JPH0788894B2

JPH0788894B2 - 自動変速機のトルク検出装置

Info

Publication number: JPH0788894B2
Application number: JP14626287A
Authority: JP
Inventors: 和宏高取; 宣輝人見; 憲二池浦; 弘之平野; 邦彦森川; 寿北原; 正毅杉本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1987-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63312551A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、車両に使用する自動変速機の出力軸に伝達
される回転トルクを検出するトルク検出装置に関し、特
に出力軸の回転トルクを正確に検出するようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

従来の自動変速機のトルク検出装置としては、例えば特
開昭61−127952号公報及び特開昭61−127953号公報に記
載されているものがある。

この従来例は、トルク検出素子を内蔵した１個又は複数
個のトルク検出器を車両のトランスミッションケースの
後端部に、嵌合構造，リブとこれに係合するねじ構造，
又はフランジ構造により取り付け、トルク検出器の検出
面をトランスミッションケースから延設されている出力
軸の円周方向に所定距離をおいて対向させたものとなっ
ている。そして、トルク検出器としては、略Ｕ字状の磁
芯に励磁コイル及び検出コイルを重ねて巻装した構成と
し、このトルク検出器に対向する出力軸の外周面には、
検出感度を上げるために、アモルファス等の透磁性部材
から成る厚さ20〜30μｍの薄膜（リボン）が耐熱性接着
剤で貼着されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の自動変速機のトルク検出装置
にあっては、トルク検出器として磁心に励磁コイル及び
検出コイルを巻装したトルク検出ヘッドを適用している
ので、その取付位置としては、トランスミッションの外
側に連設されたリヤエクステンション内に限定され、ト
ランスミッションケース内に設けることができず、リヤ
エクステンションがある場合には問題がないが、自動変
速機の後段に副変速機或いは４輪駆動用のトランスファ
を直接連結する場合には、トルク検出器を設けることが
できない問題点があった。また、各締結要素に作動油圧
を作動させて変速を行う際に発生する変速ショックによ
るトルク変動を検出するためには、出力軸の締結要素の
最終段即ち出力軸に対する回転力伝達部位に近い位置で
検出することが最も正確なトルク検出を行うことがで
き、上記従来例のようにトランスミッションケースの外
側でトルク検出を行う場合には、変速ショックの検出遅
れを生じ、正確な変速ショック防止制御を行うことがで
きないという問題点もあった。

そこで、この発明は、上記従来例の問題点に着目してな
されたものであり、出力軸のトルク検出をトランスミッ
ションケース内で行うことにより、上記従来例の問題点
を解決することができる自動変速機のトルク検出装置を
提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

エンジンからの駆動力が入力軸を介して伝達され、該駆
動力をトランスミッションケース内に配設された複数の
締結要素を適宜選択することにより、自動変速して前記
トランスミッションケースの出力側に連結されたリヤエ
クステンションを通じて外部に延長する出力軸に伝達す
る自動変速機において、前記トランスミッションケース
の出力側に形成された端板部に前記出力軸と対向して内
方に延長する円筒部材を固着し、前記出力軸における前
記トランスミッションケース内で且つ前記締結要素の最
終段より後段側で且つ前記円筒部材に対向する外周面に
形状磁気異方性を有するトルク検出面を形成し、該トル
ク検出面に対向する前記円筒部材に検出コイルを有する
トルク検出器を装着したことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、出力軸の円周面に直接形状磁気異
方性を持たせるか、又は形状磁気異方性を有する薄膜を
貼着することによってトルク検出面を形成し、これに対
向して偏平な検出コイルを含むトルク検出器を配設する
ことにより、トルク検出器で、トルク検出面に作用する
トルクによる引張力又は圧縮力によって、トルク検出面
の透磁率が変化し、この透磁率の変化を検出コイルによ
って検出する。このように、トルク検出器として検出コ
イルを設けるだけでよいので、トランスミッションケー
ス内における出力軸とこれに対向するトランスミッショ
ン側円筒部材との間の僅かな空隙内にトルク検出器を配
設することができ、出力軸に伝達される変速ショック等
のトルク変動を正確に検出することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す自動変速機の断面図
である。

図中、１はトランスミッションケースであり、その前端
側にトルクコンバーターハウジング２が、後端側にリヤ
エクステンション３が一体に連設されている。

トランスミッションケース１とトルクコンバータハウジ
ング２との間には、オイルボンプハウジング４及びオイ
ルボンプカバー５が配設され、オイルボンプカバー５の
円筒部内を通って入力軸６がトランスミッションケース
１内に挿通されている。

この入力軸６のトルクコンバータハウジング２内位置に
はトルクコンバータ７のタービン7tがスプライン結合さ
れ、トランスミッションケース１内の後端部にはリヤプ
ラネタリーギヤ８のサンギヤ8aが固着されている。

そして、第４図に模式的に示すように、リヤプラネタリ
ーギヤ８のプラネットキャリア8cがフロントプラネタリ
ーギヤ９のインターナルギヤ9dに連結されている。

一方、入力軸６とフロントプラネタリーギヤ９のプラネ
ットキャリア9cとの間にハイクラッチ10が、入力軸とフ
ロントプラネタリーギヤ９のサンギヤ9aとの間にリバー
スクラッチ11がそれぞれ介挿されている。

また、リヤプラネタリーギヤ８のインターナルギヤ8dと
フロントプラネタリーギヤ９のプラネットキャリア9cと
の間にフォワードワンウェイクラッチ12及びフォワード
クラッチ13とオーバーランクラッチ14とが並列に介挿さ
れ、フォワードプラネタリーギヤ９のプラネットキャリ
ア9cと固定部との間にローアンドリバースブレーキ15と
ローワンウェイクラッチ16とが並列に接続されている。

一方、リヤプラネタリーギヤ８のプラネットキャリア8c
に入力軸６と同軸上に配設された出力軸17がスプライン
接続され、この出力軸17がリヤエクステンション３を通
って図示しないプロペラシャフトに連結されている。

この出力軸17は、トランスミッションケース１の端板部
1aとの間に介挿されたニュードルベアリング18によって
回転自在に支持され、端板部1aには、トランスミッショ
ンケース２内に出力軸17と対向して延長する円筒部材20
が固着されている。

そして、出力軸17及び円筒部材20間に出力軸17に伝達さ
れる回転トルクを検出するトルク検出装置30が配設され
ている。

すなわち、トルク検出装置30は、第２図及び第３図に示
すように、出力軸17の外周面に形成したトルク検出面30
Aと、このトルク検出面30Aに対向するコイルで構成され
るトルク検出器30Bと、このトルク検出器30Bの検出信号
に基づき回転トルクを測定する測定部30Cとにより構成
されている。

トルク検出面30Aは、トランスミッションケース１内に
おける出力軸17に回転トルクが伝達されるリヤプラネタ
リーギヤ８のプラネットキャリア8cとスプライン結合す
る前端に近い位置に形成された小径部31の外周面に形成
されており、外周面に沿う複数のグルーブa,・・・,aか
らなる第１のグルーブ列32A（第2,6図参照）と、複数の
グルーブb,・・・,bからなる第２のグルーブ列32B（第
2,6図参照）とから構成されている。

また、グルーブa,・・・,aの各々は、出力軸17の軸方向
（第２図中の矢印Ａ参照）に対して、＋45度の傾斜角
（ここで、軸方向を基準軸とし、これから反時計回りに
とるときを正、時計回りにとるときを負としている）を
もって、一方、グルーブb,・・・,bの各々は、−45度の
傾斜角をもって所定深さ（例えば1mm）で等間隔に形成
されている。

ところで、グルーブa,・・・,a及びb,・・・,bを設ける
ことにより、第1,第２のグルーブ列32A,32Bには、グル
ーブa,・・・,a相互間及びb,・・・,b相互間に小径部31
の周面の一部としてのライン上の凸条ａ′，・・・,a′
及びｂ′，・・・,b′が形成される（第６図参照）。こ
の凸条ａ′，・・・,a′及びｂ′，・・・,b′は、後述
するトルク検出用の磁束φをシャフト軸方向に対して各
々所定（本実施例では、45度）の傾斜角をもって導くも
ので（第６図中の点線参照）、これによって小径部31の
第1,第２のグルーブ列32A,32Bは相互に異なる形状磁気
異方性を保有可能になっている。

このため、グルーブa,・・・,a及びb,・・・,bの各々に
対するグルーブ長，グルーブ幅，グルーブ間隔は、上述
した形状磁気異方性を確保できる所定値に設定されてい
る。

実際上、トルク検出面30Aのグルーブ列32A,32Bは出力軸
17を形成する際に、ホブ盤等の切削機械を使用して切削
加工することにより形成される。

ここで、本実施例における第1,第２のグルーブ列32A,32
Bは、引張変形を受けたときに透磁率が増加する、所
謂、正の磁歪特性を有するように設定されている。

一方、トルク検出器30Bは、各グルーブ列32A,32Bに所定
距離の空隙を介して近接対向する励磁兼検出用の第1,第
２のコイル33A,33Bと、これらコイル33A,33Bを巻装保持
し円筒部材20の内周面に固定配置された第1,第２のヨー
ク34A,34Bとを有して構成されている。

一方、前述した測定部30Cは第５図に示すように構成さ
れている。これを詳述すると、同図において、40は第1,
第２のコイル33A,33Bと抵抗（抵抗値R₁，R₂）41A,41Bと
のブリッジ回路である。このブリッジ回路40において、
第１のコイル33AのインダクタンスL₁は第１のグルーブ
列32Aの誘導インダクタンスを含む値であり、同様に第
２のコイル33BのインダクタンスL₂は第２のグルーブ列3
2Bの誘導インダクタンスを含む値である。そして、この
ブリッジ回路40の入力端a,bには、交流電源42が接続さ
れる一方、出力端c,dは、検出信号を処理する信号処理
部43に接続されている。ここで、交流電源42の周波数
は、グルーブ列32A,32Bを通過する磁束がその表面にの
み分布する、所謂、表皮効果を発生させるに十分な値
（例えば10kHz〜30kHz程度）に設定されている。

また、信号処理部43は、ブリッジ回路40の出力端c,dか
らの検出信号を各々直流化する整流回路44A,44Bと、こ
の整流回路44Aの出力をプラス，整流回路44Bの出力をマ
イナスとしてこれらの差をとって増幅しその増幅信号を
トルク検出信号として出力する差動増幅器45とを有して
構成されている。

ここで、本実施例では、ブリッジ回路40のインダクタン
スL₁，L₂は、出力軸17に回転トルクが伝達されていない
状態で、L₁＝L₂になるよう設定されており、したがって
この状態では、ブリッジ回路40の出力が零、即ち平衡状
態になるよう抵抗41A,41Bの抵抗値R₁，R₂が設定されて
いる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

まず、セレクトレバー（図示せず）がニュートラルレン
ジ又はパーキングレンジに設定されているときには、フ
ォワードクラッチ13及びリバースクラッチ11が共に開放
状態に制御され、入力軸６に入力されるエンジンからの
回転力は出力軸17に伝達されず、出力の回転トルクは零
を維持する。この場合、測定部40Bの交流電源42をオン
にし、第１及び第２のコイル33A及び33Bに所定周波数の
交流電流を供給すると、第７図中の点線図示のような磁
気閉回路が形成される。

即ち、これを第１のコイル33Aにかかる磁気回路につい
てみれば、各磁束φは第１のヨーク34A,空隙，第１のグ
ルーブ列32Aを経て再び、空隙，第１のヨーク34Aを介す
る経路となり、これは、第２のコイル33Bにかかる磁気
回路でも同様である。

このとき、第1,第２のグルーブ列32A,32Aにおける磁束
φ，・・・，φは、表皮効果のために、第1,第２のグル
ーブ列32A,32Bの表面部分、つまり、グルーブa,・・・,
a相互間及びb,・・・,b相互間のライン状の凸条ａ′，
・・・,a′及びｂ′，・・・,b′に沿う状態で且つ軸方
向に対し各々正又は負の45度の傾斜角をもって通過する
（第６図中の点線参照）。そして、この状態では、前述
したようにインダクタンスL₁＝L₂であるから、ブリッジ
回路40の出力端c,dの交流出力は同位相で且つ同電位と
なる。このため、整流回路44A,44Bの直流出力は相等し
く、差動増幅器45の出力値は零となり、出力軸17に対す
る回転トルクを表示したものとなる。

この状態から、車両を発進させるために、セレクトレバ
ーでドライブレンジ又は２レンジを選択すると、これに
応じてフォワードクラッチ13及びオーバーランクラッチ
14が締結されると共に、フォワードワンウェイクラッチ
12及びローワンウェイクラッチ16が作用することにな
り、入力軸６に伝達されるエンジンからの回転力がリヤ
プラネタリーギヤ８のサンギヤ8a,ピニオンギヤ8b,プラ
ネットキャリア8cを介して出力軸17に伝達され、出力軸
17が正回転を開始する。これにより、第１のグルーブ列
32Aは第６図中の−で示す方向に圧縮変形を受け、
一方、第２のグルーブ列32Bは同図中の−で示す方
向に引張変形を受ける。この変形作用によって、第１の
グルーブ列32Aでは、透磁率が減少し、ここを通過する
磁束φ，・・・，φが減少し、結局、インダクタンスL₁
が低下する。これに対して、第２のグルーブ列32Bで
は、透磁率が増加し、ここを通過する磁束φ，・・・，
φが増加し、結局、インダクタンスL₂が増加する。

このため、測定部30Cのブリッジ回路40では、その平衡
がくずれ、出力端ｃ−ｂ側の出力が出力端ｄ−ｂ側の出
力に比べ、その電圧が高くなる。したがって、信号処理
部43においては、整流回路44Aの出力の方が整流回路44B
の出力より大きくなり、差動増幅器45から正の値を示す
回転トルク検出信号が出力される。

一方、セレクトレバーでリバースレンジを選択すると、
リバースクラッチ11が締結されると共に、ローアンドリ
バースブレーキ14が作用し、入力軸に伝達される回転力
がリバースクラッチ11,フロントプラネタリーギヤ９の
サンギヤ9a,ピニオンギヤ9b,インターナルギヤ9d及びリ
ヤプラネタリーギヤ８のプラネットキャリア8cを介して
出力軸17に伝達され、出力軸17が逆回転をすることにな
る。これにより、第１のグルーブ列32Aは第６図中の
−で示す方向に引張変形を受け、且つ、第２のグルー
ブ列32Bは同図中の−で示す方向に圧縮変形を受け
る。これによって、第１のグルーブ列32Aでは透磁率が
増加することからインダクタンスL₁が増加し、これに対
して、第２のグルーブ列32Bでは透磁率が減少すること
からインダクタンスL₂が減少する。

このため、測定部30Cのブリッジ回路40では、出力端ｄ
−ｂ側の出力が出力端ｃ−ｂ側の出力に比べ、その電圧
が高くなる。従って、信号処理部43においては、整流回
路44Bの出力が整流回路44Aの出力より大きくなり、差動
増幅器45から負の値となるトルク検出信号が出力され
る。

そこで、上述した測定を出力軸17の回転方向毎に種々の
回転トルクに対して実行すると、出力軸17に加えられる
回転トルクの値と第1,第２のグルーブ列32A,32Bの透磁
率の値とは比例関係にあることから、第８図に示す結果
が得られる。即ち、回転トルクが零のときには、信号処
理部43の出力電圧が零でなり、この状態から右回転方向
又は左回転方向に回転トルクが印加されると、そのトル
ク値に比例した正又は負の出力電圧が得られる。つま
り、出力電圧の値により出力軸17に入力された回転トル
クの大きさを知ることができ、出力電圧の正負によりそ
の回転トルクの印加方向を知ることができ、これを利用
してパワートレイン系ののクラッチ等の締結要素のフィ
ードバック制御を行うことにより、変速ショックを防止
して最適な変速制御を行うことができる。特に、出力軸
の回転トルクの検出を回転トルクが伝達される部位の近
傍で検出することができるので、回転トルクを正確に検
出することができると共に、フィードバック制御におけ
る応答遅れを少なくすることができる。

本実施例は以上のように構成され作用することから、種
々の利点を有している。

まず、トルク検出面30Aは、出力軸17の小径部31の外周
面に直接グルーブa,・・・,a及びb,・・・,bを形成し、
これにより、出力軸17自身の磁気特性を利用した単一部
材で構成しているから、磁歪薄膜を貼着する場合に比較
して、その加工工程が簡素化され、安価にできると共
に、機械的にも堅牢なものとなり、さらに磁歪薄膜を貼
着する複合部材での場合のように、部材間の熱膨張率が
異なるということもなく、温度特性が良くなること、ま
た、トルク検出面30Aは所定域の円周面に亘って各々形
成されているため、その検出出力が周方向に平均化さ
れ、出力軸17の内部の構造欠陥等の局所的な磁気特性の
乱れに直接影響されることがないとともに、出力軸17に
偏心が生じても、この偏心誤差の影響を出力軸17を挟む
両側同士で相殺できること等から、トルク検出精度を著
しく向上させることができる。

さらに、本実施例では、トルク検出面30Aは、２つのグ
ルーブ列32A及び32Bが回転トルクに対して相互に反対方
向の変形力を受ける構成になっているため、反対極性の
出力信号が得られ、これによってトルクの変化に対する
検出信号のレンジ幅を大きく設定でき、右回転及び左回
転の両方向を上述した高精度を維持しつつ検出できる。

さらにまた、本実施例では、第1,第２のコイル33A,33B
を励磁及び検出の両方に兼用する構成としているから、
その両方のコイルを各別に巻装する場合に比べて、より
小型化することができる。

なお、前述した実施例においては、トルク検出面として
第1,第２のグルーブ列32A,32Bを設ける場合について説
明したが、本発明は必ずしもこれに限定されることな
く、例えば、上述の内、何れか一方のみとして、構成の
簡単化を図ることもでき、その場合には、測定部30Cの
ブリッジ回路40の組み方により一方又は両方の回転トル
クを適宜測定可能になる。一方、上述の場合において、
装着スペースに余裕のあるときには、トルク検出面30A
及びトルク検出器30Bの各々を、同一方向の形状磁気異
方性を有するように複数組設けることによって、検出出
力を大きくし、検出精度のより一層の向上を図るとして
もよい。

また、前述した実施例では、グルーブa,・・・,a及びb,
・・・,bの傾斜角をそれぞれ＋45度及び−45度に設定し
たが、本発明は必ずしもこれに限定されることなく、例
えば傾斜角を相互に反対にしてもよいし、また、加工等
の必要に応じて45度以外の角度であってもよい。

さらにまた、前述した測定部30Cでは、回転トルクに応
じた出力電圧を測定する場合について説明したが、出力
電圧をデジタル化してマイクロコンピュータで処理し、
パワートレイン系の変速制御を行うこともできる。

ところで、本発明では、形状磁気異方性を構成する磁束
方向規定手段としてグルーブを斜めに設けるとしたが、
この変形例としては、グルーブ状の非透磁性部材を埋設
し、磁束の漏れを減少させ、磁束の斜め方向の通過をよ
り確実にするとしてもよい。

さらに、上記実施例においては、トルク検出面を直接出
力軸に形成した場合について説明したが、これに限定さ
れるものではなく、アモルファス製のスリット列を形成
した薄膜を出力軸17に貼着するようにしてもよい。

また、測定部としては整流回路44A,44Bを適用する場合
に限らず、差動増幅器として交流差動増幅器を適用する
場合には、ブリッジ回路40の出力端c,dを直接差動増幅
器の入力側に接続するようにしてもよく、要はブリッジ
回路44の出力端c,dの平衡状態及び不平衡状態を検出可
能に構成されていればよいものである。

さらに、自動変速機としては、上記実施例の構成に限定
されるものではなく、他の任意の構成の自動変速機にも
この発明を適用し得るものである。

〔発明の効果〕

トランスミッションケースのリヤエクステンション側に
形成した端板部に出力軸と対向して内方に延長する円筒
部材を固着し、前記出力軸における前記トランスミッシ
ョンケース内で且つ前記出力軸の前記締結要素の最終段
より後段側で且つ前記円筒部材に対向する外周面に形状
磁気異方性を有するトルク検出面を形成し、該トルク検
出面に対向する前記円筒部材に検出コイルを有するトル
ク検出器を装着する構成としたため、出力軸に伝達され
る回転トルクをその伝達部位の近傍で検出することが可
能となり、非接触状態で出力軸に伝達される回転トルク
及び自動変速機の締結要素を締結する際に発生する変速
ショックを正確に検出することができると共に、回転ト
ルクの検出遅れを少なくすることができ、したがってト
ルク検出装置のトルク検出値を使用して自動変速機の変
速制御を行う場合に好適なトルク検出装置を提供するこ
とができる。

また、出力軸のトルク検出器がトランスミッションケー
ス内に配設されているので、自動変速機の後段側に副変
速機あるいはトランスファを直接接続した場合でも確実
に出力軸のトルクを検出することができる。

さらに、トルク検出装置を狭い空間内に配置することが
できるので、トランスミッションケースの全長が長くな
ることがないと共に、トランスミッションケース側円筒
部材にトルク検出器を取付ける際に、特別なブラケット
等を必要とせず、しかも出力軸とトランスミッションケ
ース側円筒部材とは同心的に配置されているので、トル
ク検出器の検出コイルとトルク検出面との間の空隙を均
一に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図の要部の部分拡大図、第３図は第２図のIII−III線
上の断面図、第４図は第１図の自動変速機の模式図、第
５図は測定部の一例を示すブロック図、第６図は出力軸
に形成したトルク検出面を示す展開図、第７図はコイル
で発生する磁界の状態を示す説明図、第８図はトルク検
出装置のトルクと出力電圧との関係を示す特性線図であ
る。図中、１はトランスミッションケース、６は入力軸、８
はリヤプラネタリーギヤ、９はフロントプラネタリーギ
ヤ、10はハイクラッチ、11はリバースクラッチ、12はフ
ォワードワンウェイクラッチ、13はフォワードクラッ
チ、14はオーバーランクラッチ、15はローアンドリバー
スブレーキ、16はローワンウェイクラッチ、17は出力
軸、20は円筒部材、30Aはトルク検出面、30Bはトルク検
出器、30Cは測定部、32A,32Bはグルーブ列、33A,33Bは
コイル、40はブリッジ回路、45は差動増幅器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野弘之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者森川邦彦神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者北原寿神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者杉本正毅神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭61−127953（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンからの駆動力が入力軸を介して伝
達され、該駆動力をトランスミッションケース内に配設
された複数の締結要素を適宜選択することにより、自動
変速して前記トランスミッションケースの出力側に連結
されたリヤエクステンションを通じて外部に延長する出
力軸に伝達する自動変速機において、前記トランスミッ
ションケースの出力側に形成された端板部に前記出力軸
と対向して内方に延長する円筒部材を固着し、前記出力
軸における前記トランスミッションケース内で且つ前記
締結要素の最終段より後段側で且つ前記円筒部材に対向
する外周面に形状磁気異方性を有するトルク検出面を形
成し、該トルク検出面に対向する前記円筒部材に検出コ
イルを有するトルク検出器を装着したことを特徴とする
自動変速機のトルク検出装置。