JP2018017557A - アクスルケースの亀裂検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキフランジ付きアクスルケースの亀裂検知システムを提供する。【解決手段】アクスルケース１０に下方が未溶接となるようにリング状のブレーキフランジ１６を溶接し、その溶接ビード１８の端部１８ｅに位置したアクスルケース１０に歪センサ２０を取り付け、歪センサ２０の検出値に基づいて亀裂の発生を予測する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のアクスルケースの亀裂検知システムに関するものである。

トラックなどの車両のアクスルケースには、積載量に応じた軸重が掛かると共に走行時の路面反力が繰り返し入力されるため、車両の耐用年数に応じた疲労強度が要求される。しかし、過積載や悪路走行が繰り返されると劣化の進行度が高くなり、亀裂が発生してしまう可能性がある。

アクスルケースの亀裂検知構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、アクスルケースの開口部に、最も弱い部分と次に弱い部分とを成形し、それらを結ぶライン上に歪ゲージを装着し、歪ゲージが断線したことを検出したとき、ラインに沿って亀裂が発生したことを運転者に知らせ、アクスルケースの寿命が尽きる前に交換を促すようにした亀裂検知構造が開示されている。

特開２０１４−１７８２０９号公報 特開２００３−２０６９６１号公報

しかしながら、アクスルケースに、わざわざ、最も弱い部分と次に弱い部分とを形成しているため、本来最初に亀裂が発生する部位（アクスルケースの本質的な最弱部位）に亀裂が発生する前に、成形した部位（最も弱い部位、次に弱い部位）に亀裂が発生すると、アクスルケースの耐用年数が短くなってしまう。

一方、アクスルケースとブレーキフランジの溶接は重要保安部位に設定され、亀裂の発生は避けなければならない。ブレーキフランジ廻りの亀裂の発生は、その溶接ビードの溶接端部から亀裂が発生し、これが全体亀裂に進展するため、溶接端部の亀裂の発生を事前に予測するか或いは発生後直ちに検知することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ブレーキフランジ付きアクスルケースの亀裂検知システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、アクスルケースに下方が未溶接となるようにリング状のブレーキフランジを溶接し、その溶接ビードの端部に位置したアクスルケースに歪センサを取り付け、歪センサの検出値に基づいて亀裂の発生を予測することを特徴とするアクスルケースの亀裂検知システムである。

前記溶接ビードは、前記ブレーキフランジの両側に施され、前記歪センサは、前記溶接ビードの端部にそれぞれ取り付けられるのが好ましい。

前記歪センサの検出値に基づいて、車両の積載重量を算出するのが好ましい。 前記歪センサの検出値から車両の積載率を求め、積載率１２０％又は１５０％を超えるときに警告を発するのが好ましい。

前記歪センサの検出値を、単位走行時間或いは単位走行距離ごと積算し、その積算した歪量の総和からアクスルケースの亀裂発生を予測するのが好ましい。

本発明は、ブレーキフランジの溶接ビードの端部に位置したアクスルケースに歪センサを取り付けて、その歪を検出することで、亀裂発生を予測できるという優れた効果を発揮する。

本発明のアクスルケースの亀裂検知システムの一実施の形態を示す図である。 本発明において、アクスルケースに軸重が掛かったときの圧縮と引張応力分布を説明する図である。 本発明におけるアクスルケースの斜視図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 本発明において、アクスルセンターからの距離と変位量との関係を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図３により、本発明に適用されるアクスルケース１０を説明する。

アクスルケース１０は、ディファレンシャルギヤユニット（図示せず）を収容するバンジョー部１１と、バンジョー部１１から左右に延びた管状の角断面部１２と、中央側が角断面部１２の角断面形状に形成されると共に外側が円形断面に形成された移行部１３と、移行部１３に接続される円筒部１４とで構成される。

バンジョー部１１は、前後にディファレンシャルギヤユニットを挿入する開口部を有すると共にその開口部前部にリングが溶接され、ディファレンシャルギヤユニット収容後の前部リング部に、デフキャリア（図示せず）がボルト止めされ、後部にカバー１５が溶接される。

移行部１３には、リング状のブレーキフランジ１６が溶接される。

図２に示すように、アクスルケース１０の角断面部１２には、下向きに軸重が加わることで、路面からの反力を受け、アクスルケース１０は、支点ＳＰに対して、下に凹となるように曲げられ、中心のバンジョー部１１の変位が最大に下がり、中心から支点ＳＰにかけて変位量が少なくなる。ここで、アクスルケース１０の中立軸Ｌを境に、上側が圧縮応力、下側が引張応力が発生し、上面、下面に行くにつれ高い応力が発生する。

そのため、図４に示すように、アクスルケース１０の移行部１３にリング状のブレーキフランジ１６を溶接する際、溶接ビード１８は、ブレーキフランジ１６の全周に施すのではなく、高い引張応力が発生する下方を未溶接部１９となるように溶接することで、強度影響を小さくしている（特許文献２）。

溶接ビード１８は、ブレーキフランジ１６の両側に施し、未溶接部１９は、ブレーキフランジ１６と移行部１３の最下端を中心に９０°〜１２０°の範囲となるようにする。

しかし、この未溶接部１９を形成した溶接ビード１８においても、図３の丸Ｄ部分の拡大図で示すように、溶接ビード１８の端部１８ｅに応力集中が発生するため、溶接ビード１８の端部１８ｅが最弱部位となり、この部位が亀裂発生点Ｃｓとなり、亀裂発生点Ｃｓから点線で示したように亀裂進展予想線Ｃｌに沿って亀裂が発生することがある。

そこで、図３の丸Ｄ部分の拡大図に示したように、溶接ビード１８の端部１８ｅに近接してに歪センサ２０を取り付けることで、弱い部分を成形することなく、アクスルケース１０に生じる亀裂の発生を予測でき、また亀裂が発生した時には、これを直ちに検知できる。

すなわち、本発明においては、特許文献１のようにアクスルケースに、わざわざ、最も弱い部分と次に弱い部分とを成形する必要がないので、アクスルケースが本来有する寿命強度が低下することはない。よって、本発明においては、アクスルケースのブレーキフランジ溶接部に生じる亀裂を、アクスルケースの耐用年数を低下させることなく、予測できると共に亀裂発生を直ちに検出することができる。

この歪センサ２０は、ブレーキフランジ１６の両側に施される溶接ビード１８の端部１８ｅごとに４個、左右のブレーキフランジ１６で計８個取り付けられ、各歪センサ２０の検出値が、図１に示すようにＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０に入力される。

ＥＣＵ３０は、各歪センサ２０の検出値を基に、車両総積載量算出手段３１、各軸ごとの積載量算出手段３２、各歪センサでの歪量積算手段３３、亀裂発生予測手段３４とを備え、これら手段３１〜３４で算出した結果を運転席多重モニタ３５に出力する。

車両総積載量算出手段３１は、車両の停車時に検出した検出値である歪値から、以下の式を基に軸重（積載量）を算出する。
車両総積載量＝前軸の積載量＋後軸の積載量

車両総積載量算出手段３１で算出した車両総積載量を運転席多重モニタ３５の積載量指示針３６でアナログもしくはデジタル表示すると共に、積載率が１５０％を超えた場合は、運転席多重モニタ３５の赤ランプ３７Ｒで警告し、１５０％以下で１２０％を超えるときには黄ランプ３７Ｙで警告し、１２０％以下のときには、青ランプ３７Ｂを点灯する。

図５は、図２で説明したようにアクスルケース１０に軸重が掛かったときの、アクスルケースセンターからの距離に対する変位量分布を示したものである。

アクスルケース１０に軸重が掛かると中央のバンジョー部１１の変位量が大きく、センターから支持点にかけて変位量が小さい分布となる。

ここで、歪センサ２０の位置で、積載量１２０％と１５０％の歪値は、予め求めることができるため、歪センサ２０の検出値で、積載量１２０％で黄ランプ３７Ｙを点灯し、積載量１５０％で赤ランプ３７Ｒを点灯して警告する。

すなわち、総重量２５トンのトラック（６×４の場合：前輪側軸５トン、後輪側の２つのアクスルケースにそれぞれ１０トンの軸重が掛かっている場合）では、積載量１１０％では、アクスルケースに１０トンの軸重が掛かるが、積載率１２０％では軸重が１１トン、積載率１５０％では、１３トンの軸重が掛かる。

そこで、各軸ごとの積載量算出手段３２は、車両停止時に検出した歪値から、以下の式を基に軸重（積載量）を算出する。
各軸ごとの積載量＝（計測値／定積時のたわみ）×定積時の積載量
※定積時の積載量については各車両ごとの諸元表から算出する。

各軸ごとの積載量算出手段３２で算出した各軸ごとの積載量は、表示器３８で表示される。

各歪センサでの歪量積算手段３３は、車両走行時に各歪センサで検出した歪値を単位時間ごと或いは単位距離ごとに積算する。これにより、図３で説明した溶接ビード１８の端部１８ｅに掛かる歪量の総和が求められる。

亀裂発生予測手段３４は、各歪センサ２０での歪量積算手段３３で積算した歪量の総和から、別途実験で求めた疲労限度線図（一般的にＳ−Ｎ線図）を基に、端部１８ｅの亀裂発生を予測する。

通常のトラックは、車両メーカが設定している目標寿命距離又は耐用年数までアクスルケース１０に亀裂が発生しないようにアクスルケース１０の強度が確保されているが、過積載や頻繁に悪路を繰り返し走行したときには、アクスルケースに掛かる軸重が大きくなり、亀裂が発生する可能性がある。この亀裂が実際に発生した場合には、その亀裂発生箇所の歪センサの検出値は、亀裂発生前の検出歪量は最大となり、亀裂発生後の検出歪はゼロ近くまで下がる。

そこで、亀裂発生予測手段３４は、各歪センサでの歪量積算手段３３で積算した歪量の総和から歪センサ位置でのアクスルケースの疲労度を求める。この疲労度を求めることで、現在検出している積載量に基づいた検出歪量と疲労のない積載量に基づいた初期の歪量変化から、アクスルケースの経年劣化を予測でき、これにより、アクスルケースに亀裂が発生するまでの時期或いは走行可能距離を推定することができ、これを表示器３８で表示することで、亀裂発生を未然に防止することが可能となる。

このように、本発明は、歪データをリアルタイムにモニタすることで、以下の効果がある。

アクスルケースのブレーキフランジ溶接部周辺が故障する前兆を知ることができるため、予め部品の準備ができ、故障による車両の停止時間を最小にできる。

アクスルケースのブレーキフランジ溶接周辺が故障する前に運行を停止することができるため、故障に起因する事故を回避できる。

停車時の歪値から、積載重量を車内に表示することにより、以下の効果がある。

過積載での車両の運行を防止させることができる。

過積載が原因となる交通事故や故障を回避することができる。

１０ アクスルケース
１６ ブレーキフランジ
１８ 溶接ビード
１８ｅ 端部
１９ 未溶接部
２０ 歪センサ
３０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. アクスルケースに下方が未溶接となるようにリング状のブレーキフランジを溶接し、その溶接ビードの端部に位置したアクスルケースに歪センサを取り付け、歪センサの検出値に基づいて亀裂の発生を予測することを特徴とするアクスルケースの亀裂検知システム。
2. 前記溶接ビードは、前記ブレーキフランジの両側に施され、前記歪センサは、前記溶接ビードの端部にそれぞれ取り付けられる請求項１記載のアクスルケースの亀裂検知システム。
3. 前記歪センサの検出値に基づいて、車両の積載重量を算出する請求項１又は２記載のアクスルケースの亀裂検知システム。
4. 前記歪センサの検出値から車両の積載率を求め、積載率１２０％又は１５０％を超えるときに警告を発する請求項３記載のアクスルケースの亀裂検知システム。
5. 前記歪センサの検出値を、単位走行時間或いは単位走行距離ごと積算し、その積算した歪量の総和からアクスルケースの亀裂発生を予測する請求項１〜４の何れかに記載のアクスルケースの亀裂検知システム。

Images