JPH04104023A

JPH04104023A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH04104023A
Application number: JP2222096A
Authority: JP
Inventors: Yoriichi Tsuji; 辻　頼一; Seiji Okada; 誠二岡田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1992-04-06

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し
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二とによりその特性の大幅
な向上か期待されている。

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。

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しる回転軸のねしれ角を測定し、
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か開示されている。

〔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、高精度のトルク検出を行うことがで
きないという問題がある。その第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の周期信号を書き込んでおく
。負荷か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
号の周期か変動していると、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
、回転数か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か含まれることになる。

そこで本発明は、小形化に適し、しかも回転数か変動す
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〕

本願発明は、回転軸の周方向に互いに所定間隔をおいて
２つの磁気記録媒体を形成しておき、これらに対して所
定の位置信号を記録再生する２つの磁気ヘッドと、この
２つの磁気ヘッドに対して同一位相をもった位置信号を
与えて記録を行わせる記録手段と、この２つの磁気ヘッ
ドから再生される装置信号の位相差を検出する位Ｆ［］
差検出手段と、回転軸の回転数を検出する回転数検出手
段と、検出した位相差と回転数とに基づいて回転軸のね
しれ角を求め、このねし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、トルクを
検出するようにしたものである。

〔作　用〕

回転軸のねしれ角θは、検出した位相差をΔｔ、検出し
た回転数をＮとすれば、θ−２πΔｔＮて与えられる。

ここで、位相差Δｔは２つの磁気ヘッドから再生される
装置信号によって検出でき、回転数Ｎは回転数検出手段
によって検出できる。

したがって、ねじれ角を求めるために、位置信号の周波
数の値は必要なくなる。このため、位置信号が正確な周
期的信号として書き込まれていなくても、ねじれ角を求
める際に誤差は生してこない。

また、位置信号は２つの磁気記録媒体に同一位相をもっ
て随時書き込むことができるので、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。

〔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１０の
外周面には、磁気記録層１１および１２が所定距離りだ
けおいて形成されている。これらの磁気記録層は、エポ
キン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が配置されている。これらの
磁気ヘッド１３および１４は、磁気記録層１１および１
２に対して所定の磁気パターンを記録再生することがで
きる。磁気パターンを記録するための記録信号は、記録
回路１５によって生成され、各磁気へ・ソド１３．１４
に与えられる。また、各磁気ヘッド１３．１４で再生さ
れた磁気パターンの各再生信号は、増幅器１６て増幅さ
れ、フィルタ１７でノイズ成分が除去され、波形整形回
路１８で波形整形を受けた後、それぞれ位相差検出回路
１９に人力される。位相差検出回路１９ては、この２系
統の再生信号間の位相差Δｔを検出し、これをトルク演
算回路２０に与える。

一方、回転軸１０には、回転数を検８するための歯車３
０が固着されている。この歯車３０の周面には、電磁ピ
ックアップ３１か配置されており、歯車３０の外周に等
間隔ピッチで形成された各歯の通過が検出される。この
検出信号は回転数検出器３２に与えられる。回転数検出
器３２ては、この検出信号に基づいて回転軸１０の回転
数Ｎを示す信号を発生し、これをトルク演算回路２０に
与える。こうして、トルク演算回路２０には、位相差Δ
ｔと回転数Ｎとが与えられ、これらに基づいて回転軸１
０に加わったトルクＴが演算され出力される。

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、磁気記録層に所定の磁気パターンを書
き込む準備段階と、この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。！ａ鑞段階は、回転軸
１０か負荷から開放されて回転している状態て行われる
。この状態で、記録回路１５は所定の周期信号を発生し
、これを磁気ヘッド１３および１４に同時に与える。具
体的には所定周波数ｆＯのパルス信号が発生され、磁気
ヘッド１３および１４は、それぞれ磁気記録層１１およ
び１２にこのパルス信号に対応した磁気パターンを書き
込むことになる。ここでは、この書き込まれる信号を位
置信号と呼ぶことにする。

この位置信号の書き込み動作中、回転軸１０は回転して
いるため、パルスのピーク位置を示すマークが磁気記録
層の周方向に並んだような磁気パターンが形成されるこ
とになる。第２図に、このようにして書き込まれた磁気
パターンの一例を示す。

回転軸１０が等速回転している場合には、磁気記録層上
に書き込まれる位置信号のピッチは一定となり、記録さ
れた位置信号の空間的な周波数は記録回路１５の発生す
るパルス信号の周波数ｆＯに対応したものとなる。とこ
ろか、実際には回転軸１０の回転数は一定ではなく常に
変動したものとなる。したがって、第２図に示すように
、磁気記録層１１および１２に記録される位置信号の周
期は一定ではなく、変動したものとなる。たたし、磁気
ヘッド１３および１４には、記録回路１５で発生した同
一のパルス信号を同時に与えているので、磁気記録層１
１および１２に書き込まれた位置信号の位相は等しくな
る。第３図は、このようにして磁気記録層１１および１
２に書き込まれた位置信号を、無負荷の状態て読出した
ときの信号波形を示す。ここで、信号Ａは磁気記録層１
１から読出した位置信号、信号Ｂは磁気記録層１２から
読み出した位置信号を示す。前述のように、これらの位
置信号は必ずしも周期的な信号にはならないが、位相は
等しくなる。たとえば、第３図に示すように、各信号の
第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは必ずしも等しくはなら
ないが、信号Ａの第１周期と信号Ｂの第１周期はいずれ
もＰｌと等しくなり、信号Ａの第２周期と信号Ｂの第２
周期もいずれもＰ２と等しくなる。

このように、磁気記録層１１および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
状態で行われる。この状態では、負荷に基づいて生じる
トルクにより、回転軸１０にはねじれが生じることにな
り、両磁気記録層１１および１２から読出した位置信号
には位相差か生じることになる。第４図は、磁気記録層
１１および１２に書き込まれた位置信号を、負荷がかか
った状態で読出したときの信号波形を示す。

第３図と同様に、信号Ａは磁気記録層１１から読出した
位置信号、信号Ｂは磁気記録層１２から読み出した位置
信号を示し、信号Ｃは両者の位相差に相当する信号を示
す。信号Ａの各パルスに対し、信号Ｂの各パルスはいず
れも位相差Δｔ（時間の単位で求まる）たけ遅れること
になる。位相差検出回路１つは、このようにして、波形
整形回路１８から与えられる２つの位置信号についての
位相差Δｔを検出し、これをトルク演算回路２０に与え
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。回転軸のねじれ角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　　　
　　　　（１）で与えられる。ここで、Ｎは単位時間あ
たりの回転軸の回転数である。前掲の特願平１−２５４
５６１号明細書に開示されたトルク検出装置では、この
回転数Ｎを磁気記録層１１あるいは１２に記録された位
置信号から求めている。すなわち、準備段階において位
置信号を書き込んだときの回転軸の回転数をＮＯ１書き
込まれた位置信号の周波数をｆＯとし、検出段階におい
て読み出された位置信号の周波数をｆとすれば、Ｎ−（ｆ／ｆＯ）／ＮＯ（２）なる式により、検出段階における単位時間あたりの回転
数Ｎが求まる。こうして、式（１）と（２）により、ね
じれ角θが求まれば、Ｔ−２πθＧｄ４／６４Ｌ　　　　　（３）なる式によ
り、トルクＴか演算される。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。前掲明細書に開示された装置では
、式（２）により回転数Ｎを求め、式（１）によりねじ
れ角θを求め、式（３）によってトルクＴを演算してい
る。この方法では、式（２）の演算において周波数ｆお
よびｆＯを用いる必要かあるが、実際には回転軸は等速
回転を行っていないため、記録された位置信号のピンチ
は一定にならず、周波数ｆおよびｆＯの値は正確には定
まらない。このため、前掲明細書に開示された方法によ
る検出値は誤差を含んだものとなる。

本願検出装置は、この検出誤差をなくす意図で発明され
たものであり、回転数Ｎを位置信号から求めるのではな
く、回転数検出器３２によって直接検出するようにして
いる。前述のように歯車３０は等間隔のピッチで形成さ
れた歯をもっているため、電磁ピックアップ３１でこの
歯の通過を検出することにより、回転数検出器３２は回
転軸１０の単位時間あたりの回転数Ｎを正確に求めるこ
とができる。式（１）を式（３）に代入すれば、Ｔ−π
２Ｇｄ４・Δｔ−Ｎ／１６Ｌ　　（４）を得る。ここで
、Ｇ、　　ｄ、　　Ｌは既知の定数であり、位相差Δｔ
は位相差検出回路１９により与えられ、回転数Ｎは回転
数検出器３２から与えられるため、トルク演算回路２０
は式（４）に基づいてトルクＴを演算することができる
。

以上のように、本願発明によるトルク検出装置は、前掲
明細書に開示された装置に比べて、磁気記録層に記録す
る位置信号を等間隔にしなくてもかまわないという利点
をもち、回転軸の回転に変動が生じてもトルクの検出値
には誤差は発生しない。したかって原理的には、磁気記
録層１１゜１２上には位置信号として単一のパルスにつ
いての記録（すなわち、ピーク位置がそれぞれの磁気記
録層に１つだけ記録される）を行うだけでもかまわない
。ただ、トルク演算を行う際のサンプリングタイム、想
定される最大トルク値、回転軸１０の回転数などを考慮
した場合、実用上は、できるだけ等間隔になるように複
数のパルスを記録するのが好ましい。

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、回転軸１０の回転数を検出する手段として、歯車
３０および電磁ピックアップ３１の組み合わせを用いて
いるか、この他、どのような手段で回転数を検出しても
かまわない。たとえば、回転軸の周方向に等間隔て多数
並ぶスリットを形成したスリット板を回転軸に固定し、
このスリットを介して相対向する位置に発光素子と受光
素子からなる光学式ピックアップを設け、スリットの通
過を検出するような再生のものを用いてもよい。あるい
は、磁気記録層１１゜１２と同様に、第３の磁気記録層
を回転軸１０上に形成し、ここに等間隔に磁気パターン
を記録しておき、この磁気パターンを磁気ヘッドで検出
するような再生にしてもよい。また、前述の実施例では
、磁気記録層１１．１２として回転軸ｌＯに磁性塗料を
塗布したものを例示したが、リング帯状の別体の表面に
磁気記録層を形成しておき、この別体を回転軸に固定す
るようにしてもよい。あるいは、オーディオテープレコ
ーダなどに用いられている磁気テープを回転軸上に巻き
付けて接着するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、回転軸上の２つの磁気記
録層から読出した位置信号から位相差Δｔを求め、別に
用意した回転数検出手段から回転軸の単位時間あたりの
回転数Ｎを求め、これらから回転軸に生じるトルクを演
算するようにしたため、回転数か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かできる。

【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図の装置において磁気記録層に書き込
まれた磁気パターンの一例を示す図、第３図は磁気記録
層に書き込まれた位置信号を無負荷の状態て読み出した
ときの信号波形図、第４図は磁気記録層に書き込まれた
位置信号を負荷をかけた状態で読み出したときの信号波
形図である。１０・回転軸、１１．１２・・磁気記録層、１３゜１４
・磁気ヘット、１５・・・記録回路、１６・・・増幅器
、１７・フィルタ、１８・・・波形整形回路、１９・・
位相差検出口路、２０・・・トルク演算回路、３０・・
・歯車、３１　・電磁ピックアップ、３２・・・回転数
検出器、Ａ・・磁気記録層１１から読出した位置信号、
Ｂ・・磁気記録層１２から読出した位置信号、Ｃ・・・
同位置信号の位相差信号、Δｔ・・・位相差、Ｎ・・・
単位時間あたりの回転軸の回転数。第１　図

Claims

【特許請求の範囲】

　回転軸の周方向に形成される第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の磁気記録媒体に所定の位置信号
を記録再生するための第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および第２の磁気ヘッドに対して、同一位相をもっ
た位置信号を与えて記録を行わせる記録手段と、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、前記回転軸の回転数を検出する回転数検出手
段と、前記位相差と前記回転数と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。