DE112019001422T5

DE112019001422T5 - Vorrichtung zur schätzung des ermüdungsgrades einesantriebskraftübertragenden bauteils und verfahren zur schätzung des ermüdungsgrades einer antriebskraftübertragungskomponente

Info

Publication number: DE112019001422T5
Application number: DE112019001422.6T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Fukuda
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN111868416A; US20210010581A1; JP2019162949A; WO2019182023A1; JP7243025B2; CN111868416B

Abstract

Diese Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades eines antriebskraftübertragenden Bauteils ist eine Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades eines antriebskraftübertragenden Bauteils in einem antriebskraftübertragenden System von einem Motor/Generator (Antriebsquelle) zu einem Antriebsrad (Rad), und ist versehen mit einer Schätzsektion, die den Ermüdungsgrad der antriebskraftübertragenden Komponente auf der Grundlage der Größe und Richtung des auf die antriebskraftübertragende Komponente wirkenden Drehmoments schätzt, und einer Ausgabesektion, die ein Signal ausgibt, das angibt, dass der Ermüdungsgrad einen Schwellenwert überschritten hat, wenn der Ermüdungsgrad einen im Voraus festgelegten vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung des Ermüdungsgrades einer Kraftübertragungskomponente.
Stand der Technik
Patentliteratur (im Folgenden als „PTL“ bezeichnet) 1 beschreibt eine Technik zur quantitativen Bestimmung des Zustands eines Motors oder eines Getriebes. Gemäß PTL 1 wird der auf den Motor oder das Getriebe ausgeübte Lastzustand durch einen Drehmomentsensor, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und/oder ähnliches erfasst, und der Zustand des Motors oder des Getriebes wird quantitativ auf der Grundlage der kumulativen Zeit bestimmt, in der der Wert der erfassten Last größer als ein vorbestimmter Schwellenwert und/oder ähnliches ist.
Zitierliste
Patentliteratur
PTL1
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-243924
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist erwünscht, den Ermüdungsgrad für jede Komponente, die das Kraftübertragungssystem bildet, abzuschätzen. PTL 1 offenbart, dass das Beurteilungsergebnis über den Zustand des Motors und des Getriebes als Beurteilungsgrundlage für die Durchführung von Inspektions- und Wartungsarbeiten am Fahrzeug verwendet wird, gibt jedoch nicht ausdrücklich an, wie das Beurteilungsergebnis zu verwenden ist.
In den letzten Jahren sind ein Elektrofahrzeug (EV), das von einem elektrisch angetriebenen Motor angetrieben wird, und ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), das einen Verbrennungsmotor und den Motor zusammen verwendet, populär geworden. In einigen Fällen wird die elektrische Leistungsrückgewinnung durch die Verwendung des Motors im EV oder HEV durchgeführt. Die auf das Antriebsübertragungssystem ausgeübte Last unterscheidet sich bei der elektrischen Leistungsrückgewinnung von der bei normaler Fahrt, so dass es notwendig ist, den Ermüdungsgrad für jedes Teil unter Berücksichtigung dessen abzuschätzen.
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades und ein Verfahren zur Schätzung des Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente bereitzustellen, die in der Lage sind, den Ermüdungsgrad für jede Komponente des Kraftübertragungssystems zu schätzen.
Lösung des Problems
Eine Ermüdungsgrad-Schätzvorrichtung für eine Kraftübertragungskomponente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Ermüdungsgrad-Schätzvorrichtung für die Kraftübertragungskomponente in einem Kraftübertragungssystem von einer Antriebsquelle zu einem Rad, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Schätzsektion zum Schätzen eines Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente auf der Grundlage einer Größe und einer Richtung des auf die Kraftübertragungskomponente wirkenden Drehmoments; und eine Ausgabesektion zum Ausgeben eines Signals, das angibt, dass der Ermüdungsgrad einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wenn der Ermüdungsgrad den Schwellenwert überschreitet.
Ein Ermüdungsgrad-Schätzverfahren für eine Kraftübertragungskomponente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Ermüdungsgrad-Schätzverfahren für die Kraftübertragungskomponente in einem Kraftübertragungssystem von einer Antriebsquelle zu einem Rad, wobei das Verfahren umfasst: Schätzen eines Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente auf der Grundlage einer Größe und einer Richtung des auf die Kraftübertragungskomponente wirkenden Drehmoments; und Ausgeben eines Signals, das angibt, dass der Ermüdungsgrad einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wenn der Ermüdungsgrad den Schwellenwert überschreitet.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenlegung kann der Ermüdungsgrad für jede Komponente des Kraftübertragungssystems geschätzt werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild, das eine Fahrzeugkonfiguration gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
2 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration einer Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrads zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ermüdungsgradschätzverfahrens, das in der Schätzsektion für jede Komponente des Kraftübertragungssystems durchgeführt wird;
4 ist ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Getrieberads als Beispiel für eine Komponente eines Kraftübertragungssystems;
5 ist ein Schaubild, das das T-N-Diagramm einer bestimmten Komponente eines Kraftübertragungssystems zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Berechnungsprozesses des kumulativen Ermüdungsschädigungsgrades, der in der Schätzsektion durchgeführt wurde; und
7 ist ein Diagramm, das eine Fahrzeugkonfiguration gemäß Ausführungsform 2 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es gibt Fälle, in denen eine detailliertere Beschreibung als notwendig, z.B. eine detaillierte Beschreibung bereits bekannter Sachverhalte, eine doppelte Beschreibung im Wesentlichen der gleichen Konfiguration und/oder ähnliches, ausgelassen wird.
<Ausgestaltung 1>
1 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration eines Fahrzeugs 1 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei Fahrzeug 1 gemäß Ausführungsform 1 um ein EV, das von einem Motor/Generator als Antriebsquelle angetrieben wird.
[Konfiguration von Fahrzeug 1]
Fahrzeug 1 umfasst Motor/Generator 3, Kupplung 4, Getriebe 5, Kardanwelle 6, Enduntersetzungsgetriebe 7, Antriebswellen 8, 8 und Antriebsräder 9, 9. In Verkörperung 1 umfasst das Kraftübertragungssystem 2 das Getriebe 5, die Kardanwelle 6, das Enduntersetzungsgetriebe 7 und die Antriebswellen 8.
[Konfiguration der Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrades]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 die Konfiguration der Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrades für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 beschrieben. 2 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration der Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrads veranschaulicht. Die Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrads umfasst die Eingangssektion 21, die Schätzsektion 22, die Ausgabesektion 23 und die Speichersektion 24. In der Ausführungsform 1 ist die Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrads am Fahrzeug 1 montiert.
Eingangssektion 21 empfängt Informationen bezüglich des Betriebszustands von Motor/Generator 3 während der Fahrt von Fahrzeug 1, Zeitinformationen vom Zeitgeber 11 und die Eingabe der Schaltpositionsinformation vom Schaltpositionssensor 12. Der Betriebszustand von Motor/Generator 3 umfasst einen Kraftfahrzustand, in dem Motor/Generator 3 die Antriebsräder 9 dreht, und einen regenerativen Zustand, in dem Motor/Generator 3 durch die Drehung der Antriebsräder 9 gedreht wird, um das Drehmoment zu absorbieren. Die Informationen in Bezug auf den Betriebszustand umfassen Informationen einschließlich der Drehzahl, der Spannung, des Stroms, der Frequenz und/oder ähnlichem von Motor/Generator 3 im Kraftfahrzustand oder im regenerativen Zustand von Fahrzeug 1.
Die Schätzsektion 22 bewertet den Ermüdungsgrad jeder Komponente des Kraftübertragungssystems 2 auf der Grundlage der in der Eingangssektion 21 eingegebenen Information bezüglich des Betriebszustands, der Zeitinformation und der Schaltposi tionsinformation.
Die Ausgabesektion 23 gibt ein Benachrichtigungssignal an die Benachrichtigungssektion 30 in dem Fall aus, wenn der Ermüdungsgrad höher als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, und zwar auf der Grundlage des Bewertungsergebnisses in der Schätzsektion 22.
Speichersektion 24 speichert verschiedene Daten, die bei der Schätzung des Ermüdungsgrades jeder Komponente des Kraftübertragungssystems 2 in Schätzsektion 22 verwendet werden. Als Beispiel speichert Speichersektion 24 Daten in Bezug auf die Eigenschaften von Motor/Generator 3 und Daten in Bezug auf den Ermüdungsbruch, die im Voraus für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 erhalten wurden.
Benachrichtigungssektion 30 ist z.B. eine Instrumententafel und/oder ähnliches von Fahrzeug 1, und auf der Instrumententafel und/oder ähnlichem wird angezeigt, dass der Ermüdungsgrad der Komponenten des Kraftübertragungssystems 2 höher als der vorgegebene Schwellenwert geworden ist. Es ist wünschenswert, dass Benachrichtigungssektion 30 mitteilt, bei welcher Komponente innerhalb der Komponenten des Kraftübertragungssystems 2 der Ermüdungsgrad erhöht ist. Die Meldeform von Benachrichtigungssektion 30 ist in der vorliegenden Meldung nicht besonders beschränkt. Die Benachrichtigungssektion 30 kann ein Alarm und/oder ähnliches sein.
[Verarbeitung der Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades 20]
Als nächstes wird das Verfahren zur Schätzung des Ermüdungsgrades für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 ausführlich beschrieben, das durch die Schätzsektion 22 der Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades 20 durchgeführt wird.
3 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ermüdungsgradschätzverfahrens, das in Schätzsektion 22 für jede Komponente des Leistungsübertragungssystems 2 durchgeführt wird. Der in 3 dargestellte Prozess wird während der Fahrt von Fahrzeug 1 wiederholt mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Zunächst erhält die Schätzsektion 22 in Schritt S1 Fahrtinformationen von Fahrzeug 1, wie z.B. Informationen bezüglich des in Eingangssektion 21 eingegebenen Betriebszustands, die Zeitinformation, die Schaltpositionsinformation und/oder ähnliches.
Im Schritt S2 speichert die Schätzsektion 22 die von der Eingangssektion 21 empfangene Fahrtinformation in der Speichersektion 24.
Im Schritt S3 schätzt die Schätzsektion 22 in Schritt S3 den Ermüdungsgrad (kumulativer Ermüdungsschädigungsgrad) für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 auf der Grundlage der in Speichersektion 24 gespeicherten Information. Der Ermüdungsgrad (kumulativer Ermüdungsschädigungsgrad) ist ein Wert der Digitalisierung der bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt akkumulierten Ermüdung, wobei der Wert, wenn eine Komponente durch Ermüdung gebrochen ist, auf 1 gesetzt wird. Eine Methode zur Berechnung des kumulativen Ermüdungsschädigungsgrades für jede Komponente wird später beschrieben.
In Schritt S4 bestimmt Schätzsektion 22 für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2, ob der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad höher als der vorgegebene Schwellenwert ist. Da die Komponente geschädigt ist, wenn der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad 1 wird, wird der vorgegebene Schwellenwert z.B. auf einen Wert nahe 0,9 oder 1 gesetzt. Für den Fall, dass der Benutzer von Fahrzeug 1 die Benachrichtigung unmittelbar vor der Zerstörung der Komponente erhalten möchte, kann der Schwellenwert beispielsweise auf einen Wert nahe 1 gesetzt werden, und für den Fall, dass der Benutzer die Benachrichtigung vorher erhalten möchte, kann der Schwellenwert auf 0,9 o.ä. gesetzt werden.
Wird in Schritt S4 festgestellt, dass der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad der Komponente des Kraftübertragungssystems 2 höher ist als der Schwellenwert (Schritt S4:JA), fährt der Prozess mit Schritt S5 fort. Dann, im Schritt S5, beendet die Schätzsektion 22 den Prozess, nachdem sie die Ausgabesektion 23 veranlasst hat, durch die Benachrichtigungssektion 30 zu melden, dass der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad des entsprechenden Teils hoch ist.
Andererseits, in Schritt S4, in dem Fall, dass der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad des Kraftübertragungssystems 2 nicht als höher bestimmt wird (Schritt S4:NEIN), beendet Schätzsektion 22 den Prozess, ohne dass Ausgabesektion 23 veranlasst wird, die Benachrichtigung durch Benachrichtigungssektion 30 durchzuführen.
[Beziehung zwischen der Richtung des auf die Komponente wirkenden Drehmoments und dem Teil, worin sich die Ermüdung akkumuliert]
Gemäß Ausführungsform 1 berechnet Schätzsektion 22 den kumulativen Ermüdungsschädigungsgrad der Komponente des Kraftübertragungssystems 2 auf der Grundlage des auf die Komponente wirkenden Drehmoments. In dieser Darstellung wird der kumulative Ermüdungsschadensgrad detaillierter bewertet, indem der kumulative Ermüdungsschadensgrad für jede Richtung des auf die Komponente wirkenden Drehmoments berechnet und unabhängig voneinander akkumuliert wird. Im Folgenden wird die Beziehung zwischen der Richtung des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments und dem Teil, worin sich die Ermüdung akkumuliert, beschrieben.
Gemäß Ausführungsform 1 werden Getriebe 5, Kardanwelle 6, Enduntersetzungsgetriebe 7 und Antriebswellen 8 als Komponenten des Kraftübertragungssystems 2 angenommen. Mit anderen Worten, die Komponenten des Kraftübertragungssystems 2 sind entweder Zahnräder oder Wellen.
Wenn Fahrzeug 1 mit dem Ausgangsdrehmoment von Motor/Generator 3 fährt, führt jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 eine Drehbewegung jeweils mit dem Ausgangsdrehmoment aus und überträgt das Ausgangsdrehmoment auf die Antriebsräder 9. Ferner führt bei der Durchführung der elektrischen Leistungsregeneration durch Eintragen des Drehmoments der Antriebsräder 9 in Motor/Generator 3 jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 jeweils eine Drehbewegung durch dieses Drehmoment aus und überträgt das Drehmoment auf Motor/Generator 3.
Die Richtung des auf die Komponente wirkenden Drehmoments unterscheidet sich je nach dem Fall, in dem Motor/Generator 3 das Fahrzeug 1 in Vorwärtsrichtung beschleunigt und dem Fall, in dem es in Rückwärtsrichtung beschleunigt wird. Der Fall, in dem Motor/Generator 3 Fahrzeug 1 in Rückwärtsrichtung beschleunigt, schließt den Fall ein, in dem Fahrzeug 1 während der Fahrt in Vorwärtsrichtung durch die Rückgewinnung elektrischer Energie von Motor/Generator 3 abgebremst wird, und den Fall, in dem Fahrzeug 1 durch die Rückwärtsdrehung von Motor/Generator 3 rückwärts fährt.
4 ist ein Schaubild, das das Getrieberad 50 des Getriebes 5 als Beispiel für eine Komponente des Kraftübertragungssystems 2 zeigt. Das Getriebezahnrad 50 überträgt das über die Welle 51 eingetragene Drehmoment auf das andere Getrieberad 60 in Kontakt mit den Zähnen 52. Es wird davon ausgegangen, dass sich das Getrieberad 50 im Uhrzeigersinn dreht, wenn sich Fahrzeug 1 im Zustand der Vorwärtsfahrt befindet, und dass es sich im Zustand der Rückwärtsfahrt gegen den Uhrzeigersinn dreht. Obwohl das Getrieberad 50 von 4 zur Erläuterung in einer einfachen Form dargestellt ist, ist es wünschenswert, dass tatsächlich ein Evolventenzahnrad verwendet wird.
In dem Fall, dass Motor/Generator 3 das Fahrzeug 1 beschleunigt, wird das Drehmoment im Uhrzeigersinn durch die Welle 51 auf das Getrieberad 50 übertragen. Wenn andererseits Motor/Generator 3 das Fahrzeug 1 abbremst, wird das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn über die Welle 51 auf das Getrieberad 50 übertragen.
Wenn in 4 das Drehmoment im Uhrzeigersinn auf das Getrieberad 50 übertragen wird, konzentriert sich die Spannung auf die Zahnoberfläche auf der rechten Seite des Zahnes 52 in Kontakt mit dem Getrieberad 60. Wenn die Last einer solchen Spannung wiederholt aufgebracht wird, akkumuliert sich die Ermüdung z.B. in einem Teil auf der rechten Seite des Zahnfußes von Zahn 52, d.h. im Teil A1 in 4. Umgekehrt, wenn das Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn auf das Getrieberad 50 in 4 übertragen wird, konzentriert sich die Belastung auf die Zahnoberfläche auf der linken Seite des Zahns 52 in Kontakt mit dem Getrieberad 60. Wenn eine solche Spannung wiederholt angewendet wird, akkumuliert sich die Ermüdung z.B. in einem Teil in der Nähe des linken Fußes von Zahn 52, d.h. in einem Teil A2 in 4.
Abhängig von der Richtung des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments (aufgebrachte Spannung) kann sich die Ermüdung also an den verschiedenen Teilen desselben Bauteils akkumulieren. Daher wird in dieser Darstellung der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad für jede Richtung des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments berechnet. In der obigen Beschreibung wurde als Beispiel das Zahnrad 50 des Getriebes 5 mit symmetrischen Zähnen 52 beschrieben. Das im Enduntersetzungsgetriebe 7 verwendete Hypoidrad hat jedoch z.B. asymmetrische Zähne in der linken und rechten Richtung. Selbst wenn die Belastung der gleichen Beanspruchung auf die linke bzw. rechte Fläche der Zähne für die gleiche Zeitdauer gegeben ist, ist der Ermüdungsgrad zwischen dem Teil nahe der rechten Seite des Zahnfußes und dem Teil nahe der linken Seite des Zahnfußes unterschiedlich. Genauer gesagt, da beim Hypoidrad die Zahnform auf der Seite des Zahnes, auf die die Spannung ausgeübt wird, schräg ausgebildet ist, wenn Fahrzeug 1 in Vorwärtsrichtung beschleunigt wird, ist diese Seite gegen die Spannung stärker als die Seite des Zahnes, auf die die Spannung ausgeübt wird, wenn Fahrzeug 1 in Rückwärtsrichtung beschleunigt wird, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich die Ermüdung in dem Teil in der Nähe des Zahnfußes ansammelt. Mit anderen Worten, im Hypoidzahnrad wird die Ermüdung leicht auf der Seite des Zahns, auf der die Spannung ausgeübt wird, akkumuliert, wenn Fahrzeug 1 in Rückwärtsrichtung beschleunigt wird, und im Vergleich zur gegenüberliegenden Seite leicht gebrochen. Wie oben beschrieben, ist es durch Abschätzung des Ermüdungsgrades für jede Richtung des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments möglich, selbst für Bauteile wie das Hypoidrad, die auf der linken und rechten Seite der Zahnoberfläche des Zahnrads eine unterschiedliche Schadensanfälligkeit aufweisen.
In der obigen Beschreibung wurde der Fall beschrieben, dass die Form der Komponente das Zahnrad ist, das Konzept ist jedoch das gleiche, selbst wenn die Form der Komponente eine Welle ist. In dem Fall, dass die Form des Bauteils die Welle ist, darf sich der Teil, auf den sich die Spannung in Abhängigkeit von der Richtung des wirkenden Drehmoments konzentriert, nicht ändern. In einem solchen Fall reicht es aus, anstatt den kumulativen Ermüdungsschadensgrad für jede Richtung des wirkenden Drehmoments wie oben beschrieben zu berechnen, den kumulativen Ermüdungsschadensgrad für jede Richtung zu addieren.
[Verfahren zur Berechnung des kumulativen Ermüdungsschadensgrades]
Im Folgenden wird eine spezielle Methode zur Berechnung des kumulativen Ermüdungsschädigungsgrades beschrieben.
Die Größe T_a des auf jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 wirkenden Drehmoments wird durch die folgende Gleichung (1) unter Verwendung der Größe TMG des von Motor/Generator 3 abgegebenen Drehmoments oder des in Motor/Generator 3 eingetragenen Drehmoments und des Übersetzungsverhältnisses r_T der aktuellen Getriebestufe in Getriebe 5 und des Übersetzungsverhältnisses ro bis zu der Komponente stromabwärts von Getriebe 5 berechnet.
[1] $T_{a} = T_{M G} \times r_{T} \times r_{0}$
In Gleichung (1) wird das Drehmoment T_a berechnet, indem das Drehmoment TMG mit dem Übersetzungsverhältnis r_T der aktuellen Getriebestufe von Getriebe 5 und dem Übersetzungsverhältnis ro für jede Komponente multipliziert wird. Alternativ kann das Übersetzungsverhältnis von Motor/Generator 3 zu jeder Komponente des Kraftübertragungssystems 2 in allen Getriebestufen des Getriebes 5 im Voraus durch Versuche ermittelt und in Speicherabschnitt 24 gespeichert werden, und das Drehmoment T_a kann damit berechnet werden.
Die Größe TMG des von Motor/Generator 3 abgegebenen Drehmoments oder des in Motor/Generator 3 eingeleiteten Drehmoments wird auf der Grundlage der von Motor/Generator 3 eingegebenen Information über den Betriebszustand von Fahrzeug 1 z.B. wie folgt erhalten. Das heißt, das von Motor/Generator 3 abgegebene Drehmoment wird auf der Grundlage der Motoreigenschaften von Motor/Generator 3, des Eingangsstroms/der Eingangsspannung zu Motor/Generator 3, der Frequenz von Motor/Generator 3, der Drehzahl und/oder ähnlichem erhalten. Das in Motor/Generator 3 eingespeiste Drehmoment wird auf der Grundlage der Motoreigenschaften von Motor/Generator 3 und der Menge an elektrischer Leistung, die von Motor/Generator 3 regeneriert wird, erhalten. Der/die in Motor/Generator 3 eingespeiste Strom/Spannung, die Drehzahl, die Beziehung zwischen der Frequenz o.ä. und dem Ausgangsdrehmoment, oder Daten in Bezug auf die Motoreigenschaften, die die Beziehung zwischen dem Betrag der Rückspeisung elektrischer Energie und dem Eingangsdrehmoment angeben, werden zuvor durch Experimente gemessen und in Speichersektion 24 gespeichert.
Auf diese Weise kann die Schätzsektion 22 die Richtung und die Größe des auf jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 wirkenden Drehmoments ermitteln.
In Speichersektion 24 wird im Voraus ein T-N-Diagramm für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 gespeichert. Gemäß Ausführungsform 1 ist das T-N-Diagramm ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Größe T des wiederholt auf die Komponente wirkenden Drehmoments und der Anzahl N von Brüchen veranschaulicht und anzeigt, dass die Komponente beschädigt wird, wenn wie viel Größe des Drehmoments wie oft angewendet wird. Das T-N-Diagramm ist ein Beispiel für die Daten in Bezug auf den oben beschriebenen Ermüdungsbruch, wie sie in Speichersektion 24 gespeichert sind.
Schätzsektion 22 berechnet den kumulativen Grad der Ermüdungsschädigung für jede Komponente und für jede Richtung des einwirkenden Drehmoments, basierend auf der Richtung und der Größe des auf die Komponente wirkenden Drehmoments und der Anzahl der Male, die das Drehmoment wirkt, und dem T-N-Diagramm, wie oben angegeben. Schätzsektion 22 erhält die Richtung und die Größe des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments und die Anzahl der Male, die das Drehmoment von Motor/Generator 3 auf das Bauteil wirkt.
Es werden spezifische Beispiele beschrieben. 5 ist ein Schaubild, das das T-N-Diagramm einer bestimmten Komponente des Kraftübertragungssystems 2 veranschaulicht. Der Fall, in dem das Drehmoment T₁ n₁-mal und das Drehmoment T₂ n₂-mal auf die bestimmte Komponente wirkt. Wie in 5 dargestellt, ist die Anzahl der Schäden im Drehmoment T₁ N₁ und die Anzahl der Schäden im Drehmoment T₂ N₂.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Grad der Ermüdungsschädigung ΔD₁ durch das Drehmoment T₁ durch die folgende Gleichung (2) berechnet.
[2] $Δ D_{1} = \frac{n_{1}}{N_{1}}$
In ähnlicher Weise wird der Ermüdungsschädigungsgrad ΔD₂ durch das Drehmoment T₂ durch die folgende Gleichung (3) berechnet.
[3] $Δ D_{2} = \frac{n_{2}}{N_{2}}$
Der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad D in dem Fall, dass das Drehmoment T₁ n₁-mal und das Drehmoment T₂ n₂-mal auf das bestimmte Bauteil wirkt, wird durch die folgende Gleichung (4) berechnet.
[4] $D = Δ D_{1} + Δ D_{2}$
Tatsächlich wird der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad D berechnet, indem die Ermüdungsschäden aufgrund aller innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne wirkenden Drehmomente für jede Komponente und jede Richtung des Drehmoments akkumuliert werden.
Wenn der auf diese Weise berechnete kumulative Ermüdungsschadensgrad D den Wert 1 erreicht, wird davon ausgegangen, dass der entsprechende Teil des Bauteils (der Teil, der der Richtung entspricht, auf die das Drehmoment wirkt) durch die Ermüdung beschädigt ist. Wie oben in der vorliegenden Offenbarung beschrieben, wird zur Berechnung des kumulativen Ermüdungsschädigungsgrades für jede Richtung, auf die das Drehmoment wirkt, das T-N-Diagramm für jede Richtung, auf die das Drehmoment relativ zu dem bestimmten Teil wirkt, im Voraus in Speichersektion 24 gespeichert.
Wie oben beschrieben, berechnet die Schätzsektion 22 den kumulativen Ermüdungsschädigungsgrad für jedes Bauteil und für jede Richtung, in der das Drehmoment auf das Bauteil wirkt. Daher ist es z.B. für den Fall, dass es sich bei der Komponente um das Zahnrad handelt, wie in 4 dargestellt, möglich, den kumulativen Ermüdungsschädigungsgrad an jedem der Teile auf beiden Seiten des Zahnes zu berechnen.
6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Berechnungsprozesses des kumulativen Ermüdungsschädigungsgrades, der in der Schätzsektion 22 durchgeführt wird. Die in 6 dargestellte Verarbeitung wird unabhängig für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 durchgeführt. In der folgenden Beschreibung wird die zu verarbeitende Komponente als Komponente P beschrieben.
In Schritt S11 berechnet die Schätzsektion 22 das von Motor/Generator 3 abgegebene Drehmoment oder das in Motor/Generator 3 eingegebene Drehmoment auf der Grundlage der von Motor/Generator 3 eingegebenen Informationen über den Betriebszustand von Fahrzeug 1 in der vorgegebenen Zeitspanne und der in Speichersektion 24 gespeicherten Motoreigenschaften.
Im Schritt S12 ermittelt die Schätzsektion 22 die Richtung und die Größe des auf die Komponente P wirkenden Drehmoments in einem vorbestimmten Zeitraum unter Verwendung des im Schritt S11 berechneten Drehmoments. Die Größe des auf die Komponente P wirkenden Drehmoments wird unter Verwendung der obigen Gleichung (1) berechnet.
Im Schritt S13 berechnet die Schätzsektion 22 den Grad der Ermüdungsschädigung in der vorbestimmten Periode für jede Richtung und die Größe des auf die Komponente P wirkenden Drehmoments. Der Grad der Ermüdungsschädigung wird unter Verwendung der obigen Gleichung (2) oder (3) berechnet.
Im Schritt S14 berechnet die Schätzsektion 22 für jede Richtung des auf die Komponente P wirkenden Drehmoments den kumulativen Ermüdungsschädigungsgrad. Der kumulative Ermüdungsschädigungsgrad wird unter Verwendung der obigen Gleichung (4) berechnet.
[Effekte]
Wie oben beschrieben, ist die Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrades gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung die Vorrichtung 20 zur Schätzung des Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente im Kraftübertragungssystem 2 von Motor/Generator 3 (Antriebsquelle) zu den Antriebsrädern 9 (Räder), einschließlich der Schätzsektion 22 zur Schätzung des Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente auf der Grundlage der Größe und der Richtung des auf die Kraftübertragungskomponente wirkenden Drehmoments, und der Ausgabesektion 23 zur Ausgabe eines Signals, das anzeigt, dass der Ermüdungsgrad einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wenn der Ermüdungsgrad den Schwellenwert überschreitet.
Auf diese Weise ist es selbst in dem Fall, dass die verschiedenen Teile in demselben Bauteil ermüdet werden, in Abhängigkeit von der Richtung des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments möglich, den kumulativen Ermüdungsschädigungsgrad für jedes ermüdete Bauteil zu berechnen. Auf diese Weise wird es möglich, die Abschätzung des Ermüdungsgrades für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2 geeigneter durchzuführen. Es ist möglich, den Ermüdungsgrad für die Komponente abzuschätzen, deren Ermüdungsgrad aufgrund des Drehmoments (regeneratives Drehmoment von Motor/Generator 3 und/oder ähnlichem) im Falle einer Rückwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs 1 leicht akkumuliert wird, wie z.B. bei einem Hypoidgetriebe.
<Ausführungsform 2>
In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ist Fahrzeug 1 das EV. In der unten beschriebenen Ausführungsform 2 ist Fahrzeug 1A ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) mit Motor/Generator 3 und Verbrennungsmotor 10 als Antriebsquelle.
7 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration von Fahrzeug 1A gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. Gemäß Ausführungsform 2 wird eine Konfiguration, die den gleichen Namen und die unterschiedliche Funktionsweise wie gemäß Ausführungsform 1 hat, durch Hinzufügen eines „A“ zu den Bezugsziffern beschrieben. Die Konfiguration von Fahrzeug 1A ist die gleiche wie die von Fahrzeug 1 der Ausführungsform 1 mit Ausnahme von Verbrennungsmotor 10, Kupplung 13 und Schätzsektion 22A. Verbrennungsmotor 10 verbrennt Kraftstoff zur Erzeugung des Ausgangsdrehmoments. Kupplung 13 verbindet oder trennt Verbrennungsmotor 1 und Motor/Generator 3.
Auch in Ausführungsform 2 wird der Ermüdungsgrad für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A, Ermüdungsgradschätzvorrichtung 20A, montiert am Fahrzeug 1A, geschätzt. Im Folgenden wird das Verfahren zur Schätzung des Ermüdungsgrades, das durch die Schätzsektion 22A der Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades 20A durchgeführt wird, nur für Punkte unterschiedlich zur Ausführungsform 1 beschrieben.
Im Hybridfahrzeug umfasst das auf jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A wirkende Drehmoment nicht nur das vom Motor/Generator 3 verursachte Drehmoment, sondern auch das vom Verbrennungsmotor 10 verursachte Drehmoment. Daher berechnet Schätzsektion 22A den kumulativen Grad der Ermüdungsschädigung für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A und für jede Richtung des wirkenden Drehmoments unter Berücksichtigung des durch den Verbrennungsmotor 10 verursachten Drehmoments.
Im Einzelnen addiert Schätzsektion 22A das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors 10 zum Ausgangsdrehmoment von Motor/Generator 3, um die Größe des auf jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A wirkenden Drehmoments zu berechnen. Das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors 10 wird auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge in den Verbrennungsmotor 10 und der Daten in Bezug auf die Eigenschaften des Verbrennungsmotors 10 erhalten. Daten in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge in den Verbrennungsmotor 10 werden z.B. von der Eingabesektion 21A, von einer ECU (Engine Control Unit) (nicht abgebildet) und/oder ähnlichem erhalten. Daten in Bezug auf die Eigenschaften von Verbrennungsmotor 10 werden im Voraus durch Tests gemessen und in Speichersektion 24A gespeichert.
Wenn das Bremsmoment, z.B. wie eine Motorbremse, durch den Verbrennungsmotor 10 erzeugt wird, ermittelt Schätzsektion 22A die Richtung des auf jede Komponente durch das Bremsmoment wirkenden Drehmoments und die Größe des Bremsmoments. Die Größe des Bremsmoments, z.B. im Voraus in Speichersektion 24A gespeichert, wird auf der Grundlage von Daten berechnet, die sich auf die Eigenschaften der Bremsen beziehen.
In Ausführungsform 2, in der Fahrzeug 1A das Hybrid-Elektrofahrzeug ist, wird im Gegensatz zur Ausführungsform 1, in der Fahrzeug 1 das EV ist, die Rückwärtsfahrt von Fahrzeug 1A durch Verwendung der Rückwärtsgänge des Getriebes 5A realisiert. Wenn sich das Fahrzeug 1A rückwärts bewegt, kann daher die Richtung der auf die Komponenten wirkenden Drehmomente von der Richtung gemäß Ausführungsform 1 abhängig von der Position der Komponenten des Kraftübertragungssystems 2A (ob die Komponente den Rückwärtsgängen nachgeschaltet ist oder nicht) umgekehrt werden. In dem Fall, dass der Rückwärtsgang im Getriebe 5A gewählt wird, ermittelt Schätzsektion 22A daher die Richtung des auf jede Komponente wirkenden Drehmoments unter Berücksichtigung dieser Tatsache.
[Effekt]
Wie oben beschrieben, ist es gemäß Ausführungsform 2 im Fahrzeug 1A des Hybrid-Elektrofahrzeugs möglich, den kumulativen Ermüdungsschadensgrad für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A und für jede Richtung des wirkenden Drehmoments zu berechnen. Somit ist es sogar im Fahrzeug 1A, das das Hybrid-Elektrofahrzeug ist, möglich, die Abschätzung des Ermüdungsgrades für jede Komponente des Kraftübertragungssystems 2A auf geeignetere Weise durchzuführen.
Verschiedene Ausführungsformen wurden oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die vorliegende Offenlegung ist jedoch nicht auf solche Beispiele beschränkt. Es wird davon ausgegangen, dass der Fachmann offensichtlich in der Lage sein wird, verschiedene Änderungsbeispiele oder Modifikationsbeispiele innerhalb des in den Ansprüchen dargelegten Umfangs zu erreichen, und dass sie natürlich auch zum technischen Umfang der vorliegenden Offenlegung gehören. Die Konfigurationselemente in den obigen Ausführungsformen können beliebig kombiniert werden, ohne vom Geist der Offenbarung abzuweichen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Vorrichtung 20 (20A) zur Schätzung des Ermüdungsgrades am Fahrzeug 1 (1A) angebracht, jedoch ist die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt. Die Vorrichtung 20 (20A) zur Abschätzung des Ermüdungsgrades muss nicht am Fahrzeug 1 (1A) angebracht werden, sondern kann außerhalb des Fahrzeugs 1 (1A) installiert werden. Die Installationsposition der Vorrichtung 20 (20A) zur Abschätzung des Ermüdungsgrades umfasst z.B. ein Haus oder eine Garage eines Benutzers oder Verwalters von Fahrzeug 1 (1A), ein Lager einer Wartungsperson (z.B. eines Händlers) von Fahrzeug 1 (1A), ein Wartungswerk und/oder ähnliches. Die Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades 20 kann in einem Servergerät und/oder ähnlichem vorgesehen sein. In dem Fall, dass die Vorrichtung 20 (20A) zur Schätzung des Ermüdungsgrades außerhalb von Fahrzeug 1 (1A) installiert ist, kann die Vorrichtung 20 (20A) zur Schätzung des Ermüdungsgrades die Daten zur Berechnung des kumulativen Ermüdungsschadengrades von Fahrzeug 1 (1A) unter Verwendung einer drahtlosen Kommunikation und/oder ähnlichem erhalten.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist Benachrichtigungssektion 30 an Fahrzeug 1 (Fahrzeug 1A) angebracht, jedoch ist die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt. Benachrichtigungssektion 30 muss nicht auf Fahrzeug 1 (1A) montiert werden. Insbesondere kann Benachrichtigungssektion 30 eine Meldevorrichtung sein, die außerhalb von Fahrzeug 1 (1A) eingebaut ist und die in der Lage ist, die Meldung von Komponenten mit hohem Ermüdungsgrad und kurzer Lebensdauer an den Benutzer, den Verwalter oder die Wartungsperson durchzuführen. In diesem Fall kann die Benachrichtigungssektion 30 das Benachrichtigungssignal von der Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades 20 (20A) unter Verwendung der drahtlosen Kommunikation und/oder ähnlichem empfangen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform berechnet die Schätzsektion 22 den Ermüdungsschädigungsgrad unter Verwendung des T-N-Diagramms, das die Beziehung zwischen der Größe T des wiederholt auf die Komponente wirkenden Drehmoments und der Bruchzahl N angibt, jedoch ist die vorliegende Offenlegung nicht darauf beschränkt. Schätzsektion 22 kann so konfiguriert werden, dass sie den Ermüdungsschaden unter Verwendung eines S-N-Diagramms (einer Wöhlerkurve) berechnet, das die Beziehung zwischen der wiederholt auf das Bauteil wirkenden Spannung S und der Anzahl der Brüche N angibt. In diesem Fall kann Schätzsektion 22 den Ermüdungsschaden durch Berechnung der Spannung auf der Grundlage der Größe des auf das Bauteil wirkenden Drehmoments und des Rotationsradius des Bauteils berechnen.
Diese Anmeldung ist berechtigt und nimmt die am 20. März 2018 eingereichte japanische Patentanmeldung Nr. 2018-052277 in Anspruch, deren Offenbarung, einschließlich der Beschreibung, der Figuren und der Zusammenfassung, hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung kann den Ermüdungsgrad für jede Komponente des Kraftübertragungssystems auf der Grundlage der Richtung und Größe des wirkenden Drehmoments abschätzen.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Fahrzeug
2, 2A: Energieübertragungssystem
3: Motor/Generator
4: Kupplung
5, 5A: Getriebe
6: Gelenkwelle
7: Enduntersetzungsgetriebe
8: Antriebswelle
9: Antriebsrad
10: Verbrennungsmotoren
11: Zeitgeber
12: Schaltpositionssensor
13: Kupplung
20, 20A: Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrads
21, 21A: Eingangssektion
22, 22A: Schätzsektion
23: Ausgabesektion
24, 24A: Speichersektion
30: Benachrichtigungssektion
50: Getrieberad
51: Welle
52: Zahn
60: Getrieberad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018052277 [0069]

Claims

Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades für eine Kraftübertragungskomponente in einem Kraftübertragungssystem von einer Antriebsquelle zu einem Rad, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Schätzsektion zum Schätzen eines Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente auf der Grundlage einer Größe und einer Richtung des auf die Kraftübertragungskomponente wirkenden Drehmoments; und eine Ausgabesektion zum Ausgeben eines Signals, das angibt, dass der Ermüdungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wenn der Ermüdungsgrad den Schwellenwert überschreitet.
Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades für die Kraftübertragungskomponente in dem Kraftübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Schätzsektion die Größe und die Richtung des Drehmoments auf der Grundlage eines Betriebszustands der Antriebsquelle ermittelt.
Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades für die Kraftübertragungskomponente im Kraftübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftübertragungskomponente eine Getriebekomponente ist.
Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades für die Kraftübertragungskomponente im Kraftübertragungssystem nach Anspruch 3, wobei die Kraftübertragungskomponente die Getriebekomponente in einem Enduntersetzungsgetriebe ist.
Vorrichtung zur Schätzung des Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente in dem Kraftübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antriebsquelle ein Motorgenerator ist.
Verfahren zum Schätzen des Ermüdungsgrades für eine Kraftübertragungskomponente in einem Kraftübertragungssystem von einer Antriebsquelle zu einem Rad, wobei das Verfahren umfasst: Schätzen eines Ermüdungsgrades der Kraftübertragungskomponente auf der Grundlage einer Größe und einer Richtung des auf die Kraftübertragungskomponente wirkenden Drehmoments; und Ausgabe eines Signals, das angibt, dass der Ermüdungsgrad einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wenn der Ermüdungsgrad den Schwellenwert überschreitet.