(57)【要約】【課題】デファレンシャル装置の破損防止を図る。【解決手段】デファレンシャルキャリア２１及び又はアクスルケース３０の車体フレーム２に対する変位量を取得する変位量センサ４０と、変位量に基づいて軸重を推定する軸重推定部１１０と、変位量に基づいて、デファレンシャルキャリア２１及び又はアクスルケース３０の車体フレーム２に対する変位加速度を演算すると共に、変位加速度と軸重とに基づいて、デファレンシャルキャリア２１及び又はアクスルケース３０の接合部Ｃに作用する応力を演算する応力演算部１２０と、変位量に基づいて、デファレンシャルキャリア２１及び又はアクスルケース３０が車体フレーム２に近接する変位回数を演算する変位回数演算部１３０と、応力と変位回数とに基づいて、所定部位の累積疲労被害度を推定する累積疲労被害度推定部１４０とを備えた。【選択図】図３
2018151170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からの動力がデファレンシャル装置を介して駆動軸に伝達され、前記デファレンシャル装置の各ギヤ要素を収容するデファレンシャルキャリアに前記駆動軸を収容するアクスルケースが接合され、該アクスルケースが車体フレームに弾性支持された車両の推定装置であって、
前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位量を取得する変位量取得手段と、
前記変位量に基づいて、前記車両の軸重を推定する軸重推定手段と、
前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位加速度を演算すると共に、該変位加速度と前記軸重とに基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの所定部位に作用する応力を演算する応力演算手段と、
前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースが前記車体フレームに近接する変位回数を演算する変位回数演算手段と、
前記応力と前記変位回数とに基づいて、前記所定部位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。
【請求項２】
前記累積疲労被害度が前記所定部位の破損の可能性を示す所定の閾値に達すると、当該情報を運転者に知らせる報知手段をさらに備える
請求項１に記載の推定装置。
【請求項３】
前記所定部位が、前記デファレンシャルキャリアと前記アクスルケースとの接合部である
請求項１又は２に記載の推定装置。
【請求項４】
前記累積疲労被害度推定手段は、前記応力と前記変位回数とに基づいて、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３の何れか一項に記載の推定装置。
【請求項５】
駆動源からの動力がデファレンシャル装置を介して駆動軸に伝達され、前記デファレンシャル装置の各ギヤ要素を収容するデファレンシャルキャリアに前記駆動軸を収容するアクスルケースが接合され、該アクスルケースが車体フレームに弾性支持された車両の推定方法であって、
前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位量を取得し、前記変位量に基づいて前記車両の軸重を推定し、前記変位量に基づいて前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位加速度を演算すると共に、該変位加速度と前記軸重とに基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの所定部位に作用する応力を演算し、前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースが前記車体フレームに近接する変位回数を演算し、前記応力と前記変位回数とに基づいて前記所定部位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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推定装置及び推定方法に関し、特に、デファレンシャル装置の疲労被害度の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なデファレンシャル装置において、ドライブピニオンギヤやリングギヤ等を収容するデファレンシャルキャリアには、駆動軸を収容するアクスルケースがボルト締結等により接合されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０８９９１７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２２５９７号公報
【特許文献３】特開２００１−１０５９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リーフスプリング式サスペンション装置を搭載する車両において、アクスルケースは弾性変形可能なリーフスプリングを介してシャシフレーム等の車体フレームに懸架されるのが一般的である。一方、アクスルケールに接合されたデファレンシャルキャリアの内部には、車体フレームにセンターベアリング等で軸支されたプロペラシャフトと結合するドライブピニオンシャフトの出力端が回転自在に挿入支持されている。
【０００５】
このため、車両の走行時等に車体が上下方向に揺動してリーフスプリングが繰り返し撓むと、デファレンシャルキャリアとアクスルケースとの接合部には応力が繰り返し作用する。繰り返し応力により接合部のシール性能が疲労限界に達すると、デファレンシャルキャリア内から潤滑油が漏れ出すことで噛合要素の焼付きや破損等を招くおそれがある。このようなデファレンシャル装置の破損を未然に防止するには、デファレンシャルキャリアとアクスルケースとの接合部の疲労被害度を効果的に予測して、運転者に適切なメンテナンス時期を適宜知らせることが望まれる。
【０００６】
本開示の技術は、繰り返し応力を起因としたデファレンシャル装置の疲労被害度を効果的に予測することで、デファレンシャル装置の破損防止を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の装置は、駆動源からの動力がデファレンシャル装置を介して駆動軸に伝達され、前記デファレンシャル装置の各ギヤ要素を収容するデファレンシャルキャリアに前記駆動軸を収容するアクスルケースが接合され、該アクスルケースが車体フレームに弾性支持された車両の推定装置であって、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位量を取得する変位量取得手段と、前記変位量に基づいて、前記車両の軸重を推定する軸重推定手段と、前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位加速度を演算すると共に、該変位加速度と前記軸重とに基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの所定部位に作用する応力を演算する応力演算手段と、前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースが前記車体フレームに近接する変位回数を演算する変位回数演算手段と、前記応力と前記変位回数とに基づいて、前記所定部位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。
【０００８】
また、前記累積疲労被害度が前記所定部位の破損の可能性を示す所定の閾値に達すると、当該情報を運転者に知らせる報知手段をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
また、前記所定部位が、前記デファレンシャルキャリアと前記アクスルケースとの接合部であってもよい。
【００１０】
また、前記累積疲労被害度推定手段は、前記応力と前記変位回数とに基づいて、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。
【００１１】
本開示の方法は、駆動源からの動力がデファレンシャル装置を介して駆動軸に伝達され、前記デファレンシャル装置の各ギヤ要素を収容するデファレンシャルキャリアに前記駆動軸を収容するアクスルケースが接合され、該アクスルケースが車体フレームに弾性支持された車両の推定方法であって、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位量を取得し、前記変位量に基づいて前記車両の軸重を推定し、前記変位量に基づいて前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの前記車体フレームに対する変位加速度を演算すると共に、該変位加速度と前記軸重とに基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースの所定部位に作用する応力を演算し、前記変位量に基づいて、前記デファレンシャルキャリア及び又は前記アクスルケースが前記車体フレームに近接する変位回数を演算し、前記応力と前記変位回数とに基づいて前記所定部位の累積疲労被害度を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の技術によれば、繰り返し応力を起因としたデファレンシャル装置の疲労被害度を効果的に予測することで、デファレンシャル装置の破損防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る推定装置を搭載した車両の模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るデファレンシャル装置の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＳ−Ｎ線図の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る推定処理を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る推定装置及び推定方法について説明する。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。
【００１５】
［車両全体構成］
図１は、本実施形態に係る推定装置を搭載した車両１の模式的な全体構成図である。車両１には、駆動源としてのエンジン１０が搭載されている。エンジン１０には、クラッチ装置１１を介してトランスミッション１２が断接可能に接続されている。
【００１６】
トランスミッション１２のアウトプットシャフト１２Ａには、プロペラシャフト１３の入力端が連結され、プロペラシャフト１３の出力端には、ドライブピニオンシャフト２２の入力端が連結されている。ドライブピニオンシャフト２２の出力側端は、デファレンシャル装置２０のデファレンシャルキャリア２１内に回転自在に挿入支持されている。
【００１７】
デファレンシャルキャリア２１には、左右の駆動軸１４Ｌ，Ｒ（右駆動軸１４Ｒは図２参照）を収容したアクスルケース３０が図示しないボルトにより接合されている。左右の駆動軸１４Ｌ，Ｒには左右の駆動輪１５Ｌ，Ｒ（右駆動輪１５Ｒは図２参照）がそれぞれ接続されている。
【００１８】
アクスルケース３０は、リーフスプリング３１の前後方向略中心位置にＵ字ボルト等を介して固定支持されている。リーフスプリング３１は、その前後両端部をシャシフレーム２（以下、単に車体フレーム）に固設された前後一対の各ブラケット３，４に図示しないピン部材等を介して回転可能に支持されている。
【００１９】
また、車両１には、アクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１の車体レーム２に対する変位量Ｙを取得する変位量センサ４０（変位量取得手段の一例）が設けられている。変位量センサ４０のセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００に入力される。
【００２０】
［デファレンシャル装置］
次に、図２に基づいて、デファレンシャル装置２０の詳細構成について説明する。
【００２１】
図２に示すように、デファレンシャル装置２０は、潤滑油が封入されたデファレンシャルキャリア２１と、ドライブピニオンシャフト２２と、ドライブピニオンギヤ２３と、リングギヤ２４と、デフケース２５と、複数（例えば、４個）のデフピニオンギヤ２６と、左右一対のサイドギヤ２７，２８とを備えている。
【００２２】
デファレンシャルキャリア２１内には、ドライブピニオンシャフト２２の出力側端がベアリング２２Ａ，Ｂを介して回転可能に軸支されている。ドライブピニオンシャフト２２の出力端には、ドライブピニオンギヤ２３が一体回転可能に設けられている。ドライブピニオンギヤ２３は、リングギヤ２４と常時噛合する。
【００２３】
リングギヤ２４は、図示しないボルトによりデフケース２５に固定されている。デフケース２５は、デファレンシャルキャリア２１に回転可能に軸支されている。デフピニオンギヤ２６は、デフケース２５のスパイダ軸２９に回転可能に軸支されている。デフピニオンギヤ２６は、左右のサイドギヤ２７，２８と常時噛合する。各サイドギヤ２７，２８は、アクスルケース３０内に収容された左右の駆動軸１４Ｌ，Ｒにそれぞれスプライン嵌合されている。
【００２４】
デファレンシャルキャリア２１の後側開口縁には、環状フランジ２１Ａが設けられている。環状フランジ２１Ａは、アクスルケース３０の前側開口周縁の環状座面３３にガスケット３４を挟んで複数本のボルト３５により締結固定されている。以下の説明において、これらガスケット３４を含む環状フランジ２１Ａ及び環状座面３３を単に「接合部Ｃ」と称する。
【００２５】
［制御部］
次に、図３に基づいて、ＥＣＵ１００の詳細について説明する。
【００２６】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０等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構成されている。また、ＥＣＵ１００は、軸重推定部１１０と、応力演算部１２０と、変位回数演算部１３０と、累積疲労被害度推定部１４０と、報知処理部１５０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２７】
軸重推定部１１０は、本発明の軸重推定手段の一例であって、変位量センサ４０のセンサ値に基づいて車両１の軸重Ｗｉ（ｋｇ）を推定する。より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め作成した軸重Ｗｉと、軸重Ｗｉに応じてリーフスプリング３１が撓むことで変化するアクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１の車体フレーム２に対する変位量Ｙとの関係を規定する軸重マップＭ１が記憶されている。軸重マップＭ１において、変位量Ｙが大きくなるほど軸重Ｗｉは増加するように設定されている。軸重推定部１１０は、軸重マップＭ１を変位量センサ４０から入力される変位量Ｙｉに基づいて参照することで、車両１の軸重Ｗｉを推定する。なお、軸重マップＭ１は、必ずしも図形化して記憶する必要はなく、数値データとして記憶してもよい。
【００２８】
応力演算部１２０は、本発明の応力演算手段の一例であって、車両１の走行時等に変位量センサ４０から入力される変位量Ｙｉを時間で微分して得られる変位速度Ｖｉ（ｍ／ｓ）を、さらに微分して得られる変位加速度αｉ（ｍ／ｓ２）に、軸重推定部１１０から入力される軸重Ｗｉを乗じることで、車両１の走行時等に接合部Ｃに繰り返し作用する応力Ｓｉ（Ｎ）を演算する。
【００２９】
変位回数演算部１３０は、本発明の変位回数演算手段の一例であって、車両１の走行時等にアクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１が車体フレーム２に近接する回数を演算する。より詳しくは、変位回数演算部１３０は、変位量センサ４０から入力される変位量Ｙｉに基づいて、アクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１と車体フレーム２との相対距離Ｌが所定時間内に所定量以上短くなる回数をカウントし、該カウント値を変位回数ｎｉとして演算する。すなわち、車両１の走行時等にリーフスプリング３１が撓み、これに伴いアクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１が車体フレーム２に対して１回近接すると、変位回数ｎｉは１回として演算される。
【００３０】
累積疲労被害度推定部１４０は、本発明の累積疲労被害度推定手段の一例であって、マイナー則又は、疲労限度以下の応力についてもカウントする修正マイナー則に基づいて、接合部Ｃの累積疲労被害度Ｄを推定する。より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成した接合部ＣのＳ−Ｎ線図Ｍ２（詳細は図４参照）が記憶されている。Ｓ−Ｎ線図Ｍ２には、縦軸に接合部Ｃに作用する応力Ｓｉ、横軸に破損に至るまでの変位回数Ｎｉがそれぞれ設定されている。
【００３１】
累積疲労被害度推定部１４０は、応力演算部１２０から入力される応力Ｓｉ、変位回数演算部１３０から入力される変位回数ｎｉと、Ｓ−Ｎ線図Ｍ２から読み取られる疲労破壊限界Ｎｉとに基づいて、以下の数式（１）から接合部Ｃの累積疲労被害度Ｄをリアルタイムで算出する。
【００３２】
【数１】
2018151170.tif 000003
【００３３】
なお、Ｓ−Ｎ線図Ｍ２は、必ずしも図形化する必要は無く、数値データとしてＥＣＵ１００に記憶してもよい。
【００３４】
報知処理部１５０は、累積疲労被害度推定部１４０によって算出される接合部Ｃの累積疲労被害度Ｄが破損時期（Ｄ＝１）に近い所定の閾値（例えば、０．９等）に達すると、運転室内の表示器７０に接合部Ｃのメンテナンスが必要な旨（或は、ガスケット３４のシール性能やボルト３５の耐久性等が劣化している可能性のある旨）を表示させる指示信号を出力する。なお、報知の手法は表示器７０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。
【００３５】
次に、図５に基づいて、本実施形態に係る推定装置による制御フローを説明する。
【００３６】
ステップＳ１００では、変位量センサ４０により取得されるアクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１の車体レーム２に対する変位量Ｙｉに基づいて、車両１の軸重Ｗｉが推定される。
【００３７】
ステップＳ１１０では、変位量センサ４０により取得される変位量Ｙｉから変位加速度αｉが求められると共に、該変位加速度αｉに軸重Ｗｉを乗じることで、接合部Ｃに繰り返し作用する応力Ｓｉが演算される。
【００３８】
ステップＳ１２０では、変位量センサ４０により取得される変位量Ｙｉに基づいて、車両１の走行時等にアクスルケース３０及び、又はデファレンシャルキャリア２１が車体フレーム２に近接する変位回数ｎｉが演算される。
【００３９】
ステップＳ１３０では、応力Ｓｉ、変位回数ｎｉ及び、Ｓ−Ｎ線図Ｍ２から読み取られる疲労破壊限界Ｎｉに基づいて、数式（１）から接合部Ｃの累積疲労被害度Ｄが推定される。
【００４０】
ステップＳ１４０では、累積疲労被害度Ｄが所定の閾値（例えば、０．９等）に達したか否かが判定される。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に進む。
【００４１】
ステップＳ１５０では、接合部Ｃのメンテナンスが必要な旨（或は、ガスケット３４のシール性能やボルト３５の耐久性等が劣化している可能性のある旨）を表示させる報知が実施されて、本制御は終了する。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態の推定装置及び、推定方法によれば、リーフスプリング３１の撓みにより繰り返し応力が作用するデファレンシャルキャリア２１とアクスルケース３０との接合部Ｃの累積疲労被害度Ｄを修正マイナー則又はマイナー則に従い効果的に推定すると共に、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）に達すると、表示器７０に接合部Ｃのメンテナンスが必要な旨を適宜表示する報知が実施されるようになっている。これにより、接合部Ｃのメンテナンス時期を運転者に適宜知らせることが可能になり、当該接合部Ｃの破損等により引き起こされる潤滑油漏れや、潤滑油切れを起因としたデファレンシャル装置２０のギヤ破損等を未然に防止することができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４４】
例えば、累積疲労被害度Ｄの推定対象は、デファレンシャルキャリア２１とアクスルケース３０との接合部Ｃに限定されず、リーフスプリング３１の撓みにより応力が作用する部分であれば、例えば、ドライブピニオンシャフト２２の軸受部等、デファレンシャル装置２０の他の部位であってもよい。
【００４５】
また、車両１は、リーフスプリング式サスペンション装置を搭載した車両に限定されず、アクスルケース３０を車体フレーム２に弾性支持する構造であれば、他のサスペンション装置を備える車両であってもよい。
【００４６】
また、車両１は、駆動源としてエンジン１０を備えるものに限定されず、走行用モータを備えるハイブリット車両等であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  エンジン
１１  クラッチ装置
１２  トランスミッション
１３  プロペラシャフト
１４Ｌ，Ｒ  駆動軸
２０  デファレンシャル装置
２１  デファレンシャルキャリア
３０  アクスルケース
３１  リーフスプリング
４０  変位量センサ（変位量取得手段）
７０  表示器（報知手段）
１００  ＥＣＵ
１１０  軸重推定部（軸重推定手段）
１２０  応力演算部（応力演算手段）
１３０  変位回数演算部（変位回数演算手段）
１４０  累積疲労被害度推定部（累積疲労被害度推定手段）
１５０  報知処理部（報知手段）
【図１】
2018151170.tif 000004
【図２】
2018151170.tif 000005
【図３】
2018151170.tif 000006
【図４】
2018151170.tif 000007
【図５】
2018151170.tif 000008