技術ノート：PDKトランスミッション・スピードセンサーの作動および診断

技術解説：PDKトランスミッションのスピードセンサー

スピードセンサーは、ポルシェのPDKデュアルクラッチトランスミッションにおける極めて重要な部品です。内部シャフトの回転数を絶えず測定し、そのデータをトランスミッションコントロールユニット（TCU）へ伝達します。このリアルタイムのフィードバックにより、コントロールユニットはシフト操作を正確に同期させ、各ギアの噛み合いが正しく完了したことを確認できます。センサーが故障した場合、ギアボックスはシャフトの回転数を検知できなくなります。その状態になると、コントロールユニットはそれ以上のシフト操作を拒否します。車両が停止するまで現在のギアを維持し、停止後は再発進を許可しなくなります。

トランスミッションスピードセンサーの仕組み

このトランスミッションは2本のインプットシャフトを使用しており、それぞれのシャフトが独自のクラッチに接続されています。

エンジンフライホイールはクラッチパックの入力側に直結されています。そのため、クラッチ入力回転数はエンジン回転数センサー（クランク角センサー）によって測定され、クラッチ出力回転数はトランスミッションのスピードセンサーによって測定されます。

このため、これらのセンサーを「インプットスピードセンサー」ではなく「クラッチ出力センサー」と捉える方が直感的である場合が多いです。

• スピードセンサーチャンネル1は、シャフト1に圧入されたインパルスホイールの切り欠きの回転数を測定します。
• スピードセンサーチャンネル2は、シャフト2上の個々のギアの歯の回転数を測定します。

TCUによるクラッチ滑りの検知方法

クラッチの滑りは、エンジン回転数とスピードセンサーから報告されるトランスミッションシャフト回転数を比較することで判断されます。

クラッチが完全に締結されているとき、エンジン回転数は対応するシャフトのトランスミッション回転数と一致しているはずです。

トランスミッションの出力回転数は、ホイールスピードセンサー信号の平均値を使用して算出されます。現在入っているギアに基づき、TCU（トランスミッションコントロールユニット）は、スピードセンサーの出力と一致すべきホイール速度を正確に把握しています。

このプロセスはギア比モニタリングと呼ばれ、TCUはトランスミッションの作動中、常にこのチェックを行っています。

PDKは現在使用していない方のクラッチでギアを先読みしているため、TCUは現在アクティブなクラッチに接続されているシャフトだけでなく、両方のトランスミッションシャフトの回転数を同時に監視することができます。

スピードセンサーの電圧と信号

トランスミッションスピードセンサーは、TCUから供給される8.5Vで動作します。トランスミッション内のセンサーでこの8.5V電源を使用しているのはこのセンサーのみです。

両方のスピードセンサーチャンネルは同じ8.5V電源を共有していますが、各チャンネルはTCUに対して個別の出力信号を持っています。

イグニッションオン時にTCUに電力が供給されると、各スピードセンサーチャンネルは、約0.75Vのベースライン信号をTCUに返します。

このベースライン電圧により、TCUはスピードセンサーが接続され、オンラインであり、正常に動作していることを確認します。

シャフトが回転し始めると、対応するスピードセンサーが通過する各ギアの歯を検出し、TCUに小さな電気パルスを送ります。TCUはこれらのパルスをカウントしてシャフトの回転数を計算します。

これらのパルスは一定の0.75Vベースライン信号に重畳されています。これにより、TCUはセンサーがオンラインかどうかの確認と、シャフトがどの程度の速度で回転しているかの両方を判断できます。

PIWISでは算出されたシャフト回転数がRPMとして表示されますが、内部的にはTCUが個々のセンサーパルスをカウントすることでそのRPMを決定しています。

スピードセンサーの正常な読み取り値

正常作動時にスピードセンサーがどのような数値を示すべきかという質問はよくあります。

基本的な原理は単純です。

インプットシャフトにギアが入っている場合、そのシャフトは後輪と機械的に接続されています。したがって、車両が停止しているときは、そのシャフトの回転数は0 RPMとなるはずです。

シャフトにギアが入っていない場合、そのシャフトは自由に回転できます。

クラッチが切れている状態でも、残留するクラッチの引きずりにより、エンジン回転数よりも低い速度でシャフトが回転することがあります。エンジン回転数に対するシャフトの正確な回転数は複数の要因に依存し、トランスミッション温度によっても変化します。

例

P選択時

シャフト1に1速が選択されています。初期の987/997のソフトウェアバージョンでは代わりにリバースギアが選択される場合があります。

この状態では：

• シャフト1は0 RPMを示すはずです。
• シャフト2はエンジン回転数よりも低い速度で回転します。

R選択時

読み取り値はP選択時と同じはずです。

N選択時

ギアが入っていないため、両方のシャフトが自由に回転できます。

したがって、両方のシャフトとも、クラッチの引きずりによりエンジン回転数よりも低い速度で回転する可能性があります。

D選択時

シャフト1に1速、シャフト2に2速が選択されています。

両方のシャフトが後輪と機械的に接続されているため、車両停止中は両方とも0 RPMを示すはずです。

リフトアップ状態でのテスト

車両をリフトアップし、ホイールを回転させてドライブトレインを作動させることで、実際の走行状態をシミュレーションすることが可能です。

この条件下では、トランスミッションのシャフト回転数も回転を示します。

締結されているクラッチに接続されたシャフトは、エンジン回転数と等しい速度で回転するはずです。

締結されていないクラッチに接続され、ギアが先読みされているシャフトは、異なる速度で回転します。この差は、2本のシャフトに入っているギアのギア比関係に対応しています。

PIWISを使用したシャフト回転数の手動テスト

インプットシャフトを手動で回転させ、PIWISを使用してその回転数を監視することも可能です。

シャフト1

シャフト1のテストは比較的簡単です。

トランスミッション後部の上部にある黒いキャップを取り外します。

露出したシャフト（シャフト1）にM24 × 1.5 mmのボルトを取り付け、反時計回りに回転させます。

PIWISがその結果としてのシャフト回転数を表示するはずです。

シャフト2

シャフト2のテストにはより手間がかかります。

まずトランスミッションのリアケーシングを取り外す必要があります。

一番下のシフトロッド/フォークをエンジン側に押し込み、シフトロッド4で2速を選択します。

次に、下側のシャフトにM22 × 1.5 mmのボルトを取り付け、ボルトを時計回りに回転させます。

これによりシャフト2自体が反時計回りに回転し、対応する回転数がPIWISで確認できるはずです。

回転方向に関する注意

テスト中にシャフトを逆方向に回転させた場合でも、TCUはシャフト回転数を正しく登録します。

スピードセンサーが生成するパルスは逆回転を示すため異なりますが、TCUは正しく回転数を計算しているようです。

このような手動テストを行う際は、トランスミッションをNにした状態で車両を停止させるのが最善です。これにより、ギアが噛み合っておらず、パーキングロックも解除されていることを確実にできます。

スピードセンサーの故障と診断

スピードセンサーに関連する故障には多くの種類があります。スピードセンサー自体が明らかな原因であるものもあれば、問題がセンサーによるものかシステム内の別の部品によるものかを判断するために、さらなる知識とテストが必要なものもあります。

前述の通り、スピードセンサーの出力はホイール速度データと継続的に比較され、計算されたトランスミッション速度が妥当であるかが確認されます。

ホイールスピードセンサーが故障して不具合を引き起こしている場合は、通常、ホイールスピードセンサーに関連するPSMの故障が併発しているはずです。ホイールスピードセンサーの故障がない場合は、トランスミッションのスピードセンサーが原因である可能性が高くなります。

ギア比モニタリングの故障

典型的な故障コードは以下の通りです：

• 0731
• 0732

これらの故障はギア比モニタリングに関連しています。

TCUは、トランスミッションシャフト回転数とホイール速度を継続的に比較し、実際のトランスミッション比が選択したギアの期待される比率と一致していることを確認します。

算出された比率が許容範囲外である場合、スピードセンサーがシャフト回転数を誤って報告している可能性があります。

トランスミッションインプットシャフト回転数の妥当性故障

典型的な故障コードは以下の通りです：

• 1743
• 1744

これらの故障は、トランスミッションインプットシャフト回転数の妥当性チェックに関連しています。

このテストでは、エンジン回転数がトランスミッションからのスピードセンサー出力と比較されます。

エンジン回転数とトランスミッションシャフト回転数の関係が許容範囲外になると、原因としてスピードセンサーからの不正確な速度信号が考えられます。

クラッチ滑りおよびクラッチ過回転の故障

クラッチの滑りやクラッチ過回転に関連する故障コードは非常に多いため、すべてをここに列挙するのは実用的ではありません。

例としては以下の通りです：

• 1745
• 1757
• 1758
• 17B5–17B8

これらの故障が発生している場合、実際にクラッチが滑っており、それが故障コードが記録された理由である可能性があります。

最も有用な診断方法の一つは、走行中のエンジン回転数を観察することです。

クラッチが滑っている場合、通常、エンジン回転数はエンジン回転数とトランスミッションシャフト回転数の期待される関係を維持できていない挙動を示します。

走行中にクラッチの滑りが確認できない場合、スピードセンサーの故障が原因である可能性の方が高くなります。

このため、クラッチの滑り、過回転、またはシャフト回転数の妥当性に関する故障コードを、直ちに機械的なクラッチの問題の証拠と判断すべきではありません。そのような結論に達する前に、スピードセンサーの信号も確認する必要があります。

クラッチフルードの過熱故障

意外に思われるかもしれませんが、スピードセンサーの故障は、クラッチフルードの過熱故障を伴うことがよくあります。

過熱故障を引き起こす主な要因は2つあります：

1. 実際のクラッチフルード温度が高すぎる。
2. TCUがクラッチスチールディスクの温度が高すぎると計算している。

後者の条件は、スピードセンサーの問題が疑われる際の診断において特に重要です。

スピードセンサーチャンネルが不正確または妥当性のない信号を出力すると、TCUはそのデータを過度なクラッチ滑りと解釈する可能性があります。この見かけ上の滑りに基づき、TCUはクラッチスチールディスクが過熱状態に達したと計算することがあります。

この状況では、実際にはクラッチ自体は過熱していない可能性があります。過熱故障は、故障したスピードセンサーからの不正確な速度データの結果に過ぎない場合があるのです。

故障の診断方法

クラッチの過熱故障が発生している場合は、以下を確認してください：

• 実際のクラッチフルード温度
• その他、クラッチの滑りを示す兆候
• 追加のスピードセンサー関連の故障コード

クラッチフルード温度が正常で、実際のクラッチの滑りの他の兆候がない場合、過熱故障はシャフト回転数を誤って報告しているスピードセンサーによって引き起こされている可能性が高くなります。

もし過熱故障が他のスピードセンサーの故障と共に現れている場合は、その可能性はさらに高まります。

無視された渦電流の影響

純正スピードセンサーの検知面は、PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）と呼ばれるプラスチック素材で作られています。時間の経過とともにこの素材は変形する可能性がありますが、性能への影響は最小限です。最大の問題は、経年劣化により脆くなりやすく、また部品自体が比較的コストのかかる点です。

市場に出回っている多くのアフターマーケット製スピードセンサーは、検知面にアルミニウム合金を使用しています。しかし、重要な要素が見落とされがちです。アルミニウムを使用すると、渦電流の影響が生じるのです。

渦電流は回転速度信号に大きな影響を与える可能性があり、特に高回転域で顕著です。計算に基づく影響は以下の通りです：

• 6000 RPM時：

0.2 mmのアルミニウム検知面は、約10%の信号減衰と約20°の位相遅れを引き起こします。

0.3 mmのアルミニウム検知面は、約20%の信号減衰と約26°の位相遅れを引き起こします。

• 8000 RPMでは、影響はさらに顕著になります。
• 1000 RPMでは、影響は無視できる程度です。

私の知る限り、一部のブランドはアルミニウム合金の検知面を採用しています。通常の運転状況下では十分な性能を発揮しますが、高回転になるほど信号が不安定になるため、サーキットでの使用は推奨されません。

一部のメーカーは、渦電流の影響を排除するために検知面にステンレス鋼を使用しています。しかし、ステンレス鋼のCNC加工コストはアルミニウムの約3倍になります。潜在的な解決策としては、アルミニウム合金製の本体をCNC加工し、ステンレス鋼の検知面を組み合わせたハイブリッド設計が考えられます。

推奨事項：

PDKトランスミッションスピードセンサーを選択する際は、潜在的なパフォーマンスの問題を回避するために、検知面の材質を確認することが不可欠です。

PopoRacing製PDKスピードセンサーの革新的設計：

• 一体型アセンブリ - 配線不要
• 二軸誘導設計 - 強力な耐干渉性、温度ドリフトゼロ
• ミッドチップレイアウト - 信号の歪みがなく、純正品の感知範囲を超える
• 高度に統合された自動車グレードチップ - 安定した信頼性の高い性能
• 0.2mm超薄型PEEKウィンドウ設計 - 渦電流の影響を排除し、信号を強化
• CNCアルミニウム合金シェル - 高温、振動などの過酷な環境に耐え、純正センサーに見られる膨張や熱故障の問題を改善