(57)【要約】【課題】デファレンシャルギヤの噛合要素の疲労被害度を効果的に予測する。【解決手段】車両１に搭載された駆動源１０からデファレンシャルギヤ２０の噛合要素２３，２４に伝達される入力トルクを演算する入力トルク演算部６１と、デファレンシャルギヤ２０の入力回転数を取得する出力回転数センサ４３と、入力回転数に基づいて、噛合要素２３，２４の噛合回数をカウントするギヤ噛合回数カウント部６２と、入力トルクと噛合回数とに基づいて、噛合要素２３，２４の累積疲労被害度を推定する累積疲労被害度推定部６３とを備えた。【選択図】図３
2018116020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された駆動源からデファレンシャルギヤの噛合要素に伝達される入力トルクを演算する入力トルク演算手段と、
前記デファレンシャルギヤの入力回転数を取得する回転数取得手段と、
前記入力回転数に基づいて、前記噛合要素の噛合回数を演算する噛合回数演算手段と、
前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、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、当該情報を運転者に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。
【請求項３】
前記噛合要素が、前記デファレンシャルギヤのドライブピニオンギヤ及び、該ドライブピニオンギヤと噛合するリングギヤである
請求項１又は２に記載の推定装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、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】
車両に搭載された駆動源からデファレンシャルギヤの噛合要素に伝達される入力トルクを演算し、前記デファレンシャルギヤの入力回転数に基づいて、前記噛合要素の噛合回数を演算し、前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、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。
【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、デファレンシャルギヤを構成する噛合要素の疲労被害度の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載された各種部品類の寿命を予測し、部品に破損等の可能性が生じた場合には、当該部品の交換が必要な旨を運転者に適宜知らせる技術が種々提案されている（例えば、特許文献１，２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３１６７３号公報
【特許文献２】特開２００２−９２１３７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、車両においては、駆動源からの回転動力が、クラッチ装置、トランスミッション、プロペラシャフト、デファレンシャルギヤ等を介して左右の駆動軸に伝達されるように構成されたものがある。これら駆動系要素のうち、特に、デファレンシャルギヤの噛合要素（例えば、ドライブピニオンギヤやリングギヤ）に累積疲労による破損が生じた場合には、駆動源からの回転動力を駆動軸に伝達することができなくなり、車両が路上で走行不能に陥ってしまう虞がある。このため、デファレンシャルギヤの疲労被害度を効果的に予測して、運転者に適切な部品交換時期を適宜知らせることで、車両の路上故障を未然に防ぐことが望まれている。
【０００５】
本開示の技術は、デファレンシャルギヤの噛合要素の疲労被害度を効果的に予測することで、車両の路上故障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】
【０００６】
本開示の装置は、車両に搭載された駆動源からデファレンシャルギヤの噛合要素に伝達される入力トルクを演算する入力トルク演算手段と、前記デファレンシャルギヤの入力回転数を取得する回転数取得手段と、前記入力回転数に基づいて、前記噛合要素の噛合回数を演算する噛合回数演算手段と、前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、前記噛合要素の累積疲労被害度を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、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、当該情報を運転者に知らせる警告手段をさらに備えることが好ましい。
【０００８】
また、前記噛合要素が、前記デファレンシャルギヤのドライブピニオンギヤ及び、該ドライブピニオンギヤと噛合するリングギヤであってもよい。
【０００９】
また、前記推定手段は、前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、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してもよい。
【００１０】
本開示の方法は、車両に搭載された駆動源からデファレンシャルギヤの噛合要素に伝達される入力トルクを演算し、前記デファレンシャルギヤの入力回転数に基づいて、前記噛合要素の噛合回数を演算し、前記入力トルクと前記噛合回数とに基づいて、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。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の技術によれば、デファレンシャルギヤの噛合要素の疲労被害度を効果的に予測することで、車両の路上故障防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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ギヤ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Ｔ−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】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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の入力端がユニバーサルジョイント１７を介して連結されている。プロペラシャフト１３の出力端には、デファレンシャルギヤ２０のドライブピニオン２２がユニバーサルジョイント１８を介して連結されている。デファレンシャルギヤ２０には、左右の駆動軸１４Ｌ，Ｒ（右駆動軸１４Ｒは図示省略）を介して左右の駆動輪１５Ｌ，Ｒ（右駆動輪１５Ｒは図示省略）がそれぞれ接続されている。
【００１６】
また、車両１には、エンジン回転数センサ４０、アクセル開度センサ４１、シフトポジションセンサ４２、出力回転数センサ（車速センサ）４３が設けられている。
【００１７】
エンジン回転数センサ４０は、エンジン１０の回転数（以下、エンジン回転数Ｎｅ）を検出する。アクセル開度センサ４１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたエンジン１０の燃料噴射量Ｑを検出する。シフトポジションセンサ４２は、図示しないシフト操作装置のシフト位置（トランスミッション１２の現在のギヤ段）を検出する。出力回転数センサ４３は、アウトプットシャフト１２Ａ又はプロペラシャフト１３の回転数（以下、出力回転数ＮＰ）を検出する。これら各種センサ類４０〜４３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）６０に入力される。
【００１８】
次に、図２に基づいて、デファレンシャルギヤ２０の詳細構成について説明する。
【００１９】
デファレンシャルギヤ２０は、潤滑油が封入されたデフハウジング２１と、ドライブピニオン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。
【００２０】
ドライブピニオンギヤ２３は、ドライブピニオン２２の出力端に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。
【００２１】
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。サイドギヤ２７，２８は、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。
【００２２】
これらデフケース２５、デフピニオンギヤ２６、サイドギヤ２７，２８及び、スパイダ軸２９により、左右の駆動軸１４Ｌ，Ｒの回転差を許容しつつ駆動力を伝達する差動機構が構成されている。
【００２３】
次に、図３に基づいて、ＥＣＵ６０の詳細について説明する。
【００２４】
ＥＣＵ６０は、エンジン１０やクラッチ装置１１、トランスミッション１２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。
【００２５】
また、ＥＣＵ６０は、入力トルク演算部６１と、ギヤ噛合回数カウント部６２と、累積疲労被害度推定部６３と、警告処理部６４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ＥＣＵ６０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。
【００２６】
入力トルク演算部６１は、エンジン１０からクラッチ装置１１、トランスミッション１２、プロペラシャフト１３、ドライブピニオン２２を介してドライブピニオンギヤ２３に入力される入力トルクＴＤ＿ｉ及び、ドライブピニオンギヤ２３からリングギヤ２４に入力される入力トルクＴＲ＿ｉを演算する。
【００２７】
より詳しくは、入力トルク演算部６１は、まず、エンジン回転数センサ４０から入力されるエンジン回転数Ｎｅ及び、アクセル開度センサ４１から入力される燃料噴射量Ｑに基づいて、エンジン１０の出力トルクＴＥｎｇを演算する。次いで、入力トルク演算部６１は、出力トルクＴＥｎｇに、シフトポジションセンサ４２から入力されるトランスミッション１２の現在のギヤ段のギヤ比を乗じることで、トランスミッション１２からプロペラシャフト１３及び、ドライブピニオン２２を介してドライブピニオンギヤ２３に入力される入力トルクＴＤ＿ｉを演算する。
【００２８】
さらに、入力トルク演算部６１は、ドライブピニオンギヤ２３の入力トルクＴＤ＿ｉにファイナルギヤ比ＦＧＲ（ドライブピニオンギヤ２３とリングギヤ２４とのギヤ比）を乗じることで、ドライブピニオンギヤ２３からリングギヤ２４に入力される入力トルクＴＲ＿ｉを演算する。
【００２９】
すなわち、ファイナルギヤ比ＦＧＲが１．０であれば、リングギヤ２４の入力トルクＴＲ＿ｉは、ドライブピニオンギヤ２３の入力トルクＴＤ＿ｉと同じ値として演算される。一方、ファイナルギヤ比ＦＧＲが１．０以外の値（例えば、５．０）に設定されている場合には、リングギヤ２４の入力トルクＴＲ＿ｉは、ドライブピニオンギヤ２３の入力トルクＴＤ＿ｉにファイナルギヤ比ＦＧＲを乗じた値（ＴＲ＿ｉ＝ＴＤ＿ｉ×ＦＧＲ）として演算される。
【００３０】
ギヤ噛合回数カウント部６２は、出力回転数センサ４３のセンサ値に基づいて、ドライブピニオンギヤ２３及び、リングギヤ２４の噛合回数を演算する。
【００３１】
より詳しくは、ギヤ噛合回数カウント部６２は、出力回転数センサ４３から入力される出力回転数ＮＰをドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉとしてカウントする。すなわち、アウトプットシャフト１２Ａ（又は、プロペラシャフト１３）が１回転すると、ドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉは１回としてカウントされる。
【００３２】
また、ギヤ噛合回数カウント部６２は、ドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉをファイナルギヤ比ＦＧＲで除算することで、リングギヤ２４の噛合回数ｎＲ＿ｉをカウントする。すなわち、ファイナルギヤ比ＦＧＲが１．０であれば、リングギヤ２４の噛合回数ｎＲ＿ｉは、ドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉと同じ回数（ｎＲ＿ｉ＝ｎＤ＿ｉ）としてカウントされる。一方、ファイナルギヤ比ＦＧＲが１．０以外の値（例えば、５．０）に設定されている場合には、リングギヤ２４の噛合回数ｎＲ＿ｉは、ドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉをファイナルギヤ比ＦＧＲで除算して得られる回数（ｎＲ＿ｉ＝ｎＤ＿ｉ／ＦＧＲ）としてカウントされる。
【００３３】
累積疲労被害度推定部６３は、マイナー則又は、疲労限度以下の入力トルクについてもカウントする修正マイナー則に基づいて、ドライブピニオンギヤ２３の累積疲労被害度ＤＤ及び、リングギヤ２４の累積疲労被害度ＤＲをそれぞれ推定する。より詳しくは、ＥＣＵ６０のメモリには、予め実験等により作成したドライブピニオンギヤ２３のＴ−Ｎ線図６６（詳細は図４（Ａ）参照）及び、リングギヤ２４のＴ−Ｎ線図６７（詳細は図４（Ｂ）参照）がそれぞれ記憶されている。これらＴ−Ｎ線図６６，６７には、縦軸に入力トルクＴＤ＿ｉ，ＴＲ＿ｉ、横軸に破損に至るまでの繰り返し噛合回数（疲労破壊限界）ＮＤ＿ｉ，ＮＲ＿ｉがそれぞれ設定されている。
【００３４】
累積疲労被害度推定部６３は、演算部６１及び、カウント部６２から入力される入力トルクＴＤ＿ｉ，ＴＲ＿ｉ、噛合回数ｎＤ＿ｉ，ｎＲ＿ｉと、各Ｔ−Ｎ線図６６，６７から読み取られる疲労破壊限界ＮＤ＿ｉ，ＮＲ＿ｉとに基づいて、以下の数式（１），（２）から各ギヤ２３，２４の累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲをリアルタイムで算出する。
【００３５】
【数１】
2018116020.tif 000003
【００３６】
【数２】
2018116020.tif 000004
【００３７】
警告処理部６４は、累積疲労被害度推定部６３によって算出される各ギヤ２３，２４の累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲのうち、累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲが破損時期（ＤＤ，ＤＲ＝１）に近い所定の閾値（例えば、０．９等）に達したギヤ２３，２４について、運転室内の表示器７０に当該ギヤ２３，２４の交換が必要な旨（又は、破損に至る可能性がある旨）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。
【００３８】
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。
【００３９】
ステップＳ１００では、エンジン回転数センサ４０で検出されるエンジン回転数Ｎｅ及び、アクセル開度センサ４１で検出される燃料噴射量Ｑに基づいて、エンジン１０の出力トルクＴＥｎｇが演算される。
【００４０】
ステップＳ１１０では、出力トルクＴＥｎｇに、シフトポジションセンサ４２で検出されるトランスミッション１２の現在のギヤ段のギヤ比を乗じることで、トランスミッション１２からプロペラシャフト１３及び、ドライブピニオン２２を介してドライブピニオンギヤ２３に入力される入力トルクＴＤ＿ｉが演算される。
【００４１】
さらに、ステップＳ１２０では、入力トルクＴＤ＿ｉにファイナルギヤ比ＦＧＲを乗じることで、ドライブピニオンギヤ２３からリングギヤ２４に入力される入力トルクＴＲ＿ｉが演算される。
【００４２】
ステップＳ１３０では、出力回転数センサ４３で検出される出力回転数ＮＰがドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉとしてカウントされ、さらに、ステップＳ１４０では、ドライブピニオンギヤ２３の噛合回数ｎＤ＿ｉをファイナルギヤ比ＦＧＲで除算することで、リングギヤ２４の噛合回数ｎＲ＿ｉがカウントされる。
【００４３】
ステップＳ１５０では、入力トルクＴＤ＿ｉ，ＴＲ＿ｉ、噛合回数ｎＤ＿ｉ，ｎＲ＿ｉ及び、Ｔ−Ｎ線図６６，６７（図４参照）から読み取られる疲労破壊限界ＮＤ＿ｉ，ＮＲ＿ｉに基づいて、上記数式（１），（２）からドライブピニオンギヤ２３の累積疲労被害度ＤＤ及び、リングギヤ２４の累積疲労被害度ＤＲがそれぞれ推定される。
【００４４】
ステップＳ１６０では、各ギヤ２３，２４の累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲの少なくとも一方が所定の閾値（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Ｓ１７０に進む。
【００４５】
ステップＳ１７０では、運転室内の表示器７０に累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲが閾値に達したギヤ２３，２４の交換が必要な旨（又は、破損に至る可能性がある旨）を表示させる警告が実施されて、本制御は終了する。
【００４６】
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、デファレンシャルギヤ２０の噛合要素であるドライブピニオンギヤ２３及びリングギヤ２４の各累積疲労被害度ＤＤ，ＤＲ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ＤＤ，ＤＲ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２３，２４については、表示器７０に当該ギヤ２３，２４の交換が必要な旨を適宜表示するように構成されている。これにより、破損の可能性のあるギヤ２３，２４の交換時期を運転者に適宜知らせることが可能になり、当該ギヤ２３，２４の破損により引き起こされる車両１の路上故障を未然に防止することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、累積疲労被害度の推定対象は、ドライブピニオンギヤ２３及び、リングギヤ２４に限定されず、デファレンシャルギヤ２０の他の噛合要素であるデフピニオンギヤ２６やサイドギヤ２７，２８であってもよい。この場合は、各センサ４０〜４３のセンサ値からエンジン１０のトルク抜け回数をカウントし、該トルク抜け回数と各ギヤ２６〜２８の入力トルクとに基づいて、マイナー則又は修正マイナー則に従い累積疲労被害度をそれぞれ推定すればよい。
【００４９】
また、ＥＣＵ６０の機能要素として、累積疲労被害度が閾値に達した場合には、デファレンシャルギヤ２０の早期破損を抑止すべく、エンジン１０の出力トルクを所定の上限値で制限する機能をさらに追加してもよい。或は、当該制限機能は、トランスミッション１２の低速段側へのギヤインを禁止する機能であってもよい。
【００５０】
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】
【００５１】
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
２０  デファレンシャルギヤ
２２  ドライブピニオン
２３  ドライブピニオンギヤ
２４  リングギヤ
４０  エンジン回転数センサ
４１  アクセル開度センサ
４２  シフトポジションセンサ
４３  出力回転数センサ（回転数取得手段）
６０  ＥＣＵ
６１  入力トルク演算部（入力トルク演算手段）
６２  ギヤ噛合回数カウント部（噛合回数演算手段）
６３  累積疲労被害度推定部（推定手段）
６４  警告処理部（警告手段）
７０  表示器（警告手段）
【図１】
2018116020.tif 000005
【図２】
2018116020.tif 000006
【図３】
2018116020.tif 000007
【図４】
2018116020.tif 000008
【図５】
2018116020.tif 000009