WO2016158587A1 - 車輪締結状態の判定装置 - Google Patents

Abstract

　走行中の車輪締結状態監視が可能で、センサの車両(1)への着脱が容易であり、車両重量、車軸幅、支持剛性への影響が小さく、外乱による影響を低減した異常判定が可能で、判定精度の向上、判定基準の定量化が図れる車輪締結状態の判定装置を提供する。車輪締結部に着脱可能なセンサユニット(3)と、車載器(4A)または通信端末(4B)である情報処理装置(4)とを備える。情報処理装置(4)は、車両(1)の制御・通信系(5)から車両状態データを読み込み、定められたタイミングでセンサユニット(3)に測定を指示する測定指示部２３を有する。また、測定データを、過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、車輪締結部の締結状態の異常を判定する情報処理部(24)を有する。

Description

車輪締結状態の判定装置 関連出願

　本出願は、２０１５年３月３０日出願の特願２０１５－０６７９５０の優先権を主張するものであり、そ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、自動車の車輪締結部における車輪締結状態の判定装置に関する。

　自動車、特に大型商用車等においては、車輪脱落等の不具合防止として各車輪の締結状態を確認することが重要であると認識されている。そのため、ホイールナット締結時の締付トルク管理が法令化されている。このような締結状態の確認としては、外観、打音チェックによる点検が一般的である。しかし、稼働中の締結状態を高精度に判定出来る量産技術は無い為、定期メンテナンスの他に、運行前点検、運行途中点検等の日常点検を実施し、ナット緩み等の締結異常発生を防いでいる。

　外観チェックについては、ナット締付後、ペイントマーカーでナットとホイール間の周方向位相を示したり、周方向位相が分かるキャップをナットに組み付けたりして、緩みによる周方向位相ズレを検出し易くする等の方法がある。また、打音チェックについては、一般的に点検者の経験則に基づく判定が主であるが、ハンマリング器具に加速度計を組み込み、ナット緩みやボルト損傷による共振周波数の変化を検出する診断ツールも存在する。

　稼働中の車輪アセンブリの状態を監視する量産技術としては、ＴＰＭＳ（タイヤ空気圧監視装置）等があり、車両制御の為にタイヤ作用力を検出する方式も提案されている（例えば、特許文献１～３）。前記タイヤの作用力を検出する装置は、ホイール支持部（ハブ）とホイール間に、柱状部と板状部を有する弾性体を配置し、各部位に生じる応力、歪等の情報から、タイヤ接地面にかかる作用力を演算し検出する。この装置は、板状部に歪を増大させる応力集中部を設けるが、前記特許文献にその具体案は記載されていない。

特許第４８６０６８０号公報 特許第５４５５３５７号公報 特許第５０８３３１４号公報

　上述した締結状態の確認のための方法および装置には、以下の問題がある。
　(i)外観、打音による従来の確認手法では、ナット緩み、ボルト破損等の異常を走行中に検出できない。
　(ii)点検者の経験則に基づく判定の場合、検出精度にばらつきがある。
　(iii)車両の使用環境（積載量、加減速、旋回、路面状況、タイヤ状況、車両の劣化状況等）によって生じる外乱を加味した異常判定が困難である。
　(iv)前述の前記特許文献に記載の装置の様に、ハブとホイール間に連結固定される弾性部材を設けることで、構造が複雑になり、コストが高く、車両重量、車軸幅の増加、および車両の支持剛性にも影響する。

　この発明の目的は、走行中の車輪締結状態監視が可能で、かつ指定された車両走行条件の時に測定が行われることにより、外乱による影響を低減した異常判定が可能で、メンテナンス精度の向上、判定精度の向上、判定基準の定量化が図れる車輪締結状態の判定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締結状態の判定装置は、車両１の車軸に車輪アセンブリ２Ａが締結された車輪締結部２Ａａに着脱可能に設置されたセンサユニット３であって、前記車輪締結部２Ａａの締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニット３と、このセンサユニット３に信号の送受が可能に接続された情報処理装置４とを備える。
　前記情報処理装置４が、前記車両１の制御系または通信系５から前記車両１の走行の状態に関する情報である車両状態データを読み込み、この車両状態データを考慮したタイミングで前記センサユニット３に測定を指示する測定指示部２３と、前記センサユニット３から受信した測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部２Ａａの締結状態の異常を判定する情報処理部２４とを有する。

　この構成によると、車輪締結部２Ａａに着脱可能に設置されて前記車輪締結部２Ａａの締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニット３を用いる。そのため、走行中の車輪締結状態の監視が可能で、またセンサ類の車両への着脱が容易である。また、情報処理装置２４が、車両状態データを読み込み、この車両状態データを考慮したタイミングで前記センサユニット３に測定を指示する測定指示部２３とを有し、情報処理部２４が、前記測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部２Ａａの締結状態の異常を判定する。指定された車両走行条件の時に測定が行われることにより、外乱による影響を低減した異常判定が可能で、判定精度の向上、判定基準の定量化、メンテナンス精度の向上が図れる。

　なお、前記「車両状態データ」は、例えば、エンジン回転数、ステア角、タイヤ回転数（車速）、ブレーキ作動の状況、トランスミッションの使用ギア、イグニッションスイッチのオンオフ、アクセサリー系のみオンのいずれの状態であるか等の情報であり、これらエンジン回転数、ステア角、タイヤ回転数（車速）等が前記「項目」である。
　また、前記「同一条件で測定」とは、厳密な同一を示すのではなく、例えば、アイドリング時、定常走行時（直進でかつ一定速度）、安定路面走行等の区別について同一であれば足りる。

　好ましい実施形態において、さらに、前記センサユニット３と前記情報処理装置４との双方向の通信を行う無線通信手段１６，２２を備え、前記情報処理部２４が、前記センサユニット３で測定した測定データを記録するデータ記憶部２４ａと、このデータ記憶部２４ａに記憶された測定データを用いて前記締結状態の異常の判定のための解析を行う信号解析部２４ｂと、この信号解析部２４ｂによる解析結果を用いて前記締結状態の異常を判定する状態判定部２４ｃとを有する。この状態判定部２４ｃは、画像を表示する表示部２５に前記締結状態の異常の判定結果を表示するようにしても良い。

　上記のようにセンサユニット３と情報処理装置４とが無線で通信されるようにした場合、回転する車輪２Ａと固定側にある情報処理装置４との間の配線が簡素となる。また、前記情報処理部２４が、前記データ記憶部２４ａ、信号解析部２４ｂ、および状態判定部２４ｃを有するため、前記判定精度をより一層向上させることができる。

　好ましい実施形態において、前記センサユニット３が、前記車輪アセンブリ２Ａの全周に渡り設けられ、前記車輪アセンブリ２Ａのホイールをハブ６に取付ける複数のハブボルト７の各頭部７ａとそれぞれ対応する複数のホイールナット８との間に介在し前記複数のハブボルト７とそれぞれ対応する前記複数のホイールナット８とによる締め付け力を受ける変形発生用のリング状のスペーサ状部材１２であって、複数の周方向位相部位にそれぞれ形成され、前記複数のハブボルト７がそれぞれ挿通される複数のボルト孔１１を有するスペーサ状部材１２、および前記複数のボルト孔１１のうちの少なくとも２つのボルト孔１１の間に設けられて前記スペーサ状部材１２の歪みを検出する少なくとも１つの歪センサ１３を有しても良い。

　この構成のセンサユニット３の場合、スペーサ状部材１２の歪みを検出してホイールナット８の締結状態の異常を検出するため、車両の走行中の締結状態の異常を検出できる。歪みを生じさせるための前記スペーサ状部材１２は、ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８との間に介在させるリング状の部材であり、このスペーサ状部材１２に歪センサ１３を取付けた構成であるため、構造が簡単で、ホイール２の支持剛性への影響も小さい。また、センサの車両への着脱が容易であり、車両重量、車軸幅への影響を小さくできる。

　好ましい実施形態において、前記センサユニット３が、さらに、温度を検出する温度センサ１４および加速度を検出する加速度センサ１５を有しても良い。
　歪センサ１３の歪みの検出値は温度によって変わるため、温度センサ１４で温度を検出し、温度補正を行うことが、締結状態の異常判定の精度向上の上で好ましい。また、温度センサ１４により、ブレーキ引きずり等による異常発熱の検知も可能になる。前記加速度センサ１５によって、ハブベアリングの損傷や、タイヤパンク等の異常の検出も可能となる。

　好ましい実施形態において、前記センサユニット３の前記前記スペーサ状部材１２は、前記少なくとも２つのボルト孔１１の間の周方向位相部位に、前記歪センサ１３、この歪センサ１３の検出信号を通信する通信装置１６、並びに前記歪センサ１３および前記通信装置１６に通電する電源１７が設けられても良い。

　前記歪センサ１３の検出やその検出信号の通信のためには通信装置１６や電源１７が必要であるが、スペーサ状部材１２のボルト孔１１の間の周方向位相部位に前記通信装置１６および電源１７を配置することで、センサユニット３をコンパクトに構成することができる。前記スペーサ状部材１２は、ボルト孔１１の存在する周方向位相部位では締め付けのためにある程度の肉厚が必要であるが、２つのボルト孔１１の間の周方向位相部位は薄くても良い。そのため、例えば、この薄くすることで生じる空間内に前記通信装置１６や電源１７を配置することで、センサユニット３の全体としての肉厚を厚くすることなく、通信装置１６および電源１７を配置することができる。

　好ましい実施形態において、前記スペーサ状部材１２は、前記ボルト孔１１の間の位相部位が薄肉部１２ｂであっても良い。
　このように薄肉部１２ｂを設けることで、センサや、通信装置１６、電源１７等の実装部位として利用し、その実装したセンサ等をスペーサ状部材１２の全体の肉厚から突出しないようにできる。そのため、前記スペーサ状部材１２を支障なく部材間に挟み込むことができる。また、前記薄肉部１２ｂを設けることで歪を集中させることができ、歪みの検出の感度を向上させ、締結状態の異常判定の精度を向上させることができる。

　さらに好ましい実施形態において、前記スペーサ状部材１２は、前記少なくとも２つのボルト孔１１の間の前記薄肉部１２ｂである前記周方向位相部位の一部に、歪集中部となる最薄部１２ｃを有し、前記少なくとも１つの歪みセンサがこの最薄部１２ｃの歪みを検出しても良い。
　このように最薄部１２ｃを設けることで、スペーサ状部材１２の歪みがより一層集中し、歪みの検出の感度の向上、締結状態の異常判定の精度をより一層向上させることができる。

　好ましい実施形態において、前記少なくとも１つの歪みセンサが、前記スペーサ状部材１２に取付けられてこのスペーサ状部材１２の変形により歪むダイヤフラム１３ａと、このダイヤフラム１３ａに取付けられてこのダイヤフラム１３ａの歪みを検出するセンサ素子１３ｂとで構成されても良い。
　スペーサ状部材自体１２に薄肉部１２ｂを設けるのではなく、上記のようにダイヤフラム１３ａを設けてもスペーサ状部材１２の歪みを感度良く検出することができる。

　好ましい実施形態において、前記測定指示部２３が前記センサユニット３に測定を指示する頻度および条件は、任意に設定されても良い。
　車両の使用の形態はユーザ等によって大きく変わるため、使用の形態に応じた条件で異常の判定のための測定が行われるようにすることが便利である。

　この発明の他の構成に係る車輪締結状態の判定装置は、車両の車軸に車輪アセンブリが締結された車輪締結部に着脱可能に設置されたセンサユニットであって、前記車輪締結部の締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニットと、プロセッサを含み、前記センサユニットに信号の送受が可能に接続された情報処理装置とを備える。

　前記プロセッサは、前記車両の制御系または通信系から前記車両の走行の状態に関する情報である車両状態データを読み込み、この車両状態データを考慮したタイミングで前記センサユニットに測定を指示し、
　前記センサユニットから受信した測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部の締結状態の異常を判定するように、プログラムされている。

　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締結状態の判定装置の概要を示す説明図である。 図１の判定装置における車輪アセンブリのセンサユニットの取付部を示す破断斜視図である。 図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第１の例を示す部分斜視図である。 図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第２の例を示す部分斜視図である。 図２のセンサユニットのホイールへの取付形態の第３の例を示す部分斜視図である。 図２のセンサユニットの正面図である。 図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第１の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。 図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第２の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。 図２のセンサユニットにおける薄肉部の形態の第３の例を表側および裏側から示す部分斜視図である。 図１の判定装置の概念構成の概要を示すブロック図である。 図１の判定装置の概念構成を具体的に示すブロック図である。 図１の判定装置の事前準備のフローをブロック構成で示すフローチャートである。 図１の判定装置の運転中のフローをブロック構成でフローチャートである。 図２のセンサユニットにおける歪センサの一例を示す断面図である。 図１０の歪センサのセンサユニットへの取付の第１の例を示す断面図である。 図１０の歪センサのセンサユニットへの取付の第２の例を示す断面図である。

　この発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。図１に、第１の実施形態に係る、車輪締結状態の判定装置Ｓを大型商用車に採用したシステムの全体を示す。この車輪締結状態の判定装置Ｓは、車両１の車輪アセンブリ２Ａを車軸に締結する車輪締結部２Ａａに搭載されたスペーサ型のセンサユニット３と、情報処理装置４とで構成される。図１において、車両１は、大型商用車であるトラックである。センサユニット３は、前記車輪締結部２Ａａの締結状態に応じて変化する歪み等の状態量を検出する。情報処理装置４は、車載器４Ａ、または携帯端末４などの通信端末４Ｂ等で構成される。情報処理装置４は、車両に搭載されたＥＣＵおよびＣＡＮを利用して、車両情報データの抽出、設定されたタイミングでの測定指示、各センサユニット３の測定データの保存、締結状態の演算、異常の判定、および異常要因の推定等を行う。車載器４Ａは、車載型のコンピュータ等である。通信端末４Ｂは、情報処理機能を備えた所謂スマートフォン等の携帯電話器、または携帯性を持つ車輪締結状態の判定専用、または他のメンテナンス用途を含むメンテナンス専用の端末機である。

　情報処理装置４は、車両１の制御・通信系５に接続されている。ここで言う「制御・通信系」は、車両１のメインのＥＣＵ（電気制御ユニット）等の制御系と、ＣＡＮ（controller area network ）等で構成される車載ネットワーク等の通信系とを含む。情報処理装置４は、速度センサ等の車両状態データを検出する手段に、制御系を介することなく直接に通信系で接続されていても良い。情報処理装置４とセンサユニット３とは、後に説明するように無線で接続されている。

　図２は、前記車両１が大型商用車である場合に、後軸ダブルホイール部に前記センサユニット３を実装した図であって、その回転軸線を通る面にて切断して示す断面図である。車輪アセンブリ２Ａでは、ハブ６のフランジ６ａの片面に２つのホイール２，２を互いに反対に向けて重ね、フランジ６ａの他の片面にブレーキドラム９を重ねている。これらホイール２，２とブレーキドラム９とを、ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８との間に挟み込んで締め付け固定している。これらホイール２，２をハブ６のフランジ６ａにハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８とでとの間で挟み込んで締め付ける箇所に、車輪アセンブリ２Ａを車軸（図示せず）に締結する車輪締結部２Ａａが構成される。ハブボルト７は、ハブ６の円周方向の複数箇所に設けられ、前記フランジ６ａ、ホイール２，２、およびブレーキドラム９に設けられたボルト孔に挿通されている。なお、前記ハブ６は、車軸（図示せず）の外周に設置されるが、ハブベアリング（すなわち車輪用軸受）の一部を構成する部品であっても、ハブベアリングとは別に設けられた部品であっても良い。各ホイール２，２の外周にはタイヤ１０が設けられ、ホイール２とタイヤ１０とで車輪アセンブリ２Ａが構成される。

　センサユニット３は、ホイール２と同心の円形のリング状で板状の部品であり、この例では２つのホイール２，２間に位置して、前記各ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８の間に介在し、これらハブボルト７とホイールナット８とで締め付けられている。センサユニット３は、円周方向の複数箇所にボルト孔１１（図１）を有し、これらボルト孔１１にハブボルト７が挿通されている。

　図３Ａ～３Ｃは、図２におけるセンサユニット３のホイールナット８による締め付け部を拡大して示す。
　センサユニット３は、図３Ａの第１の取付例のように、２つのホイール２，２の間に配置されても良い。代わりに、図３Ｂの第２の取付例のように、ホイール２とホイールナット８との間に配置されても良い。さらに代わりに、図３Ｃの第２の取付例のようにハブ６のフランジ６ａとホイール２との間に配置されても良い。

　なお、センサユニット３は、ハブボルト７の頭部７ａとホイールナット８との間であれば、ハブ６のフランジ６ａとブレーキドラム９との間や、ブレーキドラム９とハブボルト７の頭部７ａとの間など、ハブボルト７の頭部７ａとハブ６のフランジ６ａとの間に配置しても良いが、一般的にハブボルト７はハブ６のフランジ６ａのボルト孔に圧入して固定されるため、ハブ６のフランジ６ａよりもホイールナット８側に配置されるのが好ましい。

　また、図３Ａ～３Ｃの各例ではスペーサ型のセンサユニット３は後輪ダブルホイール部に配置されているが、この車輪締結状態の判定装置が適用される車輪アセンブリ２Ａは、前輪のシングルタイヤ仕様であっても良い。

　図４に、センサユニット３を示す。このセンサユニット３は、リング状で板状のスペーサ状部材１２と、このスペーサ状部材１２に取付けられた１つまたは複数の歪センサ１３とを有する。歪センサ１３は、例えば箔ひずみゲージ、線ひずみゲージ、半導体ひずみゲージである。スペーサ状部材１２には、ホイール２等の部品の状態を検知する状態検知センサ２１として、歪センサ１３の他に、温度センサ１４および加速度センサ１５が取付けられる。この他に、ジャイロや回転センサ（いずれも図示せず）が設けられても良い。なお、前記状態検知センサ２１は、前記各センサの総称である。また、スペーサ状部材１２には、通信装置１６および電源１７が搭載される。この例では、通信装置１６と電源１７とを纏めて一つの部品とした電源・通信ユニット１８が用いられている。

　スペーサ状部材１２は、ハブの各部位のハブボルト７とホイールナット８とによる締め付け力の差によって変形を生じさせるための部材であり、前述のように、各ハブボルト７を挿通させるボルト孔１１が設けられている。スペーサ状部材１２の材質については、鉄合金の様に高強度、かつ高剛性の金属材料で形成されていても、またアルミニウム合金の様に弾性が比較的高い金属材料にて形成されても良い。

　スペーサ状部材１２は後述する厚肉部１２ａを有する。スペーサ状部材１２は、前記ホイールナット８の最外径内の領域では凹みおよび欠如部分のいずれもが存在しない形状であり、この領域は厚肉部１２ａに構成される。この形状とすることで、ホイールナット８の締付によってホイール２の締結に関係する部材にかかる軸力を損なわず、強固に連結が可能になる。なお、ホイールナット８がワッシャ部（図示せず）を一体に有する場合は、前記最外径は、前記ワッシャ部を含む最外径である。

　スペーサ状部材１２はさらに、薄肉部１２ｂを有する。ボルト孔１１の存在する位相部位、つまりボルト孔１１の周囲の部分は厚肉部１２ａであるのに対して、ボルト孔１１間の位相部位は薄肉部１２ｂである。

　薄肉部１２ｂは、スペーサ状部材１２の両主面が前記厚肉部１２ａよりも凹む形状であっても、スペーサ状部材１２の一方の主面のみが厚肉部１２ａよりも凹む形状であっても良い。この薄肉部１２ｂであるボルト孔１１間の位相部位に、前記歪センサ１３、温度センサ１４、加速度センサ１５等のセンサや、前記通信装置１６、電源１７、ならびに電源・通信ユニット１８が実装される。なお、図４に示すように、スペーサ状部材１２の一方の主面の内周部は、全周にわたる薄肉部であり、配線に利用されている。

　スペーサ状部材１２は、さらに、薄肉部１２ｂである位相部位の一部に、例えば図５Ａ～５Ｃに示すように、歪集中部となる最薄部１２ｃを有しても良い。

　図５Ａの第１の例では、薄肉部１２ｂはスペーサ状部材１２の両主面が厚肉部１２ａに対して凹んでおり、かつスペーサ状部材１２の表側の面ではボルト孔１１間の位相部位の中央に厚肉部１２ａと同一平面となる中間突条部１２ｄが半径方向に延びて設けられることで、薄肉部１２ｂが円周方向に並ぶ２か所に分割されている。その各分割箇所に半径方向に延びる溝が形成されて、その溝の底部分が前記最薄部１２ｃである。そして、これら最薄部１２ｃが、センサ実装位置１２ｅである。

　図５Ｂおよび５Ｃの第２および第３の例では、いずれも図５Ａの中間突条部１２ｄが存在せず、薄肉部１２ｂはボルト孔１１間の位相部位の全体に続く。図５Ｂの第２の例では、薄肉部１２ｂにおける円周方向の中央に、半径方向に延びる溝が形成されて、その溝の底部分が前記最薄部１２ｃである。図５Ｃの第３の例では図５Ｂの第２の例と同じく溝によって最薄部１２ｃが形成されているが、最薄部１２ｃはボルト孔１１間の中央よりも円周方向に偏っている。図５Ｂおよび５Ｃにおいて、最薄部１２ｃが、センサ実装位置１２ｅである。

　薄肉部の形態の第１～第３の例において、前記歪センサ１３（図４）は、最薄部１２ｃの裏側、すなわち最薄部１２ｃを構成する溝とは反対側の主面に取付けられても良い。代わりに、最薄部１２ｃの溝の底部に取付けられても良い。いずれにしても、前記歪センサ１３は、この最薄部１２ｃに集中した歪みを検出する。
　なお、図５Ａ～５Ｃの各図は、図示した位相部分を表と裏で反転させて示しており、そのため表を示す図と裏を示す図とで、最薄部１２ｃの位置が反転されて表れている。

　スペーサ状部材１２は、図１０の歪みセンサの一例に示すように、歪みを検出するダイヤフラム型の歪センサ１３をスペーサ状部材１２に実装しても良い。このダイヤフラム型の歪セン１３は、ダイヤフラム１３ａと、このダイヤフラム１３ａの歪みを検出するセンサ素子１３ｂとで構成される。また、図１１Ａおよび１１Ｂに取付の第１および第２の例をそれぞれ示すように、スペーサ状部材１２自体に最薄部１２ｃを設け、ここに前記のダイヤフラム１３ａとセンサ素子１３ａとでなる歪センサ１３を設けてもよい。

　また、スペーサ状部材１２は、上記の各例では１枚で構成したが、複数枚のスペーサ状部材構成材（図示せず）を組み合わせて一つのスペーサ状部材としても良い。

　図６は、この車輪締結状態の判定装置のシステム構成を示すブロック図である。センサユニット３は、各車輪アセンブリ２Ａ毎に設けられている。各センサユニット３は、歪センサ１３、温度センサ１４、加速度センサ１５を含む状態検知センサ２１と、これらの状態検知センサ２１の検出データの通信を行う通信装置１６とを備えている。なお、ダブルホイールの場合は、図２および図３Ａ～３Ｃに示したように、そのダブルホイールを構成する２つのホイール２，２に対して一つのセンサユニット３が設けられる。
　情報処理装置４は、前記各センサユニット３の通信装置１６と通信を行う通信装置２２を備える。

　図７に示すように、車載器４Ａまたは通信端末４Ｂ等の情報処理装置４は、複数のセンサユニット３に対して、例えば１台の車両に設けられた全てのセンサユニット３に対して、１台設けられる。なお、図７において、車輪アセンブリ２Ａおよびセンサユニット３のブロック内に示した「Ａ～Ｚ」の符号は、車輪アセンブリ２Ａおよびセンサユニット３からなる個々のペアを識別する符号であり、車輪アセンブリ２Ａとその車輪アセンブリ２Ａに設けられたセンサユニット３には、同一の符号「Ａ～Ｚ」を付してある。なお、図７において矢印は検出データの流れを示す。

　情報処理装置４は、前記のように前記通信装置２２により複数のセンサユニット３に接続される。さらに、同じ通信装置２２を介して、前記ＥＣＵおよびＣＡＮを含む制御・通信系５に、その通信装置２６で接続されている。センサユニット３、情報処理装置４、および制御・通信系５がそれぞれ有する前記通信装置１６（図６），２２，２６は、近距離無線通信の規格（例えばブルートゥ－ス（登録商標））に応じて無線通信を行う。

　情報処理装置４は、コンピュータとプログラムとで主に構成される。情報処理装置４は、前記通信装置２２に加えて、測定指示部２３、情報処理部２４、および表示部２５を有する。表示部２５は、液晶表示装置等からなる画面に画像を表示する手段である。表示部２５は、前記情報処理部２４で判定された結果や異常要因等を画面に表示する。すなわち、情報処理装置４のプロセッサは、測定指示部２３、情報処理部２４および表示部２５を実行するようにプログラムされている。

　測定指示部２３は、前記ＥＣＵおよびＣＡＮを含む制御・通信系５から、ＯＢＤ２（On Board Diagnosis second generation）等を介して、または直接に、車両の走行の状態に係る情報である車両状態データを読み込み、この車両状態データから、状態判定に適した走行条件時等の定められたタイミングでセンサユニット３に測定を指示し、かつその測定データを受信する。

　測定指示部２３が従う前記「定められたタイミング」は、例えば、アイドリング時、定常走行時（直進でかつ一定速度）、安定路面走行時等である。常時測定ではなく、測定に適した時のみの測定することにより、センサユニット３側の消費電力が削減される。

　測定指示部２３が従う前記定められたタイミングのために用いられる、例えば測定する時間の間隔、および／または測定する車両走行条件は、随意に設定および更新可能である。この設定や更新は、例えば車載器４Ａまたは通信端末４Ｂ等が有する手入力を受け付ける入力手段（図示せず）からの操作によって行える。前記入力手段は、例えばキースイッチや、前記表示部２５の画面上に設けられるタッチパネル等である。

　情報処理部２４は、前記測定データである歪センサ１３の検出データから所定の基準に従い前記ホイールナット８の締結状態の異常を判定する。情報処理部２４は、個々のセンサユニット３毎に、ホイールナット８の締結状態の異常を判定する。

　情報処理部２４は、データ記憶部２４ａ、信号解析部２４ｂ、および状態判定部２４ｃを有する。データ記憶部２４ａが、センサユニット３から送信された、歪センサ１３等の状態検知センサ２１の検出信号、およびその他の定められた情報を記憶する。このデータ記憶部２４ａは、測定した過去のデータも、その測定したときの車両状態データと関連付けて蓄積する。データ記憶部２４ａは、例えばＳＤカード等の可搬の記憶媒体で構成されていても良い。

　信号解析部２４ｂは、締結状態の異常の判定のために必要な前処理となる信号の解析を行う。状態判定部２４ｃは、信号解析部２４ｂで解析された情報を用い、ホイールナット８の締結状態の異常を判定する。状態判定部２４ｃは、さらに、前記信号解析部２４ｂで解析された情報を用いて異常要因を突き止める。異常要因は、前記信号解析部２４ｂで突き止めても良い。

　信号解析部２４ｂは、この実施形態では、ホイールナット８の締結状態の異常の判定に加えて、温度センサ１４の検出温度を用いて歪みの温度ドリフト補正を行う機能、および温度センサ１４の検出温度から、ブレーキ引きずり等によるホイール２の異常発熱の検出が可能である。信号解析部２４ｂはさらに、加速度センサ１５の検出データからハブベアリング（図示せず）の損傷やタイヤ１０のパンク等の異常を検出する機能を備える。

　情報処理部２４は、より詳しくは、前記測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定してデータ記憶部２４ａに記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部２Ａａの締結状態の異常を判定する。

　具体的には、前記信号解析部２４ｂが、ホイール２の回転における各周方向位相の測定データ変動量を各車輪アセンブリ２Ａの過去データと比較する。次に、状態判定部２４ｃが、異常を判定すると共に異常の要因を推定する。例えば、以下のように推定する。
　(1) 一輪の限定された周方向位相のみ異常傾向を示した場合は、ホイールナット８の緩みやハブボルト７の破損等の締結異常と推定する。
　(2) 限られた車輪のみの全ての周方向位相で異常傾向を示した場合は、パンクや、軸受もしくはブレーキの異常、例えば異常発熱等と推定する。
　(3) 全ての車輪が異常傾向を示した場合は、過積載、もしくは外乱（路面状況等）の影響と推定する。

　上記構成の車輪締結状態の判定装置によると、スペーサ型のセンサユニット３を車輪締結部２Ａａに挟み込む様に設置し、締結状態等を演算する為のデータを測定する。車載器４Ａもしくは通信端末４Ｂ等の情報処理装置４は、ＥＣＵおよび／またはＣＡＮから車両走行情報（スタートキー等の電源のオンオフ、エンジン回転数、ステア角、タイヤ回転数、ブレーキ作動の状況、トランスミッションの使用ギア等…）を読み込み、定められたタイミングである判定に適した走行状態（定常走行時等）にて、センサユニット３の測定データを記憶する。停止時、走行時（回転時）等における各周方向位相の測定データを、各車輪アセンブリ２Ａの過去データ等と比較し、また、各測定時に全車輪アセンブリ２Ａの測定データの相互関係を確認することで、外乱を加味した異常判定と、異常要因を推定する。

　このように測定および判定を行うため、走行中の車輪締結部２Ａａの車輪締結状態、および車輪締結部２Ａａの周辺構成部品の状態監視が可能である。また、センサユニット３は車両への着脱が容易で、車両重量、車軸幅、支持剛性への影響が小さい。情報処理部２４は、測定指示部２３による指示に従って測定されたデータを用いるため、指定された車両走行条件の時に測定が行われることにより、外乱による影響を低減した異常判定が可能である。また、メンテナンス精度が向上し、判定精度が向上し、判定基準が定量化される。

　図８は、本実施形態に係る、車輪締結状態の判定装置の事前準備（セットアップ）における使用方法および動作の示すフローをブロック構成で示す図である。図８を用いて、判定装置の動作および構成の補足説明を行う。

　まず、図８の上段に示すように、車輪アセンブリ２Ａに対してセンサユニット３をハブ６とホイールナットの８（図３）間に組付け、正規締付トルクでホイールナット８を組付ける。
　センサユニット３では、内蔵の各状態検知センサ２１（図４、図６）でホイール２等の部品の状態を測定し、その測定データを通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等に送信する。
　通信端末４Ｂまたは車載器４Ａでは、測定データをセンサユニット３から受信する。また、車種、部位の情報のインプット、および異常判定の基準データとして、前記測定データをデータ記憶部２４ａに記憶する。車種、部位の情報のインプットは、通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等が持つ入力機器部から行っても良く、またセンサユニット３に初期設定用のデータとして記憶させておいて、その記憶データを通信端末４Ｂまたは車載器４Ａに送信させ、その受信データがインプットされても良い。

　図８の下段に示すように、ＥＣＵおよびＣＡＮを含む制御・通信系５と、通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４との通信に関しては、前記通信装置２６（図７）をＯＢＤ２等に装着し、アイドリング時や定常走行時等の車両状態データを前記制御・通信系５から出力する。
　通信装置２６は、前記車両状態データを、通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４へ送信する。
　上記車両状態データは、エンジン回転数、ステア角、タイヤ回転数（車速）、ブレーキ作動の状況、等である。
　通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４は、車種データベース（図示せず）等から車両情報の出力データ形式等を読み込み、前記通信装置２６から送られた車両状態データの受信を確認して、データ測定タイミングをセットアップする。データ測定タイミングは、例えばアイドリング時や、定常走行時である。代わりに、測定間隔が設定されても良い。

　図９は、本実施形態に係る、車輪締結状態の判定装置の運転中における使用方法および動作のフローをブロック構成で示す図である。なお、図９において、通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４が行う処理については、この情報処理装置４のいずれの構成要素が行うかが明確になるように、以下に、測定指示部２３、データ記憶部２４ａ、信号解析部２４ｂ、および状態判別部２４ｃのいずれによって処理されるかを明記する。

　通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４は、ＥＣＵおよびＣＡＮを含む制御・通信系５から車両状態データを受信し、測定指示部２３が、設定条件時に、すなわち前記定められたタイミングにおいて、各センサユニット３へデータ測定指示を出力する。前記設定条件時は、例えばアイドリング時や直進の定常走行時である。代わりに、測定指示部２３は、設定された間隔ごとにデータ測定指示を出力しても良い。

　このデータ測定指示に応答して、各センサユニット３が、搭載の状態検知センサ２１（歪センサ１３および温度センサ１４など）により、部品の状態を測定する。測定事項は、歪および温度であり、さらに加速度等である。
　この測定データを、通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４へ送信する。

　通信端末４Ｂまたは車載器４Ａ等である情報処理装置４では、前記測定データを受信すると、歪データ（データ記憶部２４ａ）を温度データによって温度補正し（信号解析部２４ｂ）、その補正後の歪データを用いて締結異常の判定処理を行う（状態判定部２４ｃ）。また、温度データ（データ記憶部２４ａ）によって異常発熱の判定処理を行う（状態判定部２４ｃ）。前述の測定部位のインプットされた固有情報（データ記憶部２４ａ）から、その部位についての過去の測定データを抽出し（データ記憶部２４ａ）、前記締結異常の判定処理（状態判定部２４ｃ）、および異常発熱の判定処理（状態判定部２４ｃ）に用いる。

　センサユニット３が加速度センサ１５を有する場合は、受信した加速度データ（データ記憶部２４ａ）から周波数解析を行い（信号解析部２４ｂ）、ホイール２の周辺部品の異常判定の処理を行う（状態判定部２４ｃ）。この処理にも前述の抽出された過去測定データ（データ記憶部２４ａ）が用いられる。

　前記各判定の処理では、データに異常があるか否かを判定する（状態判定部２４ｃ）。例えば、データが閾値を超えているか、またセンサユニット３の複数の他の箇所に設けられた同一種類の状態検知センサ２１の検出データと異なる傾向があるか、過去の測定データと異なる傾向があるか否かを判定する（状態判定部２４ｃ）。また、異常要因の推定を行う。
　異常なしの場合は表示部２５に「異常なし」と表示し、異常有りの場合は「異常」と表示する（状態判定部２４ｃ）。また、各測定データおよび判定結果を保存する（データ記憶部２４ａ）。

　このように、この車輪締結状態の判定装置によると、次の各効果が得られる。
　(i)走行中等の稼働中に車輪締結状態（ホイールナット８の緩み等）、および周辺構成部品の状態監視が可能である。
　(ii)センサユニットは車両への着脱が容易で、車両重量、車軸幅、支持剛性への影響が小さい。
　(iii)指定された車両走行条件の時に測定が行われることにより、外乱による影響を低減した異常判定が可能である。
　(iv)メンテナンス精度が向上し、判定精度が向上し、判定基準が定量化される。

　以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１：車両
２Ａ：車輪アセンブリ
２Ａａ…車輪締結部
３：センサユニット
４：情報処理装置
２３：測定指示部
２４：情報処理部

Claims (10)

1. 　車両の車軸に車輪アセンブリが締結された車輪締結部に着脱可能に設置されたセンサユニットであって、前記車輪締結部の締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニットと、
   　このセンサユニットに信号の送受が可能に接続された情報処理装置とを備えた、車輪締結状態の判定装置であって、
   　前記情報処理装置が、
   　　前記車両の制御系または通信系から前記車両の走行の状態に関する情報である車両状態データを読み込み、この車両状態データを考慮したタイミングで前記センサユニットに測定を指示する測定指示部と、
   　　前記センサユニットから受信した測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部の締結状態の異常を判定する情報処理部とを有する車輪締結状態の判定装置。
2. 　請求項１に記載の車輪締結状態の判定装置において、さらに、
   　前記センサユニットと前記情報処理装置との双方向の通信を行う無線通信手段を備え、
   　前記情報処理部が、
   　　前記センサユニットで測定した測定データを記録するデータ記憶部と、
   　　このデータ記憶部に記憶された測定データを用いて前記締結状態の異常の判定のための解析を行う信号解析部と、
   　　この信号解析部による解析結果を用いて前記締結状態の異常を判定する状態判定部であって、画像を表示する表示部に前記締結状態の異常の判定結果を表示する状態判定部とを有する車輪締結状態の判定装置。
3. 　請求項１または請求項２に記載の車輪締結状態の判定装置において、
   　前記センサユニットが、
   　　前記車輪アセンブリの全周に渡り設けられ、前記車輪アセンブリのホイールをハブに取付ける複数のハブボルトの各頭部とそれぞれ対応する複数のホイールナットとの間に介在し前記複数のハブボルトとそれぞれ対応する前記複数のホイールナットとによる締め付け力を受ける変形発生用のリング状のスペーサ状部材であって、複数の周方向位相部位にそれぞれ形成され、前記複数のハブボルトがそれぞれ挿通される複数のボルト孔を有するスペーサ状部材、および
   　　前記複数のボルト孔のうちの少なくとも２つのボルト孔の間に設けられて前記スペーサ状部材の歪みを検出する少なくとも１つの歪センサを有する車輪締結状態の判定装置。
4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のホイールナット緩み検出装置において、
   　前記センサユニットが、さらに、
   　　温度を検出する温度センサ、および
   　　加速度を検出する加速度センサを有する車輪締結状態の判定装置。
5. 　請求項３または請求項３に従属する請求項４に記載の車輪締結状態の判定装置において、前記スペーサ状部材は、前記少なくとも２つのボルト孔の間の周方向位相部位に、前記歪センサ、この歪センサの検出信号を通信する通信装置、並びに前記歪センサおよび前記通信装置に通電する電源が設けられた車輪締結状態の判定装置。
6. 　請求項３または請求項３に従属する請求項４もしくは請求項５に記載の車輪締結状態の判定装置において、前記スペーサ状部材は、前記ボルト孔の間の位相部位が薄肉部である車輪締結状態の判定装置。
7. 　請求項６に記載のホイールナット緩み検出装置において、前記スペーサ状部材は、前記少なくとも２つのボルト孔の間の前記薄肉部である前記周方向位相部位の一部に、歪集中部となる最薄部を有し、前記少なくとも１つの歪みセンサがこの最薄部の歪みを検出する車輪締結状態の判定装置。
8. 　請求項３または請求項３に従属する請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の車輪締結状態の判定装置において、前記少なくとも１つの歪みセンサが、前記スペーサ状部材に取付けられてこのスペーサ状部材の変形により歪むダイヤフラムと、このダイヤフラムに取付けられてこのダイヤフラムの歪みを検出するセンサ素子とで構成される車輪締結状態の判定装置。
9. 　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車輪締結状態の判定装置において、前記測定指示部が前記センサユニットに測定を指示する頻度および条件は、任意に設定される車輪締結状態の判定装置。
10. 　車両の車軸に車輪アセンブリが締結された車輪締結部に着脱可能に設置されたセンサユニットであって、前記車輪締結部の締結状態に応じて変化する状態量を検出するセンサユニットと、
    　プロセッサを含み、前記センサユニットに信号の送受が可能に接続された情報処理装置とを備えた、車輪締結状態の判定装置であって、
    　前記車両の制御系または通信系から前記車両の走行の状態に関する情報である車両状態データを読み込み、この車両状態データを考慮したタイミングで前記センサユニットに測定を指示し、
    　前記センサユニットから受信した測定データを、前記車両状態データの定められた項目につき過去に同一条件で測定して記憶した蓄積データと比較することで、前記車輪締結部の締結状態の異常を判定するように、前記プロセッサがプログラムされている、車輪締結状態の判定装置。

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