JP2019215241A - 推定装置及び、推定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】流体中の異物混入量に応じた噛合要素の破損時期を推定する。【解決手段】噛合要素G1〜G4を潤滑する流体中の異物混入量を取得する混入量取得部110,201と、取得される異物混入量に基づいて、噛合要素G1〜G4が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度を推定する疲労被害度推定部202と、推定される疲労被害度と、車両の走行距離及び、又は走行時間とに基づいて、噛合要素G1〜G4の累積疲労被害度を推定する累積疲労被害度推定部203とを備えた。【選択図】図3

Description

本開示は、推定装置及び推定方法に関し、特に、噛合要素の寿命推定の技術に関するものである。
この種の装置の一例として、例えば、特許文献1には、車両に搭載された動力伝達装置を構成するギヤの寿命を、走行用モータから各ギヤに入力されるトルクに基づいて予測し、ギヤの適切な交換時期を運転者に適宜に知らせるようにした技術が提案されている。
特開2013−231673号公報
ところで、動力伝達装置においては、ギヤ等が摩耗するので、潤滑油中に摩耗により生じた金属粉や破損片等の異物が混入する。このような異物混入量が過多となり、ギヤ等に破損が生じると、車両の路上故障を引き起こす虞がある。このため、潤滑油中の異物混入量に応じたギヤの破損時期(例えば、累積疲労被害度)を適宜に推定し、ギヤの適切な交換時期を運転者に知らせることにより、車両の路上故障を未然に防ぐことが望まれる。
本開示の技術は、流体中の異物混入量に応じた噛合要素の破損時期を効果的に推定することを目的とする。
本開示の装置は、噛合要素を潤滑する流体中の異物混入量を取得する混入量取得手段と、取得される前記異物混入量に基づいて、前記噛合要素が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度を推定する疲労被害度推定手段と、推定される前記疲労被害度と、前記車両の走行距離及び、又は走行時間とに基づいて、前記噛合要素の累積疲労被害度を推定する累積疲労被害度推定手段と、を備えることを特徴とする。
また、推定される前記累積疲労被害度が前記噛合要素の破損の可能性を示す所定の閾値に達すると、当該情報を知らせる警告手段をさらに備えることが好ましい。
また、前記混入量取得手段は、流体を流通させる流路内に設けられると共に、少なくともその一部に前記流体を通過させて該流体中の異物を捕集する捕集部材を含み、該捕集部材の異物堆積に伴い流体流通方向に移動される捕集手段と、前記捕集手段の前記流体流通方向への移動量を取得する移動量取得手段と、取得される前記移動量に基づいて、前記流体中の異物混入量を推定する混入量推定手段と、を備えることが好ましい。
また、前記混入量取得手段は、前記捕集手段を前記流体流通方向とは反対方向に付勢する付勢手段をさらに備え、前記捕集手段は、前記捕集部材の異物堆積に伴い前記付勢手段の付勢力に抗して前記流体流通方向へ移動されることが好ましい。
また、前記捕集手段は、前記流体中の異物を捕集可能なメッシュ部材で有底筒体状に形成されると共に、その筒体開口側を前記流体の流通方向上流側に向けられたストレーナ部材であってもよい。
また、前記累積疲労被害度推定手段は、前記疲労被害度と、前記走行距離及び、又は前記走行時間とに基づいて、マイナー則又は修正マイナー則に従い前記累積疲労被害度を推定することが好ましい。
本開示の方法は、噛合要素を潤滑する流体中の異物混入量を取得し、取得した前記異物混入量に基づいて、前記噛合要素が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度を推定し、推定した前記疲労被害度と、前記車両の走行距離及び、又は走行時間とに基づいて、前記噛合要素の累積疲労被害度を推定することを特徴とする。
本開示の技術によれば、流体中の異物混入量に応じた噛合要素の破損時期を効果的に推定することができる。
本実施形態に係る車両に搭載された動力伝達装置の模式的な縦断面図である。 本実施形態に係る異物混入量検出部を示す模式的な部分断面図である。 本実施形態に係る電子制御ユニットの模式的な機能ブロック図である。 本実施形態に係るS−N線図を説明する模式図である。 本実施形態に係る異物混入量及び、累積疲労被害度の推定処理を説明するフロー図である。
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る推定装置及び、推定方法を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
[動力伝達装置]
図1は、本実施形態に係る車両に搭載された動力伝達装置10の模式的な縦断面図である。同図に示すように、動力伝達装置10は、例えば、後軸として二本の駆動軸(後前軸及び後後軸)を備えた後二軸駆動車両に搭載されるファイナルドライブ装置である。なお、車両は、後一軸駆動車両、前輪駆動車両、四輪駆動車両等の何れであってもよい。また、動力伝達装置10は、ファイナルドライブ装置に限定されず、トランスファ装置やトランスミッション等の他の動力伝達装置であってもよい。
ファイナルドライブ装置10は、ハウジング11を備えている。ハウジング11の底部11Aには、流体の一例としての潤滑油(図中に模式的な液面レベルOLを破線で示す)が貯留されている。また、ファイナルドライブ装置10は、入力軸21と、出力軸22と、ドライブピニオン42と、ギヤ機構30とを備えている。
入力軸21は、ベアリング24を介してハウジング11に回転可能に軸支されている。入力軸21には、図示しないトランスミッション等から駆動力が伝達されるプロペラシャフトPS1の出力端が接続されている。なお、符号300は、プロペラシャフトPS1の回転から車速Vを取得する車速センサを示している。車速センサ300により取得される車速は、電気的に接続された電子制御ユニット200に入力される。
出力軸22は、入力軸21と同軸上に配置されており、ベアリング25,26を介してハウジング11に回転可能に軸支されている。出力軸22には、不図示の後後軸に駆動力を伝達するプロペラシャフトPS2の入力端が接続されている。
ドライブピニオン42は、ハウジング11内に入力軸21と平行に配置されており、ベアリング51,52を介してハウジング11に回転可能に軸支されている。ドライブピニオン42の一端にはドライブピニオンギヤG1が設けられ、このドライブピニオンギヤG1にはリングギヤG2が噛合されている。また、リングギヤG2は、後前差動機構44の一部を構成する不図示のデフケージに固定されている。後前差動機構44は、何れも図示を省略するデフケージ、サイドギヤ、デフピニオンギヤ及び、スパイダ等を備えており、左右駆動軸15,16(右駆動軸16は図示を省略)に、差動を許容しつつ駆動力を伝達するように構成されている。
ギヤ機構30は、入力軸21に伝達された駆動力を、差動を許容しつつ、出力軸22及びドライブピニオン42に伝達する。具体的には、ギヤ機構30は、ギヤG3と、スパイダ32と、一対のピニオンギヤ33と、サイドギヤ34と、ケージ35とを備えている。ギヤG3は、入力軸21に相対回転可能に設けられており、ドライブピニオン42に固定されたギヤG4と噛合されている。また、ギヤG3のサイドギヤ31Aは、1対のピニオンギヤ33と噛合している。サイドギヤ34は、出力軸22に一体回転可能に固定されており、1対のピニオンギヤ33と噛合している。一対のピニオンギヤ33は、スパイダ32にそれぞれ回転可能に挿通されている。スパイダ32は、入力軸21に一体回転可能に設けられたケージ35に固定されている。
ハウジング11の側部には、ハウジング11の底部11Aに貯溜されている潤滑油を汲み上げて圧送するオイルポンプOPが設けられている。オイルポンプOPは、例えば、ギヤポンプやトロコイドポンプであって、ドライブピニオン42から伝達される動力で駆動する。
ハウジング11の内部には、潤滑油を貯留する底部11AとオイルポンプOPの吸入口とを連通させる下流油路60が設けられている。さらに、ハウジング11の内部には、オイルポンプOPの吐出口と入力軸21内に形成された軸方向油路21Aとを連通させる上流油路68が設けられている。オイルポンプOPが駆動すると、底部11A内の潤滑油は下流油路60を経由して汲み上げられ、上流油路68に圧送される。上流油路68に圧送された潤滑油は、入力軸21内の軸方向油路21A及び、複数の径方向油路21Bを介して各ベアリング等の潤滑要素に供給され、底部11Aに戻されることにより循環するようになっている。
推定装置100は、異物混入量検出部110(混入量取得手段の一例)と、電子制御ユニット200とを備えている。本実施形態において、異物混入量検出部110は、下流油路60に設けられている。以下、異物混入量検出部110の詳細について説明する。
[異物混入量検出部]
図2は、本実施形態に係る異物混入量検出部110を示す模式的な部分断面図である。同図に示すように、異物混入量検出部110は、ストレーナ120(捕集手段)と、ストロークセンサ130(移動量取得手段)と、スプリング140(付勢手段)とを備えている。これら構成要素のうち、ストレーナ120、ストロークセンサ130の一部及び、スプリング140は、下流油路60内に配置されている。
下流油路60は、略L字状に屈曲形成されており、ハウジング11の底部11Aから横方向に延びる横方向流路61と、横方向流路61の下流端からオイルポンプOP側に縦方向に延びる縦方向流路62とを有する。また、横方向流路61は、上流側の小径流路部61Aと、下流側の大径流路部61Bとを有しており、これら小径流路部61Aと大径流路部61Bとの間には円環状の段差面61Cが形成されている。
ストレーナ120は、潤滑油を通過させて潤滑油中に含まれる異物(例えば、ギヤの摩耗により生じた鉄粉や破損片等:以下、単に異物と称する)を捕集可能なメッシュ部材で略有底筒体状に形成されたストレーナ本体部121(捕集部材)を有する。ストレーナ本体部121の筒軸長さは、大径流路部61Bの流路軸長さよりも短く形成されている。ストレーナ本体部121は、大径流路部61B内に潤滑油の流通方向に移動可能に収容されている。また、ストレーナ本体部121の開口周縁には、径方向外方に向けて略直角に折れ曲がる円環状のフランジ部122が設けられている。
フランジ部122及びストレーナ本体部121の内径は、好ましくは、小径流路部61Aの流路径と略同径に形成されている。また、フランジ部122の外径は、大径流路部61Bの流路径よりも小径に形成されている。フランジ部122は、スプリング140の付勢力によって段差面61Cに圧接状態で着座されている。
ストロークセンサ130は、ストレーナ本体部121の筒底部外側面に当接するシャフト131と、シャフト131をストローク移動可能に支持する有底筒状のケーシング132と、シャフト131を原点位置に復帰させるリターンバネ133(付勢手段)と、ストレーナ120の移動量に相当するシャフト131のストローク移動量Sを検出する検出素子部134とを備えている。検出素子部134によって検出されるストローク移動量Sは、電気的に接続された電子制御ユニット200に入力される。
本実施形態において、ストロークセンサ130は、ケーシング132の外周に形成された不図示の雄ネジ部を、ハウジング11の貫通孔135の内周に形成された不図示の雌ネジ部と螺合させることにより、ハウジング11に着脱可能に取り付けられている。ストロークセンサ130をハウジング11から取り外すことにより、ストレーナ120を定期交換(再利用を含む)できるように構成されている。
スプリング140は、一端側をフランジ部122に着座させると共に、他端側をケーシング132の筒端面に着座させており、これらフランジ部122とケーシング132との間に圧縮状態で保持されている。
潤滑油中の異物混入量が少ない状態(或は、略ゼロ)のときは、ストレーナ本体部121の内筒面に捕集される異物の量(目詰まり度合い)も少なく、ストレーナ本体部121を通過する潤滑油の流通抵抗は小さい。この場合は、図2(A)に示すように、ストレーナ120は、スプリング140の付勢力によってフランジ部122を段差面61Cに着座させた状態に保持され、ストロークセンサ130のシャフト131も略原点位置に保持される。すなわち、ストロークセンサ130により検出されるシャフト131のストローク移動量Sは略ゼロとなる。
その後、潤滑油中の異物混入量が増加し、ストレーナ本体部121の内筒面に異物が堆積し始めると、これに伴い、ストレーナ本体部121の目詰まり度合いが増加することで、ストレーナ本体部121を通過する潤滑油の流通抵抗は次第に大きくなる。すると、図2(B)に示すように、ストレーナ120は、スプリング140の付勢力に抗して潤滑油流れ方向にストローク移動する。ストレーナ120がストローク移動すると、小径流路部61Aを流れる潤滑油は、フランジ部122と段差面61Cとの隙間を通って大径流路部61B内を流れるようになる。
この際、ストロークセンサ130により検出されるシャフト131のストローク移動量Sは、ストレーナ120の移動に応じて次第に増加する。特に、ギヤ等が破損する故障発生の直前になると、潤滑油中の異物混入量が急増し、これに伴いストレーナ本体部121を通過する潤滑油の流通抵抗も急増することで、シャフト131及びストレーナ120のストローク移動量Sは著しく増加する。
本実施形態では、このような、異物堆積に応じたストレーナ120のストローク移動量Sの変化を利用して、潤滑油中の異物混入量及び、該異物混入量に応じた各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度を推定する。以下、電子制御ユニット200による異物混入量及び、累積疲労被害度の推定処理の詳細を説明する。
[電子制御ユニット]
図3は、本実施形態に係る電子制御ユニット200の模式的な機能ブロック図である。電子制御ユニット200は、車両の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、電子制御ユニット200は、異物混入量推定部201(混入量推定手段)と、疲労被害度推定部202(疲労被害度推定手段)と、累積疲労被害度推定部203(累積疲労被害度推定手段)と、警告処理部204(警告手段)とを一部の機能要素として有している。これら各機能要素は、一体のハードウェアである電子制御ユニット200に含まれるものとして説明するが、これらの何れかを別体のハードウェアに設けることもできる。
異物混入量推定部201は、ストレーナ120のストローク移動量Sに基づいて、潤滑油中の異物混入量AMを推定する。具体的には、電子制御ユニット200のメモリには、予め実験等により作成したストレーナ120のストローク移動量Sと潤滑油中の異物混入量AMとの関係を定めたマップM1が格納されている。マップM1において、異物混入量AMは、ストローク移動量Sが長くなるに従い急激に増大するように設定されている。異物混入量推定部201は、ストロークセンサ130から入力されるストローク移動量Sに基づいてマップM1を参照することにより、異物混入量AMを推定する。なお、異物混入量AMの推定手法はマップM1に限定されず、ストローク移動量Sを入力値として含むモデル式等から演算してもよい。
疲労被害度推定部202は、異物混入量推定部201により推定される異物混入量AMに基づいて、ファイナルドライブ装置10の各ギヤG1〜G4(何れも図1参照)が、車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度σを推定する。具体的には、電子制御ユニット200のメモリには、予め実験等により作成した異物混入量AMと、各ギヤG1〜G4が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度σとの関係を定めたマップM2が格納されている。図3中において、マップM2は1個のみ示されているが、各ギヤG1〜G4に対応するマップをそれぞれ個別に備えるものとする。このマップM2において、ギヤG1〜G4の疲労被害度σは、異物混入量AMが多くなるに従い急激に増大するように設定されている。疲労被害度推定部202は、異物混入量推定部201により推定される異物混入量AMに基づいてマップM2を参照することにより、各ギヤG1〜G4の疲労被害度σをそれぞれ推定する。なお、疲労被害度σの推定手法はマップM2に限定されず、異物混入量AMを入力値として含むモデル式等から演算してもよい。
累積疲労被害度推定部203は、マイナー則又は、疲労限度以下の応力振幅についても損傷として累積する修正マイナー則に基づいて、各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dを推定する。より詳しくは、電子制御ユニット200のメモリには、予め実験等により作成した各ギヤG1〜G4のS−N線図M3(詳細は図4参照)が格納されている。図3中において、S−N線図M3は1個のみ示されているが、各ギヤG1〜G4に対応するS−N線図をそれぞれ個別に備えるものとする。このS−N線図M3には、縦軸に疲労被害度σ、横軸に車両の走行距離N及び、又は走行時間Nがそれぞれ設定されている。
累積疲労被害度推定部203は、疲労被害度推定部202から入力される疲労被害度σiと、車両の走行距離ni及び、又は走行時間niと、S−N線図M3から読み取られるギヤG1〜G4の疲労破壊限界Niとに基づいて、以下の数式(1)から各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dをリアルタイムに算出する。なお、車両の走行距離niは、車速センサ300のセンサ値に、電子制御ユニット200内蔵のタイマ210の計時値を乗算することにより取得すればよい。また、車両の走行時間niは、車両走行時のタイマ210の計時値を累積することにより取得すればよい。
Figure 2019215241
警告処理部204は、累積疲労被害度推定部203によって算出される各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dのうち、累積疲労被害度Dが破損時期(D=1)に近い所定の閾値(例えば、0.9等)に達したギヤG1〜G4について、運転室内の表示器250に当該ギヤG1〜G4の交換が必要な旨(又は、破損に至る可能性が高い旨)を表示させる指示信号を出力する。なお、警告の手法は表示器250への表示に限定されず、図示しないスピーカ等による音声によって行ってもよい。
次に、図5に基づいて、本実施形態に係る異物混入量及び、累積疲労被害度の推定処理のフローを説明する。
ステップS100では、ストロークセンサ130によりストレーナ120のストローク移動量Sを取得し、ステップS110では、取得したストローク移動量Sに基づいて異物混入量AMを推定する。次いで、ステップS120では、推定された異物混入量AMに基づいて、各ギヤG1〜G4の疲労被害度σiを推定する。
ステップS130では、疲労被害度σi、走行距離ni及び、又は走行時間ni、S−N線図M3から読み取られる疲労破壊限界Niに基づいて、上記数式(1)から各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dを推定する。
ステップS140では、各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dが所定の閾値(例えば、0.9等)に達したか否かを判定する。否定の場合、本制御はステップS100に戻され、肯定の場合はステップS150の処理に進む。
ステップS150では、表示器250に累積疲労被害度Dが所定の閾値に達したギヤG1〜G4について、当該ギヤG1〜G4の交換が必要な旨(又は、破損に至る可能性が高い旨)を表示させる警告を実行し、その後、本制御は終了する。
以上詳述した本実施形態によれば、潤滑油中の異物を捕集するストレーナ120のストローク移動量Sから潤滑油中の異物混入量AMを推定すると共に、推定された異物混入量AMに基づいて各ギヤG1〜G4の疲労被害度σiを推定する。そして、疲労被害度σi、走行距離ni及び、又は走行時間ni、S−N線図M3から読み取られる疲労破壊限界Niに基づいて各ギヤG1〜G4の累積疲労被害度Dを推定し、累積疲労被害度Dが所定の閾値に達したギヤG1〜G4については、当該ギヤG1〜G4の交換が必要な旨を知らせる警告が実行されるように構成されている。これにより、破損の可能性があるギヤG1〜G4の交換時期を運転者に適宜に知らせることが可能となり、当該ギヤG1〜G4の破損により引き起こされる車両の路上故障を未然に防止することができる。
特に、潤滑油中の異物混入の進行度合いは、車両の運転頻度やギヤG1〜G4に対する入力負荷の大きさ等、車両の運転状態に応じて時々刻々と変化するため、メンテナンス時期を走行距離等に基づいて一律に設定するのみでは、ギヤG1〜G4の故障を未然に防止できない虞がある。本実施形態では、リアルタイムに推定される異物混入量AMから各ギヤG1〜G4の疲労被害度σiを求め、該疲労被害度σiから算出される累積疲労被害度Dに基づいて警告を行うため、このような運転状況等の変化に対しても効果的に対応することが可能となり、各ギヤG1〜G4の故障前兆を確実に検知することができる。
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
例えば、異物混入量検出部110のスプリング140は必須ではなく、センサ内蔵のリターンバネ133が一定の反力を有していれば、スプリング140を省略してもよい。
また、ストレーナ120は、下流油路60内に設けられるものとして説明したが、上流油路68等、ファイナルドライブ装置10の他の油路に配置することもできる。
また、混入量取得手段は、図示例の異物混入量検出部110に限定されず、他の手法により流体中の異物混入量を検出可能なセンサ類等を用いてもよい。
また、本実施形態の適用範囲は、ファイナルドライブ装置やトランスファ装置、トランスミッション等の動力伝達装置に限定されず、潤滑油を封入したギヤケースを備える装置であれば、例えばエンジン等、潤滑油が循環する装置、或は、潤滑油以外の流体が循環する他の装置類にも広く適用することが可能である。
10 ファイナルドライブ装置
100 推定装置
110 異物混入量検出部(混入量取得手段)
120 ストレーナ(捕集手段)
121 ストレーナ本体部(捕集部材)
130 ストロークセンサ(移動量取得手段)
140 スプリング(付勢手段)
200 電子制御ユニット
201 異物混入量推定部(混入量推定手段)
202 疲労被害度推定部(疲労被害度推定手段)
203 累積疲労被害度推定部(累積疲労被害度推定手段)
204 警告処理部(警告手段)
250 表示器(警告手段)

Claims (7)

  1. 噛合要素を潤滑する流体中の異物混入量を取得する混入量取得手段と、
    取得される前記異物混入量に基づいて、前記噛合要素が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度を推定する疲労被害度推定手段と、
    推定される前記疲労被害度と、前記車両の走行距離及び、又は走行時間とに基づいて、前記噛合要素の累積疲労被害度を推定する累積疲労被害度推定手段と、を備える
    ことを特徴とする推定装置。
  2. 推定される前記累積疲労被害度が前記噛合要素の破損の可能性を示す所定の閾値に達すると、当該情報を知らせる警告手段をさらに備える
    請求項1に記載の推定装置。
  3. 前記混入量取得手段は、
    流体を流通させる流路内に設けられると共に、少なくともその一部に前記流体を通過させて該流体中の異物を捕集する捕集部材を含み、該捕集部材の異物堆積に伴い流体流通方向に移動される捕集手段と、
    前記捕集手段の前記流体流通方向への移動量を取得する移動量取得手段と、
    取得される前記移動量に基づいて、前記流体中の異物混入量を推定する混入量推定手段と、を備える
    請求項1又は2に記載の推定装置。
  4. 前記混入量取得手段は、前記捕集手段を前記流体流通方向とは反対方向に付勢する付勢手段をさらに備え、前記捕集手段は、前記捕集部材の異物堆積に伴い前記付勢手段の付勢力に抗して前記流体流通方向へ移動される
    請求項3に記載の推定装置。
  5. 前記捕集手段は、前記流体中の異物を捕集可能なメッシュ部材で有底筒体状に形成されると共に、その筒体開口側を前記流体の流通方向上流側に向けられたストレーナ部材である
    請求項3又は4に記載の推定装置。
  6. 前記累積疲労被害度推定手段は、前記疲労被害度と、前記走行距離及び、又は前記走行時間とに基づいて、マイナー則又は修正マイナー則に従い前記累積疲労被害度を推定する
    請求項1から5の何れか一項に記載の推定装置。
  7. 噛合要素を潤滑する流体中の異物混入量を取得し、取得した前記異物混入量に基づいて、前記噛合要素が車両の単位走行当たりに受ける疲労被害度を推定し、推定した前記疲労被害度と、前記車両の走行距離及び、又は走行時間とに基づいて、前記噛合要素の累積疲労被害度を推定する
    ことを特徴とする推定方法。
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