(57)【要約】【課題】  特に接着剤の剥離に起因する故障を精度よく検出することができる車体の故障診断装置を提供する。【解決手段】  車体１０上の検出部位に作用する加速度を各加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒで検出するとともに、路面から左前輪１１Ｌを通じて車体１０に入力される力を力検出センサ２５で検出する。ＦＦＴアナライザ６は、これらに基づいて車体１０への力の入力に対する加速度応答の各周波数伝達関数を演算する。制御ユニット５は、ＦＦＴアナライザ６で演算した各周波数伝達関数を、接着剤の剥離がない状態で同様に予め求めた各基準周波数伝達関数と比較し、その結果、特定の周波数伝達関数の特定の周波数領域に設定以上の相違が発生しているとき、接着剤の剥離を判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接と接着剤とを併用するウェルドボンド工法を板金の接合に用いた車体の故障診断装置であって、
車体上に設定された検出部位に作用する加速度を検出する加速度検出手段と、
路面から車輪を通じて車体に入力される力を検出する力検出手段と、
上記加速度検出手段で検出した加速度と上記力検出手段で検出した力とに基づいて、車体への力の入力に対する加速度応答の周波数伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、
接着剤の剥離のないときの車体上の上記検出部位に作用する加速度と車体に入力される力とに基づいて予め演算された車体への入力に対する加速度応答の周波数伝達関数を基準周波数伝達関数として格納する基準値格納手段と、
上記伝達関数演算手段で演算された周波数伝達関数と上記基準値格納手段に格納された基準周波数伝達関数とを比較し、特定の周波数領域が相違する場合に車体上の接着剤の剥離を検出する剥離検出手段とを備えたことを特徴とする車体の故障診断装置。
【請求項２】
上記検出部位は、車体上で荷重や歪が集中する部位或いはその近傍に配設されていることを特徴とする請求項１記載の車体の故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接と接着剤とを併用したウェルドボンド工法を板金の接合に用いた車体に対し、主として接着剤の剥離に起因する故障を検出する車体の故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されているように、従来より、板金の接合強度を向上するための技術として、スポット溶接を用いた板金の接合部に接着剤を充填するウェルドボンド工法が知られている。そして、このようなウェルドボンド接合を車体骨格を構成する各種パネル等の板金接合に適用することにより、車体剛性を向上し、特に、操縦安定性等を効率的に向上することが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−８２１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
その一方で、接着剤は溶接に比べて経時変化による剥離が発生しやすい。従って、特に、荷重や歪が集中する部位をウェルドボンド工法を用いて接合した車体においては、万が一に備え、接着剤の剥離を監視することが望ましい。しかしながら、このような接着剤の剥離を精度よく検出するための技術は十分に確立されていないのが現状である。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に接着剤の剥離に起因する故障を精度よく検出することができる車体の故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、スポット溶接と接着剤とを併用するウェルドボンド工法を板金の接合に用いた車体の故障診断装置であって、車体上に設定された検出部位に作用する加速度を検出する加速度検出手段と、路面から車輪を通じて車体に入力される力を検出する力検出手段と、上記加速度検出手段で検出した加速度と上記力検出手段で検出した力とに基づいて、車体への力の入力に対する加速度応答の周波数伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、接着剤の剥離のないときの車体上の上記検出部位に作用する加速度と車体に入力される力とに基づいて予め演算された車体への入力に対する加速度応答の周波数伝達関数を基準周波数伝達関数として格納する基準値格納手段と、上記伝達関数演算手段で演算された周波数伝達関数と上記基準値格納手段に格納された基準周波数伝達関数とを比較し、特定の周波数領域が相違する場合に車体上の接着剤の剥離を検出する剥離検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の車体の故障診断装置によれば、特に接着剤の剥離に起因する故障を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１は車体の故障診断装置の構成図、図２は車体の故障診断ルーチンを示すフローチャート、図３は車体に配設した各センサの一例を示す配置図、図４は１節ねじりのモードによる歪の分布を示す説明図、図５は２節曲げのモードにより歪の分布を示す説明図、図６は横曲げのモードによる歪の分布を示す説明図、図７（ａ）は基準周波数伝達関数の一例を示す図表であり（ｂ）は接着剤剥離時の周波数伝達関数の一例を示す図表である。
【０００８】
図１において符号１は、車体の故障診断装置を示す。この故障診断装置１は、車体１０（図３参照）を構成する板金の各接合部の要所にスポット溶接と接着剤とを併用したウェルドボンド工法を採用した車両に搭載され、主として、接着剤の剥離に起因する車体の故障を検出する。
【０００９】
ここで、車体剛性を効率的に向上するため、本実施形態の車体１０では、例えば、設計時等に、予めモード解析等が行われる。そして、この解析の結果に基づき、車体１０上で歪が集中する部位が特定され、当該部位の板金接合に、適宜、ウェルドボンド工法が適用される。
【００１０】
具体的に説明すると、本実施形態では、例えば、車体１０の設計時に、１節ねじりのモード（車体１０の前側と後側で逆方向にねじるモード）、２節曲げ（縦曲げ）のモード（車体中央部を上方に突出させるように曲げるモード）、横曲げのモードの３つのモードについて解析が行われる。本実施形態の車体１０において、１節ねじりのモードでは、例えば、図４に示すように、車体１０のＡピラー１４Ｌ、１４Ｒ等の部位において、特に荷重が集中し、歪が大きくなっている。また、２節曲げのモードでは、例えば、図５に示すように、車体１０のＢピラー１５Ｌ，１５Ｒの上部、Ｃピラー１６Ｌ，１６Ｒの上部、フロアリヤクロスメンバ１８、リヤフロアパン１９の前部等において、特に荷重が集中し、歪が大きくなっている。また、横曲げのモードでは、例えば、図６に示すように、フロントサイドフレーム１２Ｌ，１２Ｒ、Ａピラー１４Ｌ，１４Ｒ等の部位において、特に荷重が集中し、歪が大きくなっている。このような解析結果に基づき、本実施形態では、特に歪が集中する車体１０上の部位で接合される板金間に、接着剤が充填されている。
【００１１】
故障診断装置１は、例えば、制御ユニット５を中心に構成され、この制御ユニット５にはＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）アナライザ６が接続されている。
【００１２】
ＦＦＴアナライザ６は、入力された信号波形をデジタル的にサンプリングすることにより、入力信号をデータとして記憶し、このデータから高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて短時間でフーリエ係数を求める。すなわち、ＦＦＴアナライザ６は、入力信号を単純な周波数に分解し、各周波数成分のスペクトル分布を生成する。
【００１３】
このＦＦＴアナライザ６には、車体１０上に設定された検出部位に作用する加速度を検出するための加速度検出手段として、例えば、左右対をなす８個の加速度センサ２１Ｌ，２１Ｒ，２２Ｌ，２２Ｒ，２３Ｌ，２３Ｒ，２４Ｌ，２４Ｒが接続されている。ここで、車体１０上での加速度の検出部位（すなわち、各加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒの配設部位）は、車体１０上に任意に設定することが可能であるが、荷重が集中する部位（換言すれば、板金間に接着剤が充填された部位）での加速度の変化を精度よく検出するため、当該荷重が集中する部位或いはその近傍に設定されることが望ましい。このため、本実施形態においては、例えば、図３に示すように、加速度センサ２１Ｌ，２１Ｒの配設部位は、左右のフロントサイドフレーム１２Ｌ，１２Ｒの略中央位置にそれぞれ設定されている。また、加速度センサ２２Ｌ，２２Ｒの配設部位は、例えば、左右のＡピラー１４Ｌ，１４Ｒとサイドシル１３Ｌ，１３Ｒとの連結部の近傍にそれぞれ設定されている。また、加速度センサ２３Ｌ，２３Ｒの配設部位は、例えば、左右のＢピラー１５Ｌ，１５Ｒとサイドシル１３Ｌ，１３Ｒとの連結部の近傍にそれぞれ設定されている。また、加速度センサ２４Ｌ，２４Ｒの配設部位は、例えば、左右のＤピラー１６Ｌ，１６Ｒとリヤフロアパン１９との連結部の近傍に設定されている。そして、各加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒは、各配設部位（検出部位）で車体１０に作用する３軸方向の加速度（例えば、車幅方向、車体前後方向、及び、車体上下方向の各加速度）をそれぞれ検出する。
【００１４】
また、ＦＦＴアナライザ６には、路面から車輪を通じて車体１０に入力される力を検出するための力検出手段として、力検出センサ２５が接続されている。ここで、力検出センサ２５は、例えば、図３に示すように、左前輪１１Ｌのハウジングに埋設されたいわゆるＭＡＳＳ（Multi Axial Sensing System：多軸センシングシステム）センサで構成され、路面から車輪（左前輪１１Ｌ）を通じて車体１０に入力される３軸方向の力（例えば、車幅方向、車体前後方向、及び、車体上下方向の各力）を検出する。
【００１５】
そして、ＦＦＴアナライザ６は、各車速センサ２１Ｌ〜２４Ｒを用いて各検出部位で検出された各加速度のデータを力検出センサ２５で検出された力のデータで正規化し、このデータを高速フーリエ変換することにより、車輪（左前輪１１Ｌ）を通じて車体１０に入力された力に対する加速度応答の周波数伝達関数を演算する。この場合、加速度応答の周波数伝達関数は、例えば、図７に示すように、横軸を周波数（Ｈｚ）、縦軸を振動の応答（加速度／力）とする周波数成分のスペクトル分布で表され、１つの加速度センサに対応して９通り演算される。すなわち、ＦＦＴアナライザ６は、路面からの車幅方向の力の入力に対し、車体１０上の各検出部位での車幅方向、車体前後方向、車体上下方向の加速度応答の周波数伝達関数をそれぞれ演算する。また、路面からの車体前後方向の力の入力に対し、車体１０上の各検出部位での車幅方向、車体前後方向、車体上下方向の加速度応答の周波数伝達関数をそれぞれ演算する。さらに、路面からの車体上下方向の力の入力に対し、車体１０上の各検出部位での車幅方向、車体前後方向、車体上下方向の加速度応答の周波数伝達関数をそれぞれ演算する。そして、ＦＦＴアナライザ６は、演算した各周波数伝達関数（８個の加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒを有する本実施形態においては、８×９個の周波数伝達関数）を制御ユニット５に出力する。このように、本実施形態において、ＦＦＴアナライザ６は、伝達関数演算手段としての機能を実現する。
【００１６】
制御ユニット５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェイス等（何れも図示せず）がバスラインを介して互いに接続するマイクロコンピュータを中心に構成され、制御ユニット５のＲＯＭ内には、各種制御プログラム等に加えて、各検出部位での加速度応答の周波数伝達関数に係る各種情報が格納されている。
【００１７】
具体的には、制御ユニット５のＲＯＭ内には、車体１０上の接着剤が何れも剥離していないときの各検出部位に作用する加速度と車体に入力される力とに基づいて予め演算された加速度応答の各周波数伝達関数（８×９個の周波数伝達関数）が、それぞれ基準周波数伝達関数として格納されている。ここで、各基準周波数伝達関数は、例えば、車体１０上の接着剤が何れも剥離していない状態の実車を用いたベンチ試験において、左前輪１１Ｌの各方向に１Ｎの力を加えた場合に、車体１０上の各検出部位で検出される各加速度に基づいて演算されるものである。
【００１８】
また、制御ユニット５のＲＯＭ内には、車体１０上の各部位で接着剤の剥離が発生した場合の加速度応答の各周波数伝達関数に係る情報（以下、剥離時周波数情報と称す）が格納されている。すなわち、車体１０上で接着剤の剥離が発生して車体剛性が局所的に変化（低下）すると、その剥離部位に応じて、特定の周波数伝達関数の特定の周波数領域に変化が生じる。例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、ある接着剤の塗布部位に剥離が発生すると、当該剥離部位に対応する特定の周波数伝達関数において特定の周波数領域内の共振周波数が低周波数側に移動し、且つ、そのレベルも変化する。そこで、本実施形態において、制御ユニット５のＲＯＭ内には、車体１０上での接着剤の剥離部位と、当該剥離によって顕著に変化する周波数伝達関数及びその周波数領域との各関係についての情報が、剥離時周波数情報として予めデータベース化されて格納されている。ここで、上記剥離時周波数情報は、例えば、車体１０上の様々な部位の接着剤を適宜剥離させた状態で実車のベンチ試験を各種行い、得られた各周波数伝達関数を解析することによって求められるものである。
【００１９】
そして、制御ユニット５は、ＦＦＴアナライザ６から入力される各周波数伝達関数と対応する基準周波数伝達関数との間で各周波数成分のマッチング処理を行う。その結果、各周波数成分間で設定以上の相違が検出された場合、制御ユニット５は、剥離時周波数情報を参照して車体１０上に接着剤の剥離が発生しているか否かを調べ、接着剤の剥離を検出した場合には、さらに、その剥離部位を検出する。このように、本実施形態において、制御ユニット５は、基準値格納手段、剥離検出手段としての各機能を実現する。
【００２０】
ここで、図１に示すように、制御ユニット５には、接着剤の剥離等に起因する車体１０の故障を検出した際に、ドライバに対して警告を発するための警報装置３０が接続されている。本実施形態において、警報装置３０は、例えば、コンビネーションメータ上に配設されたランプを有して構成され、故障発生時にランプを点滅させることでドライバに警告を発し、ディーラ等のサービス工場への入庫による点検・修理を促す。
【００２１】
また、制御ユニット５には、故障診断ツール３１が外部接続可能となっている。この故障診断ツール３１は、車載の各制御ユニットから故障部位やトラブルデータ等の内部情報を読み出すためのもので、サービス工場では、故障診断ツール３１で読み出された内部情報に基づいて点検・修理が行われる。
【００２２】
次に、制御ユニット５による車体１０の故障診断について、図２に示す故障診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。  
このルーチンは設定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、制御ユニット５は、先ず、ステップＳ１０１において、故障診断ツール３１が接続されているか否かを調べる。その結果、故障診断ツール３１が接続されていると判定すると、制御ユニット５は、ステップＳ１１１に進む。そして、ＲＯＭ内に接着剤の剥離部位に係る情報が記憶されている場合には、当該情報を車体１０の故障情報として故障診断ツール３１に出力した後、ルーチンを抜ける。なお、剥離部位に係る情報は、後述のステップＳ１０８において適宜記憶されるものである。
【００２３】
一方、故障診断ツール３１が接続されていないと判定してステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、制御ユニット５は、ＦＦＴアナライザ６から周波数伝達関数を入力し、続くステップＳ１０３で、基準周波数伝達関数を読み出す。
【００２４】
そして、ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、制御ユニット５は、ＦＦＴアナライザ６から入力した周波数伝達関数と対応する基準周波数伝達関数との全ての組み合わせについてマッチング処理が終了したか否かを調べる。その結果、制御ユニット５は、全てのマッチング処理が終了していると判定した場合にはステップＳ１０９に進み、一方、全てのマッチング処理が終了していないと判定した場合にはステップＳ１０５に進む。
【００２５】
ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、制御ユニット５は、ＦＦＴアナライザ６から入力された周波数伝達関数の中から、未だマッチング処理が行われていないものを抽出し、対応する基準周波数伝達関数との間で各周波数成分のマッチング処理を行い、続くステップＳ１０６において、剥離時周波数情報に規定される特定の周波数成分が設定以上相違しているか否かを調べる。その結果、制御ユニット５は、特定の周波数成分に設定以上の相違がないと判定した場合にはステップＳ１０４に戻る。
【００２６】
一方、ステップＳ１０６において、特定の周波数成分に設定以上の相違があると判定した場合（すなわち、車体１０上に接着剤の剥離を検出した場合）、制御ユニット５は、ステップ１０７に進み、相違している周波数成分に基づいて接着剤の剥離部位を検出し、続くステップＳ１０８において、検出した剥離部位をＲＯＭ内に記憶した後、ステップＳ１０４に戻る。
【００２７】
また、ステップＳ１０４からステップＳ１０９に進むと、制御ユニット５は、上述のステップＳ１０４〜ステップＳ１０８までの処理で車体１０上の接着剤の剥離が検出されたか否かを調べ、接着剤の剥離が検出されていないと判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。
【００２８】
一方、ステップＳ１０９において、接着剤の剥離が検出されていると判定した場合には、制御ユニット５は、ステップＳ１１０に進み、警報装置を通じてドライバに警告を行った後、ルーチンを抜ける。
【００２９】
このような実施形態によれば、車体１０上の検出部位に作用する加速度を検出するとともに、路面から左前輪１１Ｌを通じて車体１０に入力される力を検出して、これらに基づいて車体１０への力の入力に対する加速度応答の各周波数伝達関数を演算し、演算した各周波数伝達関数を、接着剤の剥離のない状態で同様に予め求めた各基準周波数伝達関数と比較することにより、簡便なシステムで、接着剤の剥離に起因する車体の故障を高精度且つリアルタイムで監視することができる。この場合、特に、接着剤の剥離を検出するパラメータとして、路面から車輪を通じて車体１０に入力する力に対する各部位での加速度応答の周波数伝達関数を用いることにより、車両の走行状態に関係なく常に正規化されたパラメータを用いることができ、接着剤の剥離検出を画一的に処理することができる。また、接着剤が剥離した場合には、当該接着剤の剥離部位に応じて、特定の周波数伝達関数における特定の周波数領域が変化するので、剥離部位についても容易に検出することができる。
【００３０】
また、各加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒの配設位置を車体１０上で荷重や歪が集中する部位或いはその近傍に設定することにより、特に監視が必要な車体１０上の部位についての接着剤の剥離を精度よく検出することができる。
【００３１】
なお、上述の実施形態においては、力検出センサ２５で検出される各軸方向の力と、各加速度センサ２１Ｌ〜２４Ｒで検出される各軸方向に加速度との全ての組み合わせについてそれぞれ周波数伝達関数求め、対応する基準周波数伝達関数と比較する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら周波数伝達関数と対応する基準周波数伝達関数との比較は、特に、剛性上重要な部位の接着剤が剥離した際に、顕著な変化が現れる組み合わせのみについて行ってもよいことは勿論である。
【００３２】
また、力検出センサ２５の取り付けは、左前輪１１Ｌに限定されるのもではなく任意の車輪に取り付けることが可能である。さらに、力検出センサを取り付ける車輪は、単一の車輪に限らず、複数の車輪に取り付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】車体の故障診断装置の構成図
【図２】車体の故障診断ルーチンを示すフローチャート
【図３】車体に配設した各センサの一例を示す配置図
【図４】１節ねじりのモードによる歪の分布を示す説明図
【図５】２節曲げのモードにより歪の分布を示す説明図
【図６】横曲げのモードによる歪の分布を示す説明図
【図７】（ａ）は基準周波数伝達関数の一例を示す図表であり（ｂ）は接着剤剥離時の周波数伝達関数の一例を示す図表
【符号の説明】
【００３４】
１  …  故障診断装置
５  …  制御ユニット（基準値格納手段、剥離検出手段）
６  …  ＦＦＴアナライザ（伝達関数演算手段）
１０  …  車体
１１Ｌ  …  左前輪（車輪）
２１Ｌ〜２４Ｒ  …  加速度センサ（加速度検出手段）
２５  …  力検出センサ（力検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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