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車両異常検出装置 - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 車両異常検出装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2006−7870(P2006−7870A)
公開日 平成18年1月12日(2006.1.12)
出願番号 特願2004−185194(P2004−185194)
出願日 平成16年6月23日(2004.6.23)
代理人 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
発明者 太田 宗男 / 細見 宗史
要約 課題
コストを低減した車両異常検出装置を提供すること。

解決手段
車両異常検出装置は車両の各車輪に設けられた車速センサの出力信号から算出された各車輪の状態量に基づいて、各車輪のアクスル又はホイールの異常を検出する。また、この車両異常検出装置は所定時間の各車輪の状態量に基づいて、各車輪のアクスル又はホイールの異常判定に用いる基準状態量を算出し、基準状態量と各車輪の状態量との比較を行うことにより、各車輪のアクスル又はホイールが異常であるか否かを判定するのが好ましい。
特許請求の範囲
【請求項1】
車両の各車輪に設けられた車速センサの出力信号から算出された前記各車輪の状態量に基づいて、前記各車輪のアクスル又はホイールの異常を検出する車両異常検出装置。
【請求項2】
請求項1記載の車両異常検出装置において、
所定時間の前記各車輪の状態量に基づいて、前記各車輪のアクスル又はホイールの異常判定に用いる基準状態量を算出し、該基準状態量と前記各車輪の状態量との比較を行うことにより、前記各車輪のアクスル又はホイールが異常であるか否かを判定することを特徴とする車両異常検出装置。
【請求項3】
請求項1又は2記載の車両異常検出装置において、
前記車速センサからの出力信号は、前記各車輪と共に回転するロータの外周部と前記車速センサとの間の距離とロータ回転数に応じて出力される信号であることを特徴とする車両異常検出装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の車両異常検出装置において、
前記各車輪のアクスル又はホイールが異常であると判定されたとき、前記異常を警告する警告部を備えることを特徴とする車両異常検出装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のうちいずれか1項記載の車両異常検出装置において、
車両運動特性を制御する車両制御部を更に備え、
前記各車輪のアクスル又はホイールが異常であると判定されたとき、前記車両制御部は前記車両運動特性の制御を制限するよう制御することを特徴とする車両異常検出装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばアクスルベアリング、アクスルシャフト、ホイール等の異常を検出する車両異常検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、振動センサを備え、回転機の振動異常を検出する回転機異常検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平3−44533号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記従来の回転機異常検出装置を車両のアクスル又はホイールに適用しようとした場合、異常を検出するための振動センサを配設する必要がある。これにより、振動センサを配設する為のスペースが必要となり、また、振動センサに掛かるコストも増加する。
【0004】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、コストを低減した車両異常検出装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、車両の各車輪に設けられた車速センサの出力信号から算出された上記各車輪の状態量に基づいて、上記各車輪のアクスル又はホイールの異常を検出する車両異常検出装置である。
【0006】
なお、この一態様において、上記状態量とは、例えば出力電圧、上記車速センサからの出力信号から算出された上記各車輪の速度又は加速度である。
【0007】
また、この一態様において、上記アクスルとは、例えばアクスルシャフト、アクスルベアリングである。
【0008】
この一態様によれば、上記車速センサの出力信号から算出された上記各車輪の状態量に基づいて、上記各車輪のアクスル又はホイールの異常を検出する。これにより、各車輪のアクスル又はホイールの異常を検出するためのセンサを配設する必要がない。すなわち、センサを配設する為のスペースが必要なく、さらにセンサに掛かるコストも低減できる。
【0009】
また、この一態様において、車両異常検出装置は所定時間の上記各車輪の状態量に基づいて、上記各車輪のアクスル又はホイールの異常判定に用いる基準状態量を算出し、上記基準状態量と上記各車輪の状態量との比較を行うことにより、上記各車輪のアクスル又はホイールが異常であるか否かを判定するのが好ましい。
【0010】
さらに、この一態様において、上記車速センサからの出力信号は、上記各車輪と共に回転するロータの外周部と上記車速センサとの間の距離とロータ回転数に応じて出力される信号であるのが好ましい。
【0011】
この一態様において、上記各車輪のアクスル又はホイールが異常であると判定されたとき、上記異常を警告する警告部を備えるが好ましい。
【0012】
この一態様において、車両運動特性を制御する車両制御部を更に備え、上記各車輪のアクスル又はホイールが異常であると判定されたとき、上記車両制御部による上記車両運動特性の制御を制限するように制御するのが好ましい。これにより、異常発生時の車両の安全性を確保することができる。ここで、上記車両運動特性の制御を制限するように制御するとは、例えば、エンジン等の動力の出力を所定値まで低下させること、あるいは、アンチロックブレーキ(ABS)等の制動力制御を禁止し、緩やかに所定の制動力をかけること等である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、コストを低減した車両異常検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、ABS(Anti−lock Braking System)の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【0015】
図1は、本発明の一実施例に係る車両異常検出装置を示す図である。
【0016】
図1において、本実施例に係る車両異常検出装置2は、4つの車輪の車軸付近に各々配置され、各車輪12の回転速度及び加速度を検出するABSセンサ等の車速センサ6と、これら車速センサ6が接続され、車速センサ6からの波状の信号に基づいて、演算等を行うABSECU(Anti−lock Braking System Electronic Control Unit)等の制御部4とを備えている。また、制御部4には、制御部4からの信号に基づいて、警告を行うスピーカ等の警告部10が接続されている。
【0017】
図2は、車両異常検出装置2の車速センサ6及びロータを示す図である。
【0018】
図2に示す如く、各シャフト16には、外周部8aに凹と凸が交互に形成されたロータ8が連結されている。また、ロータ8の外周部8aの凸と車速センサ6の先端部6aが所定の距離dとなるように、車速センサ6が固定されている。車速センサ6は、先端部6aにコイルを有し、磁性体であるロータ8の外周部8aの凹と凸に対応して、波状の電圧信号を出力する。すなわち、車速センサ6の先端部6aとロータ8の外周部8aとの距離dとロータ回転数が変動すると、その距離dと回転数の変動に対応して、車速センサ6から出力される電圧信号は変動する。
【0019】
図3は、車速センサ6が出力する電圧信号を示す図である。なお、縦軸は車速センサ6が出力する電圧信号(V)を示し、横軸は時間(秒)を示している。
【0020】
例えば、一つ車輪12が短時間に凹凸路面を転動する場合、ベアリング14のガタ及びシャフト16の撓み等により、この車輪12の車速センサ6の先端部6aとロータ8の外周部8aとの距離dが平滑路面を転動する場合に比較して大きく変動し、車速センサ6から出力される電圧信号は短時間に大きく変動する(図3(b))。
【0021】
車両の4つの車輪12が、凹凸路面を転動する場合、4つの車輪12のいずれについても、車速センサ6の先端部6aとロータ8の外周部8aとの距離dが所定時間継続して大きく変動し、車速センサ6から出力される電圧信号も所定時間継続して大きく変動する(図3(c))。
【0022】
また、車両の右側のみが凹凸路面で左側が平滑路面である場合、右側の車輪12の車速センサ6からの電圧信号のみが所定時間継続して大きく変動し(図3(c))、左側の車輪12の車速センサ6からの電圧信号はあまり変動しない(図3(a))。さらに、4つの車輪12の全てが平滑路面を転動する場合、4つの車輪12の各車速センサ6からの電圧信号は、あまり変動しない(図3(a))。
【0023】
上述したように車両の走行状態を想定した場合、4つの車輪12のうち1つの車輪12の車速センサ6の電圧信号のみが大きく、所定時間継続して変動する場合(図3(c))は、路面の凹凸により車速センサ6の電圧信号が変動しているとは考え難い。すなわち、アクスルベアリング14の破損、アクスルシャフト16の曲がり、ホイール18変形等に起因して、車速センサ6の先端部6aとロータ8の外周部8aとの間の距離dが大きく変動していると考えられる。
【0024】
制御部4は、上述したように1つの車輪12の車速センサ6からの電圧信号のみが大きく、しかも所定時間継続して変動する場合(図3(c))、車輪のアクスル又はホイールが異常であると判断する。
【0025】
次に1つの車輪12の車速センサ6からの電圧信号のみが大きく、しかも所定時間継続して変動する場合に、制御部4が異常判断処理を行うフローについて説明する。
【0026】
まず制御部4は、各車輪12の車速センサ6からの電圧信号に基づいて、各車輪12の振動レベルVibを算出する。次に制御部4は、各車輪12の振動レベル値Vibの平均値を算出し、算出された平均値を基準振動レベル値Vib_refとする。その後、制御部4は各車輪12の振動レベル値Vibを基準振動レベル値Vib_refで除して、各車輪12の振動レベル比較値Kvibを算出することにより、各車輪12の振動レベルの比較を行う。制御部4は、算出された各車輪12の振動レベル比較値Kvibのうち1つの車輪の振動レベル比較値Kvibが所定の値より大きいときに、当該車輪12のアクスル又はホイールが異常であると判定する。
【0027】
次に、上述した制御部4の異常判断処理の詳細なフローを説明する。
【0028】
図4は、制御部4の異常判断処理のフローを示す図である。
【0029】
ステップ100において、後述する変数について以下のように初期値が設定され制御部4のROMに記憶され、ステップ110の処理に移行される。
【0030】
Vib_FR=0、Vib_FL=0、Vib_RR=0、Vib_RL=0
Kvib_FR=0、Kvib_FL=0、Kvib_RR=0、Kvib_RL=0
Vib_ref=0
なお、上記式及び後述する式において、FRとは右側前輪、FLとは左側前輪、RRとは右側後輪、RLとは左側後輪である。
【0031】
ステップ110において、車輪12が回転すると、車輪12と一体となってロータ8が回転する。ロータ8が回転するとロータ8の外周部8aと車速センサ6の先端部6aとの間の距離dとロータ回転数に応じて、車速センサ6は、波状の電圧信号を制御部4に送信する。さらに、制御部4は受信した波状の電圧信号に基づいて4つの車輪12の回転加速度DVX_FR、DVX_FL、DVX_RR及びDVX_RLを算出し、ステップ120の処理に移行する。
【0032】
ステップ120において、制御部4は算出された各車輪12の回転加速度DVX_FR、DVX_FL、DVX_RR及びDVX_RLに対しフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の回転加速度DVW_FR、DVW_FL、DVW_RR及びDVW_RLを算出し、ステップ130の処理に移行する。
【0033】
ステップ130において、制御部4は車輪12の回転加速度DVX_FR、DVX_FL、DVX_RR、DVX_RL、フィルタ処理された車輪12の回転加速度DVW_FR、DVW_FL、DVW_RR、DVW_RL、及び所定の周期T1に基づいて、下記式により各車輪12の振動レベル値Vib_FR、Vib_FL、Vib_RR及びVib_RLを算出し、ステップ140の処理に移行する。
【0034】
【数1】


ステップ140において、制御部4は上記算出された各車輪12の振動レベル値の平均値Vib_refを算出し、この平均値を基準振動レベル値Vib_refとし、ステップ150の処理に移行する。
【0035】
ステップ150において、制御部4は下記式により各車輪12の振動レベル値Vib_FR、Vib_FL、Vib_RR及びVib_RLを算出された基準振動レベル値Vib_refで除して、各車輪12の振動レベル比較値Kvib_FR、Kvib_FL、Kvib_RR及びKvib_RLを算出し、ステップ160の処理に移行する。
【0036】
Kvib_FR=Vib_FR/Vib_ref
Kvib_FL=Vib_FL/Vib_ref
Kvib_RR=Vib_RR/Vib_ref
Kvib_RL=Vib_RL/Vib_ref
ステップ160において、制御部4は算出された各車輪12の振動レベル比較値Kvib_FR、Kvib_FL、Kvib_RR、Kvib_RLのうちで最大の振動レベル比較値MaxKvib(以下、最大比較値と称す)を求める。例えば、右側前輪FRの振動レベル比較値が最大だとすれば、MaxKvib=Kvib_FRとなる。例として、以下、
MaxKvib=Kvib_FRとして説明する。
【0037】
制御部4は、この最大比較値Kvib_FRが第1所定値Thresh_Vib1以上であるか否か(Kvib_FR≧Thresh_Vib1)を判断する。制御部4は、最大比較値Kvib_FRが第1所定値Thresh_Vib1以上であると判断した場合、ステップ170の処理に移行する。また、制御部4は最大比較値Kvib_FRが第1所定値Thresh_Vib1以上でないと判断した場合、この最大比較値Kvib_FRに対応する車輪12、この場合右側前輪FRのアクスル等は正常であると判断し、処理を終了する。
【0038】
ステップ170において、制御部4は最大比較値Kvib_FRを2番目に大きい振動レベル比較値Kvib_2nd(例えば、左側前輪FLとする)で除した値(Kvib_FR/Kvib_FL)を算出し、この算出された値が第2所定値Thresh_Vib2以上であるか否か(Kvib_FR/Kvib_FL≧Thresh_Vib2)を判断する。制御部4は、算出された値が第2所定値Thresh_Vib2以上であると判断した場合、この最大比較値Kvib_FRに対応する車輪12、この場合右側前輪FRのアクスル等を異常と判断し、ステップ180の処理に移行する。制御部4は算出された値が第2所定値以上でないと判断した場合、この最大比較値Kvib_FRに対応する車輪12、この場合右側前輪FRのアクスル等を正常と判断し、処理を終了する。
【0039】
ステップ180において、制御部4はスピーカ10に制御信号を送信し、スピーカ10は制御部4からの制御信号に基づいて、右側前輪FRのアクスル等が異常である旨を音声にて報知する。その後、制御部4はステップ190の処理に移行する。
【0040】
ステップ190において、制御部4は第1所定値Thresh_Vib1から第3所定値Aを減算した値(Thresh_Vib1−A)を算出し、ステップ170においてアクスル等の異常と判断した車輪12、この場合右側前輪FRの振動レベル比較値Kvib_FRが上記算出された値未満(Kvib_FR<Thresh_Vib1−A)であるか否かを所定時間T2、判断する。制御部4は振動レベル比較値が算出された値未満(Kvib_FR<Thresh_Vib1−A)であると判断した場合、ステップ170においてアクスル等の異常とした車輪12、この場合右側前輪FRについての判断を異常から正常に変更し、処理を終了する。制御部4は車輪12の振動レベル比較値が算出された値未満(Kvib_FR<Thresh_Vib1−A)でないと判断した場合、ステップ200の処理に移行する。
【0041】
ステップ200において、制御部4は第2所定値Thresh_Vib2から第4所定値Bを減算した値(Thresh_Vib2―B)を算出し、ステップ170においてアクスル等の異常と判断した車輪12、この場合右側前輪FRの振動レベル比較値Kvib_FRを2番目に大きい振動レベル比較値Kvib_2nd(この場合、左側前輪FL)で除した値(Kvib_FR/Kvib_FL)を算出する。次に制御部4は、上記除した値が上記減算した値未満(Kvib_FR/Kvib_FL<Thresh_Vib2―B)であるか否か所定時間T2、判断する。制御部4は上記除した値が上記減算した値未満(Kvib_FR/Kvib_FL<Thresh_Vib2―B)であると判断した場合、ステップ170においてアクスル等の異常とした車輪12、この場合右側前輪FRについての判断を異常から正常に変更し、処理を終了する。制御部4は上記除した値が上記減算した値未満(Kvib_FR/Kvib_FL<Thresh_Vib2―B)であると判断した場合、ステップ170においてアクスル等の異常とした車輪12、この場合右側前輪FRについての判断を維持し、処理を終了する。なお、上記第3所定値A及び第4所定値Bは、Kvib値のハンチング防止をするのに最適な値が制御部4に設定されている。
【0042】
以上のように、ABS車速センサ、ABSコンピュータ等のABSシステムを利用して、アクスル等の異常振動を検出できることから、振動センサを配設する必要がない。これにより、振動センサを配設する為のスペースを設ける必要なく、また振動センサに掛かるコストを低減することができる。
【0043】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【0044】
例えば、各車輪12の振動レベル値Vib_FR、Vib_FL、Vib_RR及びVib_RLを下記式(1)又は式(2)により算出してもよい。
【0045】
Vib_FR=(DVW_FR)2
Vib_FL=(DVW_FL)2 式(1)
Vib_RR=(DVW_RR)2
Vib_RL=(DVW_RL)2

Vib_FR=|DVW_FR|
Vib_FL=|DVW_FL|
Vib_RR=|DVW_RR| 式(2)
Vib_RL=|DVW_RL|
また、制御部4は瞬間的な大きな振動レベル値による影響を避ける為に、上記式(1)及び式(2)により算出した振動レベル値Vib_FR、Vib_FL、Vib_RR及びVib_RLに対し、以下の式によりフィルタ処理を行ってもよい。
【0046】
【数2】


上記式において、n及びmは算出した振動レベル値の前回値と今回値の重み付けを設定する任意の自然数であり、m≧nとする。
【0047】
また、基準振動レベル値は、各車輪12の振動レベルの平均値としているが、各車輪12の振動レベル値Vib_FR、Vib_FL、Vib_RR及びVib_RLのうち最小の振動レベル値としてもよい。
【0048】
さらに、制御部4は各車輪12の振動レベル比較値Kvib_FR、Kvib_FL、Kvib_RR、Kvib_RLのうち1つの振動レベル比較値が第3所定値Thresh_Vib3以上である場合、この1つの振動レベル比較値に対応する車輪12のアクスル等が異常であると判断してもよい。
【0049】
ステップ190において、制御部4はスピーカ10に信号を送信すると共に、例えばエンジン制御装置のような車両制御装置に制御信号を送信し、エンジンの出力を所定値まで低下させる等の車両の安全を確保する状態へ制御するようにしてもよい。また、ステップ190において、制御部4はスピーカ10に信号を送信すると共に、例えばABS装置に制御信号を送信し、ABS装置の制動力制御を禁止し、緩やかに所定の制動力をかける等の車両の安全を確保する状態へ制御するようにしてもよい。さらに、ステップ190において、制御部4はスピーカ10に信号を送信すると共に、例えば制動力配分制御を行うEBD(Electronic Brake Force Distribution)、横滑り防止装置であるVSC(Vehicle Stability Control)、路面状況に応じた駆動力を確保するTRC(Traction Control System)、制動力の補助を行うBA(Brake Assist System)、又は車両の走行速度に応じてステアリングギア比を最適な状態に調整するVGRS(Variable Gear Ratio Steering)等に制御信号を送信し、これらEBD、VSC、TRC、BA又はVGRSの制御を禁止する等の制限を行い車両の安全を確保する状態へ制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の一実施例に係る車両異常検出装置を示す図である。
【図2】本発明の一実施例に係る車両異常検出装置の車速センサ及びロータを示す図である。
【図3】車速センサが出力する電圧信号を示す図である。
【図4】本発明の一実施例に係る車両異常検出装置の制御部の異常判断処理のフローを示す図である。
【符号の説明】
【0051】
2 車両異常検出装置
4 制御部
6 車速センサ
6a 先端部
8 ロータ
10 スピーカ




 

 


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