CN1536248A - 旋转体控制装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转体控制装置，用于控制驱动换档控制机构的致动器的P－ECU。编码器信号采集器(200)采集由检测致动器的旋转角的编码器输出的信号。计数器(202)由编码器的输出信号计算计数值。激励控制器(206)控制向致动器激励。第一相匹配装置(210)使用编码器的Z相信号以使计数值与被激励的相匹配，从而发现其间的对应性，第二相匹配装置(212)使计、数值与激励相匹配以发现其间的对应性而不利用编码器的Z相信号。如果第一相匹配装置(210)检测到编码器的异常性，则第二相匹配装置(212)随后进行相匹配。

Description

旋转体控制装置

本申请基于2003年4月4日向日本专利局提交的申请号为No.2003-101981的日本专利申请，该申请的全部内容通过引用而结合于此。

技术领域

本发明涉及控制旋转体的技术。本发明特别涉及校准编码器的技术，该编码器用于检测旋转体的旋转状态；以及特别涉及检测编码器异常的技术。

背景技术

已经提出了检测旋转体旋转位移的光旋转编码器。该编码器具有设置在旋转体旋转轴上的盘形标尺。该标尺的外围设有多个切口。设置发光器和光接收器并使其间具有标尺，发光器和光接收器对应其间具有90度相位差的A相和B相以及作为每转输出一次的原点信号的Z相。利用编码器的A、B和Z相信号，能够获得旋转体的旋转角和旋转方向(见公开号为No.11-64040的日本专利)。

日本专利公开No.11-64040还公开了一种检测编码器异常的技术，尽管编码器沿相同方向连续旋转，但当根据A相和B相信号确定的旋转体旋转方向改变时发现该异常。

由于日本专利公开No.11-64040中公开的编码器不能检测旋转体的绝对角，因此需要找到输出信号和旋转体的旋转角之间相关性的任何方法。如果利用作为原点信号的Z相信号进行校准，则当Z相信号中发生异常时不能进行校准，结果导致旋转体失控。

尽管日本专利公开No.11-64040中公开的方法能够检测A相信号和B相信号之间相位关系的任何异常，但是不能检测其它异常。

为了适当控制旋转体，需要更正确地检测编码器状态的技术，以便根据编码器的输出信号准确知道旋转体的状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种适当控制旋转体的技术。

根据本发明的一方面，一种旋转体控制装置包括：Z相检测式的第一相匹配(相位匹配)装置(单元)，它接连激励旋转体的多个相中的每个相，通过多个相的激励和合成励磁驱动旋转体，用以在检测该旋转体旋转角的编码器的Z相输出呈ON时，获得由该编码器输出信号计算的计数值和被激励相之间的对应性(一致性)；以及Z相非检测式的第二相匹配装置，它在受该第一相匹配装置的控制下检测到编码器输出中的异常时，接连对每个相激励一段其中该旋转体能够跟随被激励相的变化的时间，用以在完成最后激励时，获得由该编码器的输出信号计算的计数值和被激励相之间的对应性。

由于采用了该方面的旋转体控制装置，当检测到异常使得不可以通过Z相检测式的第一相匹配装置进行相匹配时，Z相非检测式的第二相匹配装置可以用于以另外方式再进行相匹配。因此没有附加的编码器，也能完成相匹配。

如果当旋转体旋转时计数值的变化量小于一预定阈值，则第一相匹配装置和第二相匹配装置可确定(判定)在旋转体或编码器中发生了异常。

根据另一方面的旋转体控制装置可还包括异常检测器(异常检测单元)，如果当该旋转体旋转时由检测该旋转体的旋转角的该编码器的输出信号计算的计数值变化量小于一预定阈值，则该异常检测器确定(判定)在该旋转体或该编码器中发生异常。

根据该方面的旋转体控制装置能够准确检测编码器输出信号中的异常或编码器的旋转故障。

该变化量可以是该旋转体开始旋转时的计数值和该旋转体停止旋转时的计数值之差。因此，能够适当地确定指示旋转由开始至结束的旋转量的计数值是否达到了预定阈值。作为选择，所述变化量可以是所述旋转体旋转时的计数值的最大值和最小值之差。因此，能够适当地确定旋转体旋转时指示最大位移的计数值是否达到了预定阈值。

结合附图对本发明进行详细描述，将更清楚表明本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点。

附图简要说明

图1示出了本发明实施例的一种换档控制系统的配置；

图2示出了一种换档控制机构的结构；

图3示出了一致动器的横截面；

图4示出了P-ECU的内部配置；

图5表示通过第一相匹配装置进行第一初始驱动控制的方法；

图6表示通过第二相匹配装置进行第二初始驱动控制的方法；

图7是表示本发明实施例换档控制方法的程序的流程图；

具体实施方式

图1示出了根据本发明一实施例的换档控制系统10的配置。本实施例的换档控制系统10用于转换车辆的档位(换档范围)。换档控制系统10包括P开关20、换档电源26、车辆电源开关28、车辆控制器(下称“V-ECU”)30、停车(驻车)控制器(下称“P-ECU”)40、致动器42、编码器46、换档控制机构48、显示器50、仪表52和驱动机构60。换档控制系统10起电子控制换档系统的作用，该系统靠电气控制转换档位。特别是，由致动器42带动换档控制机构48以改变档位。

车辆电源开关28是接通和断开车辆电源的开关。车辆电源开关28接收使用者如驾驶员发出的指令，并将其传递给V-ECU 30。例如，响应车辆电源开关28的接通，电池(未示出)提供电力以便操作换档控制系统10。

利用P开关20改变停车档(下称“P档”)和除停车档外的任何档位(下称“非P档”)之间的档位，并包括向驾驶员显示转换状态的指示器22以及接收驾驶员所发指令的输入装置24。驾驶员通过输入装置24发出指令，以便将档位转换成P档。输入装置24可以是例如瞬时开关。将输入装置24接收的指令传递给V-ECU 30，并通过V-ECU 30传递给P-ECU 40。

作为旋转体控制装置实例的P-ECU 40控制致动器42的操作，致动器42驱动换档控制机构48，以便改变P档和非P档之间的档位，并在显示器22上示出当前档位状态。如果在档位是非P档时驾驶员按下了输入装置24，则P-ECU 40将档位转换到P档，接着在指示器22上显示当前档位为P档。

致动器42由开关磁阻电机(下称“SR电机”)构成，并响应由P-EUC 40发出的指令驱动换档控制机构48。编码器46与致动器42一起旋转，以便检测SR电机的旋转状态。本实施例的编码器46是输出A相、B相和Z相信号的旋转(式)编码器。P-ECU 40接收由编码器46输出的信号，以便知道SR电机的旋转状态，并由此控制用于驱动SR电机的激励(通电)。

换档开关26是用于将档位转换成前进档(D)、倒车档(R)、空档(N)和制动(刹车)档(B)，或者是用于在选择P档时取消P档的开关。换档开关26接收的由驾驶员发出的指令被传递给V-ECU 30。V-ECU 30根据驾驶员发出的指令，控制驱动机构60以改变档位，并在仪表52上显示档位的当前状态。尽管这里的驱动机构60由无级变速机构构成，但是驱动机构可以由自动变速机构构成。

V-ECU 30完全控制换档控制系统10的操作。显示器50向例如驾驶员显示由V-ECU 30 P-ECU 40发出的指令和警报。仪表52显示车辆装备的状态和档位的状态。

图2示出了换档控制机构48的结构。换档控制机构48包括由致动器42旋转的轴102、根据轴102的旋转进行旋转的止动板100、依照止动板100的旋转进行滑动的杆104、固定于变速器(未示出)输出轴的停车锁止齿轮108、用于锁定停车锁止齿轮108的停车锁定杆106和用于限制止动板100的旋转以便固定档位的止动弹片(棘爪簧)110和滚子112。

图2示出了档位当前处于非P档的状态。在该状态下，由于停车锁定杆106没有锁定停车锁止齿轮108，因此不能防止车辆传动轴的旋转。致动器42由此状态开始沿图2所示的顺时针方向旋转轴102，从而通过止动板100沿图2中箭头A所示方向推动杆104，因此通过杆104末端的锥形部沿图2中箭头B所示的方向向上推动停车锁定杆106。当止动板100旋转时，位于止动板100顶部的凹槽之一中，即位于非P档位置120的止动弹片110的滚子112，爬过峰顶122，接着下降倒另一凹槽内，即P档位置124。当止动板100旋转到允许滚子112移动到P档位置124的程度时，向上推动停车锁定杆106而使其到达使杆106与停车锁止齿轮108啮合的位置。如此，就将该车辆的驱动轴机械地固定并将档位转换至P档。

图3示出了致动器42的横截面。构成致动器42的SR电机包括定子43和转子44，它们都具有凸极。在SR电机中，对盘绕在固定设置外定子43的凸极周围的绕组通以电流，由此使其受激励而引起内转子44旋转。图3中所示的SR电机具有带12个凸极的三相定子43和带8个凸极的转子44。在图3所示状态下，对定子43的U相通以电流，使得转子44的凸极A、C、E和G被吸向定子43的凸极U。但是，此时磁阻为最小，因此仅沿径向产生吸力，而不引起扭矩。换句话说，转子44由定子43制动。

接着，以接着对U相和V相激励的方式改变激励，从而使转子44的凸极A、C、E和G被吸向定子43的凸极V，因此转子44沿顺时针方向旋转。此外，当转子44旋转而允许其凸极A、C、E和G到达定子43的凸极U和V之间的各自中间位置时，以使定子43的V相接着受激励的方式改变激励，使得转子44的凸极A、C、E和G受到定子43凸极V的吸引，以进一步沿顺时针旋转转子44。这样，SR电机接连以这样的方式改变激励，即，使转子44相应凸极正接近的定子43凸极的相应线圈受激励，以便旋转转子44。例如，这里假设图3所示的状态是参考位置。接着，通过以下述次序改变被激励相而使转子44由参考位置开始沿顺时针旋转：U和V相、V相、V和W相、W相、W和U相、以及U相。另外，可通过以下列次序改变被激励相而使转子44从参考位置开始沿反时针方向旋转：U和W相、W相、W和V相、V相、V和U相、以及U相。

如图1所示，P-ECU 40控制致动器42各相的激励。为了使P-ECU 40可适当地控制致动器42，必须知道转子44的旋转角。但是能够检测绝对角的传感器很昂贵。因此考虑到生产成本，本实施例采用了与转子44一起旋转的增量式旋转编码器46，以获得转子44的旋转角。P-ECU 40接收编码器46的输出信号，以便根据该信号知道转子44的旋转角。在这种情况下，当开始操作换档控制系统10时，编码器46的旋转角是未知的。因此，要求P-ECU 40首先知道由编码器46的输出信号计算的计数值和用于驱动致动器42的被激励相之间的对应性。因此，就在换档控制系统10开始工作之后，P-CEU 40获得由编码器46的输出信号计算的计数值和用于驱动致动器42的被激励相之间的对应性，从而实现使转子44旋转与被激励相匹配的初始驱动控制。

即使在换档控制系统10开始工作时—存储器保存了受在前控制的上述对应性，编码器46和转子44的旋转角也能够不同于在前控制结束时的旋转角，原因是在断电期间止动板100旋转到稳定位置，或者是发生了致动器42内的任何位移或在致动器42与换档控制机构48的安装部分的任何位移而导致转子44旋转。因此每逢换档控制系统10开始工作，本实施例就进行初始驱动控制。

图4示出了P-ECU 40的内部结构。P-ECU 40包括编码器信号采集器(获取器)200、计数器202、初始驱动控制器204、激励控制器206和存储器208。初始驱动控制器204包括：第一相匹配装置210，作为Z相检测式相匹配装置的实例；以及第二相匹配装置212，作为Z相非检测式相匹配装置的实例。可以通过如CPU、存储器或LSI这样的硬件或如装入存储器中的程序这样的软件实现该配置。

编码器信号采集器200采集由编码器46输出的A相、B相和Z相信号。计数器202对由编码器信号采集器200获得的编码器46的A相、B相信号脉冲数进行计数。计数器202由A相和B相信号确定编码器46的旋转方向。当计数器202检测到A相和B相信号增加和减少时，如果编码器46向前旋转则其增加其计数值，如果编码器46沿反向旋转时则其减少其计数值。

初始驱动控制器204进行初始驱动控制，以获得由计数器202计算的计数值和驱动致动器42的被激励相之间的对应性。第一相匹配装置210进行第一初始驱动控制，以根据由编码器46输出的Z相信号完成相匹配；第二相匹配装置212进行第二初始驱动控制，以完成没有编码器46的Z相信号时的相匹配。下面详细描述实现这些初始驱动控制的相应方法。第一相匹配装置210和第二相匹配装置212在进行了初始驱动控制时检测编码器46的异常。换句话说，第一相匹配装置210和第二相匹配装置212各自具有异常检测器的功能。在换档控制系统10开始工作时，初始驱动控制器204确定进行第一初始驱动还是第二初始驱动，并因此命令第一相匹配装置210或第二相位器212进行其初始驱动控制。激励控制器206控制致动器42的每个待受激励的相的激励。存储器208保持由P-ECU 40进行控制所需的信息。

图5表示通过第一相匹配装置210进行第一初始驱动控制的方法。在开始进行初始驱动控制时，P-ECU 40不知道转子44的旋转角，因此不能确定哪个相能够被激励而旋转转子4。因此，第一相匹配装置210命令激励控制器206以这样的方式进行激励，即，以预定间隔改变被激励相。例如参照图5，激励是按照U和V相、V相、V和W相、W相以及W和U相的次序进行的。如果转子44不被固定，则转子44随着被激励相的变化而在一定时间开始旋转。当编码器信号采集器200获得作为编码器46原点信号的Z相位信号时，第一相匹配装置210将计数器202计数值和被激励相之间在该时刻的对应性存储在存储器208中。此后，P-ECU 40能够利用该对应性进行使转子44旋转的最佳激励控制。

第一相匹配装置210进行激励控制，作为第一初始驱动控制，以便使编码器46旋转一角度，该角度对应由编码器46输出的一个Z相信号输出。例如，如果编码器46设置成每一转输出Z相信号一次，则其足以使编码器46旋转一转。如果编码器46每转输出Z相信号8次，即每旋转45度输出一次，则其足以使编码器46旋转45度。如果编码器信号采集器200在其中编码器46旋转适当角度的该时期不能采集Z相信号，则初始驱动控制器204临时确定：在编码器46的Z相信号输出中有异常，并在存储器208中设置临时Z相故障标志，以进行到第二初始驱动控制，下面将对其进行详述。

在第一初始驱动控制下，如果计数值的变化量小于预定的阈值，则在编码器46的A相或B相信号输出中可能发生任何异常，或者编码器46发生旋转故障。此时，初始驱动控制器204在存储器208中设置临时AB相故障标志，并进行到下述的第二初始驱动控制。这里的临时AB相故障包括编码器46的旋转故障。作为计数值的的变化量，可以使用在第一初始驱动控制下的计数值的最大值和最小值之差(A)，或使用在第一初始驱动控制开始时计数值和结束时计数值之差(B)。当开始第一初始驱动控制时，其可能引起编码器46沿一个方向旋转，该旋转方向与第一相匹配装置210欲驱动的方向相反。因此，看起来前一个差值(A)更正确地反映了实际旋转量。另一方面，就方法简单方面而言，后一个差值(B)更有利。根据当编码器46在第一初始驱动控制下旋转时待观察的预期变化量来设定阈值。鉴于第一初始驱动控制一旦开始后，编码器46不能跟随被激励相的变化，或者编码器46可能沿反方向旋转，因此可以将该阈值设定为小于预期变化量的值。

在该实施例中，由于设置致动器42以通过换档控制机构48改变档位，尤其重要的是准确检测旋转故障或不能实现旋转的状态。因此，计数值变化量不超过预定阈值的状态被视为一种异常。此外，检测异常不是通过对计数值变化量连续监视预定的时段，而是通过对在初始驱动控制下的设定时段内的计数值变化量与根据计数值预期变化量设定的阈值进行比较。因此，可以立即而准确地检测任何异常。

图6表示通过第二相匹配装置212进行第二初始驱动控制的方法。在第二初始驱动控制下，使激励连续进行一段时间，该段时间较第一初始驱动控制时更长，为的是保证转子44跟随被激励相的改变。激励时段对于第一初始驱动控制大约是每级24毫秒。对于该第二初始驱动控制，激励时段例如对于单相激励大约是每级20毫秒，而对于两相激励大约是每级100毫秒。当被激励相位在一个循环中接连改变时，转子44会在任何正时(定时)跟随被激励相的变化。因此，由计数器202获得的计数值与在一次循环结束时的被激励相之间的对应性被保存在存储器208中。以此方式，可以实现没有编码器46的Z相信号时的相匹配。

与第一初始驱动控制类似，第二初始驱动控制根据在进行了该初始驱动控制时获得的计数值变化量来检测异常。尽管第二初始驱动控制不使用编码器46的Z相信号，但是可以通过该第二初始驱动控制检测Z相信号中的异常。如果已经在存储器208设置了临时Z相故障标志或临时AB相故障标志，并且通过第二初始驱动控制检测到了同一异常，则可以确认发生了异常，并且通过例如显示器50向驾驶员发出警报。

图7是根据本实施例的换档控制方法的流程图。在接通换档控制系统10的电源后，初始驱动控制器204根据当前选择的档位确定在初始驱动控制下的转子44和编码器46的旋转方向(S10)。如果档位是P档，并且沿一个与使档位改变成非P档的方向相反的方向进行旋转，则止动板100的旋转能够受到约束，因此不能正常地进行初始驱动控制。因此，如果当前档位是P档，则沿使P档转变成非P档的方向进行旋转，如果当前档位是非P档，则沿使非P档转变成P档的方向进行旋转。

当前档位可以保存在存储器208中，或可以由V-ECU 30提供与其有关的信息。如果没有存储当前档位，则V-ECU 30根据车速确定当前档位。例如，如果车速是至多3km/h的低速，则V-ECU 30确定当前档位是P档，而如果车速是高于3km/h的中高速，则V-ECU 30确定当前档位是非P档。不存储当前档位并且车速为中高速下的状态对应在车辆行驶中电源即刻切断且丢失当前档位数据时的状态。在大多数情况下，当换档控制系统10开始工作时确定车速是低速，因此确定当前档位是P档。

在下一步骤中，确定是否存储器208保存了Z相信号(S12)的故障记录。如果没有显示Z相信号异常的记录(S12中的否)，则第一相匹配装置210进行第一初始驱动控制(S14)。如果有显示Z相信号异常的记录(S12中的是)，则第二相匹配装置212进行第二初始驱动控制(S18)。由于与第二初始驱动控制相比，第一初始驱动控制占用了较少时段，因此，除非发生Z相信号的异常，否则优先进行第一初始驱动控制。因此缩短了由换档控制系统10开始至车辆能够行驶所要花费的时间。

在通过第一相匹配装置210的第一初始驱动控制下，如果没有检测到编码器46的A相、B相或Z相信号异常或其旋转故障(S16中的否)，则完成初始驱动控制(S26)而进行到下一控制。如果在第一初始驱动控制下检测到异常(S16中的是)，则随后进行第二初始驱动控制(S18)。

在通过第二相匹配装置212的第二初始驱动控制下(S18)，如果未检测到异常(S20中的否)，则完成初始驱动控制(S26)而进行到随后的控制。如果在第二初始驱动控制下检测到异常(S20中的是)，则确认在编码器46中发生了异常(S22)，如果必要则通过显示器50向驾驶员发出警报。这里，如果检测到的异常是编码器46的Z相信号的异常(在S24中的是)，则完成初始驱动控制(S26)而进行到后续的控制，原因在于通常能利用编码器46的A相信号和B相信号实现后续的控制。如果检测到的异常不是编码器46的Z相信号的异常(S24中的否)，则由于编码器46的A相信号或B相信号发生异常，或发生编码器46旋转故障，则通常不能实现后续的控制。该过程因此进行到对故障发生进行寻址(查找)的任何控制。

根据本实施例的换档控制方法，即使检测到一次异常，也可以另外的方式再次进行初始驱动控制。因此，可以减少错误检测异常而因此结束处理的任何可能性。此外，当发现异常检测记录时，跳过第一初始驱动控制并进行第二初始驱动控制，使得能够消除任何不必要的处理，从而缩短时间。

以上结合实施例对本发明进行了描述。本领域普通技术人员会理解实施例是以示例方式给出的，可以对其组件的组合以及方法步骤的组合作出各种修改，使本实施例可作为旋转编码器实施应用于各种类型的编码器，如磁编码器和光编码器，而且这样的修改落在本发明的范围内。

根据本实施例，换档控制机构在P档和非P档之间转换档位。另外，本实施例的变形可允许换档控制机构在P、R、N、D和B档之间转换档位。在这种情况下，可以根据可档位在止动板100的顶部设置凹槽。

根据上述的本发明，可以提供适当控制转向体的技术。

尽管上面详细描述和图解说明了本发明，但是要明白，这只是以视图和实例的方式对本发明进行的描述，而不是为了对本发明进行限制，本发明的精神和范围仅由附加的各项权利要求限定。

Claims (7)

1.一种旋转体控制装置(40)，包括：

Z相检测式的第一相匹配装置(210)，它接连激励旋转体的多个相中的每个相，通过多个相的激励和合成励磁驱动旋转体，用以在检测所述旋转体旋转角的编码器(46)的Z相输出呈ON时，获得由所述编码器(46)输出信号计算的计数值和被激励相之间的对应性；以及

Z相非检测式的第二相匹配装置(212)，它在由所述第一相匹配装置(210)的控制下检测到编码器输出中的异常时，接连激励每个所述相一段其中所述旋转体能够跟随被激励相的变化的时间，用以在完成最后激励时获得由所述编码器(46)输出信号计算的计数值和被激励相之间的对应性。

2.如权利要求1所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于还包括异常检测器，如果当所述旋转体旋转时由检测所述旋转体的旋转角的所述编码器(46)的输出信号计算的计数值的变化量小于一预定阈值，则所述异常检测器确定在所述旋转体或所述编码器(46)中发生异常。

3.如权利要求2所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于，

所述变化量是所述旋转体开始旋转时的计数值和所述旋转体停止旋转时的计数值之差。

4.如权利要求2所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于，

所述变化量是所述旋转体旋转时的计数值的最大值和最小值之差。

5.如权利要求1所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于，

所述第一相匹配装置(210)和所述第二相匹配装置(212)包括异常检测器，如果当所述旋转体旋转时所述计数值的变化量小于一预定阈值，则所述异常检测器确定在所述旋转体或所述编码器(46)中发生异常。

6.如权利要求5所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于，

所述变化量是所述旋转体开始旋转时的计数值和所述旋转体停止旋转时的计数值之差。

7.如权利要求5所述的旋转体控制装置(40)，其特征在于，

所述变化量是所述旋转体旋转时的计数值的最大值和最小值之差。

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