JPH02181624A - 物理量検出装置 - 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］ 本発明は物理量検出装置、特に被測定体の物理量（たと
えば伝達トルク等）をｎ１定する物理量検出装置の改良
に関する。

［従来の技術］ 背景技術 各種の回転駆動装置において、伝達トルク等の物理量を
正確にかつ簡易に測定することが望まれており、このよ
うにして伝達トルク等の物理量の測定を行うことができ
れば、各種の産業分野における駆動装置の分析あるいは
運転状態を把握する上で極めて便利なものとなる。

通常、この種の回転駆動装置としては各種の原動機が知
られており、特に車両のエンジン、電気自動車の電動モ
ータあるいは産業用モータは各種産業分野に幅広く利用
されており、このような回転駆動装置の運転状態を正確
に把握しその分析を行うためには、その回転数と並んで
伝達トルクの測定を正確に行うことが必要とされる。

特に、車両用エンジンなどにおいて、エンジン自体ある
いはその駆動力伝達機構であるトランスミッション、プ
ロペラシャフト、差動ギアなどの各種駆動系における伝
達トルクを測定することにより、エンジンの点火時期制
御、燃料噴射量制御。

変速時期あるいは変速比制御を良好に行い、これらの最
適制御により車両の燃費を改善し、また運転特性を向上
させることができる。

また、産業用モータにおいても、伝達トルクの正確な測
定を行うことができれば回転駆動系の最適制御および診
断が可能となり、エネルギー効率および運転特性の向上
を図ることができる。

従来の技術 このため、従来より各種のトルク検出装置の提案が行わ
れており、その中の１つとして回転磁性体を介して伝達
されるトルクを磁性歪みを利用して非接触で測定する装
置が知られている。

すなわち、回転駆動系を介してトルクを伝達する場合に
、回転駆動系のトルク伝達用回転体、例えば回転軸やク
ラッチ板などには伝達トルクに比例した歪みが発生する
ことが知られている。従って、トルクを伝達する回転磁
性体の磁歪量を磁気センサを用いて検出すれば、その伝
達トルクを非接触で測定することができる。

第７図および第８図には、前述したトルク検出装置の磁
気センサ１２を、車両用エンジンのトルク伝達機構に設
けた場合の一例が示されており、ここにおいて第７図は
磁気センサ１２の側面を概略的に示し、第８図は第７図
のＸＩ−ＸＩ断面を概略的に示している。

周知のように、エンジンで発生したトルクは伝達軸１０
を介して図示しない回転フライホイールに伝わり、この
フライホイールと摩擦接合するクラッチ板を介してトラ
ンスミッション側へ伝達される。

このようにしてトルクの伝達が行われると、トルク伝達
軸１０や、クラッチ板、フライホイールなどの回転板に
は、伝達トルクの大きさに比例した大きさの歪みεの異
方性が生じる。従って、トルク伝達系が強磁性体を用い
て形成されている場合には、発生する歪みεの異方性の
大きさを磁歪効果を用いて磁気的に検出すれば、伝達さ
れるエンジントルクの測定を行うことができる。

このため、前述したトルク検出装置では、トルりが伝達
される回転体を回転磁性体とするために、トルク伝達軸
１０あるいはフライホイールそのものを強磁性体を用い
て形成したり、あるいはこれらトルク伝達軸１０または
フライホイールの表面に強磁性体を付着させる。そして
、この回転磁性体に向は磁気センサ１２を所定間隔で離
隔的に対向配置している。

ここにおいて、前記磁気センサ１２は、トルク伝達軸１
０と平行に配置されたコ字状の励磁コア１４と、この励
磁コア１４の内側に直交配置されたコ字状の検出コア１
８とを含み、前記励磁コア１４に励磁コイル１６を巻き
回し、前記検出コア１８に検出コイル２０を巻き回すこ
とにより形成されている。

第１０図には前記トルク検出装置のブロック図が示され
ている。励磁コイル１６には交流電源２２から正弦波電
圧が印加され、磁気センサ１２と対向するトルク伝達軸
１０を交番磁化している。

このとき、トルク伝達軸１０を介してトルクが伝達され
ると、トルク伝達軸１０内に応力が発生し磁歪効果によ
り前記励磁方向と直交する方向に磁束成分が生じる。こ
の磁束成分は、前記磁気センサ１２の検出コイル２０を
用い誘導電圧とし検出され、交流増幅器２４で増幅され
た後、検波器２６を用いて整流検波され、この整流検波
信号Ｓ（以後トルク検出信号と呼ぶ）がトルク検出信号
として出力される。

トルク検出信号Ｓは、伝達トルクに依存する成分とトル
クに依存しないオフセット成分の和として出力されてい
る。そのため前記トルク検出信号Ｓからオフセット成分
を減算することが必要となる。

特に、前記オフセット成分の大きさは、伝達トルクが一
定でも回転磁性体の回転に伴い不規則に変化する（第１
２図）。このため回転磁性体の各ポジションで、しかる
べきオフセット成分を減算するという手法が、トルク検
出の高精度化には必要となる。

特開昭８２−５５５３３．５５５３４には、このような
手法を採用した従来装置が示されている。この従来装置
は、回転磁性体を介して伝達され、複数の回転角度位置
を変極点とするトルクを、前記各変極点区間毎に測定す
るものである。そして、その特徴は前記回転磁性体の回
転角に依存して磁気センサから出力されるオフセット信
号を前記各変極点区間毎に予め設定しておき、回転磁性
体の回転角および変極点を表すタイミング信号に基づき
、磁気センサから出力される検出信号からオフセット信
号を減算し、各変極点区間毎のトルク平均値を出力する
ことにある。これにより、回転磁性体を介して伝達され
るトルクを各変極点区間毎にオフセット成分に影響され
ることなく測定することをかできる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この従来のトルク検出装置は、以下に詳述する
２つの問題を有していた。

（ａ）まず、この従来装置は、回転磁性体の回転に伴う
オフセット成分の変動については考慮しているものの、
トルクに依存する出力、すなわちトルク検出感度の変動
については全く考慮していない。このため、トルク検出
精度を高める上で限界があるという問題があった。

すなわち、この種のトルク検出装置では、回転磁性体の
表面に生ずる磁気的特性の変化を利用して、トルク検出
を行っている。このため、その検出精度が被測定体の磁
気特性のバラツキに大きく依存する。従って、被測定体
、すなわち回転磁性体で磁気特性が不均一に分布してい
る場合には、そのトルク検出信号（センサ出力）は印加
トルクが一定にもかかわらず、第１３図に示すよう軸回
転に伴い変動してしまう。

本発明者らは、このようなトルク検出出力の変動原因に
ついての検討を進めたところ、その原因は、磁気センサ
１２の感度Ｓθｎｓおよびオフセット出力Ｏｆ’ｆ’ｓ
が印加トルクが一定の場合でもトルク伝達軸１０の回転
とともに、変動してしまうことにあることを見出した。

ここで、感度Ｓ　ｅｎｓとは、単位トルク当りのセンサ
出力信号の増加量を表わし、オフセット出力とは印加ト
ルクが零のときのセンサ出力を表わす。

第１１図、第１２図には、印加トルク一定の場合におけ
る感度Ｓθｎｓおよびオフセット出力ＯＮ’ｓが示され
ている。同図から明らかなように、トルク伝達軸１０が
回転すると、印加トルクが一定の場合でも、感度Ｓ　ｅ
ｎｓおよびオフセット出力０ｆｒｓが変動してしまう。

このため、第１３図に示すよう、磁気センサ１２から出
力されるトルク検出′信号Ｓもこれに影響を受けて変動
してしまう。

従って、前述した従来装置のように、回転磁性体の回転
に伴うオフセット成分０ｆＴｓの変動についてのみ考慮
しても、トルクに依存する出力、すなわちトルク検出感
度Ｓ　ｅｎｓの変動について考慮しなければ、伝達トル
クＴｑをより高精度で測定できないことは明らかである
。

また、以上説明した被測定体内での磁気特性のバラツキ
の原因としては、 １、組成のバラツキ ２）組織のバラツキ ３、残留応力の分布 などが考えられる。従って、被測定体の製造工程を洗練
し、組成・組織が均一で、残留応力の分布のないものを
作れば、前述した問題は解決されるであろうが、そのた
めには徹底的な製造工程管理が必要となり現実的には不
可能である。

（ｂ）また、従来のトルク検出装置は、トルク検出信号
の温度依存性について考慮されていない。

このため、この面からもその検出精度を高める上で限界
があるという問題があった。

すなわち、本発明者らが検討したところによると、磁気
センサ１２の感度Ｓ　ｅｎｓおよびオフセット出力Ｏｆ
ｌ’ｓは、印加トルクが一定の場合でも、温度Ｔが変化
すると変動してしまうことが確認された。

第１４図および第１５図には、感度５ｅｎｓｓオフセツ
ト出力０ｒｆｓの温度依存特性の一例が示されており、
同図から、感度およびオフセット出力は温度とともに変
動することが理解される。

この原因としては、センサを構成している材料および被
測定体の物性値が温度変化により変動すること、あるい
はセンサと被測定体との間隙（クリアランス）が、熱膨
張係数の違いにより変化することなどが考えられる。

従って、第１６図に示すように、この従来装置では、印
加トルクが一定の場合でも検出装置の温度変化と共にト
ルク検出信号Ｓが変動してしまい、十分な検出精度を得
ることができないという問題があった。

（ｃ）また、従来のトルク検出装置は、磁気センサ１２
の飽和特性について全く考慮していない。

このため、センサ出力が飽和する高トルク領域では、ト
ルク検出を正確に行うことができないという問題があっ
た。

すなわち、磁気センサ１２を用いて伝達トルクを検出す
る場合に、伝達トルクとセンサ出力との関係を調べたと
ころ、その関係は単純ではなく、−次式等では正確に表
現できないことが確認された。

特に、高トルク領域では磁気センサ１２から出力される
トルク検出出力が、伝達トルクに対し飽和する現象が存
在する。従って、このような複雑な非線形関数を初等的
な代数式で表現し、ΔＩＩ定値を較正しても、センサ出
力が飽和する領域ではそのａＪ定を正確に行うことがで
きないという問題があった。

以上説明したように、従来のトルク検出装置は、（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）で詳述した問題点を有しているため、
そのトルク検出精度が必ずしも十分でなかった。

しかし、近年、自動車、工作機械等の回転駆動制御系に
おいては、低回転領域から高応答でトルク検出可能なセ
ンサが必要とされており、特にエンジンあるいはトラン
スミッション等の最適制御を行うためには、停止から高
回転、低温から高温、低トルクから高トルクという広い
測定範囲において、伝達される瞬時トルクを応答性よく
、高精度に検出可能であることが要求されている。

このため、前記（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）で詳述した問題
を早急に解決することが必要とされる。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもの
であり、その第１の目的は、温度および被測定体の回転
又は往復運動位置によるオフセット出力変動および感度
変動の影響を補正し、トルク等の物理量をリアルタイム
で高精度に検出できる物理量検出装置を得ることにある
。

また、本発明の第２の目的は、物理量センサの飽和特性
の影響を補正し、被測定体の物理量を広い範囲で正確に
測定可能な物理量検出装置を得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記第目的を達成するため、本発明は、回転運動または
往復運動する被測定体の物理量を検出する物理量検出装
置において、 前紀被測定体の物理量を測定する物理量センサと、 前紀被測定体の運動位置を検出する位置検出手段と、 物理量検出手段の動作温度を検出する温度検出手段と、 予め所定の重み係数が設定され、その重み係数を用い前
記物理量センサから出力される信号に補正演算処理を施
し物理量検出信号として出力する物理量補正手段と、 物理量の検出に先だって、較正用の基準信号と物理量補
正手段から出力される物理量検出信号とに基づき前記重
み係数を決定する重み係数決定手段と、 を含み、 前記物理量補正手段は、 前記物理量センサおよび各検出手段の出力を記憶する第
１層メモリと、 １個あるいは複数の層からなる中間層メモリと、最終出
力を得る最終層メモリと、 前記各メモリ間の結合係数を重み係数として記憶する係
数メモリと、 前段の層メモリ内のデータに、この層メモリと対応する
係数メモリ内の重み係数を用いて所定の演算処理を施し
、次段の層メモリヘその演算結果を出力する演算器と、 を含み、被測定体の運動位置と物理量検出装置の動作温
度の変化に伴う物理量センサの検出出力信号の変動を補
正し、物理量検出信号として出力するように形成され、 前記重み係数決定手段は、 較正用の基準信号を出力する較正信号発生器と、前記基
準信号と最終層メモリから出力される信号とが一致する
よう、メモリ間の結合係数群を重み係数として演算し、
前記各係数メモリに記憶された重み係数を更新す る学習動作を、基準値と最終層メモリの出力との誤差が
所定値以下になるまで繰返して行う係数更新演算器と、 を含み、前記係数メモリの重み係数群を学習により決定
するよう形成されたことを特徴とする。

原　　　理 次に本発明の原理を、回転体を介して伝達されるトルク
を測定する場合を例にとり説明する。

第１１図、第１２図に示すよう、感度（第１１図参照）
とオフセット出力（第１２図参照）は、回転体の回転角
度θによって変化することが実験により確認されている
。さらに、第１４図、第１５図に示すよう、感度（第１
４図参照）とオフセット出力（第１５図参照）は温度変
化によっても変動することが実験による確認されている
。

ところで、このようなトルク検出信号Ｓ１回転体の角度
θ、検出装置の動作温度Ｔと、回転体を介して実際に伝
達されるトルクＴｑとの対応関係を初等的代数式で正確
に表現することは、先に説明したように、非常に困難で
ある。

しかし、トルク検出信号Ｓと、回転体の回転角度θ、湿
温度および印加トルクＴｑとの間には、何らかの対応関
係が明らかに存在する。

従って、この対応関係を求めることができれば、伝達ト
ルクＴｑの測定を正確に行うことが可能となる。

本発明の特徴は、この対応関係を学習によって決定する
ことにある。すなわち、学習用に用意されたトルク検出
信号Ｓ１回転角度θ、温度Ｔと、較正用の基準トルクＴ
　ｑｍｅｓとの対応パターンに基づいて、Ｓ、θ、Ｔと
Ｔ　ｑｍｅｓとの対応関係を同定する学習を繰り返し行
うことを特徴とする。

以下にこの学習原理を詳細に説明する。

（ａ）学習に用いるデータの組合わせ 前記対応関係を学習するために、本発明では次のような
データの組合わせが用いられる。

学習時に利用されるものは次のデータの組合せである。

Ｓ　　；トルク検出出力　　（Ｎｌ　ｂｉｔ精度）θ　
　；回転軸角度　　　　（Ｎ２　ｂｉｔ精度）Ｔ　　；
温度　　　　　　　（Ｎ３　ｂｉｔ精度）’ｒｑ　　；
Ｓ＋　　θ、Ｔより求まるトルク量（Ｎ４　ｂｉｔ精度
） Ｔ　ｑｍｅｓ　；較正信号発生器から出力される学習用
測定トルク（実際の伝達トルク） （Ｎ４　ｂｉｔ精度） そして、これらのデータを用いて、学習パターン（Ｘ、
Ｙ）”を生成する。

ただし Ｘ−［Ｓ、　　θ＋　”ｒ］　＊　ｙ−［Ｔｑｓ＋ｅｓ
］　　、（Ｄとする。

ここにおいて、前記Ｘは、二進表現（Ｉｌｏ）成分から
なる（Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋１）次のペルトル量、Ｙは二
進表現成分からなるＮ４次のベルトク量であるる。

（ｂ）学習アルゴリズム そして、本発明は前記学習パターン（Ｘ、Ｙ）を用いて
、所定の学習アルゴリズムにしたがい伝達トルクＴｑの
表現モデルを同定する。

第４図には、前記学習パータン（ｘ、ｙ）を用いてトル
クＴｑを演算する同定モデルの一例が示されている。こ
の例では、Ｎ１−９．Ｎ２−９゜Ｎ３−８．Ｎ４−１０
．ＭＩＤ　（中間層）−９のノード数に設定されている
。

この同定モデルは、入力層としての第１層と、中間層と
ししての第２層と、出力層としての第３層とから構成さ
れる。そして、第１層に学習パターン（トルク検出信号
８２回転角度θ、温度Ｔ）を加え、ここに所定の演算処
理を施し、第２層に転送し、さらに所定の演算処理を施
し第３層に転送し、第３層からトルクＴｑを出力するよ
う演算ネットワークが構成されている。

すなわち、この演算ネットワークは、前層の出力と重み
係数Ｗの積和を非線形関数に通し、これを次層に転送す
るという動作を、各層間において行い、出力層からトル
クＴｑを出力するように形成されている。

ここにおいて、各層にはノードが存在し、この例では第
１層に２７ノード、第２層に１１ノード、第３層に１０
ノードが存在している。

そして、本発明は、このようにして得られたトルクＴｑ
を、その都度、学習パターンｙ（実際の伝達トルクＴ　
ｑｍｅｓ）と比較し、両者がほぼ一致するまで各層間の
重み係数を更新演算し、重み係数を決定するという学習
を繰返して行う。

次に、この学習アルゴリズムを詳細に説明する。

まず、この学習に用いられるデータを、以下のように表
わすものとする。

Ｗ、　　（ｋ、に＋ｌ）　　　、第に層のｌノードから
第に＋１層のｊノードへの重み係数 ０＋（ｋ）　　　　　　：第に層のｊノード出力ただし
、０．０〜１．０の値を とる連続量 Ｘ、　　　　　　　：学習パターンＸの第ｊ成分Ｙ、　
　　　　　　：学習パターンＹの第ｊ成分学習パターン
Ｘ、Ｙの各層 分はＡ／Ｄ変換後の［０もし くは１の］２値であるが、同 定モデルでは０．０〜１．０の連 続量として扱う。

Ｄ　Ｉｇｉｔｏ　ｊ（３）　　　：第４図に示すモデル
の出力である連続量０Ｊ（３）を、２値化 した最終的出力の第ｊ成分 ｔ　　　　　　　：学習回数 ■；このようにすれば、その回数がｔで表わされる学習
を繰り返すたびに、第１層と第２層との間で行われる演
算に用いられる重み係数は以下に示す（２）式で順次更
新され、第２層と第３層との間で行われる演算に用いら
れる重み係数は次の（３）式に基づき順次更新される。

ΔＷ、％ｌ・２）　（ｔｅｌ）　＝−ε・ｄ＋（２）　
　・０ｒ（１）＋αΦΔＷ、、、（１・２）　（ｔ） （但し、ｉＪ〜Ｎｌ＋Ｎ２＋Ｎ３．　　ｊ−１〜旧Ｄ）
・・・（２） ΔＷ１．＋２・３）　（ｔｅｌ）　ｍ−ε・ｄ＋（１）
　　・Ｏ＋（２）＋α・ΔＷ＋、、”・ｆｆｌ　（ｔ） （但し、ｉ＝０〜旧Ｄ＋ｌり、　　ｊ　−１−Ｎ４）・
・・（３） ここで、前記ε、αはパラメータを表わす（例えばε−
０，１，α−０，９）。

また、重み係数の初期値Ｖ／＋、＋　”−１”　（０）
は０．３〜＋０．３の乱数で決定するものとする。

■；また、前記（２）　Ｃ８）式において、ｄ　ｒ　（
３）　。

ｄ＋（２）はそれぞれ第３層と第２層における誤差成分
であり、次式で表わされる。

（以下余白） ｄ　４　　（３）　　−（０＋　　（３）　　−Ｙ＋　
　）　　・０．＋（３）・　２’　　　　（１−０＋（
８）） （但し、Ｊとｊは同じためＪ−”ｊ、またｊ−１〜Ｎ４
）・・・（４） ｄ＋（２）−［Σ　Ｊｋ　（２・”　　（ｔ）　　・ｄ
、（３）］・　０１（２）　　　　（１−０１（２））
（但し、ｊ−１〜ＭＩＤ＋１） ・・・（５） ■；以上の演算式を、第４図にあてはめてみる。

■−１ まず、第１層の各ノードから第２層のノード０へのデー
タの転送は行われない。このため、この間の重み係数は
次式で表わされることになる。

Ｗ＋　ｏ　””　（ｔ）　＝０．（１ （但し、ｊ−０〜Ｎｌ＋Ｎ＋Ｎ２＋Ｎ３）・・・（８） 次に、第１層の各ノードの出力０＋（１）について考察
する。まず、ノード０は、その値が固定値１に設定され
ているため、その出力は（７）式で表わされる。

またノード１〜２６は、センサから出力されるトルク検
出信号Ｓ、温度Ｔ１回転角度θを、それぞれ２進符号化
した各ビット値に対応し０あるいは１の離散量（整数）
を持つが、重み係数との演算のために０．０あるいは１
．０という連続量（実数）ｏ＋（ｉ）として出力する。

このため、その出力は（８）式で表わされる。

０、　（１）　−１，０（但し、ｊ−０）・・・（７） ０、（１）＝Ｎｏａｔ　　（ＸＩ　　）（但し、ｊ−１
〜Ｎｌ＋Ｎ２＋Ｎ３） ・・・（８） なお、ｆ　Ｉｏａｔは整数値を連続量として扱うことを
意味する。つまり、 ｆｌｏａｔ（Ｌ）−”　１．０ ｆｌｏａｔ（０）　→０．０ これは０１（１）が連続量といいう意味を強調するため
に入れた。

■−２ 次に、第４図の中間層の出力について検討してみる。

まず、ノード０は、固定値１．０に設定されている。こ
のため、その出力は（９）式で表わされる。

また、ノード１〜１０は、第１層の各ノードの出力０＋
（１）と、１層と２層との間の重み係数Ｗ、　＋　（’
・２）　（ｔ）の積和の非線形関数で表わされる。この
ため、これを式で表わすと、（ｌＯ）式となる。

０１（２）　−り、０　　　　（但し、ｊ−０）・・・
（９） ０、（２）−ｒ、（Σ　Ｗｋ、、”・２）（ｔ）　　・
０ｋ（但し、 ｊ　鍾１〜ＭＩＤ＋１） ・・・（１０） ■−３； 次に、出力層である３層の出力について検討してみる。

まず、この第３層の各ノードの出力０＋（１）は、前述
したように、第２層の各ノードの出力０＋（２）と重み
係数Ｗ、、（２・３）　（ｔ）の積和を、非線形関数に
通したものとして表わされ、従って、これを式で表わす
と、（１１）式のようになる。

（但し、ｊ−１〜Ｎ４） ・・・（１１） ここにおいて、前記（，１Ｇ）、　（１１）式の非線形
関数ｆ１は、（１２）式で表わされる。

ｆｒ　（Ｘ）−１／　［１＋ｅｘｐ（Ｘ）］　　　”・
（１２）この（１２）式に示す非線形関数は、学習にお
ける収束性の向上、補正演算時の判別性能の向上のため
に用いられる。

■−３； そして、この第３層の各ノードから連続量として出力さ
れる値Ｏ＋（ａ）を二値化し、最終的出力を得ると、こ
のデジタル値は次式で表わされることになる。

第１層（入力層）から第３層（出力層）の間の演算は、
連続量［０，０〜１．０］として取扱い数値演算してい
るが、入力、出力としては、２値化したデジタル量とし
て取扱う必要がある。そのため式（１３）、　（１４）
の処理を行う。

ＤｉｇｌｔＯｊ（８）　−ｆ　２　　（０＋　（１）　
）　　　・・・（１３）（但し、ｊ−１〜Ｎ４） ここにおいて、ｆ２　（ｘ）は次式で表される。

ｆ、（ｘ）−０（但し、ｘ　＜　０．５　）　　−（１
４）１　　　（但し、０．５　≦Ｘ） ■−５： そして、このようにして求めた各ノードのデジタル値を
、（１６）式に基づき加算演算するこにとより、学習パ
ターンＸに対応した補正トルク出力Ｔ９を得ることがで
きる。

ＴＱ　　−Σ　Ｄ　１ｇ１ｔｏ　ｌ　（３）　　・　２
　（Ｊ−１１／　２　（Ｎ４）１°１　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・（１５）２　（Ｎ
４）の項はＴｑを正規化するためのものである。

ここで（１５）式における重み係数２Ｊ−１は、第３層
（出力層）の各ノードに２進の重みをつけていることに
相当する。これは、第３層の出力と序列が２進化符号の
ビット列と同じものと見なすためである。

■−６； そして、このようにして求めた０Ｊ（３）に対応するト
ルクと、学習パターンＹ（実際の伝達トルクＴ　ｑｍｅ
ｓ）と比較する。そして、両者の差がより小さくなるよ
うに前記（２）　、　（３）式に基づきその重み係数の
更新を行う。

■；このような■−１〜６の学習を複数回繰り返して行
うことにより、学習パターンＸとＹとが対応するように
、すなわち入力されるＳ、θ、Ｔから、真の伝達トルク
Ｔ　ｑｓｅｓが得られるような対応関係を表わす重み係
数が決定されることになる。

そして、重み係数Ｗを決定することにより、トルク検出
信号Ｓ、温度Ｔ０回転角θと、真の伝達トルクＴｑ■ｅ
８との対応関係を表わす（７）〜（１５）の関数を自己
組織的に形成することができる。

従って、このようにして求められた関数関係、すなわち
（７）〜（１５）式を用いることにより、第１層に入力
される信号Ｘ（トルク検出信号Ｓ、温度Ｔ１回転角度θ
）に対応して第３層から真の伝達トルクに対応するトル
クＴｑを演算出力することが可能となる。

この結果、回転体の回転位置等に起因するオフセット出
力変動および感度変動を補正し、停止から高速回転、低
トルクから高トルク、低温から高温という広いδ−１定
範囲において、高精度の瞬時トルクの測定が可能になる
。

［作　用］ 次に本発明の詳細な説明する。

（Ｊｌ）　　本発明の物理量検出装置は、回転または往
復運動する被測定体の運動位置を位置検出手段を用いて
検出するとともに、この被測定体の物理量を物理量セン
サを用いて測定する。

また、この物理量検出手段の動作温度を温度検出手段を
用いて測定する。

そして、物理量センサの出力する物理量検出信号Ｓと、
位置検出手段の検出する運動位置θと、温度検出手段の
検出する温度Ｔとを、物理量補正手段に入力する。

本発明の物理量補正手段は、前記第４図に示す第１層に
相当する第１層メモリと、中間層に相当する中間層メモ
リと、出力層に相当する最終層メモリと、前記各メモリ
間の重み係数を記憶した係数メモリとを含む。そして、
この物理量補正手段に設けられた演算器は、第１層メモ
リに物理量検出信号Ｓ、運動位置θ、動作温度Ｔが（７
）　、　（８）式に従って入力されると、この入力デー
タＳ、θ。

Ｔに、第１層に対応する係数メモリ内の重み係数を用い
て、前記（９）　、　（１０）、　（１２）式に基づく
所定の演算処理を施し、これを次段の中間層メモリヘ書
き込む。

そして、この前記演算器は、この中間層メモリに書込ま
れたデータも、同様に対応する係数メモリ内の重み係数
を用いて前記（１１）、　（１２）式に示す演算処理を
施し、最終層メモリヘ書込む。そして、最終層メモリに
書込まれたデータに対し、（ｉｓ）〜（１５）式基づく
演算処理を施し、（１５）式に示す物理量Ｔ９を出力す
る。

（ｂ）　　このようにして、（７）〜（１５）式に基づ
き物理量Ｔ９を演算する場合に、この演算に用いる重み
係数Ｗを最適値に決定できれば、被測定体の運動位置θ
と物理量検出装置の動作温度Ｔの変化に伴うセンサ出力
Ｓの変動を補正し、被測定体の実際の物理量と正確に対
応した検出信号を出力することができる。

このため、本発明の装置には、実際の測定に先立って前
記重み係数を決定する重み係数決定手段が設けられてい
る。

この重み係数決定手段は、被測定体の真の物理量と対応
した較正用の基準信号Ｔｑ■ｅｓを出力する較正信号発
生器と、前記前段の層メモリと後段の層メモリとの間の
重み係数を演算する係数更新演算器とを含む。

そして、各メモリ間の重み係数の決定は、前記原理の項
で述べた（２）〜（１５）式を用いて行う。

すなわち、まず学習用に用意された物理量検出信号Ｓ２
回転角度θ、温度Ｔを用い、前記物理量補正手段を用い
て物理量Ｔｑを演算する。

そして、演算された物理量Ｔｑと、較正信号発生器から
出力される基準信号Ｔ　ＱＩＩ４３８の２乗誤差が最少
となるように、前記（２）　、　（８）式に基づき演算
に使用した重み係数Ｗを更新し、１回目の学習を終了す
る。

このような学習動作を、演算によって求められた物理量
Ｔｑと基準信号Ｔ　ｑｍｅｓの２乗誤差が所定許容レベ
ル以下になるまで何回も繰り返して行い、重み係数Ｗを
決定する。

これにより、トルク検出信号８１回転角度θ、温度Ｔと
、較正信号Ｔ　ｑｉｅｓの複雑な対応関係が自己組織的
に形成されることになる。そして、このようにして決定
された重み係数を、対応する係数メモリに、各メモリ間
の重み係数として最終的に登録すればよい。

（Ｃ）　　従って、このような学習により求められた重
み係数と、前記（７）〜（１５）式を用いることにより
、前記物理量補正手段は、入力される物理量検出信号Ｓ
、温度Ｔ、運動位置θに基づき、被測定体の物理量を正
確に検出することができる。

特に、本発明によれば、被測定体の運動位置θや検出装
置の動作温度Ｔに起因する感度、オフセット出力の変動
がある場合でも、また物理量センサの出力の飽和領域で
あっても、これに影響されることなく、前記物理量検出
信号Ｓ、温温度１位位置と、これに対応する真の物理量
Ｔ　ｑｓ＋ｅｓとが正確に対応するよう重み係数Ｗを設
定することができる。このため、停止から高速運動、低
温から高温、物理量センサの低測定領域から高測定領域
等の広範囲の測定条件において、物理量を高精度でかつ
瞬時に検出することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、演算により求め
られた物理量と、実際の物理量との差が最少となるよう
に重み関数を更新するという学習を繰り返し、その重み
関数を決定することにより、被測定体の物理量を、被測
定体の停止、低運動領域から高運動領域まで、また低温
から高温、低測定領域から高測定領域まで幅広い範囲で
正確にかつ瞬時に検出することが可能となる。

従って、本発明を、例えばトルク検出装置に適用すれば
、回転体を介して伝達されるトルクを、被測定体の停止
から高速回転、低トルクから高トルク、低温から高温と
いう広い測定範囲において、高精度にしかも瞬時トルク
として測定することが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１実施例 第１図には、本発明のトルク検出装置の好適な第１実施
例が示されている。

このトルク検出装置は、トルク伝達軸１０に対し離隔的
に対向配置された磁気センサ１２を用い、伝達軸１０内
に発生する磁歪量を検出している。

実施例ではトルク伝達軸１０に対し、磁気センサ１２を
対向配置しているが、磁気センサ１２が対向配置される
回転体としては、トルクが伝達されるものであれば、ト
ルク伝達軸１０に限らずいずれの部分でもよい。

また、本実施例のように、回転体の磁歪量によりトルク
を求める場合には、この回転体（第１図ではトルク伝達
軸１０）を強磁性体を用いて形成することが好ましく、
例えばトルク伝達軸１０の円周方向に沿って強磁性体を
貼着あるいは表面処理に形成してもよく、またトルク伝
達軸そのものを強磁性体を用いて形成してもよい。

（ａ）磁気センサ 第５図および第６図には、磁気センサ１２の概略が示さ
れており、第５図にはその側面の概略、第６図にはその
正面が示されている。

実施例において、磁気センサ１２はトルク伝達軸１０と
平行に配置された励磁コア１４と、この励磁コア１４の
内側に直交配置された検出コア１８と、を含み、これ各
コア１４．１８にそれぞれ励磁コイル１６および検出コ
イル２０を巻回すことにより形成されている。

第９図には、前記磁気センサ１２の励磁コイル１６に接
続された駆動回路３０と、検出コイル２０に接続された
検出信号処理回路３２の一例が示されている。

前記駆動回路３０は、発振器３４および交流増幅器３６
を含み、発振器３４から出力される正弦波または三角波
等の対称交流波形電圧を交流増幅器３６を介して励磁コ
イル１６に印加し、トルク伝達軸１０を交番磁化してい
る。

これにより、磁気センサ１２の検出コイル２０は、トル
ク印加時にトルク伝達軸内に発生する磁歪量を起電力と
して検出し、その検出信号を検出信号処理回路３２へ向
は出力する。

前記検出信号処理回路３２は、濾波器３８．交流増幅器
４０および検波器４２を含み、検出コイル２０の出力電
圧を直流検波し、この直流検波信号をトルク検出信号（
実施例ではアナログ信号）として出力している。

本発明の第１の特徴は、トルク伝達軸１０の回転に伴う
トルク検出信号（センサ出力）Ｓの変動（第１３図）、
すなわちトルク検出感度Ｓ　ｅｎｓの変動（第１１図）
およびトルク検出信号Ｓ中に含まれるオフセット成分Ｏ
ｆ’ｆｓの変動（第１２図）を補正し、これらの影響を
受けることなく伝達トルクの測定を正確に行うことにあ
る。

（ｂ）回転角検出器 このため、本発明の装置には、トルク伝達軸１０の回転
角を検出する回転角検出器５０が設けられている。

本実施例において、この回転角検出器５０は、トルク伝
達軸１０に取付けられた先代ロータリエンコーダ５２と
、このロータリエンコーダ５２の出力に基づきトルク伝
達軸１０の回転角度θを検出し、デジタル信号として出
力する角度位置検出回路５４とを含む。なお、前記先代
ロータリエンコーダに替え、磁気式のロータリエンコー
ダまたその他の回転角検出手段を用いることも可能であ
る。

（Ｃ）　ｉＭ度検出器 また、磁気センサ１２から出力されるトルク検出信号Ｓ
は、第１４図に示すように、温度Ｔによる影響を受けや
すく、温度が変化する測定条件下では、その測定精度に
ばらつきが生じてしまう。

本発明の第２の特徴は、このような温度変化の影響を受
けることなく、伝達トルクの測定をより正確に行なうこ
とある。

このため、本発明のトルク検出装置には、トルク検出装
置の温度を検出する温度検出器９０が設けられている。

この温度検出器９０は、どの部位の温度をもって温度補
正するかによりその温度検出箇所が異なるが、一般的に
はトルク検出出力特性に最も影響を及ぼす部分の温度を
測定するよう形成することが好ましい。このような温度
検出箇所としては、センサ部あるいはトルク伝達軸１０
とすることが考えられるが、本実施例では、磁気センサ
１２の温度を検出出力するように形成されている。

また、このような温度検出器９０は、熱電対あるいは赤
外線センサ等各種のセンサを用いて形成することができ
るが、一般的には、測定対象が静止物体の場合には熱電
対を、測定対象がトルク伝達軸１０のように回転体であ
る場合には赤外線センサ等を使用する。

実施例では、熱電対６２を用いて磁気センサ１２の動作
温度の検出を行い、この熱電対６２の出力に対し、温度
検出回路６４を用いて室温補償、増幅を施し、最適な電
圧レベルの温度検出信号Ｔとして出力している。

（ｄ）トルク補正回路 そして、検出信号処理回路３２から出力されるトルク検
出信号Ｓ、温度検出器６０から検出される検出温度Ｔお
よび回転角検出器から出力される検出角度θはトルク補
正回路１００に入力され、ここで所定の演算処理が施さ
れ、トルク信号Ｔ９として出力される。

ここにおいて、温度信号処理回路３２および温度検出回
路６４から出力される信号Ｓ、Ｔはアナログ信号である
ため、本実施例ではこれをＡ／Ｄ変換回路１０２を用い
てデジタル信号に変換する。

そして、デジタル信号に変換されたＴ、Ｓの各信号と、
角度検出器５４からデジタル化され出力される信号θは
、マルチプレクサ１０４に入力される。

本実施例のトルク補正回路１００は、このように入力さ
れる信号Ｓ、Ｔ、θを用い、前記第４図に示す演算ネッ
トワークに基づく補正演算処理を施し、トルクＴｑを演
算出力するように形成されている。

このため、実施例の補正演算回路１００は、第４図に示
す入力層のノード０に対応する調整器１１６と、ノード
１〜２６に対応する第１層メモリ１０６と、中間層のノ
ード０に対応する調整器１２２と、ノード１〜１０に対
応する第２層メモリ１０８・と、出力層のノード１〜１
０に対応する第３層メモリ１１０とを有する。

また、前記第１層メモリ１０６と第２層メモリ１０８と
の間には、両メモリ間の重み係数Ｗ　＋、Ｈ’、’・２
′が記憶された重み係数メモリ１１１２と、前記（９）
　、　　（１０）、　　（１２）式の演算を行う演算器
工１１４とが設けられている。

また、第２層メモリ１０８と第３層メモリ１１０との間
には、両メモリ間の重み係数Ｗ、、、（２・月が登録さ
れた重み係数メモリ１１１８と、前記（１１）、　（１
２）式の演算ＯＫを行う演算器■１２０とが設けらてい
る。

そして、マルチプレクサ１０４からデジタル化された信
号ＳＳＴ、θが第１層メモリ１０６に人力されると、こ
の第１層メモリ１０６からは前記（８）式に示すデータ
が演算器１１１４へ向は出力され、これと同時に調整器
１１６からは前記（７）式に示すデータが演算器１１４
へ向は出力される。

そして、演算器１１１４は、このようにして入力される
データＯ＋　　（１）と、重み係数メモリ１１１２内に
登録されている重み係数Ｗ＋　　＋１・２）を用い、前
記（９）　、　　（１０）、　　（１２）式の演算を行
い、その演算結果０＋（２）を第２層メモリ１０８へ記
憶する。この内容は、第４図で示す中間層の内容に相当
している。

この演算が終了すると、次に調整器１２２から前記（９
）式、第２層メモリ１０８からは前記（１０）式のデー
タが演算器■１２０へ向は出力される。

そして、演算器■１２０は、このようにして入力される
データと、重み係数メモリ■１１８内に登録されている
重み係数Ｗ、、（２・３）を用いて前記（１１）、　（
１２）式の演算を行い、その演算結果０１（３）を第３
層メモリ１１０へ記憶する。この内容は、第４図に示す
出力層の内容に相当し、補正された伝達トルクＴｑとな
つている。

なお、前記データ０１（３）は連続量である。このため
、これを変換回路１２４を用いて（１３）〜（１５）式
の二値化と重み付けを行い、補正されたトルク信号Ｔｑ
として出力している。

このように、本実施例によれば、非常に簡単な構成で、
トルク検出信号Ｓ１回転角度θ、温度Ｔの状態に対応し
た補正トルク信号Ｔｑを得ることができる。

なお、実施例では調整器１１６を、第１層メモリ１０６
と並列に設けている。そして、その値を演算器１１１４
に向は出力し、（７）式に示す第１層のノード０の役割
をもたせている。

これにより、次層の出力０＋（２）（ｊ≠０）のレベル
を第１層への物理量人力◇ｒ　（１）に依存することな
く、シフトすることが可能となる。つまり、Ｗ　＋　４
　”・２）の学習によりＯ＋（２）出力値が変化できる
範囲を広げる働きをもつ。従って、この調整器１１６を
用いることにより、補正演算の適用範囲を調整し広げる
ことができる。

また、もう一つの調整器１２２も、前記調整器１１６と
同様な動作を行う。

（ｅ）重み係数決定回路 ところで、このようなトルク補正回路１００を用いて前
述した補正演算を行うためには、予め前記各型み係数メ
モリ１１２２．重み係数メモリ■１１８に最適重み係数
を書込んでやる必要がある。

このため本発明の装置には、学習により前記重み係数を
決定する重み係数決定回路２００が設けられている。

この重み係数決定回路２００は、トルク測定に先だって
予め学習用に用意された前記（１）式の学習パターンを
用い、演算されたトルクＴｑと基準測定トルクＴ　ｑｍ
ｅｓとの誤差が最少となるよう、重み係数Ｗを変化させ
るという学習を繰り返して行い、最適重み係数を自己組
織的に決定する。

このため、本発明の係数決定回路２００は、較正用の基
準信号Ｔ　ｑｍｅｓを発生する較正信号発生器２１０と
、重み係数更新演算器■２１２および重み係数更新演算
器１２１４とを含む。

前記較正信号発生器２１０は、トルク伝達軸１０を介し
て実際に伝達されるトルクを、較正信号として出力する
ように形成されている。このとき出力される較正信号は
、トルクの測定範囲、軸の停止から高回転、低温から高
温にわたる広い測定範囲において、センサ出力Ｓを較正
するに十分な精度と応答性を有する必要がある。このた
め、実施例では歪みゲージとテレメータからなるトルク
メータを用い、トルク伝達軸１０を介して実際に伝達さ
れるトルクを直接測定し、これを較正信号Ｔ　ｑｍｅｓ
として出力するように形成されている。

そして、このようにして出力された較正信号Ｔ　ｑｍｅ
ｓは、第（１）式に示す学習パターンＹとして用いられ
る。

また、このときマルチプレクサ１０４から出力されるＳ
、Ｔ、　　θのデータは、同様に（１）式で示す学習パ
ターンＸとして用いられ、第１層メモリ１０６に入力さ
れる。

学習過程においては、式（１）に示す学習パターンＸに
対しく７）〜（１２）式の一連の補正演算動作を行い、
第３層メモリ１１０内に（１１）式で示すデータを書き
込む。

そして、この第３層メモリ１１０内に記憶されたデータ
は、加重器２１６に入力され、ここで、重み２１がかけ
られ０１（８）拳２Ｊとして、重み係数更新演算器２１
０に入力される。同時に第３層メモリ１１０内のデータ
は、直接重み係数更新演算器２１０に人力される。

また第２層メモリ１０８のデータ０１（２）が重み係数
更新演算器２１０に入力される。

また、較正信号発生器２１０から出力される学習パター
ンＹ（すなわち較正用の基準トルクＴ　ｑｍｅｓ）は、
重み係数更新演算器２１２へ入力される。

重み係数更新演算器２１０は、これらの値より（４）　
、　（３）式の演算を実行し、重み係数メモリ■１１８
の内容を更新する。

そして、重み係数更新演算器■２１２は、両者の二乗誤
差が最少となるように、学習を繰り返して行う。

そして、重み係数更新演算１２１４は、重み係数更新演
算器２１２より を人力し、第２層メモリ１０８よりＯ＋（２）を入力し
、第１層メモリ１０６より０＋（１）を人力し重み係数
メモリ１１１２より重み係数ｗ、、”・２）を入力し、
式（２）　、　（５）に基づき誤差が最少となるように
重み係数を求め、重み係数メモリ■１１２の重み係数を
更新する。

以上の学習は、加重器２１−６から出力される演算トル
クと、較正信号発生器２１０の出力Ｔ　ｑｇ＋ｅｓとが
十分近似されるまで繰り返して行う。

このような一連の学習により、複雑な非線形トルク成分
の入出力関係が自己組織的に形成され、学習された結果
が、重み係数メモリＩ　１１２．重み係数メモリ■１１
８内に残り学習が終了する。

このような学習に際し、注意すべき事項としては、前記
（４）式における重み２′の存在である。

これは３層の第ｊ成分である０１（３）と、学習パター
ン成分Ｙ、の差が上位ビットはど最終的２進表現に対し
て大きな誤差とな４ことを考慮したものである。もし、
この項を入れなければ、各ｊ成分の意味が対等になり、
本発明での誤差補正力は非常に低下すると考えられるか
らである。

そして、重み係数決定回路２００による学習が終了する
と、この回路の役割は終了するので、その後は重み係数
更新演算器１２１２．重み係数更新演算器■２１４は動
作を停止する。

以上説明したように、本発明の重み係数決定回路２００
は、トルク補正回路１００の第１層メモリ１０６に人力
される学習パターンＸから求まる各層の出力と、較正信
号発生器２１０から出力される学習パターンＹとの対応
関係を表わす重み係数を求めることができる。このため
、求めた重み係数に基づき前記（７）〜（１５）式の演
算を行うことにより、トルク伝達軸１０を介して伝達さ
れる瞬時トルクＴｑを、トルク伝達軸１０の停止から高
速回転、低トルクから高トルク、低温から高温という広
範囲の測定条件において高い精度で測定することが可能
となる。

第２実施例 第２図には、本発明に係るトルク検出装置の好適な第２
実施例が示されている。

前記第１実施例では、第１層メモリ１０６から第３層メ
モリ１１０に至る回路により、全トルク成分に対する補
正を行っていた。

トルク成分子ｑは、次式で示すように、線形の一次式成
分子ｑｌと、非線形誤差成分子ｑｎの２つの成分の和に
より表現される。

ＴＱ　−”ｒＱｔ＋　Ｔｑｎ　　　　　　　　”・（１
７）ただし、 ＴｑＬニー次式で表現されるトルク成分子　ｑｎ　ニー
次式で表現できないトルク成分（飽和特性等の、モデル
化が困難な非線形成分）ここにおいて、ＴＱＩは単純に
求めたトルク成分であり、Ｔｑｎはその誤差補正項とし
ても考えられる。

本実施例のトルク検出装置では、本発明を前記Ｔｑｎで
表わされる非線形誤差成分に対する補正に用いる。

（ａ）　　まず前記（１７）式に含まれる線形の一次近
似成分、すなわちＴｑｌの測定について説明する。

測定原理 このような−次近似のトルク成分は、磁気センサ１２の
検出信号Ｓを用いて次式で表わされる。

Ｓ　＝　Ｓ　ｅｎｓ　　舎Ｔ　ｑｔ＋ＯｆＴｓ　　　　
　　　　−（１８）ただし、 ５ｅｎｓ：感度（単位印加トルク当りのトルク検出出力
量） Ｔｑｌ　　：印加トルク量 ０ｒｒｓ：オフセット出力 （印加トルク０のときの出力） 前記トルク検出信号Ｓがトルク伝達軸１ｏの回転により
変動することを考慮すると、前記（１８）式は次式で表
わされる。

Ｓ（θ）−３ｅｎｓ（θ）　−Ｔ　ｑｌ＋　Ｏｆｌ’ｓ
　（＃）　　−（１９）ただし、θ：回転磁性体の角度
位置 ここにおいて、感度およびオフセット信号は、第１１図
、第１２図に示すように変化する。従って、トルク伝達
軸１０が回転すると、トルク検出出力Ｓ（θ）は、印加
トルク一定の場合でも、第１３図示すように変動する。

また、前記感度およびオフセット出力は、検出装置の温
度が変化すると変動する。

第１４図および第１５図には、感度、オフセット出力の
温度依存特性の一例が示されている。ただし、回転体の
回転位置θは一定とする。

従って、第１６図に示すように、印加トルクが一定の場
合でもトルク検出出力Ｓ（センサ出力）は変動してしま
う。

留意する点は、被測定体内での磁気特性不均一分布によ
るトルク検出信号の変動と、温度変化によるトルク検出
信号の変動とは、おたがいに独立した事象であるという
こである。

このため、温度Ｔの関数で表される感度、オフセット信
号は、回転位置の関数で表される感度５ｅｎｓ（θ）、
オフセット信号Ｏｆｆ’ｓ（θ）と、前記温度依存関数
ｆ＋　（Ｔ）、ｆ２（Ｔ）との積として次式で表される
こととなる。

５ｅｎｓ（θ、　Ｔ）　＝Ｓｅｎｓ（θ）−ｆｉＴ）・
・・（２１） Ｏｒｆｓ　　（θ、　Ｔ）−０１Ｔｓ（θ）・ｆ　２　
（Ｔ）・・・（２２） 但し、ｔ＋　（Ｔ）　、ｉ２ｍは次式で表される。

ｆ　＋　（Ｈ−ａｔ　＋ｂ、　　Ｉ　Ｔ　　　　　　　
−（２３）ｆｔ　（Ｔ）＝８２　＋ｂ２　＊Ｔ　　　　
　　・−・（ｏ）ａｔ　＋　　ｂｌ　＊　　ａ２　＊　
　ｂ２は定数従って、２つの変動原因を同時に考慮した
場合、トルク検出信号Ｓ（θ、Ｔ）は、以下の式ように
表される。

Ｓ　（θ、　　Ｔ）　−５ｅｎｓ　　（θ、　　Ｔ）　
　−Ｔｑｌ＋Ｏｆｆ’ｓ　　ｃθ、　　Ｔ）　　　　−
（２０）従って、トルクＴｑｌを求めると、次のように
なる。

Ｔｑｌ−Ａ（θ）Ｓ　（θ、　　Ｔ）　　　［１／ｆ　
Ｉ（Ｔ）　］＋Ｂ（θ）　　　［ｆ２（Ｔ）／ｌ、（Ｔ
）］・・・（２５） ただし、 Ａ　（θ）　　＝　　［１／５ｅｎｓ　　（θ）　　］
　　　　　　・（２Ｂ）Ｂ　（θ）　　−−［Ｏｆｆ’
ｓ　　（θ）／５ｅｎｓ（θ）］・・・（２７） 以上のようにして、トルク伝達軸１０の回転角度θ、検
出装置の動作温度Ｔに対する依存性を補償した、１次近
似の補正トルクＴｑｌを得ることができる。

回路構成 本実施例のトルク補正回路１００は、このような補正演
算を行うために、線形補正用演算器１３０、感度係数メ
モリ１３２）オフセット係数メモリ１３４、温度係数メ
モリ１３６を含む。

そして、前記感度係数メモリ１３２）オフセット係数メ
モリ１３４には、トルク伝達軸１０の各回転位置θに対
応した感度５ｅｎｓ（θ）およびオフセット成分Ｏｆ’
ｒｓ（θ）が設定されている。また、前記温度係数メモ
リ１３６には、（２３）、（２４）式に示す温度係数ａ
ｌ　＊　　ｂｌ　＋　　８２　＋　　’）２が設定され
ている。

そして、線形補正用演算器１３０は、マルチプレクサ１
０４から入力されるＳ、Ｔ、　　θの各データに基づき
、対応する係数群を各メモリ１３２゜１３４．１３６か
ら読出し、前記（２５）式に示す演算を行い、Ｔｑｌを
出力する。

このようにして、θ、Ｔに対する依存性を補償した一次
関数近似の補正トルクＴｑｌを求めることができる。

（ｂ）　　誤差補正項Ｔｑｎの演算 本発明のトルク補正回路１００を用い、前記誤差補正項
Ｔｑｎの演算を行うためには、入力データＳ、Ｔ、　　
θと、誤差補正項Ｔｑｎをモデリングする学習を繰り返
し行い、各メモリ１０６，１０８゜１１０間の重み係数
を決定しなければならない。

このため、本実施例では、較正信号発生器２１０から出
力される較正信号Ｔ　ｑＲｅＢと、線形補正用演算器１
３０から出力される第一次近似の補正トルクＴｑｌとが
加算器２２０に入力され、ここで次式に示す演算が行わ
れ、誤差補正項Ｔｑｎが求められる。

Ｔ　ｑｎ　＝　Ｔ　ｑｍｅｓ　−Ｔ　ｑｌ　　　　　　
−・−（２９）そして、このようにして求められた誤差
補正項Ｔｑｎは、重み係数更新演算器２１２へ人力され
る。

また、第３層出力メモリ１１０の出力は前記実施例と同
様に加重器２１６を介して重み係数更新演算器２１２へ
入力される。

従って、本実施例における学習パターンは次式％式％ そして、重み係数更新演算器［２１２，重み係数更新演
算器Ｉ２１４は、このように加算器２２０から入力され
る信号と加重器２１６から入力される信号との二乗誤差
が最少となるよう、重み係数を演算し、重み係数メモリ
１１８，１１２の内容を更新する。

このような学習を、加重器２１６から出力される値が、
加算器２２０から出力される値に十分近似するまで繰り
返し行う。

この学習により、複雑な非線形トルク成分の人出力関係
が自己組織的に形成され、学習された結果は、重み係数
Ｗの形で各重み係数メモリ１１８１１２内に残り、学習
は終了する。

そして、このような学習終了後は、各重み係数更新演算
器２１２，２１４の動作は停止する。

従って、このような学習が終了すると、トルク補正回路
１００は、入力されるＳ、Ｔ、　　θのデータに基づき
、前記（１７）の−次式で表わされるトルク成分子ｑ１
を線形補正用演算器３０から出力し、−次式で表現でき
ない非線形誤差成分子ｑｎを変換回路１２４を介して出
力する。

そして、このようにして出力された各トルク成分は、加
算器１３８で加算され、補正されたトルク信号Ｔｑとし
て出力されることになる。

（ｃ）１１定データ 第１７図、第１８図には、前記（１７）式に示す一次成
分子ｑ１について回転角度θに関する補正前後のデータ
、温度Ｔに関する補正前後のデータが示されている。

同図から明らかなように、本実施例の装置は、トルク伝
達軸１０の回転および検出装置の動作温度の変化に対し
ても、フラットな特性を示す優れた補正効°果を発揮で
きることが理解されよう。

また、第１９図〜第２１図には、（１７）式の非線形誤
差成分子ｑｎについての飽和特性が示されており、図に
おいて点線は理想特性、実線は実際の飽和特性を表わし
ている。

第１９図に示すように、理想特性に比べ大幅に崩れた飽
和特性を示す場合に、第２０図に示すように単に一次補
正を施しただけでは両者の誤差は少なくならない。これ
に対し、本発明のように非線形成分も考慮した誤差補正
を行うことにより、第２１図に示すように理想特性と実
際の特性が極めて近似し、良好な補正効果を得ることが
確認された。

以上説明したように、本実施例のトルク検出によっても
、停止から高速回転、低トルクから高トルク、低温から
高温という広範囲の測定範囲において高精度の瞬時トル
クの検出が可能となる。

第３実施例 第３図には、本発明の好適な第３実施例が示されている
。

この第３実施例は、前記第２実施例と同じ演算を行うよ
うに形成されているが、その特徴は重み係数決定回路２
００の演算をマイクロコンピュータ２４０を用いて行い
、さらにトルク補正回路１００の演算を、乗算器１４２
．算術論理演算器１４４および累算器１４６からなる１
組の演算ユニットを用いて行うことにある。

また、実施例のトルク補正回路１００は、データバスラ
インに接続されたデータ入力回路１５ｏ。

データ出力回路１５２と、前記第２図に示す重み係数メ
モリ１２２．１１８に対応する非線形演算係数用ＥＥＰ
ＲＯＭ１６０と、第２図に示す各メモリ１０６，１０８
，１１０に対応する非線形演算用ＲＡＭ１６２とを含む
。さらに、このトルク補正回路１００は、前記第２図に
示す各メモリ１３２．１３４．１３６に該当する線形演
算用ＥＦＲＯＭ１７０と、線形演算用のＲＡＭ１７２と
線形および非線形の双方の演算に用いる共用演算用ＲＡ
Ｍ１７４とを含む。

そして、補正演算を用いる重み係数の学習は、次のよう
にして行われる。

まず、データ入力回路１５０を介して入力される学習パ
ターンＸ　（Ｓ、Ｔ、　　θ）に基づきトルク補正回路
１００は前記（１７）式に示す一次式成分子ｑｌを演算
し、線形演算用ＲＡＭ１７０へ書込む。

そして、加算器２２０は、前記ＲＡＭ１７２内の演算デ
ータと較正信号発生器２１０の出力信号とを前記（２９
）式に基づき差演算し、その値をマイクロコンピュータ
２４０に人力する。

また、マイクロコンピュータ２４０には、前記Ｓ、Ｔ、
　　θからなる学習パターンＸが入力されている。そし
て、このマイクロコンピュータ２４０は、前記（２）〜
（１５）式に示される方法により最適重み係数Ｗを学習
により決定する。

そして、このようにして求めた各メモリ間の重み係数を
ＥＥＰＲＯＭ１６０にその都度書込み、ＥＥＰＲＯＭ１
６０内の重み係数を順次更新していく。

このようにして、実施例の装置は、複雑な非線形成分の
入出力関係を自己組織的に形成し、学習された結果を、
重み係数の形で非線形演算計数用ＥＥＰＲＯＭ１６０内
に書込みその学習を終了する。

そして１、ＥＥＰＲＯＭ１６０内の重み係数の更新を終
了する。

このような学習を終了すると、トルク補正回路１００は
、乗算器１４２．算術論理演算１４４および累算器１４
６からなる１組の演算ユニットを用い、前記第２実施例
と同様にして（１７）式の一次成分子９１、非線形成分
子ｑｎを演算し、これを線形演算用ＲＡＭ１７２．非線
形演算用ＲＡＭ１６２に書込む。このとき、非線形トル
ク成分子ｑｎの演算には、（１０）式、（１１）式に示
すように多数の積和演算を必要とするが、本実施例では
乗算器１４２゜算術論理演算器１４４．順算器１４６を
組合わせてＹ←Ａ＊Ｘ＋Ｙで表わされる連続積和演算を
バイブライン的に高速で実行することが可能となる。

そして、このようにしてＴｑｌとＴｑｎとが求まると、
両者を算術論理演算器１４４を用いて加算し、共用演算
用ＲＡＭＩ　７４を経てデータ出力回路１５２から補正
トルク信号Ｔｑとして出力する。

このようにＬで、本実施例のトルク検出装置によっても
、停止から高速回転、低トルクから高トルク、低温から
高温という広い測定条件においても高精度の瞬時トルク
検出を行うことが可能となる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでは無く、
その発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である
。

例えば、前記各実施例では被測定体として回転運動する
トルク伝達軸を例にとり説明したが、本発明はこれに限
らず、並進往復運動するトルク伝達体に対しても同様に
適用可能であることは言うまでもない。

また、前記実施例ではヘッド型磁気センサを用いた場合
を例にとり説明したが、リング形状の磁気センサを用い
た場合にも適用可能であることはいうまでもなく、また
磁気センサ以外の他のタイプの物理量センサを用いた場
合においても適用可能であることはいうまでもない。

また、前記実施例では、本発明をトルク検出装置に対し
適用した場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限
らず、これ以外の他の物理量、例えば力、歪、圧力、温
度１反射率を検出する物理量センサを用いた場合でも、
同様にして被測定体の位置および温度変動等の影響を補
正できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が適用されたトルク検出装置の好適な
第１実施例の説明図、 第２図は、本発明のトルク検出装置の好適な第２実施例
の説明図、 第３図は、本発明の好適な第３実施例の説明図、第４図
は、本発明の装置に用いられる重み係数決定回路の演算
ネットワークの一例を示す説明図、第５図および第６図
は、前記第１図〜第３図に示す回路に用いられる磁気セ
ンサの概略説明図、第７図および第８図には、一般的な
磁気センサの概略説明図、 第９図は、第１図および第２図に示す回路に用いられる
磁気センサ用の駆動回路および検出信号処理回路のブロ
ック回路図、 第１０図は、一般的なトルク検出装置のブロック回路図
、 第１１図および第１２図は、回転体の回転位置に対応し
た感度およびオフセット信号の説明図、第１３図は磁気
センサから出力される補正前のトルク検出信号Ｓの説明
図、 第１４図および第１５図は、温度による感度およびオフ
セット信号の変動を示す説明図、第１６図は、温度補正
を行う前のトルク検出信号の説明図、 第１７図は、回転磁性体周上の補正前のトルク検出出力
と補正後のトルク検出出力の説明図、第１８図は、トル
ク検出信号の補正前の温度依存特性と補正後の温度依存
特性の説明図、第１９図は、トルク検出信号の飽和特性
の説明図、 第２０図は、トルク検出出力を一次補正した場合の補正
誤差の説明図、 第２１図は、非線形成分も考慮して補正を行った場合の
補正誤差の説明図である。 １００　・・・　トルク補正回路 １０６　・・・　第１層メモリ １０８　・・・　第２層メモリ ２１２゜ ・・・　第３層メモリ ・・・　重み係数メモリＩ ・・・　演算器■ ・・・　調整器 ・・・　重み係数メモリ■ ・・・　演算器 ・・・　調整器 ・・・　重み係数決定回路 ・・・　較正信号発生器 ２１４　・・・　重み係数更新演算器Ｉ。 ・・・　加重器 ・・・　マイクロコンピュータ。 ■

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転運動または往復運動する被測定体の物理量を
   検出する物理量検出装置において、 前紀被測定体の物理量を測定する物理量センサと、 前記披測定体の運動位置を検出する位置検出手段と、 物理量検出手段の動作温度を検出する温度検出手段と、 予め所定の重み係数が設定され、その重み係数を用い前
   記物理量センサから出力される信号に補正演算処理を施
   し物理量検出信号として出力する物理量補正手段と、 物理量の検出に先だって、較正用の基準信号と物理量補
   正手段から出力される物理量検出信号とに基づき前記重
   み係数を決定する重み係数決定手段と、 を含み、 前記物理量補正手段は、 前記物理量センサおよび各検出手段の出力を記憶する第
   １層メモリと、 １個あるいは複数の層からなる中間層メモリと、最終出
   力を得る最終層メモリと、 前記各メモリ間の結合係数を重み係数として記憶する係
   数メモリと、 前段の層メモリ内のデータに、この層メモリと対応する
   係数メモリ内の重み係数を用いて所定の演算処理を施し
   、次段の層メモリヘその演算結果を出力する演算器と、 を含み、被測定体の運動位置と物理量検出装置の動作温
   度の変化に伴う物理量センサの検出出力信号の変動を補
   正し、物理量検出信号として出力するように形成され、 前記重み係数決定手段は、 較正用の基準信号を出力する較正信号発生器と、前記基
   準信号と最終層メモリから出力される信号とが一致する
   よう、メモリ間の結合係数群を重み係数として演算し、
   前記各係数メモリに記憶された重み係数を更新する学習
   動作を、基準値と最終層メモリの出力との誤差が所定値
   以下になるまで繰返して行う係数更新演算器と、 を含み、前記係数メモリの重み係数群を学習により決定
   するよう形成されたことを特徴とする物理量検出装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）に記載の装置において、 前記重み係数決定手段は、最終層メモリと係数更新演算
   器との間に、最終層メモリから出力される信号に所定の
   重みずけをする加重器を含むことを特徴とする物理量検
   出装置。