JPS58214830A - 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スるた
めの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、機関の出力軸に取り付
け、機関トルクを車輪等負荷に伝達する際、トルク伝達
軸に発生する軸のねしれとして検（２） 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。

とくに、本発明は位相検出器の取付上のばらつき一初期
位相（あるいは取付位相）−による誤差を補償すること
ができるトルク検出装置を提供しようとするもである。

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構成図、第２図
は本発明に係るトルク検出装置を詳細に表わす縦断面図
、第３図は第２′図のＡ−Ａ断面、第（３） ４図は第３図のＢ−Ｂ断面の拡大を示しである。

第１図において、１３は自動車の内燃機関、１４はその
出力軸に連結された変速機、１６はトルクは検出装置、
１７は終減速機、１８は駆動輪である。トルク検出装置
１６を示す第２図において、■は機関（１３）によって
回転駆動される駆動側の軸体、２は負荷に結合される被
駆動側の軸体である。駆動側の軸体１の軸体２側の一端
は等角度間隔で複数個（例えば９０”毎に４個）設けら
れた弾性体受部１ａを有している。一方被駆動側の軸体
２の軸体１側の一端は弾性体受部１ａと対向するように
複数個の弾性体受部２ａがそれぞれ設けられている。

そして、弾性体受部１ａと２ａとの間には金属製の弾性
体受座３ａ、３ｂを両端に取り付けた弾性体４が挿入さ
れ、カップリングフランジ５により弾性体４を軸体１の
一端にはさみこみ、リベット１３により固定されている
。弾性体４は本実施例ではスプリング又はゴムを用いて
いる。

駆動側軸体ｌおよび□被駆動側軸体２にはそれぞ（４） れ第１．第２の回転体６，７が結合されている。

両回転体はそれぞれ周方向に等間隔で設けられた複数個
のは６ａ、７ａを有している。

８は各回転体６，７の外周側に配置された筒状の固定子
でそれぞれベアリング９．１０により軸体１，２の回転
によっても回転しないように固定されている。さらに電
磁ビックアンプ１１．１２がそれぞれ回転体６，７の歯
６ａ、７ａに対向して取り付けられ、ピックアップ１１
．１２で検出した電気信号はリード線１１ａ、１２ａを
経て外部の計測回路３０に導かれるようになっている。

さらに変速機１４のニュートラル位置を検出する装置１
５が変速機１４に設けられている。本実施例においては
スイッチを使用している。

上記構成において、軸体ｌが第３図に示す矢印の方向に
回転すると、弾性体受部１ａ、５ａが弾性体４を介して
弾性体受部２ａを押し、これにより軸体１とともに軸体
２が軸体１と同方向に回転する。軸体２の負荷が小さい
ときは弾性体４のたわみ量は少ないが、負荷が大きくな
るにしたかっ（５） てこれに比例して弾性体４のたわみ量は多くなっている
。

このため、軸体１，２にそれぞれ結合された回転体６と
７は同速度で同方向に回転するが、軸体２の負荷が大き
くなると弾性体４がたわみ、回転体６が回転体７より先
行し、その周方向の相対位置が変化する。このとき、回
転体６と７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。

測定にあたっては、軸が回転するとピックアップ１１に
は回転体６の回転に同期して歯６ａの凹凸のために生じ
る磁気抵抗の変化により交番電圧が発生する。同様にピ
ンクアップ１２にも交番電圧が発生する。ここで、変速
機に設けたニュートラルを検出するスイッチ１５が○Ｎ
であるときの２つの交番電圧信号の位相差を外部の測定
回路において測定することにより無負荷時の位相差がわ
かる。この場合、位相差は回転体６．７の取付位置ある
いはピンクアップ１１．１２の取付位置のばらつきなど
によって装置毎にばらつきが生じゃ（６） すい。

次に変速機が接続され（スイッチＯＦＦ状態）実際の負
荷トルクに比例して軸がねじらると、回転体の円周方向
の相対位置関係もねじれ角に比例して変化するので、そ
れに応じてピックアップ１１．１２に生じる交番電圧信
号の位相差が変化する。本装置では、実際の測定中にお
ける位相差と無負荷時の位相差とを比較すれば測定中の
実際のトルクが正確に算出できる。

第５図は電磁ピックアップ１１．１２に得られる電気信
号の波形図である。ｆａｔはビック１１から出される電
気信号の波形整形後のパルス波形である。しかして負荷
が加わるとピックアップ１２から出力される電気信号は
負荷トルクに応して位相が遅れてくる。このため（ａｌ
の信号と巾）の信号との立ち上がり位相差をとると（Ｃ
１に示す負荷トルク信号が得られる。この、信号におい
て、パルスの繰り返し周期Ｔは軸体１．２の回転数か一
定であれば一定であるが、パルスの時間幅ｔはｆａｔの
信号と中）− の信号の位相差、すなわち負荷トルクに比例する。

（７） 次に以上の計測と、トルクの演算を行う計測演算回路３
０について説明する。

第８図は計測演算回路３０のシステムブロック図である
。前記の電磁ピックアップ１１．１２からの出力はそれ
ぞれ整形回路１００，２００に入力された後、回転数係
数回路３００と位相差計測回路４００に入力される。回
転数係数回路３００では回転数（回転速度）の２進デー
タが得られマイクロコンピュータ５００にそれを人力し
、位相差計測回路４００では電磁ピックアップ１１と電
磁ピックアップ１２の信号の位相差即ちトルク検出装置
の弾性体たわみ量が２進データで得られマイクロコンピ
ュータ５００に入力される。

ニュートラル位置検出装置１５は変速位置がニュートラ
ルのときにＯＮするスイッチで、整形回路７００を経て
そのデータはマイクロコンピュータ５００に人力される
。マイクロコンピュータ５００は回転数と位相差とニュ
ートラルのデータから所定の演算により駆動トルクを演
算して表示回路６００に出力する。

（８） 前記整形回路１００は、第９図に示す通り抵抗１０１５
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１０４，１
０５，１０６，１０７゜１０８及び比較器１０９からな
る比較回路とから構成されている。ここで、比較器１０
９の反転入力端子（＝）には抵抗１０５を介してバイア
ス直流電圧ＶＢ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か印加されている。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、立下りか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１１から第１０図（ａ
ｌで示すように脈動信号が出力されると、比較器１０９
から第１０図１ｒＪで示すような波形のタイミングパル
ス信号か出力される。

回転数係数回路３００は第１１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Ｃ
Ｌに入力されるクロックパルス信（９） 号ＣＩを計数するもので、出力端子Ｑ２〜Ｑ４のうち１
つの出力端子の出力信号が１”レベルとなり、かつカウ
ント動作停止端子ＥＮに“ｌ”レベル信号が入力される
と、カウンタ（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”レベル信号が入力され、
カウント動作を停止する。

この状態で整形回路１００から第１０図１ｒＪに示すタ
イミングパルス信号、ン６セノト端子Ｒに入力されると
、カウンタ３０１はリセットさ、出力端子Ｑ４の出力は
第１０図（ｆｌに示すように“０”レベルとなる。そし
て、時間Ｔ２だけ経過し、リセット端子Ｒに人力される
信号が°０”レベルになるとカウンタ３０１はカウント
動作を開始し、出力端子Ｑ２．Ｑ３からはそれぞれ第１
０図１ｒＪ）、　（ｅ）に示すように順次パルス信号か
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、再びカウント動作を停止
する。

（１０） カウンタ３０１及び整形回路１００の出力信号は、それ
ぞれＮＯＲゲート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出力はカウンタ３０４のリセット端
子Ｒに入力されている。

つまり、第１０図ｆｂ）に示す整形回路１００の出力信
号と第１Ｏ図（ｆｌに示すカウンタ３０１のＱ４出力の
ＮＯＲ論理をとることによりＮＯＲゲート３０２からは
第１０図（ｇｌに示すようなパルス信号が出力され、さ
らにこのＮＯＲゲート３０２の出力信号と第１０図ｔｃ
＋に示すクロックパルス信号Ｃ１とのＮＯＲ論理をとる
ことにより、ＮＯＲゲート３０３から第１０図（ｈｌに
示すようなパルス信号が出力さ、このパルス信号がカウ
ンタ３０４に入力される。

ここで、第１０図Ｑ）ｌに示すタイミングパルス信号が
“Ｏ”レベルに立下がって第１０図ｔｇｌ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はカウント動作を停止する。その
後、カウンタ３０４の出力端（１１） 子Ｑ１〜Ｑ１２の出力は、時刻ｔ２におけるカウンタ３
０１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ＣＤ　４０３５）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”レベルになると、カウンタ３０４がリセットさ、時
刻ｔ４においてカウンタ３０１のＱ４出力が“１″レベ
ルになるとカウンタ３０４は再びカウント動作を開始す
る。

このカウンタ３０４の動作は、電磁ピックアップ１１ガ
駆動側の回転体の歯６ａ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と同Ｍして繰返し行われるため
、ノフトレシスタ３０５〜３０７の各出力端子Ｑｌ−Ｑ
４からは駆動側の回転速度Ｎの逆数１／Ｎに比例した２
逓信号か出力される。３ステートバツフ７３０８は、制
御端子３０８ａに“１”レベル信号か加えられている間
は出力が高インピーダンスとなるもので、出力端子群３
０８ｂはパスラインを介してマイクロコンピュータ５０
０に接続されている。

（１２） 制御端子３０８ａにはＮＡＮＤゲート３０９の出力信号
が人力され、ＮＡＮＤゲート３０９にはマイクロコンピ
ュータ５００に内蔵なれているデバイス制御ユニット（
ＤＣＵ）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ＳＥ’ＬＩが入力さている
。そして、ＮＡＮＤゲート３０９ノ出力信号が“０″レ
ベルになると、シストレジスタ３０５〜３０７のＴ／Ｎ
に比例シた２逓信号がマイクロコンピュータ５００に入
力される。

ここでクロックパルス信号Ｃ１は公知の水晶発振器より
出力される約５２４ＫＨｚのクロックを使用しており、
その詳細については省略する。

次に整形回路２０．０について説明する。整形回路２０
０は前記整形回路１００と全く同一の構成作動をしてお
り、電磁ピックアップ１２の出力信号を整形する。

位相差計測回路４００は第１２図に示されており、デバ
イダ付カウンタ３０１と同しであり、リセット端子Ｒに
第１３図（ａｌ、　（ｂｌに示す整形回路（１３） １００．２００よりの信号が入力されると出力端子Ｑ１
からはそれぞれ第１′３図＋Ｃ＋、　ｆｄｌに示すパル
ス信号が出力さる。前記パルス信号はＲ−Ｓフリップフ
ロップ４０３のＳ端子、Ｒ端子にそれぞれ人力され、出
力端子Ｑからは第１３図ｔｅｌ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ＴＩをもったパルス信号が得られる。前記、時間Ｔ
１のパルス信号はＮＡＮＤゲート４０５により、クロッ
クパルス信号Ｃ１と論理をとり、第１３図（ｆｌに示す
信号が、カウンタ４０６に入力される。以下は回転数計
数回路３００で説明したのと同じ作動により、デバイダ
付カウンタ４０４．カウンタ４０５．シフトレジスタ４
０７〜４０９．３ステートバツフア４１０、ＮＡＮＤゲ
ート４１１により前記の電磁ピックアップ１１．１２か
らの出力信号の位相差に相当する時間Ｔ１を計測して、
これに比ｊすした２逓信号がマイクロコンピュータ５０
０に入力される。

マイクロコンピュータ５００は東芝製１２ピノ（１４） トマイクロコンピュータＴＬＣ３−１２Ａを使用してお
り、プログラムで定める任意の周期毎に、回転数計数回
路３００と位相差計測回路４００とニュートラル位置検
出装置１５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。この場合、前記回路３０
０，４００は出力ラッチ回路を有するため、コンピュー
タの動作は、前記回路３００，４００と非同期であって
よい。が、検出の応答性を増すため、介す３００゜４０
０にデータが用意されたときにコンピュータ５００に入
力要求信号を送るようにしてもよい。

マイクロコンピュータ５００の構成を第１４図に示す。

４個のＬＳＩと３個のＲＡＭ、２個のＲＯＭから構成さ
れ、それらは全てパスラインで結ばれている。中央処理
ユニノ）　（ＣＰＵ）　５１０は東芝製のＴａ２０５を
、割込ラッチユニット（ＩＮＴＵ）５２０は東芝製のす
Ｔ３’２１９を、メモリ制御ユニット　（ＮＣＵ）５３
０は東芝製のＴａ２０５を、入出力制御ユニット（Ｄ　
ＣＵ）（１５） ５４０は東芝製のＴａ２０５を、ＲＡＭの５５０〜５５
２は東芝製のＴＣ５００７を、ＲＯＭの５６０．５６１
は富士通型のＭＢ８５１６を使用している。各デバイス
の機能については公知であるので説明を省略する。

表示回路６００は本実施例ではｌＯ進表示が可能なりセ
グメントＬＥＤを使用して、マイクロコンピュータ５０
０で演算されたトルク値を表示している。

整形回路７００は第１５図に示されており、ニュートラ
ル検出装置１５の変速機のニュートラル位置に対応した
スイッチ信号を整形して、そのデータをマイクロコンピ
ュータ５００に入力する。構成は図に示すように抵抗７
０１，７０３，７０６゜７０７とダイオード７０２とコ
ンデンサ７０４とトランジスタ７０５で整形されたのち
、回転数計測回路３００で説明したのと同じ作動により
、３ステートバツフア７０８、ＮＡＮＤケート７０９に
よりニュートラル位置の信号がマイクロコンピュータ５
００に入力される。

（１６） 第５図は本装置の作動を端的に示している。前記の通り
（ａｌは電磁ピックアップ１１から出力される電気信号
整形パルス中）は電磁ビックアップ１２から出力される
電気信号の整形パルスである。前述のごとく、トルク検
出装置に負荷が加わると駆動トルクに応じて弾性体４が
たわみ、（ｂｌの信号は（ａｌの信号に対して位相が遅
れてくる。従って回転数が一定であれば、（ａｌ、　（
ｂ）信号の位相差をとった第５図ｔｅｌ信号のパルス幅
ｔは負荷トルクに比例する。

次にマイクロコンピュータ５００の演算内容について第
５図を参照して説明する。変速機がニュートラルの時に
計測された前記の無負荷位相差をｔｏ、周期をＴｏとす
ると、 θ０＝３６０°ｘ　ｔ　ｏ　／　Ｔ　ｏ　−・−−（１
１＋１１式から計算されたθ０が第５図（ａｌ、　ｆｂ
ｌ信号の無負荷時の位相差を角度に換算したものである
。

一方変速機がニュートラルでないときに計測された前記
の位相差をｔｌ、周期をＴ１とすると、θ１＝３６０°
Ｘｔｌ／Ｔｌ・・・・・・（２）（１７） （２）式から計算されたθ１が第５図ｔａ＋、　（ｂｌ
の負荷をかけた時の位相差を角度に換算したものである
。

さらに、 θ＝θｌ−θ０　　　　　　・・・・・・（３）（３）
式から計算された位相差θが、負荷がかがったことによ
り生した位相差である。従って前記の位相差θは駆動ト
ルクに比例した値となる。そしてＭ＝Ｋｘθ　　　　　
　　　・・・・・・（４）（Ｋは角度−トルク変換係数
） で表わされる（４）式によって駆動トルクＭを求めるこ
とができる。

以上トルク検出装置１６を変速＃１１４と終減速ｔａｌ
１７の間に設けた場合について説明したが、第６図に示
すように機関１３と変速機１４の間のクラッチ部に設け
た場合でもよく、また第７図に示すように流体変速機に
設けてもよく、要するにトルク検出器を実際の車両に装
置したあと無負荷時の位相差を補正してトルクを求めれ
ばよい。

さらに無負荷時の検出は変速機のニュートラル状態の検
出するものでなくても、マニホールド圧（１８） 力、スロットル開度、吸入空気量１機関回転数。

駆動軸回転数が設定状態にあることを検出するようにし
ても良く、また手動変速機であればクラッチの断接に連
動するスイッチで検出しけもよい。

また回転角を検出する手段は特に限定されるものではな
く、電磁式のほか光電式２発振式、半導体形などいずれ
も使用できる。

以上述べたように本発明によれば無負荷状態において初
期位相が検出され通常検出値を補正するため、取付の際
のばらつきを補償することができる。なお、初期位相が
経年変化する場合でも補正を行なって対処するようにす
ることもできる、という効果も発揮する。

【図面の簡単な説明】 第１図はトルク検出装置の取付例を示す構成図、第２図
はトルク検出装置の構造例を示す断面図、第３図は第２
図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、第５図はトルク検出の様子を説明するた
め、のタイムチャート、第６図と第７図はそれぞれトル
ク検出装置の変形（１９） 例を示す断面図、第８図は計測回路３０のシステムブロ
ック図、第９図は整珍回路１００の電気結線図、第１０
図は形成回路１００と回転数計数回路３００の動作を示
すタイムチャート、第１１図は回転計数回路３００の電
気結線図、第１２図は位相差計測回路４００の電気結線
図、第１３図は位相差計測回路４００の動作を示すタイ
ムチャート、第１４図はマイクロコンピュータ５００の
ブロック図、第１５図は整形回路７００の電気結線図で
ある。 ■・・・駆動側の軸体、２・・・被駆動側の軸体、４・
・・弾性体、６，７・・・回転体、１１．１２・・・電
磁ピックアップ、１３・・・内燃機関、１４・・・変速
機、１５・・・ニュートラル位置検出装置、１６・・・
トルク検出装置、１７・・・終減速装置、３０・・・計
測回路。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （２０） 第　１　図 第２図 第３図 ＠　４　図 ２ 第　５　■ 小　　　　Ｌルクー〉火 第６図 第７図 第８図 ０ 第　９■ １１１０　口 （↑）−１ （ｇ） ｎｎ口Ｎ ｉｌ　ｔ２ｔ３Ｌ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ動力により回転駆動される駆動体と、負荷に接続
   され前記駆動体により回転駆動される被駆動体との間に
   、弾性体を介在させてなり、前記駆動体と前記被駆動体
   との間に生じる回転位相差を検出するようにしたトルク
   検出装置であって、無負荷状態を検出する手段を備え、
   無負荷状態で得られる前記回転位相差により通常検出地
   の補正をなすように構成されたトルク検出装置。 （２）前記駆動体が内燃機関に接続されている特許請求
   の範囲第１項に記載のトルク検出装置。 （３）前記駆動体が変速機に接続され前記被駆動第か終
   減速装置に接続されている特許請求の範囲第１項に記載
   のトルク検出装置。 （４）前記無負荷状態の検出手段が前記変速機のニュー
   トラル状態を検出するようになっている特許請求の範囲
   第２項または第３項に記載のトルク検（１） 小装置。 （５）前記無負荷状態の検出手段としてクラッチの断接
   を検出するスイッチが用いられる特許請求の範囲第３項
   に記載のトルク検出装置。 （６）前記駆動体が内燃機関に結合された変速機に接続
   され前記被駆動体か終減速装置に接続されている特許請
   求の範囲第１項に記載のトルク検出装置。 （７）前記無負荷状態の検出手段が内燃機関のマニホー
   ルド圧力、スロットル開度、吸入空気量、機関回転数、
   および駆動体の軸回転数のうちの少なくとも１つに応答
   するようになっている特許請求の範囲第２項または第６
   項に記載のトルク検出装置。