JP2016206009A - トルクセンサの零点誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係が変化して芯振れや面振れなどが生じても、トルク測定の精度を改善できる、トルクセンサの零点補正方法を提供する。
【解決手段】トルクセンサの零点誤差の補正補法は、第一ステップ、第二ステップ及び第三ステップの三つのステップを有する。第一ステップでは、トルクセンサ１が評価設備に取り付けされた状態で評価設備に相対的なトルクセンサ１の位相を一定の間隔で変化させ、位相のそれぞれに対するトルクセンサ１の指示値をそれぞれ取得する。第二ステップでは、第一ステップで取得したトルクセンサ１の指示値の平均値を算出し、取得したトルクセンサ１の指示値が平均値に最も近いものに対応するトルクセンサ１の位相を決定する。第三ステップでは、トルクセンサ１の位相を、第二ステップで決定した位相で静止させた状態で零点誤差の補正を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は特に、エンジンやモータなどの回転体のトルク測定を行うトルクセンサの零点誤差の補正方法に関する。

エンジンやモータなどの回転体のトルク測定を行うトルクセンサとして、例えば、ひずみゲージ式トルクセンサや地歪式トルクセンサなどが知られている。

特許文献１には、係るトルクセンサに関連する技術として、トルクセンサの零点誤差の補正方法について開示されている。具体的には、トルクセンサを起動後、無負荷状態で一定時間ごとにトルク信号値を計測し、それらのトルク信号値の平均に基づいて零点誤差の補正を行うようにしている。これにより、トルクセンサを落下させるなどしてトルクセンサの零点が大幅に変化した場合にも適正に零点誤差の補正を行うことができるとしている。

特開平６−３１７４９２号公報 特開２０１３−２３１６４６号公報

評価設備において、トルクセンサは、軸受や継手などの連結部を介して、測定対象及び測定対象に負荷を与えるモータなどの駆動源と連結される。部品の公差や取付誤差などによりトルクセンサと評価設備との相対的な位置関係に誤差が生じ、トルクセンサと駆動源との連結において芯振れや面振れなどが生じることがある。しかしながら、トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係の誤差により芯振れや面振れなどが生じた場合、特許文献１に開示されたトルクセンサの零点誤差の補正方法により、測定対象物のトルク測定を実施する前にトルクセンサの零点誤差の補正を行ってもトルク測定の精度が改善されないおそれがある。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係の誤差により芯振れや面振れなどが生じても、トルク測定の精度を改善できる、トルクセンサの零点補正方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本発明は、回転体のトルクを測定するトルクセンサの零点誤差の補正補法であって、前記トルクセンサが評価設備に取り付けされた状態で評価設備に相対的な前記トルクセンサの位相を一定の間隔で変化させ、前記位相のそれぞれに対する前記トルクセンサの指示値をそれぞれ取得する第一ステップと、前記第一ステップで取得した前記指示値の平均値を算出し、取得した前記指示値が前記平均値に最も近いものに対応する前記トルクセンサの位相を決定する第二ステップと、前記トルクセンサの位相を、前記第二ステップで決定した位相で静止させた状態で零点誤差の補正を行う第三ステップと、を有するものである。

本発明によれば、トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係の誤差により芯振れや面振れなどが生じても、トルク測定の精度を改善できる、トルクセンサの零点補正方法を提供できる。

実施の形態１にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用した評価設備の概略構成の一例を示す図である。 芯振れや面振れなどが発生したときに、無負荷状態でトルクセンサの位相に対するトルクセンサの指示値を測定した結果を示すグラフである。 実施の形態１にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法の処理フローの一例を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法の、トルク測定の精度を改善できる効果を確認する実験における装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法の、測定精度の低下を抑制する効果を確認する実験における伝達効率の評価結果を示すグラフである。 実施の形態２にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用した、トルク測定を行う評価設備の概略構成の一例を示す図である。 実施の形態２にかかるトルクセンサの零点誤差の補正方法の処理フローの一例を示すフローチャートである。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して実施の形態１に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法について説明する。

まず、本実施の形態に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用した評価設備の概略構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用した評価設備の概略構成の一例を示す図である。
図１に示すように、評価設備１００は、トルクセンサ１、位相センサ２、連結部３、モータ４、制御盤５などを備えている。

トルクセンサ１は、エンジンなどが備えた回転体（測定対象物２００）のトルクを測定するためのセンサで、例えば、ひずみゲージ式トルクセンサを用いることができる。ひずみゲージ式トルクセンサは、回転体に接続する丸棒の表面にひずみゲージを、例えば丸棒の中心線に対し４５°の角度で貼り付けしたものである。ひずみゲージ式トルクセンサは、トルクが及ぼされて丸棒にねじりが発生したときの丸棒のせん断ひずみをひずみゲージで検出するもので、例えば、特許文献２に詳細が記載されている。トルクセンサ１による検出信号は、アンプ６によってトルク情報（トルク指示値）に変換される。

位相センサ２は、評価設備１００に相対的なトルクセンサ１の位相を検出するためのロータリエンコーダなどの回転角センサである。連結部３は、継手や軸受など、トルクセンサ１と測定対象物２００との連結、およびトルクセンサ１とモータ４との連結をするものである。モータ４は、測定対象物２００に負荷を与えるための駆動源である。また、モータ４は、評価設備１００に相対的なトルクセンサ１の位相を変更するためにトルクセンサ１を回転させることもできる。制御盤５は、モータ４の回転駆動を制御する。

次に、部品の公差や取付誤差などによりトルクセンサと評価設備との相対的な位置関係に誤差が生じた際に、測定対象物２００のトルク測定を実施する前にトルクセンサ１の零点誤差の補正を行ってもトルク測定の精度は改善されない理由について以下で説明する。ここで、測定精度とは、複数回行った測定における測定ばらつきがどの程度かを示す尺度である。すなわち、測定精度が低いとは測定ばらつきが大きいことを意味する。

測定を繰り返すうちに、トルクセンサに負荷がかかっていない状態（無負荷状態）でもトルク指示値が零にならないことがある（これを零点誤差という）。この零点誤差は、トルクセンサ１と測定対象２００との連結、およびトルクセンサ１とモータ４との連結において、芯振れや面振れなどが発生していなければ、評価設備に相対的なトルクセンサ１の位相（以下、単に「位相」という）が変わっても一定になる。しかし、部品の公差や取付誤差などによりトルクセンサ１とモータ４との相対的な位相関係に誤差が生じると、トルクセンサ１と測定対象２００との連結、およびトルクセンサ１とモータ４との連結において芯振れや面振れなどが発生する。芯振れや面振れなどが発生すると、無負荷状態でのトルク指示値が、評価設備に相対的なトルクセンサ１の位相（以下、単に「トルクセンサ１の位相」という）によって異なる。

図２は、芯振れや面振れなどが発生したときに、無負荷状態でトルクセンサ１の位相に対するトルクセンサ１の指示値を測定した結果を示すグラフである。
図２に示すように、測定は、９０[°]間隔で、トルクセンサ１の位相が０[°]から３６０[°]を一周期として三周期分行った。位相０[°]、９０[°]、２７０[°]に対するトルクセンサ１の指示値は大きく異なっている。

測定対象物２００のトルク測定を実施する前と、トルク測定を実施しているときではトルクセンサ１の位相は異なる。例えば、トルクセンサ１として、ひずみゲージ式トルクセンサを用いる場合、トルク測定を実施中は、ひずみゲージを貼り付けた丸棒にねじりが生じるので、トルク測定を実施する前とトルク測定を実施中とではひずみゲージを貼り付けしてある位相が異なる。

このため、測定対象物２００のトルク測定を実施する前にトルクセンサ１の零点誤差の補正を行っても、トルク測定を実施する前とトルク測定を実施中とではトルクセンサの位相が異なるので、トルク測定を実施中のトルクセンサ１の位相においては零点誤差の補正が完全にはされない。このため、測定対象物２００のトルク測定を実施する前にトルクセンサ１の零点誤差の補正を行ってもトルク測定の精度は改善されない。

次に、本実施形態に係る、トルクセンサ１の零点誤差の補正方法について説明する。
図３は、トルクセンサ１の零点誤差の補正をする処理フローの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、制御盤５が、トルクセンサ１が一定の位相間隔（例えば、９０[°]間隔）で回転移動及び静止をするように、モータ４の回転駆動を制御する。トルクセンサ１の回転移動及び静止は、トルクセンサ１の位相が０[°]から３６０[°]を一周期として、Ｎ周期（Ｎは正の整数）行う。トルクセンサ１を静止させた状態で、無負荷状態でトルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値とをそれぞれ取得する。

ステップＳ２では、取得したトルクセンサ１の指示値の平均値を算出する。続いて、ステップＳ３では、その平均値と一致するトルクセンサ１の位相を正弦波形にフィッティングし算出する。

ステップＳ４では、制御盤５が、モータ４を回転駆動させ、トルクセンサ１の位相がステップＳ３で決定したトルクセンサ１の位相になるよう、トルクセンサ１を回転移動させる。続いて、ステップＳ５では、静止させた後にトルクセンサ１の零点誤差の補正（零点キャリブレーション）を行う。零点キャリブレーションは、制御盤５から指示を受けてアンプ６が実施する。

上述のとおり、トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係に誤差が生じて芯振れや面振れなどが生じると、トルク測定を実施する前とトルク測定を実施中とではトルクセンサの位相が異なる。本実施の形態で説明した方法によれば、トルク測定を実施する前のトルクセンサ１の零点誤差は平均値に近い値になっている。このため、トルク測定を実施する前のトルクセンサ１の零点誤差とトルク測定を実施中のトルクセンサ１の零点誤差との差は、平均値とトルク測定を実施中のトルクセンサ１の零点誤差との差になる。これに対し、トルク測定を実施する前のトルクセンサ１の位相を、平均値に最も近いトルクセンサ１の指示値に対応する位相にしなかった場合、トルク測定を実施する前のトルクセンサ１の零点誤差とトルク測定を実施中のトルクセンサ１の零点誤差との差は、平均値とトルク測定を実施中のトルクセンサ１の零点誤差との差、を上回ることもあれば下回ることもある。つまり、トルク測定の精度が低下する。以上より、本実施の形態で説明した方法によれば、トルクセンサと評価設備との相対的な位置関係が変化して芯振れや面振れなどが生じても、トルク測定の精度を改善できる。

トランスミッションに使用されるギヤの伝達効率を評価する装置に、本発明に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用してトルク測定の精度を改善できる効果を確認する実験を行った。この効果を確認する実験について以下で説明する。

図４は、トルク測定の精度を改善できる効果を確認する実験における装置の概略構成を示す図である。
本実験装置５００は、モータ入力側設備５００ａとモータ出力側設備５００ｂとからなる。モータ入力側設備５００ａは、図１で説明した評価設備の構成と同様で、トルクセンサ１、位相センサ２、連結部３、モータ４などを備えている。また、モータ入力側設備５００ｂは、図１で説明したトルク測定を行う評価設備の構成と同様で、トルクセンサ１、位相センサ２、連結部３、モータ４などを備えている。なお、制御盤５及びアンプ６は、モータ入力側設備５００ａとモータ出力側設備５００ｂとで同じものを共用するようにした。

モータ入力側設備５００ａには、測定対象としてのモータ入力側ギヤ２００ａを取り付けた。また、モータ出力側設備１００ｂには、測定対象としてのモータ出力側ギヤ２００ｂを取り付けた。モータ入力側ギヤ２００ａとモータ出力側ギヤ２００ｂとが噛み合うように、モータ入力側設備１００ａとモータ出力側設備１００ｂとを配置した。

ギヤの伝達効率の評価は、本発明の方法を実施する前と実施した後とで、それぞれ２５回ずつ行った。ギヤの伝達効率ηは、η＝Ｒ・（Ｔｏｕｔ＋Ｔｌｏｓｓ＿ｏｕｔ）／(Ｔｉｎ−Ｔｌｏｓｓ＿ｉｎ)で表される。ここで、Ｔｏｕｔは出力側トルク[Ｎ・ｍ]、Ｔｉｎは入力側トルク[Ｎ・ｍ]、Ｔｌｏｓｓ＿ｏｕｔ、Ｔｌｏｓｓ＿ｉｎはそれぞれ出力軸側と入力軸側の軸受損失、Ｒはギヤ比（モータ入力側ギヤの歯数Ｚ１／モータ出力側ギヤの歯数Ｚ２）である。つまり、ギヤの伝達効率ηの測定精度とトルクの測定精度とは相関する。

図５は、伝達効率の評価結果を示すグラフである。本発明に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を実施する前には、伝達効率ηは、９８．６±０．２[％]の範囲である。これに対し、本発明に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を実施した後には、伝達効率ηは、９８．６±０．１[％]の範囲に収まっている。本発明に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を実施することで、測定精度の低下を抑制できることが確認できた。

[実施の形態２]
以下、図面を参照して実施の形態２に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法について説明する。
実施の形態１では、測定対象物２００のトルク測定を実施する前に、トルクセンサ１の位相を平均値に最も近いトルクセンサ１の指示値に対応する位相にして零点キャリブレーションを行う。これに対し、本実施の形態では、測定対象物２００のトルク測定を実施する前には零点キャリブレーションを行わない。

本実施の形態では、無負荷状態で取得した、トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値より、トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップを作成し、このマップに基づいて測定対象物２００のトルク測定時におけるトルクセンサ１の位相におけるトルクセンサ１の零点誤差を算出する。そして、算出した零点誤差を、測定対象物２００のトルク測定において取得したトルクセンサ１の指示値から差し引くようにする。

図６は、本実施の形態に係るトルクセンサの零点誤差の補正方法を適用した、トルク測定を行う評価設備の概略構成の一例を示す図である。
図６に示すように、評価設備６００は、トルクセンサ１、位相センサ２、連結部３、モータ４、制御盤５、補正演算部７などを備えている。図６に示す評価設備の概略構成の一例と、図１を用いて説明した評価設備の概略構成の一例との相違点は、図６では補正演算部７を備えていることである。補正演算部７では、取得したトルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係から、トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップを作成する。トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップは、例えば、図２に示すようなものである。

図７は、トルクセンサ１の零点誤差の補正をする処理フローの別の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１１では、制御盤５が、トルクセンサ１が一定の位相間隔（例えば、９０[°]間隔）で回転移動及び静止をするように、モータ４の回転駆動を制御する。トルクセンサ１の回転移動及び静止は、トルクセンサ１の位相が０[°]から３６０[°]を一周期として、Ｎ周期（Ｎは正の整数）行う。トルクセンサ１を静止させた状態で、無負荷状態でトルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値とをそれぞれ取得する。

続いて、ステップＳ１２では、補正演算部７が、それぞれ取得したトルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値とから、トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップを作成する。トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップは、補正演算部７に備えられた記憶媒体に記憶させる。

ステップＳ１３では、測定対象物２００のトルク測定時において、補正演算部７が、トルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップから、測定対象物２００のトルク測定時のトルクセンサ１の位相に対応する、トルクセンサ１の零点誤差を算出する。ステップＳ１３に続いて、ステップＳ１４では、算出したトルクセンサ１の零点誤差を測定対象物２００のトルク測定において取得したトルクセンサ１の指示値から差し引く。
本実施の形態では、測定対象物２００のトルク測定時のトルクセンサ１の位相に対応するトルクセンサ１の零点誤差をトルク測定で取得したトルク指示値から差し引く。このため、測定対象物２００のトルク測定前に、トルクセンサ１の零点誤差の平均値に近いトルクセンサ１の位相で零点キャリブレーションを行う実施の形態１に対してトルク測定の精度をより向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２で説明したトルクセンサ１の零点誤差の補正方法に対し、さらに以下のようにしてもよい。

まず、上述したトルクセンサ１の位相とトルクセンサ１の指示値との関係についてのマップから、無負荷状態におけるトルクセンサ１の指示値の平均値に対応するトルクセンサ１の位相を決定する。続いて、測定対象物２００のトルク測定時において、トルクセンサ１の位相が、無負荷状態におけるトルクセンサ１の指示値の平均値に対応するトルクセンサ１の位相になるようにトルクセンサ１の位相を微調整する。そして、無負荷状態におけるトルクセンサ１の指示値の平均値を測定対象物２００のトルク測定において取得したトルクセンサ１の指示値から差し引くようにする。

上述したように、トルクセンサと評価設備との間で発生する芯振れや面振れが、トルクセンサによる測定精度を低下させる要因の一つとなっている。トルクセンサと評価設備との間の芯振れや面振れを軽減する方策として、トルクセンサと評価設備とを接続するための軸受としてフレキシブルカップリングを用いることが考えらえる。しかし、トルクセンサと評価設備との間の芯振れや面振れをある程度は軽減できるものの大幅に軽減することはできない。また、トルクセンサの取り付け状態を調整する調整作業によっても上述した芯振れや面振れをある程度は軽減できるものの、やはり大幅に軽減することはできない。このため、本発明の方が、評価設備に取り付けされたトルクセンサの測定精度の低下を効果的に抑制できる。

１ トルクセンサ
２ 位相センサ
３ 連結部
４ モータ
５ 制御盤
６ アンプ
１００ 評価設備
２００ 測定対象物

Claims (1)

1. 回転体のトルクを測定するトルクセンサの零点誤差の補正補法であって、
   前記トルクセンサが評価設備に取り付けされた状態で評価設備に相対的な前記トルクセンサの位相を一定の間隔で変化させ、前記位相のそれぞれに対する前記トルクセンサの指示値をそれぞれ取得する第一ステップと、
   前記第一ステップで取得した前記指示値の平均値を算出し、取得した前記指示値が前記平均値に最も近いものに対応する前記トルクセンサの位相を決定する第二ステップと、
   前記トルクセンサの位相を、前記第二ステップで決定した位相で静止させた状態で零点誤差の補正を行う第三ステップと、を有するトルクセンサの零点誤差の補正方法。

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