JPS59116023A - 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】 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、内燃機関の機関出力軸部に取付けられるトルク検出
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、機関の出方軸に取り付
け、機関トルクを車輪等負荷に伝達する際、トルク伝達
軸に発生ず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って、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
しては不適当であった。

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。

このため、本発明では、内燃機関の駆動軸に備え、ねじ
り変位を生じる部材と、この部材の駆動側の回転角と被
駆動側の回転角との回転位相をトルクとして検出する検
出装置とを設りてなる位相差式のトルク検出装置とする
ものである。ところで内燃機関の駆動軸は、機関の運動
行程に対応して回転変動を生じるから、位相差式のトル
ク検出装置にあってトルクの検出タイミングが特定され
ないと、検出の都度正確なトルク値を得ることができな
いという問題を生じる。

このため本発明によれば、機関駆動軸の所定の回転角で
トルクを検出することができるように、検出タイミング
を特定するだめの手段を設けることを特徴とする。すな
わち、機関駆動軸の予め定められた回転角を示す基準位
置にて基準信号を発生ずるべく設けられた基準信号手段
を有し、この基準信号に基づいて前記トルク検出タイミ
ングが決定される。

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縦断面図で、符
号１は図示しない自動車内燃機関のクランク軸、２はク
ランク軸１にボルト３によって連結さそれによって回転
駆動される第１の回転体、４は右端において図示しない
被駆動側の手動歯車変速機のクラッチあるいは自動変速
機のトルクコンバータに結合される第２の回転体である
。そして第１の回転体２と第２の回転体４にはそれぞれ
弾性鉢受窓７．８が設けられており、図示しない弾性体
受座を両端に取り付けた弾性体６が挿入されている。弾
性体６はサブプレート９によりはさみ込み、リベット１
０により固定されている。故に第１の回転体２とサブプ
レート９は一体となって回転し、また第２の回転体４は
弾性体６を介し回転体２と一緒に回転する。弾性体６は
本実施例では、コイルスプリングを用いている。

第１、第２の回転体２．４の外周には、第２図に示すよ
うに、被検出部としてそれぞれ周方向に等間隔で設けら
れた複数個の歯２１．４１を外周部に有している。そし
て第１の回転体２の歯２１は機関始動時にスターター１
４のピニオンギヤ１４１と噛合いスターター１４により
機関が始動される、リングギヤとしても使用される。

そして第１の電磁検出素子１１、第２の検出素子１２が
、各回転体２．４歯に対向するようにハウジング１３に
取り付けられている。この検出子１１．１２はたとえば
永久磁石とコイルを組み合せた電磁ピックアップのもの
でもよい。第１、第２の回転体の回転に同期して、ギヤ
２１．４１の凹凸が検出子１１．１２の先端との間にお
けるエアギャップをくり返し増減させる。それに応じて
磁気抵抗が変わり、磁気−電気変換素子として作用する
検出子１１．１２の出方線には第１、第２の回転体の回
転に同期したタイミング信号としての脈動信号Ｓ１、Ｓ
２が現われる。この脈動信号はディジタル計算装置１９
に入力され、処理されてトルクが算出される。

さらに基準位置検出用の第３の電磁ピンクアップ６０が
ハウジング１３に取付けられ、これと対向ずべく基準位
置鉄片６１が第１の回転体２にボルト　（図示せず）な
どにより固定されている。電磁ピックアップ６ｏがらは
、第１の回転体２の１回転毎に一定の回転角のとき基準
信号ｓ１が出方され、この信号がディジタル計算装置１
９に人力される。

第３図はディジタル計算装置１９のシステムブロック図
である。前記の電磁ピックアップ１１、Ｉ２．６０から
の出力はそれぞれ整形回路１ｏ。

ａ、１００ｂ、１ｏＯｃに入力された後、整形回路１０
０ａからの出力と整形回路１００ｃからの出力は分周回
路２００に、整形回路１００ｂからの出力は位相差計測
回路４００に入力される。さらに分周回路２００からの
出力は回転数計数回路３００と位相差計測回路４００に
入力される。回転数計数回路３００では回転数の逆数に
比例した２進データが得られ、これを計算回路５００に
入力し、位相差計測回路４００では分周回路２００から
の信号と電磁検出素子１２の信号の位相差部らトルクセ
ンサのねしれが２進データで得られ計算回路５００に入
力される。δ１算回路５００は前記の回転数と位相差の
データから所定のｅＩＫによりｌ・ルクを演算して表示
回路６００に出力する。

吹にディジタル計算装置１９の各構成回路について説明
する。前記整形回路１００ａは、第５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ェナー
ダイオード１０３からなるローパスフィルタと、抵抗１
０４．１０５．１０６．１０７．１０８及び比較器１０
９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■８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、立下りがシャープになるよう構
成されている。そして、電磁ピックアップから第５図（
１）で示すように脈動信号が出力されると、比較器１０
９から第５図（２ａ）で示すような彼形のタイミングパ
ルス信号が出力される。

整形回路１００ｂ、１００Ｃも前記の整形回路１００ａ
と同一の構成であり、電磁ピックアップ１２．６０から
の脈動信号が整形されて出力される。

次に分周回路２００について第６図の詳細回路図と第７
図のタイムチャートで説明する。整形回路１００Ｃの出
力信号は第７図（１）の信号であり入力端子２１０から
インバータ２０１．、ｌ！：ＮＡＮＩ）ケート２０５に
人力される。インバータ２０１の出力はＤ型フリップフ
ロップ２０２のＣＬ端子Ｇこ、該り型フリップフロップ
Ｄ端子は＋　５　Ｖ電源ζこ、Ｒ端子は抵抗２０３とコ
ンデンサの接続点が入力されたインバータ２１３の出力
にＱ端子はＮＡＮＤゲー１−２０５に入力される。タウ
ンカウンタ２０６としてはたとえばＲＣＡ社製のＩＣ７
′ＣＤ４０１０３を使っており、ＡＰＲ娼子にはＮＡＮ
Ｄゲー１−２０５の出力が、ＯＬ端子にはインノ望−夕
２０７の出力が接続さＣｏ端子は同種のタウンカウンタ
２０ＢのＡ　Ｐ　Ｅ端子に接続されてしさる。一方、整
形回路１００ａの出力信号（第７図の（２）の・信号）
はインパーク２０７と前記タウンカウンタ２０８がＣＬ
硝子に入力され、タウンカウンタ２０８のｃｏ端子はＳ
ＰＥ端子とＮＯＲケーＩ・２０９Ｇこ接続され、他はイ
ンバータ２０７から人力さね、る。

前記ＮＯＲゲート２０９出力は出力端子２１２を介して
回転数計数回路３００と位相差計測回「各４００に入力
されており、第７図（３）に示す信号である。以上の構
成による本回路の作動を説明すると、整形回路１００Ｃ
の第７図４１．１に示す信号力・らある一定位相遅れた
信号をダウンカウンタ２０６にて作り、これを基準にし
て整形回路１００ａの第７図（２）に示ず信号を所定の
値で分周して第７図（３）の信号を得る。第７図の（２
）の分周信号と第７図の（３）の整形回路１００ｂの出
力信号は同一周期であり、その位相差＜ｍ１図（５）の
信号）Ｔｌを計測することにより、トルクを計測できる
。

注目すべきことに、分周回路２００の分周動作が整形回
路１００ｃからの基準信号に同期してなされる。このた
め、分周間Ｉ！δ２００に分周信号として得られるタイ
ミングパルス信号は、基準位置鉄片６１の取付けられた
回転角に対応し、鉄片６１の位置の回転角と一定の位相
角を有することとなる。

回転数計数回路３００は第８図に示す構成であり、デバ
イダ付カウンタ３０１は、基本的にはクロック端子ＣＬ
に入力されるクロックパルス信号Ｃ１をδ１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ルベルとなり、かつ計数動作停止端子ＥＮｒｌ
Ｊレベル信号が入力されると、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」レベル信号が人力され、
計数動作を停止する。この状態で分周間１ｊ３２００か
ら第５図（２１））に示すタイミングパルス信号（分周
信号）かリセット端子Ｒに入ノＪされると、カウンタ３
０１にはりセットされ、出力端子Ｑ４の出力は第５図（
６）に示すように１０」レベルとなる。そして、時間Ｔ
またけ経過し、リセット端子Ｒに人力される信号が１０
」レベルとなると、カウンタ３０１はδＩ゛数動作を開
始し、出力端子Ｑ２、Ｑ３からはそれぞれ第６図（４）
、（５）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、再び計数動作を停止する。ここで第６図
（２ａ）と（２ｂ）の信号はそれぞれ第７図（２）と（
３）の信号と同一である。

カウンタ３０１及び分周回路２００の出力信号は、それ
ぞれＮＯＲケート３０２．３０３を介して１２ビツトの
カウンタ３０４のクロック端子ＣＬに入力され、またカ
ウンタ３０１のＱ３の出力はカウンタ３０４のリセット
端子Ｒに人力されている。

つまり、第５図（２ｂ）に示す分周回路２００の出力信
号と第５図（６）に示すカウンタ３０１の。

４の出力Ｎ　ＯＲ論理をとることによりＮＯＲケート３
０２からは第６図（７）に示すパルス信号が出力され、
さらにこのＮＯＲゲート３ｏ２の出力信号と第５図（３
）に示ずクロックパルス信号ｃ１と（７）ＮＯＲｉｌＩ
Ｑｉ理をトル、：：　トニＪ１．す、ＮＯＲケート３０
３からは、第６図（８）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５図（２ｂ）に示すタイミングパルス信号が
ｒＯＪレベルに立下がって第５図（７）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は計数動作を停止する。その後、カ
ウンタ３０４の出力端子Ｑ、〜ＱＩ２の出力は、時刻ｔ
２におけるカラン多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ＣＤ４
０３５）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
１」レベルになると、カウンタ３０４がリセットされ、
時刻ｔ４においてカウンタ３０１のＱ４出力が「１」レ
ヘルになるとカウンタ３０４は再び計数動作を開始する
。

このカウンタ３０４の動作は、電磁ピックアップ１１が
回転体２の切欠溝もしくは歯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の分周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／
Ｈに比例した２通信号が出力される。３ステートバツフ
ア３０８は、制御端子３０８ａに１１」レベル信号が加
えられている間は出力が高インピータンスとなるもので
、出力嫡子群３０８ｂはパスラインを介して計算回路５
００に接続されている。

制御輪子３０８ａにはＮ　Ａ　Ｎ　Ｉ）ケート３０９の
出力信号が人力され、ＮＡＮＤゲート３０９には計算回
路５００に内蔵されているデバイス制御ユニソ）　（Ｄ
ＣＵ）からの入出力制御信号（以下Ｉ１０信号という）
及びデバイスセレクト信号５ＥＬｌが人力されている。

そして、ＮＡＮＤケート３０９の出力信号が「０」レベ
ルになると、シフトレジスタ３０５〜３０７の１１０に
比例した２通信号が計算回路５００に入力される。ここ
でクロックパルス信号ＣＩは公知の水晶発振器より出力
されるクロックを使用しており、その詳＃ｍについては
省略する。

位相差計測回路４００は第９図に示されており、デバイ
ダ付カウンタ３０１と同構成のデバイダ付カウンタ４０
１４０２のリセット端子Ｒには、それぞれ第１０図（１
）に示ず分周回路２００よりのタイミングパルス信号、
第１０図（２）に示す整形回路１００ｂよりの信号が入
力され、各々のと出力端子Ｑ、からはそれぞれ第１０図
（３）、（４）に示すパルス信号が出力される。これら
パルス信号はＲ−Ｓフリップフロップ４０３のＳ端子、
Ｒ端子にそれぞれ入力され、その出力端子Ｑからは第１
０図（５）に示すように、電磁ピックアップ１１−、．
１２からの出力信号の位相差に相当する時間Ｔ１をもっ
たパルス信号が得られる。前記、時間］゛１のパルス信
号はＮＡＮＤケート４０５により、クロックパルス信号
Ｃ１と論理をとり、第１０図（６）に示す信号が、カウ
ンタ４０６に人力される。以下回転数計数回路３００に
関して先に説明したのと同し作動により、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ケー
ト４１１により前記電磁ピンクアップ１１．１２からの
出力信号の位相差に相当する時間′Ｉ゛１を計測して、
こ゛れに比例した２通信号が計算回路５００に入力され
る。

さらにデバイダ付カウンタ４０４の出力Ｑ４は前記位相
差の時間゛「１の１ｔ−ｔ　１回路５００への読み込み
要求の割込み信号ＩＮＴとして使われる。

計算回路５００としてはマイクロコンピュータ形式のも
のを用いることができる。マイクロコンピユータを用い
る場合には例えば材送製１２ビットマイクロコンピュー
タＴＬＣ３−１２Ａを使用することができる、前記のＩ
ＮＴ信号が発生する毎に、回転数計数回路３００と位相
差計測回路４００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。

表示回路６００は任意のものでよく、たとえば７セグメ
ントＬ　Ｅ　Ｄによるディジタル表示とＤ−Ａ変換器に
よるアナログ電圧出力を行なうこができるがその詳細に
ついては公知であるので説明を省略する。

上記構成においてクランク軸１が第１図矢印の方向に回
転するとボルト３によって連結された第１の回転体２と
サブプレート９はクランク軸１とともに回転する。この
時回転体１とは直結されず弾性体６を介し結ばれている
第２の回転体４は弾性体６を介し第１の回転体２により
同様矢印の同方向に回転させられる。この際第２の回転
体４の負荷が小さいときは弾性体６のたわみ量は少ない
が負荷が大きくなるにしたがってこれに比例して弾性体
６のたわみ量は多くなってくる。これ故第１、第２の回
転体２．４は同速度で同方向に回転するが、第２の回転
体４の負荷が大きくなると弾性体６がたわみ、それぞれ
第１、第２の回転体２．４の外周部に設けられている歯
２１．４１０周方向の相対位置が変化する。この相対変
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。

負荷が加わった場合の出力演算について具体的に説明す
ると負荷トルクに応じて第１０図の（２）の信号（電磁
ピックアップ１２に対応）は、同図（１１の信号（電磁
ピックアップ１１に対応）に対して位相が遅れてくる。

従って回転数が一定であれば両信号の位相差をとった第
１０図（５）の信号のパルス幅］゛Ｉは負荷トルクに比
例する。回転数が変った場合も、計算回路５００は第９
図のデバイダ付カウンタ４０４より出力される割込み信
号ＩＮＴ毎（位相差データＴＩがカウントされる毎に）
に回転数計数回路３００から得られる回転数Ｎの逆数１
／Ｎと位相差計測回路４００から得られる時間Ｔ１とか
ら ｔ＝に−Ｔ、・Ｎ の演算により回転数によらず軸トルクｔを求めることが
できる。なおＫは比例定数である。

しかして、割込み信号ＩＮＴは分周回路２００の分周信
号に同期して発生されるがら、計算回路５００における
上記トルクの算出は、つねに基準位置鉄片６１が取付け
られているクランク軸回転角に対して一定の回転位相角
にあるときの、データに基づいてなされ、機関の運動行
程による脈動によって、算出結果が不正確になることが
ない。

なお、整形回路１００ｃの信号を計算回路５゜Ｏに入力
する構成とする等により、分周回路２゜Ｏにおけるタイ
ミングパルス信号の発生の何番がを特定してトルク算出
をなすことができる。

第１１図はその動作を示すタイムチャートで、（ａｌは
トルク値をアナログ電圧に変換した信号、（ｂ）はタイ
ミングパルス信号、（Ｃ１は整形回路１００ｃの出力信
号である。ここで、例えば信号（ｃ）の発生から第ｒｎ
番目の値を特定することにより常に読み取るようにする
ことができる。

さらに本発明の変形として、特定の期間について得られ
るトルク値の平均を求めるようにしてもよい。例えば、
第１１図のタイムチャートにおいて信号（Ｃ１の発生か
ら第β番目からｎ番目のトルク値について平均値を求め
る組算を実行すればよい。

すなわち、この変形例では第１の実施例が基準信号から
所定間隔（クランク角度）だけ離れた位置の値を読み込
んでいるのに対して、基準信号から所定間隔だけ離れた
位置からさらに所定期間の間における出力を測定するこ
とができる。

以上述べたように本発明では、内燃機関の運動行程によ
る脈動成分による悪影響が除かれ、正確なトルク値を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１０図は本発明の一実施例を示し、Ｍ１
図は主要部を断面で示す全体構成図、第２図は回転歯車
２１．４１のピッチを示す説明図、第３図はディジタル
計算装置１９のブロック図、第４図は波形整形回路の電
気結線図、第５図は第４図と第８図に示す回路装置の全
体の作動を示ずタイムチャー１・、第６図は分周回路の
電気結線図、第７図は装置全体の作動を表わすタイムチ
ャート、第８図は回転数計数回路の電気結線図、第９図
は位相差検出回路の電気結線図、第１０図は第９図装置
の作動を表わすタイムチャー１・、第１Ｊ図は本発明の
変形例を表わすタイムチャートである。 １・・・機関クランク軸、２・・・第１の回転体、４・
・・第２の回転体、６・・・弾性体、１１．１２．６ｏ
・・・電磁ピックアップ、６１・・・基準位置鉄片。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内ｆＡ機関の駆動軸に備え、ねじり変位を生じる部材と
   、この部材の駆動側の回転角と被駆動側の回転角との回
   転位相をトルクとして検出する検出装置とを設けてなる
   位相差式のトルク検出装置にして、前記駆動軸の予め定
   められた回転角を示す基準位置にて基準信号を発生ずる
   べ（設けられた基準信号手段を有し、この基準信号に基
   づいて前記トルク検出タイミングが決定されるようにし
   ζなるトルク検出装置。