JP5242122B2 - ドライブシャフトの軸トルク測定装置および測定方法 - Google Patents
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Description
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。
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シテ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。
パルス信号による位相差測定の方式では時間差によって位相差を検出するので、検出のための時間が必要である。これに対して、この構成の軸トルク測定装置では、2つの回転検出装置が出力する絶対回転角度から角度差を演算してドライブシャフトのねじれ量を測定するので、即座に軸トルクを求めることができる。電源をオンしたときに既に軸トルクが印加されている状態にあっても、そのときの軸トルクを求めることができる。これにより、静止状態や、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。
この構成の場合、回転検出装置をバーニヤ式絶対角度検出装置としているので、磁気エンコーダの磁極ピッチを通常のABSセンサなどと同等(1〜3mm程度の極幅)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り、センサギャップなど取付け公差を従来と同等(例えば0.5〜2mm程度のセンサギャップ)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、両回転検出装置の検出する絶対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。
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、より高分解能な絶対回転角度を検出できる。
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、車輪駆動用ユニットの軽量化が可能になる。
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、静止状態や、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したものであるため、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、車輪駆動用ユニッ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一端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第1の回転検出装置と、前記ドライブシャフトの他端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第2の回転検出装置とを用い、これら第1の回転検出装置と第2の回転検出装置が検出した絶対回転角度の差分を求め、その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、前記各センサターゲットは前記各等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダからなり、前記各センサは前記複数の磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサを有し、前記磁気センサが、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、これらセンサ素子が、対応する磁気エンコーダの1磁極対のピッチを1周期とするとき、このピッチに対して定められた位相差となるように、磁極の並び方向に離して配置され、これらセンサ素子により得られるsin,cos の2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであり、複数の磁気エンコーダに対して、同一の磁極対内での複数の検出位相信号をそれぞれ求める位相検出回路を設け、この位相検出回路で求められる、同一の磁極対内での複数の検出位相信号に基づき、位相差信号を求める位相差検出手段を設けてこの位相差検出手段により前記位相差信号を求める方法であるため、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。
同様に、センサターゲット5も、前記等速ジョイント3の外輪3aに、その軸心Oに対して同心のリング状に設けられた複数(ここでは2つ)の磁気エンコーダ5A,5Bからなる。このセンサターゲット5に対応する前記センサユニット7の2つの磁気センサ11A,11Bも、各磁気エンコーダ5A,5Bに対して微小のギャップを介してそれぞれラジアル方向に対向するように、車体40側に設けられる。ここでは、磁気センサ11Aが磁気エンコーダ4A(5A)に対向し、磁気センサ11Bが磁気エンコーダ4B(5B)に対向する。
なお、図8は、各磁気センサ11A,11Bによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図8(A),(B)には両磁気エンコーダ4A,4B(5A,5B)の磁極のパターン例を示し、図8(C),(D)には対応する磁気センサ11A,11Bの検出位相の波形図を示し、図8(E)には位相差検出手段12より出力される位相差信号の波形図を示す。
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1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、前記各回転検出装置8,9が検出する絶対回転角度の差分から測定し、軸トルクを求める。
また、パルス信号による位相差測定の方式では時間差によって位相差を検出するので、検出のための時間が必要であるが、絶対回転角度から角度差を演算するこの軸トルク測定装置の場合、即座に軸トルクを求めることができ、車両制御に悪影響を及ぼす検出時間遅れがない。
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
4A,4B,5A,5B…磁気エンコーダ
6,7…センサユニット
8,9…回転検出装置
11A,11B…磁気センサ
11A1,11A2…磁気センサ素子
11a…センサ素子
11AA,11AB…ラインセンサ
12…位相差検出手段
13…角度算出手段
16…差分算出手段
17…軸トルク演算手段
19…初期角度差保持手段
22…センサモジュール
Claims (9)
- 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一端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第1の回転検出装置と、前記ドライブシャフトの他端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第2の回転検出装置と、これらの回転検出装置の検出した絶対回転角度の差分を求める差分算出手段と、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、前記各センサターゲットは前記各等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダからなり、前記各センサは前記複数の磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサを有し、前記磁気センサが、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、これらセンサ素子が、対応する磁気エンコーダの1磁極対のピッチを1周期とするとき、このピッチに対して定められた位相差となるように、磁極の並び方向に離して配置され、これらセンサ素子により得られるsin,cos の2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであり、複数の磁気エンコーダに対して、同一の磁極対内での複数の検出位相信号をそれぞれ求める位相検出回路を設け、この位相検出回路で求められる、同一の磁極対内での複数の検出位相信号に基づき、位相差信号を求める位相差検出手段を設けた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。
- 請求項1において、前記ドライブシャフトに軸トルクが印加されていない状態で前記各回転検出装置の検出する絶対回転角度の初期角度差を保持する初期角度差保持手段を設け、前記差分算出手段は、求めた絶対回転角度の差分を前記初期角度差保持手段の保持する初期角度差だけ差し引く補正を行うものとしたドライブシャフトの軸トルク測定装置。
- 請求項1または請求項2において、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものであり、前記各回転検出装置は、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて前記センサターゲットの絶対回転角度を算出する角度算出手段とを有するドライブシャフトの軸トルク測定装置。
- 請求項3において、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、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。
- 請求項3において、前記磁気センサが、sin および cosの2相の信号出力を演算によって生成して、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。
- 請求項3ないし請求項5のいずれか1項において、各回転検出装置の前記磁気センサ、位相差検出手段、および角度算出手段を互いに一体化されたセンサモジュールとしたドライブシャフトの軸トルク測定装置。
- 請求項6において,前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものであるドライブシャフトの軸トルク測定装置。
- 請求項1ないし請求項7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。
- 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一端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第1の回転検出装置と、前記ドライブシャフトの他端の等速ジョイントの外輪に取り付けられたセンサターゲット、およびこのセンサターゲットの絶対回転角度を検出するセンサを有する第2の回転検出装置とを用い、これら第1の回転検出装置と第2の回転検出装置が検出した絶対回転角度の差分を求め、その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、前記各センサターゲットは前記各等速ジョイントの外輪と同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダからなり、前記各センサは前記複数の磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサを有し、前記磁気センサが、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、これらセンサ素子が、対応する磁気エンコーダの1磁極対のピッチを1周期とするとき、このピッチに対して定められた位相差となるように、磁極の並び方向に離して配置され、これらセンサ素子により得られるsin,cos の2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであり、複数の磁気エンコーダに対して、同一の磁極対内での複数の検出位相信号をそれぞれ求める位相検出回路を設け、この位相検出回路で求められる、同一の磁極対内での複数の検出位相信号に基づき、位相差信号を求める位相差検出手段を設けてこの位相差検出手段により前記位相差信号を求め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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