JPH04104024A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転駆動される回転軸のトルク検出装置、特に
、自動車の自動変速機などの回転軸のトルクを軸のねじ
れ量から求める車載用のトルク検出装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車におけるトルク検出の必要性は増大しつつ
ある。特に、トルクコンバータを用いた自動変速機では
、出力軸のトルクを検出することによりその特性の大幅
な向上が期待されている。

また、四輪駆動の車両においては、前後輪のトルク配分
を検出することが非常に重要であるつこのような回転軸
のトルクを検出する装置としては、トルクの負荷によっ
て生じる回転軸のねじれ角を測定し、このねじれ角から
トルクを演算によって求める装置が従来から広く知られ
ている。

一般的には、測定の対象となる回転軸に、軸方向に所定
距離だけ離して２つのロータリエンコーダを配設し、両
エンコーダからの出力信号の位相差からねじれ角を求め
、このねじれ角からトルクを演算している。ロータリエ
ンコーダとしては、光学的手段を用いたものや磁気的手
段を用いたものが一般的である。たとえば、特開昭６２
−２３９０３１号公報には、磁気抵抗効果素子を利用し
たロータリエンコーダを用いた例が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したロータリエンコーダを用いたト
ルク検出装置には、装置の小型化が困難であるという問
題と、精度良いトルク検出を行うことができないという
問題がある。高精度の検出を阻害する第１の要因は、回
転軸にロータリエンコーダを取り付ける作業を行うとき
に不可避の取り付は誤差である。このような取り付は誤
差が存在すると、無負荷時にも２つのロータリエンコー
ダ間に位相差を生じさせることになる。そして第２の要
因は、回転軸自身の経時変化である。すなわち、時間と
ともに回転軸にねじれ歪が残留してしまい、これが２つ
のロータリエンコーダ間の位相差に対する誤差となるの
である。

このような問題を解決するために、特願平１−２５４５
６１号明細書には、新規なトルク検出装置が開示されて
いる。この装置では、回転軸に所定距離をおいて２つの
磁気記録媒体が設けられる。そして無負荷時に、この２
つの磁気記録媒体に同位相め周期信号を書き込んでおく
。負荷がかかったトルク検出時には、この周期信号を読
出して位相差を検出してねじれ角を求め、このねじれ角
からトルクを演算する。このような再生にすれば、周期
信号を随時書き替えることが可能なので、取り付は時の
誤差や経時変化に基づく誤差のない正確な測定が可能に
なる。ところが、この装置にもまだ解決すべき問題が残
っている。それは、磁気記録媒体に周期信号を書き込む
必要がある点である。トルクの演算には、周期信号の周
波数の数値を用いることになるが、書き込まれた周期信
号の周期が変動していると、正確な周波数を定義するこ
とができなくなり、演算の結果得られたトルク値は誤差
を含んだものとなる。一般に、車両の駆動系の回転軸は
、回転数が頻繁に変動しているため、この回転軸に設け
られた磁気記録媒体に正確に一定周期の信号を書き込む
ことは困難である。したがって、書き込まれた周期信号
は、正確には所定ピッチの周期的な信号にはならず、結
局トルク値には誤差が含まれることになる。

そこで本発明は、小形化に適し、しかも回転数が変動す
る回転軸についても正確なトルクを検出することのでき
るトルク検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はトルク検出装置において、回転軸の周方向に形
成され、所定の位置信号が記録された第１の磁気記録媒
体と、同じく回転軸の周方向に第１の磁気記録媒体に対
して軸方向に所定間隔をおいて形成される′ｓ２の磁気
記録媒体と、第１の磁気記録媒体から位置信号を再生す
るための第１の磁気ヘッドと、第２の磁気記録媒体に所
定の位置信号を記録再生するための第２の磁気ヘッドと
、回転軸を回転させながら、第１の磁気ヘッドが再生し
た位置信号に同期した位置信号を第２の磁気ヘッドに与
え、第２の磁気記録媒体に所定の位置信号を記録する記
録手段と、回転軸を回転させながら、第１および第２の
磁気ヘッドから再生される装置信号の位相差を検出する
位相差検出手段と、この位相差に基づいて回転軸のねじ
れ角を求め、このねじれ角に基づいて回転軸に加わるト
ルクを演算するトルク演算手段と、を設けたものである
。

〔作　用〕

本発明のトルク検出装置では、回転軸上に所定間隔をお
いて２つの磁気記録層が用意される。第１の磁気記録層
には、もともと所定の位置信号が書き込まれる。そして
、無負荷の状態で回転軸を回転させながら、この第１の
磁気記録層から位置信号を読出し、この読出した信号に
同期した位置信号を第２の磁気記録層に書き込む準備作
業を行う。このような準備作業を行うと、回転軸の回転
数に変動が生じていても、再磁気記録層には完全に位相
が一致した位置信号が書き込まれることになる。トルク
検出を行う際には、負荷のかかった回転軸を回転させな
がら、再磁気記録層から位置信号を読出し、これらの位
相差を測定し、回転軸のねじれ角を求め、トルクの演算
を行う。このため、取り付は作業に基づく誤差や経時変
化に基づく誤差も生じない。また、第１の磁気記録層に
は、予め一定周期の位置信号を書き込んでおくことがで
きるので、この位置信号を読み出すことにより回転軸の
正確な回転数を検知することができ、回転変動に基づく
誤差も生じない。

〔実施例〕

以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例に係るトルク検出装置の再生図で
ある。この装置は、回転軸１０に加わるトルクを検出す
る機能を有する。この実施例では、回転軸１０は自動車
用自動変速機の出力軸であり、図の左端が駆動源に連結
され、図の右端が負荷に連結されている。回転軸１ｏの
外周面には、磁気記録層１１および１２が所定距離した
けおいて形成されている。これらの磁気記録層は、エポ
キシ系などの樹脂バインダー中にフェライトなどの磁気
粉末を分散させた磁気塗料を、回転軸１０の表面所定部
に塗布することにより形成することができる。この磁気
記録層１１および１２の表面に近接対向して、誘導型の
磁気ヘッド１３および１４か配置されている。本実施例
の装置では、磁気ヘッド１３．１４ともに記録再生がで
きる同一のヘッドを用いているが、磁気ヘッド１３には
再生専用のヘッドを用いてもかまわない。磁気ヘッド１
３は、磁気記録層１１に記録されている所定の磁気パタ
ーンを再生するために用いられ、磁気ヘッド１４は、磁
気記録層１２に対して所定の磁気パターンを記録再生す
るために用いられる。

再生回路１５および１６は、それぞれ磁気ヘッド１３お
よび１４が読出した信号に対して波形整形を行って再生
信号を得る回路である。再生回路１５による再生信号は
記録回路１７および増幅器１８に与えられ、再生回路１
６による再生信号は増幅器１８に与えられる。記録回路
１７は、再生回路１５から与えられる再生信号に同期し
た記録信号を発生し、これを磁気ヘッド１４に与える。

磁気ヘッド１４はこの記録信号に基づいて磁気記録層１
２に所定の磁気パターンを記録する。この磁気パターン
は、再び磁気ヘッド１４によって読み出され、再生回路
１６によって再生信号として取り出される。増幅器１８
は、再生回路１５および再生回路１６からの再生信号を
増幅し、この増幅した信号を位相差検出回路１９に与え
る。位を目差検出回路１９は、２つの再生信号に基づい
てこれらの位相差を検出し、この位相差をトルク演算回
路２０に与える。トルク演算回路２０は、この位相差に
基づいて回転軸１０に作用しているトルクを演算し、こ
れを出力する。

この検出装置の特徴のひとつは、磁気記録層１１に予め
所定のピッチで磁気パターンが書き込まれている点であ
る。この実施例の装置では、磁気記録層１１は第２図に
示すような再生となっている。すなわち、回転軸１ｏの
外周面に、周方向に所定幅ｄ１をもった磁気パターン層
ＭＰが所定間隔ｄ２をおいて多数形成されている。この
実施例では、ｄｌ−ｄ２−２００μｍとしている。この
磁気パターン層ＭＰは、前述した磁気塗料をインキとし
て用い、回転軸１０の表面所定部に印刷を行うことによ
り形成することができる。このように印刷によって形成
しておけば、印刷に用いるマスク版の精度で、正確な周
期パターンの記録が可能になる。なお、この磁気パター
ン層ＭＰは、予め着磁しておき、磁気ヘッド１３によっ
てこの周期的なパターンを再生できるようにしておく。

一方、磁気記録層１２としては任意の位置に任意の磁気
記録を行うことができるように、回転軸１０の外周面全
周にわたって筒状の記録層が形成されている。もちろん
、磁気記録層１１を磁気記録層１２と同しような筒状の
記録層で形成し、ここに予め周期的な磁気パターンを記
録しておくようにしてもかまわない。なお、以下の説明
では、各磁気記録層１１．１２に記録されている周期的
な磁気パターンから得られる信号を位置信号と呼ぶこと
にする。

続いて、この装置によるトルク検出の動作を説明する。

この検出動作は、磁気記録層１２に所定の磁気パターン
を書き込む準備段階と、両磁気記録層１１．１２から同
時に磁気パターンを読み出す検出段階と、の二段階から
再生される。準備段階は、回転軸１０が負荷から開放さ
れて回転している状態で次のようにして行われる。まず
、磁気ヘッド１３により磁気記録層１１に記録されてい
る位置信号を読み出す。この読出した信号Ａは、第３図
のグラフＡに示すような周期的な信号となる。再生回路
１５は、この信号Ａを波形整形し、これに同期したパル
ス信号Ｂ（第３図のグラフＢ）を生成して記録回路１７
に与える。記録回路１７は、この信号Ｂに基づいてこれ
に同期した信号Ｃ（第３図のグラフＣ）を生成し、これ
を磁気ヘッド１４に与える。こうして、磁気ヘッド１４
により磁気記録層１２には位置信号が記録されることに
なる。ここで重要な点は、回転軸１０を回転させながら
磁気記録層１１に記録された位置信号を読出し、この読
出した位置信号に同期した位置信号を磁気記録層１２に
書き込む動作を行っている点である。このような書き込
み動作を行うと、回転軸１０の回転速度に変動が生じて
いても、磁気記録層１２には磁気記録層１１の位置信号
と全く位相の等しい位置信号か記録されるのである。別
言すれば、回転速度の変動は両磁気記録層間では相殺さ
れ、記録される位置信号には何ら影響を及ぼさないので
ある。

このように、磁気記録層１２に同位相の位置信号を書き
込んでおけば、後段の検出段階を行うことができる。こ
の検出段階は、回転軸１０に負荷がかかった状態で次の
ようにして行われる。まず、磁気ヘッド１３．１４が磁
気記録層１１．１２からそれぞれ同時に位置信号を読出
し、これを増幅器１８を介して位を９差検出回路１９に
与える。前述の準備段階では、回転軸１０に負荷がかか
っていない状態で磁気記録層１２に対する位置信号の書
き込みを行っていた。ところが、この検出段階ては、負
荷に基づいて生しるトルクにより、回転軸１０にはねじ
れが生しることになり、両磁気記録層１１および１２か
ら読出した位置信号には位相差Δｔが生しることになる
。位相差検出回路１９は、この位相差Δｔを時間の単位
て検出し、トルク演算回路２０に与える。また、位相差
検出回路１つは、この読み出された位置信号に基づいて
、回転軸１０の単位時間あたりの回転数Ｎを検出するこ
とができる。前述のように、磁気記録層１１には予め正
確なピッチをもった磁気パターンとして位置信号が書き
込まれているので、この位置信号に基づいて正確な回転
数Ｎの検出が可能である。この点が、前掲特願平１−２
５４５６１号明細書に開示された装置に比べての利点で
ある。

前掲明細書の装置では、準備段階で２つの磁気記録層に
ともに書き込みを行っていたため、回転数に変動が生じ
ると、書き込まれる位置信号が正確な周期信号にならず
、正確な回転数Ｎの検出ができなかったのである。本願
装置では、こうして検出された正確な回転数Ｎは、位相
差Δｔとともにトルク演算回路２０に与えられる。

続いて、トルク演算回路２０における演算処理について
説明する。回転軸のねしれ角θと、時間の単位で求まっ
た位相差Δｔとの関係は、θ−２π　Δｔ　　Ｎ　　　
　　　　（［）て与えられる。ここて、ΔｔおよびＮは
、位相差検出回路１９から与えられる位を目差および回
転数である。こうして、ねじれ角θが求まれば、Ｔ−２
πθＧｄ　　／６４Ｌ　　　　（２）なる式により、ト
ルクＴが演算される。ここで、Ｇは回転軸の横弾性係数
、ｄは回転軸の直径、Ｌは磁気記録層１１と１２との間
の距離である。トルク演算回路２０は、こうして求めた
トルクＴを検出信号として出力する。

一般に、回転軸１０には、経時変化によりねじれ歪が残
留するようになる。しかしながら、本願装置では、準備
段階の書き込み動作を行えば、その都度、このようなね
じれ歪みを含んだ状態で完全に同期した位置信号を両磁
気記録層１１．１２に得ることができる。したかって、
この準備段階を定期的に行うようにすれば、残留したね
じれ歪の影響を受けない正確なトルク検出が可能である
。

最後に、本発明に係るトルク検出装置を、実際の車両に
適用した例を開示しておく。第４図はこの適用例の再生
図である。内燃機関３０の動力は回転軸３２に出力され
、更にクラッチ３５を介して回転軸３７へと伝わり、ト
ランスミッション４０に伝達される。そして、トランス
ミッション４０によって変速された動力は回転軸４２を
介してディファレンシャルギア４５に伝達され、更に車
軸４７を介して車輪５０まて伝達される。このような系
において、各部のトルクを検出することは、系全体の円
滑な制御を行うために重要である。

本発明のトルク検出装置を用いれば、このような系にお
ける各部のトルク検出を簡単な再生で行うことができる
。すなわち、回転軸３２．３７゜４２のそれぞれに、図
のハツチングで示すように磁気記録層Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３
を設け、これらの各磁気記録層に対向して、磁気ヘッド
Ｈ１，Ｈ２゜Ｈ３を設けておけばよい。ここで、磁気記
録層Ｍ１には、前述の磁気記録層１１と同様に予め所定
の周期をもった位置信号を記録しておく。そして、クラ
ッチ３５およびトランスミッション４０を連結した状態
にして、内燃機関３０が基準の設定出力にある状態を判
定する。この基準の設定出力の状態は、たとえば、機関
回転数、スロットル開度、吸入空気量などの値に基づい
て所定の条件を設定しておけばよい。この基準の設定出
力にある状態で、トルク検出のための準備段階を行う。

すなわち、再生記録回路６０により、磁気記録層Ｍ１に
記録された位置信号を読出し、これに同期した位置信号
を発生して磁気ヘッドＨ２，Ｈ３に書き込み動作を行わ
せる。こうして、磁気記録層Ｍ２．Ｍ３には、磁気記録
層Ｍ１の位置信号に同期した位置信号が書き込まれるこ
とになる。トルクの検出段階では、この磁気記録層Ｍｌ
、　Ｍ２Ｍ３からそれぞれ位置信号Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３が
読み出され、演算回路７０に与えられる。内燃機関３０
が基準の設定出力にある状態では、各回転軸に加わるト
ルクの状態は、準備段階と変わりはないため、これら位
置信号Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３は、第５図に示すように位相か
完全に同期する。ところか、内燃機関３０の出力状態が
変化すると、各回転軸には、基準の設定出力状態よりも
過度のトルクか加わることになり、位置信号Ｆｌ、Ｆ２
．Ｆ３には、たとえば第６図に示すように位相差が生し
ることになる。演算回路７０は、前述した原理に基づい
て、この位を自差から各回転軸に加わったトルクの変化
状態を演算し、系全体の伝達トルクの変化を求めること
かできる。

このように、本発明を適用すれば、各回転軸のそれぞれ
１か所に磁気記録層を形成するだけの単純な再生で車両
駆動系全体のトルク分布を把握することが可能になる。

また、各回転軸を連結するごとに、準備段階を行って位
置信号の書き込みを行うようにすれば、各回転軸を断接
するたびに生じる位相ずれ、歯車間のバックラッシュな
どに基づく誤差を除去した正確なトルク検出か可能にな
る。

以上、本発明を図示する一実施例に基づいて説明したが
、本発明はこの実施例のみに限定されるものではなく、
種々の態様で実施可能である。たとえば、上述の実施例
では、磁気記録層の形成方法として、回転軸に磁性塗料
を塗布させる方法を例示したが、真空成膜法やメツキ法
などを用いてもかまわない。また、パターンの形成方法
としては、前述の実施例では印￥１１による方法を用い
ているが、磁気記録媒体の材料によっては、レーザ加工
やエツチングなどの機械加工法を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によるトルク検出装置では、回転軸
上に所定間隔をおいて２つの磁気記録層を用意し、第１
の磁気記録層に記録された位置信号に基づいて第２の記
録層に位置信号を書き込む準備段階を行い、面位置信号
を読み出したときの位相差に基づいてトルク検出を行う
ようにしたため、装置の小形化が図れ、しかも回転数が
変動する回転軸についても正確なトルクを検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るトルク検出装置の再生
図、第２図は第１図に示す装置における磁気記録層１１
の具体的な再生図、第３図は第１図に示す装置における
各部の信号波形図、第４図は第１図に示す装置を実際の
動力伝達系に適用した再生図、第５図および第６図は第
４図に示す系におけるトルク検出に用いる各部の位置信
号の波形図である。 １０・・・回転軸、１１．４２・・・磁気記録層、１３
゜１４・・・磁気ヘッド、１５．１６・・・再生回路、
１７・・・記録回路、１８・・・増幅器、１９・・・位
相差検出回路、２０・・・トルク演算回路、３０・・・
内燃機関、３２・・・回転軸、３５・・・クラッチ、３
７・・・回転軸、４０・・・トランスミッション、４２
・・・回転軸、４５・・・ディファレンシャルギア、４
７・・・車軸、５０・・・車輪、６０・・・再生記録回
路、７０・・・演算回路、Ｍ１〜Ｍ３・・・磁気記録層
、Ｈ１〜Ｈ３・・・磁気ヘッド。 〈 ■ ○ 第１図 ￥２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　回転軸の周方向に形成され、所定の位置信号が記録さ
   れた第１の磁気記録媒体と、同じく前記回転軸の周方向
   に前記第１の磁気記録媒体に対して軸方向に所定間隔を
   おいて形成される第２の磁気記録媒体と、前記第１の磁
   気記録媒体から位置信号を再生するための第１の磁気ヘ
   ッドと、前記第２の磁気記録媒体に所定の位置信号を記
   録再生するための第２の磁気ヘッドと、前記回転軸を回
   転させながら、前記第１の磁気ヘッドが再生した位置信
   号に同期した位置信号を前記第２の磁気ヘッドに与え、
   前記第２の磁気記録媒体に所定の位置信号を記録する記
   録手段と、前記回転軸を回転させながら、前記第１およ
   び第２の磁気ヘッドから再生される位置信号の位相差を
   検出する位相差検出手段と、前記位相差に基づいて前記
   回転軸のねじれ角を求め、このねじれ角に基づいて前記
   回転軸に加わるトルクを演算するトルク演算手段と、を
   備えることを特徴とするトルク検出装置。