(57)【要約】【課題】  動力伝達部材に作用するトルクを、動力伝達部材の歪みに基づいて検出する車両のトルク検出装置において、外部からの影響を受けにくく実用性の高い新規な手段を提供する。【解決手段】  フライホイール１２の内周側の標識列１３を第１センサＰ１により検出すると共に、外周側の標識列１４の回転位置を第２センサＰ２により検出し、ＸＯＲ回路３１によって得られる両信号の排他的論理和を平滑してトルクを算出する。磁界の微細な変化を利用せずにトルクを検出できるので、外部からの影響を受けにくく実用性の高い新規な手段を提供することができる。【選択図】  図１
2006214773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に固定された軸と外周との間で動力を伝達する動力伝達部材の内周側の所定部分の回転位置を検出する第１検出手段と、
前記動力伝達部材の外周側の所定部分の回転位置を検出する第２検出手段と、
前記両検出手段からの信号に基づいて前記動力伝達部材に作用するトルクを算出する演算処理手段と、
を備えたことを特徴とする車両のトルク検出装置。
【請求項２】
請求項1に記載の車両のトルク検出装置であって、
前記動力伝達部材は、前記第１検出手段に検出されるための第１標識と、前記第２検出手段に検出されるための第２標識とを備えており、
前記動力伝達部材に作用するトルクがゼロのときに、前記第１および第２標識の設置点のなす角度が、前記第１および第２検出手段の検出点のなす角度と等しくなり、且つ前記第１および第２検出手段からの信号が互いに等しくなるように、前記各標識の位置、前記各検出手段の位置および前記各検出手段の出力が設定されており、
前記演算処理手段は、前記両検出手段からの信号の差分または排他的論理和に基づいて前記動力伝達部材に作用するトルクを算出することを特徴とする車両のトルク検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両のトルク検出装置であって、
前記第１および第２検出手段の検出点のなす角度と、前記動力伝達部材に作用するトルクがゼロのときの前記第１および第２標識の設置点のなす角度とが、いずれもゼロであることを特徴とする車両のトルク検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の車両のトルク検出装置であって、
前記第１および第２標識が、それぞれ、前記動力伝達部材の径方向と同方向に延びる外縁を有することを特徴とする車両のトルク検出装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の車両のトルク検出装置であって、
前記演算処理手段は、前記両検出手段からの信号の排他的論理和信号を平滑して得られる実効値に基づいて前記トルクを算出することを特徴とする車両のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達部材に作用するトルクを検出する車両のトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のトルク検出装置は、例えば内燃機関等の回転駆動装置のトルクの検出に用いられる。例えば、自動車では内燃機関について回転数と共にトルクを検出して、点火時期の制御や変速機の制御にフィードバックし、これによって燃費の低減、排ガスの低減、および運動性能の向上が図られる。
【０００３】
特許文献１は、内燃機関のクランクシャフトに連結されたフライホイールの微少な歪みに基づいて、内燃機関のトルクを検出する車両のトルク検出装置を開示している。この装置は、フライホイールに磁性検出プレートを固定し、この磁性検出プレートの歪みに伴って生じる磁歪量の変化を、磁歪式センサによって非接触で検出するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２９５１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、磁性検出プレートを正確な方向に磁化するのが困難である上、磁歪量の検出は磁性体からなるフライホイール等の周辺の部材から磁気的影響を受け易いため、実用性が低いという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、動力伝達部材に作用するトルクを、動力伝達部材の歪みに基づいて検出する車両のトルク検出装置において、外部からの影響を受けにくく実用性の高い新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による車両のトルク検出装置は、中央に固定された軸と外周との間で動力を伝達する動力伝達部材の内周側の所定部分の回転位置を検出する第１検出手段と、前記動力伝達部材の外周側の所定部分の回転位置を検出する第２検出手段と、前記両検出手段からの信号に基づいて前記動力伝達部材に作用するトルクを算出する演算処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明では、動力伝達部材の内周側の所定部分の回転位置を第１検出手段により検出すると共に、動力伝達部材の外周側の所定部分の回転位置を、第２検出手段により検出する。演算処理手段は、前記両検出手段からの信号に基づいて、前記動力伝達部材に作用するトルクを算出する。トルクの作用に起因して動力伝達部材に歪みが生じると、第１検出手段と第２検出手段との信号のうち一方の信号に遅れが生じることになる。したがって、両検出手段からの信号の位相関係の変化を利用して、トルクを検出することができる。このように第１の本発明によれば、上記従来例のように磁界の微細な変化を利用せずにトルクを検出できるので、外部からの影響を受けにくく実用性の高い新規な手段を提供することができる。
【０００９】
また本発明では、動力伝達部材は、前記第１検出手段に検出されるための第１標識と、前記第２検出手段に検出されるための第２標識とを備えており、前記動力伝達部材に作用するトルクがゼロのときに、前記第１および第２標識の設置点のなす角度が、前記第１および第２検出手段の検出点のなす角度と等しくなり、且つ前記第１および第２検出手段からの信号が互いに等しくなるように、前記各標識の位置、前記各検出手段の位置および前記各検出手段の出力が設定されており、前記演算処理手段は、前記両検出手段からの信号の差分または排他的論理和に基づいて前記動力伝達部材に作用するトルクを算出することが好ましい。
【００１０】
このような構成では、トルクの作用に起因して動力伝達部材に歪みが生じると、第１および第２標識のなす角度に変化が生じる。したがって、両検出手段からの信号の差分または排他的論理和を算出することにより、トルクの情報を明瞭に検出することができる。
【００１１】
また、本発明では、第１および第２検出手段の検出点のなす角度と、動力伝達部材に作用するトルクがゼロのときの第１および第２標識の設置点のなす角度とを、いずれもゼロに設定することが好ましい。このような構成では、両検出手段および両標識を同一径線上に配置することで本発明に所期の効果を得ることができ、装置の設計を単純にすることができる。
【００１２】
また、本発明では、第１および第２標識が、いずれも動力伝達部材の径方向と同方向に延びる外縁を有することとするのが好ましい。このような構成では、両検出手段の検出点の径方向の位置ずれに起因した誤差を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明におけるトルクの算出は、両検出手段からの信号の排他的論理和信号を平滑して得られる実効値に基づいて行うこととするのが特に好適である。
【００１４】
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図２には本発明の第１実施形態に係る車両１が示されている。車両１はマニュアルミッション車であり、エンジン２の動力を、クラッチ３を介して、変速機４、プロペラシャフト５、ディファレンシャルギヤ６、駆動軸７および車輪８に伝達するようにされている。
【００１５】
クラッチ３は、フライホイール１２およびクラッチディスク１３を含んでいる。フライホイール１２は、エンジン２のクランクシャフト１１に固定されている。クラッチディスク１３は、クラッチスプリング１４によってフライホイール１２に押し付けられており、また、車室内に設けられた不図示のクラッチペダルを操作することによって、フライホイール１２から選択的に切り離される。フライホイール１２は、その中央に固定されたクランクシャフト１１からの動力を、その外周に押し付けられるクラッチディスク１３に伝達する。
【００１６】
図１に示されるように、フライホイール１２の内周側であってクランク軸１１の近傍には、これに対向するように第１センサＰ１が設置されている。フライホイール１２の外周側であって外縁の近傍には、これに対向するように第２センサＰ２が設置されている。センサＰ１，Ｐ２は、光源であるＬＥＤと受光素子であるフォトトランジスタとを含んだ反射式の光センサである。センサＰ１，Ｐ２の検出点は、フライホイール１２の同一径線上に（すなわち、動力伝達部材であるフライホイール１２の軸心の周りで、両センサＰ１，Ｐ２の検出点のなす角度がゼロになるように）並んでいる。
【００１７】
フライホイール１２には、第１標識列１３および第２標識列１４が設置されている。標識列１３，１４は、それぞれ、フライホイール１２に形成された多数の標識１３ａ，１４ａからなる。標識１３ａ，１４ａは、光反射部分であり、多数のものがそれぞれ同心円状に配置されている。標識１３ａ，１４ａは、例えば光反射性シートの貼着や、光反射性プレートのはめ込み、あるいはフライホイール１２の該当部分の鏡面加工などによって形成することができる。
【００１８】
標識列１３，１４における標識１３ａ，１４ａの個数は互いに等しくされており、個々の標識１３ａ，１４ａは、フライホイール１２の同一径線上に（すなわち、両標識１３ａ，１４ａのなす角度がゼロになるように）並んでいる。標識１３ａ，１４ａはほぼ矩形であり、いずれもフライホイール１２の径方向と同方向に延びる外縁（両側辺）を有すると共に、弧状または直線状の上辺および下辺を有する。なお、本発明では標識の周方向の配置個数を本実施形態の仕様よりも多くすることにより、検出精度を向上することも可能である。
【００１９】
センサＰ１，Ｐ２の出力信号は、オペアンプ等からなるＸＯＲ回路３１に入力され、両信号のＸＯＲ（排他的論理和）信号が、フィルタ回路３２によって平滑されて、電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）３３に入力される。ＸＯＲ回路３１およびフィルタ回路３２には、従来公知の種々の回路構成を採用できる。また、センサＰ１，Ｐ２からの出力信号の波形は、フライホイール１２に作用するトルクがゼロの場合に、ＸＯＲ回路３１における処理の際に互いに等しいパルス状になるようにそれぞれ設定されている。
【００２０】
ＥＣＵ３３は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに、各種情報やマップ等が記憶されるバックアップＲＡＭなどの記憶装置等を含むものである。このＥＣＵ３３の入力ポートには、上述のフィルタ回路３２のほか、エンジン２のクランクシャフト１１の近傍に設けられたクランク角センサ等の不図示の各種センサが、不図示のＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。ＥＣＵ３３は、これら各センサの検出信号が入力されることによって、各検出値を取得する。また、ＥＣＵ３３の出力ポートには、点火プラグ、インジェクタ、スロットルモータなどの各種アクチュエータが、不図示のＤ／Ａ変換器を介して接続されている。ＥＣＵ３３は、記憶装置に記憶されている各種マップ、基準値、設定値等を用いると共に、これらの情報および各種センサの検出値等に基づいて、点火プラグ、インジェクタ、スロットルモータ等を制御する。
【００２１】
以上のとおり構成された本実施形態の動作について説明する。本実施形態では、センサＰ１，Ｐ２からの信号出力の波形は、フライホイール１２に作用するトルクがゼロのときに、互いに等しくなるようにそれぞれ設定されており、かつ、標識１３ａ，１４ａの設置点のなす角度が、フライホイール１２に作用するトルクがゼロのときに、センサＰ１，Ｐ２の検出点のなす角度と等しく（ゼロに）されている。したがって、フライホイール１２に作用するトルクがゼロのときには、センサＰ１，Ｐ２からの出力信号は同位相になり、ＸＯＲ回路３１からの出力およびフィルタ回路３２からの出力は、いずれもゼロになる。
【００２２】
そして、フライホイール１２にトルクが作用すると、フライホイール１２の回転方向の歪みに起因して、第２センサＰ２の検出がわずかに遅れる結果、センサＰ１，Ｐ２の出力信号に位相差が生じることになる。この位相差に起因して、図３に示すように、ＸＯＲ回路３１の出力が、わずかなパルス幅を持つパルス状となり、また、これを平滑して得られるフィルタ回路３２の出力は、ＸＯＲ回路３１の出力（ＸＯＲ信号）のデューティー比に応じたアナログ値になる。このようなフィルタ回路３２の出力がＡ／Ｄ変換された後、ＥＣＵ３３で処理され、例えば所定のマップの参照および補完計算により、クランクシャフト１１のトルク値が算出される。
【００２３】
以上詳述したとおり、本実施形態では、フライホイール１２の内周側の所定部分の回転位置を第１センサＰ１により検出すると共に、フライホイール１２の外周側の所定部分の回転位置を、第２センサＰ２により検出し、ＥＣＵ３３は、両センサＰ１，Ｐ２からの信号に基づいて、フライホイール１２に作用するトルクを算出するようにした。トルクの作用に起因してフライホイール１２に歪みが生じると、第１センサＰ１と第２センサＰ２との信号のうち一方の信号に遅れが生じることになる。したがって、このような両センサＰ１，Ｐ２からの信号の位相関係の変化を利用してトルクを検出することができ、上記従来例のように磁界の微細な変化を利用せずにトルクを検出できるので、外部からの影響を受けにくく実用性の高い新規な手段を提供することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、予めフライホイール１２に作用するトルクがゼロのときに、センサＰ１，Ｐ２の検出点のなす角度と、標識１３ａ，１４ａの設置点のなす角度とが等しくなるように、且つセンサＰ１，Ｐ２からの信号が互いに等しくなるように、標識１３ａ，１４ａの位置、センサＰ１，Ｐ２の位置およびセンサＰ１，Ｐ２の出力が設定されている。したがって、トルクの作用に起因してフライホイール１２に歪みが生じ、標識１３ａ，１４ａのなす角度に変化が生じると、ＸＯＲ回路３１の出力が急峻に変化する。したがって、本実施形態では、両センサＰ１，Ｐ２からの信号の差分または排他的論理和を算出することにより、トルクの情報を明瞭に検出することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、センサＰ１，Ｐ２の検出点のなす角度と、フライホイール１２に作用するトルクがゼロのときの標識１３ａ，１４ａの設置点のなす角度とを、いずれもゼロに設定したので、両センサＰ１，Ｐ２および両標識１３ａ，１４ａを同一径線上に配置することで本発明に所期の効果を得ることができ、装置の設計を単純にすることができる。
【００２６】
また、本実施形態では、標識１３ａ，１４ａが、いずれもフライホイール１２の径方向と同方向に延びる外縁を有することとしたので、両センサＰ１，Ｐ２の検出点の位置ずれ（とくに、フライホイール１２の径方向における検出点の位置ずれ）に起因した誤差を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、トルクの算出をセンサＰ１，Ｐ２からの信号の排他的論理和信号を平滑して得られる実効値に基づいて行うこととしたので、簡易な構成および処理によって良好な検出を行うことができる。
【００２８】
また、本実施形態では動力伝達部材であるフライホイール１２の歪みを利用して、トルクの検出を行うので、動力伝達部材に対する重量の増加が微少または皆無で済み、また検出用のディスクなど動力伝達に寄与しない検出用部材を動力伝達部材に取り付けるためのスペースも不要である。また、検出をフライホイール１２に対して非接触で行うので、検出のための構造による機械的動力の損失もない。
【００２９】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。例えば、上記実施形態では、各センサＰ１，Ｐ２および標識１３ａ，１４ａに光反射式の手段を用いたが、例えば動力伝達部材に切欠きや通孔などの光透過構造を設けて透過光を検出する光透過式の手段を採用してもよい。
【００３０】
また、本発明における検出手段および標識には、磁気的手段を採用してもよい。例えば、上記実施形態における標識１３ａ，１４ａと同じ平面形状および配列の永久磁石を、フライホイール１２に埋め込み、これら永久磁石からなる標識の形成する磁界を、検出手段としてのＭＲＥ素子（磁気抵抗効果素子）で検出することで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記実施形態では動力伝達部材の内周側と外周側とに共通の種類の回転位置検出手段を設けたが、回転位置検出手段は互いに異種のものであってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、作用するトルクがゼロのときの標識１３ａ，１４ａのなす角度を、センサＰ１，Ｐ２の検出点のなす角度と等しくゼロとしたが、本発明では作用するトルクがゼロのときの両標識のなす角度と両センサの検出点のなす角度とを等しく設定すれば、両標識間および両センサ間の機械的角度がゼロでなくても、上記実施形態と同様の所期の効果を得ることができる。
【００３２】
また、上記実施形態ではマニュアルミッション車において本発明を適用した例について説明したが、本発明は自動変速機を備えた車両に適用することも可能であり、この場合には検出対象となる動力伝達部材として、リングギヤを用いるのが特に好適である。また、本発明を適用しうる動力伝達部材はこれらに限られず、回転体の回転軸から入力され外周部に動力を伝達する構造（例えば回転体が車輪であれば、ホイールハブ近傍とリム近傍との２点で位置検出を行い、ホイールの歪みに起因する遅れを検出する）のほか、逆に、外周部から伝達された動力を回転軸の近傍に伝達する構造について適用することも可能であり、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態のトルク検出装置の要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態が適用される車両を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態によって検出および処理された信号を示すタイミング図であり、図中上から、平滑後の信号、ＸＯＲ信号、第１センサＰ１の出力、および第２センサＰ２の出力を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１        車両
２        エンジン
３        クラッチ
４        変速機
１１      クランクシャフト
１２      フライホイール
１３      第１標識列
１４      第２標識列
１３ａ，１４ａ  標識
３１      ＸＯＲ回路
３２      フィルタ回路
３３      電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｐ１      第１センサ
Ｐ２      第２センサ
【図１】
2006214773.tif 000003
【図２】
2006214773.tif 000004
【図３】
2006214773.tif 000005