、上記車輪部品２から離れている。すなわち、上記リファレンス用部位７は、車輪部品２のうちの第１の加速度センサ３を設置した部品から離れた箇所である。リファレンス用部位７は、バネ下、つまりサスペンションよりも下側の部位であっても、バネ上、つまりサスペンションよりも上側の部位であっても良い。リファレンス用の第２の加速度センサ５を、バネ下のみでなくバネ上との両方にそれぞれ設置しても良い。第１の加速度センサ３や後述の第１の温度センサ４を車輪用軸受２ａに設置する場合、固定輪または固定輪の近傍をリファレンス用部位７とするのが好ましい。
　上記自動車情報は、自動車の走行条件に関する情報である。上記自動車情報は、具体的には、走行中の車両に関する情報であり、例えば車輪速、ステア角、エンジン回転数などである。
　第１加速度センサ３および／または第２の加速度センサ５について得られる信号には、その取得時における走行条件が伴う。具体的には、信号取得時には走行速度のような走行条件が必然的に存在する。これより、自動車情報に対応する信号とは、その走行条件を伴う信号のことである。
　この構成によると、上記信号処理部１３は、指定された走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する信号を、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号から抽出し、これら抽出された信号のうち、上記第１の加速度センサ３についての信号を、上記第２の加速度センサ５についての信号で補正することにより、上記第１の加速度センサ３についての信号から、上記自動車１が走行する路面または上記自動車１の車体に起因した外乱成分を除去して処理済信号を生成する。そのため、車輪用軸受２ａおよびその周辺部品２ｂについて、外乱ノイズの影響を除去または低減することで起振源が外部ではないと判定して、異常の有無の判定および異常部位の特定を高精度で行える。
　好ましい実施形態によれば、さらに、データサーバ１０を備え、上記データ収集装置９が上記データサーバ１０へ情報を送信する送信部を有し、上記信号処理部１３および上記異常判定部１４が、上記データサーバ１０および上記データ収集装置９のいずか一方に設けられ、上記データサーバ１０が、上記異常判定部１４による判定の結果を通信端末機器１１を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部１６ａ、および上記異常判定部１４で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器１１へ警告を発信する警告発信部１６ｂのいずれか一方または両方を有する端末対応部１６を有しても良い。
　上記通信端末機器１１は、自動車に搭載されたナビゲーション装置であっても、携帯電話等の携帯情報端末であっても、また管理施設や住宅等に固定設置されたパーソナルコンピュータ等であっても良い。
　このようにデータサーバ１０が端末対応部１６を備え、上記異常判定部１４による判定の結果を端末機器を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部１６ａ、および上記異常判定部１４で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器１１へ警告を発信する警告発信部１６ｂのいずれか一方または両方を有することで、管理者やユーザにより、異常の有無やその異常の状態を常時把握することができる。
　好ましい実施形態によれば、さらに、データサーバ１０を備え、上記データ収集装置９が、収集した信号および自動車情報を上記データサーバ１０に送信する送信部を有し、
　上記データサーバ１０が、上記データ収集装置９が送信した信号および情報を受信する信号受信部１２、上記信号処理部１３、上記異常判定部１４、上記信号処理部１３および／または上記異常判定部１４で得た信号を記憶するデータ記憶部１５、ならびに上記異常判定部１４による判定結果を通信端末機器１１を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部１６ａ、および上記異常判定部１４で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器１１へ警告を発信する警告発信部１６ｂのいずれか一方または両方を有する端末対応部を有するようにしても良い。
　この構成を纏め直して示すと、この構成に係る車輪部品の状態監視装置は、自動車１の１つまたは複数の車輪用軸受２ａおよび上記自動車の１つまたは複数の車輪用軸受周辺部品２ｂのいずれか一方または両方を含む１つまたは複数の車輪部品２にそれぞれ設置された、１つまたは複数の第１の加速度センサ３と、
　上記１つまたは複数の車輪部品２以外の箇所であるリファレンス用部位７に設置された第２の加速度センサ５と、
　上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれからの信号、ならびに上記自動車１の走行条件に関する情報であって、これら信号に対応する走行条件に関する情報である自動車情報を収集し外部に送信するデータ収集装置９を備え、
　このデータ収集装置９から送信された、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号、ならびに上記自動車情報を受信する信号受信部１２、この受信した、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号を処理を処理する信号処理部１３、この信号処理部１３によって処理された処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品２の異常を判定する異常判定部１４、上記信号受信部１２と信号解析部１３と異常判定部１４で得た信号を記憶するデータ記憶部１５、ならびに上記異常判定部１４による判定結果を通信端末機器１１を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部１６ａ、および上記異常判定部１４で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器１１へ警告を発信する警告発信部１６ｂのいずれか一方または両方を有する端末対応部１６を有するデータサーバ１０を備え、
　上記信号処理部１３は、指定された走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する信号を、上記第１および第２の加速度センサ３，５それぞれについて得られた信号から抽出し、これら抽出された信号のうち、上記第１の加速度センサ３についての信号を、上記第２の加速度センサ５についての信号で補正することにより、上記第１の加速度センサ３についての信号から、上記自動車１が走行する路面または上記自動車１の車体に起因した外乱成分を除去して処理済信号を生成し、
　上記異常判定部１４は、上記第１の加速度センサ３についてのこの処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品２それぞれにおける異常の発生を判定する。
　この構成によれば、第１および第２の加速度センサ３，５それぞれからの信号ならびに上記自動車情報はデータ収集装置９で収集してデータサーバ１０に送信し、データサーバ１０の信号処理部１３および異常判定部１４で信号処理および異常判定を行うため、自動車１には信号処理や異常判定を行う手段を搭載する必要がなく、遠隔地の高機能のデータサーバ１０で信号解析や異常判定行うことで、高精度に振動解析，異常判定が行える。
　上記の指定された通信端末機器１１は、例えば自動車に搭載されたナビゲーション装置であっても、スマートフォン等の携帯情報端末であっても、管理施設や住宅に固定設置されたパーソナルコンピュータ等であっても良い。上記通信端末機器１１を扱うユーザや管理者は、車両の所有者でも良く、車両の運転手でも良く、運行管理会社でも良い。
　指定された通信端末機器１１へ警告を発信する機能を備えることで、ユーザが積極的に閲覧しなくても、車輪部品の異常を把握することができる。
　好ましい実施形態によれば、前記第１の加速度センサが、前記自動車の全てまたは一部の車輪について、各車輪の少なくとも１つの車輪部品にそれぞれ設置され、前記リファレンス用部位が前記自動車の車体の一箇所である。
　さらに好ましい実施形態によれば、上記１つまたは複数の車輪部品２にそれぞれ設置された上記１つまたは複数の第１の加速度センサ３とそれぞれ一緒に設置された１つまたは複数の第１の温度センサ４を備え、上記データ収集装置９が、上記温度センサ４からの信号を上記第１および第２の加速度センサそれぞれからの信号に加えて収集し、上記異常判定部１４が、これら収集された信号を異常判定に利用しても良い。
　車輪部品２の異常は温度にも現れるため、振動と共に温度を検知して異常判断に用いることで、より一層精度良く異常の判断が行える。
　好ましい実施形態において、上記自動車情報が、上記自動車１に設けられた車両全体の協調制御を行うＥＣＵ８ａに記憶された情報、上記自動車１に設けられた各種のセンサから得られる情報、および上記自動車に備えられたコントロールエリアネットワーク８ｂに接続されたＣＡＮ機器に記憶された情報のうちの任意の１つまたは組合せであり、この情報を用いて、上記異常判定部１４が、上記走行条件を特定しても良い。
　好ましい実施形態において、上記データ収集装置９がＡ/Ｄ変換器９ａを有し、このＡ／Ｄ変換器９ａが上記第１および第２の加速度センサ３，５からの信号をディジタル信号に変換しても良い。
　代わりに、上記第１および第２の加速度センサ３，５がそれぞれＡ／Ｄ変換器を有し、上記データ収集装置９が、上記Ａ／Ｄ変換器によって生成されたディジタル信号を収集しても良い。
　好ましい実施形態において、上記異常判定部１４は、任意の時間における振動値のピークまたは実効値から異常を判定しても良い。信号処理部１３により振動値のピークを監視するようにすれば、処理負荷を低減させて多くの信号を監視することができる。実効値から異常を判定する場合は、より正確な判定が行える。
　好ましい実施形態において、上記信号処理部１３が、上記データ収集装置９で収集した上記第１および第２の加速度センサ３，５について得られた信号を周波数部分析処理し、上記異常判定部１４は、この周波数分析処理の結果に基づいて異常を判定しても良い。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る車輪部品の状態監視装置の概要を示す説明図である。 図１の車輪部品の状態監視装置の概念構成を示すブロック図である。 図１の状態監視装置における信号処理部の具体例を示すブロック図である。 図１の状態監視装置の監視対象となる車輪部品の一例を示す断面図である。 図１の状態監視装置の動作の概要の流れ図である。 この発明の第２の実施形態に係る車輪部品の状態監視装置の概念構成を示すブロック図である。
　この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１において、この自動車向け車輪部品の状態監視装置は、自動車１における車輪部品２の異常の発生を検知し、車両事故を未然に防止する装置である。この状態監視装置は、監視対象である車輪部品２の振動および温度をそれぞれ検出する第１の加速度センサ３および第１の温度センサ４と、リファレンス用部位７に設置された第２の加速度センサ５および第２の温度センサ６と、自動車１の走行条件（走行状況）に関する情報である自動車情報を保有している自動車情報保有手段８と、データ収集装置９と、データサーバ１０とを備える。
　監視対象である自動車１の種類は、乗用車、バス、トラック、トラクタ、トレーラ、コミュータ、ＡＴＶ（全地形型車両）または２輪車など、公道または私道を走行する車両であるが、特に、ワゴンタイプの乗用車や大型車、商用車などの運転手が異常音や振動に気付き難い車両に有効である。
　車輪部品２は、ある車輪について、１つまたは複数の車輪用軸受２ａおよび１つまたは複数の車輪用軸受周辺部品２ｂを含む。車輪用軸受２ａは、ハブと一体化されたハブベアリングであっても、その他の軸受であっても良い。図１に示す例では、車輪用軸受２ａはトラックに使用されている。図４に拡大して示すように、中空の車軸５１とハブ５２との間に単列の円すいころ軸受からなる車輪用軸受２ａが一対設置され、車軸５１内に挿通された駆動軸５３にハブ５２がボルトで連結されている。
　図１，図４に示した構成、車軸５１およびハブ５２はそれぞれ、上記周辺部品２ｂに該当する。周辺部品２ｂは、この他に、タイヤ、ホイール、ナックル、ブレーキ、サスペンションメンバー等の部品を含む。
　上記車輪部品２に該当する、１つまたは複数の車輪用軸受２ａと１つまたは複数の車輪用軸受周辺部品２ｂのいずれか一方または両方に、上記第１の加速度センサ３を設置し、かつ第１の加速度センサ３と一緒に第１の温度センサ４を設置する。上記の「一緒に」とは、第１の加速度センサ３が振動を検出する車輪部品２の温度を、第１の温度センサ４が検出可能なように、という意味である。一緒に設置された第１の加速度センサ３と第１の温度センサ４は、同じセンサケースや基板に設置するなどして一体物としてユニット化したものであっても、また個別に設置しても良い。これら第１の加速度センサ３および第１の温度センサ４は、車輪部品２の固定側に設置されるのが好ましい。本実施形態では、周辺部品２ｂに該当する中空の車軸５１の外周面に第１の加速度センサ３および第１の温度センサ４を設置している。複数の第１の加速度センサ３が、それぞれ、図２に示すように第１の車輪～第ｎの車輪それぞれにおける車輪部品２に設置されている。なお、図２，図３において、第１の温度センサ４は図示を省略しているが、第１の温度センサ４についても、第１の車輪～第ｎの車輪それぞれにおける車輪部品２に設置されている。第１の加速度センサ３および第１の温度センサ４は、本実施形態では自動車１の全ての車輪（第１の車輪～第ｎの車輪）に対して設置されているが、第１の車輪～第ｎの車輪のうちの任意の一部の車輪に対してのみ設置されても良い。
　また、図１に示すように、異常判定対象部位または監視対象部である車輪部品２から離れた場所に構成されたリファレンス用部位７に、第２の加速度センサ５および第２の温度センサ６を設置する。上記リファレンス用部位７は、詳しくは、異常を検知したい車輪部品２に異常が発生した場合でも、その異常を示す振動が伝達され難く無視できる程度に、上記車輪部品２から離れた箇所である。上記リファレンス用部位７は、また、車輪の回転などに伴い車輪部品２に生じる振動についても伝達され難く無視できる程度に、上記車輪部品２から離れている。すなわち、上記リファレンス用部位７は、車輪部品２のうちの第１の加速度センサ３を設置した部品から離れた箇所である。リファレンス用部位７は、バネ下、つまりサスペンション（図示せず）よりも下側の部位であっても、バネ上、つまりサスペンション（図示せず）よりも上側の部位であっても良い。また、バネ下およびバネ上の両方にリファレンス用の第２の加速度センサ５および第２の温度センサ６を設置しても良い。この実施形態では、図２のようにリファレンス用部位７は車体７ａに構成され、車体７ａの特定の箇所に第２の加速度センサ５および第２の温度センサ６（図２では第２の温度センサ６の図示を省略）を設置している。このように、リファレンス用部位７は、自動車１の１箇所のみに構成されて複数の車輪それぞれの車輪部品２に対してのリファレンス用部位として作用できる。ただし、リファレンス部位７は自動車１の複数個所に構成されてもよい。
　上記自動車情報は、自動車１の走行条件に関する情報である。上記自動車情報は、具体的には、走行中の車両に関する情報であり、例えば車輪速、ステア角、エンジン回転数などである。この自動車情報は、例えば、それぞれ特有のセンサで検出されるが、車両全体の協調制御を行うＥＣＵ８ａ（図１）のメモリや、自動車のＣＡＮ（コントロールエリアネットワーク）を構成するＣＡＮ機器８ｂ等のメモリに記憶されており、これらＥＣＵ８ａやＣＡＮ機器８ｂ等の自動車情報保有手段８からデータ収集装置９にデータとして収集される。このように、上記自動車情報保有手段８は、ＥＣＵ８ａおよび／またはＣＡＮ機器８ｂから構成される。なお、ＥＣＵ８ａは、ＣＡＮ接続された場合には、ＣＡＮ機器８ｂである。自動車情報は、上記車輪速、ステア角、エンジン回転数等を検出する特有のセンサ（図示せず）から直接にデータ収集装置９に入力されても良い。これより、この特有のセンサも自動車情報保有手段８に該当する。
　データ収集装置９は、複数の配線を有し、これら配線から取得される、上記各加速度センサ３，５の信号、温度センサ４，６の信号、および上記自動車情報保有手段８から得られる自動車情報を収集し外部に発信する装置であり、車載される。データ収集装置９は、図２に示すようにＡ/Ｄ変化器９ａおよび信号送信器９ｂを有する。第１～第ｎの車輪それぞれの第１の加速度センサ３および第１の温度センサ４と、第２の加速度センサ５および第２の温度センサ６との検出信号であるアナログ信号は、Ａ/Ｄ変化器９ａでＡ/Ｄ変換され、信号送信器９ｂに収集される。自動車情報保有手段８の自動車情報（車輪速、ステア角、エンジン回転数等）は、同図の例ではディジタル信号であり、信号送信器９ｂに直接に収集される。
　信号送信器９ｂは、収集した信号をデータサーバ１０へ無線で送信する。この送信には、３Ｇ回線等の移動体通信回線網を利用しても良い。具体的には、信号送信器９ｂは、自動車に設置された通信設備（図示せず）を利用して上記移動体通信回線網で送信する。
　なお、データ収集装置９は、図示は省略したが、Ａ/Ｄ変化器９ａでＡ/Ｄ変換された情報および信号送信器９ｂに直接に収集された情報を記憶する手段を有し、記憶した情報を纏めて、または適宜区分して送信する。データ収集装置９は、収集した情報の解析を行う手段を有していて、その解析した情報を送信するようにしても良い。この解析は、データサーバ１０で行う解析の前処理となる解析等である。
　データサーバ１０は、例えば軸受メーカが管理するデータセンターの施設に設置されたコンピュータであり、上記の移動体通信等の通信回線網に繋がっている。データサーバ１０は、データ収集装置９から発信された信号を受信する信号受信部１２と、この受信した信号を解析する信号解析部（信号処理部）１３と、この解析の結果を用いて上記自動車１の１つまたは複数の車輪部品２の異常を判定する異常判定部１４と、上記信号受信部１２、信号解析部１３および異常判定部１４で得た信号を記憶するデータ記憶部１５と、端末対応部１６とを有する。
　図３は上記信号解析部１３の具体例を示す。信号解析部１３は、信号処理ユニットつまりディジタル信号処理を行う演算処理装置として構成され、データ抽出部１３ａ、第１および第２のＦＦＴ処理部１３ｂ，１３ｃ、ならびに誤差補正部１３ｄを有する。データ抽出部１３ａには、各車輪（第１の車輪～第ｎの車輪）の第１の加速度センサ３の出力である対象振動信号と、リファレンス用部位７である車体７ｂ上の第２の加速度センサ５が出力する振動信号であるリファレンス振動信号と、自動車情報保有手段８からの自動車情報とが入力される。
　データ抽出部１３ａでは、この入力された対象振動信号およびリファレンス振動信号のうち、これらと共に入力された自動車情報に基づいて、予め指定した走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する、対象振動信号およびリファレンス振動信号を抽出する。この抽出のキーとなる走行条件は任意に設定されることができる。抽出のキーとなる走行条件は、例えば車速やステア角である。走行条件は、例えば、指定速度（例えば４０ｋｍ／ｈ）以下、かつ、直進走行という条件である。任意の走行条件を指定してこの条件に一致する走行条件に対応する信号のみを抽出することにより、走行状態の変化に起因して生じた加速度変動は解析対象から除外することができるので、より精度良く、後述の異常判定が可能となる。
　上記の任意の走行条件とは、例えば車速やステア角の範囲を限定するものとする。さらに、異常判別対象に応じて、様々な複数の走行条件を指定するものでもよい。
　抽出された加速度信号である対象振動信号およびリファレンス振動信号は、それぞれ第１および第２のＦＦＴ処理部１３ｂ，１３ｃでＦＦＴ（周波数分析）処理される。第１の車輪～第ｎの車輪それぞれについての対象振動信号が処理されると共に、１つのリファレンス振動信号が処理される。具体的には、各車輪の対象振動信号の第１のＦＦＴ処理部１３ｂによるｎ個のＦＦＴ処理結果は、第２のＦＦＴ処理部１３ｃによるリファレンス振動信号のＦＦＴ処理結果を用いてそれぞれ誤差補正部１３ｄで補正される。すなわち、対象振動信号のＦＦＴ処理結果をリファレンス振動信号のＦＦＴ処理結果でマスクすることで誤差補正を行う。このように補正することにより、異常判定部１４（図２）で、より精度よく異常判定することが可能となる。誤差補正部１３ｄによる補正は、例えば、積載荷重や路面からの入力荷重、風などの影響により変化した振動値を補正する処理である。すなわち、部品の異常とは無関係な振動についてはその周波数成分が対象振動信号の周波数分析結果から除去される。
　異常判定部１４は、車輪部品２の部品の状態、特にその異常を判定する手段である。本実施形態では、異常判定部１４は、上記のようにＦＦＴ処理されて補正された、第１の車輪～第ｎの車輪それぞれの対象振動信号を設定情報と比較することで異常判定してもよい。対象振動信号は、例えば加速度信号である。
　異常判定部１４による異常判定方法は、例えば次のいずれか１つまたは任意の組合せである。
　(1) 予め設定した周波数帯の信号閾値の大きさと、その周波数帯の補正後の対象振動信号の大きさとを比較する。なお、各車輪の対象振動信号に対して、予め設定した周波数や信号閾値は異なっていてもよい。補正後の対象振動信号が信号閾値よりも大きければ、その車輪部品は異常であると判定される。
　(2) 車輪部品２を構成する各部品の固有振動周波数の変化を観測して、変化が変化閾値を超えたか否かを判断する。なお、各車輪の補正後の対象振動信号に対して、この変化閾値は異なっていてもよい。観測される固有振動周波数の変化が変化閾値を超えると、その車輪部品は異常が発生していると判定される。
　(3) 第１の車輪～第ｎの車輪の補正後の対象振動信号の大きさ同士を比較する。他の車輪の車輪部品に比較して補正後の対象振動信号の大きさが大幅にずれている車輪部品については、異常が発生していると判定される。
　(4) 時系列での蓄積データ、つまり現時点から所定期間遡った時点から現時点までの各補正後の振動信号を蓄積したデータを設定基準として（例えば、平均値を設定基準とする）、現時点の補正後の振動信号と比較する。補正後の振動信号が設定基準から大幅にずれている車輪部品については、異常が発生していると判定される。
これら(1)～(4)のいずれか１つまたは組合せによって異常が判定されると、この異常判定結果と、第１の車輪～第ｎの車輪それぞれの補正後の対象振動信号とが、データ記憶部１５に記憶される。
　上記信号解析部１３は、信号の抽出、ＦＦＴ、および誤差補正をそれぞれ実行する複数のディジタル回路から構成されてもよい。代わりに、プロセッサがソフトウェアプログラムを実行することにより、上述した、信号の抽出、ＦＦＴ、および誤差補正が実現されてもよい。上記異常判定部１４は、プロセッサがソフトウェアプログラムを実行することにより、上述した、異常の判定が実現される。
　端末対応部１６は、通信端末機器１１に対してデータ記憶部１５の記憶情報を送受信するデータ送受信部１６ａを有し、このデータ送受信部１６ａにより、異常判定部１４による判定結果や信号解析部１３による解析結果等を通信端末機器１１で閲覧可能とされている。また、端末対応部１６は、異常判定部１４で異常発生と判定した時に、指定された通信端末機器１１へ警告を発信する警告発信部１６ｂを有する。
　通信端末機器１１は、管理者やユーザ携帯する通信端末であって、液晶表示装置等の画像を表示可能な表示装置１１ａを有する。通信端末機器１１は、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン等の情報処理装置である。通信端末機器１１とデータサーバ１０とは、移動体通信等の通信回線網を用いて行われる。この通信回線網は、データサーバ１０と自動車１のデータ収集装置９とを接続する通信回線網と同じ回線網であっても、別の回線網であっても良い。上記管理者やユーザは、車両の所有者でも良いし、車両の運転手でも良いし、運行管理会社でも良い。
　データサーバ１０の上記端末対応部１６により、管理者やユーザは、遠隔地からパソコンなどのデータ通信手段である通信端末機器１１を用いて、データサーバ１０に記録された情報を編集・閲覧することが可能となる。また、異常と判定された場合は、データサーバ１０から管理者やユーザの通信端末機器１１に警告メール等で警告を発する機能を有することにより、管理者やユーザは常時状態を把握することが可能となる。異常時には、予め登録されているメールアドレス、例えばドライバーや管理会社のメールアドレスへ送信して警告を促すほか、専用ソフトウェア（アプリケーションプログラム）や自動車１に搭載されたナビゲーションシステムに警告の情報を自動送信する。端末対応部１６による異常の発信は、監視対象の自動車１に搭載され、通信端末機器１１を兼ねるドライブレコーダやデジィタルタコグラフ等を介してドライバーに連絡することで行われても良い。
　なお、上記実施形態では、テーパー軸受からなる車輪用軸受２ａについて図１，図４に示したが、車輪用軸受２ａは、玉軸受でも、ハブとユニット化されたものでも良い。特にユニット化された車輪用軸受２ａの場合、自動車点検時に軸受内部状態の確認が困難であるため、この実施形態の状態監視装置による状態監視が極めて効果的に作用する。
　異常検出用の第１の加速度センサ３が実装され得る箇所は、異常検知対象である任意の車輪部品２であり、その車輪部品の異常時に異常を示す振動が伝達される場所であればいかなる箇所であっても良い。
　リファレンス用の第２の加速度センサ５が設けられ得る箇所は、異常検知対象の部品に異常が発生しても、その異常振動が伝達されないかまたは伝達され難い場所が望ましい。
　また、上記実施形態では、信号解析部１３における信号解析の処理としてＦＦＴ処理を実施しているが、信号解析部１３は、生データの振動値を比較するものでも良い。信号解析部１３により振動値のピークを監視するようにした場合は、処理負荷を低減させて多くの信号を監視することができる。
　信号解析部１３が処理する対象振動信号は、任意の時間範囲での生データの実効値であってもよい。何れにしても、予め部品の仕様（軸受の諸元やハブボルトの数、各部品の固有振動数など）を入力して記憶しておくことで、異常部品の特定が可能となる。
　上記実施形態において、第１の温度センサ４を設けた場合は、第１の温度センサ４で車輪部品２に該当する部品の温度を計測することにより、例えば、ブレーキがロック状態のまま走行した場合や、軸受が焼き付きを起こした場合に、異常判定部１４が異常の判定をより正確に行うことができる。特に、温度が急激に上昇した場合は、車両火災に繋がる可能性があるため、データサーバ１０から自動車１に搭載された通信端末機器１１へ緊急警告を発することなどによってドライバーに知らせることより、大事故に至る前に自動車１やドライバーの安全を確保することが可能となる。
　上記構成による作用を、各種変形例と共に纏め直して、図５を参照し説明する。
　自動車１の走行に関する情報である自動車情報（車輪速、ステア角およびエンジン回転数など）が測定される（ステップＳ１）。同時に、各センサ（第１および第２の加速度センサ３，５、ならびに、第１および第２の温度センサ４，６）による検出が行われる（ステップＳ２）。これら自動車情報および検出信号をディジタル化して（ステップＳ３）データ収集装置９に入力され、データサーバ１０へ送信する（ステップＳ４）。
　データサーバ１０では、取得した第１および第２の加速度センサ３，５からの振動値を解析し（周波数解析等）（ステップＳ５）、周波数スペクトルのピークレベル、および特定の周波数帯域の信号和、信号の回転次数等について、車輪部品２の第１の加速度センサ３からの対象振動信号およびリファレンス用部位７の第２の加速度センサ５からのリファレンス振動信号で補正した後に、上述した異常判定方法を用いて、異常有無、および部位を判断する。この場合に、第１および第２の温度センサ４，６から得られる温度情報を組み合わせることで判別の精度が向上する。解析結果はデータ記憶部１５に記憶する（ステップＳ６）。
　また、自動車情報のうち、特定走行条件（例えば、４０ｋｍ/hかつ直進走行）に合致する間の各センサの値のみを抽出し、ＦＦＴ処理し、リファレンス用部位７および各部品の振動データを用いて、外乱ノイズの影響を低減することで、異常判別精度を向上させることができる。
　時系列での蓄積データ、つまり現時点から所定期間遡った時点から現時点までの各補正後の振動信号を蓄積したデータとの比較を実施することで、異常判別精度を向上させることができる。
　さらに、各車輪の温度データを互いに比較すれば、異常判別精度を向上させることができる。
　異常が発生した場合は、ドライブレコーダやディジタルタコグラフ等を介してドライバー等のユーザに連絡することや、データサーバ１０から管理会社などに警告メールを発信することなどで異常を知らせることができる（ステップＳ７）。
　異常発生時に、登録されたメールアドレスに警告を発信することや、異常発生時に専用のソフトウェアに警告を発信することで異常を知らせることもできる。異常を知らせられた管理会社などの管理者は、ユーザに電話などで緊急連絡することができる（ステップＳ８）。
　また、ユーザ、契約者などは、専用のソフトウェア等から、解析結果保存先であるデータサーバ１０のデータ記憶部１５等に運転状況を確認することが可能である（ステップ９）。
　データ転送については、移動体通信手段（携帯電話、スマートフォン、ノートＰＣ、タブレット端末等）を利用することも可能である。
　この実施形態の車輪部品の状態監視装置によると、このように、車輪用軸受２ａおよびその周辺部品２ｂについて、外乱ノイズの影響を低減することで、異常の有無、および異常部位を高精度で特定できる。
　早期に異常を検知することで、重大事故の未然防止となるうえ、不具合発生部位の絞り込みにより、メンテナンス時間／費用の削減となる。
　図６はこの発明の第２の実施形態を示す。上記第１の実施形態では、図２に示したようにデータサーバ１０に信号解析部１３および異常判定部１４を設けたが、これら信号解析部１３および異常判定部１４を、図６のように、自動車１に搭載されたデータ収集装置９に設けても良い。その場合、異常判定部１４の異常判定結果は、自動車１の運転席のコンソール等に設置された画像が表示可能な表示装置（図示せず）等に表示する。また、データ収集装置９の信号送信器９ｂは、信号解析部１３の解析結果、および異常判定部１４の判定結果をデータサーバ１０へ送信する。データ収集装置９において、Ａ/Ｄ変換器９ａで変換したセンサ信号や、収集した自動車情報は収集データ記憶部１５Ａに記憶し、また信号解析部１３の解析結果、および異常判定部１４の判定結果は処理データ記憶部１５Ｂに記憶する。これらの記憶情報を全てデータサーバ１０に送信し、そのデータ記憶部１５に記憶するようにしても良い。
　このようにデータ解析を車載送信機等のデータ収集装置９で実施し、解析結果をデータサーバ１０に送信するようにした場合、通信環境等に影響されずに異常判定が行える。また、データサーバ１０を介して解析結果，異常判定結果を管理者やユーザの通信端末機器１１へ送信する構成とした場合、自動車１がトラックやバス等の営業車であるときに、ドライバーだけでなく、その管理会社で車輪部品２の状況を把握し、対処の準備を進めることができる。
　なお、この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１～図５と共に説明した第１の実施形態と同様である。
　本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。
２…車輪部品
２ａ…車輪用軸受
２ｂ…車輪用軸受周辺部品
３…第１の加速度センサ
５…第２の加速度センサ
７…リファレンス用部位
７ａ…車体
９…データ収集装置
１３…信号処理部（信号解析部）
１４…異常判定部

Claims (10)

  1. 　自動車の１つまたは複数の車輪用軸受および上記自動車の１つまたは複数の車輪用軸受周辺部品のいずれか一方または両方を含む１つまたは複数の車輪部品の状態監視装置であって、
    　上記１つまたは複数の車輪部品にそれぞれ設置された、１つまたは複数の第１の加速度センサと、
    　上記１つまたは複数の車輪部品以外の箇所であって、前記自動車内の箇所であるリファレンス用部位に設置された少なくとも１つの第２の加速度センサと、
    　上記第１および第２の加速度センサそれぞれからの信号、ならびに上記自動車の走行条件に関する情報であって、これら信号に対応する走行条件に関する情報である自動車情報を収集するデータ収集装置と、
    　上記データ収集装置で収集した、上記第１および第２の加速度センサそれぞれについて得られた信号を処理する信号処理部と、
    　この信号処理部によって処理された処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品の異常を判定する異常判定部とを備え、
    　上記信号処理部は、指定された走行条件に一致した走行条件を有する自動車情報に対応する信号を、上記第１および第２の加速度センサそれぞれについて得られた信号から抽出し、これら抽出された信号のうち、上記第１の加速度センサについての信号を、上記第２の加速度センサについての信号で補正することにより、上記第１の加速度センサについての信号から、上記自動車が走行する路面または上記自動車の車体に起因した外乱成分を除去して処理済信号を生成し、
    　上記異常判定部は、上記第１の加速度センサについてのこの処理済信号に基づいて、上記１つまたは複数の車輪部品それぞれにおける異常の発生を判定する、車輪部品の状態監視装置。
  2. 　請求項１に記載の車輪部品の状態監視装置において、さらに、
    　データサーバを備え、
    　上記データ収集装置が上記データサーバへ情報を送信する送信部を有し、
    　上記信号処理部および上記異常判定部が、上記データサーバおよび上記データ収集装置のいずれか一方に設けられ、
    　上記データサーバが、上記異常判定部による判定の結果を通信端末機器を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部、および上記異常判定部で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器へ警告を発信する警告発信部のいずれか一方または両方を有する端末対応部を有する、車輪部品の状態監視装置。
  3. 　請求項１に記載の車輪部品の状態監視装置において、さらに、
    　データサーバを備え、
    　上記データ収集装置が、収集した信号および自動車情報を上記データサーバに送信する送信部を有し、
    　上記データサーバが、上記データ収集装置が送信した信号および情報を受信する信号受信部、上記信号処理部、上記異常判定部、上記信号受信部、上記信号処理部および／または上記異常判定部で得た信号を記憶するデータ記憶部、ならびに上記異常判定部による判定結果を通信端末機器を介して閲覧可能にさせるデータ送受信部、および上記異常判定部で部品異常発生と判定した時に指定された通信端末機器へ警告を発信する警告発信部のいずれか一方または両方を有する端末対応部を有する、車輪部品の状態監視装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、前記第１の加速度センサが、前記自動車の全てまたは一部の車輪について、各車輪の少なくとも１つの車輪部品にそれぞれ設置され、前記リファレンス用部位が前記自動車の車体の一箇所である、車輪部品の状態監視装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、さらに、
    　上記１つまたは複数の車輪部品にそれぞれ設置された上記１つまたは複数の第１の加速度センサとそれぞれ一緒に設置された１つまたは複数の第１の温度センサを備え、
    　上記データ収集装置が、上記温度センサからの信号を上記第１および第２の加速度センサそれぞれからの信号に加えて収集し、上記異常判定部が、これら収集された信号を異常判定に利用する、車輪部品の状態監視装置。
  6. 　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、上記自動車情報が、上記自動車に設けられた車両全体の協調制御を行うＥＣＵに記憶された情報、上記自動車に設けられた各種のセンサから得られる情報、および上記自動車に備えられたコントロールエリアネットワークに接続されたＣＡＮ機器に記憶された情報のうちの任意の１つまたは組合せであり、この情報を用いて、上記異常判定部は、上記走行条件を特定する、車輪部品の状態監視装置。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、上記データ収集装置がＡ/Ｄ変換器を有し、このＡ／Ｄ変換器が上記第１および第２の加速度センサからの信号をディジタル信号に変換する、車輪部品の状態監視装置。
  8. 　請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、上記第１および第２の加速度センサがそれぞれＡ／Ｄ変換器を有し、上記データ収集装置が、上記Ａ／Ｄ変換器によって生成されたディジタル信号を収集する、車輪部品の状態監視装置。
  9. 　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、上記異常判定部は、任意の時間における振動値のピークまたは実効値から異常を判定する、車輪部品の状態監視装置。
  10. 　請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の車輪部品の状態監視装置において、上記信号処理部が、上記データ収集装置で収集した上記第１および第２の加速度センサについて得られた信号を周波数部分析処理し、上記異常判定部は、この周波数分析処理の結果に基づいて異常を判定する、車輪部品の状態監視装置。
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