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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-18
(54)【発明の名称】トルクおよび角度センシングデバイス
(51)【国際特許分類】
G01L 3/04 20060101AFI20240411BHJP
【ＦＩ】
G01L3/04
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023568319
(86)(22)【出願日】2022-03-25
(85)【翻訳文提出日】2023-12-08
(86)【国際出願番号】 US2022022051
(87)【国際公開番号】W WO2022235349
(87)【国際公開日】2022-11-10
(31)【優先権主張番号】17/314,540
(32)【優先日】2021-05-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505441524
【氏名又は名称】ボーンズ、インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カザーイ，ジェイ ジャムシード
(72)【発明者】
【氏名】デピュー，グレゴリー エス．
(57)【要約】
本開示の態様は、トルクおよび角度センシングデバイスに関する。センサおよび処理回路がデバイスに統合されている。センサは、第１の角度および／または速度を示す第１の信号を生成する。デバイスは、第２のリファレンスの角度および／または速度を示す第２の基準信号を受信する入力接点を有する。処理回路は、少なくとも第１の信号と第２の信号とに基づいてトルクの示度を生成する。いくつかの実施形態では、処理回路は、リファレンスの情報を事前にプログラムする、および／または学習する、記憶することができ、リファレンスの情報と内部的に生成された第１の信号とに基づいてトルクの示度を生成することができる。デバイスの出力接点は、トルクの示度を提供することができる。関連するシステムおよび方法も開示する。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シャフトに加わるトルクを測定する方法であって、第１のセンサを用いて、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成することと、
第２のセンサから、前記シャフトに接続された第２のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第２の信号を受信することと、
処理回路を用いて、少なくとも前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記シャフトに加わるトルクの示度を決定することであって、前記第１のセンサと前記処理回路はデバイス内に統合されており、前記第２のセンサは前記デバイスの外部にある、こと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記デバイスをマスターユニットとしてプログラムすることであって、前記デバイスはスレーブユニットとしてもプログラム可能であることをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第２のセンサと第２の処理回路が第２のデバイス内に統合されており、前記方法は、前記処理回路によって、前記トルクの前記示度と前記第２の処理回路によって生成される前記シャフトに加わるトルクの第２の示度とを比較することをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記デバイスは、マスターユニットとして構成され、前記第２のセンサはスレーブユニットに含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記トルクの前記示度を決定することは、前記第１の信号と前記第２の信号との間の位相差を検出することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記トルクの前記示度を決定することは、前記デバイスのメモリに記憶されている較正情報にアクセスすることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記第１のリファレンスは第１のトーンホイールであり、前記第２のリファレンスは第２のトーンホイールであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記デバイスの温度センサを用いて、前記デバイスに関連付けられた温度の示度を検出することと、前記温度の前記示度に基づいて温度補償を適用することであって、前記トルクの前記示度は前記適用することに基づく、ことと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記シャフトは、車両内または機械内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項10】
トルクおよび角度センサデバイスであって、外部デバイスからの第２のリファレンスの角度／速度を示す第２の信号を受信する入力接点と、
トルクの示度を提供する出力接点と、
第１の角度／速度を示す第１の信号を生成するセンサと、
少なくとも前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記トルクの前記示度を生成する処理回路であって、前記センサおよび前記処理回路は、前記トルクおよび角度センサ
デバイス内に統合されている、処理回路と、
を有することを特徴とするトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項11】
前記処理回路は、第１のモードでマスターユニットとして機能して第２のモードでスレーブユニットとしてするようにプログラム可能であることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項12】
前記処理回路は、前記トルクの前記示度の生成を、前記処理回路によって決定されたトルクの第１の示度と前記外部デバイスによって生成されたトルクの第２の示度との比較に基づいて行うことを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項13】
前記センサは可変リラクタンスセンサであることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項14】
前記センサは磁気センサであることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項15】
前記センサは誘導センサであることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項16】
前記センサは光学センサであることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項17】
前記第１の信号は、シャフトに接続された第１のトーンホイールまたはマグネットホイールに関連付けられており、前記第２の信号は、前記シャフトに接続された第２のトーンホイールまたはマグネットホイールに関連付けられており、前記トルクの前記示度は前記シャフトに加わるトルクを表すことを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項18】
前記処理回路と前記センサは、共に前記トルクおよび角度センサデバイスの筐体内に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のトルクおよび角度センサデバイス。
【請求項19】
シャフトに加わるトルクを測定するシステムであって、第１のセンサと処理回路を有するトルクおよび角度センシングデバイスであって、前記第１のセンサは前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成し、前記処理回路は少なくとも前記第１の信号と前記シャフトに接続された第２のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第２の信号とに基づいて前記シャフトに加わるトルクの示度を決定する、トルクおよび角度センシングデバイスと、
前記トルクおよび角度センシングデバイスの外部にあり、前記第２の信号を生成する第２のセンサと、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項20】
前記第２のセンサは、第２のトルクおよび角度センシングデバイス内にあり、前記第２のトルクおよび角度センシングデバイスはスレーブユニットとしてプログラムされていることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記第２のセンサは、第２のトルクおよび角度センシングデバイス内にあり、前記第２のトルクおよび角度センシングデバイスは、前記シャフトに加わるトルクの第２の示度を生成し、前記トルクおよび角度センシングデバイスは、前記トルクの前記示度を前記トルクの前記第２の示度とを比較することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項22】
前記第２のセンサはスタンドアロンセンサであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項23】
シャフトに加わるトルクを測定するトルクおよび角度センシングデバイスであって、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成するセンサと、
少なくとも前記センサからの前記第１の信号と前記トルクおよび角度センシングデバイスのメモリに記憶された第２のリファレンスの情報とに基づいて、前記シャフトに加わるトルクの示度を決定する処理回路であって、前記センサと前記処理回路は、前記トルクおよび角度センシングデバイス内に統合されている、処理回路と、
を有することを特徴とするトルクおよび角度センシングデバイス。
【請求項24】
前記第２のリファレンスの情報は事前にプログラムされていることを特徴とする請求項２３に記載のトルクおよび角度センシングデバイス。
【請求項25】
前記第２のリファレンスの情報は、外部センサを用いずに前記トルクおよび角度センシングデバイスによって生成されることを特徴とする請求項２３に記載のトルクおよび角度センシングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２１年５月７日出願の米国特許出願第１７／３１４，５４０号に基づく優先権を主張し、その開示全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
本願は、２０２１年５月７日出願の米国特許出願第１７／３１４，５４０号に基づく優先権を主張し、その開示全体は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示の実施形態は、センサを使用してトルクを測定することに関する。
【背景技術】
【0003】
シャフトに加えられるトルクを測定することは、様々な用途において有用である。いくつかの例示的な用途として、車両内が挙げられる。例えば、シャフトに加えられるトルクを測定することは、ホイール速度センシングに有用であり、これは、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、電子安定性システム（ＥＳＳ）、ステアリングアングルセンサ（ＳＡＳ）、アドバンストドライブアシスタンスシステム（ＡＤＡＳ）などの動的ブレーキ制御システムの重要な入力となる。
【0004】
特定のトルク測定システムは、用途に強く依存するものであり、同様の用途において異なる構成で使用する場合に充分な汎用性が得られない。既存のトルク測定システムは比較的高価であり、様々な複雑さが伴う。したがって、改善されたトルク測定システムが望まれている。
【発明の概要】
【0005】
本願の請求項に記載される技術は、それぞれいくつかの側面を有し、１つの側面が単独でその望ましい技術属性に関わるわけではない。本願の特許請求の範囲を限定することなく、本開示のいくつかの顕著な特徴について以下に簡潔に説明する。
【0006】
本開示の一態様は、シャフトに加わるトルクを測定する方法である。この方法は、第１のセンサを用いて、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成することと、第２のセンサから、前記シャフトに接続された第２のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第２の信号を受信することと、処理回路を用いて、少なくとも前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記シャフトに加わるトルクの示度を決定することであって、前記第１のセンサと前記処理回路はデバイス内に統合されており、前記第２のセンサは前記デバイスの外部にある、こと、を含む。
【0007】
この方法は、前記デバイスをマスターユニットとしてプログラムすることであって、前記デバイスはスレーブユニットとしてもプログラム可能である、ことをさらに含むことができる。前記デバイスは、マスターユニットとして構成され、前記第２のセンサはスレーブユニットに含まれることもできる。
【0008】
前記第２のセンサと第２の処理回路が第２のデバイス内に統合されることもできる。この方法は、前記処理回路によって、前記トルクの前記示度と前記第２の処理回路によって生成される前記シャフトに加わるトルクの第２の示度とを比較することをさらに含むこともできる。
【0009】
前記トルクの前記示度を決定することは、前記第１の信号と前記第２の信号との間の位相差を検出することを含むことができる。前記トルクの前記示度を決定することは、前記
デバイスのメモリに記憶されている較正情報にアクセスすることを含むことができる。
デバイスのメモリに記憶されている較正情報にアクセスすることを含むことができる。
【0010】
前記第１のリファレンスは第１のトーンホイールとすることができる。前記第２のリファレンスは第２のトーンホイールとすることができる。前記シャフトは、車両内に配置することができる。前記シャフトは、機械内に配置することができる。
【0011】
この方法は、前記デバイスの温度センサを使用して、前記デバイスに関連付けられた温度の示度を検出することと、前記温度の前記示度に基づいて温度補償を適用することであって、前記トルクの前記示度は前記適用することに基づく、ことをさらに含むことができる。
【0012】
本開示の別の態様は、トルクおよび角度センサデバイスであって、入力接点と、出力接点と、第１のセンサと、処理回路とを有する。前記入力接点は、外部デバイスからの第２のリファレンスの角度／速度を示す第２の信号を受信する。前記出力接点は、トルクの示度を提供する。前記第１のセンサは、第１の角度／速度を示す第１の信号を生成する。前記処理回路は、少なくとも前記第１の信号と前記第２の信号に基づいて、前記トルクの前記示度を生成する。前記センサおよび前記処理回路は、前記トルクおよび角度センサデバイス内に統合されている。
【0013】
前記処理回路は、第１のモードでマスターユニットとして機能して第２のモードでスレーブユニットとしてするようにプログラム可能である。前記処理回路は、前記トルクの前記示度の生成を、前記処理回路によって決定されたトルクの第１の示度と前記外部デバイスによって生成されたトルクの第２の示度との比較に基づいて行うことができる。
【0014】
前記センサは可変リラクタンスセンサとすることができる。前記センサは磁気センサとすることができる。前記センサは誘導センサとすることができる。前記センサは光学センサとすることができる。
【0015】
前記第１の信号は、シャフトに接続された第１のトーンホイールまたはマグネットホイールに関連付けることができる。前記第２の信号は、前記シャフトに接続された第２のトーンホイールまたはマグネットホイールに関連付けることができる。前記トルクの前記示度は前記シャフトに加わるトルクを表すことができる。
【0016】
前記処理回路と前記センサは、共に前記トルクおよび角度センサデバイスの筐体内に設けることができる。
【0017】
本開示の別の態様は、シャフトに加わるトルクを測定するシステムである。このシステムは、トルクおよび角度センシングデバイスと、前記トルクおよび角度センシングデバイスの外部にある第２のセンサとを有する。前記トルクおよび角度センシングデバイスは、第１のセンサと処理回路を有する。前記第１のセンサは、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成する。前記処理回路は、少なくとも前記第１の信号と前記シャフトに接続された第２のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第２の信号とに基づいて前記シャフトに加わるトルクの示度を決定する。前記第２のセンサは、前記第２の信号を生成する。
【0018】
前記第２のセンサは、第２のトルクおよび角度センシングデバイス内にあってよい。前記第２のトルクおよび角度センシングデバイスはスレーブユニットとしてプログラムすることができる。
【0019】
前記第２のセンサは、第２のトルクおよび角度センシングデバイス内にあってよく、前
記第２のトルクおよび角度センシングデバイスは、前記シャフトに加わるトルクの第２の示度を生成することができる。前記トルクおよび角度センシングデバイスは、前記トルクの前記示度を前記トルクの前記第２の示度とを比較することができる。
記第２のトルクおよび角度センシングデバイスは、前記シャフトに加わるトルクの第２の示度を生成することができる。前記トルクおよび角度センシングデバイスは、前記トルクの前記示度を前記トルクの前記第２の示度とを比較することができる。
【0020】
前記第２のセンサはスタンドアロンセンサとすることができる。
【0021】
本開示の別の態様は、シャフトに加わるトルクを測定する方法である。この方法は、デバイス内で処理回路と統合されたセンサを用いて、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成することを含む。この方法は、前記処理回路を用いて、少なくとも前記第１の信号と第２の信号とに基づいて、前記シャフトに加わるトルクの示度を決定することも含む。
【0022】
この方法は、デバイスの外部にある第２のセンサから前記第２の信号を受信することを含むことができる。あるいは、前記第２の信号は、外部センサを用いずに前記デバイスによって生成することができる。この方法は、事前プログラム情報を受信することと、前記事前プログラム情報をメモリに記憶することであって、前記第２の信号が前記事前プログラム情報を示す、ことを含むことができる。
【0023】
本開示の別の態様は、シャフトに加わるトルクを測定するトルクおよび角度センシングデバイスである。このトルクおよび角度センシングデバイスは、センサと処理回路を有する。前記センサは、前記シャフトに接続された第１のリファレンスに関連付けられた角度および／または速度を示す第１の信号を生成する。前記処理回路は、少なくとも前記センサからの前記第１の信号と前記トルクおよび角度センシングデバイスのメモリに記憶された第２のリファレンスの情報とに基づいて、前記シャフトに加わるトルクの示度を決定する。前記センサと前記処理回路は、前記トルクおよび角度センシングデバイス内に統合されている。
【0024】
前記第２のリファレンスの情報は事前にプログラムすることができる。前記第２のリファレンスの情報は、外部センサを用いずに前記トルクおよび角度センシングデバイスによって生成することができる。
【0025】
これらおよび他の実施形態は、図面を参照して以下でより詳細に説明される。本開示を要約する目的で、本開示の革新技術のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について、本明細書で説明する。このような利点の必ずしもすべてが、任意の特定の実施形態に従って達成されるわけではないことを理解されたい。したがって、本開示の革新技術は、本明細書で開示または示唆される他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で開示される１つの利点または一連の利点を達成または最適化する方式で具現化または実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
本開示の実施形態は、非限定的な例として、添付の図面を参照して説明される。
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下の特定の実施形態の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書で説明される技術は、例えば、請求項によって定義および網羅されるように、多数の異なる方法で具現化することができる。この説明では、図面を参照するが、同様の参照番号および／または記号は、同一または機能的に類似の要素を示すことができる。図面に示される要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解される。さらに、いくつかの実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素および／または図面に示される要素のサブセットを含み得ることが理解される。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の好適な組み合わせを組み込むことができる。
【0029】
本開示は、トルクおよび角度測定センサ(ＴＡＭＳ)デバイスを示す。このＴＡＭＳデバイスは、回転シャフトまたは非回転シャフトなどのシャフトに加えられるトルクを計算することができる。ＴＡＭＳデバイスは、単一の小型ユニット内に内蔵される速度／角度センサおよび処理回路を含むことができる。処理回路は、例えば、マイクロコントローラを含む。また、ＴＡＭＳデバイスは、温度センサを含むことができる。温度センサは、トルク計算における温度補償に使用することができる。ＴＡＭＳデバイスは、アナログおよび／またはデジタル電子インターフェースを含むことができる。
【0030】
トルク測定システムは、シャフトと、２つのトーンホイールギアまたは多極磁石ホイールなどの２つのリファレンス（reference）と、ＴＡＭＳデバイスと、ＴＡＭＳデバイス
の外部のセンサとを含むことができる。ＴＡＭＳデバイスの外部のセンサは、場合によってはスタンドアロンの速度／角度センサであってよい。ＴＡＭＳデバイスの外部のセンサは、いくつかの他の事例では、第２のＴＡＭＳデバイス内に含まれてもよい。第２のＴＡＭＳデバイスは、スレーブユニットまたはマスタユニットであり得る。
の外部のセンサとを含むことができる。ＴＡＭＳデバイスの外部のセンサは、場合によってはスタンドアロンの速度／角度センサであってよい。ＴＡＭＳデバイスの外部のセンサは、いくつかの他の事例では、第２のＴＡＭＳデバイス内に含まれてもよい。第２のＴＡＭＳデバイスは、スレーブユニットまたはマスタユニットであり得る。
【0031】
場合によっては、トルク測定システムは、シャフトと、１つのトーンホイールギアまたは多極磁石ホイールなどの１つのリファレンスと、ＴＡＭＳデバイスとを含むことができる。ＴＡＭＳデバイスは、リファレンスの回転から第１の信号を動的に生成することができる。ＴＡＭＳデバイスは、２次情報について学習、記憶、または事前にプログラムすることができる。例えば、いくつかの例では、２次情報は、異なる方向速度で負荷のないリファレンスホイールから学習することができる。２次情報は、基準信号、ＴＡＭＳデバイスの処理回路の機能から決定され得る基準信号を表すデータセットなどであり得る。２次情報は、ＴＡＭＳデバイスのメモリに格納することができる。ＴＡＭＳデバイスは、少なくともＴＡＭＳデバイスのセンサによって生成された第１の信号および第２の情報に基づいて、シャフトに印加されるトルクの示度を決定することができる。センサは、本明細書に開示される任意の好適なセンサである。本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスは、(
１)統合されたセンサからの信号およびＴＡＭＳデバイスのメモリに記憶された２次情報
に基づいてトルクを計算すること、および／または(２)統合されたセンサからの信号および外部センサからの入力信号に基づいてトルクを計算することが可能である。
１)統合されたセンサからの信号およびＴＡＭＳデバイスのメモリに記憶された２次情報
に基づいてトルクを計算すること、および／または(２)統合されたセンサからの信号および外部センサからの入力信号に基づいてトルクを計算することが可能である。
【0032】
本明細書に開示される実施形態は、診断機能およびプログラマビリティ機能を有する高性能な（例えば、線形性、精度、分解能、または再現性のうちの１つ以上に関する性能）優れたトルク／回転角度測定システムを提供し、システムを種々の異なる用途および構成のために多目的に利用することができる。
【0033】
分散型速度センシングデバイスおよび電子制御ユニットを使用するトーンホイールトルク測定システムの設計は、用途に依存することがあり、同じ用途においてシステムを異なる構成で使用する場合に充分な汎用性が得られない可能性がある。分散型トルク測定システムは、アセンブリ、配線、調整、較正、および／または保守の複雑さという欠点を有し得る。したがって、そのような分散型トルク測定システムは、比較的高価であり得る。
【0034】
本明細書に開示される統合トルクセンシングシステムは、異なる構成を伴う用途において柔軟性を提供しつつ、上記の複雑さを解決することができる。本開示では、統合された速度／角度センサを有するＴＡＭＳデバイスを提示する。ＴＡＭＳデバイスは、マスタユニットまたはスレーブユニットとして機能するようにプログラム可能である。ＴＡＭＳデバイスは、シャフトに加えられるトルクまたは回転角度を計算することができる。ＴＡＭＳデバイスは、様々な他の外部電気速度／角度センサと共に動作するようにプログラムすることができる。また、ＴＡＭＳデバイスは、システムの機能的冗長性および／または妥当性を生み出すために、１つまたは複数の他の同様のＴＡＭＳデバイスを含むトルク測定システムに含まれ得る。ＴＡＭＳデバイス間のデータ伝送は、アナログおよび／またはデジタルフォーマットを伴う有線および／または無線通信を含む、種々の方法で実現すうことができる。
【0035】
どのセンシング技術が使用されるかにかかわらず、センシングデバイス出力の精度、ヒステリシス、再現性、線形性などのうちの１つまたは複数は、設計の重要なパラメータであり、磁気技術においてさらに重要であり得る。より正確なトルクおよび／または角度の測定のために、ほとんどのセンシング用途は、較正における低い非線形性ならびにシステ
ムにおける低い機械的および磁気的ヒステリシス／誤差を伴う。望ましくないシステム変動やノイズ、例えば、部品アセンブリの不正確さ、システム材料特性の変動、センシング要素の変動、磁気ヒステリシス、歯の表面形状および寸法などのトーンホイールの物理的特徴および機械的特徴の変動などによる３次元機械的運動、のうちの１つまたは複数が生じる場合に測定誤差を最小限に抑えることが課題となり続けている。一般に、低公差機械システム設計に加えて、磁気センサの精度は、センサ構造および周囲部品の磁気材料特性、磁石の種類および磁化、物理的寸法、望ましくない磁気および機械的ノイズ、磁気センシング素子の種類および技術、エアギャップおよび較正を含む測定システム構成、のうちの１つまたは複数を含む、磁気回路の設計に使用される技術によって定義することができる。トルクおよび／または角度の計算の精度において重要な役割を果たし得る、種々のパラメータがある。したがって、高信頼性のＴＡＭＳデバイスは、高速マルチアルゴリズム処理、パラメータ較正、および／またはデータ記憶のための、低オフセットおよび低温ドリフト電子機器およびプログラマブルユニットの利用を促進することを伴い得る。
ムにおける低い機械的および磁気的ヒステリシス／誤差を伴う。望ましくないシステム変動やノイズ、例えば、部品アセンブリの不正確さ、システム材料特性の変動、センシング要素の変動、磁気ヒステリシス、歯の表面形状および寸法などのトーンホイールの物理的特徴および機械的特徴の変動などによる３次元機械的運動、のうちの１つまたは複数が生じる場合に測定誤差を最小限に抑えることが課題となり続けている。一般に、低公差機械システム設計に加えて、磁気センサの精度は、センサ構造および周囲部品の磁気材料特性、磁石の種類および磁化、物理的寸法、望ましくない磁気および機械的ノイズ、磁気センシング素子の種類および技術、エアギャップおよび較正を含む測定システム構成、のうちの１つまたは複数を含む、磁気回路の設計に使用される技術によって定義することができる。トルクおよび／または角度の計算の精度において重要な役割を果たし得る、種々のパラメータがある。したがって、高信頼性のＴＡＭＳデバイスは、高速マルチアルゴリズム処理、パラメータ較正、および／またはデータ記憶のための、低オフセットおよび低温ドリフト電子機器およびプログラマブルユニットの利用を促進することを伴い得る。
【0036】
本明細書に開示される実施形態は、センシング回路（例えば、磁気センシング回路）内の誤差の原因を低減、最小化、または排除すること、所望のエアギャップのための調節可能な機械的なマウント、所望の較正および／またはアルゴリズムのプログラム可能性および構成可能性を伴う複数の用途のためのロバスト設計、機能的な冗長性および妥当性、ならびに診断能力（例えば、自己安全性および／または健康チェック）を低減、最小化、または排除することによって、高性能なトルクおよび角度測定デバイスを提供することができる。
【0037】
ＴＡＭＳデバイスは、基準のシャフトに加えられたトルクおよびねじれ角を測定するように設計された、統合されたプログラム可能なトルクおよび角度センサである。このような基準のシャフトは、１つまたは２つのトーンホイールまたは磁石ホイールに接続される。ＴＡＭＳデバイスは、トルクセンシングデバイスとしてトルクおよび他の必要な機能（速度、回転方向、および角度）を動的に計算するようにプログラム可能なマイクロコントローラベースの能動的または受動的な速度／角度センサであり得る。ＴＡＭＳデバイス内の内蔵センサは、角度および／または速度をセンシングするために好適な任意のセンサである。例えば、内蔵センサは、可変リラクタンス（ＶＲ；Variable Reluctance）センサ
などのパッシブセンサ、または磁気ホール効果センサ、磁気ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistive；異方性磁気抵抗）センサ、磁気ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive；巨大磁気抵抗）センサ、磁気ＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistive；トンネル磁気抵抗）センサ、誘導センシングシステム、光学センサなどのアクティブセンサ、または任意の他の適切なセンサとすることができる。誘導センシングシステムは、センシング要素としてプリント回路基板（ＰＣＢ；Printed Curcuit Board）上に構築された多巻き一次（送信機）およ
び２次（受信機）コイルに接続する集積回路（ＩＣ；Integrated Circuit）を含む。ＴＡＭＳデバイスは、トルクおよび角度測定システムにおけるマスターユニットまたはスレーブユニットとして機能するようにプログラムすることができる。ＴＡＭＳは、マスタユニットとして、内蔵センサおよび外部の角度／速度センサの両方からのトーンホイール角度および物理的歯プロファイル情報を監視および読み取ることができる。外部センサは、独立型センサ、または第２のＴＡＭＳデバイスに含まれるセンサであり得る。ＴＡＭＳデバイスは、シャフトに関連付けられた２つのトーンホイールまたは磁石ホイールなどの２つのリファレンスの間の機械的ねじり角度差を決定し、シャフトに加えられるトルクを計算することができる。
などのパッシブセンサ、または磁気ホール効果センサ、磁気ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistive；異方性磁気抵抗）センサ、磁気ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive；巨大磁気抵抗）センサ、磁気ＴＭＲ（Tunnel Magneto-Resistive；トンネル磁気抵抗）センサ、誘導センシングシステム、光学センサなどのアクティブセンサ、または任意の他の適切なセンサとすることができる。誘導センシングシステムは、センシング要素としてプリント回路基板（ＰＣＢ；Printed Curcuit Board）上に構築された多巻き一次（送信機）およ
び２次（受信機）コイルに接続する集積回路（ＩＣ；Integrated Circuit）を含む。ＴＡＭＳデバイスは、トルクおよび角度測定システムにおけるマスターユニットまたはスレーブユニットとして機能するようにプログラムすることができる。ＴＡＭＳは、マスタユニットとして、内蔵センサおよび外部の角度／速度センサの両方からのトーンホイール角度および物理的歯プロファイル情報を監視および読み取ることができる。外部センサは、独立型センサ、または第２のＴＡＭＳデバイスに含まれるセンサであり得る。ＴＡＭＳデバイスは、シャフトに関連付けられた２つのトーンホイールまたは磁石ホイールなどの２つのリファレンスの間の機械的ねじり角度差を決定し、シャフトに加えられるトルクを計算することができる。
【0038】
また、いくつかの実施形態では、ＴＡＭＳデバイスは、センサ機能に影響を及ぼす温度を測定するための内部温度センサを含むことができる。ＴＡＭＳデバイスは、トルクおよび／または角度を決定するための温度補償アルゴリズムを適用することができる。
【0039】
次に、ＴＡＭＳデバイスの機能について説明する。ＴＡＭＳデバイスは、内部マスタおよび／または外部スレーブセンサから受信される、回転シャフトの角速度（方向角速度）および角度位置、ならびにトーンホイールの歯プロファイル情報または磁石ホイールの磁場プロファイル（速度／角度信号を示す）を動的に検出、監視、読み取り、処理、分析、および捕捉することができる。マスタセンサは、内蔵速度センサであり得る。マスタセンサは、アクティブセンサまたはパッシブセンサであり得る。スレーブセンサは、スタンドアロンの外部速度センサまたは２次的なＴＡＭＳデバイスの速度センサであり得る。スレーブセンサは、アクティブセンサまたはパッシブセンサであり得る。ＴＡＭＳデバイスは、マスタセンサからの信号とスレーブセンサからの信号との間の位相差を測定することができる。
【0040】
ＴＡＭＳデバイスは、シャフトに接続されたトーンホイールの回転方向を検出することができる。ＴＡＭＳデバイスは、設計ごとにゼロＲＰＭ（Rotation Per Minute；１分あ
たりの回転数）から超高ＲＰＭまで回転シャフトに加えられるトルクの方向を検出することができる。
たりの回転数）から超高ＲＰＭまで回転シャフトに加えられるトルクの方向を検出することができる。
【0041】
ＴＡＭＳデバイスは、回転シャフトのトルクおよび／または角度値を計算するためのすべての関連する機能および／またはアルゴリズムおよびパラメータを読み取って捕捉することができる。ＴＡＭＳデバイスは、異なるトルク計算方法（例えば、ゼロ交差に基づく位相測定、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、または他の方法）のためにプログラムすることができる。ＴＡＭＳデバイスは、較正パラメータを記憶することができ、シャフトに加えられるトルクを計算するための１つまたは複数のアルゴリズムでプログラムすることができる。ＴＡＭＳデバイスは、トーンホイールおよび／または他のリファレンスの機械的なサイズおよび／または形状の特徴を読み取って捕捉し、そのような情報を機能計算、妥当性、および（電気）機械的診断に適用することができる。
【0042】
ＴＡＭＳデバイスは、内蔵センサおよび外部センサから受信される２つの独立した信号の測定された差動位相（differential phase）に基づいて、トーンホイール／磁石ホイール等の２つのリファレンスを接続するシャフトに印加されるトルクを計算することができる。
【0043】
２次的なＴＡＭＳデバイスを含むシステムでは、第１のＴＡＭＳデバイスは、第２のＴＡＭＳデバイスから受信された、計算されたトルク情報を捕捉および比較することができる。これは、トルクおよび／または角度の測定における機能的冗長性および妥当性チェックを提供することができる。
【0044】
ＴＡＭＳデバイスは、トーンホイール速度および回転方向データ、印加トルクおよび印加トルクの方向を取り込むことができる。次いで、ＴＡＭＳデバイスは、任意の好適なインターフェース（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ；Controller Area Network）、ローカル相互接続ネットワーク（ＬＩＮ；Local Interconnect Network）、
シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ；Serial Peripheral Network）、パルス幅変調
（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）、集積回路間（Ｉ２Ｃ；Inter-Integrate Circuit
）、またはユニバーサル非同期受信機／送信機（ＵＡＲＴ；Universal Asynchronous Reciever/Transmitter）インターフェース）および／または比較的高分解能のアナログフォ
ーマットを介して、情報をデジタル的に伝送することができる。ＴＡＭＳデバイスは、内蔵の受動的または能動的な速度／角度センサからゼロ交差情報を検出および出力することができる。
シリアル周辺インターフェース（ＳＰＩ；Serial Peripheral Network）、パルス幅変調
（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）、集積回路間（Ｉ２Ｃ；Inter-Integrate Circuit
）、またはユニバーサル非同期受信機／送信機（ＵＡＲＴ；Universal Asynchronous Reciever/Transmitter）インターフェース）および／または比較的高分解能のアナログフォ
ーマットを介して、情報をデジタル的に伝送することができる。ＴＡＭＳデバイスは、内蔵の受動的または能動的な速度／角度センサからゼロ交差情報を検出および出力することができる。
【0045】
ＴＡＭＳデバイスは、センサ機能に影響を及ぼす温度を測定および／または報告することができる。ＴＡＭＳデバイスは、シャフトに加えられるトルクを決定する際に温度補償
を適用することができる。
を適用することができる。
【0046】
ＴＡＭＳデバイスの入力／出力（Ｉ／Ｏ）は、電磁適合性（ＥＭＣ；Electromagnetic Compatibility）、電磁干渉（ＥＭＩ；Electromagnetic Interference）、および／また
は静電放電（ＥＳＤ；Electrostatic Discharge）過渡信号などの過渡信号の影響を低減
、最小化、および／または排除するために、電子フィルタリング構成要素によって保護することができる。ＴＡＭＳデバイスのＩ／Ｏインターフェースは、所望に応じて入力信号および／または出力信号を調整するように設計することができる。
は静電放電（ＥＳＤ；Electrostatic Discharge）過渡信号などの過渡信号の影響を低減
、最小化、および／または排除するために、電子フィルタリング構成要素によって保護することができる。ＴＡＭＳデバイスのＩ／Ｏインターフェースは、所望に応じて入力信号および／または出力信号を調整するように設計することができる。
【0047】
本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスは、任意の好適なシャフトトルクセンシングシステムに適用することができる。そのような技術的解決策は、産業機械および機器、ロボット、自動車、航空宇宙、電気自動車（ＥＶ；Electric Vehicle）、自律型車両（ＡＶ；Autonomou Vehicle）、ならびに医療機器などの機能的な冗長性および妥当性が望ましい
産業を含む、任意の好適な産業において適用することができる。
産業を含む、任意の好適な産業において適用することができる。
【0048】
図１は、一実施形態に係るＴＡＭＳデバイス１０の概略ブロック図である。図に示すように、ＴＡＭＳデバイス１０は、センサ１２と、処理回路１４と、Ｉ／Ｏインターフェース１５、１６、１７と、電圧レギュレータおよび温度センサ１８とを有数。センサ１２、処理回路１４、電圧レギュレータおよび温度センサ１８は、ＴＡＭＳデバイス１０のハウジング内に設けることができる。
【0049】
センサ１２は、ＴＡＭＳデバイス１０内に統合される。センサ１２は、処理回路１４と同じパッケージに含まれる。センサ１２は、回転シャフトに関連する角度および／または方向速度の情報を含む信号を検出および生成することができる。センサ１２は、多くの用途において、特にゼロに近い速度測定が望まれる場合は、アクティブセンサであり得る。センサ１２は、特定の用途ではパッシブセンサとすることができる。処理回路１４は、センサ１２の出力信号に基づいて、回転軸の角度位置および／または角速度ならびにその方向を決定することができる。角度変化率は、角速度（ω＝ｄθ／ｄｔ）を示すことができる。同様に、角速度は、角度「θ」および時間Ｔによる変化「Δθ」を示すことができる。したがって、センサ１２によって生成される信号は、時間に依存し、回転シャフトの角度位置および角速度の両方を示すことができる。センサ１２によって生成される信号は、回転シャフトの角度位置または角速度のうちの少なくとも１つを示す。
【0050】
用途に応じて、処理回路１４は、より強力でより高速な計算のためにより複雑なアルゴリズムを実行するデジタル信号処理能力を有する単純なマイクロコントローラまたは強力なマイクロコントローラを備えることができる。例えば、処理回路は、特定の要件を伴う任意の用途を満たすようにカスタム設計されたマイクロプロセッサベースの電子信号処理モジュール（ＥＳＰＭ；Electronic Signal Processing Module）であってよい。処理回
路１４は、プログラム可能であり得る。処理回路１４は、インターフェース１６において内部で受信されたセンサ１２の出力信号と、第１のＩ／Ｏインターフェース１５のＩ／Ｏ接点において受信されたＴＡＭＳデバイス１０の外部のセンサの出力とに基づいてトルクを計算することができる。Ｉ／Ｏ接点は、ピン、パッド、バンプ、または入力信号を受信するための任意の他の好適な接点であり得る。処理回路１４は、角度および／またはトルクを計算するための１つまたは複数のパラメータを記憶するメモリを含むことができる。
路１４は、プログラム可能であり得る。処理回路１４は、インターフェース１６において内部で受信されたセンサ１２の出力信号と、第１のＩ／Ｏインターフェース１５のＩ／Ｏ接点において受信されたＴＡＭＳデバイス１０の外部のセンサの出力とに基づいてトルクを計算することができる。Ｉ／Ｏ接点は、ピン、パッド、バンプ、または入力信号を受信するための任意の他の好適な接点であり得る。処理回路１４は、角度および／またはトルクを計算するための１つまたは複数のパラメータを記憶するメモリを含むことができる。
【0051】
処理回路１４は、インターフェース１６のみで受信されたセンサ１２の出力信号と、メモリにあらかじめプログラムされたおよび／または学習およびキャプチャされた１つまたは複数の基準信号とに基づいてトルクを計算することができる。異なる条件における基準信号は、インターフェース１５のＩ／Ｏ接点を介して記憶するために処理回路１４に提供され得る。この場合、ＴＡＭＳ１０は、トルクを計算するためのスタンドアロンデバイス
として機能する。
として機能する。
【0052】
ＴＡＭＳ１０は、信号を受信および／または出力するのに適したＩ／Ｏインターフェース１５、１６、１７を有する。Ｉ／Ｏインターフェース１５、１６、１７のうちの１つまたは複数は、デジタル信号を処理するように構成することができる。この代わりにあるいはこれに加えて、Ｉ／Ｏインターフェース１５、１６、１７のうちの１つ以上は、アナログ信号を処理するように設けられてよい。
【0053】
第１のＩ／Ｏインターフェース１５は、ＴＡＭＳデバイス１０の外部から信号を受信し、受信された信号を処理回路１４および／または電圧レギュレータおよび温度センサ１８に提供することができる。第１のＩ／Ｏインターフェース１５は、受信された信号を処理することができる。第１のＩ／Ｏインターフェース１５は、ＴＡＭＳデバイス１０のための共通接地信号ＧＮＤを受信することができる。第１のＩ／Ｏインターフェース１５は、ＴＡＭＳデバイス１０のための電源電圧ＶＤＤを受け取ることができる。第１のＩ／Ｏインターフェース１５は、基準信号を提供するために、２次的なＴＡＭＳデバイスのセンサ、テスタ、シミュレータデバイス、またはプログラマ等の外部センサまたはデバイスから、測定されたトーンホイール情報および状態を示す、１つ以上の基準信号Ref Signal_In1、Ref Signal_In2を受信することができる。１つまたは複数の基準信号Ref Signal_In１
、Ref Signal_In2は、第２のトーンホイールまたは磁石ホイールなどのリファレンスに関連付けられた角度および／または速度の示度を提供することができる。
、Ref Signal_In2は、第２のトーンホイールまたは磁石ホイールなどのリファレンスに関連付けられた角度および／または速度の示度を提供することができる。
【0054】
第２のＩ／Ｏインターフェース１６は、センサ１２からの出力信号を処理回路１４に提供することができる。第２のＩ／Ｏインターフェース１６は、センサ１２からの出力信号を処理することができる。そのような処理は、フィルタリング、信号増幅などの１つまたは複数を含むことができる。
【0055】
第３のＩ／Ｏインターフェース１７は、処理回路１４から信号を受信し、受信した信号をＴＡＭＳデバイス１０の外部に出力することができる。第３のＩ／Ｏインターフェース１７は、計算されたトルク／角度情報および／または測定システム診断を示す１つまたは複数のＴＡＭＳ出力信号TAMS Signal_Out1、TAMS Signal_Out2を外部電子制御モジュール（ＥＣＵ；Electronic Control Module）に出力することができる。第３のＩ／Ｏインタ
ーフェース１７は、センサ１２からの出力信号に基づいて、測定されたトーンホイール／マグネットホイールの情報および状態を示す１つまたは複数の基準信号Ref Signal_Out1
、Ref Signal_Out2を出力することができる。１つまたは複数の基準信号Ref Signal_Out1、Ref Signal_Out2は、トーンホイール／マグネットホイールなどのリファレンスに関連
付けられた角度および／または速度の示度を提供することができる。また、これらの信号は、ＴＡＭＳデバイス１０が行うトルクを計算するために、別の外部ＴＡＭＳデバイスによって使用することもできる。
ーフェース１７は、センサ１２からの出力信号に基づいて、測定されたトーンホイール／マグネットホイールの情報および状態を示す１つまたは複数の基準信号Ref Signal_Out1
、Ref Signal_Out2を出力することができる。１つまたは複数の基準信号Ref Signal_Out1、Ref Signal_Out2は、トーンホイール／マグネットホイールなどのリファレンスに関連
付けられた角度および／または速度の示度を提供することができる。また、これらの信号は、ＴＡＭＳデバイス１０が行うトルクを計算するために、別の外部ＴＡＭＳデバイスによって使用することもできる。
【0056】
電圧レギュレータおよび温度センサ１８は、調整された電圧を処理回路１４に供給する電圧レギュレータを備える。第１のＩ／Ｏインターフェース１５で受信された電源電圧ＶＤＤに基づいて、電圧レギュレータは、より正確かつ反復可能なＴＡＭＳ性能のために、所定のレベルで処理回路１４全体ならびにインターフェース１５、１６、１７に通電するように、所定の電力（電圧および電流）を生成することを保証する。電圧レギュレータおよび温度センサ１８は、温度センサを備える。処理回路１４は、温度センサの出力に基づいて温度補償を実行するように構成することができる。これにより、ＴＡＭＳの測定および計算機能の精度が向上する。
【0057】
ＴＡＭＳデバイス１０は、様々な用途に使用することができる。車輪速度センシングは、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、電子安定性システム（ＥＳＳ；Electronic
Stability System）、ステアリング角度センシング（ＳＡＳ；Steering Angle Sensing
）システム、およびアドバンスト駆動支援システム（ＡＤＡＳ；Advanced Driving Assistance System）などの動的ブレーキ制御システムに対する重要な入力である。用途は、例えば、図２Ｃに示すように、トーンホイールを有するシャフトに加えられる速度およびトルクを検出および測定することを含む。
Stability System）、ステアリング角度センシング（ＳＡＳ；Steering Angle Sensing
）システム、およびアドバンスト駆動支援システム（ＡＤＡＳ；Advanced Driving Assistance System）などの動的ブレーキ制御システムに対する重要な入力である。用途は、例えば、図２Ｃに示すように、トーンホイールを有するシャフトに加えられる速度およびトルクを検出および測定することを含む。
【0058】
車輪速度およびトルク測定用途のためのＴＡＭＳデバイス１０のセンサ１２の例は、可変リラクタンスを使用するパッシブセンサおよび固体集積回路を使用するアクティブセンサを含む。磁気速度センサは、ＴＡＭＳデバイス１０に組み込まれたパッシブセンサおよびアクティブセンサの例である。磁気速度センサは、磁気速度センサの近くの磁気ターゲットの移動によって引き起こされる磁場の変化に応答する。
【0059】
例示的なＴＡＭＳデバイスは、集積可変リラクタンス（ＶＲ；Variable Reluctance）
センサを含む。ＶＲセンサは、近くで回転するトーンホイールなどの強磁性または他の高透磁率磁気ターゲットのサイズ、速度、および近接度に比例するアナログ交流（ＡＣ）信号を生成する比較的小さい電磁発生器を含むことができる。ＶＲセンサは、外部電源なしで動作することができ、したがって、パッシブセンサとして分類することができる。ＴＡＭＳデバイスは、トルクおよび角度測定用途のための統合ＶＲセンサを含むことができる。
センサを含む。ＶＲセンサは、近くで回転するトーンホイールなどの強磁性または他の高透磁率磁気ターゲットのサイズ、速度、および近接度に比例するアナログ交流（ＡＣ）信号を生成する比較的小さい電磁発生器を含むことができる。ＶＲセンサは、外部電源なしで動作することができ、したがって、パッシブセンサとして分類することができる。ＴＡＭＳデバイスは、トルクおよび角度測定用途のための統合ＶＲセンサを含むことができる。
【0060】
図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態に係る統合ＶＲセンサ２２を備える例示的なＴＡＭＳデバイス２０を示す。図２Ａは、ＴＡＭＳデバイス２０の主要構造のモデルを示す。図２Ｂは、ＴＡＭＳデバイス２０の内部構成要素を示す。図２Ａに示すように、ＴＡＭＳデバイス２０は、ＶＲセンサ２２と、電子信号処理モジュール（ＥＳＰＭ）２４と、Ｉ／Ｏコネクタ２６とを含む。ＶＲセンサ２２およびＥＳＰＭ２４は、いずれもＴＡＭＳデバイス２０の筐体内に設けられている。図２Ｂは、ＶＲセンサ２２が、磁石３２と、ワイヤのコイル３３と、磁極片３４とを有することを示す。さらに図２Ｂにおいて、ＥＳＰＭ２４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）３５と、処理回路３６と、ＰＣＢ３５上に配置された温度センサ３７とを含む。処理回路３６は、例えばマイクロコントローラを有してもよい。Ｉ／Ｏコネクタ２６は、図２Ｂに示すように、Ｉ／Ｏコネクタ接点３８を有してもよい。Ｉ／Ｏコネクタ接点３８は、Ｉ／Ｏコネクタピンとすることができる。
【0061】
いくつかの実施形態では、ＴＡＭＳデバイス２０は、事前にプログラムされるか、あるいはあらかじめ決められた第２のリファレンスの情報を記憶することができる。この２次的なリファレンスの情報は、ＴＡＭＳデバイス２０のＩ／Ｏインターフェースにおいて受信された信号から事前にプログラムすることができる。２次的なリファレンスの情報は、外部センサなしでＴＡＭＳデバイス２０によって生成することができる。例えば、いくつかの例では、２次的なリファレンスの情報は、異なる方向速度で負荷のない基準車輪から決定することができる。２次的なリファレンスの情報は、ＴＡＭＳデバイス２０のメモリに記憶および／またはプログラムすることができる。２次的なリファレンスの情報は、基準値を表すことができる。２次的なリファレンスの情報は、基準値を計算するためにＴＡＭＳデバイス２０の処理回路によって実行される関数のための１つまたは複数の入力値を含むことができる。例えば、基準値を決定するために処理回路によって実行される図３Ａおよび／または図３Ｂの曲線と同様の関数に値を入力することができる。２次的なリファレンスの情報を用いて、ＴＡＭＳデバイス２０は、単独で、少なくとも２次的な情報とＶＲセンサ２２の出力とに基づいて、シャフトに印加されるトルクの示度を決定することができる。ＴＡＭＳデバイス２０は、（１）内部センサからの信号およびメモリに記憶された２次的な情報、および／または（２）内部センサからの信号および外部センサからの信号に基づいてトルクを計算するようにプログラムすることができる。ある実施形態では、ＴＡＭＳデバイス２０は、（１）内部センサからの信号およびメモリに記憶された２次的
な情報、ならびに（２）内部センサからの信号および外部センサからの信号に基づいて、計算されたトルクを比較することができる。
な情報、ならびに（２）内部センサからの信号および外部センサからの信号に基づいて、計算されたトルクを比較することができる。
【0062】
図２Ｃは、ＶＲセンサ２２に近接して回転するトーンホイール３９を有するＴＡＭＳデバイス２０を示す。図２Ｃにトーンホイール３９の一部を示す。トーンホイール３９は、強磁性のトーンホイールである。例示的な強磁性トーンホイールは、鉄、ニッケルコバルト、およびそれらの合金などの遷移金属を含むことができる。したがって、トーンホイール３９は、特定の磁気特性（例えば、５００～８００の典型的な透過度を有する炭素鋼１００８または炭素鋼１０１０）を有する金属ターゲットとすることができる。図に示すように、トーンホイール３９はギアを有する。ＶＲセンサ２２は、トーンホイール３９の回転に基づいて速度および／または角度を検出することができる。
【0063】
回転トーンホイール３９（例えば、図２Ｃに示すもの）と連動して動作するＶＲセンサ出力電圧の数学モデルは、式（１）～式（６）によって表すことができる。これらの式は、ファラデーの法則およびレンツの法則から導出することができる。試験データから、式（１）～式（６）に基づく数学的モデルが正確であることがわかる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【0064】
式（１）および式（２）に示されるように、ＶＲセンサ２２によって生成される動的出力電気信号電圧Ｖ（ｔ，θａ，ＲＰＭ，ｘ）は、時間（ｔ）、ターゲットの回転速度（ＲＰＭ）、センサ２２とトーンホイール歯との間のギャップ（ｘ）に正比例し得る。そして、トーンホイール３９に連結されたシャフトに加えられるトルクによる角度（θａ）または位相変化（Δφａ）である。式（６）のパラメータＣ１およびＣ２ならびに式（２）のＫは定数である。
【0065】
ＶＲセンサ電気信号出力の電気周波数は、機械回転速度（ＲＰＭ）およびトーンホイー
ルギアのあらかじめ設計された歯数（Ｎｔ）によって決定することができる。
ルギアのあらかじめ設計された歯数（Ｎｔ）によって決定することができる。
【0066】
トーンホイールの機械的ギアピッチ（θｐ）は、設計当たりのトーンホイール上の歯の数（θｐ＝３６０°／Ｎｔ）によって決定することができる。したがって、機械的ギアピッチ（および／またはギア歯の数）は、ＶＲセンサ信号出力の電気周波数ならびに計算された角度および／またはトルク測定の分解能の両方に影響を及ぼし得る。
【0067】
ＶＲセンサ出力電圧Ｖｐｐのピーク間振幅（ＲＰＭ，ｘ）は、式（３）に示すように、固定動作エアギャップ（ｘ）における機械的ギア回転速度（ＲＰＭ）の線形関数とすることができる。
【0068】
試験データから生成された図３Ａに示す曲線は、０.５ｍｍ（ミリメートル）～３ｍｍ
の範囲のトーンホイールとＶＲセンサとの間のいくつかの固定動作ギャップ（ｘ）におけるＶｐｐ（ｘ，ＲＰＭ）の線形性を示す。
の範囲のトーンホイールとＶＲセンサとの間のいくつかの固定動作ギャップ（ｘ）におけるＶｐｐ（ｘ，ＲＰＭ）の線形性を示す。
【0069】
式（３）～式（６）に示すように、ＶＲセンサ出力電圧Ｖｐｐ（ＲＰＭ，ｘ）のピーク間振幅は、エアギャップが固定ＲＰＭで変化すると指数関数的に減衰する非線形関数Ｃ（ｘ）に比例し得る。
【0070】
図３Ｂは、いくつかの固定ＲＰＭにおいてエアギャップが０.５ｍｍ～３ｍｍの間で変
化すると指数関数的に減衰するＶＲセンサ出力電圧Ｖｐｐ（ｘ，ＲＰＭ）をプロットしたものである。
化すると指数関数的に減衰するＶＲセンサ出力電圧Ｖｐｐ（ｘ，ＲＰＭ）をプロットしたものである。
【0071】
また、式（３）～式（６）は、ＶＲセンサ出力電圧の振幅が、ワイヤのコイルの巻数（Ｎｃ）、コイルの断面積（Ａｃ）、およびトーンホイール歯の数（Ｎｔ）等の特定の物理的設計パラメータによって事前に決定することができることを示す。トーンホイールギアが回転すると、ＶＲセンサとギア歯との間の物理的ギャップｘも変化し、磁束Ｂ（ｘ）の大きさをギャップに対して変化させることができる。ピーク間磁束密度変化Ｂｐｐ（ｘ）は、式（６）で与えられる非線形減衰指数関数で精度よく近似することができる。
【0072】
内蔵ＶＲセンサおよび外部ＶＲセンサの両方によって生成される動的出力電圧Ｖ（ｔ，θａ，ＲＰＭ，ｘ）は、ＴＡＭＳデバイス２０のＥＳＰＭ２４（図２Ａ～図２Ｃ）に供給することができる。ＥＳＰＭ２４は、Ｉ／Ｏインターフェースおよび／またはマイクロコントローラにおいて、これらの信号をさらに処理することができる。
【0073】
図４Ａおよび図４Ｂは、ＴＡＭＳデバイスのＶＲセンサと外部ＶＲセンサとの間の位相差をプロットしたグラフである。これらの差は、ＴＡＭＳデバイスのＥＳＰＭにおいて検出することができる。図４Ａにおいて、初期位相差Δφａ０は４５°である。また、トーンホイール付きシャフトにトルクが加わる。図４Ｂに示すように、位相差は、調整された位相差Δφａ１が５５°となるように変化する。シャフトに加わるトルクは、ＥＳＰＭにおいて計算および／または測定された２つのＶＲセンサからの２つの出力信号間の差動位相差（Δφａ１－Δφａ０）に比例し得る。図４Ａおよび図４Ｂに示される２つのアナログ信号Ａ、Ｂは、デジタル化され（またはゼロ交差を介して脈動する）、次いで、マイクロコントローラ単独で、または別の回路とによって、差分化される（Ａ－Ｂ）。
【0074】
図４Ｃおよび図４Ｄは、図４Ａおよび図４Ｂの信号のデジタル化されたバージョンのグラフである。以下に説明するように、これらのグラフは、代替的に、アクティブセンサの出力を表すことができる。２つのＶＲセンサからの信号のゼロ交差は、ＴＡＭＳデバイスのＥＳＰＭによって検出することができる。この代わりにあるいはこれに加えて、２つのＶＲ信号の波形と関連付けられる任意の他の好適な点を検出することができる。
【0075】
ＴＡＭＳデバイスのＶＲセンサおよび外部ＶＲセンサ（第２のＴＡＭＳデバイスであってもよいしそうでなくてもよい）からのデジタル化ＶＲ信号の差動位相信号を生成することができる。図４Ｅおよび図４Ｆは、それぞれ図４Ｃおよび図４Ｄに対応する差動位相信号を示すグラフである。差動位相信号は、２つのＶＲセンサからのＶＲ出力信号のゼロ交差間の持続時間を表す。トーンホイールを用いてシャフトにトルクを印加することに応答する差動位相信号に関連する持続時間変化は、印加されたトルクに正比例（ここで、シャフトのねじり剛性係数は、その形状、寸法、および材料に関連する）することができる。持続時間は、ＴＡＭＳデバイスのＶＲセンサおよび外部ＶＲセンサからのＶＲ信号の基準点（例えば、ゼロ交差）間の差を表すことができる。持続時間の変化は、図４Ｅおよび図４Ｆのパルス間のパルス長の差を表すことができる。持続時間変化は、ＴＡＭＳデバイスのＥＳＰＭによって計算することができる。ＥＳＰＭは、持続時間変化をトルク値に変換することができる。
【0076】
シャフトおよびトーンホイール材料の物理的特性は、温度変化によって変化する。この温度効果が無視できないいくつかの例では、ＥＳＰＭは、温度センサからの温度の示度およびＥＳＰＭのメモリに記憶された較正データに基づいてトルク値を補償することができる。そして、ＥＳＰＭは、ＴＡＭＳデバイスから測定されたトルク値と温度値の両方を出力することができる。トルクおよび／または温度値の表示は、特定の用途においてデジタルおよび／またはアナログ信号であり得る。
【0077】
図５は、ＥＳＰＭのアナログ出力として提供される補償されていないトルク信号および線形基準曲線をプロットしたものである。図５の補償されていないトルク信号は、二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧である。補償されていないトルク信号は、ＴＡＭＳデバイスのＶＲセンサの出力信号と外部ＶＲ信号の出力信号との間の差動位相（Δφａ１－Δφａ０）の関数としてＲＭＳ電圧を表す。
【0078】
センサ動作温度変化は、ＶＲセンサ構造の物理的パラメータ、エアギャップ、および／またはＥＳＰＭ構成要素の機能動作に影響を及ぼし、ＴＡＭＳデバイスの内部ＶＲセンサおよび外部ＶＲセンサの出力電圧Ｖ（ｔ，θａ，ＲＰＭ，ｘ）の変化を生じさせる。温度変化は、磁場強度（例えば、パラメータＫ、ＫＢ、Ｃ１、Ｃ２)の変化を生じさせ、最終
的に、ＴＡＭＳ出力電圧の利得および位相を変化させることができる。温度変化は、図５に示すように、ＴＡＭＳデバイスの線形出力電圧の傾きおよびオフセット値に影響を及ぼし得る。ＴＡＭＳデバイス出力電圧は、温度変化によるオフセットおよび傾きの変化に対して補償することができる。ＴＡＭＳデバイスは、所望の範囲の温度動作（例えば、約－４０℃～１５０℃）に対して動作するように較正することができる。補償されたトルク信号は、図５に示す線形基準曲線と同様であり得る。
的に、ＴＡＭＳ出力電圧の利得および位相を変化させることができる。温度変化は、図５に示すように、ＴＡＭＳデバイスの線形出力電圧の傾きおよびオフセット値に影響を及ぼし得る。ＴＡＭＳデバイス出力電圧は、温度変化によるオフセットおよび傾きの変化に対して補償することができる。ＴＡＭＳデバイスは、所望の範囲の温度動作（例えば、約－４０℃～１５０℃）に対して動作するように較正することができる。補償されたトルク信号は、図５に示す線形基準曲線と同様であり得る。
【0079】
いくつかの実施形態では、ＴＡＭＳデバイスは、アクティブ速度センサを含む。アクティブ速度センサは、外部電源から電力を受け取って機能する。アクティブセンサの一例として、バックバイアスホール効果速度センサが挙げられる。ホール効果センサは、速度に正比例する周波数を有するデジタル出力信号を提供することができる。特定のＶＲセンサの出力信号とは異なり、アクティブセンサ出力信号の振幅は、磁気ターゲット（例えば、ギア付きトーンホイール）の速度と共には変化しない場合がある。次に、２つのアクティブセンサのないトルク測定システムの例について説明する。
【0080】
図６Ａおよび図６Ｂは、一実施形態による集積アクティブセンサ６２を有する例示的なＴＡＭＳデバイス６０を示す。図６Ａは、ＴＡＭＳデバイス６０の主要構造のモデルを示す。図６Ｂは、ＴＡＭＳデバイス６０内のアクティブセンサ６２を示す。アクティブセンサ６２は、ＴＡＭＳデバイス６０内のバックバイアスホール効果センサである。図６Ａに
示されるように、ＴＡＭＳデバイス６０は、アクティブセンサ６２と、ＥＳＰＭ６４と、Ｉ／Ｏコネクタ２６とを含む。アクティブセンサ６２およびＥＳＰＭ６４は、いずれもＴＡＭＳデバイス２６のハウジング内に設けられる。ＥＳＰＭ６４は、図２ＡのＥＳＰＭ２４の任意の構成要素を適宜有することができる。ＥＳＰＭ６４は、アクティブセンサ６２およびＴＡＭＳデバイス６０の外部のセンサの出力に基づいてトルクの示度を算出するように構成される。
示されるように、ＴＡＭＳデバイス６０は、アクティブセンサ６２と、ＥＳＰＭ６４と、Ｉ／Ｏコネクタ２６とを含む。アクティブセンサ６２およびＥＳＰＭ６４は、いずれもＴＡＭＳデバイス２６のハウジング内に設けられる。ＥＳＰＭ６４は、図２ＡのＥＳＰＭ２４の任意の構成要素を適宜有することができる。ＥＳＰＭ６４は、アクティブセンサ６２およびＴＡＭＳデバイス６０の外部のセンサの出力に基づいてトルクの示度を算出するように構成される。
【0081】
アクティブセンサ６２の出力信号は、既知の高値と既知の低値との間で切り替えることができる。用いる技術（例えば、磁気センサ、誘導センサ、光学センサ）にかかわらず、アクティブ速度センサアセンブリの出力信号は、実質的に同じであり得る。図４Ｃおよび図４Ｄに示すグラフは、ＴＡＭＳデバイス６０に組み込まれたアクティブセンサ６２と、４５°および５５°の位相差における外部アクティブセンサの出力信号（ＡおよびＢ）を表すことができる。これらの信号は、ＴＡＭＳデバイス６０のＥＳＰＭ６４によって処理され、図４Ｅおよび４Ｆに示される差動位相（Δφａ１－Δφａ０）信号を生成することができる。シャフトに加えられるトルクは、２つのアクティブセンサ出力信号ＡとＢとの間の差動位相に比例（シャフトのねじり剛性係数は、その形状、寸法、および材料に関連する）することができる。このプロセスは、マイクロコントローラのみ、または別の回路と連携するマイクロコントローラなど、任意の適切な処理回路において実行することができる。
【0082】
いくつかの実施形態では、トルク測定システムは、アクティブセンサおよびパッシブセンサを有することができる。例えば、トルク測定システムは、ＶＲセンサおよび磁気ホール効果センサを有することができる。シャフトに加えられるトルクは、これらのセンサによって提供される出力信号から決定することができる。センサの一方の出力を処理して、他方のセンサと同様のフォーマットの信号を生成することができる。例えば、ＶＲセンサは、図４Ａに示す出力信号を生成することができる。この出力信号を処理することで、図４Ｃに示す信号を生成することができる。ホール効果センサは、図４Ｃに示す出力信号を生成することができる。次いで、シャフトに加えられるトルクは、例えば上記のように、図４Ｃに示す２つの信号に基づいて決定することができる。
【0083】
本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスは、内部センサおよび外部センサの両方から受信された情報を監視および処理するように構成される、プログラム可能なＥＳＰＭを有することができる。また、本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスは、異なる条件（例えば、エアギャップ、速度、温度など）で基準信号を学習および記憶し、メモリ内の基準信号と比較して内部センサから受信された情報を監視および処理するように構成される、プログラム可能なＥＳＰＭを有することができる。ＥＳＰＭは、処理回路の一例である。ＥＳＰＭは、関連する温度情報の有無にかかわらず、シャフトに印加されるトルクの示度を決定して出力する。ＥＳＰＭは、診断ステータスを出力することもできる。ＥＳＰＭは、トルクの示度および／または診断状態を、ＴＡＭＳデバイスの外部にある電子制御モジュール（ＥＣＵ）に提供することができる。この情報は、アナログおよび／またはデジタル形式で提供することができる。特定の適用例では、ＥＳＰＭ（例えば、図２ＡのＥＳＰＭ２４または図６ＡのＥＳＰＭ６４）は、速度および／または角度を示す信号を処理し、関連する温度情報を伴う／伴わないトルクの示度を生成するマイクロコントローラを有する。いくつかの適用例では、ＥＳＰＭ（例えば、図２ＡのＥＳＰＭ２４または図６ＡのＥＳＰＭ６４）はまた、機能的冗長性のための追加の回路を有する。この追加の回路は、ＴＡＭＳデバイスの内部センサからの出力信号とＴＡＭＳデバイスの外部のセンサの出力との間の位相差を生成するように構成されたＸＯＲ論理ゲートなどの位相差回路を有することができる。ＥＳＰＭは、１つ以上の増幅器、１つ以上のトランジスタ、１つ以上の論理ゲート、１つ以上の状態要素（例えば、フリップフロップまたはラッチ）、１つ以上の抵抗器、１つ以上のコンデンサ、１つ以上のダイオードなど、またはそれらの任意の好適な組み
合わせ、ならびにマイクロコントローラを有することができる。ＴＡＭＳデバイスＩ／Ｏは、順方向および逆方向過電圧、電磁適合性／干渉（ＥＭＣ／ＥＭＩ）、および静電放電（ＥＳＤ）に対して保護することができる。
合わせ、ならびにマイクロコントローラを有することができる。ＴＡＭＳデバイスＩ／Ｏは、順方向および逆方向過電圧、電磁適合性／干渉（ＥＭＣ／ＥＭＩ）、および静電放電（ＥＳＤ）に対して保護することができる。
【0084】
次に、シャフトに加えられるトルクを測定するためのトルク測定システムについて説明する。このトルク測定システムでは、ＴＡＭＳデバイスを別のＴＡＭＳデバイスまたは他のセンサとともに使用して、シャフトに加えられるトルクを測定することができる。ある実施形態では、トルク測定システムは、マスタユニットとして構成される１つのＴＡＭＳデバイスと、スレーブユニットとして構成される別のＴＡＭＳデバイスとを有する。いくつかの他の実施形態によれば、トルク測定システムは、マスタユニットとして構成された２つのＴＡＭＳデバイスを有する。いくつかの実施形態では、トルク測定システムは、マスタユニットとして構成される１つのＴＡＭＳデバイスと、独立型速度センサとを有する。
【0085】
図７は、一実施形態における、２つのＴＡＭＳデバイス７２、７４を有する例示的なトルク測定システム７０を示す。第１のＴＡＭＳデバイス７２は、シャフト７６に接続された第１のトーンホイール７５に近接している。第１のＴＡＭＳデバイス７２のセンサは、第１のトーンホイール７５の回転に関連する角度および速度を検出するように構成される。第２のＴＡＭＳデバイス７４は、シャフト７６に接続された第２のトーンホイール７７に近接している。第２のＴＡＭＳデバイス７４のセンサは、第２のトーンホイール７７の回転に関連する角度および速度を検出するように構成される。ＴＡＭＳデバイス７２、７４のそれぞれのセンサによって生成される信号間の位相差は、シャフト７６に印加されるトルクに応じて変化し得る。トルクがシャフト７６に加えられると、トーンホイール７５、７７は、互いに対して反対方向に回転することができる。第１のＴＡＭＳデバイス７２は、ＴＡＭＳデバイス１０、ＴＡＭＳデバイス２０、またはＴＡＭＳデバイス６０など、本明細書で開示されるＴＡＭＳデバイスの構成要素の任意の組合せを適宜有することができる。同様に、第２のＴＡＭＳデバイス７４は、ＴＡＭＳデバイス１０、ＴＡＭＳデバイス２０、またはＴＡＭＳデバイス６０など、本明細書で開示されるＴＡＭＳデバイスの構成要素の任意の組合せを適宜有することができる。第１のＴＡＭＳデバイス７２は、マスターユニットとしてプログラムすることができ、第２のＴＡＭＳデバイス７４は、スレーブユニットとしてプログラムすることができる。この代わりに、ＴＡＭＳデバイス７２、７４は、いずれもマスタユニットとしてプログラムすることもできる。マスターユニットは、マスターユニットの内部センサの出力信号および外部センサからの出力に基づいてトルクを計算することができる。スレーブユニットは、シャフトに加えられるトルクを計算するためにマスターユニットによって使用されるシャフトに接続されたリファレンスに関連する角度および／または速度を示す信号を出力することができる。
【0086】
図８は、一実施形態によるマスタＴＡＭＳデバイスおよびスレーブＴＡＭＳデバイスを有する例示的なトルク測定システム８０の概略図を示す。トルク測定システム８０では、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａがマスタユニットとしてプログラムされ、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂがスレーブユニットとしてプログラムされる。図８のＴＡＭＳデバイス１０Ａ、１０Ｂは、回路および較正に関して実質的に同じ装置であり得るが、異なるモードにプログラムすることができる。ＴＡＭＳデバイス１０Ａ、１０Ｂは、本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスの任意の好適な原理および利点に従って実装することができる。
【0087】
スレーブユニットとして、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂは、第１のトーンホイール７５に関連する角度／速度および／または温度を示す情報を検出し、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａに送信することができる。また、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂは、第１のトーンホイール７５に関連する角度／速度情報（表面（例えば、歯車の歯）プロファイルを示す）および／または関連する温度、ならびに／あるいはエラー／診断情報を検出して第１
のＴＡＭＳデバイス１０Ａに送信することができる。
のＴＡＭＳデバイス１０Ａに送信することができる。
【0088】
トルク測定システム８０において、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂの基準信号出力は、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａの基準信号入力に電気的に接続される。第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂによって生成される１つまたは複数の出力基準信号Ref Signal_Out1、Ref Signal_Out2は、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａの接点（たとえば、ピン）によって受信される。様々な適用例において、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａは、ワイヤによって第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂの接点に電気的に接続された少なくとも１つの接点を有することができる。１つまたは複数の基準信号は、他のいくつかの適用例では、ＴＡＭＳデバイス間で無線により通信することができる。このような適用例では、ＴＡＭＳデバイスは、ＴＡＭＳデバイスの接点（たとえば、パッド）に接続されたアンテナを有することができる。
【0089】
マスタユニットとして、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａは、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａの内部センサの出力および第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂからの情報に基づいて、シャフト７６に印加されるトルクを計算することができる。第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａは、ＴＡＭＳデバイス１０Ａ、１０Bのセンサの出力と関連付けられる差動位相差を検出
し、トルクを計算し（このように構成される場合は、測定された温度に基づいて補償する）、マスタユニットとして構成されるとき、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂから受信した情報を検証することができる。第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａは、シャフト７６に印加される計算されたトルク、および／または関連する温度、および／またはエラー／診断情報を示す１つまたは複数のＴＡＭＳ出力信号TAMS Signal_Out1、TAMS Signal_Out2を出力することができる。１つまたは複数のＴＡＭＳ出力信号TAMS Signal_Out1、TAMS Signal_Out2は、トルク測定システム８０の外部のＥＣＵまたは他の回路に提供することができる。
し、トルクを計算し（このように構成される場合は、測定された温度に基づいて補償する）、マスタユニットとして構成されるとき、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｂから受信した情報を検証することができる。第１のＴＡＭＳデバイス１０Ａは、シャフト７６に印加される計算されたトルク、および／または関連する温度、および／またはエラー／診断情報を示す１つまたは複数のＴＡＭＳ出力信号TAMS Signal_Out1、TAMS Signal_Out2を出力することができる。１つまたは複数のＴＡＭＳ出力信号TAMS Signal_Out1、TAMS Signal_Out2は、トルク測定システム８０の外部のＥＣＵまたは他の回路に提供することができる。
【0090】
図９は、一実施形態による、２つのマスタＴＡＭＳデバイスを有する例示的なトルク測定システム９０の概略図を示す。トルク測定システム９０は、２つの異なるＴＡＭＳデバイスによってトルクを計算することができるシステムの一例である。トルク測定システム９０では、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃが第１のマスタユニットとしてプログラムされ、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄが第２のマスタユニットとしてプログラムされる。図９のＴＡＭＳデバイス１０Ｃ、１０Ｄは、それぞれ差動位相差を検出し、シャフト７６に印加されるトルクを計算し、互いから受信された情報を検証するようにプログラムすることができる。したがって、ＴＡＭＳデバイス１０Ｃ、１０Ｄは、いずれもシャフト７６に加えられるトルクを計算することができる。トルク測定システム９０は、関連する温度情報、および診断／システム健康情報を有するトルク計算の機能的冗長性、動的検証、および妥当性を提供する。トルク測定システム９０は、安全性および誤差補償のための仕様を有する特定の用途において有利である。ＴＡＭＳデバイス１０Ｃ、１０Ｄは、回路および較正に関して実質的に同一の装置であり得る。ＴＡＭＳデバイス１０Ｃ、１０Ｄは、いずれもマスタモードにプログラムすることができる。ＴＡＭＳデバイス１Ｃ、１０Ｄは、本明細書で開示されるＴＡＭＳデバイスの任意の好適な原理および利点に従って実装することができる。
【0091】
第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄは、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃに１つまたは複数の基準信号を提供することができる。第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃは、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄから受信された角度／速度の示度と、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃの内部センサによって生成された角度／速度の示度とに基づいてトルクを計算することができ、角度／速度の示度は、シャフト７６に関連付けられた異なるリファレンス（例えば、トーンホイール７５、７７）に関連付けられる。第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄは、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄによって計算されたトルクを示す１つまたは複数のＴＡＭＳ信号を第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃに提供することができる。第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃ
は、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃによって生成された第１のトルク測定値を第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄによって生成された第２のトルク測定値と比較し、トルク測定値を検証することができる。
は、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃによって生成された第１のトルク測定値を第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄによって生成された第２のトルク測定値と比較し、トルク測定値を検証することができる。
【0092】
第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃは、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄに１つまたは複数の基準信号を提供することができる。第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄは、第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃから受信された角度／速度の示度と、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄの内部センサによって生成された角度／速度の指示とに基づいてトルクを計算することができ、角度／速度の指示は、シャフト７６に関連付けられた異なるリファレンス(例えば、トー
ンホイール７５、７７)に関連付けられる。図９には示されていないが、第１のＴＡＭＳ
デバイス１０Ｃは、いくつかの適用例では、１つまたは複数のＴＡＭＳ信号（角度、速度、トルク、温度、誤差など）を第２のＴＡＭＳモード１０Ｄに提供することができる。第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄは、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄによって生成された第２のトルク測定値を第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃによって生成された第１のトルク測定値と比較し、トルク測定値を検証することができる。
ンホイール７５、７７)に関連付けられる。図９には示されていないが、第１のＴＡＭＳ
デバイス１０Ｃは、いくつかの適用例では、１つまたは複数のＴＡＭＳ信号（角度、速度、トルク、温度、誤差など）を第２のＴＡＭＳモード１０Ｄに提供することができる。第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄは、第２のＴＡＭＳデバイス１０Ｄによって生成された第２のトルク測定値を第１のＴＡＭＳデバイス１０Ｃによって生成された第１のトルク測定値と比較し、トルク測定値を検証することができる。
【0093】
図１０は、一実施形態における、ＴＡＭＳデバイスおよび独立型センサを伴う、例示的なトルク測定システム１００の概略図を示す。図に示すように、トルク測定システム１００は、マスタユニットとしてプログラムされたＴＡＭＳデバイス１０Ｅと、外部センサ１０２とを有する。外部センサ１０２は、スレーブユニットとみなすことができる。ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、外部センサ１０２と協働するようにプログラムすることができる。外部センサ１０２は、トーンホイール７５の角度／速度を示す情報を検出してＴＡＭＳデバイス１０Ｅに送信することができる。外部センサ１０２は、トーンホイール７５に関連する表面プロファイル情報（例えば、トーンホイールの歯プロファイルに関する情報）をＴＡＭＳデバイス１０Ｅに提供することができる。外部センサ１０２は、アクティブセンサとすることができる。また、外部センサ１０２は、パッシブセンサであってもよい。外部パッシブセンサは、電源なしで実装することができる。外部パッシブセンサは、供給電圧を受け取るための接点なしで実装することができる。
【0094】
ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、外部センサ１０２からの情報を参照することができる。ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、外部センサ１０２から受信された角度／速度の示度と、ＴＡＭＳデバイス１０Ｅの内部センサによって生成された角度／速度の示度とに基づいてトルクを計算することができ、角度／速度の示度は、シャフト７６に関連付けられた異なるリファレンス（例えば、トーンホイール７５、７７）に関連付けられる。ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、差動位相差を検出し、シャフト７６に印加されるトルクを計算し、互いから受信された情報を検証するようにプログラムすることができる。ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、計算されたトルクに関連する温度情報を出力するように構成することができる。ＴＡＭＳデバイス１０Ｅは、診断情報を出力するように構成することもできる。
【0095】
図１１Ａは、一実施形態によるシャフトに加えられるトルクを測定する方法１１０のフロー図である。方法１１０は、本明細書に開示されるＴＡＭＳデバイスのいずれかを使用して、この代わりにあるいはこれに加えて、本明細書に開示されるトルクを測定するためのシステムのいずれかを使用して実施することができる。
【0096】
方法１１０は、ブロック１１２において、シャフトに接続された第１のリファレンスに関連する角度を示す第１の信号を生成することを含む。第１の信号は、処理回路（例えば、ＥＳＰＭ）を有するデバイスに統合された第１のセンサを用いて生成される。デバイスは、本明細書に開示される任意の好適な原理および利点によるＴＡＭＳデバイスであり得る。デバイスはマスターユニットとしてプログラムすることができ、デバイスはスレーブユニットとしてもプログラム可能である。第１のリファレンスは、トーンホイールまたは
磁石ホイールであり得る。
磁石ホイールであり得る。
【0097】
ブロック１１４において、シャフトに接続された第２のリファレンスに関連する角度を示す第２の信号が、デバイスの外部の第２のセンサから受信される。第２のセンサは、第２のデバイスに設けられてもよい。一実施形態では、第２のデバイスは、スレーブユニットとして構成することができる。また、別の実施形態では、第２のデバイスは、マスタユニットとしてプログラムすることができる。
【0098】
ブロック１１６において、シャフトに加えられたトルクの表示が決定される。デバイスに統合された処理回路は、少なくとも第１の信号および第２の信号に基づいてトルクの示度を決定する。トルクの示度を決定することは、特定の用途において、第１の信号と第２の信号との間の位相差を検出することが含まれてもよい。トルクの示度を決定することは、デバイスのメモリに記憶された較正情報にアクセスすることが含まれてもよい。特定の用途において、処理回路は、このトルクの示度を、第２のセンサを有する第２のデバイスによって生成されたシャフトに加えられたトルクの第２の示度と比較することができる。シャフトは、様々な用途において車両内に設けられてもよい。
【0099】
トルクは、方法１１０において、ＴＡＭＳデバイスの外部のセンサから第２のセンサ信号を受信することに基づいて決定される。いくつかの他の用途では、トルクは、ＴＡＭＳデバイスに記憶された２次的な情報に基づいて判定することができる。ＴＡＭＳデバイスに記憶される２次的な情報は、事前にプログラムされた、または学習された、または記憶された２次的な基準（例えば、無負荷）信号であり得る。図１１Ｂは、トルクがＴＡＭＳデバイスに記憶された２次的な情報に基づいて決定される方法１２０のフロー図である。方法１２０は、外部センサからの入力なしにトルクを決定することができる。方法１２０は、ブロック１１４がブロック１２４に置き換えられること以外は、上記の方法１１０と同様である。本明細書で開示されるＴＡＭＳデバイスは、方法１１０および／または方法１２０を実行するようにプログラム可能である。
【0100】
ブロック１２４において、シャフトに接続された第２のリファレンスに関連付けられた角度を示す２次的な情報は、デバイスに統合された第１のセンサによって、異なる条件（角度、速度、温度など）で事前にプログラムされ、学習され、および／または記憶することができる。この場合、第１のセンサは、スタンドアロンで動作して、あらかじめプログラムされた／記憶された２次的なリファレンスの情報に基づいてトルクを測定および計算することができる。２次的な情報は、トルクを計算するための基準値とすることができる。２次的な情報は、トルクを計算するための基準値を決定するために処理回路によって実行される関数に入力される値であってもよい。
【0101】
文脈において特段の限定がない限り、上記の説明および特許請求の範囲を通じて、「備える」、「有する」、「含む」などの語は、排他的または網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で解釈されるべきである。すなわち、例えば「含むがこれに限定されない」という意味で解釈されるべきである。りわけ、「できる」、「あり得る」、「でもよい」、「可能」、「例えば」、「など」といった、本明細書で使用される条件付き言語は、特段の具体的な説明がない限り、または使用される文脈内で異なる解釈として説明されない限り、概して、いくつかの実施形態が含むが、他の実施形態は特定の特徴、要素および／または状態を含まないことが意図される。また、用語「接続される」は、本明細書で一般的に使用される場合、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかであり得る、２つ以上の要素を指す。加えて、用語「本明細書中」、「上記の」、「以下の」、またこれらと同様の意味を示す用語は、本出願において使用される場合、本出願全体を指し、本出願の任意の特定の部分を指すものではないものとする。また、「または」という用語は、その包括的な意味で（排他的な意味でではなく）使用され、例
えば、一連の要素を接続するために使用される場合、「または」という用語は、一連の要素のうちの１つ、いくつか、またはすべてを意味する。文脈が許す場合は、上記の発明を実施するための形態の説明における単数または複数を用いた用語は、複数の場合と単数の場合とをそれぞれ含み得る。
えば、一連の要素を接続するために使用される場合、「または」という用語は、一連の要素のうちの１つ、いくつか、またはすべてを意味する。文脈が許す場合は、上記の発明を実施するための形態の説明における単数または複数を用いた用語は、複数の場合と単数の場合とをそれぞれ含み得る。
【0102】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例示であり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。実際、本明細書で説明されるデバイス、システム、および方法は、種々の他の実施形態で具現化されてもよい。さらに、本開示の技術的思想の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明されるデバイス、システム、および方法の実施形態において種々の省略、置換、および変更が行われてもよい。たとえば、ブロックは、所定の構成において示されているが、代替の実施形態において、異なる構成要素および／または回路トポロジを用いて同様の機能を実現することができ、いくつかのブロックは、削除、移動、追加、細分、組合せ、および／または修正することができる。これらのそれぞれのブロックは、様々な異なる方法で実装することができる。上記で理解されるように、本明細書に記載された特定の実施形態は、いくつかの特徴が他の特徴とは別個に使用または実施することができるため、本明細書に記載される特徴および利点のうべてを提供しない形態でも実装されうる。上記の様々な実施形態の要素および／または動作を任意に適切に組み合わせて、別の実施形態を提供することもできる。そのようなあらゆる修正および変形は、本開示の範囲内に含まれると理解できる。さらに、本明細書で説明される１つ以上の実施形態の任意の２つ以上の特徴または方法を組み合わせることで実現される追加の実施形態も、本開示の範囲内に含まれると理解得きる。これらの実施形態やその変形は、本発明の範囲や技術的思想に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【国際調査報告】