DE112018000927T5

DE112018000927T5 - Schaltbereichssteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018000927T5
Application number: DE112018000927.0T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kamio
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2019-10-31
Also published as: US20190353242A1; CN110337780B; JP6690576B2; WO2018155332A1; CN110337780A; US10948073B2; JP2018135919A

Abstract

Eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung (40) schaltet einen Schaltbereich durch Steuern des Antriebsvorgangs eines Motors (10) und beinhaltet eine erste Schaltsteuereinheit (71), eine Reversiersteuereinheit (76) und eine zweite Schaltsteuereinheit (77). Wenn eine Differenz zwischen einem Soll-Winkel, bei dem der Motor (10) gestoppt werden soll, und einem Ist-Winkel kleiner als ein Winkelbestimmungsschwellenwert wird, schaltet die erste Schaltsteuereinheit (71) von einer Rückkopplungssteuerung zu einer Steuerung mit festem Tastverhältnis um. Die Reversierbestimmungseinheit (76) bestimmt, ob der Motor (10) reversiert. Wenn bestimmt wird, dass der Motor (10) reversiert, schaltet das zweite Schaltsteuereinheit (77) von der Steuerung mit dem festen Tastverhältnis zu einer stationären Phasenanschnittsteuerung zum Betreiben des Motors (10) mit einer stationären Phase um.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der am 21. Februar 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-029653 , deren Offenbarung hierin durch Verweis aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Üblicherweise ist eine Schaltbereichumschaltvorrichtung bekannt, die einen Schaltbereich durch Steuern eines Motors als Reaktion auf eine Schaltbereichsschaltanforderung eines Fahrers schaltet. So wird beispielsweise in der Patentliteratur 1 ein geschalteter Reluktanzmotor als Antriebsquelle für einen Schaltbereichsschaltmechanismus verwendet. Im Folgenden wird der geschaltete Reluktanzmotor als „SR-Motor“ bezeichnet.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP-4385768-B2
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein SR-Motor, der keinen Permanentmagneten verwendet, ist einfach konfiguriert. Ein Motor mit einem Permanentmagneten, wie beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor, weist im Vergleich zum SR-Motor eine hohe Reaktionsfähigkeit auf, kann aber bei Stillstand des Motors zum Überschwingen kommen. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, den Antrieb eines Motors im Zusammenhang mit dem Schalten bzw. dem Umschalten eines Schaltbereichs angemessen zu steuern.
Die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung schaltet einen Schaltbereich durch Steuern des Antriebsvorganges eines Motors und beinhaltet eine erste Schaltsteuereinheit, eine Reversierbestimmungseinheit und eine zweite Schaltsteuereinheit. Wenn eine Differenz zwischen einem Soll-Winkel, bei dem der Motor gestoppt werden soll, und einem Ist-Winkel kleiner als ein Winkelbestimmungsschwellenwert wird, schaltet das erste Schaltsteuereinheit von einer Rückkopplungssteuerung auf eine Steuerung mit festem Tastverhältnis um. Die Reversierbestimmungseinheit bestimmt, ob der Motor reversiert. Wenn die Reversierbestimmungseinheit bestimmt, dass der Motor reversiert, schaltet die zweite Schaltsteuereinheit von der Steuerung mit festem Tastverhältnis auf eine stationäre Phasenanschnittsteuerung zum Betreiben einer stationären Phase des Motors um. Dadurch ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu verbessern, ein Überschwingen zu reduzieren und den Motor an einer Sollposition geeignet zu stoppen.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ersichtlich. In den Figuren ist das Folgende gezeigt:

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Shift-by-Wire-System gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt,
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das das Shift-by-Wire-System gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
3 ist ein Schaltplan, der einen Motor und einen Motortreiber gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
5 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das eine Soll-Motordrehzahleinstellung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
6A ist ein veranschaulichendes Diagramm, das ein FF-Tastverhältnis zum Zeitpunkt einer Beschleunigungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
6B ist ein veranschaulichendes Diagramm, das das FF-Tastverhältnis zum Zeitpunkt einer stationären Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
6C ist ein veranschaulichendes Diagramm, das das FF-Tastverhältnis zum Zeitpunkt einer Verzögerungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
7 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das ein festes Tastverhältnis gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Modusbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
10 ist ein Flussdiagramm, das ein PWM-Steuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform darstellt,
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und
13 ist ein Zeitdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRUNGSFORMEN FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung anhand der Figuren beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist in den 1 bis 11 dargestellt. Wie in den 1 und 2 dargestellt, beinhaltet ein Shift-by-Wire-System 1 einen Motor 10, einen Schaltbereichsschaltmechanismus 20, einen Parksperrmechanismus 30, eine Schaltbereichssteuerungsvorrichtung 40 und dergleichen. Der Motor 10 dreht sich nach dem Empfangen bzw. Aufnehmen einer elektrischen Energie von einer Batterie 45 (siehe 3), die an einem Fahrzeug montiert ist (nicht dargestellt), und fungiert als Antriebsquelle für den Schaltbereichsschaltmechanismus 20. Der Motor 10 kann die Größe eines Stroms durch eine Rückkopplungssteuerung ändern und für jede Phase einen Befehl ändern. Der Motor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein bürstenloser Gleichstrommotor vom Typ eines Permanentmagneten. Wie in 3 dargestellt, verfügt der Motor 10 über zwei Wicklungssätze 11 und 12. Der erste Wicklungssatz 11 beinhaltet eine U1-Spule 111, eine V1-Spule 112 und eine W1-Spule 113. Der zweite Wicklungssatz 12 beinhaltet eine U2-Spule 121, eine V2-Spule 122 und eine W2-Spule 123.
Wie in 2 dargestellt, erfasst der Encoder 13 eine Drehposition eines Rotors (nicht dargestellt) des Motors 10. Der Encoder 13 ist beispielsweise ein magnetischer Drehgeber und beinhaltet einen Magneten, der sich integral mit dem Rotor dreht, einen Hall IC zur magnetischen Erkennung und dergleichen. Der Encoder 13 gibt Impulssignale der A- und B-Phase in jedem vorgegebenen Winkel synchron zur Drehung des Rotors aus. Das Untersetzungsgetriebe 14 ist zwischen einer Motorwelle des Motors 10 und einer Ausgangswelle 15 vorgesehen, und verzögert die Drehung des Motors 10 und gibt die verzögerte Drehung an die Ausgangswelle 15 aus. Dadurch wird die Drehung des Motors 10 auf den Schaltbereichsschaltmechanismus 20 übertragen. Die Antriebswelle 15 ist mit einem Ausgangswellensensor 16 zum Erfassen eines Winkels der Ausgangswelle 15 versehen. Der Ausgangswellensensor 16 ist z.B. ein Potentiometer.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet der Schaltbereichsschaltmechanismus 20 eine Rastplatte 21, eine Rastfeder 25 und dergleichen und überträgt eine vom Untersetzungsgetriebe 14 ausgegebene Drehantriebskraft auf ein Handventil 28 und einen Parksperrmechanismus 30. Die Rastplatte 21 ist an der Ausgangswelle 15 befestigt und wird vom Motor 10 angetrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Richtung, in der die Rastplatte 21 von einer Basis der Rastfeder 25 entfernt ist, als Vorwärtsdrehrichtung und eine Richtung, die sich dem Basisabschnitt nähert, als Rückwärtsdrehrichtung bzw. als Reversierdrehrichtung definiert.
Die Rastplatte 21 ist mit einem Stift 24 versehen, der parallel zur Ausgangswelle 15 vorsteht. Der Stift 24 ist mit einem Handventil 28 verbunden. Wenn die Rastplatte 21 vom Motor 10 angetrieben wird, bewegt sich das Handventil 28 in axialer Richtung. Mit anderen Worten, der Schaltbereichsschaltmechanismus 20 wandelt eine Drehbewegung des Motors 10 in eine Linearbewegung um und überträgt die Linearbewegung auf das Handventil 28. Das Handventil 28 ist in einem Ventilkörper 29 vorgesehen. Wenn sich das Handventil 28 in axialer Richtung bewegt, wird ein hydraulischer Versorgungsweg zu einer hydraulischen Kupplung (nicht dargestellt) geschaltet und ein Einrastzustand der hydraulischen Kupplung geschaltet, wodurch der Schaltbereich geändert wird. Die Rastfeder 25 Seite der Rastplatte 21 ist mit vier Aussparungsabschnitten 22 versehen, um das Handventil 28 an Positionen zu halten, die den jeweiligen Bereichen entsprechen. Die Aussparungsabschnitte 22 entsprechen den jeweiligen Bereichen von D, N, R und P von einer Basisabschnittsseite der Rastfeder 25.
Die Rastfeder 25 ist ein elastisch verformbares plattenförmiges Element und ist an einer Spitze der Rastfeder 25 mit einer Rastrolle 26 versehen. Die Rastrolle 26 passt in einen der Aussparungsabschnitte 22. Die Rastfeder 25 drückt die Rastrolle 26 zum Drehpunkt der Rastplatte 21. Wenn eine vorbestimmte oder mehrfache Drehkraft auf die Rastplatte 21 aufgebracht wird, verformt sich die Rastfeder 25 elastisch, und die Rastrolle 26 bewegt sich auf den Aussparungsabschnitten 22. Wenn die Rastrolle 26 in einen der Aussparungsabschnitte 22 eingebaut ist, wird die Schwenkbewegung der Rastplatte 21 geregelt, die axiale Position des Handventils 28 und der Zustand des Parksperrmechanismus 30 bestimmt und der Schaltbereich eines Automatikgetriebes 5 festgelegt.
Der Parksperrmechanismus 30 beinhaltet eine Parkstange 31, einen konischen Körper 32, eine Parksperrklinke 33, einen Wellenabschnitt 34 und ein Parkgetriebe 35. Die Parkstange 31 ist im Wesentlichen L-förmig ausgebildet, und ein Ende 311 der Parkstange 31 ist an der Rastplatte 21 befestigt. Der konische Körper 32 ist auf der anderen Seite des Endes 312 der Parkstange 31 vorgesehen. Der konische Körper 32 ist so geformt, dass der Durchmesser zum anderen Ende 312 hin abnimmt. Wenn die Rastplatte 21 in umgekehrter Drehrichtung schwenkt, bewegt sich der konische Körper 32 in eine Richtung eines Pfeils P.
Die Parksperrklinke 33 stößt an eine konische Oberfläche des konischen Körpers 32, und an der Seite des Parkgetriebes 35 der Parksperrklinke 33 ist ein Vorsprungsabschnitt 331 vorgesehen, der mit dem Parkgetriebe 35 in Eingriff kommen kann, der um den Wellenabschnitt 34 schwenkbar vorgesehen ist. Wenn sich die Rastplatte 21 in Rückwärtsdrehrichtung dreht und sich der Kegelkörper 32 in Pfeil-P-Richtung bewegt, wird die Parksperrklinke 33 nach oben geschoben und der Vorsprungsabschnitt 331 und das Parkgetriebe 35 greifen ineinander. Andererseits, wenn sich die Rastplatte 21 in Vorwärtsdrehrichtung dreht und sich der Kegelkörper 32 in Richtung eines Pfeils ohne P bewegt, wird der Eingriff zwischen dem Vorsprungsabschnitt 331 und dem Parkgetriebe 35 gelöst.
Das Parkgetriebe 35 ist auf einer Achse (nicht dargestellt) so angeordnet, dass es mit dem Vorsprungsabschnitt 331 der Parksperrklinke 33 in Eingriff gebracht werden kann. Wenn das Parkgetriebe 35 und der Vorsprungsabschnitt 331 ineinander greifen, wird die Drehung der Achse geregelt. Wenn der Schaltbereich der NotP-Bereich mit Ausnahme des Schaltbereichs P ist, wird das Parkgetriebe 35 nicht durch die Parksperrklinke 33 verriegelt, und die Drehung der Achse wird nicht durch den Parksperrmechanismus 30 behindert. Wenn der Schaltbereich der P-Bereich ist, wird das Parkgetriebe 35 durch die Parksperrklinke 33 gesperrt und die Drehung der Achse geregelt.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, beinhaltet die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung 40 die Motortreiber 41 und 42, ein ECU 50 und dergleichen. Der Motortreiber 41 ist ein dreiphasiger Wechselrichter zum Schalten der Erregung des ersten Wicklungssatzes 11, und die Schaltelemente 411 bis 416 sind über eine Brücke miteinander verbunden. Ein Ende der U1-Spule 111 ist mit einer Verbindungsstelle der U-Phasenschaltelemente 411 und 414 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Ein Ende der V1-Spule 112 ist mit einer Verbindungsstelle der V-Phasenschaltelemente 412 und 415 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Ein Ende der W1-Spule 113 ist mit einer Verbindungsstelle der W-Phasenschaltelemente 413 und 416 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Die anderen Enden der Spulen 111 bis 113 sind durch einen Verbindungsabschnitt 115 miteinander verbunden.
Der Motortreiber 42 ist ein dreiphasiger Wechselrichter zum Schalten der Erregung des zweiten Wicklungssatzes 12, und die Schaltelemente 421 bis 426 sind über eine Brücke miteinander verbunden. Ein Ende der U2-Spule 121 ist mit einer Verbindungsstelle der U-Phasenschaltelemente 421 und 424 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Ein Ende der V2-Spule 122 ist mit einer Verbindungsstelle der V-Phasenschaltelemente 422 und 425 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Ein Ende der W2-Spule 123 ist mit einer Verbindungsstelle der W-Phasenschaltelemente 423 und 426 verbunden, die miteinander gekoppelt sind. Die anderen Enden der Spulen 121 bis 123 sind durch eine Verbindungseinheit 125 miteinander verbunden. Die Schaltelemente 411 bis 416 und 421 bis 426 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind MOSFET, können aber auch aus anderen Elementen wie einem IGBT gebildet werden.
Zwischen dem Motortreiber 41 und der Batterie 45 ist ein Motorrelais 46 vorgesehen. Zwischen dem Motortreiber 42 und der Batterie 45 ist ein Motorrelais 47 vorgesehen. Die Motorrelais 46 und 47 werden eingeschaltet, wenn ein Startschalter, wie beispielsweise ein Zündschalter oder dergleichen, eingeschaltet wird und eine elektrische Energieversorgung der Motorseite 10 erfolgt. Die Motorrelais 46 und 47 werden ausgeschaltet, wenn der Startschalter ausgeschaltet wird, und die Stromversorgung des Motors 10 wird unterbrochen. Ein Spannungssensor 48 zum Erfassen einer Batteriespannung V ist auf einer Hochspannungsseite der Batterie 45 vorgesehen. Die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung 40 ist mit einem Stromsensor (nicht dargestellt) zum Erfassen eines Motorstroms Im versehen.
Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 durch das Steuern der Ein-/Ausschaltungen der Schaltelemente 411 bis 416 und 421 bis 426. Die ECU 50 steuert den Antrieb der hydraulischen Schaltmagnete 6 basierend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Gasöffnungsgrad, einem vom Fahrer gewünschten Schaltbereich und dergleichen. Eine Getriebestufe wird durch Steuern der hydraulischen Schaltmagnete 6 gesteuert. Die Anzahl der schalthydraulischen Steuermagnete 6 entsprechend der Anzahl der Getriebestufen und dergleichen ist vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform steuert ein ECU 50 den Antrieb des Motors 10 und der Magnete 6, aber ein Motorsteuergerät zum Steuern des Motors 10 und eine Magnetsteuerung AT-ECU können voneinander getrennt werden. Im Folgenden wird im Wesentlichen die Antriebssteuerung des Motors 10 beschrieben.
Wie in 4 dargestellt, beinhaltet die ECU 50 eine Winkelberechnungseinheit 51, eine Drehzahlberechnungseinheit 52, eine Winkelabweichungsberechnungseinheit 53, eine Rückkopplungssteuereinheit 60, eine plötzliche Bremstastverhältnisberechnungseinheit 70, eine erste Schaltsteuereinheit 71, eine stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75, eine Reversierbestimmungseinheit 76, eine zweite Schaltsteuereinheit 77 und dergleichen und wird hauptsächlich durch einen Mikrocomputer und dergleichen konfiguriert. Die Verarbeitung im ECU 50 kann eine Software-Verarbeitung durch Ausführen von Programmen sein, die im Voraus in einem persistenten Speicher gespeichert sind, wie beispielsweise ein ROM von einer CPU, oder eine Hardware-Verarbeitung durch eine spezielle elektronische Schaltung.
Die Winkelberechnungseinheit 51 berechnet aus den Impulsen der A-Phase und des B-Phasen-Ausgangs des Encoders 13 einen Ist-Zählwert Cen, der ein Zählwert des Encoders 13 ist. Der Ist-Zählwert Cen ist ein Wert, der einem tatsächlichen mechanischen Winkel und einem elektrischen Winkel des Motors 10 entspricht. Die Drehzahlberechnungseinheit 52 berechnet eine Motordrehzahl Msp, das ist die Drehzahl des Motors 10, basierend auf dem Ist-Zählwert Cen. Die Winkelabweichungsberechnungseinheit 53 berechnet eine Differenz zwischen einem Soll-Zählwert Cen* und dem Ist-Zählwert Cen entsprechend der vom Fahrer gewünschten Eingabe des Schaltbereichs durch Betätigen eines Schalthebels (nicht dargestellt) oder dergleichen. Im Folgenden wird ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Soll-Zählwert Cen* und dem Ist-Zählwert Cen als Winkelabweichung e bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ist-Zählwert Cen auf den „Ist-Winkel“ und der Soll-Zählwert Cen* auf den „Soll-Winkel“ eingestellt.
Die Rückkopplungssteuereinheit 60 beinhaltet eine Solldrehzahleinstelleinheit 62, eine Rückkopplungswerteinstelleinheit 63, eine Drehzahlabweichungsberechnungseinheit 64, eine Steuerung 65, eine Vorwärtskorrekturwertberechnungseinheit 66, eine Vorwärtskorrektureinheit 67 und dergleichen. Im Folgenden wird die Rückkopplung bzw. das Feedback als „FB“ und die Vorwärtssteuerung bzw. das Feedforward als „FF“ bezeichnet.
Die Solldrehzahleinstelleinheit 62 berechnet aus einer Winkelabweichung e eine Soll-Motordrehzahl Msp*, die eine Solldrehzahl des Motors 10 ist. Die Soll-Motordrehzahl Msp* wird so eingestellt, dass sie größer ist, sowie die Winkelabweichung e größer ist, wenn die Winkelabweichung e gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ea ist, der beispielsweise auf einer Speicherabbildung in 5 basiert, und diese wird auf einen vorbestimmten Maximalwert eingestellt, wenn die Winkelabweichung e größer als der vorbestimmte Wert ea ist. Zusätzlich wird die Winkelabweichung e bei einem Winkelbestimmungsschwellenwert e_th auf eine eingestellte Drehzahl sp1 (z.B. 1000 U/min) eingestellt. Die Soll-Motordrehzahl Msp* wird so eingestellt, dass sie mit zunehmender Batteriespannung V steigt.
Wenn ein Steuerzustand des Motors 10 ein Modus 2 oder ein Modus 3 ist, der später beschrieben werden soll, d.h. eine stationäre Steuerung oder eine Verzögerungssteuerung, führt die FB-Werteinstelleinheit 63 eine Phasenvorschubkompensation zum Vorrücken einer Phase der Motordrehzahl Msp durch und setzt einen Drehzahlphasenvorschubwert Msp_pl als Drehzahlrückkopplungswert Msp_fb. Wenn der Steuerzustand des Motors 10 der Modus 1, d.h. die Beschleunigungsregelung ist, führt die FB-Werteinstelleinheit 63 die Phasenvorschubkompensation nicht durch und setzt die Motordrehzahl Msp auf den Drehzahlrückkopplungswert Msp fb. Der Drehzahlphasenvorschubwert Msp_pl ist auch in einem Konzept der „Motordrehzahl“ enthalten.
Die Drehzahlabweichungsberechnungseinheit 64 berechnet eine Drehzahlabweichung ΔMsp zwischen der Soll-Motordrehzahl Msp* und dem Drehzahlrückkopplungswert Msp-fb. Um die Soll-Motordrehzahl Msp* mit dem Drehzahlrückkopplungswert Msp fb deckungsgleich zu bringen, berechnet die Steuerung 65 ein FB-Tastverhältnis D_fb z.B. durch eine P-Regelung oder eine PI-Regelung, so dass die Drehzahlabweichung ΔMsp 0 wird.
Die FF-Korrekturwert-Berechnungseinheit 66 berechnet eine FF-Duty bzw. ein FF-Tastverhältnis D_ff entsprechend dem Steuerzustand des Motors 10. Das FF-Tastverhältnis D_ff zum Zeitpunkt der Beschleunigungssteuerung ist ein maximales Beschleunigungstastverhältnis, das auf der Grundlage einer Speicherabbildung oder ähnlichem in 6A berechnet wird und mit zunehmender Motordrehzahl Msp größer wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das FF-Tastverhältnis D_ff so berechnet, dass das FF-Tastverhältnis zum maximalen Tastverhältnis wird, bis die Motordrehzahl Msp gleich oder höher als die Soll-Motordrehzahl Msp* wird. Das FF-Tastverhältnis D_ff zum Zeitpunkt der stationären Steuerung wird auf eine Drehzahlerhaltungstastverhältnis eingestellt, das auf der Grundlage einer Speicherabbildung oder dergleichen in 6B berechnet wird. Das Drehzahlerhaltungstastverhältnis ist ein Tastverhältnis zum Halten der Motordrehzahl Msp zum Zeitpunkt der Leerlaufbelastung und steigt mit zunehmender Motordrehzahl Msp. Das FF-Tastverhältnis D_ff zum Zeitpunkt der Verzögerungssteuerung ist ein Verzögerungskorrekturtastverhältnis, der auf der Grundlage einer Speicherabbildung oder dergleichen in 6C berechnet wird. Das Verzögerungskorrekturtastverhältnis ist ein Korrekturtastverhältnis zur Realisierung der Soll-Motordrehzahl Msp*. Das Verzögerungskorrekturtastverhältnis ist ein negativer Wert, wenn der Motor 10 in Vorwärtsrichtung dreht, und wird mit zunehmender Motordrehzahl Msp kleiner. Mit anderen Worten, mit zunehmender Motordrehzahl Msp wird das Verzögerungskorrekturtastverhältnis als Absolutwert größer.
In den 6A, 6B und 6C wird, wenn sich der Motor 10 in Vorwärtsrichtung dreht und der Motor 10 in Rückwärtsrichtung dreht, das Vorzeichen eines Wertes des FF-Tastverhältnisses D-ff umgekehrt. Gleiches gilt für ein feste Tastverhältnis Db, das später beschrieben werden soll. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das FF-Tastverhältnis D_ff basierend auf der Motordrehzahl Msp berechnet, aber anstelle der Motordrehzahl Msp kann das FF-Tastverhältnis D_ff basierend auf der Soll-Motordrehzahl Msp* berechnet werden.
Die FF-Term-Korrektureinheit 67 korrigiert das FB-Tastverhältnis D_fb mit dem FF-Tastverhältnis D_ff, um einen Tastverhältniskommandowert zu berechnen. Die FF-Term-Korrektureinheit 67 nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Addierer und addiert das FF-Tastverhältnis D_ff zum FB-Tastverhältnis D_fb, um ein korrigiertes FB-Tastverhältnis Da zu berechnen.
In der Rückkopplungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform können die Größen der Ströme und Momente, die durch die Spulen 111 bis 113 und 121 bis 123 fließen, durch Änderung des Tastverhältnisses durch PWM-Steuerung oder dergleichen geändert werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Antrieb des Motors 10 durch eine Rechteckwellensteuerung mit 120° Erregung gesteuert. Bei der Rechteckwellensteuerung durch 120° Erregung werden das Schaltelement auf einer Hochspannungsseite der ersten Phase und das Schaltelement auf einer Niederspannungsseite der zweiten Phase eingeschaltet. Weiterhin wird die Einschaltphase durch Umschalten der Kombination aus erster Phase und zweiter Phase bei jedem elektrischen Winkel von 60° umgeschaltet. Dadurch wird in den Wicklungssätzen 11 und 12 ein rotierendes Magnetfeld erzeugt und der Motor 10 dreht sich. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Drehrichtung des Motors 10 beim Drehen der Ausgangswelle 15 in Vorwärtsdrehrichtung als Vorwärtsrichtung definiert. Darüber hinaus wird das Tastverhältnis, wenn der Motor 10 ein positives Drehmoment ausgibt, als positiv, das Tastverhältnis, wenn der Motor 10 ein negatives Drehmoment ausgibt, als negativ und ein verfügbarer Tastverhältnisbereich als -100[%] bis 100[%] angenommen. Mit anderen Worten, wenn der Motor 10 in Vorwärtsrichtung gedreht wird, wird das Tastverhältnis positiv eingestellt, und wenn der Motor 10 in Rückwärtsrichtung gedreht wird, wird das Tastverhältnis negativ eingestellt. Wenn ein Bremsmoment (d.h. ein negatives Drehmoment) erzeugt wird, um den Motor 10 zu stoppen, der sich in die positive Richtung dreht, ist die Drehrichtung des Motors 10 die Vorwärtsdrehrichtung, aber das Tastverhältnis ist negativ. Ebenso ist das Tastverhältnis positiv, wenn das Bremsmoment erzeugt wird, um den Motor 10 zu stoppen, der sich umgekehrt dreht.
Die plötzliche Bremstastverhältnisberechnungseinheit 70 berechnet das feste Tastverhältnis Db, das ein Tastverhältnis zum Zeitpunkt der plötzlichen Bremssteuerung ist, gemäß einer Eildrehzahl Msp_i, die eine Motordrehzahl Msp zum Zeitpunkt des Beginns der plötzlichen Bremssteuerung ist, d.h. wenn die Winkelabweichung e kleiner wird als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th. Wie in 7 dargestellt, ist das feste Tastverhältnis Db, wenn sich der Motor 10 in Vorwärtsrichtung dreht, ein negativer Wert, und wenn die Eildrehzahl Msp_i kleiner als die vorbestimmte Drehzahl sp2 ist, ist der Absolutwert größer als die Eildrehzahl Msp_i, und wenn die Eildrehzahl Msp_i gleich oder größer als die vorbestimmte Drehzahl sp2 ist, beträgt das feste Tastverhältnis Db - 100[%].
Die erste Schaltsteuereinheit 71 schaltet, je nachdem, ob das für die Signalerzeugung verwendete Tastverhältnis das korrigierte FB-Tastverhältnis Da ist oder das feste Tastverhältnis Db ist. In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Winkelabweichung e gleich oder größer als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th ist, wird das FB-Tastverhältnis nach der Korrektur Da ausgewählt, und wenn die Winkelabweichung e kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th ist, wird das feste Tastverhältnis Db als der für die Signalerzeugung verwendete Tastverhältnis ausgewählt und an die Spannungskorrektureinheit 72 ausgegeben. Die Spannungskorrektureinheit 72 korrigiert das ausgewählte korrigierte FB-Tastverhältnis Da oder feste Tastverhältnis Db mit der Batteriespannung V und berechnet einen Tastverhältniskommandowert. Die PWM-Signalerzeugungseinheit 73 erzeugt ein Befehlssignal Spwm zum Umschalten der Schaltelemente 411 bis 416 und 421 bis 426 basierend auf dem Tastverhältniskommandowert und dem Ist-Zählwert Cen. Zusätzlich passt die PWM-Signalerzeugungseinheit 73 das Befehlssignal Spwm so an, dass der Motorstrom Im einen Stromgrenzwert Em-max nicht überschreitet.
Die stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75 führt die stationäre Phasenanschnittsteuerung durch. Die stationäre Phasenanschnittsteuerung ist eine Steuerung zum Stoppen der Drehung des Motors 10, wählt eine stationäre Phase entsprechend einem elektrischen Winkel aus und erzeugt Befehlssignale Sfix zum Schalten der Schaltelemente 411 bis 416 und 421 bis 426, so dass ein Strom in einer vorbestimmten Richtung der ausgewählten stationären Phase fließt. Dadurch wird eine Anregungsphase festgelegt. Wenn die Anregungsphase festgelegt ist, stoppt der Motor 10 in einem vorbestimmten elektrischen Winkel, der der Anregungsphase entspricht. Die stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75 wählt die stationäre Phase und die Anregungsrichtung basierend auf dem Ist-Zählwert Cen aus, um den Motor 10 in einem elektrischen Winkel zu stoppen, der der aktuellen Rotorposition am nächsten liegt. Bei der stationären Phasenanschnittsteuerung wird das Tastverhältnis nach Ablauf einer Tastverhältnisfixierungszeit Tf ab Beginn der stationären Phasenanschnittsteuerung schrittweise geändert. Insbesondere wird ein Absolutwert des Tastverhältnis verringert, so dass der Motorstrom Im nach Ablauf einer stationären Phasenerregungsdauer Ta 0 wird.
Die Reversierbestimmungseinheit 76 bestimmt anhand des Ist-Zählwertes Cen, ob die Drehung des Motors 10 reversiert wurde oder nicht. Die zweite Schaltsteuereinheit 77 schaltet die Signalausgabe an die Motortreiber 41 und 42. In der vorliegenden Ausführungsform wählt die zweite Schaltsteuereinheit 78, wenn sich der Motor 10 in der dem gewünschten Schaltbereich entsprechenden Drehrichtung dreht, d.h. vor der Umkehrung des Motors 10, das von der PWM-Signalerzeugungseinheit 73 erzeugte Befehlssignal Spwm aus, und wenn der Motor 10 reversiert ist, wählt die zweite Schaltsteuereinheit 78 das von der stationären Phasenanschnittsteuereinheit 75 erzeugte Befehlssignal Sfix. Das ausgewählte Befehlssignal wird an die Motortreiber 41 und 42 ausgegeben.
Im Folgenden werden die Steuerungsmodi des Motors 10 zusammengefasst. Modus 1 ist eine „Beschleunigungssteuerung“ und beschleunigt die Drehung des Motors 10. Modus 2 ist eine „stationäre Steuerung“, bei der die Drehzahl des Motors 10 im Wesentlichen konstant gehalten wird. Modus 3 ist eine „Verzögerungssteuerung“ zum Verzögern der Drehung des Motors 10. Modus 4 ist eine „plötzliche Bremssteuerung“ und bremst plötzlich die Drehung des Motors 10 ab. Modus 5 ist eine „stationäre Phasenanschnittsteuerung“ und stoppt den Motor 10. Modus 0 ist eine „Einschaltung aus“ und stoppt die Einschaltung des Motors 10.
Das Motorsteuerungsverfahren wird anhand eines Flussdiagramms in 8 beschrieben. Diese Verarbeitung wird von der ECU 50 in einem vorbestimmten Zyklus während einer Zeitdauer durchgeführt, in der ein Startschalter, der ein Zündschalter oder dergleichen ist, eingeschaltet wird. Im Folgenden entfällt der „Schritt“ von Schritt S101 und ein Symbol „S“ wird einfach erwähnt. Das Gleiche gilt für die anderen Schritte.
In einem ersten S101 bestimmt die ECU 50, ob ein Schalthebel (nicht dargestellt) vom Fahrer betätigt wird und ob der vom Fahrer gewünschte Schaltbereich geändert wird oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass sich der vom Fahrer angeforderte Schaltbereich nicht geändert hat (NEIN in S101), fährt das Verfahren mit S103 fort. Wenn festgestellt wird, dass sich der vom Fahrer angeforderte Schaltbereich geändert hat (JA in S101), fährt das Verfahren mit S102 fort.
In S102 schaltet die ECU 50 ein Erregungsflag für den Motor 10 ein. Weiterhin setzt die ECU 50 den Steuerzustand auf den Modus 1, der die Beschleunigungsregelung ist. In S103 bestimmt die ECU 50, ob das Erregungsflag eingeschaltet ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Erregungsflag ausgeschaltet ist (NEIN in S103), wechselt das Verfahren zu S112. Wenn bestimmt wird, dass das Erregungsflag eingeschaltet ist (JA in S103), wechselt das Verfahren zu S104. In S104 stellt die Solldrehzahleinstelleinheit 62 die Soll-Motordrehzahl Msp* ein. In S105 führt die ECU 50 ein Modusbestimmungsverfahren durch.
Das Modusbestimmungsverfahren wird mit Bezug auf 9 beschrieben. In S151 bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 1 ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 1 ist (NEIN in S151), wechselt das Verfahren zu S154. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 1 ist (JA in S151), wechselt das Verfahren zu S152.
In S152 bestimmt die ECU 50, ob die Soll-Motordrehzahl Msp* kleiner als die aktuelle Motordrehzahl Msp ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Soll-Motordrehzahl Msp* gleich oder höher als die aktuelle Motordrehzahl Msp (NEIN in S152) ist, wird der Modus 1 fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass die Soll-Motordrehzahl Msp* niedriger ist als die aktuelle Motordrehzahl Msp (JA in S152), fährt das Verfahren mit S153 fort. In S153 setzt die ECU 50 den Steuermodus als Modus 2, der die stationäre Steuerung ist.
Wenn in S154 bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 1 (NEIN in S151) ist, bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 2 ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 2 ist (NEIN in S154), wechselt das Verfahren zu S157. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 2 ist (JA in S154), wechselt das Verfahren zu S155.
In S155 bestimmt die ECU 50, ob der aktuelle Wert Msp*(n) der Soll-Motordrehzahl kleiner als der vorherige Wert Msp*(n-1) ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Msp*(n) der Soll-Motordrehzahl gleich oder höher als der vorherige Wert Msp*(n-1) (NEIN in S155) ist, wird der Modus 2 fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass das Msp*(n) der Soll-Motordrehzahl kleiner als der vorherige Wert Msp*(n-1) ist (JA in S155), fährt das Verfahren mit S156 fort. In S156 setzt die ECU 50 den Steuermodus als Modus 3, also die Verzögerungssteuerung.
Wenn in S157 bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht die Modi 1 und 2 ist (NEIN in S154), bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 3 ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 3 (NEIN in S157) ist, wechselt das Verfahren zu S160. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 3 ist (JA in S157), wechselt das Verfahren zu S158.
In S158 bestimmt die ECU 50, ob die Winkelabweichung e kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Winkelabweichung e gleich oder größer als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th (NEIN in S158) ist, wird der Modus 3 fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass die Winkelabweichung e kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th (JA in S158) ist, fährt das Verfahren mit S159 fort. In S159 stellt die ECU 50 den Steuermodus als Modus 4 ein, der die plötzliche Bremssteuerung ist.
Wenn in S160 bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 1 bis der Modus 3 ist (NEIN in S157), bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 4 ist oder nicht. Wenn festgestellt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 4 (NEIN in S160) ist, wechselt das Verfahren zu S163. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 4 ist (JA in S160), wechselt das Verfahren zu S161.
In S161 bestimmt die ECU 50, ob der Motor 10 durch die Reversierbestimmungseinheit 76 reversiert wurde oder nicht. In diesem Beispiel wird bei einer Drehung des Motors 10 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung, die aufgrund der Bereiche vor und nach dem Umschalten des Schaltbereichs bestimmt wird, bestimmt, dass der Motor 10 reversiert wurde. Wenn festgestellt wird, dass der Motor 10 nicht reversiert wurde (NEIN in S161), wird der Modus 4 fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass der Motor 10 reversiert wurde (JA in S161), fährt das Verfahren mit S162 fort. In S162 setzt die ECU 50 den Steuermodus auf den Modus 5, der die stationäre Phasenanschnittsteuerung ist.
Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht die Modi 1 bis 4 (NEIN in S160) ist, erhöht die ECU 50 in S163, wo der Steuermodus der Modus 5 ist, den Zeitwert Tc, der den Zählwert des Timers zum Zählen der Dauer der stationären Phasenanschnittsteuerung ist. In S164 bestimmt die ECU 50, ob der Timerwert Tc größer als ein Zeitbestimmungsschwellenwert Tth1 ist oder nicht. Der Zeitdauerbestimmungsschwellenwert Tth1 ist ein Wert, der entsprechend der stationären Phasenanzugsdauer Ta (z.B. 100 ms) eingestellt wird, während dem die stationäre Phasenanschnittsteuerung fortgesetzt wird. Wenn bestimmt wird, dass der Timerwert Tc gleich oder kleiner als der Dauerbestimmungsschwellenwert Tth1 (NEIN in S164) ist, wird der Modus 5 fortgesetzt. Wenn bestimmt wird, dass der Zeitwert Tc größer als der Schwellenwert Th1 (JA in S164) ist, fährt das Verfahren mit S165 fort. In S 165 setzt die ECU 50 den Steuermodus auf den Modus 0, der die Erregungs-Aus-Steuerung ist.
Rückkehrend zu 8, wird in S 106 auf das Modusbestimmungsverfahren gewechselt, und es bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus einer der Modi 1 bis 4 ist oder nicht. Wenn der Steuermodus die Modi 1 bis 4 ist, wird der Motor 10 PWMgesteuert. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus von den Modi 1 bis 4 verschieden ist (NEIN in S106), wechselt das Verfahren zu S108. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus einer der Modi 1 bis 4 ist (JA in S106), wechselt das Verfahren zu S107.
In S107 steuert die ECU 50 den Antrieb des Motors 10 über eine PWM-Steuerung. Das PWM-Steuerungsverfahren wird mit Bezug auf 10 beschrieben. In S171 bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus einer der Modi 1 bis 3 ist oder nicht. Wenn der Steuermodus die Modi 1 bis 3 ist, wird der Motor 10 rückkopplungsgesteuert. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 1 zum Modus 3 ist, d.h. der Modus 4 (NEIN in S171), wechselt das Verfahren zu S178. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus einer der Modi 1 bis 3 ist (JA in S171), wechselt das Verfahren zu S172.
In S172 bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 1 ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 1 ist (JA in S172), wechselt das Verfahren zu S173. Wird festgestellt, dass der Steuermodus nicht der Modus 1 ist, d.h. der Modus 2 oder der Modus 3 (NEIN in S172), wechselt das Verfahren zu S174.
In S173 gibt die Rückkopplungswerteinstelleinheit 63 die Motordrehzahl Msp als Drehzahlrückkopplungswert Msp fb an die Drehzahlabweichungsberechnungseinheit 64 aus. In S174 gibt die Rückkopplungswerteinstelleinheit 63 den Phasenvorschubkompensationswert Msp_pl der Motordrehzahl Msp als Drehzahlrückkopplungswert Msp fb an die Drehzahlabweichungsberechnungseinheit 64 aus.
In S175 berechnet die Steuerung 65 das Rückmeldetastverhältnis D_fb. In S176 berechnet die Vorwärtskorrekturwertberechnungseinheit 66 das Vorwärtstastverhältnis D_ff gemäß den Steuerungsmodi. In S177 addiert die Vorwärtskorrektureinheit 67 das Rückmeldetastverhältnis D_fb und das Vorwärtstastverhältnis D_ff, um das korrigierte Rückmeldetastverhältnis Da zu berechnen.
In S178, in dem der Steuermodus in den Modus 4 (NEIN in S171) wechselt, setzt die plötzliche Bremstastverhältnisberechnungseinheit 70 das feste Tastverhältnis Db entsprechend der Eildrehzahl Msp_i. Wenn das feste Tastverhältnis Db eingestellt ist, wird der Sollwert beibehalten. In S179 erzeugt die PWM-Signalerzeugungseinheit 73 das Befehlssignal Spwm basierend auf dem berechneten korrigierten Rückmeldetastverhältnis Da oder des festen Tastverhältnisses Db. Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 basierend auf dem erzeugten Befehlssignal Spwm.
Zurück zu 8, in S108, wo der Steuermodus als von den Modi 1 bis 4 verschieden bestimmt wird (NEIN in S106), bestimmt die ECU 50, ob der Steuermodus der Modus 5 ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht der Modus 5 ist, d.h. der Modus 0 (NEIN in S108), wechselt das Verfahren zu S112. Wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus der Modus 5 ist (JA in S108), wechselt das Verfahren zu S109.
In S109 bestimmt die ECU 50, ob der Timerwert Tc größer als ein Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 ist oder nicht. Der Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 wird entsprechend der Tastverhältnisfixierungszeit Tf (z.B. 20 ms) eingestellt, während das maximale Tastverhältnis durch die stationäre Phasenanregung fortgesetzt wird. Die Tastverhältnisfixierungszeit Tf ist kürzer als die stationäre Phasenanzugsdauer Ta. Wenn bestimmt wird, dass der Zeitwert Tc gleich oder kleiner als der Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 (NEIN in S109) ist, fährt das Verfahren mit S110 fort. Wenn bestimmt wird, dass der Timerwert Tc größer als der Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 (JA in S109) ist, fährt das Verfahren mit S111 fort.
In S110 erzeugt die stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75 das Befehlssignal Sfix zum Einschalten der stationären Phase entsprechend dem Ist-Zählwert Cen bei maximalem Tastverhältnis. Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 basierend auf den erzeugten Befehlssignalen Sfix. In S111 erzeugt die stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75 das Befehlssignal Sfix zum Erregen der stationären Phase entsprechend dem Ist-Zählwert Cen bei einem eingestellten Tastverhältnis, so dass der Strom allmählich kleiner wird, so dass ein Strom nach Ablauf der stationären Phasenanzugsdauer Ta auf 0 gesetzt wird. Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 basierend auf den erzeugten Befehlssignalen Sfix.
In S112 wird gewechselt, wenn bestimmt wird, dass das Erregungsflag AUS ist (NEIN in S103), oder wenn bestimmt wird, dass der Steuermodus nicht die Modi 1 bis 5 ist, d.h., dass der Steuermodus der Modus 0 ist (NEIN in S108), schaltet die ECU 50 die Erregung des Motors 10 ab. Wenn die Stromversorgung des Motors 10 ausgeschaltet ist, wird ein Ausschaltzustand fortgesetzt. Darüber hinaus ist das Erregungsflag deaktiviert.
Das Motorsteuerungsverfahren wird anhand eines Zeitdiagramms in 11 beschrieben. 11 zeigt den vom Fahrer gewünschten Schaltbereich, das Erregungsflag, den Winkel des Motors 10, die Motordrehzahl, das Tastverhältnis, den Motorstrom und den Steuermodus von oben, wobei die gemeinsame Zeitachse die horizontale Achse ist. In 11 wird ein Winkel des Motors 10 durch einen Zählwert des Encoders 13 angezeigt. Gleiches gilt für 13.
Wie in 11 dargestellt, wird, wenn der vom Fahrer angeforderte Schaltbereich vor der Zeit x1 im P-Bereich gehalten wird, der Steuerzustand des Motors 10 auf die Erregungs-Aus-Steuerung des Modus 0 gesetzt. Zum Zeitpunkt x1, wenn der vom Fahrer angeforderte Schaltbereich vom P-Bereich in den D-Bereich wechselt, wird das Erregungsflag eingeschaltet und der Steuerzustand auf die Beschleunigungssteuerung des Modus 1 umgeschaltet. Weiterhin wird der Soll-Zählwert Cen* entsprechend dem vom Fahrer gewünschten Schaltbereich eingestellt. In der Beschleunigungssteuerung treibt die ECU 50 den Motor 10 durch die PWM-Steuerung mit maximalen Tastverhältnis an. Weiterhin wird bei der Beschleunigungsregelung die Motordrehzahl Msp, bei der die Phasenvorschubkompensation nicht durchgeführt wird, zurückgeführt.
Wenn die Motordrehzahl Msp höher wird als die Soll-Motordrehzahl Msp* zu einem Zeitpunkt x2, wird der Steuerzustand auf die stationäre Steuerung des Modus 2 geschaltet. In der stationären Steuerung wird der Phasenvorschubkompensationswert Msp_p1, der ein Wert ist, der der Phasenvorschubkompensation unterworfen ist, zurückgespeist. Zum Zeitpunkt x3, wenn die Soll-Motordrehzahl Msp* fällt, wird der Steuerzustand auf die Verzögerungssteuerung des Modus 3 umgeschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Phasenvorschubkompensationswert Msp_pl, der der Phasenvorschubkompensation unterworfen ist, in einen stationären Zustand und einen Verzögerungszustand, in dem die Nachverfolgung aufgrund der Erfassungsverzögerung des Drehwinkels und der Auflösung der Erfassung wahrscheinlich auftritt, zurückgeführt. Dadurch wird das Verfolgen im stationären Zustand und im Verzögerungszustand reduziert.
Zu einem Zeitpunkt x4, zu dem die Winkelabweichung e kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th wird, wird der Steuermodus auf die plötzliche Bremssteuerung des Modus 4 umgeschaltet. Zum Zeitpunkt der plötzlichen Bremssteuerung wird der Antrieb des Motors 10 basierend auf dem festen Tastverhältnis Db gesteuert, das entsprechend der Eildrehzahl Msp_i eingestellt ist. Das Überschwingen kann durch die plötzliche Bremssteuerung reduziert werden. Der Antrieb des Motors 10 wird von der PWM-Steuerung während einer Zeitdauer von der Zeit x1 bis zu einer Zeit x5 gesteuert, in dem die Steuerung zur stationären Phasenanschnittsteuerung übergeht.
Wenn die Umkehrung des Motors 10 zum Zeitpunkt x5 bestimmt wird, wird der Steuermodus auf die stationäre Phasenanschnittsteuerung des Modus 5 umgeschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die stationäre Phasenanschnittsteuerung von der Zeit x5 bis zu einer Zeit x7 fortgesetzt, zu der die stationäre Phasenanregungsdauer Ta abläuft. Dadurch kann der Motor 10 entsprechend angehalten werden.
Da der Motor 10 ein Federmassensystem ist, wie durch eine Zweipunkt-Kettenleitung angezeigt, wird beim Abschalten der Erregung zu einem Zeitpunkt x7, nachdem die Erregung der stationären Phase mit dem maximalen Tastverhältnis für die Erregungsdauer der stationären Phase Ta fortgesetzt wird, die Motorwelle plötzlich freigegeben, um Vibrationen zu erzeugen. Wenn die Motorwelle durch die Vibration angetrieben wird, kann auch die Ausgangswelle 15 angetrieben werden.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die stationäre Phasenanregung bei maximalem Tastverhältnis in der ersten Zeitdauer vom Beginn der stationären Phasenanregung bis zum Zeitpunkt x6, zu dem die Tastverhältnisfixierungszeit Tf abläuft, durchgeführt. Darüber hinaus wird in der zweiten Zeitdauer bis zum Erreichen der stationären Phasenanzugsdauer Ta nach Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit Tf in der stationären Phasenanschnittsteuerung, d.h. in der zweiten Zeitdauer von der Zeit x6 bis zur Zeit x7, das Tastverhältnis langsam auf 0 umgestellt, so dass der Motorstrom Im zu dem Zeitpunkt x7, an dem die stationäre Phasenanzugsdauer Ta endet, 0 beträgt. In 11 wird das Tastverhältnis graduell linear geändert, kann aber auch graduell nichtlinear oder schrittweise graduell geändert werden. Dadurch wird die Vibration der Motorwelle beim Umschalten von der Erregung der stationären Phase auf die Erregung aus reduziert, und ein Zustand, in dem die Motorwelle und die Ausgangswelle 15 gestoppt werden, kann zum Zeitpunkt der Erregung aus angemessen aufrechterhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, schaltet die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Schaltbereich durch Steuern des Antriebs des Motors 10 und beinhaltet die erste Schaltsteuereinheit 71, die Reversierbestimmungseinheit 76 und die zweite Schaltsteuereinheit 77. Wenn die Winkelabweichung e, die die Differenz zwischen dem Soll-Zählwert Cen* und dem Ist-Zählwert Cen darstellt, kleiner wird als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th, schaltet die erste Schaltsteuereinheit 71 von der Rückkopplungssteuerung zur Steuerung mit dem feste Tastverhältnis Db. Das feste Tastverhältnis Db der vorliegenden Ausführungsform ist ein plötzliches Bremstastverhältnis, das die Drehung des Motors 10 stoppt. Insbesondere, wenn das Tastverhältnis zum Zeitpunkt der Beschleunigungsregelung oder der stationäre Steuerung nach Beginn der Rückkopplungssteuerung positiv ist, ist das feste Tastverhältnis Db negativ. Somit ist das feste Tastverhältnis Db invertiert im Positiven und Negativen gegenüber dem Tastverhältnis zum Zeitpunkt der Drehung des Motors 10 entsprechend der Umschaltrichtung des gewünschten Schaltbereiches.
Die Reversierbestimmungseinheit 76 bestimmt, dass der Motor 10 reversiert wurde. Wenn bestimmt wird, dass der Motor 10 reversiert wird, schaltet das zweite Schaltsteuereinheit 77 die Steuerung von der Steuerung mit dem festen Tastverhältnis Db auf die stationäre Phasenanschnittsteuerung zum Einschalten der stationären Phase des Motors 10 um. Dadurch ist es möglich, die Reaktionsfähigkeit zu verbessern, das Überschwingen zu reduzieren und den Motor 10 an der Zielposition entsprechend zu stoppen.
Das feste Tastverhältnis Db wird entsprechend der Eildrehzahl Msp_i eingestellt, die die Drehzahl des Motors 10 ist, wenn bestimmt wird, dass die Winkelabweichung e kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert e_th ist. Dadurch kann das Überschwingen entsprechend der Motordrehzahl Msp reduziert und der Motor 10 an der Zielposition entsprechend angehalten werden.
Die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung 40 schaltet die Einschaltung ab, wenn die stationäre Phasenanzugsdauer Ta seit Beginn der stationären Phasenanschnittsteuerung verstrichen ist. Die stationäre Phasenanschnittsteuerung wird über die stationäre Phasenanregungsperiode T1 fortgesetzt und kann so den Motor 10 zuverlässig stoppen. Darüber hinaus kann eine Leistungsaufnahme reduziert werden, indem die Stromversorgung nach Ablauf der stationären Phasenerregungszeitdauer Ta abgeschaltet wird.
In der Zeitdauer, in der die stationäre Phasenanschnittsteuerung fortgesetzt wird, wird das Tastverhältnis in der ersten Zeitdauer bis zum Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit Tf, die eine vorgegebene Zeit ist, als konstant eingestellt, und das Tastverhältnis wird schrittweise so geändert, dass der Strom des Motors 10 in der zweiten Zeitdauer vom Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit Tf bis zum Ende der stationären Phasenanschnittsteuerung sich 0 annähert. Dies ermöglicht es, die Schwingung der Motorwelle beim Umschalten von der stationären Phasenanschnittsteuerung auf die Abschaltung zu reduzieren und den Zustand, in dem die Ausgangswelle 15 an einer gewünschten Position angehalten wird, auch zum Zeitpunkt der Abschaltung beizubehalten.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform ist in den 12 und 13 dargestellt. Da sich eine stationäre Phasenanschnittsteuerung von der oben beschriebenen Ausführungsform unterscheidet, wird in der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich der Unterschied beschrieben und eine Beschreibung der anderen Abschnitte weggelassen. 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 12 ist ähnlich wie 8, mit der Ausnahme, dass S210 und S211 durch S110 und S111 ersetzt sind, die von S109 verschoben sind.
Wenn in S109 bestimmt wird, dass ein Zeitwert Tc gleich oder kleiner als ein Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 (NEIN in S109) ist, geht das Verfahren zu S210 über. In S210 erzeugt eine stationäre Phasenanschnittsteuereinheit 75 ein Befehlssignal Sfix zum Betreiben einer stationären Phase, die einem Ist-Zählwert Cen entspricht, mit einem ersten Tastverhältnis D1. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Tastverhältnis D1 beispielsweise -100[%], was das maximale Tastverhältnis ist. Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 basierend auf den erzeugten Befehlssignalen Sfix.
Wenn in S109 bestimmt wird, dass der Timerwert Tc größer als ein Fixierungsbestimmungsschwellenwert Tth2 (JA in S109) ist, geht das Verfahren weiter zu S211. In S211 erzeugt die Phasenanschnittsteuereinheit 75 das Befehlssignal Sfix zum Erregen der stationären Phase entsprechend dem Ist-Zählwert Cen bei einem zweiten Tastverhältnis D2 mit dem gleichen Bezugszeichen wie der des ersten Tastverhältnis D1 und einem kleineren Absolutwert als der des ersten Tastverhältnis D1, um den Strom im Vergleich zu vor dem Ablauf einer Tastverhältnisfixierungszeit Tf zu reduzieren. Das zweite Tastverhältnis D2 ist ein beliebiger vorgegebener Wert (z.B. -30[%]). Die ECU 50 steuert den Antrieb des Motors 10 basierend auf den erzeugten Befehlssignalen Sfix.
13 ist ein Zeitdiagramm, das ein Motorsteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Verarbeitung bis zu einer Zeit x6 ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform. Wie in 13 dargestellt, wird bei der stationären Phasenanschnittsteuerung die stationäre Phasenanregung bei dem ersten Tastverhältnis D1, das das maximale Tastverhältnis ist, in einer ersten Zeitdauer bis zu dem Zeitpunkt x6 durchgeführt, an dem die Tastverhältnisfixierungszeit Tf abläuft. Weiterhin wird in einer zweiten Zeitdauer, da die Tastverhältnisfixierungszeit Tf in der stationären Phasenanschnittsteuerung vergeht, bis eine stationäre Phasenanregungsdauer Ta erreicht ist, d.h. in der zweiten Zeitdauer von der Zeit x6 bis zur Zeit x7, die stationäre Phasenanschnittsteuerung durchgeführt, wobei das zweite Tastverhältnis D2 einen Absolutwert aufweist, der kleiner ist als derjenige des ersten Tastverhältnisses D1. Mit einem Wechsel von dem ersten Tastverhältnis D1 zum zweiten Tastverhältnis D2 wird der Motorstrom Im in der zweiten Zeitdauer kleiner als in der ersten Zeitdauer, und somit kann die Vibration der Motorwelle beim Umschalten in den Abschaltzustand der Erregung im Vergleich zum Fall der fortgesetzten Erregung des ersten Tastverhältnisses D1 reduziert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Tastverhältnis in der ersten Zeitdauer bis die Tastverhältnisfixierungszeit Tf, die eine vorbestimmte Zeit ist, in der Zeitdauer verstrichen ist, in der die stationäre Phasenanschnittsteuerung fortgesetzt wird, als erstes Tastverhältnis D1 eingestellt, und das zweite Tastverhältnis D2, das absolut kleiner als das erste Tastverhältnis D1 ist, wird in der zweiten Zeitdauer vom Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit Tf bis zum Ende der stationären Phasenanschnittsteuerung eingestellt. Dies ermöglicht es, die Schwingung der Motorwelle beim Umschalten von der stationären Phasenanschnittsteuerung auf die Abschaltung zu reduzieren und den Zustand, in dem die Ausgangswelle 15 an einer gewünschten Position angehalten wird, auch zum Zeitpunkt der Abschaltung beizubehalten.
(Andere Ausführungsformen)
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Motor ein dreiphasiger bürstenloser Motor vom Typ eines Permanentmagneten. In einer weiteren Ausführungsform kann der Motor jeder Motor sein, der in der Lage ist, zwischen der Rückkopplungssteuerung und der stationären Phasenanschnittsteuerung zu wechseln. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Motor mit den beiden Wicklungssätzen versehen. In einer weiteren Ausführungsform können die Wicklungssätze des Motors ein Satz oder drei oder mehr Sätze sein. In der oben beschriebenen Ausführungsform, in der Rückkopplungssteuerung, wird die Rechteckwellenregelung durch die 120°-Erregung durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform, in der Rückkopplungssteuerung, kann die Rechteckwellensteuerung durch Erregung bei 180° durchgeführt werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Rechteckwellensteuerung beschränkt, und eine PWM-Steuerung kann durch ein Dreiecksvergleichsverfahren oder ein momentanes Vektorauswahlverfahren durchgeführt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein Encoder als Drehwinkelsensor zum Erfassen des Drehwinkels des Motors verwendet. In einer weiteren Ausführungsform ist der Drehwinkelsensor nicht auf den Encoder beschränkt, und es kann jeder Sensor, wie beispielsweise ein Resolver, verwendet werden. Anstelle des Zählwertes des Encoders kann ein anderer Wert als der Encoder-Zählwert, der in den Drehwinkel des Motors umgerechnet werden kann, zurückgegeben werden. Das Gleiche gilt für die Auswahl der stationären Phase in der stationären Phasenanschnittsteuerung.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wenn der Drehzahlzustand die stationäre Steuerung oder die Verzögerungssteuerung ist, wird der dem Phasenvorfilterverfahren unterworfene Phasenvorschubwert zurückgeführt. In einer weiteren Ausführungsform kann der durch das Phasenvorfilterverfahren erhaltene Wert auch dann zurückgeführt werden, wenn der Geschwindigkeitszustand die Beschleunigungssteuerung ist. Darüber hinaus kann das Phasenvorfilterverfahren in mindestens einem der Zustände Dauerbetrieb und Verzögerung entfallen. Das Bestimmungsverfahren des Drehzahlzustandes ist nicht auf das Verfahren der obigen Ausführungsform beschränkt, und es kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, z.B. das Bestimmen mit einem Differenzwert der Motordrehzahl.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird mit einem Winkelbestimmungsschwellenwert das Umschalten von der Rückkopplungssteuerung auf die plötzliche Bremssteuerung mit einem festen Tastverhältnis bestimmt. In anderen Ausführungsformen kann der Winkelbestimmungsschwellenwert entsprechend der Motordrehzahl variabel sein, z.B. wird der Winkelbestimmungsschwellenwert mit zunehmender Motordrehzahl weiter erhöht. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das feste Tastverhältnis in der plötzlichen Bremssteuerung entsprechend der Eildrehzahl eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform kann das feste Tastverhältnis ein vorbestimmter Wert (z.B. ein maximales Tastverhältnis) unabhängig von der Eildrehzahl sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, in der stationären Phasenanschnittsteuerung, ist das Tastverhältnis bis zum Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit das maximale Tastverhältnis. In einer weiteren Ausführungsform kann das Tastverhältnis bis zum Ablauf der Tastverhältnisfixierungszeit in der stationären Phasenanschnittsteuerung nicht die maximale Betriebszeit sein. In einer weiteren Ausführungsform kann das Tastverhältnisänderungsverfahren in der stationären Phasenanschnittsteuerung entfallen und das Tastverhältnis während der stationären Phasenanregung kann konstant gehalten werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Rastplatte mit vier Aussparungsabschnitten versehen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Anzahl der Aussparungsabschnitte nicht auf vier begrenzt und kann eine beliebige Anzahl sein. So können beispielsweise zwei Aussparungsabschnitte der Rastplatte verwendet werden, um zwischen dem P-Bereich und dem NotP-Bereich zu wechseln. Der Schaltbereichsschaltmechanismus, der Parksperrmechanismus und dergleichen können sich von denen der oben beschriebenen Ausführungsform unterscheiden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen umgesetzt werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf deren Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Änderungen und gleichwertige Regelungen abdecken. Darüber hinaus sind zwar die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, aber auch andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr, weniger oder nur eines einzigen Elements, im Sinne und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017029653 [0001]
JP 4385768 B2 [0004]

Claims

Schaltbereichssteuerungsvorrichtung, die einen Schaltbereich durch Steuern eines Antriebsvorgangs eines Motors (10) schaltet, wobei die Schaltbereichssteuerungsvorrichtung das Folgende umfasst: eine erste Schaltsteuereinheit (71), die von einer Rückkopplungssteuerung zu einer Steuerung mit festem Tastverhältnis wechselt, wenn eine Differenz zwischen einem Soll-Winkel, bei dem der Motor gestoppt werden soll, und einem Ist-Winkel kleiner als ein Winkelbestimmungsschwellenwert wird; eine Reversierbestimmungseinheit (76), die bestimmt, ob der Motor reversiert; und eine zweite Schaltsteuereinheit (77), die von der Steuerung mit dem festen Tastverhältnis zu einer stationären Phasenanschnittsteuerung wechselt, um eine stationäre Phase des Motors zu aktivieren, wenn die Reversierbestimmungseinheit bestimmt, dass der Motor reversiert.
Schaltbereichssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das feste Tastverhältnis entsprechend einer Drehzahl des Motors eingestellt wird, wenn bestimmt wird, dass die Differenz zwischen dem Soll-Winkel und dem Ist-Winkel kleiner als der Winkelbestimmungsschwellenwert ist.
Schaltbereichssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Stromversorgung abgeschaltet wird, wenn eine stationäre Phasenanzugsdauer seit Beginn der stationären Phasenanschnittsteuerung verstrichen ist.
Schaltbereichssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: in einer Zeitdauer, während der die stationäre Phasenanschnittsteuerung fortgesetzt wird, ein Tastverhältnis in einer ersten Zeitdauer, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, konstant ist, und das Tastverhältnis allmählich geändert wird, so dass ein Strom des Motors in einer zweiten Zeitdauer von einem Ablauf der vorbestimmten Zeit bis zu einem Ende der stationären Phasenanschnittsteuerung Null erreicht.
Schaltbereichssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: in einer Zeitdauer, in der die stationäre Phasenanschnittsteuerung fortgesetzt wird, ein Tastverhältnis in einer ersten Zeitdauer, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, als ein erste Tastverhältnis eingestellt wird, und das Tastverhältnis in einer zweiten Zeitdauer, von einem Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer bis zu einem Ende der stationären Phasenanschnittsteuerung, als ein zweites Tastverhältnis mit einem Absolutwert der kleiner als das erste Tastverhältnis ist eingestellt wird.