JPH038496B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車等の伝達軸のトルク出力を検
出するためのトルク検出装置に関するものであ
る。

従来のこの種の検出器としては、機関の出力軸
に取り付け、機関トルクを車輪等負荷に伝達する
際、トルク伝達軸に発生する軸のねじれとして検
出するものがある。またねじれを電気的に検出す
るものとして、歪により電気抵抗値が変化する歪
ゲージ式、磁歪管の磁気特性が変化する磁ひずみ
式、軸の２点間のねじれ位相のずれを検出する位
相差式等があるが、これらはいずれも機関の性能
試験としてのトルク検出がその主目的であつて、
この種の検出器は機関出力計測用として構成して
あり、重量が大きく、構造が複雑なために、車載
用のトルク検出装置としては不適当であつた。

そこで本発明は小型軽量で取付が容易であり、
しかも必要な検出精度を得ることができるトルク
検出装置を得ることを目的とする。

とくに、本発明は機関トルクと機関−変速機の
回転系の駆動トルクとを検出可能とし、例えば機
関のより高精度の運転制御あるいは機関の燃焼制
御と変速機の変速制御とを総合した運転制御を実
現することを容易にすることができる。

以下本発明を図に示す実施例について説明す
る。

第１図は本発明に係るトルク検出装置の構成
図、第２図は本発明に係るトルク検出手段を成す
トルク検出器の縦断面図、第３図は第２図のＡ−
Ａ断面、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面の拡大を示
してある。

第１図において、１３は自動車の内燃機関、１
４はその出力軸に連結された変速機、１６はトル
ク検出器、１７は終減速機、１８は駆動輪であ
る。トルク検出器１６の構造を示す第２図におい
て、１は機関１３によつて回転駆動される駆動側
の軸体、２は負荷に結合される被駆動側の軸体で
ある。駆動側の軸体１の軸体２側の一端は等角度
間隔で複数個（例えば90゜毎に４個）設けられた
弾性体受部１ａを有している。一方被駆動側の軸
体２の軸体１側の一端は弾性体受部１ａと対向す
るように複数個の弾性体受部２ａがそれぞれ設け
られている。

そして、弾性体受部１ａと２ａとの間には金属
製の弾性体受座３ａ，３ｂを両端に取り付けた弾
性体４が挿入され、カツプリングフランジ５によ
り弾性体４を軸体１の一端にはさみこみ、リベツ
ト１３により固定されている。弾性体４は本実施
例ではスプリング又はゴムを用いている。

駆動側軸体１および被駆動側軸体２にはそれぞ
れ第１，第２の回転体６，７が結合されている。
両回転体はそれぞれ周方向に等間隔で設けられた
複数個の歯６ａ，７ａを有している。

８は各回転体６，７の外周側に配置された筒状
の固定子でそれぞれベアリング９，１０により軸
体１，２の回転によつても回転しないように固定
されている。さらに電磁ピツクアツプ１１，１２
がそれぞれ回転体６，７の歯６ａ，７ａに対向し
て取り付けられている。

第１図に図示するように、ピツクアツプ１１，
１２で検出した電気信号はリード線１１ａ，１２
ａを経て外部の計測演算回路２０に導かれるよう
になつている。

さらに変速機１４の変速比を検出するため、変
速段位置を検出する変速比検出手段を成す装置１
５が変速機１４に設けられている。本実施例にお
いては数個のスイツチを使用している。

上記構成において、軸体１が第３図に示す矢印
の方向に回転すると、弾性体受部１ａ，５ａが弾
性体４を介して弾性体受部２ａを押し、これによ
り軸体１とともに軸体２が軸体１と同方向に回転
する。軸体２の負荷が小さいときは弾性体４のた
わみ量は少ないが、負荷が大きくなるに従つてこ
れに比例して弾性体４のたわみ量は多くなる。

このため、軸体１，２にそれぞれ結合された回
転体６と７は同速度で同方向に回転するが、軸体
２の負荷が大きくなると弾性体４がたわみ、回転
体６が回転体７より先行し、その周方向の相対位
置が変化する。このとき、回転体６と７の相対変
化量は弾性体のたわみ量、すなわち負荷のトルク
に比例する。

測定にあたつては、軸が回転するとピツクアツ
プ１１には回転体６の回転に同期して歯６ａの凹
凸のために生じる磁気抵抗の変化により交番電圧
が発生する。同様にピツクアツプ１２にも交番電
圧が発生する。

第５図は電磁ピツクアツプ１１，１２に得られ
る電気信号の波形図である。ａはピツク１１から
出される電気信号の波形整形後のパルス波形であ
る。しかして負荷が加わるとピツクアツプ１２か
ら出力される電気信号は負荷トルクに応じて位相
が遅れてくる。このためａの信号とｂの信号との
立ち上がり位相差をとるとｃに示す負荷トルク信
号が得られる。この信号において、パルスの繰り
返し周期Ｔは軸体１，２の回転数が一定であれば
一定であるが、パルスの時間幅ｔはａの信号とｂ
の信号の位相差、すなわち負荷トルクに比例す
る。次に以上の計測と、トルクの演算を行う計測
演算回路２０について説明する。

第８図は計測演算回路２０のシステムブロツク
図である。前記の電磁ピツクアツプ１１，１２か
らの出力はそれぞれ整形回路１００，２００に入
力された後、回転数係数回路３００と位相差計測
回路４００に入力される。回転数係数回路３００
では回転数（回転速度）の２進データが得られマ
イクロコンピユータ５００にそれを入力し、位相
差計測回路４００では電磁ピツクアツプ１１と電
磁ピツクアツプ１２の信号の位相差即ちトルク検
出装置の弾性体たわみ量が２進データで得られマ
イクロコンピユータ５００に入力される。

変速段位置検出装置１５のスイツチ信号は、整
形回路７００を経てその変速位置を示すデータは
マイクロコンピユータ５００に入力される。マイ
クロコンピユータ５００は回転数と位相差と変速
位置のデータからプログラムされた所定の演算に
より駆動トルクを演算して表示回路６００に出力
する。

「前記整形回路１００は、第７図に示す通り抵
抗１０１、コンデンサ１０２及び電圧クランプ用
ツエナーダイオード１０３からなるローパスフイ
ルタと、抵抗１０４，１０５，１０６，１０７，
１０８及び比較器１０９からなる比較回路とから
構成されている。ここで、比較器１０９の反転入
力端子（−）には抵抗１０５を介してバイアス直
流電圧Ｖが印加され、他方非反転入力端子（＋）
には抵抗１０６，１０７で分圧された反転入力端
子側とほぼ等しい値のバイアス電圧が印加されて
いる。また、比較器１０９は、正帰還抵抗１０８
により、出力パルス信号の立上り、立下りがシヤ
ープになるよう構成されている。そして、電磁ピ
ツクアツプ１１から第８図ａで示すように脈動信
号が出力されると、比較器１０９から第８図ｂで
示す波形のタイミングパルス信号が出力される。」 「回転数計数回路３００は第９図に示す構成で
あり、デバイダ付カウンタ３０１は、基本的には
クロツク端子CLに入力されるクロツクパルス信
号C1を計数するもので、出力端子Q2〜Q4のうち
１つの出力端子の出力信号が“１”レベルとな
り、かつカウント動作停止端子ENに“１”レベ
ル信号が入力されると、カウンタ（計数）動作を
停止する。

しかして、この実施例では出力端子Q4と停止
端子ENが接続されており、出力端子Q4の出力が
“１”レベルになると停止端子ENに“１”レベ
ル信号が入力され、カウント動作を停止する。こ
の状態で整形回路１００から第８図ｂに示すタイ
ミングパルス信号がリセツト端子Ｒに入力される
と、カウンタ３０１はリセツトされ、出力端子
Q4の出力は第８図ｆに示すように“０”レベル
となる。そして、時間T2だけ経過し、リセツト
端子Ｒに入力される信号が“０”レベルになると
カウンタ３０１はカウント動作を開始し、出力端
子Q2，Q3からはそれぞれ第８図ｄ，ｅに示すよ
うに順次パルス信号が出力される。その後、出力
端子Q4の出力が“１”レベルになるとカウンタ
３０１は、再びカウント動作を停止する。

カウンタ３０１及び整形回路１００の出力信号
は、それぞれNORゲート３０２，３０３を介し
て12ビツトのカウンタ３０４のクロツク端子CL
に入力され、またカウンタ３０１のQ3出力はカ
ウンタ３０４のリセツト端子Ｒに入力されてい
る。

つまり、第８図ｂに示す整形回路１００の出力
信号と第８図ｆに示すカウンタ３０１のQ4出力
のNOR論理をとることによりNORゲート３０２
からは第８図ｇに示すようなパルス信号が出力さ
れ、さらにこのNORゲート３０２の出力信号と
第８図ｃに示すクロツクパルス信号C1とのNOR
論理をとることにより、NORゲート３０３から
第８図ｈに示すようなパルス信号が出力され、こ
のパルス信号がカウンタ３０４に入力される。

ここで、第８図ｂに示すタイミングパルス信号
が“０”レベルに立下がつて第１０図ｇに示す
NORゲート３０２の出力が“１”レベルになる
時刻t1において、カウンタ３０４はカウント動作
を停止する。その後、カウンタ３０４の出力端子
Q1〜Q12の出力は、時刻t2におけるカウンタ３０
１のQ2出力の立上りによりシフトレジスタ３０
５〜３０７（例えばRCA社製CD4035）に一時的
に保持記憶される。

次に、時刻t3においてカウンタ３０１のQ3出
力が“１”レベルになると、カウンタ３０４がリ
セツトさ、時刻t4においてカウンタ３０１のQ4
出力が“１”レベルになるとカウンタ３０４は再
びカウント動作を開始する。

このカウンタ３０４の動作は、電磁ピツクアツ
プ１１が駆動側の回転体の歯６ａを検出すること
により出力されるタイミングパルス信号と同期し
て繰返し行われるため、シフトレジスタ３０５〜
３０７の各出力端子Q1〜Q4からは駆動側の回転
速度Ｎの逆数１／Ｎに比例した２進信号が出力さ
れる。３ステートバツフア３０８は、制御端子３
０８ａに“１”レベル信号が加えられている間は
出力が高インピーダンスとなるもので、出力端子
群３０８ｂはバスラインを介してマイクロコンピ
ユータ５００に接続されている。

制御端子３０８ａにはNANDゲート３０９の
出力信号が入力され、NANDゲート３０９には
マイクロコンピユータ５００に内蔵されているデ
バイス制御ユニツト（DCU）からの入出力制御
信号（以下Ｉ／Ｏ信号という）及びデバイスセレ
クト信号SELIが入力されている。そして、
NANDゲート３０９の出力信号が“０”レベル
になると、シストレジスタ３０５〜３０７のＩ／
Ｎに比例した２進信号がマイクロコンピユータ５
００に入力される。

ここでクロツクパルス信号C1は公知の水晶発
振器より出力される約524KHzのクロツクを使用
しており、その詳細については省略する。

次に整形回路２００について説明する。整形回
路２００は前記整形回路１００と全く同一の構成
作動をしており、電磁ピツクアツプ１２の出力信
号を整形する。

位相差計測回路４００は第１０図に示されてお
り、デバイダ付カウンタ３０１と同じであり、リ
セツト端子Ｒに第１１図ａ，ｂに示す整形回路１
００，２００よりの信号が入力されると出力端子
Q1からはそれぞれ第１１図ｃ，ｄに示すパルス
信号が出力さる。前記パルス信号はＲ−Ｓフリツ
プフロツプ４０３のＳ端子、Ｒ端子にそれぞれ入
力され、出力端子Ｑからは第１３図ｅに示すよう
に、電磁ピツクアツプ１１，１２からの出力信号
の位相差に相当する時間T1をもつたパルス信号
が得られる。前記、時間T1のパルス信号は
NANDゲート４０５により、クロツクパルス信
号C1と論理をとり、第１１図ｆに示す信号が、
カウンタ４０６に入力される。

以下は回転数計数回路３００で説明したのと同
じ作動により、デバイダ付カウンタ４０４、カウ
ンタ４０５、シフトレジスタ４０７〜４０９、３
ステートバツフア４１０、NANDゲート４１１
により前記の電磁ピツクアツプ１１，１２からの
出力信号の位相差に相当する時間T1を計測して、
これに比例した２進信号がマイクロコンピユータ
５００に入力される。

整形回路７００は、第１３図に示されており、
位置検出装置１５の各変速位置に対応したスイツ
チ信号を各々整形して、そのデータをマイクロコ
ンピユータ５００に入力する。本実施例では、変
速位置に対応する４種のスイツチ信号が個別整形
回路７１０，７２０，７３０，７４０にそれぞれ
入力される。

個別整形回路は、すべて同一回路構成であり、
１つのものを詳細に図示し、個別整形回路７１０
を例にとると、抵抗７１１，７１３，７１６，７
１７とコンデンサ７１４とトランジスタ７１５か
ら構成されている。ここで回転数計数回路３００
に関して先に述べたと同じ作動により、変速位置
をしめすスイツチデータは、３ステートバツフア
７５０、NANDゲート７６０を介してマイクロ
コンピユータ５００に入力される。

マイクロコンピユータ５００は東芝製12ビツト
マイクロコンピユータTLCS−12Aを使用してお
り、プログラムで定める任意の周期毎に、回転数
計数回路３００と位相差計測回路４００と整形回
路７００とより、各々２進データを入力して内部
メモリ（RAM）に記憶する。そしてこの記憶デ
ータに基づき、定められた計算処理を行なう。こ
の場合、前記回路３００，４００は出力ラツチ回
路を有するため、コンピユータの動作は、前記回
路３００，４００と非同期であつてよいが、検出
の応答性を増すため、回路３００，４００にデー
タが用意されたときにコンピユータ５００に入力
要求信号を送るようにしてもよい。

マイクロコンピユータ５００の構成を第１２図
に示す。４個のLSIと３個のRAM、２個のROM
から構成され、それらは全てバスラインで結ばれ
ている。中央処理ユニツト（CPU）５１０は東
芝製のT3190を、割込ラツチユニツト（INTU）
520は東芝製のサT3219を、メモリ制御ユニツト
（NCU）530は東芝製のT3416を、入出力制御ユ
ニツト（DCU）540は東芝製のT3418を、RAM
の550〜552は東芝製のTC5007を、ROMの560，
561は富士通製のMB8516を使用している。各デ
バイスの機能については公知であるので説明を省
略する。

表示回路６００は本実施例では10進表示が可能
なクセグメントLEDを使用して、マイクロコン
ピユータ５００で演算されたトルク値を表示す
る。

先に述べたように第５図は本装置の作動を端的
に示している。前記の通りａは電磁ピツクアツプ
１１から出力される電気信号整形パルス、ｂは電
磁ピツクアツプ１２から出力される電気信号の整
形パルスである。前述のごとく、トルク検出装置
に負荷が加わると駆動トルクに応じて弾性体４が
たわみ、ｂの信号はａの信号に対して位相が遅れ
てくる。従つて回転数が一定であれば、ａ，ｂ信
号の位相差をとつた第５図ｃ信号のパルス幅ｔは
負荷トルクに比例する。

次にマイクロコンピユータ５００の演算内容に
ついて第５図を参照して説明する。まずマイクロ
コンピユータ５４００は、前記の位相差ｔと周期
Ｔとから、 θ＝360゜×ｔ／Ｔ ……(1) (1)式によつて位相差を角度θとして算出する。
この角度θは駆動トルクによつて決まる値で回転
数には影響されない。

次にマイクロコンピユータ５００は、このθを
用いて、次の(2)式により、変速機１４の出力側の
駆動トルクＭ１を求める。

M1＝ｋ×θ ……(2) （ただしｋは、角度→トルクの変換定数） さらに、マイクロコンピユータ５００は、変速
位置検出装置１５で得た変速段位置のデータをも
とに、各変速段毎に予めわかつている変速比Ｎと
より M2＝M1÷Ｎ ……(3) (3)式から機関トルクＭ２を算出する。このよう
にして演算され、変速機の出力側駆動トルクＭ１
と機関トルクＭ２とは、表示回路６００まに出力
され、表示される。

このように、本装置は駆動トルクと機関トルク
とを同時に測定することができるものであつて、
この情報を使用して機関制御と変速制御とを実現
することが可能となる。

以上トルク検出器１６を変速機１４と終減速機
１７の間に設けた場合について説明したが、機関
１３と変速機１４の間のクラツチ部に設けて、機
関トルクを直接検出し、その機関トルクの値と変
速位置検出装置で得た情報とにより、 （機関トルク）×（変速比） の演算により、変速機出力側への駆動トルクを求
めることもできる。

また、本発明は実施に際して、手動変速機に限
らず自動変速機にも適用できるもので、この場合
変速位置検出装置は変速機の入出力軸の回転速度
差に応答する装置、あるいは電気制御自動変速機
であれば制御用コンピユータの出力信号に応答す
る装置に代えることができる。また無段変速機に
ついても本発明を適用することは可能である。ま
た回転角を検出する手段は特に限定されるもので
はなく、電磁式のほか光電式、発振式、半導体形
などいずれも使用できる。

以上述べたように本発明によれば、機関トルク
および機関−変速機の駆動トルクを得ることがで
き、例えば、本発明トルク検出装置を用いて有効
な動力制御装置を提供することができる効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はトルク検出装置の取付例を示す構成
図、第２図はトルク検出器の構造例を示す断面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第
４図は第３図のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図、第５
図はトルク検出の様子を説明するためのタイムチ
ヤート、第６図は計測演算回路２０のシステムブ
ロツク図、第７図は整形回路１００の電気結線
図、第８図は整形回路１００と回転数計数回路３
００の動作を示すタイムチヤート、第９図は回転
数計数回路３００の電気結線図、第１０図は位相
差計測回路４００の電気結線図、第１１図は位相
差計測回路４００の動作を示すタイムチヤート、
第１２図はマイクロコンピユータ５００のブロツ
ク図、第１３図は整形回路７００の電気結線図で
ある。 １……駆動側の軸体、２……被駆動側の軸体、
４……弾性体、６，７……回転体、１１，１２…
…電磁ピツクアツプ、１３……内燃機関、１４…
…変速機、１５……変速位置検出装置（変速比に
応答する手段）、１６……トルク検出器、１７…
…終減速装置、２０……計測演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関の回転出力を該機関の出力軸に連結され
   た変速機を介して負荷に伝えて該負荷を回転さ
   せ、この機関−変速機−負荷の回転系の中に一つ
   のトルク検出手段を設けて、前記機関の機関トル
   クと前記変速機の出力側の駆動トルクとを検出す
   るトルク検出装置であつて、 前記変速機の変速比に応答する変速比検出手段
   と、該変速比検出手段と前記トルク検出手段とに
   接続された演算手段とを有し、 前記トルク検出手段は、前記変速機側に接続さ
   れた駆動側軸体と、該駆動側軸体により弾性体を
   介して回転駆動され前記変速機より前記負荷側に
   連結された被駆動側軸体と、前記駆動側軸体と前
   記被駆動側軸体との間に生じる回転位相差を検出
   して検出信号を発する検出信号発生手段とから成
   り、 前記演算手段は前記トルク検出手段の検出信号
   発生手段からの検出信号から該検出信号に比例し
   た前記駆動トルク（M1）を求める手段と、前記
   駆動トルク（M1）と前記変速比検出手段で検出
   した変速比（Ｎ）とからM1÷Ｎの演算により前
   記機関トルクを求める手段とを備えるトルク検出
   装置。 ２ 機関の回転出力を該機関の出力軸に連結され
   た変速機を介して負荷に伝えて該負荷を回転さ
   せ、この機関−変速機−負荷の回転系の中に一つ
   のトルク検出手段を設けて、前記機関の機関トル
   クと前記変速機の出力側の駆動トルクとを検出す
   るトルク検出装置であつて、 前記変速機の変速比に応答する変速比検出手段
   と、該変速比検出手段と前記トルク検出手段とに
   接続された演算手段とを有し、 前記トルク検出手段は、前記機関に接続された
   駆動側軸体と、該駆動側軸体により弾性体を介し
   て回転駆動され前記変速機に連結された被駆動側
   軸体と、前記駆動側軸体と前記被駆動側軸体との
   間に生じる回転位相差を検出して検出信号を発す
   る検出信号発生手段とから成り、 前記演算手段は前記トルク検出手段の検出信号
   から前記機関トルクを直接求める手段と、該機関
   トルクと前記変速比検出手段で検出した変速比と
   の乗算から前記駆動トルクを求める手段とを備え
   るトルク検出装置。