Creo que para nada te estás liando. Es como dices. Cualquier método que no sea medir la intensidad es una forma indirecta de calcular el par y dependerá de otros factores que complican su cálculo.
Para medir la corriente lo mejor es con un sensor hall, te los venden por ebay a un precio razonable. Por ejemplo busca "arduino acs712" y te saldrán unos cuantos en diferentes rangos, imagino que el de 5 A te irá bien. A la salida puedes calcular un filtro paso bajo mediante RC para eliminar el rizado y lleguen a Arduino las lecturas más limpias.
Hay formas de elevar la frecuencia del PWM de Arduino pero yo no lo he hecho. Una búsqueda en Google te dirá cómo hacerlo.