JP5242117B2 - ドライブシャフトの軸トルク測定装置・測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車のエンジンの動力を車輪に伝達する役目を持っている駆動輪車軸、すなわちドライブシャフトにおいて、その軸トルクを測定する装置、およびその軸トルク測定装置を搭載したドライブシャフトに関する。このようなドライブシャフトとしては、前輪駆動車の前輪軸、後輪駆動車の後車軸、全輪駆動車の全車軸が該当する。

独立懸架方式のサスペンションを採用する自動車のドライブシャフトでは、サスペンションの動きに追随しながら駆動力を伝達する必要がある。このため、ドライブシャフトの一端は等速ジョイントを介してディファレンシャルと連結され、他端は等速ジョイントを介して車軸（アクスル）と連結される。このようにしてドライブシャフトはエンジンの動力を車輪まで伝える駆動系統に組み込まれ、エンジンの動力は最終的にドライブシャフトによって車輪に伝えられる。
また、最近の自動車はあらゆる部分に電子制御技術が導入されており、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、ノンスリップデフ（ＬＳＤ）、などの走行制御では車輪速信号が利用されている。このため、通常、ドライブシャフトのアウトボード側（アクスル側）にＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御用のパルサーリングが設けられ、車輪の回転に伴い歯車状のパルサーリングが回転すると、それに近接して車体側に設置された電磁ピックアップに車輪回転数に比例した周波数のパルスが発生するようになっている。

特許文献１において、両端に等速ジョイントを具備した自動車のドライブシャフトであって、各等速ジョイントすなわちインボード側、アウトボード側のそれぞれの等速ジョイントの外輪にパルサーリングを取付けるドライブシャフトの軸トルク測定方法が示されている。すなわち、両パルサーリングによって発生する回転信号を検出し、ドライブシャフトに生じたねじれに対応する回転信号の位相差を演算処理して軸トルクを求める。
また、求めた軸トルク信号に基づいてエンジンの出力を制御することにより、過大トルクの発生を防止し、この過大トルクの発生防止によってドライブシャフトの軸径および等速ジョイントのサイズダウンによる軽量化を図ることが開示されている。

また、特許文献２においては、上記軸トルク測定方法において、回転信号の位相差の演算処理として、アウトボード側の回転パルス信号とインボード側の回転パルス信号との位相差を、ドライブシャフトの最高回転数における回転パルス周波数以上の周波数を有する一定周波数パルスのカウント値である位相差検出パルス数として求めるものが開示されている。

また、特許文献３においては、特許文献２の場合と同様な方法で、回転数に同期した周波数の基準パルスを生成してカウントするものが開示されている。

また、特許文献４においては、特許文献２の場合と同様な方法で、回転検出センサと、別に設けた２個のセンサターゲットとを用いるものが開示されている。

また、特許文献５においては、ドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設けると共に、これら各センサターゲットに対向して、各センサターゲットの回転を検出するセンサを設け、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるものが開示されている。
特開平７−６３６２８号公報 特開２００７−９３４０６号公報 特開２００７−９３４０７号公報 特開２００７−９３４５２号公報 特開２００７−１６３４３２号公報

上記特許文献１〜４に開示されている技術では、回転パルスを出力するセンサを使用し、ドライブシャフト両端での回転パルス出力における位相ずれを演算することによってねじれ量を検出している。しかし、これでは、停止状態から駆動を始める場合のように、一方の軸端が停止状態あるいは回転速度が極端に低い場合には、正確に軸トルクを検出できないという問題がある。
また、特許文献５では、センサの形式を指定していないが、実施形態では出力パルスの位相差を時間差として検出する例が提示されている。この場合、両軸端の双方が回転してパルスを発生させないと、ドライブシャフトのねじれ量を測定することができないので、上記特許文献１〜４の場合と同様な問題がある。

この発明の目的は、ドライブシャフトの一端側が停止状態あるいは極端に回転速度が低い場合でも、正確に軸トルクを検出できるドライブシャフトの軸トルク測定装置、軸トルク測定装置付きドライブシャフト、およびドライブシャフトの軸トルク測定方法を提供することである。

この発明のドライブシャフトの軸トルク測定装置は、両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設けると共に、これら各センサターゲットに対向して、各センサターゲットの回転を検出するセンサを設け、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるものであって、前記各センサは、対向する前記各センサターゲットの回転を直接検出する磁気センサと、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍して高分解能な回転パルスを生成する逓倍回路とを有するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求める回転パルス差分算出手段と、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求める軸トルク演算手段とを設け、前記回転パルス差分算出手段は、前記各逓倍回路が生成する回転パルスを計数する複数のカウンタを有し、これらのカウンタによる計数値を前記各センサターゲットの１回転に１回リセットする機能を有することを特徴とする。
この構成によると、ドライブシャフトの微小なねじれ角を高分解能に検出できるため、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になる。また、回転パルスを計数することで軸トルクを演算するので、２つのセンサターゲットのうち一方が止まっていても、つまり例えばドライブシャフトの一端側が停止状態あるいは極端に回転速度が低い場合でも、正確に軸トルクを検出できる。

この発明において、前記センサターゲットが前記等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられた磁気エンコーダであり、前記磁気センサが、前記磁気エンコーダの磁極ピッチ内で互いにずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin および cosの２相の信号出力を得られるものであって、前記逓倍回路が生成する回転パルスは、前記磁極内における位置を逓倍して検出するものであっても良い。この構成の場合、磁気エンコーダの磁極内の位置をより細かく検出でき、より高分解能な回転パルスを生成できる。

この発明において、前記センサターゲットが前記等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられた磁気エンコーダであり、前記磁気センサが、前記磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、sin, cosの２相の信号出力を演算によって生成するものであって、前記逓倍回路が生成する回転パルスは、前記磁極内における位置を逓倍して検出するものであっても良い。この構成の場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダの位相を検出することが可能である。これにより、十分大きい磁極ピッチの磁気エンコーダを使用しても、数倍〜数十倍の分解能で磁気エンコーダの位相を検出することが可能であるため、小さなトルクによるわずかなドライブシャフトのねじれ角をも検出することができる。

この発明において、前記各センサの逓倍回路のうちいずれか１つの逓倍回路の生成する回転パルスが、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号であっても良い。この構成の場合、これら２相の信号によって回転方向を判別することができるため、正負のどちらの方向の軸トルクをも検出することが可能となる。また、坂道での運転における微小な前進や後戻りなども、回転方向と共に軸トルクを検出することができるので、条件に応じた最適なブレーキ制御やトルク制御により、車両の運転しやすさを向上させることが可能となる。

この発明において、前記回転パルス差分算出手段により求められた回転パルスの差分と、運転状態を示す所定のデータとから、前記軸トルク演算手段により求められる軸トルクに含まれる定常オフセット量を推定して、前記軸トルクからオフセット分をキャンセルするオフセットキャンセル手段を設けても良い。
各回転パルスをカウンタで計数し、ドライブシャフトの現在回転角度を計数値として保持する場合には、機械的なガタによって計数値に定常オフセットが発生したり、ノイズによる誤カウントによって両カウンタの計数値がずれたりして、軸トルク演算に誤差が生じることがある。上記オフセットキャンセル手段で、前記軸トルク演算手段のトルク出力値すなわち角度差をモニタしながら、運転状態に関するデータ（加減速状態、エンジン回転数など）に応じたフィルタ処理を行なって定常オフセット分を抽出して、軸トルク演算手段での演算処理においてオフセット分をキャンセルすると、機械的ガタなどによって発生するオフセットの影響を低減して、正確な軸トルクを検出することができる。

この発明において、前記回転パルス差分算出手段が計数する計数値を、軸トルクの印加されていない運転状態においてリセットする計数値リセット手段を設けても良い。この構成の場合、前記計数値に積算されたノイズの影響などを除去して、正確な軸トルクを検出することができる。

この発明の軸トルク測定装置付きドライブシャフトは、この発明の上記いずれかの構成の軸トルク測定装置をドライブシャフトに搭載したものである。
この構成によると、ドライブシャフトの微小なねじれ角を高分解能に検出できるため、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になる。これにより、ドライブシャフトの軽量化が可能になる。

この発明のドライブシャフトの軸トルク測定方法は、両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設け、これら各センサターゲットに対向して設けたセンサで各センサターゲットの回転を検出し、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定方法であって、前記各センサによる各センサターゲットの回転検出は、対向する前記各センサターゲットの回転を磁気センサで直接検出し、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍回路で逓倍して高分解能な回転パルスを生成するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求め、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求め、前記各逓倍回路で生成した回転パルスの計数値を、前記各センサターゲットの１回転に１回リセットすることを特徴とする。
この軸トルク測定方法によると、ドライブシャフトの微小なねじれ角を高分解能に検出できて、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になる。また、回転パルスを計数する検出方式のため、２つのセンサターゲットのうち一方が止まっていても、つまり例えばドライブシャフトの一端側が停止状態あるいは極端に回転速度が低い場合でも、正確に軸トルクを検出できる。

この発明のドライブシャフトの軸トルク測定装置は、両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設けると共に、これら各センサターゲットに対向して、各センサターゲットの回転を検出するセンサを設け、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定装置であって、前記各センサは、対向する前記各センサターゲットの回転を直接検出する磁気センサと、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍して高分解能な回転パルスを生成する逓倍回路とを有するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求める回転パルス差分算出手段と、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求める軸トルク演算手段とを設け、前記回転パルス差分算出手段は、前記各逓倍回路が生成する回転パルスを計数する複数のカウンタを有し、これらのカウンタによる計数値を前記各センサターゲットの１回転に１回リセットする機能を有するため、ドライブシャフトの一端側が停止状態あるいは極端に回転速度が低い場合でも、正確に軸トルクを検出できる。
この発明の軸トルク測定装置付きドライブシャフトは、この発明の軸トルク測定装置をドライブシャフトに搭載するものであるため、ドライブシャフトの微小なねじれ角を高分解能に検出でき、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になり、これにより、ドライブシャフトの軽量化が可能になる。
この発明のドライブシャフトの軸トルク測定方法は、両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設け、これら各センサターゲットに対向して設けたセンサで各センサターゲットの回転を検出し、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定方法であって、前記各センサによる各センサターゲットの回転検出は、対向する前記各センサターゲットの回転を磁気センサで直接検出し、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍回路で逓倍して高分解能な回転パルスを生成するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求め、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求め、前記各逓倍回路で生成した回転パルスの計数値を、前記各センサターゲットの１回転に１回リセットする方法であるため、ドライブシャフトの微小なねじれ角を高分解能に検出できて、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になる。また、回転パルスを計数する検出方式のため、２つのセンサターゲットのうち一方が止まっていても、正確に軸トルクを検出できる。

この発明の一実施形態を、図１ないし図８と共に説明する。図１に示すように、ドライブシャフト１は両端にて等速ジョイント２，３を介して駆動系統に接続される。図示する実施形態の場合、インボード側はトリポート型スライド式等速ジョイント２によりディファレンシャル（図示せず）と連結され、アウトボード側はバーフィールド型固定式等速ジョイント３によりアクスル（図示せず）と連結される。

なお、ドライブシャフト１の両端の等速ジョイントは、図示例のような組合せに限られない。例えば、前輪駆動車の前輪軸すなわち駆動輪前車軸の場合、前輪が操舵されるため、車輪側となるアウトボード側の等速ジョイント３は大きな作動角と共に等速性が要求される。この要求を満たすため、アウトボード側の等速ジョイント３にはバーフィールド型固定式継手（ゼッパ型固定式継手）、トリポード型固定式等速ジョイントなどが用いられる。車体側となるインボード側の等速ジョイント２にはサスペンションの動きを許容する作動角が要求される。この作動角は車輪側等速ジョイント３ほど大きくないが、サスペンションの動きに伴う車体の長さ変化を可能にする必要がある。このためインボード側等速ジョイント２にはバーフィールド型スライド式継手、トリポート型スライド式継手、クロスグローブ型継手などが用いられる。独立懸架方式の駆動輪後車軸は舵取り機能が不要で大きな作動角を必要としないためカルダン継手が使用される場合もある。

アウトボード側の等速ジョイント３の外輪３ａにはＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御用のセンサターゲット５が取り付けられている。インボード側の等速ジョイント２の外輪２ａにも同種のセンサターゲット４が取り付けられている。車体側には、これらのセンサターゲット４，５に近接する位置に、磁気センサ１１（図３）等からなるセンサ側ユニット６，７が設置され、センサターゲット４，５が回転するとセンサ側ユニット６，７の磁気センサ１１が回転数に比例した周波数の回転信号を出力する。対応する角センサターゲット４，５とセンサ側ユニット６，７とで、回転速度や回転角度を検出する回転検出器８，９をそれぞれ構成する。

センサターゲット４，５は、例えば図４（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すように、周面の円周方向に複数の磁極対４ａ（５ａ）を等配位置に並べて着磁させたリング状の磁気エンコーダからなり、前記等速ジョイント外輪２ａ（３ａ）に対して同心となるように取り付けられる。この場合、前記磁気センサ１１は、磁気エンコーダ４，５の磁極Ｎ，Ｓを直接検出できるように、磁気エンコーダ４，５の周面に対向するように外径側に配置される。

図４の磁気エンコーダ４，５の構成例は、周面に磁極対４ａ（５ａ）を着磁させたラジアルタイプであるが、磁気エンコーダ４，５は図５（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すアキシアルタイプのものであっても良い。図５の構成例では、例えば断面をＬ字形としたリング状のバックメタル１０の円筒部１０ａの一端から外径側に延びるフランジ部１０ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対４ａ（５ａ）を等配位置に並べて着磁させていて、前記等速ジョイント外輪２ａ（３ａ）に前記バックメタル１０の円筒部１０ａを嵌合させることで、等速ジョイント外輪２ａ（３ａ）に対して同心となるように取り付けられる。この場合、磁気センサ１１は、磁気エンコーダ４，５の着磁面に対向するように軸方向に向けて配置される。
なお、センサターゲット４，５としては、前記した磁気エンコーダのほか、歯車状の磁性体からなるパルサーリングを用いても良い。

図２はこのドライブシャフトの軸トルク測定装置の概略構成を示し、図３は上記した回転検出器８，９の概略構成を示す。回転検出器８，９は、上記したように前記センサターゲット４，５と、これらセンサターゲット４，５に対向して配置されるセンサ側ユニット６，７とでなる。センサ側ユニット６，７は、対向する各センサターゲット４，５の回転を直接検出する磁気センサ１１と、この磁気センサ１１が出力する回転信号を逓倍して高分解能な回転パルスを生成する逓倍回路１２とを有する。

磁気センサ１１は、対応するセンサターゲット（磁気エンコーダ）４，５の磁極対４ａ，５ａよりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ４，５の磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ１１として、対応する磁気エンコーダ４，５の１磁極対４ａ（５ａ）のピッチλを１周期とするとき、図６のように構成しても良い。すなわち、９０度位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの２つの磁気センサ素子１１Ａ，１１Ｂを用い、これら２つの磁気センサ素子１１Ａ，１１Ｂにより得られる２相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相 (φ=tan^-1（ sinφ／ cosφ））を逓倍して算出するものとしても良い。なお、図６の波形図は、磁気エンコーダ４，５の磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。この場合、図３における逓倍回路１２は、前記磁極内における逓倍位置情報として回転パルスを出力する。

磁気センサ１１をこのような構成とすると、磁極内の位置をより細かく検出でき、より高い精度で磁気エンコーダ４，５の位相を検出することが可能である。この場合、磁気ノイズの影響を低減するため、前記２つの磁気センサ素子１１Ａ，１１Ｂを差動構成として，より安定した信号を得るように構成しても良い。

磁気エンコーダ４，５の磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ１１の他の例として、図７（Ｂ）に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、磁気センサ１１として、対応する磁気エンコーダ４，５の磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子１１ａが並ぶラインセンサ１１ＡＡ，１１ＡＢを用いる。なお、図７（Ａ）は、磁気エンコーダ４，５における１磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ１１の第１のラインセンサ１１ＡＡは、図７（Ａ）における１８０度の位相区間のうち９０度の位相区間に対応付けて配置し、第２のラインセンサ１１ＡＢは残りの９０度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ１１ＡＡの検出信号を加算回路３１で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ１１ＡＢの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２を別の加算回路３３で加算することで、図７（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ３５を介した信号Ｓ２をさらに別の加算回路３４で加算することで、図７（Ｃ）に示すような磁界信号に応じた cos信号を得る。このようにして得られた２相の出力信号sin ， cosを、例えば図８に示す構成の逓倍回路１２で処理することにより、磁極内におけ逓倍位置情報として回転パルスを得る。

磁気センサ１１をこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダ４，５の位相を検出することが可能である。この場合、十分大きい磁極ピッチの磁気エンコーダ４，５を使用しても、数倍〜数十倍の分解能で磁気エンコーダ４，５の位相を検出することが可能であるため、小さなトルクによるわずかなドライブシャフト１のねじれ角をも検出することができる。

この場合の図８の逓倍回路１２は、信号発生手段４１と、扇形検出手段４２と、マルチプレクサ手段４３と、微細内挿手段４４とを備える。
信号発生手段４１は、前記磁気センサ１１の出力である２相の信号sin,cos から、同一の振幅Ａ₀ と同一の平均値Ｃ₀ とを有し、ｍをｎ以下の正の整数、ｉを１〜２^m-1の正の整数として、相継いで互いに２π／２^m-1 ずつ位相がずれた、２^m-1個の信号ｓi を生成する手段である。
扇形発生手段４２は、２^m 個の等しい扇形Ｐ_i を定義するようにコード化された、ｍ個のディジタル信号ｂ_n-m+1 ，ｂ_n-m+2 ，……，ｂ_n-1 ，ｂ_n を発生する、２^m-1個の信号ｓi によって区切られた２^m 個の扇形Ｐ_i を検出する手段である。
マルチプレクサ手段４３は、上記扇形発生手段４２から発生するｍ個の上記ディジタル信号ｂ_n-m+1 ，ｂ_n-m+2 ，……，ｂ_n-1 ，ｂ_n によって制御され、上記信号発生手段４１から生成される２^m-1 個の上記信号ｓi を処理して、振幅が一連の２^m-1個の上記信号ｓi の上記平均値Ｃ₀ と第１のしきい値Ｌ₁ との間にある部分によって構成される一方の信号Ａと、振幅が一連の２^m-1 個の上記信号ｓi の上記第１のしきい値Ｌ₁ とこのしきい値よりも高い第２のしきい値Ｌ₂ との間にある部分によって構成される他方の信号Ｂとを生成するアナログの手段である。
微細内挿手段４４は、所望の分解能を得るために、角度２π／２^m の２^m 個の上記扇形Ｐi の各々を角度２π／２ⁿ の２^n-m 個の同じサブ扇形に細分するようにコード化された、（ｎ−ｍ）個のディジタル信号ｂ₁ ，ｂ₂ ，……，ｂ _n-m-1，ｂ_n-m を生成するために、２^m 個の扇形Ｐ_i の各々において、上記マルチプレクサ手段４３から生成される上記一方の信号Ａと上記他方の信号Ｂとを微細内挿する手段である。
この逓倍回路１２によって、磁気センサ１１で得られた２相の信号sin,cos が、逓倍信号である（ｎ−ｍ）個のディジタル信号ｂ₁ ，ｂ₂ ，……，ｂ _n-m-1，ｂ_n-m （ここではｂ₁ ，ｂ₂ ，……，ｂ₈ ，ｂ₉ ）の回転パルスに逓倍される。

図２の構成において、回転パルス差分算出手段１３は、前記各センサ側ユニット６，７の逓倍回路１２が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求める手段である。この回転パルス差分算出手段１３は、一方の回転検出器８側の逓倍回路１２が生成する回転パルスを計数する第１のカウンタ１４と、他方の回転検出器９側の逓倍回路１２が生成する回転パルスを計数する第２のカウンタ１５と、これら両カウンタ１４，１５の計数値の差分を算出する角度差算出手段１６とを備える。

軸トルク演算手段１７は、前記回転パルス差分算出手段１６によって求められた差分からドライブシャフト１のねじれ量を測定し、そのねじれ量から軸トルクを演算する手段である。

出力回路１８は、前記軸トルク演算手段１７で求められた軸トルクを外部に出力する手段である。
コントローラ１９は、オフセットキャンセル手段２０と、計数値リセット手段２１とを有する。オフセットキャンセル手段２０は、前記回転パルス差分算出手段１３により求められた回転パルスの差分と、自動車の制御部から送られてくる運転状態を示す所定のデータとから、前記軸トルク演算手段１７により求められる軸トルクに含まれる定常オフセット分をキャンセルする手段である。計数値リセット手段２１は、前記回転パルス差分算出手段１３におけるカウンタ１４，１５が計数する計数値を、軸トルクの印加されていない運転状態においてリセットする手段である。

上記構成の軸トルク測定装置を用いた軸トルク測定方法を説明する。
自動車の急発進、急加速時においては、駆動系統に発生する軸トルクは大きく、四輪および二輪車の駆動系統の中でクラッチ部を除く最も剛性の低いところはドライブシャフトである。そのため、ドライブシャフト１はねじられる。このねじり角度を磁気センサ１１などからなるセンサ側ユニット６，７からの回転パルスに基づいて演算し、軸トルクを求める。

具体的には、図２の各回転検出器８，９では、図３のように、各センサターゲット４，５の回転位置を磁気センサ１１で検出し、この磁気センサ１１が出力する回転信号を逓倍回路１２で逓倍して高分解能な回転パルスを生成する。すなわち、センサターゲット４，５を磁気エンコーダとしたこの実施形態の場合、磁気センサ１１と逓倍回路１２とでなるセンサ側ユニット６，７（図３）は、磁気エンコーダ４，５の磁極数の数倍〜数十倍の回転パルスを生成する逓倍機能を備えている。これにより、ドライブシャフト１の回転を高分解能に検出することができる。この場合、磁気エンコーダ４，５の磁極ピッチを通常のＡＢＳセンサなどと同等に保ちながら、磁極数の数倍〜数十倍の高分解能で回転検出が可能になるため、センサギャップなど取付け公差を従来と同等に保ちながら、自動車のような過酷な使用環境でも高分解能を得ることができる。したがって、わずかな回転ずれをも検出することが可能となり、両センサ側ユニット６，７の検出する回転角度の差から微小な軸トルクをも検出することが可能となる。

各センサ側ユニット６，７の逓倍回路１２のうち、いずれか１つの逓倍回路１２の生成する回転パルスは、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号であっても良い。この場合、これら２相の信号によって回転方向を判別することができるため、正負のどちらの方向の軸トルクをも検出することが可能となる。また、坂道での運転における微小な前進や後戻りなども、回転方向と共に軸トルクを検出することができるので、条件に応じた最適なブレーキ制御やトルク制御により、車両の運転しやすさを向上させることが可能となる。

前記回転検出器８，９からの出力である回転パルスは、それぞれカウンタ１４，１５で計数されて、それぞれの角度計数値に保持される。この場合、回転パルスが上記したＡＢ相信号のような位相差信号であれば、正負の回転方向のどちらにも対応できるため、より都合が良い。角度差算出手段１６は、各カウンタ１４，１５に保持されている計数値の差を算出する。軸トルク演算手段１７は、算出された回転パルスの差分値からドライブシャフト１のねじれ量を測定し、予め設定されたパラメータにしたがって前記ねじれ量に対応する軸トルクを演算する。得られた軸トルク値は、出力回路１８によって、電圧値、電流値、ＰＷＭ信号、あるいはＣＡＮバスなどの通信インタフェースを通じたデータ形式として外部に出力される。

このように、各回転検出器８，９から出力される回転パルスから演算して軸トルクを求めるので、先に従来例として挙げた信号位相差を検出する方法では不可能であった、ホイールの片方が停止している状態での軸トルク検出も可能である。

前記２つの回転検出器８，９の各センサ側ユニット６，７は互いに異なる分解能であっても良い。この場合、図２の２つのカウンタ１４，１５は異なる速度で変化することになるので、各計数値の差分を求める前に、両者の公倍数になるように各計数値に定数を掛け算し、変化速度を同じになるようにしてやれば良い。

このように回転パルスを計数し、ドライブシャフト１の現在回転角度を計数値として保持する方法においては、機械的なガタによって計数値に定常オフセットが発生したり、ノイズによる誤カウントによって両カウンタ１４，１５の計数値がずれたりして、軸トルク演算に誤差が生じることがある。そこで、この実施形態では、コントローラ１９におけるオフセットキャンセル手段２０が、軸トルク演算手段１７のトルク出力値すなわち角度差をモニタしながら、例えば車両走行制御装置から別途与えられる運転状態に関するデータ（加減速状態、エンジン回転数など）に応じたフィルタ処理を行なって定常オフセット分を抽出して、軸トルク演算手段１７での演算処理においてオフセットを除去する。これにより、機械的ガタなどによって発生するオフセットの影響を低減して、正確な軸トルクを検出することができる。

また、この実施形態では、コントローラ１９における計数値リセット手段２１が、軸トルクの印加されていない運転状態のタイミングで、定期的にカウンタ１４，１５をリセットする処理を行う。このほか、カウンタ１４，１５に積算された誤カウント値をリセットするようにしても良い。これにより、カウンタ１４，１５に積算されたノイズの影響などを除去して、正確な軸トルクを検出することができる。なお、回転検出器８，９から出力される回転パルスが、ＡＢＺ信号のようにインデックス信号Ｚを備えている場合には、ノイズなどによる誤カウントは１回転に１回リセットされるため、前記計数値リセット手段２１からリセット指令を出さなくても良い。

このように、このドライブシャフトの軸トルク測定方法によると、ドライブシャフト１の微小なねじれ角を高分解能に検出できるため、軸トルクを正確に検出でき、最適な印加トルクをタイヤに供給するような車両走行制御も可能になる。これにより、ドライブシャフト１の軽量化にも貢献できる。また、回転パルスを計数する検出方式のため、２つのセンサターゲット５，６のうち一方が止まっていても検出することができる。したがって、例えば自動車のスタート時にエンジントルクがタイヤを通じて路面に伝わる状態の検出も可能になり、高度なエンジン制御、クラッチ制御などにより、運転しやすさ、安全性の向上が可能となる。

この発明の一実施形態にかかる軸トルク測定装置を適用するドライブシャフトおよび等速ジョイントの縦断面図である。 同軸トルク測定装置の概略構成を示すブロック図である。 同軸トルク測定装置における回転検出器の概略構成を示すブロック図である。 （Ａ）は同軸トルク測定装置におけるセンサターゲットの一構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同センサターゲットの斜視図である。 （Ａ）は同軸トルク測定装置におけるセンサターゲットの他の構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同センサターゲットの斜視図である。 同軸トルク測定装置における磁気センサの一構成例の説明図である。 同軸トルク測定装置における磁気センサの他の構成例の説明図である。 同軸トルク測定装置における逓倍回路の一構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１…ドライブシャフト
２，３…等速ジョイント
２ａ，３ａ…等速ジョイントの外輪
４，５…センサターゲット
６，７…センサ側ユニット
８，９…回転検出器
１１…磁気センサ
１１Ａ，１１Ｂ…磁気センサ素子
１１ａ…センサ素子
１１ＡＡ，１１ＡＢ…ラインセンサ
１２…逓倍回路
１３…回転パルス差分算出手段
１７…軸トルク演算手段
２０…オフセットキャンセル手段
２１…計数値リセット手段

Claims (8)

1. 両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設けると共に、これら各センサターゲットに対向して、各センサターゲットの回転を検出するセンサを設け、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定装置であって、
   前記各センサは、対向する前記各センサターゲットの回転を直接検出する磁気センサと、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍して高分解能な回転パルスを生成する逓倍回路とを有するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求める回転パルス差分算出手段と、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求める軸トルク演算手段とを設け、前記回転パルス差分算出手段は、前記各逓倍回路が生成する回転パルスを計数する複数のカウンタを有し、これらのカウンタによる計数値を前記各センサターゲットの１回転に１回リセットする機能を有することを特徴とするドライブシャフトの軸トルク測定装置。
2. 請求項１において、前記センサターゲットが前記等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられた磁気エンコーダであり、前記磁気センサが、前記磁気エンコーダの磁極ピッチ内で互いにずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin および cosの２相の信号出力を得られるものであって、前記逓倍回路が生成する回転パルスは、前記磁極内における位置を逓倍して検出するものであるドライブシャフトの軸トルク測定装置。
3. 請求項１において、前記センサターゲットが前記等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられた磁気エンコーダであり、前記磁気センサが、前記磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、sin, cosの２相の信号出力を演算によって生成するものであって、前記逓倍回路が生成する回転パルスは、前記磁極内における位置を逓倍して検出するものであるドライブシャフトの軸トルク測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記各センサの逓倍回路のうちいずれか１つの逓倍回路の生成する回転パルスが、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号であるドライブシャフトの軸トルク測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記回転パルス差分算出手段により求められた回転パルスの差分と、運転状態を示す所定のデータとから、前記軸トルク演算手段により求められる軸トルクに含まれる定常オフセット量を推定して、前記軸トルクからオフセット分をキャンセルするオフセットキャンセル手段を設けたドライブシャフトの軸トルク測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記回転パルス差分算出手段が計数する計数値を、軸トルクの印加されていない運転状態においてリセットする計数値リセット手段を設けたドライブシャフトの軸トルク測定装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の軸トルク測定装置をドライブシャフトに搭載した軸トルク測定装置付きドライブシャフト。
8. 両端にて等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にセンサターゲットを設け、これら各センサターゲットに対向して設けたセンサで各センサターゲットの回転を検出し、これらのセンサの出力比較によりドライブシャフトの軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定方法であって、
   前記各センサによる各センサターゲットの回転検出は、対向する前記各センサターゲットの回転を磁気センサで直接検出し、この磁気センサが出力する回転信号を逓倍回路で逓倍して高分解能な回転パルスを生成するものとし、前記各センサの逓倍回路が生成する回転パルスを計数して、これらの計数値の差分を求め、前記差分からドライブシャフトのねじれ量を測定して軸トルクを求め、前記各逓倍回路で生成した回転パルスの計数値を、前記各センサターゲットの１回転に１回リセットすることを特徴とするドライブシャフトの軸トルク測定方法。

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