DE102012204514A1

DE102012204514A1 - Ausfallerkennungsvorrichtung für Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE102012204514A1
Application number: DE102012204514A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Uchisasai; Sumitaka Ogawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2012202861A; DE102012204514B4; US8922204B2; US20120242330A1

Abstract

[Aufgabe] Die vorliegende Erfindung soll eine Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor bereitstellen, die fähig ist, einen Ausfall des Drehwinkelsensors sicher zu erkennen, selbst wenn die Anzahl von Drehwinkelsensoren, die sich mit einem Objekt, das erfasst werden soll, beschäftigen, eins ist. [Lösungsansatz] Eine Nocke 25 ist so aufgebaut, um von einem Elektromotor 1 angetrieben zu werden, um sich in eine Richtung zu drehen und eine Schubstange 35 hin und her zu bewegen. Eine Ausgangsspannung S eines Winkelsensors 21 ist derart festgelegt, dass der Bereich gleich oder kleiner einer ersten vorbestimmten Spannung V1 und der Bereich gleich oder größer einer zweiten vorbestimmten Spannung V2, die höher als die erste vorbestimmte Spannung V1 ist, als eine Totzone D erkannt werden. In dem Übergang der Nockenoberfläche der Nocke 25, die an der Schubstange 35, von der Betätigungsoberflächenseite zu der Nichtbetätigungsoberflächenseite anliegt, wird die Nocke 25 angetrieben, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu einer vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche zu drehen. Die Totzone D ist an einer Position in der Nichtbetätigungsoberfläche der Nocke 25 und in der Fläche vor der vorbestimmten Position angeordnet. Die vergangene Zeit nach dem Übergang zu der Totzone D wird von einem Zeitmesser 54 gemessen, und es wird bestimmt, dass der Winkelsensor 21 in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung S, die der Totzone D entspricht, erfasst wird, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone D vergangen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor und insbesondere eine Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor zum Erfassen des Ausfallzustands des Drehwinkelsensors, der den Drehwinkel eines Objekts, der erfasst werden soll, erfasst.
Hintergrundtechnik
Herkömmlicherweise war ein Aufbau bekannt, in dem mehrere Drehwinkelsensoren in einem Drehwinkelerfassungssystem bereitgestellt sind, um den Drehwinkel eines rotierenden Körpers als Vorbereitung für das Auftreten eines Ausfalls, wie etwa einer Betriebsstörung in dem Drehwinkelsensor, zu erfassen.
Das Patentdokument 1 offenbart einen Aufbau in einem Drehwinkelerfassungssystem, um den Drehwinkel eines Kugellagers zu erfassen, das mit einem Lagerring aufgebaut ist, der aus einem Innenring und Außenring, mehreren kugelförmigen Wälzkörpern, die sich entlang des Lagerrings drehen, und einem Gehäuse, das die Wälzelemente trennt, besteht. Insbesondere sind in diesem Aufbau wenigstens zwei Drehwinkelsensoren, die aus Hall-Elementen gebildet sind, bereitgestellt, um den Drehwinkel des Gehäuses zu erfassen.
Dokument des bisherigen Stands der Technik
Patentdokument
[Patentdokument 1]

Japanisches offengelegtes Patent Nr. 2005-265768

Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die von der Erfindung gelöst werden sollen
Obwohl jedoch in der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Technik ein Ausfall selbst dann leicht erkannt werden kann, wenn ein Ausfall, wie etwa eine Betriebsstörung in einem beliebigen Sensor aufgetreten ist, indem die jeweiligen Sensorausgaben verglichen werden, besteht das Problem, dass die Zunahme der Anzahl von Sensoren die Zunahme der Anzahl von Teilen, die Zunahme in der Komplexität der arithmetischen Verarbeitung und so weiter bewirkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das vorstehend beschriebene Problem der verwandten Technik zu lösen und eine Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor bereitzustellen, die fähig ist, einen Ausfall des Drehwinkelsensors selbst dann sicher zu erkennen, wenn die Anzahl von Drehwinkelsensoren, die sich mit einem Objekt, das erfasst werden soll, befassen, eins ist.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, hat die vorliegende Erfindung eine erste Charakteristik in dem folgenden Punkt. Insbesondere in einer Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor, die eine Nocke (25) mit einer Nockenoberfläche, in der eine Betätigungsoberfläche (A, B), die eine Schubstange (35) hin und her bewegt, und eine Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E), die die Schubstange (35) nicht hin und her bewegt, zusammenhängend ausgebildet sind, einen Winkelsensor (21), der aus einem endlosen Drehpotentiometer ausgebildet ist, das den Drehwinkel der Nocke (25) erfasst und eine Ausgangsspannung (S) hat, die in einem Bereich von 360 Grad proportional zu dem Drehwinkel steigt, und eine Steuerung (50), die einen Ausfallzustand des Winkelsensors (21) erfasst, hat, ist die Nocke (25) derart aufgebaut, dass sie durch einen Elektromotor (1), der von der Steuerung (50) gesteuert wird, angetrieben wird, um sich in eine Richtung zu drehen und die Schubstange (35) hin und her zu bewegen. Die Ausgangsspannung (S) des Winkelsensors (21) ist derart festgelegt, dass ein Bereich gleich oder kleiner als einer ersten vorbestimmten Spannung (V1) und ein Bereich gleich oder größer als einer zweiten vorbestimmten Spannung (V2), die höher als die erste vorbestimmte Spannung (V1) ist, als eine Totzone (D) erkannt werden. Die Steuerung (50) ist derart aufgebaut, dass sie die Drehung der Nocke (25) zu einer vorgegebenen Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Übergang der Nockenoberfläche der Nocke (25), die an der Schubstange (35) von der Seite der Betätigungsoberfläche (A, B) zu der Seite der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) anliegt, antreibt. Der Winkelsensor (21) ist derart aufgebaut, dass die Totzone (D) an einer Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) der Nocke (25) und in einem Bereich vor der vorbestimmten Position angeordnet ist.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung eine zweite Charakteristik in dem Punkt, dass die Steuerung (50) eine vergangene Zeit von dem Übergang der Nockenoberfläche zu der Totzone (D) mit einem Zeitmesser (54) misst und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S), die der Totzone (D) entspricht, erfasst wird, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.
Überdies hat die vorliegende Erfindung eine dritte Charakteristik in dem Punkt, dass die Steuerung (50) eine vergangene Zeit von dem Übergang der Nockenoberfläche von der Betätigungsoberfläche (B) zu der Nichtbetätigungsoberfläche (C) mit einem Zeitmesser (54) misst und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S), die der Totzone (D) entspricht, erfasst wird, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung eine vierte Charakteristik in dem Punkt, dass die Steuerung (50) die Ausgangsspannung (S) zur Zeit des Übergangs zu der Totzone (D) als einen Speicherwert (V2) speichert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) die gleiche wie der Speicherwert (V2) ist, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen und eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist.
Außerdem hat die vorliegende Erfindung eine fünfte Charakteristik in dem Punkt, dass die Steuerung (50) bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) gleich oder höher als eine im Voraus festgelegte Obergrenze ist, oder wenn die Ausgangsspannung (S) gleich oder kleiner einer im Voraus festgelegten Untergrenze ist, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist, und eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist.
Überdies hat die vorliegende Erfindung eine sechste Charakteristik in dem Punkt, dass die Steuerung (50) den Sensorwert (S) zur Zeit des Übergangs zu der Totzone (D) als einen Speicherwert (V2) speichert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) kein Wert ist, der der vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (E) entspricht, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der ersten Charakteristik ist die Nocke derart aufgebaut, dass sie von einem Elektromotor, der von der Steuerung gesteuert wird, angetrieben wird, um sich in einer Richtung zu drehen und die Schubstange hin und her zu bewegen. Die Ausgangsspannung des Winkelsensors ist derart festgelegt, dass der Bereich gleich oder kleiner der ersten vorbestimmten Spannung und der Bereich gleich oder größer der zweiten vorbestimmten Spannung, die höher als die erste vorbestimmte Spannung ist, als die Totzone erkannt werden. Die Steuerung ist aufgebaut, um die Drehung der Nocke zu einer vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Übergang der Nockenoberfläche, die an der Schubstange anliegt, von der Betätigungsoberflächenseite zu der Nichtbetätigungsoberflächenseite anzutreiben. Der Winkelsensor ist derart aufgebaut, dass die Totzone an einer Position in der Nichtbetätigungsoberfläche der Nocke und in einem Bereich vor der vorbestimmten Position angeordnet ist. Daher wird die vorbestimmte Zeit, um die vorbestimmte Position nach dem Durchgang durch die Totzone des Winkelsensors in dem Übergang der Nocke von der Betätigungsoberflächenseite zu der Nichtbetätigungsoberflächenseite zu erreichen, im Voraus erhalten. Wenn somit zum Beispiel keine Änderung in dem Sensorausgang beobachtet wird, obwohl die vorbestimmte Zeit seit dem Eintritt in die Totzone vergangen ist, kann dies als der Ausfallzustand des Winkelsensors bestimmt werden. Die erlaubt die Erfassung des Ausfallzustands des Drehwinkelsensors, selbst wenn die Anzahl der Drehwinkelsensoren, die der Schubstange entsprechen, eins ist, und kann somit die Zunahme in der Anzahl von Teilen und den Kosten unterdrücken.
Gemäß der zweiten Charakteristik misst die Steuerung die Zeit, die von dem Übergang der Nockenoberfläche zu der Totzone vergeht, mit dem Zeitmesser und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung, die der Totzone entspricht, erfasst wird, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone vergangen ist. Folglich wird die Zeitmessung durch den Zeitmesser zu der Zeit des Übergangs zu der Totzone gestartet. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Zeitmessung zum Erfassen des Totzonendurchgangs.
Gemäß der dritten Charakteristik misst die Steuerung die vergangene Zeit von dem Übergang der Nockenoberfläche von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche mit dem Zeitmesser und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung, die der Totzone entspricht, erfasst wird, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone vergangen ist. Somit wird die Zeitmessung durch den Zeitmesser zur Zeit des Übergangs der Nockenoberfläche von der Betätigungsoberflächenseite zu der Nichtbetätigungsoberflächenseite gestartet. Dies verbessert die Zuverlässigkeit der Zeitmessung zum Erfassen des Totzonendurchgangs.
Gemäß der vierten Charakteristik speichert die Steuerung die Ausgangsspannung zur Zeit zu dem Übergang zu der Totzone als den Speicherwert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung die gleiche wie der Speicherwert ist, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone vergangen ist und die vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist. Somit kann die Bestimmung bezüglich des Ausfallzustands durch den Vergleich zwischen dem gesicherten Speicherwert und der gegenwärtigen Ausgangsspannung genau vorgenommen werden.
Gemäß der fünften Charakteristik bestimmt die Steuerung, dass der Drehwinkelsensor in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung gleich oder größer einer im Voraus festgelegten Obergrenze ist oder wenn die Ausgangsspannung gleich oder kleiner einer im Voraus festgelegten Untergrenze ist, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone vergangen und die vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist. Somit kann die Bestimmung bezüglich des Ausfallzustands durch den Vergleich zwischen den im Voraus festgelegten Ober- und Untergrenzen und der gegenwärtigen Ausgangsspannung genau vorgenommen werden.
Gemäß der sechsten Charakteristik speichert die Steuerung den Sensorwert zur Zeit des Übergangs zu der Totzone als den Speicherwert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung kein Wert ist, der der vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche entspricht, obwohl die geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone vergangen ist. Folglich kann die Bestimmung bezüglich des Ausfallzustands basierend auf der Ausgangsspannung an einer Position außer der Totzone genau vorgenommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm, das den Aufbau einer elektrischen Kupplung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Ausfallerfassungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine vergrößerte Darstellung einer Nocke.
4 ist ein Erläuterungsdiagramm für den Aufbau der Nocke.
5 ist ein Diagramm, das die Ausgabecharakteristik eines Winkelsensors zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Sensorausgabe des Winkelsensors zeigt, wenn die Nocke sich kontinuierlich dreht.
7 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren der Winkelsensorausfallerkennungsverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Teilflussdiagramm, welches das Verfahren der Sensorwertvergleichsverarbeitung zeigt.
Arten zur Ausführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Gesamtaufbaudiagramm einer elektrischen Kupplung 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Kupplung 30 ist z. B. ein Mechanismus, der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eines Motorrads oder ähnlichem angeordnet ist und die Trennung und Verbindung der Drehantriebskraft steuert. Die normalerweise offene elektrische Kupplung 30, die von einem Elektromotor 1 angetrieben wird, basiert auf einem Doppelfedersystem mit einer Druckfeder 39 und einer Rückstellfeder 43, die voneinander verschiedene Federkonstanten haben, als Vorspannelemente, um die Kupplung in der offenen (Ausrück-)Richtung vorzuspannen.
Die elektrische Kupplung 30 ist derart aufgebaut, dass eine Nockenwelle 23, auf der eine Nocke 25 bereitgestellt ist, angetrieben wird, um von der Drehantriebskraft des Elektromotors 1 zu einem beliebigen Winkel gedreht zu werden, um dadurch eine Schubstange 35, die an der Nocke 25 anliegt, hin und her zu bewegen und das Ausrücken und Eingreifen der Kupplung anzutreiben.
Der Elektromotor 1 hat einen Rotor 4, der integral mit einer Ausgangswelle 5 ausgebildet ist, und einen Stator 3, der an dem Innenumfang eines Motorgehäuses 2 befestigt ist. Ein Lager 7, das die Ausgangswelle 5 drehbar lagert, ist in ein Sockelteil 6 montiert, das die Öffnung des Motorgehäuses 2 abdichtet.
Ein Zahnrad 8, das an einem Ende der Ausgangswelle 5 ausgebildet ist, ist verzahnt mit einem ersten Zwischenzahnrad 9, das von Lager 10 und 11 drehbar gehalten wird und aus zwei integral ausgebildeten Zahnrädern besteht. Die auf das erste Zwischenzahnrad 9 übertragene Drehantriebskraft wird über ein zweites Zwischenzahnrad 12, das von Lager 13 und 14 drehbar gehalten wird, und ein drittes Zwischenzahnrad 16, das von Lager 17 und 18 drehbar gehalten wird, auf ein Eingangszahnrad 20 übertragen, das in die Nockenwelle 23 keilverzahnt ist. In dem zweiten Zwischenzahnrad 12 ist eine Werkzeugbefestigungswelle 15, um die Befestigung eines (nicht gezeigten) Notfallwerkzeugs zu erlauben, um das zweite Zwischenzahnrad 12 zu drehen, bereitgestellt.
An dem oberen Ende der Nockenwelle 23 in dem Diagramm ist ein Drehwinkelsensor (hier nachstehend wird auf ihn häufig einfach als der Winkelsensor Bezug genommen) 21, der aus einem Potentiometer ausgebildet ist, um den Drehwinkel der Nockenwelle 23 zu erfassen, bereitgestellt. Die Nockenwelle 23 wird von einem Lager 19, das nahe dem Eingangszahnrad 20 angeordnet ist, drehbar gehalten, und Lager 24 und 26, die auf beiden Seiten der Nocke 25 angeordnet sind, in einer derartigen Weise drehbar gehalten, dass sie frei drehbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Öldichtung 22 im Wesentlichen an dem Zwischenteil der Nockenwelle 23 angeordnet. Dies erlaubt z. B. eine Auslegung, bei der der Mechanismus von der elektrischen Kupplung 30 zu der Nocke 25 in dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors untergebracht ist, während der Mechanismus von dem Elektromotor 1 zu dem Zwischenteil der Nockenwelle 23 außerhalb des Kurbelgehäuses angeordnet ist.
Die elektrische Kupplung 30 ist an einem Ende einer Hauptwelle 48 als die Eingangswelle des (nicht gezeigten) Getriebes angebracht. Ein primäres angetriebenes Zahnrad 45, das auf der Hauptwelle 48 in einer derartigen Weise drehbar gehalten wird, dass es frei drehbar ist, und auf das die Drehantriebskraft von der (nicht gezeigten) Kurbelwelle übertragen wird, ist über mehrere ringförmige Dämpfer 46 mit einem Kupplungsäußeren 41 verbunden. Ein Lager 47 der Hauptwelle 48 ist auf der linken Seite des primären angetriebenen Zahnrads 45 in dem Diagramm angeordnet. Wenn die elektrische Kupplung 30 in den Eingreifzustand kommt, wird die Drehantriebskraft des Kupplungsäußeren 41 über ein Kupplungsinneres 44 auf die Hauptwelle 48 übertragen.
Insbesondere, wenn die Schubstange 35 durch die Drehantriebskraft des Elektromotors 1 zu der linken Seite in dem Diagramm geschoben wird, wird eine erste Druckscheibe 36 über ein Lager 34 gedrückt. Die Druckfeder 39, die aus mehreren Spiralfedern besteht, ist zwischen der ersten Druckscheibe 36 und einer zweiten Druckscheibe 38 angeordnet. Die Rückstellfeder 43, die aus mehreren Spiralfedern besteht, ist zwischen der zweiten Druckscheibe 38 und dem Kupplungsinneren 44 angeordnet. Die zweite Druckscheibe 38 wird gegen die Vorspannkraft beider Federn 39 und 43 in die linke Richtung in dem Diagramm verschoben. Dadurch wird der Kupplungseingreifbetrieb ausgeführt.
Die zweite Druckscheibe 38 ist mit dem Kupplungsinneren 44 in einer derartigen Weise in Eingriff, dass der Rückstellfeder 43 eine vorbestimmte Vorbelastung auferlegt wird, und sie ist mittels einer Beilagscheibe 32 durch eine Mutter 33 an der Hauptwelle 48 befestigt, um den Gleitbereich in der rechten Richtung in dem Diagramm zu beschränken. Außerdem wird der Gleitbereich der ersten Druckscheibe 36 in der rechten Richtung in dem Diagramm durch einen Sicherungsring 37 beschränkt. Wenn die zweite Druckscheibe 38 in der linken Richtung in dem Diagramm verschoben wird, wird eine Kupplungsscheibe 42 durch ein ringförmiges Druckelement 40, das an der zweiten Druckscheibe 38 befestigt ist, in die linke Richtung in dem Diagramm gedrückt. Dadurch wird die elektrische Kupplung 30 von dem ausgerückten Zustand in den Eingreifzustand umgeschaltet.
2 ist ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau der Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleiche Nummer wie die in der vorstehenden Beschreibung bezeichnet den gleichen oder einen äquivalenten Teil. Eine Steuerung 50 umfasst einen Sensorausgabeerkenner 51, der die Sensorausgabe des Winkelsensors 21 erkennt, einen Sensorausfallbestimmer 52, der den Ausfallzustand des Winkelsensors 21 bestimmt, eine Motorsteuerung 53, die den Elektromotor 1 steuert, und einen Zeitmesser, der verschiedene vorbestimmte Zeiten misst.
Der Sensorausgabeerkenner 51 gibt die Sensorausgabe des Winkelsensors 21 in den Sensorausfallbestimmer 52 ein. Die Motorsteuerung 53 gibt den Steuerzustand des Elektromotors 1 in den Sensorausfallbestimmer 52 ein. Der Sensorausfallbestimmer 52 erfasst neben der Sensorausgabe von dem Winkelsensor 21 den Ausfallzustand des Winkelsensors 21 basierend auf dem Steuerzustand des Elektromotors 1 und dem Messergebnis des Zeitmessers 54.
3 ist ein vergrößertes Diagramm der Nocke 25. 4 ist ein erläuterndes Diagramm des Aufbaus der Nocke 25. Die Nocke 25 dreht sich integral mit der Nockenwelle 23, die von dem Elektromotor 1 angetrieben wird, um sich zu drehen, um dadurch die Schubstange 35, die gehalten wird, so dass sie zu der Hin- und Herbewegung in der linken und rechten Richtung in dem Diagramm fähig ist, hin und her zu bewegen.
In der Nocke 25 ist eine zusammenhängende Nockenoberfläche, die aus Nockenoberflächen 25a bis 25e zusammengesetzt ist, ausgebildet. Die Nocke 25 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird von dem Elektromotor 1 in einer derartigen Weise angetrieben, dass sie sich nur entgegen der Uhrzeigerrichtung dreht. Dadurch ändert sich die Nockenoberfläche, die an der Schubstange 35 anliegt, in Verbindung mit der Drehung der Nocke 25 in der Reihenfolge der Nockenoberfläche 25a -> 25b -> 25c > 25d -> 25e.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Nockenoberfläche 25a, die die Kupplung in der Eingreifrichtung antreibt, als „Eingreiffläche A” festgelegt. Die Nockenoberfläche 25b, die die Kupplung in die Ausrückrichtung antreibt, ist als „Ausrückfläche B” festgelegt. Die Nockenoberfläche 25c, die den ausgerückten Zustand der Kupplung beibehält, ist als „Brückenfläche C” festgelegt. Die Nockenoberfläche 25d, die ebenso den ausgerückten Zustand der Kupplung beibehält, ist als „Totzone D” festgelegt. Die Nockenoberfläche 25e, die ebenso den ausgerückten Zustand der Kupplung beibehält, ist als „Bereitschaftsfläche E” festgelegt. Die Ausrückfläche B ist derart ausgebildet, dass der Anstieg (Hubgröße) der Nockenoberfläche 25 klein ist, und ist derart aufgebaut, dass die Kupplung schnell von dem Zustand, in dem von der Nockenoberfläche 25a in sie eingegriffen wird, auf den ausgerückten Zustand umgeschaltet werden kann, indem der Elektromotor 1 lediglich um einen kleinen Winkel angetrieben wird. Die Nockenoberflächen 25c, 25d und 25e können durch einen einzigen kreisförmigen Bogen gebildet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird auf die Eingreiffläche A und die Ausrückfläche B gemeinsam als die „Betätigungsoberfläche” der Kupplung Bezug genommen. Außerdem wird auf die Brückenfläche C, die Totzone D und die Bereitschaftsfläche E gemeinsam als die „Nichtbetätigungsoberfläche” der Kupplung Bezug genommen. Die Fläche, die die Position umfasst, die 0 Grad als dem Drehwinkel der Nocke 25 entspricht und von einem Winkel θ1 bis zu einem Winkel –θ2 reicht, ist als die Totzone D definiert. Die Fläche von dem Winkel θ1 bis 90 Grad ist als die Bereitschaftsfläche E definiert. Die Fläche von 90 Grad bis 180 Grad ist als die Eingreiffläche A definiert. Die Fläche von 180 Grad bis 270 Grad ist als die Ausrückfläche B definiert. Die Fläche von 270 Grad bis zu dem Winkel θ2 ist als die Brückenfläche C definiert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Nocke 25 in dem Übergang der Nocke 25 von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche angetrieben, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu einer vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche zu drehen, um sich für den nächsten Kupplungseingreifarbeitsgang vorzubereiten. Insbesondere in dem Übergang der Nocke 25 von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche, d. h. in dem Übergang von der Ausrückfläche B zu der Brückenfläche C, wird die Nocke 25 angetrieben, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu einer vorbestimmten Position in der Bereitschaftsfläche E zu drehen. Aufgrund dieses Merkmals wird der Durchgang durch die Totzone D, die sich zwischen der Brückenfläche C und der Bereitschaftsfläche E befindet, notwendigerweise mit der konstanten Geschwindigkeit ausgeführt.
Die Verarbeitung des Antriebs der Drehung der Nocke 25 mit einer konstanten Geschwindigkeit wird gleichzeitig mit der Erfassung der Grenze zwischen der Ausrückfläche B und der Brückenfläche C gestartet und kann eine vorbestimmte Zeit lang ausgeführt werden, in der die Nocke 25 sicher zu der Bereitschaftsfläche E gedreht werden kann. Die Nocke 25 kann basierend auf der Ausgabe des Winkelsensors 21 an einer vorbestimmten Position in der Bereitschaftsfläche E gestoppt werden, nachdem die Verarbeitung gleichzeitig mit der Erfassung der Grenze zwischen der Ausrückfläche B und der Brückenfläche C gestartet wird.
5 ist ein Diagramm, das die Ausgabescharakteristik des Winkelsensors 21 zeigt. 6 ist ein Diagramm, das die Sensorausgabe des Winkelsensors zeigt, wenn die Nocke 25 sich kontinuierlich dreht. Wie vorstehend beschrieben, ist der Winkelsensor 21 ein endloses Drehpotentiometer, dessen Sensorausgabe (Ausgangsspannung) S proportional zu dem Drehwinkel in dem Bereich von 360 Grad steigt. Insbesondere ist die Sensorausgabe S 0, wenn der Winkel 0 Grad ist. Die Sensorausgabe S steigt proportional zu dem Drehwinkel, und, wenn der Winkel 360 Grad ist, wird 5 V als die Maximalspannung erzeugt. Wenn die Nocke 25 sich daher kontinuierlich in eine Richtung dreht, wird kontinuierlich eine Spannungswellenform mit einer derartigen Form ausgegeben, dass sie 0 V und 5 V verbindet, wie in 6 gezeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden aus den Sensorausgaben von 0 V bis 5 V nur Mittenwerte, von denen erwartet werden kann, dass sie hohe Genauigkeit bereitstellen, als der effektive Sensorwert verwendet, und der andere Teil wird als die „Totzone” festgelegt. Insbesondere wird der Bereich von 0 Grad bis zu dem Winkel θ1, der einer Sensorausgabe V1 entspricht (erste vorbestimmte Spannung) als eine Totzone D1 festgelegt, und der Bereich von dem Winkel θ2, der einer Sensorausgabe V2 entspricht (zweite vorbestimmte Spannung) bis 360 Grad wird als eine Totzone D2 festgelegt. Auf die Totzonen D1 und D2 wird gemeinsam als die Totzone D Bezug genommen.
Die Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Totzone D des Winkelsensors 21 auf der Nichtbetätigungsoberflächenseite der Nocke 25 und vor der Position angeordnet ist, zu der die Nocke 25 angetrieben wird, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit in den Übergang von der Ausrückfläche B zu der Brückenfläche C, wie in 4 gezeigt, zu drehen. Aufgrund dieses Merkmals wird in dem Übergang der Nocke 25 von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche der Durchgang durch die Totzone D notwendigerweise mit der konstanten Geschwindigkeit ausgeführt. Da die Nocke 25 außerdem notwendigerweise in dem Übergang der Nocke 25 von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche mit der konstanten Geschwindigkeit zu der vorbestimmten Position gedreht wird, kann die Position der Nocke 25 durch die Zeitmessung durch den Zeitmesser 54 vorhergesagt werden.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Charakteristik kann selbst ein Winkelerfassungssystem mit nur einem Winkelsensor 21 leicht den Ausfallszustand des Winkelsensors 21 erkennen. Zum Beispiel kann der Übergang von der Brückenfläche C zu der Totzone D aufgrund des Erreichens der Sensorausgabe S von V2 erfasst werden. Wenn somit die Zeitmessung durch den Zeitmesser 54 ansprechend auf diesen Übergang gestartet wird, kann basierend auf einem Phänomen, dass die Sensorausgabe selbst nach dem Verlauf einer vorbestimmten Zeit immer noch in dem Sensorausgabebereich bleibt, der der Totzone D entspricht, bestimmt werden, dass ein Ausfall in dem Winkelsensor 21 aufgetreten ist.
Außerdem erkennt die Motorsteuerung 53 das Antriebssignal an den Elektromotor 1. Wenn folglich selbst nach dem Ende der Zeitspanne, in der die Nocke 25 nach dem Durchgang durch die Totzone D mit einer konstanten Geschwindigkeit zu der Bereitschaftsfläche E angetrieben wird, nicht, wie konzipiert, die Sensorausgabe, die der Bereitschaftsfläche E entspricht, ausgegeben wird, kann dies als der Ausfallzustand des Winkelsensors 21 bestimmt werden. Wenn überdies keine Änderung in der Sensorausgabe beobachtet wird, obwohl der Elektromotor 1 angetrieben wird, kann dies als der Ausfallzustand des Winkelsensors 21 bestimmt werden. Die vorstehend beschriebene Ausfallbestimmung wird von dem in 2 gezeigten Sensorausfallbestimmer 52 vorgenommen.
7 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren der Winkelsensorausfallerkennungsverarbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist ein Teilflussdiagramm, welches das Verfahren der Sensorwertvergleichsverarbeitung zeigt. In einem Schritt S1 wird bestimmt, ob die Kupplung ausgerückt wurde oder nicht. Diese Entscheidung kann basierend darauf getroffen werden, ob die Sensorausgabe S des Winkelsensors 21 der Wert, der der Ausrückfläche B der Nocke 25 entspricht, geworden ist oder nicht. Außerdem ist es auch möglich, basierend auf dem Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Getriebewelle zu erfassen, ob die Kupplung ausgerückt wurde oder nicht.
Wenn in dem Schritt S1 die positive Entscheidung getroffen wird, geht das Verfahren weiter zu einem Schritt S2, in dem ein Sensorspeicherwert vor dem Eintritt in die Totzone D aufgezeichnet wird. Dieser gespeicherte Wert ist die Sensorausgabe S, die an der Grenze der Brückenfläche C und der Totzone D der Nocke 25 erfasst wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Speicherwert V2 bei dem Winkel θ2 erfasst.
In einem anschließenden Schritt S3 wird bestimmt, ob die Nocke 25 sich zu der Bereitschaftsfläche E bewegt oder nicht. Diese Entscheidung wird basierend darauf getroffen, ob die Steuerung des Antriebs der Drehung der Nocke 25 zu einer vorbestimmten Position in der Bereitschaftsfläche E durch die Motorsteuerung 53 mit einer konstanten Geschwindigkeit ausgeführt wird oder nicht. Die vorbestimmte Position in der Bereitschaftsfläche E kann im Voraus beliebig festgelegt werden.
Wenn in dem Schritt S3 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S4, in dem bestimmt wird, ob die geschätzte Zeit des Totzonendurchgangs vergangen ist oder nicht. Diese Entscheidung kann getroffen werden, weil die Nocke 25 angetrieben wird, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Übergang von der Ausrückfläche B zu der Brückenfläche C zu einer vorbestimmten Position in der Bereitschaftsfläche E zu drehen, und die Zeitmessung durch den Zeitmesser 54 zu einer vorbestimmten Zeit gestartet wird. Die geschätzte Zeit des Durchgangs durch die Totzone D kann im Voraus basierend auf der Drehzahl der Nocke 25 berechnet werden. Durch Starten der Zeitmessung als Reaktion auf die Erfassung der Grenze zwischen der Ausrückfläche B und der Brückenfläche C der Nocke 25 und durch Starten der Zeitmessung als Reaktion auf die Erfassung der Grenze zwischen der Brückenfläche C und der Totzone D kann die Abschlusszeit des Durchgangs durch die Totzone D basierend auf der Ausgabe des Zeitmessers 54 erfasst werden.
Wenn in dem Schritt S4 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S5, in dem die Sensorwertvergleichsverarbeitung ausgeführt wird. Details dieser Verarbeitung werden später beschrieben. Wenn in dem Schritt S1, S3 oder S4 die negative Entscheidung getroffen wird, wird die Steuerfolge direkt beendet.
Hier wird auf den Teilfluss von 8, der das Verfahren der Sensorwertvergleichsverarbeitung in dem vorstehend beschriebenen Schritt S5 zeigt, Bezug genommen. In einem Schritt S10 wird entschieden, ob der Sensorwert gleich oder kleiner der festgelegten Obergrenze ist oder nicht. Bei dieser Entscheidung wird bestimmt, ob die Sensorausgabe S an der Obergrenze (z. B. 5 V) hängt, weil irgendein Ausfall in dem Winkelsensor 21 aufgetreten ist, oder nicht. Wenn in dem Schritt S10 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S11, in dem bestimmt wird, ob der Sensorwert gleich oder größer der festgelegten Untergrenze ist oder nicht. Bei dieser Entscheidung wird bestimmt, ob die Sensorausgabe S an der Untergrenze (z. B. 0 V) haftet, weil irgendein Ausfall in dem Winkelsensors 21 aufgetreten ist, oder nicht.
Wenn als nächstes in dem Schritt S11 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S12, in dem bestimmt wird, ob der Sensorwert eine Ungleichheitsbeziehung mit dem Sensorspeicherwert hat oder nicht. Diese Entscheidung wird basierend auf einer Vorhersage getroffen, dass die Sensorausgabe S ein Wert sein sollte, der sich von dem Sensorspeicherwert V2 nach dem Durchgang durch die Totzone D unterscheidet.
Wenn anschließend in dem Schritt S12 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S13, in dem bestimmt wird, ob der Sensorwert ein Wert in dem Bereich ist, der der Bereitschaftsfläche entspricht, oder nicht. Diese Entscheidung wird basierend auf einer Vorhersage getroffen, dass die Sensorausgabe S ein Wert sein sollte, der in der Bereitschaftsfläche E nach dem Durchgang durch die Totzone D ausgegeben wird. Wenn in dem Schritt S13 die positive Entscheidung getroffen wird, wird bestimmt, dass der Winkelsensor 21 normal arbeitet, so dass die Steuerfolge beendet wird.
Es ist auch möglich, die Entscheidung bezüglich des Ausfallzustands basierend darauf zu treffen, ob der Sensorwert ein Wert ist, der in der Totzone ausgegeben wird, oder nicht. Diese Bestimmung basiert auf der Vorhersage, dass die Sensorausgabe S nach dem Durchgang durch die Totzone D kein Wert sein sollte, der in der Totzone D ausgegeben wird.
Wenn in dem Schritt S10, S11, S12 oder S13 die negative Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S14, in dem basierend auf einer Bestimmung, dass möglicherweise irgendein Ausfall in dem Winkelsensor 21 aufgetreten ist, eine Ausfallerkennungsbetriebsart startet. In der Ausfallerkennungsbetriebsart wird die Zeitmessung durch den Zeitmesser 54 gestartet. In einem Schritt S15 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit seit dem Start der Ausfallerkennungsbetriebsart, d. h. seit dem Auftreten des Verdachts eines Ausfalls, vergangen ist oder nicht. Wenn in dem Schritt S15 die positive Entscheidung getroffen wird, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S16, in dem bestimmt wird, dass der Winkelsensor 21 in dem Ausfallzustand ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung die Nocke 25 angetrieben, um sich mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Übergang der Nocke 25 von der Betätigungsoberfläche zu der Nichtbetätigungsoberfläche, d. h. in dem Übergang von der Ausrückfläche B zu der Brückenfläche C zu einer vorbestimmten Position in der Bereitschaftsfläche E zu drehen. Außerdem ist der Winkelsensor 21 derart aufgebaut, dass die Totzone D an einer Position in den Nichtbetätigungsoberflächen C, D und E der Nocke 25 und in der Fläche vor der vorbestimmten Position angeordnet ist. Daher wird die vorbestimmte Zeit, um die vorbestimmte Position nach dem Durchgang durch die Totzone des Winkelsensors in dem Übergang der Nocke von der Betätigungsoberflächenseite zu der Nichtbetätigungsoberflächenseite zu erreichen, im Voraus erhalten. Wenn folglich zum Beispiel keine Änderung in der Sensorausgabe beobachtet wird, obwohl die vorbestimmte Zeit seit dem Eintritt in die Totzone vergangen ist, kann dies als der Ausfallzustand des Winkelsensors bestimmt werden. Dies erlaubt selbst einem Drehwinkelerfassungssystem mit nur einem Winkelsensor den Ausfallzustand des Winkelsensors zu erkennen, und somit die Erhöhung der Anzahl von Teilen und Kosten unterdrücken.
Die Formen und Strukturen des Elektromotors, der Nocke und des Winkelsensors, die Größe der Totzone in dem Winkelsensor, die Größen und die Anordnung der Ausrückfläche, der Brückenfläche, der Totzone, der Bereitschaftsfläche und der Eingreiffläche, etc. sind nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und vielfältige Änderungen sind möglich. Die Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Winkelsensor beschränkt, der auf die Nocke angewendet wird, die das Ausrücken und Eingreifen der elektrischen Kupplung steuert, und kann auf verschiedene Drehwinkelsensoren angewendet werden.
Beschreibung der Referenzsymbole

1: Elektromotor, 21: Winkelsensor, 23: Nockenwelle, 25: Nocke, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e: Nockenoberfläche, 35: Schubstange, 50: Steuerung, 51: Sensorausgabeerkenner, 52: Sensorausfallbestimmer, 53: Motorsteuerung, 54: Zeitmesser, A: Eingreiffläche, B: Ausrückfläche, C: Brückenfläche, D (D1, D2): Totzone, A, B: Betätigungsoberfläche, C, D, E: Nichtbetätigungsoberfläche, S: Sensorausgabe (Ausgangsspannung), V1: erste vorbestimmte Spannung, V2: zweite vorbestimmte Spannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-265768 [0004]

Claims

Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor, die eine Nocke (25) mit einer Nockenoberfläche, in der eine Betätigungsoberfläche (A, B), die eine Schubstange (35) hin und her bewegt, und eine Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E), die die Schubstange (35) nicht hin und her bewegt, zusammenhängend ausgebildet sind, einen Winkelsensor (21), der aus einem endlos Drehpotentiometer ausgebildet ist, das einen Drehwinkel der Nocke (25) erfasst und eine Ausgangsspannung (S) hat, die in einem Bereich von 360 Grad proportional zu dem Drehwinkel steigt, und eine Steuerung (50), die einen Ausfallzustand des Winkelsensors (21) erfasst, hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocke (25) derart aufgebaut ist, dass sie durch einen Elektromotor (1), der von der Steuerung (50) gesteuert wird, angetrieben wird, um sich in eine Richtung zu drehen und die Schubstange (35) hin und her zu bewegen, die Ausgangsspannung (S) des Winkelsensors (21) derart festgelegt ist, dass ein Bereich kleiner oder gleich einer ersten vorbestimmten Spannung (V1) und ein Bereich größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Spannung (V2), die höher als die erste vorbestimmte Spannung (V1) ist, als eine Totzone (D) erkannt werden, die Steuerung (50) derart aufgebaut ist, dass sie die Drehung der Nocke (25) zu einer vorgegebenen Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) mit einer konstanten Geschwindigkeit in dem Übergang der Nockenoberfläche der Nocke (25), die an der Schubstange (35) von der Seite der Betätigungsoberfläche (A, B) zu der Seite der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) anliegt, antreibt, und der Winkelsensor (21) derart aufgebaut ist, dass die Totzone (D) an einer Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (C, D, E) der Nocke (25) und in einem Bereich vor der vorbestimmten Position angeordnet ist.
Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) eine vergangene Zeit von dem Übergang der Nockenoberfläche zu der Totzone (D) mit einem Zeitmesser (54) misst und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S), die der Totzone (D) entspricht, erfasst wird, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.
Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) eine vergangene Zeit von dem Übergang der Nockenoberfläche von der Betätigungsoberfläche (B) zu der Nichtbetätigungsoberfläche (C) mit einem Zeitmesser (54) misst und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S), die der Totzone (D) entspricht, erfasst wird, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.
Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) die Ausgangsspannung (S) zur Zeit des Übergangs zu der Totzone (D) als einen Speicherwert (V2) speichert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) die gleiche wie der Speicherwert (V2) ist, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist und eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist.
Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) außerhalb eines Bereichs zwischen im Voraus festgelegten Ober- und Untergrenzen ist, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist, und eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand vergangen ist.
Ausfallerkennungsvorrichtung für einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (50) den Sensorwert (S) zur Zeit des Übergangs zu der Totzone (D) als einen Speicherwert (V2) speichert und bestimmt, dass der Drehwinkelsensor (21) in dem Ausfallzustand ist, wenn die Ausgangsspannung (S) kein Wert ist, der der vorbestimmten Position in der Nichtbetätigungsoberfläche (E) entspricht, obwohl eine geschätzte Zeit für den Durchgang durch die Totzone (D) vergangen ist.