JPH08121585A

JPH08121585A - 自動変速装置用のトルクセンサ

Info

Publication number: JPH08121585A
Application number: JP26037994A
Authority: JP
Inventors: Norio Mima; 紀雄三摩; Ikuo Hayashi; 育生林; Hidehiro Oba; 秀洋大庭; Hiromichi Kimura; 弘道木村; Nobuaki Takahashi; 信明高橋
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】自動変速装置の遊星歯車機構におけるキャリ
アの変位を正確に検出することができるトルクセンサに
より、キャリアをロックするためのワンウェイクラッチ
の省略を図る。【構成】図示例では、キャリアに連結される摩擦材を
挟んで固定するためのクラッチブレーキ２２のブレーキ
プレート６１にスプライン状の歯６７，６７を形成し、
その間にクリアランスを残して挿入される歯６８をケー
ス６０側に形成する。歯６８内には磁石９１と、その両
側にホール素子９２，９３を取り付ける。２速から３速
へアップシフトする途中でキャリアに作用するトルクが
０になると、歯６８は２つの歯６７の中間に来るので、
それを検知したときにクラッチブレーキを解放すればよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車に搭載
される自動変速装置（Ａ／Ｔ）に係り、特に変速作動中
のトルク相においてクラッチブレーキに作用するトルク
の方向を検出することができるＡ／Ｔ用の小型トルク検
出センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動変速装置には普通、遊星歯車機構が
組み込まれている。ここで、遊星歯車機構とは、図７に
示すように、サンギヤ３０およびリングギヤ４０と、こ
れらのギヤ３０および４０と同一の軸線上で回転し得る
キャリア２０と、該キャリア２０によって回転可能に支
持されてサンギヤ３０およびリングギヤ４０と同時に噛
み合う数個のピニオンギヤ１０（図７には１個のみを示
す）とからなる歯車列のことである。なお、５０は入力
軸を、５１は出力軸を示す。従来の自動変速装置では、
遊星歯車機構の各要素をクラッチブレーキ、バンドブレ
ーキ、ワンウェイクラッチ等の摩擦要素により固定し、
入力、出力、反力の要素を切り換えることにより変速が
行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近に
おいては自動変速機の高効率化・軽量化・小型化を目的
として、ワンウェイクラッチの廃止、即ち、全変速範囲
にわたってクラッチ・ツウ・クラッチによる変速制御が
考えられている。その理由としては、ワンウェイクラッ
チは体格が大きくコストが高いので廃止するのが望まし
いこと、また図８に示すように、一般的なキャリア２０
の固定方法として、通常の入力側駆動時にはワンウェイ
クラッチ２１を作用させるが、出力側駆動時、即ちエン
ジンブレーキ作用時には他のクラッチブレーキ２２を作
用させるというように、二つの摩擦要素を併用する必要
があることが挙げられる。

【０００４】図９にＡ／Ｔの２速および３速の定常時に
おけるブレーキの作動係合状態を示す。２速ではサンギ
ヤ３０の一方向の回転を止めるワンウェイクラッチ３１
をバックアップするブレーキ３２をフリーにし、キャリ
ア２０のブレーキ２２をロックする。一方３速ではブレ
ーキ３２をロックし、ブレーキ２２をフリーにする。従
って、ワンウェイクラッチ２１を廃止して、クラッチブ
レーキ２２のみによる変速制御、即ちクラッチ・ツウ・
クラッチ変速制御（２速から３速へのアップシフト）を
行うためには、従来ワンウェイクラッチ２１が機能して
いた場合のようにブレーキ２２を理想的な時期にフリー
にする必要がある。このフリータイミング信号を得る手
段として、図９中に矢印によって示すように、２速時に
おいてクラッチブレーキ２２には入力軸５０の回転方向
とは反対方向のトルクが印加される一方、３速時におい
ては入力軸５０の回転方向と同方向のトルクが印加され
ることから、このトルクの方向が切り換わるゼロポイン
トを利用することが考えられている。

【０００５】この目的に使用可能なトルクセンサが実開
平３−１２５２３４号公報に記載されている。このセン
サは被測定軸に接着したアモルファス膜の周囲に検出コ
イルを取り付けて、磁歪の変化に対応した出力電圧を検
出コイルに発生させるものである。従って、このトルク
センサを上記ゼロポイントを検出する目的に利用する場
合には、それが回転軸に取り付けられるものであるため
に、取り付け場所についての制約を受けることになる。
また、一般的な磁歪式、あるいはひずみゲージ式などの
検出方式をこの目的のセンサとして用いると、Ａ／Ｔ内
部の熱やオイルの影響を受けてゼロポイント検出の精度
が低下するという問題がある。

【０００６】そこで、本発明ではこのクラッチ・ツウ・
クラッチ変速制御に不可欠な、クラッチブレーキに作用
するトルクの方向の変換点（ゼロポイント）を正確に検
出するために、回転軸に取り付ける必要のないセンサを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、トルク印加時におけるキャリアあるい
はクラッチブレーキの可動部分の挙動変化からトルクの
方向が変化するゼロポイントを検出することを特徴とす
る。即ち、トルクの方向を検出するためのセンサは、磁
石と一体化されたホール素子（均等手段を含む）から構
成され、検出要素であるキャリアまたはクラッチブレー
キの可動部分の位置変化によりホール素子内を通過する
磁束数が変化するのを利用して、キャリアあるいはクラ
ッチブレーキの可動部分の変位を検出することを特徴と
する。

【０００８】

【作用】上記構成よりなる本発明のＡ／Ｔ用小型トルク
センサによれば、ホール素子内を通過する磁束数を計測
することにより、その変化からキャリアのロック状態の
前後におけるキャリアあるいはクラッチブレーキの可動
部分の微小な位置変化を検出し、結果としてクラッチブ
レーキに加わるトルクの方向の変化を判別することがで
きる。

【０００９】

【実施例】以下、請求項２に対応する本発明の第１の実
施例を図面により詳述する。以下の各実施例において
も、先に述べた従来例と実質的に同じ構造部分について
は、同じ参照符号を付すことによって重複する説明を省
略することにする。

【００１０】一般的な自動変速装置に使用される多板式
クラッチブレーキの構造を図１（ａ），（ｂ）に示す。
クラッチブレーキ２２は、ギヤの回転を伝達するキャリ
ア２０と、キャリア２０の回転を受ける摩擦材２３と、
摩擦材２３の回転を受けるブレーキプレート（可動部
分）６１と、ブレーキプレート６１の回転を止めるＡ／
Ｔケース６０とからなる。キャリア２０と摩擦材２３
は、図１（ｂ）に例示するように、それぞれテーパ状に
なったスプラインの歯２４および２５によって軸方向に
のみ相対的に移動可能に結合し、摩擦材２３はブレーキ
プレート６１と交互に重なり合って組み付けられ、ブレ
ーキプレート６１とケース６０は、ロック時の回り止め
の機能とブレーキのトルク容量を考慮して、図１（ｂ）
に例示するようなケース６０の軸方向の溝６２と、ブレ
ーキプレート６１の歯やエンドプレート６３の歯６４が
係合するスプライン構造として組み付けられている。さ
らに、ブレーキプレート６１とケース６０との間には、
組み付け性を考慮して僅かのクリアランス（溝幅と歯幅
の差）が存在し、それによってブレーキプレート６１は
僅かに可動である。従って、この場合はブレーキプレー
ト６１が「可動部分」と呼んでいるものに相当する。な
お、図１において６５はクラッチブレーキ２２を操作す
る油圧ピストンを、６６はスナップリングを示す。

【００１１】２速から３速へアップシフトする時の、キ
ャリア２０の挙動を図２に示す。定常状態では２速でも
３速でもキャリア２０はブレーキ２２によってロックさ
れているので、キャリア２０とブレーキ２２の摩擦材２
３との間に相対的な移動はない筈であるが、実際には、
２速では予め正のトルクが印加されているので、図２
（ａ）に示すように、キャリア２０のテーパ状スプライ
ンの歯２４が、テーパの作用により摩擦材２３のテーパ
状スプラインの歯２５に対して僅かな角度だけ矢印で示
す回転方向に食い込んで、正のトルクの大きさに応じた
分だけの微小な相対変位が両者間に生じている。３速に
移行するにつれて正のトルクが減少すると、摩擦材２３
の歯２５に対するキャリア２０の歯２４の食い込み量は
減少し、トルクがゼロになると図２（ｂ）に示すように
キャリア２０の歯２４は摩擦材２３の歯２５の間の中心
に来て、両者は非係合のフリーな状態になる。これが本
発明のセンサによって検出すべきトルクのゼロポイント
の状態である。その状態から３速へ移行するためにさら
に負のトルクが印加されると、キャリア２０はテーパの
作用によって、先とは反対側の摩擦材２３に対して僅か
に回転方向に食い込んで、図２（ｃ）に示す状態にな
る。その後、溝６２と突起６４の間のクリアランス分だ
け矢印で示すトルクの印加方向へ回転して３速の定常状
態になる。

【００１２】このように、変速の過渡期において、キャ
リア２０には、戻り・食い込み・回転の３つの動作が現
れるので、その際のキャリア２０の食い込みがなくなる
点を検出することによって、図１（ｂ）の状態のように
トルクの方向が正逆反転する点（ゼロポイント）を判別
することが可能になる。但し、通常の運転状態ではキャ
リア２０がロックされないで回転している期間があり、
それが２速の定常状態になるとブレーキプレート６１に
よって摩擦材２３がロックされて、キャリア２０の回転
が停止する。従って、キャリア２０の停止位置も様々で
あるから、キャリア２０の回転角から食い込みによる微
小な回転角を識別する方法が必要になるので、それにつ
いては後に詳述する。

【００１３】図３（ａ）に請求項１に対応する本発明の
基本的な構成を示す。図３（ａ）に図示したものは、よ
り具体的に、スプラインの形状をしているキャリア２０
の歯車状の外周面の凹凸を、ホール素子のような磁気検
出素子７０によって検知し、変位前後の出力電圧の差
（ΔＶ）からキャリア２０の変位の有無を検出するよう
になっている。この場合、磁気検出素子７０の前に停止
したキャリア２０の部分がフラットな形状であれば、図
３（ｂ）に示すようにΔＶ＝０となる場合があるので、
微小な変位を検出することができない。（もっとも、ス
プラインの歯２４，２５の形が三角形の鋸歯状態であれ
ば、検出が可能になる場合もある。）

【００１４】そこで、キャリア２０の形状の影響を受け
ない検出装置の好適例を図４に示す。磁石７１と一体化
されたホール素子７２からなる３個の位置検出センサ７
３ａ，７３ｂ，７３ｃを、図４（ａ）及び図４（ｃ）に
示すようにスプライン状のキャリア２０の側面に近接し
て固定的に設置し、通過する凹凸を検知する各センサ７
３の単位時間当りの出力電圧の変化（ΔＶ／Δｔ）から
キャリア２０の変位の有無を検出する。図３に示したよ
うに、センサ７３が１個の場合は、キャリア２０の形状
によって出力変化を検出することができない場合がある
ため、検出不可能な部分を補う必要から複数個のセンサ
７３ａ〜７３ｃを用いている。この場合は複数個のセン
サ７３ａ〜７３ｃが、どのような場合でも同時にキャリ
ア２０のフラットな部分に対向することがないように、
それらのセンサの位置を選択すればよい。図４（ｂ）に
おいてセンサ７３ａ，７３ｂ，７３ｃの出力電圧の変化
がそれぞれＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃として示されている。正弦
波に近い波形が生じるのは、キャリア２０自体が回転す
るためである。しかし、２速または３速の定常状態にな
るとキャリア２０はロックされて、正弦波は消える。キ
ャリア２０がブレーキ２２によってロックされている状
態でも、前述のように摩擦材２３への食い込みによって
微小な回転角だけ動いているときは、出力電圧の微分値
について次の条件が成立する。

【００１５】

【数１】

【００１６】従って、前記条件（１）に示す微分値の絶
対値が全て０であるときは、キャリア２０に作用するト
ルクは０と判定してよく、その状態が前述のトルクの方
向の変換点、即ちゼロポイントであって、図２の（ｂ）
の状態に対応する。

【００１７】以上に述べた点について、図５及び図６を
参照して更に詳細に説明する。まず、キャリア２０の変
位に対するいずれか１個のセンサ７３のホール素子７２
の出力特性を図５に示す。出力電圧はホール素子７２内
を通過する磁束数によって決定されるため、キャリア２
０がセンサ７３のホール素子７２から遠ざかるにつれて
出力は低下する。

【００１８】図６（ａ）に３個のセンサ７３ａ〜７３ｃ
を使用した変位検出システム（広義のセンサ）の構成を
ブロック図として示す。このシステムは、センサ７３を
含みキャリア２０の変位を示すアナログ信号を出力する
センシング回路８０と、センシング回路８０によって得
られたアナログ信号を単位時間当りの出力変化に換算す
る微分回路８１と、微分回路８１において得られた微分
値が所定のしきい値以上かどうかを判定するウインドコ
ンパレータからなる変位判定回路８２と、それぞれのセ
ンサ７３に基づく変位判定回路８２の出力の論理和をと
る出力回路８３とからなり、これらの作用は図６（ｂ）
に示されている。このようにして図６（ａ）に示す変位
検出システムはキャリア２０の変位を示す信号を出力す
る。

【００１９】また、この例ではセンサ７３を３個用いて
変位検出システムを構成しているが、キャリア２０の形
状に応じてセンサ７３の数を増減調整すればよい。セン
サ（センシングエレメント）７３はホール素子７２に限
らず、同様な作動をするＭＲＥなどを用いてもよく、検
出位置についてもスペースが許す限り図３に示す磁気検
出素子７０のように、キャリア２０の外周の外側に近接
して複数個の位置検出センサ７３ａ〜７３ｃを配置して
もよい。

【００２０】以下、請求項３に対応する本発明の第２の
実施例を図面により詳述する。図１０に、クラッチブレ
ーキ２２にトルクを印加した場合における。クラッチブ
レーキ２２の可動部分であるブレーキプレート６１の具
体的な挙動を示す。まず、２速時において、キャリアの
回転力がクラッチブレーキ２２のブレーキプレート６１
にトルクとして加わると、ブレーキプレート６１は、Ａ
／Ｔケース６０の溝６２とブレーキプレート６１の歯６
７とのクリアランス分だけ、矢印によって示すトルク印
加方向へ回転する。次に、３速へアップシフトすると、
図９に示した通り、２速時と３速時ではキャリア２０の
回転方向が反対になるので、ブレーキ２２の作動係合状
態が変化する。ゆえに、ブレーキ２２には反対方向のト
ルクが加わり、２速時に最小であった図１０におけるブ
レーキプレート６１の歯６７の左側のクリアランスは３
速時には最大になる。従って、このプレート６１の微小
な位置変化を検出することによってトルクの方向を判別
することができる。

【００２１】図１１に第２実施例の要部である検出装置
９０の構造を示す。検出装置９０は、Ａ／Ｔケース６０
からブレーキプレート６１の２個の歯６７の間に延びる
ように形成される歯６８の内部に設けられた１個の磁石
９１と、その両側に一体的に配置された２個のホール素
子９２および９３からなる。それぞれのホール素子９
２，９３の、ブレーキプレート６１の変位に対する出力
特性を図１２に示す。出力はホール素子内を通過する磁
束数によって決定されるため、２個のホール素子９２，
９３の一方では、ブレーキプレート６１の歯６８が遠ざ
かるにつれて出力が低下する。反対にもう一方のホール
素子ではブレーキプレートが近づくために出力が上昇す
る。図１３に、変位検出システムにおける信号処理回路
の要部のブロック図を示す。この例では、それぞれ定電
流回路に接続された出力特性の相反する２つのホール素
子９２および９３の出力電圧を、差動アンプ９４，９５
によって増幅したのちコンパレータ９６に入力し、それ
ぞれの出力電圧が等しくなる点で出力端子９７の２値信
号が反転するディジタル出力方式をとっている。本構成
によれば、環境温度の変動があっても、それぞれのホー
ル素子９２，９３が温度の影響を均等に受けるため、コ
ンパレートレベルが変動して判定レベルが変わるという
不都合がなくなる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自動変速装置において、遊星歯車機構のクラッチブレー
キに加わるトルクの方向の変換点（ゼロポイント）を、
キャリアあるいはクラッチブレーキの可動部分の位置変
化から容易に検出することができる極めて小型で精度の
高いＡ／Ｔ用のトルクセンサが得られるので、これを使
用することによって自動変速装置のワンウェイクラッチ
を省略することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は多板式クラッチブレーキの構造を示す
縦断面図で、（ｂ）は出力軸側から見た横断面図であ
る。

【図２】２速から３速へのアップシフト時におけるキャ
リアの挙動を３つの状態（ａ）〜（ｃ）に分けて示した
図である。

【図３】磁気検出素子を用いた本発明の基本的なキャリ
アの位置検出装置について、（ａ）は構成を、（ｂ）は
その作用を示す図である。

【図４】本発明の第１実施例としてのＡ／Ｔ用小型トル
クセンサについて、（ａ）はセンサの配置を例示する概
念図、（ｂ）は作動を説明する線図、（ｃ）はクラッチ
ブレーキに取り付けられた状態を示す縦断面図である。

【図５】キャリアの変位に対するホール素子の出力特性
を示す線図である。

【図６】第１実施例のための変位検出システムを示すも
ので、（ａ）は全体構成を示すブロック図、（ｂ）はそ
の各部分の作用を示す線図である。

【図７】遊星歯車機構の基本構成を示す図である。

【図８】ワンウェイクラッチとクラッチブレーキを併用
した一般的な自動変速装置の構成を示す図である。

【図９】２速および３速の定常時におけるブレーキの係
合状態を示す図である。

【図１０】２速から３速へのアップシフト時におけるブ
レーキプレートの挙動を示した断面図である。

【図１１】第２実施例としての変位検出装置の要部の構
造を示す断面図である。

【図１２】ブレーキプレートの変位に対する２個のホー
ル素子の出力特性を示す線図である。

【図１３】第２実施例による変位検出システムにおける
信号処理回路を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…ピニオンギヤ２０…キャリア２２…クラッチブレーキ２３…摩擦材２４，２５…スプラインの歯３０…サンギヤ４０…リングギヤ５０…入力軸５１…出力軸６０…Ａ／Ｔケース６１…ブレーキプレート（可動部分）７０…磁気検出素子７１…磁石７２…ホール素子７３…位置検出センサ８０…センシング回路８１…微分回路８２…変位判定回路８３…出力回路９１…磁石９２，９３…ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大庭秀洋愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者木村弘道愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者高橋信明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸に連結されたサンギヤと、前記サ
ンギヤと噛み合うピニオンギヤと、前記ピニオンギヤを
支持するキャリアと、出力軸に連結されて前記ピニオン
ギヤと噛み合うリングギヤとからなる遊星歯車機構と、
前記キャリアをケースに固定するクラッチブレーキとを
備える自動変速装置において、変速時に前記クラッチブ
レーキの継続の時期を決定するために、前記クラッチブ
レーキに加わるトルクの方向を、前記キャリアあるいは
前記クラッチブレーキの可動部分の位置変化から検出す
るように構成されていることを特徴とする自動変速装置
用のトルクセンサ。
【請求項２】磁石と一体化されたホール素子から構成
される複数個のセンシング回路と、前記センシング回路
で得られたアナログ信号を単位時間当りの出力変化に換
算する微分回路と、前記微分回路で得られた微分値が所
定のしきい値以上かどうかを判定する変位判定回路と、
それぞれのセンサ出力の論理和をとる出力回路とを備え
ており、前記キャリアの位置変化に対応して前記ホール
素子内を通過する磁束数の変化を利用して前記キャリア
のロック状態の前後の微小な変位を検出することを特徴
とする請求項１記載の自動変速装置用のトルクセンサ。
【請求項３】磁石と一体化されたホール素子から構成
され、前記クラッチブレーキの可動部分の位置変化に対
応して前記ホール素子内を通過する磁束数の変化を利用
して前記クラッチブレーキの可動部分の微小な変位を検
出することを特徴とする請求項１記載の自動変速装置用
のトルクセンサ。