JP2009074985A - 振動監視装置及び振動監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貨物自動車の駆動系にかかる振動を監視して、駆動系の故障を予防する技術の提供。
【解決手段】駆動系に設置された振動センサ（Ｓ１〜Ｓ４）と、それらの検出信号（ｓ１〜ｓ４）をフーリエ変換するフーリエ変換装置（１０）（高速フーリエ変換装置ＦＦＴ）と、フーリエ変換された信号から所定の次数の成分を抽出するフィルター装置（１６）と、フィルター装置（１６）で抽出された所定の次数の成分と閾値とを比較し且つ比較結果に基いて制御信号を発生する判定装置（２０）と、フィルター装置（１６）で抽出された所定の次数の成分が閾値よりも大きい場合に警報を発生する警報装置（１ｂ）とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、貨物自動車の駆動系にかかる振動を監視して、駆動系の故障を予防する技術に関する。

駆動系の故障は、単に走行不能な路上故障にとどまらず、重大事故にまで発展する懸念を有している。そのため、駆動計の故障を事前に把握する事は、貨物自動車の安全性向上のために、非常に有効である。

駆動系の故障に係る問題の多くは、定期点検や始業点検によって発見され、処置される。
一方、走行時には、走行振動や騒音によって、故障の発見が困難なことがある。そして、不具合の状態が継続あるいは進行することで、走行中における故障や事故の惹起に至ることになる。
ここで、運転する車両が決まっており、且つ、運転者が老練であれば、微妙な音の変化や振動の変化で、異常の多くを検知することができる。しかし、運転する車両が毎回異なる場合には、老練な運転者であっても検知が困難である。そして、運転車両が一定していない場合や、経験が不足している運転者では、駆動系に生じる異常を、適確に報知して、故障や事故を予防することは困難である。
そのため、駆動系の個々の異常を適確に検知して、運転者に報知する技術が望まれていたが、その様な要請に応えることが出来る従来技術は提案されていない。

その他の従来技術として、角速度センサが誤動作を起こす可能性のある外部振動周波数帯を検出して制御システムの精度を向上した制御システムが提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術（特許文献１）は角速度センサの誤動作防止を目的にするものであり、上述した故障や事故を未然に防ぐことを図ることは出来ない。

また、ハイブリッド自動車におけるパワートレインの主動力源の振動減衰技術も提案されている（特許文献２参照）。
しかし、この技術（特許文献２）はパワートレインにおける振動減衰技術であり、やはり、故障や事故を未然に防ぐことは出来ない。
特開２００４−２９４３３５号公報 特開２００６−３６１９７号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、貨物自動車の駆動系にかかる振動を監視して、駆動系の故障あるいは故障の前兆を把握する技術の提供を目的としている。

発明者は、エンジンから車輪駆動軸にいたる駆動系には、各種の振動が発生している事に着目した。その様な振動としては、例えば、エンジンの回転に起因する振動や、プロプペラシャフトのジョイント部によって生じる回転数の２倍の振動や、ファイナルドライブの終減速比に比例する振動等がある。また、外部からは、ばね下振動による加振、ばね上振動、フレームビーミングによる加振が、駆動系の振動の一因となる。
そして、駆動系におけるこの様な振動は、駆動系における各種の異常や故障の前兆と密接な関係があることに、発明者は着目した。

本発明の振動監視装置は、貨物自動車の駆動系に設置された振動センサ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と、該振動センサ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）の検出信号（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４）をフーリエ変換するフーリエ変換装置（１０）（高速フーリエ変換装置ＦＦＴ）と、フーリエ変換された信号（Ｆｓ１、Ｆｓ２、Ｆｓ３、Ｆｓ４）から所定の次数の成分を抽出するフィルター装置（１６）と、フィルター装置（１６）で抽出された所定の次数の成分と閾値（１８Ａ）とを比較し且つ比較結果に基いて制御信号を発生する判定装置（２０）と、フィルター装置（１６）で抽出された所定の次数の成分が閾値（１８Ａ）よりも大きい場合に判定装置（２０）からの制御信号を受信して警報を発生する警報装置（１ｂ）とを有している事を特徴としている（請求項１）。

本発明において、前記振動センサ（Ｓ１）は、エンジン（Ｄ１）に設置されているのが好ましい（請求項２）。
また本発明において、前記振動センサ（Ｓ２）は、トランスミッション（Ｄ２）に設置されているのが好ましい（請求項３）。
或いは本発明において、前記振動センサ（Ｓ３）は、プロペラシャフト（Ｄ３）に設置されているのが好ましい（請求項４）。この場合、振動センサの設置位置は、プロペラシャフト（Ｄ３）の後端部を支持するセンタベアリングのアウタレースまたはセンタベアリングブラケットの上部が好ましい。
さらに本発明において、前記振動センサ（Ｓ４）は、ファイナルドライブ（Ｄ６）に設置されているのが好ましい（請求項５）。

本発明の振動監視方法は、貨物自動車の駆動系（Ｄ１〜Ｄ６）に設置された振動センサ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）により当該駆動系（Ｄ１〜Ｄ６）の信号（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４）を検出する振動検出工程と、振動検出工程で振動センサ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）が出力した検出信号（ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４）をフーリエ変換装置（高速フーリエ変換装置ＦＦＴ）（１０）によりフーリエ変換する変換工程と、変換工程でフーリエ変換された信号（Ｆｓ１、Ｆｓ２、Ｆｓ３、Ｆｓ４）からフィルター装置（１６）を用いて所定の次数の成分を抽出する抽出工程と、該抽出工程で抽出された所定の次数の成分と閾値（１８Ａ）とを比較する比較工程と、該比較工程で抽出された所定の次数の成分が閾値（１８Ａ）よりも大きい場合に制御信号を警報装置（２２ａ、２２ｂ）に送信する工程とを有する事を特徴としている（請求項６）。

上述する構成を具備する本発明によれば、振動検出信号をフーリエ変換し、所定の次数を抽出して閾値とを比較しているので、駆動系の部品（例えばエンジン、トランスミッション、プロペラシャフト、ファイナルドライブ等）における故障が進行しているか否かを判断する事が出来る。
そして、抽出された成分の方が閾値よりも大きい場合には、駆動系の部品における故障が進行したと判断して、事故等が発生する以前の段階で警報を発生するので、故障や事故を未然に防止する事が可能である。

ここで、振動検出信号をフーリエ変換し、所定の次数を抽出して閾値とを比較すれば判断が可能であるため、余分な入力成分について制御を行う必要が無く、制御が煩雑化することはない。

さらに、振動センサを取り付けた部位毎に、振動検出信号をフーリエ変換し、所定の次数を抽出して閾値とを比較する事が出来るので、異常を起こした部位を特定する事が容易であり、修理を迅速に行うことが出来る。
これに加えて、整備上の不手際があったとしても、当該不手際が事故や故障を惹起する可能性があれば直ちに検出して、然るべき処理或いは防止策を図る事が出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１の第１実施形態は、通常の長ホイールベースを持つ貨物自動車に本発明を適用した実施形態である。
図１において、全体を符号１で示す監視装置は、駆動系の各々の部分に取り付けられた複数の振動センサ（上下加速度センサ）と、それぞれの振動センサに取り付けられた信号ラインと、演算装置１ｂと、警告装置１ｂとで構成されている。

より詳細には、図１で示す駆動系では、エンジンＤ１は、明示しないクラッチを介してトランスミッションＤ２に連結している。
トランスミッションＤ２は、ユニバーサルジョイントＪ１を介して前プロペラシャフトＤ３に連結している。
前プロペラシャフトＤ３の後部は、センタベアリングブラケットＢによって、回転自在に支持されている。前プロペラシャフトＤ３の後端部は、ユニバーサルジョイントＪ２を介して、後前プロペラシャフトＤ４に連結している。

後前プロペラシャフトＤ４は、スプライン結合によって、後後プロペラシャフトＤ５に摺動自在に連結している。
後後プロペラシャフトＤ５の後端部は、ユニバーサルジョイントＪ３を介して、ファイナルドライブＤ６に連結している。

エンジンＤ１の後部の上部には、振動センサとして上下加速度センサＳ１が取り付けられている。上下加速度センサＳ１は、信号ラインＬ１を介して、演算装置１ａのデータ取得装置６に接続されている。
トランスミッションＤ２の後部の上部には、上下加速度センサＳ２が取り付けられている。上下加速度センサＳ２は、信号ラインＬ２を介して、データ取得装置６に接続されている。
前プロペラシャフトＤ３の後端部を支持するセンタベアリングブラケットＢの上部に、上下加速度センサＳ３が取り付けられている。上下加速度センサＳ３は、信号ラインＬ３を介して、データ取得装置６に接続されている。

ファイナルドライブＤ６の上部には、上下加速度センサＳ４が取り付けられている。上下加速度センサＳ４は、信号ラインＬ４を介して、データ取得装置６に接続されている。
トランスミッションＤ２の後端部には、回転速度検出装置Ｔｃが取り付けられている。回転速度検出装置Ｔｃは、信号ラインＬｒを介して、演算装置１ａのフーリエ変換装置１０に接続されている。

図１において、点線で囲まれた領域は、監視装置１の演算装置１ａを示している。
演算装置１ａは、データ取得装置６と、フーリエ変換装置１０と、フーリエ変換されたデータの中から所定のデータを選択するフィルター装置１６と、判定装置２０と、データ貯蔵装置１８とで構成されている。

データ取得装置６は、上下加速度センサＳ１〜Ｓ４で検知された検出信号ｓ１〜ｓ４を継続的に取得して、フーリエ変換装置１０に送るように構成されている。

フーリエ変換装置１０は、駆動系の回転速度の基準となるトランスミッションＤ２の最終出力回転速度及び検出信号ｓ１〜ｓ４を受信して、検出信号ｓ１〜ｓ４をフーリエ変換する機能を有している。
フーリエ変換された各検出信号Ｆｓ１〜Ｆｓ４は、複数の次数における成分を重畳したデータとなっている。

フィルター装置１６は、検出信号Ｆｓ１〜Ｆｓ４のそれぞれから、フーリエ変換の結果から所定の次数に成分のみを抽出あるいは選択する機能を有している。
なお、フィルター装置１６とフーリエ変換装置１０とは、保守点検の都合上、同一筐体内にあることが好ましい。

判定装置２０は、フィルター装置１６で抽出あるいは選択したフーリエ変換結果Ｆｓ１〜Ｆｓ４における所定の次数の成分と、予めデータ貯蔵装置１８に貯蔵された異常発生に係る閾値１８Ａとを比較する機能を有している。そして、各検出信号のフーリエ変換の結果における所定の次数の成分が、閾値１８Ａを超えていれば、異常が発生したか、あるいは異常が発生する可能性が極めて高いと判断して、警告を送信する機能を有している。

データ貯蔵装置１８は、駆動系のエンジンＤ１〜ファイナルドライブＤ６における異常に対応する数値（フーリエ変換における所定の次数の成分と対応する数値）を、閾値１８Ａとして記憶している。

演算装置１ａの結果を警告する警告装置１ｂは、音による警報装置２２ａと、発光による警報装置２２ｂとで構成されている。警報装置２２ｂは、駆動系のエンジンＤ１〜ファイナルドライブＤ６に対応して発光するように、配置されている。
警報装置２２ａは、信号ラインＬ２０ａを介して、判定装置２０に接続されている。警報装置２２ｂは、信号ラインＬ２０ｂを介して、判定装置２０に接続されている。
警報装置２２ａ及び警報装置２２ｂは、運転手のいるキャビン内に取り付けられている。

上述した監視装置１の制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。
図２において、先ず、運転状態にある駆動系の振動データを取得する。具体的には、上下加速度センサＳ１〜Ｓ４のそれぞれが検出した振動のデータｓ１〜ｓ４を、データ取得装置６に送出する。それと共に、回転速度検出装置Ｔｃから回転速度データを取得する。（ステップＳ１：振動検出工程）。

ステップＳ２では、データ取得装置６へ送出された振動のデータｓ１〜ｓ４及び回転速度検出装置Ｔｃからの回転速度データとに基いて、データｓ１〜ｓ４のそれぞれを、フーリエ変換装置１０で、フーリエ変換する（変換工程）。変換されたデータは、符号Ｆｓ１〜Ｆｓ４で示されている。

ステップＳ３では、フィルター装置１６により、フーリエ変換されたデータＦｓ１〜Ｆｓ４における所定の次数の成分のみを抽出する（抽出行程）。
抽出すべき成分は、駆動系における故障に対応する事が過去のデータから確認出来た次数の成分であり、あるいは、駆動系における故障に対応する事が実験的に確認された次数の成分である。

ステップＳ４では、ステップＳ３で抽出されたフーリエ変換されたデータＦｓ１〜Ｆｓ４における所定の次数の成分を、閾値１８Ａと比較する（比較工程）。
ステップＳ３で抽出された所定の次数の成分が閾値１８Ａを上回っていると（ステップＳ４がＹｅｓ）、上述した様に、異常が発生したか、あるいは異常が発生する可能性が極めて高いと判断して、音による警報装置２２ａによって警報を発し、光による警報装置２２ｂによって警報を発する（ステップＳ５：制御信号を警報装置に送信する工程）。
フーリエ変換されたデータＦｓ１（エンジンＤ１に係るデータ）における所定の次数の成分が、エンジンＤ１に係る閾値１８Ａを上回っている場合には、図１では、警報装置２２ｂにおけるエンジンＤ１に対応する（１）が発光する。
閾値１８Ａは駆動系の各部位毎に設定され且つ記憶されており、判定装置２０でステップＳ４に係る判定を行う際に、データ貯蔵装置１８内から呼び出される。

同様に、トランスミッションＤ２に関するフーリエ変換されたデータＦｓ２において、所定の次数の成分がトランスミッションＤ２に係る閾値１８Ａを上回っている場合には、図１では、警報装置２２ｂにおけるトランスミッションＤ２に対応する（２）が発光する。
センタベアリングブラケットＢ及びファイナルドライブＤ６についても、上述したのと同様に操作が行われる。

ステップＳ３で抽出された所定の次数の成分が閾値１８Ａ以下であれば（ステップＳ４がＮｏ）、異常が発生していないと判断して、運転手へ警報をすることなく、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、自動車の運転及び上述した制御を継続するか否かを判断する。
自動車の運転を終了せず、上述した制御を続行するのであれば（ステップＳ６がＮｏ）、ステップＳ１に戻って制御作用を継続する。
自動車の運転を終了するのであれば（ステップＳ６がＹｅｓ）、制御を終了する。

図３は、本発明の第２実施形態を示している。
第２実施形態では、通常の長ホイールベースを持ち、後２軸が２軸ともファイナルドライブを備えた駆動軸の例である。
以下において、第２実施形態が第１実施形態と異なる点を主として説明する。

図３において、全体を符号３１で示す監視装置は、各駆動系に取り付けられた各振動センサとそれぞれの振動センサに取り付けられた信号ラインと、演算装置３１ａと、警告装置３１ｂとで構成されている。

駆動系では、図１で示す構成に加えて、第1のファイナルドライブＤ６の後部に出力軸Ｄ７が設けられている。
出力軸Ｄ７は、ユニバーサルジョイントＪ４を介して、第２の後前プロペラシャフトＤ８に連結している。
第２の後前プロペラシャフトＤ８は、スプラインを介して、第２の後後プロペラシャフトＤ９に摺動自在に連結している。
第２の後後プロペラシャフトＤ９の後端部は、ユニバーサルジョイントＪ５を介して、第２のファイナルドライブＤ１０に連結している。

出力軸Ｄ７の上部の近傍に、上下加速度センサＳ５が取り付けられている。上下加速度センサＳ５は、信号ラインＬ５を介して、データ取得装置６Ａに接続されている。
第２のファイナルドライブＤ１０の上部に、上下加速度センサＳ６が取り付けられている。上下加速度センサＳ６は、信号ラインＬ６を介して、データ取得装置６Ａに連結されている。

トランスミッションＤ２の後端部に、回転速度検出装置Ｔｃが取り付けられている。回転速度検出装置Ｔｃは、信号ラインＬｒを介して、演算装置１ａのフーリエ変換装置１０Ａに連結されている。

図３において、点線で囲まれた領域は、監視装置３１の演算装置３１ａである。
演算装置３１ａは、データ取得装置６Ａと、フーリエ変換装置１０Ａと、フーリエ変換されたデータの中から所定のデータを抽出するフィルター装置１６Ａと、判定装置２０Ａと、データ貯蔵装置２８とを備えている。
各検出信号をフーリエ変換した結果における所定の次数の成分における閾値は、符号２８Ａで示す。

演算装置３１ａの結果を警告する警告装置３１ｂは、音による警報装置２２ａと、発光による警報装置２２Ｂとで構成されている。警報装置２２Ｂは、駆動系の各部位、エンジンＤ１〜第２のファイナルドライブＤ１０に対応するように配列されている。
警報装置２２ａは、信号ラインＬ２Ａを介して、判定装置２０Ａに連結されている。
警報装置２２Ｂは、信号ラインＬ２Ｂを介して、判定装置２０Ａに連結されている。
警報装置２２ａ及び警報装置２２Ｂは運転手のいるキャビン内に取り付けられている。

図３の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１、図２で示す第１実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の第1実施形態のブロック構成図。 図１の制御作用を示すフローチャート。 第２実施形態を示すブロック構成図。

符号の説明

Ｂ・・・・・・・・センタベアリングブラケット
Ｄ１・・・・・・・エンジン
Ｄ２・・・・・・・トランスミッション
Ｄ３・・・・・・・前部プロペラシャフト
Ｄ４・・・・・・・後前部プロペラシャフト
Ｄ５・・・・・・・後後部プロペラシャフト
Ｄ６・・・・・・・ファイナルドライブ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６・・・第１〜第６振動センサ
ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６・・・検出信号
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６・・・信号ライン
１、３１・・・・・・・・監視装置
１ａ、３１ａ・・・・・・・演算装置
１ｂ、３１ｂ・・・・・・・警告装置
６、６Ａ・・・・・・・・データ取得装置
１０、１０Ａ・・・・・・・フーリエ変換装置
１６、１６Ａ・・・・・・・フィルター装置
１８、２８・・・・・・・データ貯蔵装置
１８Ａ、２８Ａ・・・・・・データ判定用の閾値
２０、２０Ａ・・・・・・・判定装置
２２ａ、２２ｂ、２２Ｂ・・警報装置

Claims (6)

1. 貨物自動車の駆動系に設置された振動センサと、該振動センサの検出信号をフーリエ変換するフーリエ変換装置と、フーリエ変換された信号から所定の次数の成分を抽出するフィルター装置と、フィルター装置で抽出された所定の次数の成分と閾値とを比較し且つ比較結果に基いて制御信号を発生する判定装置と、フィルター装置で抽出された所定の次数の成分が閾値よりも大きい場合に判定装置からの制御信号を受信して警報を発生する警報装置とを有することを特徴とする振動監視装置。
2. 前記振動センサは、エンジンに設置されている請求項１の振動監視装置。
3. 前記振動センサは、トランスミッションに設置されている請求項１、２の何れかの振動監視装置。
4. 前記振動センサは、プロペラシャフトに設置されている請求項１〜３の何れか１項の振動監視装置。
5. 前記振動センサは、ファイナルドライブに設置されている請求項１〜４の何れか１項の振動監視装置。
6. 貨物自動車の駆動系に設置された振動センサにより当該駆動系の信号を検出する振動検出工程と、振動検出工程で振動センサが出力した検出信号をフーリエ変換装置によりフーリエ変換する変換工程と、変換工程でフーリエ変換された信号からフィルター装置を用いて所定の次数の成分を抽出する抽出工程と、該抽出工程で抽出された所定の次数の成分と閾値とを比較する比較工程と、該比較工程で抽出された所定の次数の成分が閾値よりも大きい場合に制御信号を警報装置に送信する工程とを有していることを特徴とする振動監視方法。

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