DE112019002999T5

DE112019002999T5 - Schätzvorrichtung und schätzverfahren

Info

Publication number: DE112019002999T5
Application number: DE112019002999.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshihisa Fukuda
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2021-04-08
Also published as: JP2019215241A; CN112334749A; JP7081319B2; US11480242B2; WO2019240161A1; US20210254701A1

Abstract

Eine Schätzvorrichtung umfasst ein Erfassungsmittel für eine beigemischte Menge 110, 201, das konfiguriert ist, um eine beigemischte Fremdsubstanzmenge in einem Fluid zu erfassen, das Eingriffselemente G1 bis G4 schmiert, eine Schätzeinheit für einen Ermüdungsschadensgrad 202, die konfiguriert ist, um Ermüdungsschadensgrade zu schätzen, die von den Eingriffselementen G1 bis G4 pro Fahreinheit eines Fahrzeugs basierend auf der erfassten beigemischten Fremdsubstanzmenge empfangen werden; und eine Schätzeinheit für einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad, die konfiguriert ist, um kumulative Ermüdungsschadensgrade der Eingriffselemente G1 bis G4 basierend auf den geschätzten Ermüdungsschadensgrade und mindestens eines von einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs zu schätzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schätzvorrichtung und ein Schätzverfahren und insbesondere eine Technik zum Schätzen einer Lebensdauer eines Eingriffselements.
HITERGRUND DER TECHNIK
Als Beispiel dieser Art von Vorrichtung schlägt Patentliteratur 1 beispielsweise eine Technik zum Vorhersagen einer Lebensdauer von Zahnrädern vor, ein Konfigurieren einer an einem Fahrzeug angebrachten Leistungsübertragungsvorrichtung basierend auf einer von einem fahrenden Motor in jedes Zahnrad eingegebenen Last und eine geeignete Benachrichtigung eine Fahrer einer geeigneten Zahnradaustauschzeit.
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR
PATENTLITERATUR 1: JP-A-2013-231673
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Da die Zahnräder oder dergleichen abgenutzt sind, werden in der Leistungsübertragungsvorrichtung Fremdsubstanze, wie beispielsweise Metallpulver und gebrochene Stücke, die aufgrund des Verschleißes erzeugt werden, dem Schmieröl beigemischt. Wenn die beigemischte Fremdsubstanzmenge zu groß ist und die Zahnräder oder dergleichen gebrochen sind, können on-road Ausfälle eines Fahrzeugs verursacht werden. Daher ist es gewünscht, die Ausfälle des Fahrzeugs auf der Straße im Voraus durch geeignetes Schätzen der Zahnradbruchzeit (beispielsweise eines kumulativen Ermüdungsschadensgrads) zu verhindern, die der beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Schmieröl entspricht, und dem Fahrer die geeignete Zahnradaustauschzeit mitzuteilen.
Eine Aufgabe einer Technik der vorliegenden Offenbarung ist, die Bruchzeit eines Eingriffselement wirksam zu schätzen, die einer beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid entspricht.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Erfassungsmittel für eine beigemischte Menge zum Erfassen einer beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid, das ein Eingriffselement schmiert; ein Schätzmittel für einen Ermüdungsschadensgrad zum Schätzen eines Ermüdungsschadensgrades, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeug basierend auf der erfassten beigemischten Fremdsubstanzmenge empfangen wird; und ein Schätzmittel für einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad zum Schätzen eines kumulativen Ermüdungsschadensgrades des Eingriffselements basierend auf dem geschätzten Ermüdungsschadensgrad und mindestens eines von einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs.
Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung ferner umfasst: ein Warnungsmittel zum Mitteilen, dass der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der eine Möglichkeit eines Bruchs des Eingriffselements angibt, wenn der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der die Möglichkeit eines Bruchs des Eingriffselements angibt.
Es ist bevorzugt, dass das Erfassungsmittel für die beigemischte Menge umfasst: ein Sammelmittel, das ein Sammelelement umfasst, das in einem Strömungsweg bereitgestellt wird, in dem ein Fluid strömt, und das konfiguriert ist, um eine Fremdsubstanz in einem Fluid durch Laufen des Fluids durch mindestens eines Teils davon zu sammeln, wobei das Sammelmittel in einer Fluidströmungsrichtung mit einer Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement bewegt wird; ein Bewegungsbetragserfassungsmittel zum Erfassen eines Bewegungsbetrags des Sammelmittels in der Fluidströmungsrichtung, und ein Schätzmittel für eine beigemischte Menge zum Schätzen der beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Fluid basierend auf dem erfassten Bewegungsbetrag.
Es ist bevorzugt, dass das Erfassungsmittel für die beigemischte Menge ferner ein Vorspannmittel zum Vorspannen des Sammelmittels in einer Richtung entgegengesetzt der Fluidströmungsrichtung umfasst und sich das Sammelmittel in der Fluidströmungsrichtung gegen eine Vorspannkraft des Vorspannmittels mit der Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement bewegt.
Das Sammelmittel kann ein Siebelement sein, das in einer zylindrischen Form mit einem Boden durch ein Gitterelement ausgebildet ist, das imstande ist, die Fremdsubstanz in dem Fluid zu sammeln, wobei eine Zylinderöffnungsseite des Siebelements an eine stromaufwärtige Seite in der Fluidströmungsrichtung gerichtet wird.
Es ist bevorzugt, dass das Schätzmittel für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad gemäß dem Minerschen Gesetz oder dem modifizierten Minerschen Gesetz basierend auf dem Ermüdungsschadensgrad und des mindestens eines von der Fahrentfernung und der Fahrzeit schätzt.
Ein Verfahren der vorlegenden Offenbarung umfasst: Erfassen einer beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid, das ein Eingriffselement schmiert; Schätzen eines Ermüdungsschadensgrades, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeug basierend auf der erfassten beigemischten Fremdsubstanzmenge empfangen wird; und Schätzen eines kumulativen Ermüdungsschadensgrades des Eingriffselements basierend auf dem geschätzten Ermüdungsschadensgrad und mindestens eines einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der Technik der vorliegenden Offenbarung kann die Bruchzeit des Eingriffselements, die der beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Fluid entspricht, wirksam geschätzt werden.
Figurenliste
1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer an einem Fahrzeug angebrachten Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

2A ist eine schematische Teilquerschnittsansicht, die ein Erfassungsteil einer beigemischten Fremdsubstanzmenge veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2B ist eine schematische Teilquerschnittsansicht, die das Erfassungsteil der beigemischten Fremdsubstanzmenge veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein S-N Diagramm veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung zum Schätzen der beigemischten Fremdsubstanzmenge und einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hier werden nachstehend eine Schätzvorrichtung und ein Schätzverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und Namen und Funktionen dieser Komponenten sind ebenfalls die Gleichen. Daher werden ausführliche Beschreibungen der gleichen Komponenten nicht wiederholt.
[Leistungsübertragungsvorrichtung]
1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer an einem Fahrzeug angebrachten Leistungsübertragungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 veranschaulicht, ist die Leistungsübertragungsvorrichtung 10 eine Achsantriebsvorrichtung, die an einem Fahrzeug mit hinterem zweiachsigen Antrieb angebracht ist, der zwei Antriebswellen (hintere Vorderachse und hintere Hinterachse) als Hinterachsen umfasst. Das Fahrzeug kann ein beliebiges von einem Fahrzeug mit hinterem einachsigen Antrieb, einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb, einem Fahrzeug mit Allradantrieb und dergleichen sein. Die Leistungsübertragungsvorrichtung 10 ist nicht auf eine Achsantriebsvorrichtung begrenzt und kann andere Leistungsübertragungsvorrichtungen sein, wie beispielsweise eine Transfervorrichtung und ein Getriebe.
Die Achsantriebsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 11. In einem Bodenabschnitt 11A des Gehäuses 11 wird Schmieröl als Beispiel eines Fluid (ein schematischer Flüssigkeitspegel OL in der Zeichnung wird durch eine gestrichelte Linie angegeben) gespeichert. Die Achsantriebsvorrichtung 10 umfasst eine Eingangswelle 21, eine Ausgangswelle 22, ein Antriebsritzel 42 und einen Zahnradmechanismus 30.
Die Eingangswelle 21 wird drehbar durch das Gehäuse 11 über ein Lager 24 getragen. Ein Ausgangsende einer Gelenkwelle PS1, an die eine Antriebskraft von einem Getriebe oder dergleichen (nicht veranschaulicht) übertragen wird, ist mit der Eingangswelle 21 verbunden. Die Bezugsziffer 300 gibt einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor an, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit V von der Drehung der Gelenkwelle PS1 erfasst. Die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 300 erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit wird in eine elektronische Steuereinheit 200 eingegeben, die elektrisch damit verbunden ist.
Die Ausgangswelle 22 ist koaxial mit der Eingangswelle 21 angeordnet und wird drehbar durch das Gehäuse 11 über Lager 25, 26 getragen. Ein Eingangsende einer Gelenkwelle S2, die eine Antriebskraft an eine hintere Hinterachse (nicht veranschaulicht) überträgt, ist mit der Ausgangswelle 22 verbunden.
Das Antriebsritzel 42 ist in dem Gehäuse 11 parallel zu der Eingangswelle 21 angeordnet und wird von dem Gehäuse 11 über Lager 51, 52 drehbar getragen. Ein Antriebsritzelzahnrad G1 wird an einem Ende des Antriebsritzels 42 bereitgestellt und eine Zahnkranz G2 steht mit dem Antriebsritzelzahnrad G1 in Eingriff. Der Zahnkranz G2 ist an einem Differenzialkäfig (nicht veranschaulicht) fixiert, der ein Teil eines vorderen/hinteren Differenzialmechanismus 44 konfiguriert. Der vordere/hintere Differenzialmechanismus 44 umfasst einen Differenzialkäfig, ein Seitenzahnrad, ein Differenzialritzelzahnrad, ein Planetenrad oder dergleichen (nicht alle sind veranschaulicht) und überträgt eine Antriebskraft an linke und rechte Antriebswellen 15, 16 (die rechte Antriebswelle 16 ist nicht veranschaulicht), während das Differenzial zugelassen wird.
Der Zahnradmechanismus 30 überträgt die an die Eingangswelle 21 übertragene Antriebskraft an die Ausgangswelle 22 und das Antriebsritzel 42, während das Differenzial zugelassen wird. Im Einzelnen umfasst der Zahnradmechanismus 30 ein Zahnrad G3, ein Planetenrad 32, ein Paar von Ritzelzahnrädern 33, ein Seitenzahnrad 34 und einen Käfig 35. Das Zahnrad G3 ist relativ um die Eingangswelle 21 drehbar und steht mit einem an dem Antriebsritzel 42 befestigten Zahnrad G4 in Eingriff. Ferner steht ein Seitenzahnrad 31A des Zahnrads G3 mit dem Paar von Ritzelzahnrädern 33 in Eingriff. Das Seitenzahnrad 34 ist an der Ausgangswelle 22 einstückig drehbar befestigt und steht mit dem Paar von Ritzelzahnrädern 33 in Eingriff. Das Paar von Ritzelzahnrädern 33 ist drehbar in das Planetenrad 32 eingesetzt. Die Planetenrad 32 ist an dem Käfig 35 befestigt, der mit der Eingangswelle 21 einstückig drehbar ist.
Eine Ölpumpe OP, die das in dem Bodenabschnitt 11A des Gehäuses 11 gespeicherte Schmieröl hochpumpt und druckspeist, wird an einem Seitenabschnitt des Gehäuses 11 bereitgestellt. Die Ölpumpe OP ist beispielsweise eine Zahnradpumpe oder eine Trochoid-Pumpe und wird durch Leistung angetrieben, die durch das Antriebsritzel 42 übertragen wird.
Ein stromabwärtiger Öldurchgang 60, der dem Bodenabschnitt 11A zum Speichern des Schmieröls ermöglicht, mit einer Ansaugöffnung der Ölpumpe OP zu kommunizieren, wird innerhalb des Gehäuses 11 bereitgestellt. Ein stromaufwärtiger Öldurchgang 68, der einer Abgabeöffnung der Ölpumpe OP ermöglicht, mit einem in der Eingangswelle 21 ausgebildeten axialen Öldurchgang 21A zu kommunizieren, wird innerhalb des Gehäuses 11 bereitgestellt. Wenn die Ölpumpe OP angetrieben wird, wird das Schmieröl in dem Bodenabschnitt 11A durch den stromabwärtigen Öldurchgang 60 hochgepumpt und in den stromaufwärtigen Öldurchgang 68 druckeingespeist. Das Schmieröl, das in den stromaufwärtigen Öldurchgang 68 druckeingespeist wird, wird Schmierelementen, wie beispielsweise Lagern über dem axialen Öldurchgang 21A und mehreren radialen Öldurchgängen 21B in der Eingangswelle 21, zugeführt und kehrt zu dem Bodenabschnitt 11A zurück, um zu zirkulieren.
Die Schätzvorrichtung 100 umfasst ein Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 (ein Beispiel eines Erfassungsmittels für eine beigemischte Menge) und eine elektronische Steuereinheit 200. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 in dem stromabwärtiger Öldurchgang 60 bereitgestellt. Hier werden nachstehend Einzelheiten des Erfassungsteils für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 beschrieben.
Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 2A und 2B sind schematische Teilquerschnittsansichten, die das Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 veranschaulichen, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 2A und 2B veranschaulicht, umfasst das Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 ein Sieb 120 (Sammelmittel), einen Hubsensor 130 (Bewegungsbetragserfassungsmittel) und eine Feder 140 (Vorspannmittel). Unter diesen Komponenten sind das Sieb 120, ein Teil des Hubsensors 130 und die Feder 140 in dem stromabwärtigen Öldurchgang 60 angeordnet.
Der stromabwärtige Öldurchgang 60 ist in einer im Wesentlichen L-Form gebogen und umfasst einen lateralen Strömungsweg 61, der sich lateral von dem Bodenabschnitt 11A des Gehäuses 11 erstreckt, und einen vertikalen Strömungsweg 62, der sich vertikal von einem stromabwärtigen Ende des lateralen Strömungswegs 61 zu einer Seite der Ölpumpe OP erstreckt. Der laterale Strömungsweg 61 umfasst einen Strömungswegabschnitt mit kleinem Durchmesser 61A auf einer stromaufwärtiger Seite und einen Strömungswegabschnitt mit großem Durchmesser 61B auf einer stromabwärtigen Seite und eine ringförmige abgestufte Oberfläche 61C ist zwischen dem Strömungswegabschnitt mit kleinem Durchmesser 61A und dem Strömungswegabschnitt mit großem Durchmesser 61B ausgebildet.
Das Sieb 120 umfasst einen Siebkörperabschnitt 121, (Sammelelement) der in einer näherungsweisen zylindrischen Form mit einem Boden durch ein Gitterelement ausgebildet ist, das Schmieröl durchlässt und die Fremdsubstanz (beispielsweise werden Eisenpulver und gebrochene Stücke aufgrund von Verschleiß von Zahnrädern erzeugt, hier nachstehend einfach als Fremdsubstanz bezeichnet) sammeln kann, die in dem Schmieröl enthalten ist. Eine Zylinderaxiallänge des Siebkörperabschnitts 121 ist kürzer als eine Strömungswegaxiallänge des Strömungswegabschnitts mit großem Durchmesser 61B. Der Siebkörperabschnitt 121 ist in dem Strömungswegabschnitt mit großem Durchmesser 61B in einer Art und Weise untergebracht, um in einer Strömungsrichtung des Schmieröls bewegbar zu sein. Ein ringförmiger Flanschabschnitt 122, der radikal nach außen in einem im Wesentlichen rechten Winkel gebogen ist, wird an einem peripheren Rand einer Öffnung des Siebkörperabschnitts 121 bereitgestellt.
Ein Innendurchmesser des Flanschabschnitts 122 und ein Innendurchmesser des Siebkörperabschnitts 121 sind bevorzugt ausgebildet, um im Wesentlichen gleich einem Strömungswegdurchmesser des Strömungswegabschnitts mit kleinem Durchmesser 61A zu sein. Ein Außendurchmesser des Flanschabschnitts 122 ist ausgebildet, um kleiner als ein Strömungswegdurchmesser des Strömungswegabschnitts mit großem Durchmesser 61B zu sein. Der Flanschabschnitt 122 ist in einem Presskontaktzustand mit der abgestuften Oberfläche 61C durch eine Vorspannkraft der Feder 140 angeordnet.
Der Hubsensor 130 umfasst eine Welle 131, die gegen eine äußeren Zylinderbodenoberfläche des Siebkörperabschnitts 121 stößt, eine mit einem Boden versehene zylindrische Ummantelung 132, welche die Welle 131 in einem hubbewegbaren Art und Weise trägt, eine Rückstellfeder 133 (Vorspannmittel), welche veranlasst, dass die Welle 131 in eine ursprüngliche Position zurückkehrt, und ein Erfassungselementteil 134, das einen Hubbewegungsbetrag S der Welle 131 erfasst, der eine Bewegungsbetrag des Siebs 120 entspricht. Der Hubbewegungsbetrag S, der von dem Erfassungselementteil 134 erfasst wird, wird in die elektronische Steuereinheit 200 eingegeben, die mit dem Erfassungselementteil 134 elektronisch verbunden it.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Hubsensor 130 abnehmbar an dem Gehäuse 11 durch Schrauben eines Außengewindeabschnitts (nicht veranschaulicht), der an einem Außenumfang der Ummantelung 132 ausgebildet ist, in einen Innengewindeabschnitt (nicht veranschaulicht), der an einem Innenumfang einer durch ein Loch 135 des Gehäuses 11 ausgebildet ist, befestigt. Das Sieb 120 ist konfiguriert, um imstande zu sein, periodisch durch Entfernen des Hubsensors 130 von dem Gehäuse 11 ausgetauscht (einschließlich wiederverwendet) zu werden.
Eine Endseite der Feder 140 ist auf dem Flanschabschnitt 122 angeordnet und die andere Endseite davon ist auf einer zylindrischen Endoberfläche der Ummantelung 132 angeordnet und die Feder 140 wird in einem komprimierten Zustand zwischen dem Flanschabschnitt 122 und der Ummantelung 132 gehalten.
Wenn die beigemischte Fremdsubstanzmenge in dem Schmieröl klein (oder im Wesentlichen Null) ist, ist die Fremdsubstanzmenge, die an einer inneren zylindrischen Oberfläche des Siebkörperabschnitts 121 (Verstopfungsgrad) gesammelt wird, ebenfalls klein und der Strömungswiderstand für das durch den Siebkörperabschnitt 121 laufende Schmieröl ist klein. In diesem Fall ist, wie in 2A veranschaulicht, das Sieb 120 in einem Zustand gehalten, in dem der Flanschabschnitt 122 auf der abgestuften Oberfläche 61C durch eine Vorspannkraft der Feder 140 angeordnet ist und die Welle 131 des Hubsensors 130 ebenfalls an einer im Wesentlichen ursprünglichen Position gehalten wird. Das heißt, dass der durch die Hubsensor 130 erfasste Hubbewegungsbetrag S der Welle 131 im Wesentlichen Null ist.
Wenn die beigemischte Fremdsubstanzmenge in dem Schmieröl erhöht wird und die Fremdsubstanz beginnt, sich an der inneren zylindrischen Oberfläche des Siebkörperabschnitts 121 anzusammeln, wird der Verstopfungsgrad des Siebkörperabschnitts 121 erhöht. Als Ergebnis wird der Strömungswiderstand für das durch den Siebkörperabschnitt 121 laufende Schmieröl allmählich erhöht. Dann führt, wie in 2B veranschaulicht, das Sieb 120 eine Hubbewegung in einer Strömungsrichtung des Schmieröls gegen die Vorspannkraft der Feder 140 durch. Wenn das Sieb 120 eine Hubbewegung durchführt, strömt Schmieröl, das durch den Strömungswegabschnitt mit kleinem Durchmesser 61A strömt, durch eine Lücke zwischen dem Flanschabschnitt 122 und der abgestuften Oberfläche 61C und strömt in den Strömungswegabschnitt mit großem Durchmesser 61B.
Zu diesem Zeitpunkt nimmt der durch den Hubsensor 130 erfasste Hubbewegungsbetrag S der Welle 131 allmählich gemäß der Bewegung des Siebs 120 zu. Insbesondere wird kurz vor dem Auftreten eines Ausfalls, wie beispielsweise einem Bruch von Zahnrädern oder dergleichen, die beigemischte Fremdsubstanzmenge in dem Schmieröl schnell erhöht und demgemäß wird der Strömungswiderstand für das durch den Siebkörperabschnitt 121 laufende Schmieröl ebenfalls schnell erhöht. Als Ergebnis nimmt der Hubbewegungsbetrag S der Welle 131 und des Siebs 120 signifikant zu.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Änderung in dem Hubbewegungsbetrag S des Siebs 120, die der Fremdsubstanzansammlung entspricht, verwendet, um die beigemischte Fremdsubstanzmenge in dem Schmieröl und den kumulativen Ermüdungsschadensgrad in jedem der Zahnräder G1 bis G4, die der beigemischten Fremdsubstanzmenge entsprechen, zu schätzen. Hier wird nachstehend die Verarbeitung zum Schätzen der Fremdsubstanzfixiermenge und des kumulativen Ermüdungsschadensgrad durch die elektronische Steuereinheit 200 ausführlich beschrieben.
[Elektronische Steuereinheit]
3 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm der elektronischen Steuereinheit 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die elektronische Steuereinheit 200 führt verschiedene Arten der Steuerung eines Fahrzeugs durch und umfasst eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und dergleichen, die bekannt sind. Ferner umfasst die elektronische Steuereinheit 200 eine Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 201 (Schätzmittel für die beigemischte Menge), eine Schätzeinheit für den Ermüdungsschadensgrad 202 (Schätzmittel für den Ermüdungsschadensgrad), eine Schätzeinheit für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad 203 (Schätzmittel für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad) und eine Warnungsverarbeitungseinheit 204 (Warnungsmittel) als Teil funktionaler Elemente. Obwohl jedes dieser funktionalen Elemente beschrieben wird, in der elektronischen Steuereinheit 200 enthalten zu sein, die eine integrierte Hardware ist, kann jedes beliebige der funktionalen Elemente in separater Hardware bereitgestellt werden.
Die Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 201 schätzt eine beigemischte Fremdsubstanzmenge AM in dem Schmieröl basierend auf dem Hubbewegungsbetrag S des Siebs 120. Im Einzelnen speichert ein Speicher der elektronische Steuereinheit 200 eine Karte M1, die eine Beziehung zwischen dem Hubbewegungsbetrag S des Siebs 120 und der beigemischten Fremdsubstanzmenge AM in dem Schmieröl definiert, die im Voraus durch Experimente oder dergleichen erzeugt wird. In der Karte M1 wird die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM eingestellt, um schnell zuzunehmen, während der Hubbewegungsbetrag S zunimmt. Die Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 201 schätzt die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM durch Bezug auf die Karte M1 basierend auf dem von dem Hubsensor 130 eingegebenen Hubbewegungsbetrag S. Das Verfahren zum Schätzen der beigemischten Fremdsubstanzmenge AM ist nicht auf die Karte M1 begrenzt und die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM kann aus einer Modellformel berechnet werden, die den Hubbewegungsbetrag S als einen Eingabewert umfasst.
Die Schätzeinheit für den Ermüdungsschadensgrad 202 schätzt einen Ermüdungsschadensgrad σ, der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangen wird (siehe 1), der Achsantriebsvorrichtung 10 pro Fahreinheit des Fahrzeugs basierend auf der beigemischten Fremdsubstanzmenge AM, die von der Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 201 geschätzt wird. Im Einzelnen speichert der Speicher der elektronischen Steuereinheit 200 eine Karte M2, die eine Beziehung zwischen der beigemischten Fremdsubstanzmenge AM und dem Ermüdungsschadensgrad σ, der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 pro Fahreinheit des Fahrzeugs empfangen wird, die im Voraus durch Experimente oder dergleichen erzeugt wird. Obwohl lediglich eine Karte M2 in 3 gezeigt ist, werden Karten bereitgestellt, die den jeweiligen Zahnrädern G1 bis G4 entsprechen. In der Karte M2 wird der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangene Ermüdungsschadensgrad σ eingestellt, um schnell zuzunehmen, während die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM zunimmt. Die Schätzeinheit für den Ermüdungsschadensgrad 202 schätzt den von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangen Ermüdungsschadensgrad σ durch Bezug auf die Karte M2 basierend auf der beigemischten Fremdsubstanzmenge AM, die durch die Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 201 geschätzt wird. Das Verfahren zum Schätzen des Ermüdungsschadensgrads σ ist nicht auf die Karte M2 begrenzt und kann aus einer Modellformel oder dergleichen berechnet werden, welche die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM als einen Eingabewert umfasst.
Die Schätzeinheit für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad 203 schätzt einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad D jedes Zahnrads G1 bis G4 basierend auf dem Minerschen Gesetz oder dem modifizierten Minerschen Gesetz, das den Schaden sogar für eine Spannungsamplitude akkumuliert, die gleich oder unterhalb der Ermüdungsgrenze ist. Genauer gesagt wird ein S-N Diagramm M3 (siehe 4 für Einzelheiten), das von jedem Zahnrad G1 bis G4 im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen erzeugt wird, im Speicher der elektronischen Steuereinheit 200 gespeichert. Obwohl lediglich ein S-N Diagramm M3 in 3 gezeigt ist, werden S-N Diagramme bereitgestellt, die jeweiligen Zahnrädern G1 bis G4 entsprechen. In dem S-N Diagramm M3 wird der Ermüdungsschadensgrad σ in einer vertikalen Achse eingestellt und mindestens eines einer Fahrentfernung N und einer Fahrzeit N wird in einer horizontalen Achse eingestellt.
Die Schätzeinheit für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad 203 berechnet den kumulativen Ermüdungsschadensgrad D jedes der Zahnräder G1 bis G4 in Echtzeit aus der folgenden mathematischen Formel (1) basierend auf einem Ermüdungsschadensgrad σi, der von der Schätzeinheit für den Ermüdungsschadensgrad 202 eingegeben wird, mindestens eines einer Fahrentfernung ni und Fahrzeit ni, und der Ermüdungsbruchgrenzen Ni der Zahnräder G1 bis G4, die aus dem S-N Diagramm M3 abgelesen werden. Die Fahrentfernung ni des Fahrzeugs kann durch Multiplizieren eines Sensorwerts der Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 300 mit einem Zeitgeberwert eines Zeitgebers 210 erhalten werden, der in der elektronischen Steuereinheit 200 eingebaut ist. Ferner kann die Fahrzeit ni des Fahrzeugs durch Akkumulieren der Zeitgeberwerte des Zeitgebers 210 erfasst werden, wenn das Fahrzeug fährt.
[Formel 1] $D = \frac{n_{1}}{N_{1}} + \frac{n_{2}}{N_{2}} + \dots + \frac{n_{i}}{N_{i}} = \sum \frac{n_{i}}{N_{i}}$
Für die Zahnräder G1 bis G4, von denen der kumulative Ermüdungsschadensgrad D einen vorbestimmten Schwellenwert (beispielsweise 0,9 oder dergleichen) nahe der Bruchzeit (D = 1) unter den kumulativen Ermüdungsschadensgraden D der jeweiligen Zahnräder G1 bis G4 erreicht, die durch die Schätzeinheit für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad 203 berechnet wurden, gibt die Warnungsverarbeitungseinheit 204 ein Anweisungssignal aus, um eine Anzeige 250 in einer Kabine zu veranlassen, um anzuzeigen, dass die Zahnräder G1 bis G4 ausgetauscht werden müssen (oder dass die Möglichkeit eines Bruchs hoch ist). Das Warnverfahren ist nicht auf die Anzeige auf der Anzeige 250 begrenzt und kann durch Ton vom einem Lautsprecher oder dergleichen (nicht veranschaulicht) durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein Ablauf der Verarbeitung zum Schätzen der beigemischten Fremdsubstanzmenge und des kumulativen Ermüdungsschadensgrad gemäß der vorliegenden Ausführungsform basierend auf 5 beschrieben.
Bei Schritt S100 wird der Hubbewegungsbetrag S des Siebs 120 durch den Hubsensor 130 erfasst, und bei Schritt S110 wird die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM basierend auf dem erfassten Hubbewegungsbetrag S geschätzt. Als nächstes wird bei Schritt S120 der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangene Ermüdungsschadensgrad σi basierend auf der geschätzten beigemischten Fremdsubstanzmenge AM geschätzt.
Bei Schritt S130 wird der kumulative Ermüdungsschadensgrad D von jedem der Zahnräder G1 bis G4 aus der Formel (1) basierend auf dem Ermüdungsschadensgrad σi, mindestens eines von der Fahrentfernung ni und der Fahrzeit ni, und der aus dem S-N Diagramm M3 abgelesenen Ermüdungsbruchgrenze Ni geschätzt.
Bei Schritt S140 wird bestimmt, ob der kumulative Ermüdungsschadensgrad D jedes der Zahnräder G1 bis G4 den vorbestimmten Schwellenwert (beispielsweise 0,9 oder dergleichen) erreicht hat. Falls nein, kehrt die Steuerung zu Schritt S100 zurück, und falls ja, geht die Verarbeitung zu Schritt S150 weiter.
Bei Schritt S150 wird für die Zahnräder G1 bis G4, deren kumulativer Ermüdungsschadensgrad D den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, eine Warnung ausgegeben, der die Anzeige 250 veranlasst, anzuzeigen, dass die Zahnräder G1 bis G4 ausgetauscht werden müssen (oder dass die Möglichkeit eines Bruchs hoch ist), und dann endet diese Steuerung.
Gemäß der ausführlich beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird die beigemischte Fremdsubstanzmenge AM in dem Schmieröl aus dem Hubbewegungsbetrag S des Siebs 120, das die Fremdsubstanz in dem Schmieröl sammelt, und dem Ermüdungsschadensgrad σi, der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangen wird, basierend auf der geschätzten beigemischten Fremdsubstanzmenge AM geschätzt. Dann wird der kumulative Ermüdungsschadensgrad D jedes der Zahnräder G1 bis G4 basierend auf dem Ermüdungsschadensgrad σi, mindestens eines von der Fahrentfernung ni und der Fahrzeit ni, und der aus dem S-N Diagramm M3 abgelesenen Ermüdungsbruchgrenze Ni geschätzt, und für die Zahnräder G1 bis G4, deren kumulativer Ermüdungsschadensgrad D den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, wird die Warnung ausgegeben, um mitzuteilen, dass die Zahnräder G1 bis G4 ausgetauscht werden müssen. Demgemäß ist es möglich, dem Fahrer die Austauschzeit der Zahnräder G1 bis G4 angemessen mitzuteilen, die gebrochen sein können, und es ist möglich, einen Ausfall des Fahrzeugs auf der Straße zu verhindern, der durch den Bruch der Zahnräder G1 bis G4 verursacht wird.
Insbesondere kann, da ein Fortschrittsgrad des Mischens der Fremdsubstanz in dem Schmieröl in jedem Moment abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs variiert, wie beispielsweise der Fahrhäufigkeit des Fahrzeugs und der Größe der Eingangslast in die Zahnräder G1 bis G4, der Ausfall der Zahnräder G1 bis G4 im Voraus nicht nur durch gleichmäßiges Einstellen der Wartungszeit basierend auf der Fahrstrecke oder dergleichen verhindert werden. Da der von jedem der Zahnräder G1 bis G4 empfangene Ermüdungsschadensgrad σi von der in Echtzeit erfassten, beigemischten Fremdsubstanzmenge AM geschätzt wird und die Warnung basierend auf dem kumulativen Ermüdungsschadensgrad D, der von dem Ermüdungsschadensgrad σi berechnet wird, gegeben wird, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, mit derartigen Änderungen in Fahrsituationen wirksam umzugehen, und es ist möglich, ein Zeichen eines Ausfalls in jedem der Zahnräder G1 bis G4 zuverlässig zu erfassen.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt und kann geeignet modifizierten und implementiert werden, ohne von dem Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise ist die Feder 140 des Erfassungsteils für die beigemischte Fremdsubstanzmengen 110 nicht wesentlich und die Feder 140 kann weggelassen werden, falls die Rückstellfeder 133 in dem Sensor eine gewisse Reaktionskraft aufweist.
Ferner kann, obwohl das Sieb 120 beschrieben wird, in dem stromabwärtigen Öldurchgang 60 bereitgestellt zu sein, kann das Sieb 120 in einem anderen Öldurchgang der Achsantriebsvorrichtung 10, wie beispielsweise dem stromaufwärtigen Öldurchgang 68, angeordnet sein.
Ferner ist das Erfassungsmittel für die beigemischte Menge nicht auf das Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge 110 des veranschaulichten Beispiels begrenzt und Sensoren oder dergleichen, die imstande sind, die beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Fluid durch ein anderes Verfahren zu erfassen, können verwendet werden.
Ferner ist ein Anwendungsbereich der vorliegenden Ausführungsform nicht auf die Leistungsübertragungsvorrichtung begrenzt, wie beispielsweise die Achsantriebsvorrichtung, die Transfervorrichtung und das Getriebe, und kann ebenfalls in großem Umfang auf Vorrichtungen, in dem Schmieröl zirkuliert wird, wie beispielsweise eine Maschine oder andere Vorrichtungen, in denen ein anderes Fluid als das Schmieröl zirkuliert, angewendet werden, solange wie die Vorrichtung ein mit dem Schmieröl gefülltes Zahnradgehäuse umfasst.
Die vorliegende Offenbarung umfasst die folgenden Aspekte.
In einem ersten Aspekt wird eine Schätzvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

ein Erfassungsteil für eine beigemischten Fremdsubstanzmenge, das konfiguriert ist, um einen Wert bezogen auf eine beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid zu erfassen, das ein Eingriffselement schmiert; und
einen Controller,
wobei der Controller konfiguriert ist, um:
- einen Ermüdungsschadensgrad zu schätzen, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeugs basierend auf dem Wert empfangen wird, der sich auf die beigemischte Fremdsubstanzmenge bezieht, die von dem Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge erfasst wird; und
einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad des Eingriffselement basierend auf dem geschätzten Ermüdungsschadensgrad und mindestens eines von einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs zu schätzen.

[2] In einen zweiten Aspekt wird die Schätzvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt,
wobei der Controller ferner konfiguriert ist, um ein Signal auszugeben, das mitteilt, dass der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der eine Möglichkeit eines Bruchs des Eingriffselements angibt, wenn der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der die Möglichkeit des Bruchs des Eingriffselements angibt.
[3] In einem dritten Aspekt wird die Schätzvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei das Erfassungsteil der beigemischten Fremdsubstanzmenge umfasst:

ein Sammelteil, das ein Sammelelement umfasst, das in einem Strömungsweg bereitgestellt, in dem ein Fluid strömt, und konfiguriert ist, um Fremdsubstanz in dem Fluid durch Laufen des Fluids durch mindestens eines Teil davon zu sammeln, wobei das Sammelteil in einer Fluidströmungsrichtung mit der Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement bewegt wird; und
ein Bewegungsbetragserfassungsteil, das konfiguriert ist, um einen Bewegungsbetrag des Sammelteils in der Fluidströmungsrichtung zu erfassen,
wobei der erfasste Bewegungsbetrag der Wert bezogen auf die beigemischte Fremdsubstanzmenge ist, und
wobei der Controller konfiguriert ist, um die beigemischte Fremdsubstanzmenge in dem Fluid basierend auf dem erfassten Bewegungsbetrag zu schätzen und den Ermüdungsschadensgrad, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeug empfangen wird, basierend auf der geschätzten beigemischten Fremdsubstanzmenge zu schätzen.

[4] In einem vierten Aspekt wird die Schätzvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt bereitgestellt,
wobei das Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge ferner ein Vorspannelement umfasst, das konfiguriert ist, um das Sammelteil in einer Richtung entgegengesetzt der Fluidströmungsrichtung vorzuspannen, und das Sammelteil konfiguriert ist, um sich in der Fluidströmungsrichtung gegen eine Vorspannkraft des Vorspannelements mit der Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement zu bewegen.
[5] In einem fünften Aspekt wird die Schätzvorrichtung gemäß dem dritten oder vierten Aspekt bereitgestellt, wobei das Sammelteil ein Siebelement ist, das in einer zylindrischen Form mit einem Boden durch ein Gitterelement ausgebildet ist, das imstande ist, die Fremdsubstanz in dem Fluid zu sammeln, wobei eine Zylinderöffnungsseite des Siebelements an eine stromaufwärtige Seite in der Fluidströmungsrichtung gerichtet wird.
[6] In einem sechsten Aspekt wird die Schätzvorrichtung gemäß einem der ersten bis fünften Aspekte bereitgestellt, wobei der Controller konfiguriert ist, um den kumulativen Ermüdungsschadensgrad gemäß dem Minerschen Gesetz oder modifizierten Minerschen Gesetz basierend auf dem Ermüdungsschadensgrad und das mindestens eine von der Fahrentfernung und der Fahrzeit zu schätzen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung (Nr. 2018-112413), eingereicht am 13. Juni 2018, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Schätzvorrichtung und das Schätzverfahren der vorliegenden Erfindung sind insofern nützlich, dass die Bruchzeit des Eingriffselements gemäß der beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Fluid wirksam geschätzt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Achsantriebsvorrichtung
100: Schätzvorrichtung
110: Erfassungsteil für die beigemischte Fremdsubstanzmenge (Erfassungsmittel für die beigemischte Menge)
120: Sieb (Sammelmittel)
121: Siebkörperabschnitt (Sammelmittel)
130: Hubsensor (Bewegungsbetragserfassungsmittel)
140: Feder (Vorspannmittel)
200: elektronische Steuereinheit
201: Schätzeinheit für die beigemischte Fremdsubstanzmenge (Schätzmittel für die beigemischte Menge)
202: Schätzeinheit für den Ermüdungsschadensgrad (Schätzmittel für den Ermüdungsschadensgrad)
203: Schätzeinheit für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad (Schätzmittel für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad)
204: Warnungsverarbeitungseinheit (Warnungsmittel)
250: Anzeige (Warnungsmittel)

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 2013231673 A [0003]

Claims

Schätzvorrichtung, umfassend: ein Erfassungsmittel für eine beigemischte Menge zum Erfassen einer beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid, das ein Eingriffselement schmiert; ein Schätzmittel für einen Ermüdungsschadensgrad zum Schätzen eines Ermüdungsschadensgrades, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeug basierend auf der erfassten beigemischten Fremdsubstanzmenge empfangen wird; und ein Schätzmittel für einen kumulativen Ermüdungsschadensgrad zum Schätzen eines kumulativen Ermüdungsschadensgrades des Eingriffselements basierend auf dem geschätzten Ermüdungsschadensgrad und mindestens eines von einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Warnungsmittel zum Mitteilen, dass der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der eine Möglichkeit eines Bruchs des Eingriffselements angibt, wenn der geschätzte kumulative Ermüdungsschadensgrad den vorbestimmten Schwellenwert erreicht hat, der die Möglichkeit eines Bruchs des Eingriffselements angibt.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Erfassungsmittel für die beigemischte Menge umfasst: ein Sammelmittel, das ein Sammelelement umfasst, das in einem Strömungsweg bereitgestellt wird, in dem ein Fluid strömt, und das konfiguriert ist, um eine Fremdsubstanz in einem Fluid durch Laufen des Fluids durch mindestens eines Teils davon zu sammeln, wobei das Sammelmittel in einer Fluidströmungsrichtung mit einer Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement bewegt wird; ein Bewegungsbetragserfassungsmittel zum Erfassen eines Bewegungsbetrags des Sammelmittels in der Fluidströmungsrichtung, und ein Schätzmittel für eine beigemischte Menge zum Schätzen der beigemischten Fremdsubstanzmenge in dem Fluid basierend auf dem erfassten Bewegungsbetrag.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Erfassungsmittel für die beigemischte Menge ferner ein Vorspannmittel zum Vorspannen des Sammelmittels in einer Richtung entgegengesetzt der Fluidströmungsrichtung umfasst und sich das Sammelmittel in der Fluidströmungsrichtung gegen eine Vorspannkraft des Vorspannmittels mit der Ansammlung der Fremdsubstanz in dem Sammelelement bewegt.
Schätzvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Sammelmittel ein Siebelement ist, das in einer zylindrischen Form mit einem Boden durch ein Gitterelement ausgebildet ist, das imstande ist, die Fremdsubstanz in dem Fluid zu sammeln, wobei eine Zylinderöffnungsseite des Siebelements an eine stromaufwärtige Seite in der Fluidströmungsrichtung gerichtet wird.
Schätzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schätzmittel für den kumulativen Ermüdungsschadensgrad gemäß dem Minerschen Gesetz oder dem modifizierten Minerschen Gesetz basierend auf dem Ermüdungsschadensgrad und des mindestens eines von der Fahrentfernung und der Fahrzeit schätzt.
Schätzverfahren, umfassend: Erfassen einer beigemischten Fremdsubstanzmenge in einem Fluid, das ein Eingriffselement schmiert; Schätzen eines Ermüdungsschadensgrades, der von dem Eingriffselement pro Fahreinheit eines Fahrzeug basierend auf der erfassten beigemischten Fremdsubstanzmenge empfangen wird; und Schätzen eines kumulativen Ermüdungsschadensgrades des Eingriffselements basierend auf dem geschätzten Ermüdungsschadensgrad und mindestens eines einer Fahrentfernung und einer Fahrzeit des Fahrzeugs.