JP2017111018A - 異常検出装置、及び異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機ユニットの異常判定を正確に行うことができる異常検出装置を提供する。
【解決手段】変速機ユニット６の異常検出装置１０であって、変速機ユニット６に取り付けられ、振動を検知する振動検知センサ３と、振動検知センサ３によって検知した振動に基づいて尖度を算出する尖度算出手段５と、尖度に基づいて変速機ユニット６の異常判定を行う判定手段５と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は異常検出装置、及び異常検出方法に関するものである。

従来、変速機ユニットの振動を検出することで、変速機ユニットの異常を診断する異常診断装置が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、加速度センサなどにより、変速機ユニットの振動を検知し、変速機ユニットの異常を診断している。

特開２０１０−７１７３８号公報

変速機ユニットの耐久試験中に、変速機ユニットに異常が発生すると、異常の発生に起因して振動が発生するため、異常が発生していない場合よりも加速度が大きくなる。そのため、加速度と閾値とを比較することで、変速機ユニットの異常を判定することができる。

しかし、耐久試験の時間が長くなると、異常が発生していない場合でも加速度が大きくなるため、加速度が閾値よりも大きくなるおそれがあり、異常判定を正確に判定することができないおそれがある。

また、或る部位で異常が発生した場合に、異常が発生した部品で生じる加速度の変化が、正常時における変速機の加速度よりも小さい場合には、加速度の絶対値と閾値を比較しても、加速度の絶対値が閾値よりも小さくなるおそれがある。

このように、加速度の大きさによって変速機ユニットの異常判定を行うと、異常判定を正確に行うことができないおそれがある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、変速機ユニットにおける異常判定を正確に行うことを目的とする。

本発明のある態様に係る異常検出装置は、変速機ユニットの異常検出装置であって、変速機ユニットに取り付けられ、振動を検知する振動検知センサと、振動検知センサによって検知した振動に基づいて尖度を算出する尖度算出手段と、尖度に基づいて変速機ユニットの異常判定を行う判定手段と、を備える。

本発明の別の態様に係る異常検出方法は、変速機ユニットの異常検出方法であって、変速機ユニットに取り付けた振動検知センサによって振動を検出し、検知した振動に基づいて尖度を算出し、尖度に基づいて変速機ユニットの異常判定を行う。

これら態様によると、尖度を用いて変速機ユニットの異常判定を行うことで、変速機ユニットの異常判定を正確に行うことができる。

本実施形態の耐久試験装置を説明するブロック図である。 耐久試験の工程を示すタイムチャートである。 耐久パターンを示す一例である。 耐久パターンを示す一例である。 異常が発生していない場合の加速度の変化を示す図である。 異常が発生している場合の加速度の変化を示す図である。 変速機ユニットの加速度波形を示す図である。 異常が発生した箇所における周波数と加速度レベルとの関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態の構成を図１を用いて説明する。本実施形態の耐久試験装置は、変速機ユニット６に回転とトルクとを入力する駆動装置１と、駆動装置１及び変速機ユニット６を作動させて変速機ユニット６の耐久試験を行う試験機２と、変速機ユニット６に取り付けられる加速度センサ３と、加速度センサ３からの信号が入力される計測器４と、計測器４に接続される処理部５とを備える。

加速度センサ３、計測器４、処理部５によって異常検出装置１０が構成される。異常検出装置１０は、変速機ユニット６の耐久試験中に、変速機ユニット６の異常発生を検知する。なお、ここでの変速機ユニット６の異常とは、具体的にはベアリングの局所的な破損、ギアの局所的な破損である。

駆動装置１は、エンジンやモータなどであり、試験機２からの指示に基づいて、耐久試験中に複数の耐久パターン（走行パターン）に基づく回転とトルクとを発生させ、変速機ユニット６に回転とトルクとを入力する。

試験機２は、複数の耐久パターンで変速機ユニット６の耐久試験を行う。試験機２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ＣＰＵがＲＯＭに記憶したプログラムを読み出すことで、耐久試験が実行される。また、試験機２は、処理部５からの信号に基づいて耐久試験を中止する。

加速度センサ３は、耐久試験時に変速機ユニット６の加速度の変化を検知する。耐久試験時には、駆動装置１が動作し、回転とトルクとが入力されることで変速機ユニット６が振動する。加速度センサ３は、変速機ユニット６の振動を加速度の変化として検知する。つまり、加速度センサ３は、変速機ユニット６の振動を検知する振動センサである。

計測器４は、加速度センサ３によって検知した振動に応じた信号を出力する。

処理部５は、計測器４から出力された信号に基づいて変速機ユニット６の異常判定を行い、また異常発生箇所の絞り込みを行う。処理部５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどによって構成され、ＣＰＵがＲＯＭに記憶したプログラムを読み出すことで、処理部５の各機能が発揮される。

なお、試験機２と処理部５とを一体的に設けてもよく、また、処理部５を複数のコンピュータによって構成し、処理部５の一部の機能を試験機２に組み込んでもよい。

次に、変速機ユニット６の耐久試験について図２のタイムチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００において、変速機ユニット６の耐久試験が行われる。具体的には、耐久試験では、耐久パターンに基づいて駆動装置１が動作する。耐久試験は、車速が例えば図３Ａ、図３Ｂに示すように変化する耐久パターンによって行われる。

ステップＳ１０１において、耐久試験中に加速度センサ３によって検出した加速度（振動）に基づいて、処理部５において変速機ユニット６の異常判定が行われる。

本実施形態では、尖度と尖度比とを用いて変速機ユニット６の異常判定を行っている。

尖度は、平均まわりの四次モーメントを正規化した値であり、加速度センサ３によって検出される加速度の頻度分布の鋭さを示す値である。変速機ユニット６に異常が発生していない場合には、加速度は図４のように変化し、加速度の変化、つまり加速度のばらつきは小さい。そのため、例えば尖度は３．０となる。

一方、変速機ユニット６に異常が発生している場合には、加速度は図５のように変化し、加速度の変化、つまり加速度のばらつきが大きい。そのため、尖度は第１所定値よりも大きくなる。第１所定値は予め設定された値であり、変速機ユニット６の異常が発生していると判定可能な値であり、例えば４．０である。

このように、尖度を算出することで変速機ユニット６の異常判定を行うことができる。

しかし、変速機ユニット６に入力するトルクの変化が大きくなると、加速度の変化が大きくなるので、尖度も大きくなる。

従って、本実施形態では、変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい領域における尖度を用いて変速機ユニット６の異常判定を行う。変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい領域は、エンジン回転速度の変化と、車速の変化とが同じ挙動となる領域であり、例えば図３Ａにおいて破線で囲まれた領域である。

本実施形態では、耐久試験中に、変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい領域における尖度が第１所定値よりも大きくなると、処理部５は、変速機ユニット６に異常が発生していると判定する。このように、尖度に基づいて変速機ユニット６に異常が発生していると判定する条件を変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい場合に絞ることで、変速機ユニット６における異常発生を精度良く検知することができる。

しかし、尖度に基づく判定は、変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい領域でしか行われず、例えば、耐久パターンにおいて車両の発進時、停車直前に対応した領域では判定を行うことができず、判定機会が少ない。

そのため、本実施形態では、尖度に加えて、尖度比を用いて変速機ユニット６の異常判定を行っている。

尖度比は、尖度が第２所定値以上となる時間の割合であり、処理部５において式（１）によって算出される。

尖度比（％）＝（尖度が第２所定値以上となった時間頻度／（尖度が第２所定値以上となった時間頻度＋尖度が第２所定値未満となった時間頻度））×１００ （１）

第２所定値は、予め設定された値であり、３．０よりも大きく、第１所定値よりも小さい値であり、例えば３．５である。第２所定値以上となった時間頻度とは、耐久試験を開始してから尖度が第２所定値以上となった累積時間である。尖度比は、耐久パターン毎に算出される。例えば、図３Ａの耐久パターンに対して或る尖度比が算出され、図３Ｂの耐久パターンに対して別の尖度比が算出される。

処理部５は耐久パターン毎に算出した各尖度比と第３所定値とを比較する。第３所定値は、予め設定された値である。第３所定値は、例えば、変速機ユニット６に異常が発生していない場合に行われた耐久試験において算出された尖度比に所定倍率を乗算した値や、変速機ユニット６に異常が発生していない場合に行われた耐久試験において算出された尖度比に予め設定された値を加算した値である。第３所定値は、各耐久パターンに応じて設定されている。例えば、図３Ａの耐久パターンにおいては、或る尖度比が或る第３所定値と比較され、図３Ｂの耐久パターンにおいては、別の尖度比が別の第３所定値と比較される。なお、複数の耐久パターンで、共通の第３所定値を用いてもよい。

変速機ユニット６に異常が発生すると、変速機ユニット６に異常が発生していない場合と比較して、加速度の変化が多くなり、尖度が第２所定以上となる時間が長くなる。各耐久パターンにおける尖度比が、各耐久パターンで設定された第３所定値よりも大きい場合に、処理部５は、変速機ユニット６に異常が発生していると判定する。

処理部５において、変速機ユニット６に異常が発生していると判定された場合には、ステップＳ１０２に進み、変速機ユニット６に異常が発生していないと判定された場合には、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０２において、処理部５から試験機２に耐久試験を中止する信号が出力され、駆動装置１が停止され、耐久試験が中止される。

ステップＳ１０３において、変速機ユニット６において異常が発生した箇所の絞り込みが処理部５において行われる。

処理部５は、包絡線周波数解析を行うことで、異常が発生した箇所の絞り込みを行っている。

ベアリングやギアなどの回転体には、それぞれ固有の周波数がある。これに対し、例えばギアの歯にビッチィングなどの局所的な破損が生じると、破損が生じた歯が噛み合う度に振動が発生し、図６に示すように加速度の振動波形が変化する。図６では、ギアに破損が生じていない場合の加速度の振動波形を実線で示し、ギアに局所的な破損が生じた場合の加速度の振動波形を点線で示す。

ギアに局所的な破損が生じた場合には、図７に示すようにギアに局所的な破損が生じていない場合と比較して、周波数が高くなり、加速度レベルが大きくなる。図７では、ギアに局所的な破損が生じていない場合の加速度レベルを実線で示し、ギアに局所的な破損が生じた場合の加速度レベルを点線で示す。ギアに局所的な破損が生じた場合には、破損の程度によって、振動波形、周波数特性が変化するので、破損が生じた箇所を特定することが困難である。

本実施形態では、振動波形に対して包絡線周波数処理を行うことで、異常が発生した箇所の絞り込みを行っている。包絡線周波数処理によって得られる振動波形の包絡線を図６において破線で示す。なお、図６では、正側についての包絡線のみを示す。ギアに局所的な破損が生じた場合、破損が生じた歯が噛み合うことで生じる加速度の変化には周期性があるため、包絡線にも図６において破線で示すように周期性が生じる。包絡線の周波数は、図７に示すようにギアに局所的な破損が生じていない場合の周波数に略一致する。図７では、包絡線の加速度レベルを破線で示す。

このように、振動波形に対して包絡線周波数解析を行い、包絡線の周波数を算出することで、変速機ユニット６において異常が発生した箇所の絞り込みを行うことができる。

なお、ステップＳ１０３においては、変速機ユニット６において異常が発生した箇所ついて、処理部５によって特定し、異常が発生した箇所を表示してもよく、また、包絡線周波数処理の結果のみを表示してもよい。

ステップＳ１０４において、変速機ユニット６を分解調査し、異常がある箇所の部品を交換する。異常が発生した箇所の絞り込みを行うことで、部品交換などに要する時間を短くすることができる。

ステップＳ１０５において、予め設定された耐久試験終了条件が満たされると、耐久試験を終了し、耐久試験終了条件を満たしていない場合には、耐久試験を継続する。

このように、耐久試験中に変速機ユニット６において異常が発生した場合に、異常を素早く検知し、分解する前に異常が発生した箇所を絞り込むことで、作業効率を向上させることができる。

本発明の実施形態の効果について説明する。

加速度の大きさに基づいて異常判定を行うと、耐久試験の時間が長くなり、加速度が大きくなった場合に、変速機ユニット６に異常が発生したと誤判定されるおそれがある。

本実施形態では、加速度センサ３によって検知した振動に基づいて尖度を算出し、尖度に基づいて異常判定を行う。耐久試験の時間が長くなり、加速度が大きくなった場合でも、変速機ユニット６に異常が発生していない場合には、尖度は大きくならない。そのため、尖度に基づいて異常判定を行うことで、異常判定を正確に判定することができる（請求項１、６に対応する効果）。

例えば、耐久試験の時間に応じて複数の閾値を設定することで、加速度の大きさを用いて異常判定を行うことも可能であるが、閾値の設定が困難であり、閾値の設定がずれると、誤判定されるおそれがある。これに対して、本実施形態では、尖度を用いて異常判定を行うことで、異常を判定する閾値を１つの値に設定することができ、閾値の設定を容易に行うことができる。そのため、変速機ユニット６の異常判定を容易に行うことができ、異常判定を正確に行うことができる（請求項１、６に対応する効果）。

また、異常が発生した箇所における加速度の変化、つまり異常が発生した箇所における加速度の絶対値が、正常時における変速機ユニット６の加速度の絶対値よりも小さい場合には、加速度の大きさを用いると、異常が発生した場合でも、異常が発生していると判定されない。これに対して、本実施形態では、尖度を用いて異常判定を行うことで、異常判定を検知することができる（請求項１、６に対応する効果）。

変速機ユニット６に入力するトルクの変化量が大きい場合に尖度を算出すると尖度が大きくなり、変速機ユニット６に異常が発生しているかどうか正確に判定することができない。本実施形態では、トルクの変化量が所定量よりも小さい領域で算出した尖度を用いて異常判定を行うことで、異常判定を正確に行うことができる（請求項２に対応する効果）。

尖度が第２所定値よりも大きくなる時間の割合を示す尖度比が、第３所定値よりも大きい場合に、変速機ユニット６の異常が発生していると判定する。これにより、異常判定を行う機会を多くすることができ、異常判定を素早く検知することができる（請求項３に対応する効果）。

振動波形に対して包絡線周波数解析を行うことで、異常が発生した箇所を変速機ユニット６を分解する前に絞り込むことができ、作業効率を向上させることができる（請求項４に対応する効果）。

包絡線周波数解析により、異常が発生している変速機ユニット６の箇所を具体的に特定することで、その後の作業を容易に行うことができる（請求項５に対応する効果）。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、尖度と尖度比とを用いて変速機ユニット６の異常判定を行ったが、尖度、尖度比の一方のみを用いて変速機ユニット６の異常判定を行ってもよい。

１ ：駆動装置
２ ：試験機
３ ：加速度センサ（振動検知センサ）
４ ：計測器
５ ：処理部（尖度算出手段、判定手段、処理手段）
６ ：変速機ユニット
１０ ：異常検出装置

Claims (6)

1. 変速機ユニットの異常検出装置であって、
   前記変速機ユニットに取り付けられ、振動を検知する振動検知センサと、
   前記振動検知センサによって検知した前記振動に基づいて尖度を算出する尖度算出手段と、
   前記尖度に基づいて前記変速機ユニットの異常判定を行う判定手段と、
   を備えることを特徴とする異常検出装置。
2. 請求項１に記載の異常検出装置であって、
   前記判定手段は、前記変速機ユニットに入力するトルクの変化量が所定量よりも小さい場合に算出した前記尖度が第１所定値よりも大きい場合に、前記変速機ユニットに異常が発生していると判定する、
   ことを特徴とする異常検出装置。
3. 請求項１または２に記載の異常検出装置であって、
   前記判定手段は、前記尖度が第２所定値よりも大きくなる時間の割合を示す尖度比が第３所定値よりも大きい場合に、前記変速機ユニットに異常が発生していると判定する、
   ことを特徴とする異常検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の異常検出装置であって、
   前記振動検知センサによって検出した前記振動の波形に対して包絡線周波数解析を行う処理手段を備える、
   ことを特徴とする異常検出装置。
5. 請求項４に記載の異常検出装置であって、
   前記判定手段は、前記包絡線周波数解析に基づいて異常が発生した箇所を特定する、
   ことを特徴とする異常検出装置。
6. 変速機ユニットの異常検出方法であって、
   前記変速機ユニットに取り付けた振動検知センサによって振動を検出し、
   検知した前記振動に基づいて尖度を算出し、
   前記尖度に基づいて前記変速機ユニットの異常判定を行う、
   ことを特徴とする異常検出方法。

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