JPH041295B2 - - 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
みゲージ式、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
位相差的等があるが、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器としては不適当であつた。

このような問題点に鑑み、とくに、本発明は位
相検出器の取付上のばらつき−初期位相（あるい
は取付位相）−による誤差を正確に補償すること
ができるトルク検出装置を提供しようとするもで
ある。

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装置を詳細
に表わす縦断面図、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
クは検出装置、１７は終減速機、１８は駆動輪で
ある。トルク検出装置１６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と体向す
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
複数個のは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、ピツクアツプ１１，１２で検出
した電気信号はリード線１１ａ，１２ａを経て外
部の計測回路３０に導かれるようになつている。

さらに変速機１４のニユートラル位置を検出す
る装置１５が変速機１４に設けられている。本実
施例においては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したがつ
てこれに比例して弾性体４のたわみ量は多くなつ
ている。

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。ここで、変速機に設けたニユート
ラルを検出するスイツチ１５がONであるときの
２つの交番電圧信号の位相差を外部の測定回路に
おいて測定することにより無負荷時の位相差がわ
かる。この場合、位相差は回転体６，７の取付位
置あるいはピツクアツプ１１，１２の取付位置の
ばらつきなどによつて装置毎にばらつきが生じや
すい。

次に変速機が接続され（スイツチOFF状態）
実際の負荷トルクに比例して軸がねじらると、回
転体の円周方向の相対位置関係もねじれ角に比例
して変化するので、それに応じてピツクアツプ１
１，１２に生じる交番電圧信号の位相差が変化す
る。本装置では、実際の測定中における位相差と
無負荷時の位相差とを比較すれば測定中の実際の
トルクが正確に算出できる。

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３０について説明する。

第８図は計測演算回路３０にシステムブロツク
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。

ニユートラル位置検出装置１５は変速位置がニ
ユートラルのときにONするスイツチで、整形回
路７００を経てその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５
００は回転数と位相差ニユートラルのデータから
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９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１０４，１０５，１０６，１０７，１
０８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_B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１０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１０図
ｂで示すような波形のタイミングパルス信号が出
力される。

回転数係数回路３００は第１１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１０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、出力端子
Ｑ４の出力は第１０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１０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、再びカウンタ動作を停止す
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１０図ｂに示す整形回路１００の出
力信号と第１０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３
０２からは第１０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１０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３
０３から第１０図ｈに示すようなパルス信号が出
力さ、このパルス信号がカウンタ３０４に入力さ
れる。

ここで、第１０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３０１のＱ２出力の立上りによりシフトレジ
スタ３０５〜３０７（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ガ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
３０８ａ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に内蔵なれているデ
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が入力さている。そして、NAND
ゲート３０９ノ出力信号が“０”レベルになる
と、シフトレジスタ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５００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１２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１３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１３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１３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４
１０、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。

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とニユー
トラル位置検出装置１５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。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、介す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１４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して
いる。

整形回路７００は第１５図に示されており、ニ
ユートラル検出装置１５の変速機のニユートラル
位置に対応したスイツチ信号を整形して、そのデ
ータをマイクロコンピユータ５００に入力する。
構成は図に示すように抵抗７０１，７０３，７０
６，７０７とダイオード７０２とコンデンサ７０
４とトランジスタ７０５で整形されたのち、回転
数計測回路３００で説明したのと同じ作動によ
り、３ステートバツフア７０８、NANDゲート
７０９によりニユートラル位置の信号がマイクロ
コンピユータ５００に入力される。

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ｅ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。変速機がニユ
ートラルの時に計測された前記の無負荷位相差を
to、周期をToとすると、 θo＝360°×to／To ……(1) (1)式から計算されたθoが第５図ａ，ｂ信号の
無負荷時の位相差を角度に換算したものである。

一方変速機がニユートラルでないときに計測さ
れた前記の位相差をt1、周期をT1とすると、 θ1＝360°×t1／T1 ……(2) (2)式から計算されたθ1が第５図ａ，ｂの負荷を
かけた時の位相差を角度に換算したものである。
されに、 θ＝θ1−θo……(3) (3)式から計算された位相差θが、負荷がかかつ
たことにより生じた位相差である。従つて前記の
位相差θは駆動トルクに比例した値となる。そし
て Ｍ＝Ｋ×θ ……(4) で表わされる(4)式によつて駆動トルクＭを求める
ことができる。

以上トルク検出装置６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、第６
図に示すように機関１３と変速機１４の間のクラ
ツチ部に設けた場合でもよく、また第７図に示す
ように流体変速機に設けてもよく、要するにトル
ク検出器を実際の車両に装置したあと無負荷時の
位相差を補正してトルクを求めればよい。

さらに無負荷時の検出は変速機のニユートラル
状態の検出するものでなくても、マニホールド圧
力、スロツトル開度、吸入空気量、機関回転数、
駆動軸回転数が設定状態にあることを検出するよ
うにしても良く、また手動変速機であればクラツ
チの断接に連動するスイツチで検出しけもよい。
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無負荷状態に
おいて初期位相が検出され通常検出値を補正する
ため、取付の際のばらつきを補償することができ
る。なお、初期位相が経年変化する場合でも自動
的に補正を行なつて対処するようにすることもで
きるため、常に正確なトルクを検出できるという
優れた効果も発揮する。

【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図はトルク検出装置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図と第７図はそれぞれトルク検出装置の
変形例を示す断面図、第８図は計測回路３０のシ
ステムブロツク図、第９図は整形回路１００の電
気結線図、第１０図は形成回路１００と回転数計
数回路３００の動作を示すタイムチヤート、第１
１図は回転計数回路３００の電気結線図、第１２
図は位相差計測回路４００の電気結線図、第１３
図は位相差計測回路４００の動作を示すタイムチ
ヤート、第１４図はマイクロコンピユータ５００
のブロツク図、第１５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……ニユートラル位置検出装置、
１６……トルク検出装置、１７……終減速装置、
３０……計測回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転駆動される駆動体、 前記駆動体に弾性体を介して連結された被駆動
   体、 前記被駆動体に連結された負荷、 前記駆動体と前記被駆動体との間の相対的回転
   位相差に応じた位相差信号を発生する位相差信号
   発生手段、 前記駆動体が前記弾性体を介して前記被駆動体
   と前記負荷とを駆動していない無負荷状態を検出
   して無負荷信号を発生する無負荷状態検出手段、
   および 前記位相差信号発生手段および前記無負荷状態
   検出手段に接続されて、前記駆動体により前記被
   駆動体と前記負荷とを駆動しているときの検出ト
   ルクを演算する演算手段を備え、 前記演算手段は内部に無負荷時データ記憶手段
   と、負荷時データ読み取り手段と、補正手段とを
   有し、 前記無負荷時データ記憶手段は前記無負荷状態
   検出手段からの無負荷信号を任意の周期毎に取り
   込んで、その時々の前記位相差信号の初期位相デ
   ータを読み取つて記憶する手段からなり、 前記負荷時データ読み取り手段は前記無負荷信
   号が前記演算手段に来ていないときの前記位相差
   信号からなる負荷時データを読み取る手段からな
   り、 前記補正手段は前記負荷時データを前記初期位
   相データを用いて補正して前記演算手段の出力と
   する手段からなり、 それにより、前記初期位相データが経年変化し
   ても補正によつて前記演算手段の出力の精度を高
   めたトルク検出装置。 ２ 前記位相差信号発生手段は、前記駆動体と前
   記被駆動体との相対的回転位相差に応じて位相が
   ずれてくる第１のパルス信号と第２のパルス信号
   との位相のずれに相当する時間内のクロツク数を
   カウントして位相差に相当する時間に応じた２進
   信号を出力する手段からなり、前記演算手段は前
   記２進信号が入力されプログラムで定める任意の
   周期ごとに前記２進信号を読み取るとともに前記
   無負荷状態検出手段からの無負荷信号を入力して
   内部メモリに記憶し、この記憶データに基づき、
   定められた計算処理を行つて出力を生じるマイク
   ロコンピユータからなる特許請求の範囲第１項に
   記載のトルク検出装置。 ３ 前記駆動体が車両の変速機に接続され前記被
   駆動体が終減速機に接続されている特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載のトルク検出装置。 ４ 前記無負荷状態検出手段が前記変速機のニユ
   ートラル状態を検出するようになつている特許請
   求の範囲第３項に記載のトルク検出装置。 ５ 前記無負荷状態検出手段として前記変速機の
   クラツチの断切を検出するスイツチが用いられる
   特許請求の範囲第３項または第４項に記載のトル
   ク検出装置。 ６ 前記駆動体が車両の内燃機関に結合された変
   速機に接続され前記被駆動体が終減速装置に接続
   されている特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載のトルク検出装置。