专利名称：电机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机控制装置。
背景技术：
举例来说，JP2004-56855A(对应于US2004/0008002A1)教导了电机驱动系统。在此，通过引用的方式将US2004/0008002A1的内容全部并入本文中。在该电机驱动系统中，反馈控制操作(在下文中称为F/B控制操作)按照如下来执行。具体来说，设置在电动机中的编码器的脉冲信号根据电机转子的旋转方向增加或者减小计数。基于该编码器的计数值来感测转子的旋转位置。通过有序地改变电机的励磁相让转子旋转，直到编码器的计数值达到与转子的目标旋转位置相对应的目标计数值。在上述的电机驱动系统中，电机的F/B控制系统的故障被监控。当感测到F/B控制系统的故障时，操作方式改变为开环控制操作。在开环控制操作中，在不依靠编码器计数值的信息反馈的情况下有序改变电机的励磁相，并且每当电机的励磁相改变时，励磁相变化计数值根据转子的旋转方向增加计数或者减小计数。以该方式，转子被旋转，直到励磁相变化计数值达到与转子的目标旋转位置相对应的开环目标计数值。在该系统中，除了编码器，还设置了感测电机的输出轴的旋转角度(移动位置)的输出轴传感器。基于电机的输出轴的旋转角度(移动位置)来执行开环控制操作，该旋转角度在感测F/B控制系统的故障时采用输出轴传感器来感测。近来，存在减少所需部件的数量和成本的需求。从这种需求的角度来看，已经提出去除输出轴传感器。然而，在JP2004-56855A(US2004/0008002A1)中，基于输出轴传感器的输出信号来设定开环控制操作的参考位置(例如，在启动开环控制操作时的初始位置)。因而，当去除输出轴传感器时，就无法设定开环控制操作的参考位置。因此，将无法执行开环控制操作。
发明内容
鉴于以上缺点，本公开内容的目的是提供一种电机控制装置，即使没有感测电机的输出轴的旋转角度的输出轴传感器(感测控制主体的可旋转构件的旋转位置的传感器)，该电机控制装置通过将反馈控制操作改变为开环控制操作，能够在电机的反馈控制操作一旦发生故障时就将电机的转子旋转到目标位置。根据本公开内容，提供了一种电机控制装置，其包括编码器、编码器计数器、励磁相变化计数器、反馈控制单元、故障监控单元和自动防故障单元。每当旋转控制主体的可旋转构件的电机转子旋转预定旋转角度时，编码器输出脉冲信号。编码器计数器对编码器的脉冲信号进行增加或者减小计数。每当电机的励磁相变化时励磁相变化计数器增加或者减小计数。反馈控制单元通过基于编码器计数器的计数值有序改变电机的励磁相，来执行电机的反馈控制操作，以旋转转子直到编码器计数器的计数值达到与转子的目标旋转位置相对应的反馈目标计数值为止。故障监控单元监控在电机的反馈控制操作中是否存在故障。当采用故障监控单元感测到反馈控制操作的故障时自动防故障单元将反馈控制操作改变为开环控制操作。当自动防故障单元执行开环控制操作时，自动防故障单元有序地改变电机的励磁相，而在开环控制操作中不执行编码器计数器的计数值的信息反馈，并旋转转子直到励磁相变化计数器的计数值达到与转子的目标旋转位置相对应的开环目标计数值为止。
在以上电机控制装置中，当一旦感测到反馈控制操作的故障自动防故障单元就将反馈控制操作改变为开环控制操作时，自动防故障单元通过基于用于编码器计数器的计数值的励磁相偏差校正值校正反馈目标计数值，来设定开环目标计数值。
可替换地或者附加地，在以上电机控制装置中，当一旦感测到反馈控制操作的故障，自动防故障单元就将反馈控制操作改变为开环控制操作时，自动防故障单元基于在感测到反馈控制操作的故障时电机的控制状态，来改变设定开环目标计数值的设定方法。
本文描述的视图仅仅是为了说明的目的，而并不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。
图1A是根据本发明实施例的档位切换装置的透视图1B是在图1A中的箭头IB方向上取得的示意性局部放大图，其示出了随着根据本实施例的档位切换装置中的制动弹簧的接合部一起的制动器的P档位保持凹部和非P档位保持凹部；
图2是示出本实施例的档位切换装置的SR电机的结构的视图3是示出本实施例的驱动SR电机的电路结构的电路图4是示出根据本实施例的档位切换装置的整个控制系统结构的示意图5是示出设置到本实施例的SR电机中的编码器的旋转磁体的结构的平面图6是本实施例的编码器的侧视图7A是示出本实施例的编码器的输出波形的时序图7B是示出根据本实施例的SR电机的励磁相的变化模式的时序图8是示出在根据本实施例的自动变速器的P档位处启动初始驱动操作时的示例性控制操作的时序图9是示出在编码器处于正常操作状态的情况下的示例性控制操作的时序图10是示出在编码器从电机的启动请求就处于异常操作状态的情况下的示例性控制操作的时序图11是示出在编码器在驱动电机当中变为异常操作状态的情况下的示例性控制操作的时序图12是示出根据本实施例的参考位置学习程序的流程图；以及
图13是示出目标档位与F/B目标计数值之间的关系的框图。
具体实施方式
将描述根据本公开内容的实施例的自动变速器的档位切换装置。
首先，将参照图1A和IB示意性地描述档位切换机构11的结构。用作档位切换机构11的驱动源的电机12例如可以为开关磁阻(SR)电机。电机12包括减小电机12的转子32的转速的速度减小机构26 (参见图4)。制动器15固定到电机12的输出轴13。被配置为L形的停车杆18固定到制动器15。设置在停车杆18的远端部的锥形体19与锁定器21接触。锁定器21根据锥形体19的运行位置而向上或者向下绕轴22旋转，以锁定或者解锁停车齿轮20。将停车齿轮20提供给自动变速器(A/T)27的输出轴。当停车齿轮20被锁定器21锁定时，车辆的驱动轮保持于非旋转状态(停车状态)。制动弹簧23固定到支撑底座17，以将制动器15保持为停车档位(在下文，称为P档位)或者不同于停车档位的另一位置(在下文，称为非P档位)。当设置在制动弹簧23的远端的接合部23a (在图1B中用阴影表示)适配到制动器15的P档位保持凹部24时，制动器15保持在图1B所示的P档位的位置处。可替换地，当制动弹簧23的接合部23a(在图1B中用点化线示出)适配到制动器15的非P档位保持凹部25时，制动器15保持于非P档位位置处。通过利用制动器15和制动弹簧23，制动器15和制动弹簧23形成了制动机构14,该制动机构14将制动器15的旋转位置保持于档位中的相对应的一个。在P档位处，停车杆18朝向锁定器21移动，使得锥形体19的大直径部分向上推动锁定器21。因而，锁定器21的凸部21a容纳在停车齿轮20中，以锁定停车齿轮20。以这种方式，自动变速器27的输出轴(驱动轮)被置在锁定状态(停车状态)。在非P档位处，停车杆18以远离锁定器21的方向移动。因而，锥形体19的大直径部分从锁定器21移除，使得锁定器21向下旋转。以这种方式，锁定器21的凸部21a从停车齿轮20中释放以解锁停车齿轮20。因此，自动变速器27的输出轴被保持在旋转状态(车辆的可驱动状态)。接下来，将参照图2来描述电机12的结构。在本实施例中，如前所述，将开关磁阻电机(SR电机)用作电机12。在SR电机12中，定子31和转子32两者均具有凸极，使得不需要水磁体，从而实现了简单的结构。例如，将12个凸极31a以大致相等的间隔接连地设置在圆柱形定子31的内周部。另外，例如，将8个凸极32a以大致相等的间隔接连地设置在转子32的外周部。当转子32旋转时，转子32的每个凸极32a相对定子31的相应凸极31a在径向上被有序地移位，同时在转子32的凸极32a与相对的定子31的凸极31a之间插入微小间隙。U相、V相及W相的六个绕组33和U，相、V’相及Ψ相的六个绕组34有序地缠绕在定子31的十二个凸极31a上。应当理解，定子31的凸极31a的数量和转子32的凸极32a的数量可被改变为任何其它合适的数量。在本实施例中，绕组33、34相对于十二个凸极31a的绕组顺序为:V相、W相、U相、V相、W相、U相、V’相、W’相、U’相、V’相、W’相和U’相。如图3所示，将U相、V相及W相的六个绕组33和U，相、V’相及r相的六个绕组34电连接，以形成电机励磁部35、36的两个系统。在一个电机励磁部35中，将U相、V相及W相六个绕组33电连接以形成Y-连接(相同相的两个绕组33串联连接)。在另一电机励磁部36中，U’相、V’相及W’相的六个绕组34电连接形成Y-连接(相同相的两个绕组34串联连接)。在两个电机励磁部35、36中，U相和U’相被同时通电，以及V相和V’相被同时通电。而且，W相和W’相被同时通电。这两个电机励磁部35、36分别由独立的电机驱动器37、38所驱动，同时将车辆电池40用作电源。如上所述，在设置有两个电机励磁部35、36及电机驱动器37、38的系统的情况下，即使当两个系统之一发生故障时，两个系统中的另一个可被用来旋转电机12。在图3所示的电机驱动器37、38的示例性电路结构中，设置了单极驱动电路结构，在该单极驱动电路结构中，为每一相设置了一个切换元件(例如，晶体管)39。可替换地，也可以设置双极驱动电路结构，在该双极驱动电路结构中，为每一相设置了两个切换元件。此外，应当注意，可交替使用仅一个电机励磁部及电机驱动器的系统。
电子控制单元(E⑶)41控制每一电机驱动器37、38的每一切换元件39的导通/断开。如图4所示，ECU41和电机驱动器37、38安装在档位切换控制装置(用作本公开内容的电机控制装置的一部分)42中。将由车辆的驱动器操控以将档位切换为P档位的P档位开关43的操作信号和由驱动器操控以将档位切换为非P档位的非P档位开关44的操作信号提供给档位切换控制装置42。将由P档位开关43或者非P档位开关44的操控所选择的档位显示在档位显示设备45上，该档位显示设备45设置在车辆的车厢中的仪表面板(未示出)上。
安装在车辆中的电池40通过主继电器51 (电源开关)向档位切换控制装置42供应电力。通过导通/断开点火开关52来实现主继电器51的导通/断开。当点火开关52导通时，主继电器51导通。因而，电力被供应到档位切换控制装置42。相反，当点火开关52断开时，主继电器51在经过预定时间段(执行每一相应控制程序的结束过程所需的时间段)之后断开。因此，停止向档位切换控制装置42供应电力。
将编码器46提供给SR电机12来感测转子32的旋转位置。编码器46和档位切换控制装置42可以相互配合来形成本公开内容的电机控制装置。例如，编码器46为磁性旋转编码器。具体地，如图5和图6所示，环形旋转磁体47被同轴地固定到转子32的侧面，在该环形旋转磁体47中，N极和S极在圆周方向上以相同间距相互交替地设置。两个磁性感测设备(例如，两个霍尔芯片)48，49中均设置在与旋转磁体47相对的对应位置处。
在本实施例中，旋转磁体47中的相邻N极与S极之间的磁化间距(极距)被设定为7.5度。该旋转磁体47的磁化间距(7.5度)被设定为与电机12的每次励磁的转子32的旋转角度(每次切换励磁相的转子32的旋转角度)相同的角度。正如后文所述，当正在被励磁的电机12的励磁相在1-2相励磁模式中被有序改变六次时,转子32和旋转磁体47整体上旋转45度(即，7.5度X6 = 45度)。在旋转磁体47的45度的旋转角度范围内的N极和S极的总数量为6个。
两个磁性感测设备48，49被设置为相对于旋转磁体47具有以下关系。输出A相信号的磁性感测设备48和输出B相信号的磁性感测设备49沿着共同的假想圆周来放置，使得这两个磁性感测设备48、49能够与旋转磁体47的每一磁化部分(N、S)相对。如图7A所示，将分别输出A相信号和B相信号的磁性感测设备48与磁性感测设备49之间的间隔设置为使得A相信号与B相信号之间的相位差的电角度为90度(3.75度的机械角度)。在此，电角度为在A相信号和B相信号的一个信号产生周期被设定为360度的情况下所定义的角度。机械角度为在转子32的一次旋转被设定为360度的情况下所定义的角度。从A相信号的下降沿(或上升沿)到B相信号的下降沿(或上升沿)的转子32的旋转角对应于A相信号与B相信号之间的相位差的机械角。
每当磁性感测设备48、49与N极相对时，磁性感测设备48、49的输出变为高电平(“I”)。而且，每当磁性感测设备48、49与S极相对时，磁性感测设备48、49的输出变为低电平(“O”)。在本实施例中，E⑶41通过编码器计数器41a(参见图4)计数A相信号的上升沿和下降沿以及B相信号的上升沿和下降沿。ECU41基于编码器计数器41a的计数值(下文称为编码器计数值)来改变电机12的励磁相以旋转转子32。此时，基于A相信号和B相信号的产生顺序(即，基于A相信号和B相信号中的哪一个首先被产生)来确定电机12的转子32的旋转方向。在正转的情况下(即，在从P档位到非P档位的旋转方向上的旋转)，编码器计数值增加计数。另一方面，在反转的情况下(即，从非P档位到P档位的旋转方向上的旋转)，编码器计数值减小计数。以这种方式，即使在转子32以正转方向和反转方向中的任一种来旋转时，编码器计数值与转子32的旋转位置之间的关系也能被保持。因而，即使在转子32以正转方向和反转方向中的任何一种来旋转时，也可基于编码器计数值来感测到转子32的旋转位置(旋转角度)。然后，基于所感测到的转子32的旋转位置，对与所感测到的转子32的旋转位置相对应的绕组33、34进行通电，以旋转转子32。图7A示出了转子32反转方向(从非P档位到P档位的旋转方向上)时编码器46的输出波形。图7B示出了在反转方向上(从非P档位到P档位的旋转方向)旋转转子32时的电机12的励磁相的变化模式。在反转方向(从非P档位到P档位的旋转方向)和正转方向(从P档位到非P档位的旋转方向)的任意方向上，每当转子32旋转7.5度时，就发生I相励磁与2相励磁之间的切换。例如，当转子32旋转了 45度时，励磁相以U相励磁、U相和W相励磁、W相励磁、V相和W相励磁、V相励磁、以及U相和V相励磁的顺序经过一个完整的周期被改变。每当励磁相被改变时，转子32旋转7.5度。因此，与分别输出A相信号和B相信号的相对应的磁性感测设备48、49中的一个相对的旋转磁体47的磁极从N极改变为S极或者从S极改变为N极。因此，A相信号的电平和B相信号的电平被交替反置。结果，每当转子32旋转7.5度时，编码器计数值增加计数(或者减少计数)2。在本说明书中，A相信号达到高电平(“I”)的状态有时改述为输出A相信号。类似地，B相信号达到高电平(“I”)的状态有时改述为输出B相信号。编码器计数值存储在E⑶41的RAM中。因此，当E⑶41的电力供应被断开时(通过断开点火开关52)，所存储的编码器计数值丢失。因而，在正当打开ECU41的电力供应之后(即，接通从电源(即电池40)到包括ECU41的档位切换控制装置42的电力供应)的编码器计数值(O)可能与转子32的实际旋转位置(励磁相)不对应。因而，为了基于编码器计数值来改变励磁相，有必要确保编码器计数值在接通电源之后即刻与转子32的实际旋转位置相对应，使得编码器计数值与励磁相相互对应。由于上述需要，在本实施例中，档位切换控制装置42的E⑶41执行学习程序。具体来说，在接通ECU41的电力供应之后的初始驱动操作时间段中，ECU41以预定的时间表经过一个完整的周期有序地改变电机12的励磁相，并且此时，E⑶41计数在编码器46中的A相信号的沿和B相信号的沿。因而，ECU41在初始驱动结束时学习编码器计数值、转子32的旋转位置以及励磁相之间的关系。此后，在正常的驱动操作时，ECU41基于编码器计数值和在初始驱动操作结束时获得的学习结果来确定电机12的励磁相。更具体地，在执行初始驱动操作时的学习过程按如下进行。参照图8，该图8示出了仅提供用于说明性目的的示例性操作实例，在接通ECU41的电源之后在自动变速器27的P档位处启动初始驱动操作的情况下，励磁相在预定的时间表内以W相励磁、U相和W相励磁、U相励磁、U相和V相励磁、V相励磁、以及V相和W相励磁的顺序经过一个完整的周期有序地改变，使得转子32在正转方向(从P档位到非P档位的旋转方向)上旋转。
相反，在接通ECU41的电源之后在自动变速器27的非P档位处启动初始驱动操作的情况下，励磁相在预定的时间表内以V相励磁、U相和V相励磁、U相励磁、U相和W相励磁、W相励磁、以及V相和W相励磁的顺序经过一个完整的周期有序地改变，使得转子32在反转方向(从非P档位到P档位的旋转方向)上旋转。
在该初始驱动操作时间段，将每个I相励磁的时间段Tl设定为小于每个2相励磁的时间段T2(例如，Tl = 10ms, Τ2 = 100ms)。即使在初始驱动操作期间转子32的旋转位置和相对应的励磁相彼此同步的情况下，转子32在所产生的转矩相对小的每个I相励磁期间也趋向振动。鉴于此，每个I相励磁的时间段Tl被缩短以立即转移到接下来的2相励磁。以这种方式，转子32的振动被快速地降低以稳定编码器46的输出信号。
如上所述，当励磁相在初始驱动操作期间经过一个完整的周期被有序地改变时，转子32的旋转位置和相对应的励磁相将在初始驱动操作结束之前在一个励磁相处相互一致。此后，转子32的旋转将与电机12的励磁相的预定有序变化同步，并且A相信号和B相信号从编码器46中与转子32的旋转同步地输出。
在初始驱动操作期间，对编码器46的A相信号和B相信号的上升沿和下降沿进行计数。因此，通过在初始驱动操作结束时对编码器计数值进行检查，可以识别与励磁相改变过程的进展同步旋转的转子32的实际旋转角度(实际的旋转量)。基于该旋转角度(实际的旋转量)，可以在初始驱动操作结束时识别(确定)编码器计数值、转子32的旋转位置以及励磁相的关系。
在图8的示例性实例中，在初始驱动操作中，转子32从初始的励磁相(W相)开始旋转。如图8所示，励磁时间计数器对当前励磁相的励磁时间段进行计数。而且，每当励磁相改变时，转子32旋转7.5度，并且编码器计数值增加计数2。因此，在初始驱动操作结束时，编码器计数值变为12。
相反，例如，在转子32不是以初始的三个励磁(以W相励磁、U相和W相励磁、以及U相励磁的顺序)旋转的情况下，即，在转子32的旋转位置和相对应的励磁相在第四次励磁(U和V相励磁、V相励磁、以及V和W相励磁)时和之后同步以导致转子32旋转了与前三次励磁相对应的量的情况下，转子32旋转了 22.5度(即，7.5度X3 = 22.5度)。因此，编码器计数值变为6 (即，2X3 = 6)。因而，通过在初始驱动操作结束时检查编码器计数值，能够识别转子32的实际的旋转角度(实际的旋转量)，该转子32与励磁相的有序变化同步地旋转，直到初始驱动操作结束。
在该实例中，在初始驱动操作期间的最后励磁处，V和W相(2相)作为最后的励磁相被励磁，并且初始驱动完成标记的状态在V和W相的励磁结束时(参见图8)从OFF被改变为0N，以指示初始驱动操作的结束。然而，最后的编码器计数值不必为12。S卩，在一些情况下，最后的编码器计数值可以例如为8或者4。在初始的驱动操作之后的正常驱动操作期间，基于编码器计数值来确定每个对应的励磁相。因而，当编码器计数值由励磁相偏差校正值(即，用来校正励磁相偏差的校正值，该励磁相偏差是编码器计数器的计数值与预先分配给该计数值的相应的励磁相之间的差)校正时，在正常驱动操作期间可选择正确的励磁相。如图8所示的实例中，当从初始的励磁相(W相)旋转转子32时，S卩，当转子32的旋转从初始驱动操作请求与电机12的励磁相的预定有序变化同步时，编码器计数值在初始驱动操作结束时变为12。因此，当编码器计数值在初始驱动操作结束时为8时，励磁相偏差校正值为4(即，12-8 = 4)。励磁相偏差校正值=12- “初始驱动操作结束时的编码器计数值”E⑶41设置有励磁相变化计数器41b，该励磁相变化计数器41b每当电机12的励磁相变化时增加或者减小计数。以上讨论的励磁相偏差校正值对应于励磁相变化计数器41b的计数值(下文也称为励磁相变化计数值)，该励磁相变化计数器41b从电机12的励磁相的有序变化开始的时间点计数，直到转子32在电机12的初始驱动操作中开始与电机12的励磁相的有序变化同步旋转时的时间点为止。而且，可以获得励磁相偏差校正值，来作为初始驱动操作结束时(即，图8中的初始驱动操作标记从OFF变化为ON的时间点)编码器计数器41a的计数值与励磁相变化计数器41b的计数值之间的差。通过初始驱动操作来学习励磁相偏差校正值的学习过程(计算程序)由ECU41来执行，并用作相位偏差校正值学习功能单元，或者简称为本公开内容的相位偏差校正值学习单元41f (通常也称为相位偏差校正值学习装置)。在此，应当注意，尽管由ECU41中的软件来实现相位偏差校正值学习单元41f，但是可替换地，也可由E⑶41中的对应的硬件(电路)来实现相位偏差校正值学习单元41f。E⑶41仅能够基于在电机12启动时的编码器计数值来感测从转子32的启动位置的旋转量(旋转角度)。因此，当在接通电力供应之后不能立即采用一些测量量来感测转子32的绝对位置时，电机12的转子32就不能正确地旋转到目标位置。因此,EOJ41执行P档位壁面邻接(wall abutment)控制操作。在P-档位壁面邻接控制操作中，在完成初始驱动操作之后，ECU41旋转电机12，直到电机12的旋转(转子32的旋转)到达制动器15 (可旋转构件)的P档位侧的可移动范围的界限位置，该界限位置由档位切换机构11的制动机构14来限制。更具体地，ECU41旋转电机12以旋转制动器15，直到电机12(转子32)旋转至一个可旋转位置，在该可旋转位置处制动弹簧23的接合部23a与图1B中所示的制动器15的P档位保持凹部24的P档位壁面24a相邻接。以这种方式，ECU41将P档位侧的界限位置认定为转子32的参考位置。替代P档位壁面邻接控制操作，可执行非P档位壁面邻接控制操作，使得ECU41旋转电机12直到电机12 (转子32)的旋转到达非P-档位的可移动范围的界限位置。更具体地，ECU41旋转电机12直到电机12旋转到一个可旋转位置，在该可旋转位置处制动弹簧23的接合部23a与图1B所示的制动器15的非P档位保持凹部25的非P档位壁面25a相邻接。以这种方式，E⑶41将该非P档位侧的界限位置认定为转子32的参考位置。该参考位置学习过程用作参考位置学习功能单元或者简称为本公开内容的参考位置学习单元41g(通常也称为参考位置学习装置)。在此，应注意，尽管参考位置学习单元41g是由ECU41中的软件来实现的，但是可替换地，参考位置学习单元41g也可由E⑶41中的相应的硬件(电路)来实现。如图9所示，当编码器46为正常的情况下，电机12 —旦启动后(更具体地，如图9所示，在接通电力供应时经过初始的等待时间段之后)，就通过执行初始驱动操作来学习励磁相偏差校正值。然后，执行P档位壁面邻接控制操作(或者非P档位壁面邻接控制操作)，以学习P档位侧界限位置(或非P档位侧界限位置)，来作为参考位置。此后，执行P档位返回控制操作(或者非P档位返回控制操作)，以将自动变速器27的变换档位返回到P档位(或者非P档位)。接下来，将执行反馈控制操作(在下文中称为F/B控制操作)，其为正常的电机控制操作。反馈控制操作(过程)用作反馈控制功能单元或者简称为本公开内容中的反馈控制单元41c (通常也称作反馈控制装置)。在此，应当注意，尽管反馈控制单元41c是由E⑶41中的软件来实现的，但是可替换地，反馈控制单元41c也可由E⑶41中的相应的硬件(电路)来实现。在该F/B控制操作中，当由车辆驱动器通过操控P档位开关43或者非P档位开关44来设定目标档位(自动变速器的目标变换档位)时，ECU41基于转子32的参考位置的学习值(也称作已学习值)来设定与该目标档位(P档位和非P档位中相对应的一个)相对应的F/B目标计数值。然后，ECU41开始驱动电机12，使得通过基于编码器计数值有序改变电机12的励磁相来旋转电机12的转子32，直到编码器计数值达到F/B目标计数值。在以下描述中，将通过P档位壁面邻接控制操作学习参考位置称作第一参考位置学习操作(或简称为第一学习)。此时，以图13中所示的方式来设定F/B目标计数值。具体地，当目标档位为P档位的情况下，通过向已学习的参考位置(编码器计数值)增加编码器计数值kOFFSETP来设定用于P档位的F/B目标计数值(在下文中称为P档位F/B目标计数值)，该编码器计数值kOFFSETP为转子32 —旦旋转就从已学习的参考位置(编码器计数值)计数到P档位保持凹部24的底部的计数值。P档位F/B目标计数值=参考位置+kOFFSETP当目标范围为非P档位的情况下，通过向已学习的参考位置(编码器计数值)增加编码器计数值kOFFSETNP来设定用于非P档位的F/B目标计数值(在下文中称为非P档位F/B目标计数值)，该编码器计数值kOFFSETNP为转子32 —旦旋转就从已学习的参考位置(编码器计数值)计数到非P档位保持凹部25的底部的计数值。非P档位F/B目标计数值=参考位置+kOFFSETNP当电机12的F/B控制系统发生故障时，例如由于编码器46的电路导线断开(或简称为“线路断开”)时，不能执行电机12的F/B控制操作，从而导致电机12的F/B控制操作的故障(异常)。在本实施例中，ECU41在接通电力供应的时间段期间周期性地执行故障监控程序(故障监控装置)，以检查F/B控制系统中是否存在故障(例如，编码器46中的故障)，即，电机12的F/B控制操作中是否存在故障。故障监控程序用作故障监控功能单元或者简称为本公开内容中的故障监控单元41d(通常也称为故障监控装置)。尽管故障监控单元41d是由E⑶41中的软件来实现的，但是可替换地，故障监控单元41d也可由E⑶41中的相应的硬件(电路)来实现。当感测到F/B控制系统的故障时(S卩，F/B控制操作的故障)，ECU41将F/B控制操作改为开环控制操作。在开环控制操作中，编码器计数值的反馈信息不再被执行，并且ECU41通过有序地改变电机12的励磁相将转子32旋转到目标位置。例如，F/B控制系统的故障诊断可由US2004/0008002A1 (对应于JP2004-56855A)中记载的诊断方法来执行。在本实施例中，如图11所示，当ECU41感测到以下状态时，gp，在F/B控制操作期间即使改变了电机12的励磁相而编码器计数值也不发生改变，则ECU41确定发生了编码器临时异常(F/B控制系统的故障)。在这种情况下，ECU41将编码器临时异常标记(EPA标记)的状态从“OFF”改变为“ON”。
根据本实施例，为了在F/B控制系统中发生故障时通过执行开环控制操作将转子32旋转到目标位置，提供了励磁相变化计数器41b，其每当电机12的励磁相变化时增加或者减小计数。具体地，从电机12的启动时刻起，每当电机12的励磁相变化时,励磁相变化计数器41b根据转子32的旋转方向按预定值增加或者减小计数值(励磁相变化计数值)。
在本实施例中，将励磁相变化计数器41b每次增加计数或者减小计数时励磁相变化计数值增大或者减少的量(电机12的励磁相的每次改变)设定为与转子32的每个预定的旋转角度(预定的旋转角度范围)对应的编码器计数值的增大或者减少的量一致，该转子32由电机12的励磁相的单次改变(一次改变)来旋转。例如，在编码器计数值的增大或者减少的量为“N”的系统中，每当电机12的励磁相变化时，励磁相变化计数值增加或者减小计数“N”，其中，一旦执行电机12的励磁相的单次改变则在转子32旋转通过预定旋转角度的时间段期间测量该编码器计数值的增大或者减少的量。以这种方式，励磁相变化计数值与编码器计数值之间的差与励磁相偏差校正值相一致。
励磁相变化计数值-编码器计数值=励磁相偏差校正值
励磁相变化计数值=编码器计数值+励磁相偏差校正值
类似于编码器计数器41a，在所有的电机控制操作模式中(初始驱动操作、P档位壁面邻接控制操作、P档位返回控制操作、F/B控制操作和开环控制操作)，励磁相变化计数器41b增加或者减小计数，使得每当电机12的励磁相发生变化时励磁相变化计数器41b的励磁相变化计数值根据转子32的旋转方向增加或者减小计数预定值。
在每次增加或者减小计数的励磁相变化计数器41b的励磁相变化计数值的增大或者减少的量与转子32的每个相应的旋转角度范围的编码器计数值的增大或者减少的量不一致的系统中，可以进行校正以将励磁相变化计数值与编码器计数值相互一致，该转子32由电机12的励磁相的单次改变来旋转。
当ECU41 —旦感测到F/B控制系统中出现故障，就将电机控制操作模式从F/B控制操作改变为开环控制操作时，该ECU41通过利用励磁相偏差校正值校正F/B目标计数值(对应于目标档位)来设定开环目标计数值。然后，ECU41驱动转子32直到励磁相变化计数值达到开环目标计数值。该自动防故障过程用作自动防故障功能单元或者简称为本公开内容中的自动防故障单元41e (通常也称作自动防故障装置)。在此，应当注意，尽管自动防故障单元41e是由E⑶41中的软件来实现，但是可替换地，自动防故障单元41e也可由E⑶41中相应的硬件(电路)来实现。
开环目标计数值=F/B目标计数值+励磁相偏差校正值
如图10中所示，在编码器46从电机12的启动请求发生异常的情况下，即使当电机12 —旦启动就执行电机12的初始驱动操作时，励磁相偏差校正值的学习也将失败。因而，在励磁相偏差校正值的学习失败的情况下，再次执行(重试)电机12的初始驱动操作。在即使重试电机12的初始驱动操作预定次数(例如，3次)之后励磁相偏差校正值的学习仍然失败的情况下，执行第三参考位置学习操作(或者简称为第三学习)，以使得电机控制操作模式改变为感测到F/B控制系统的故障时所执行的开环控制操作。在这种情况下，不存在励磁相偏差校正值的学习值(也被称作已学习的值)，也不存在通过P档位壁面邻接控制操作而获得的参考位置的学习值(也称作已学习的值)。因而，不能通过利用参考位置的学习值(已学习的值)和励磁相偏差校正值的学习值(已学习的值)来设定开环控制操作的参考位置。因此，在第三参考值学习操作中，通过将编码器计数值的设计值增加到电流励磁相变化计数值，来设定开环控制操作的参考位置，该编码器计数值的设计值应当在转子32 —旦旋转就从P档位保持凹部24的底部计数到P档位侧界限位置(壁面位置)。
用于开环控制操作的参考位置(在不存在学习值的时候)=励磁相变化计数值+设计值
而且，如图11所示，在电机12 —旦启动就正常执行初始驱动操作、P档位壁面邻接控制操作和P档位返回控制操作之后的F/B控制操作期间发生F/B控制系统的故障(例如，编码器46的电路导线断开)的情况下，已经正常执行了通过初始驱动操作的励磁相偏差校正值的学习和通过P档位壁面邻接控制操作的第一参考位置学习操作。因此，在这种情况下，在一旦感测到F/B控制系统的故障，电机控制操作模式就从F/B控制操作改变到开环控制操作的时候，通过利用励磁相偏差校正值校正F/B目标计数值(对应于目标档位)，来设定开环目标计数值。具体来说，通过利用(基于)励磁相偏差校正值校正参考位置的学习值(也称为已学习值)，来获得用于开环控制操作的参考位置。然后，基于开环控制操作的参考位置来设定开环目标计数值。在下文中，将开环控制操作的参考位置的学习称作第二参考位置学习操作(或者简称为第二学习)。因而，图11的情况中的设定开环目标计数值的设定方法与之前讨论的图10的情况不同。
用于开环控制操作的参考位置(存在的学习值)=参考位置学习值+励磁相偏差校正值
以上讨论的本实施例的参考位置的学习是由E⑶41根据图12中所示的参考位置学习程序来执行。只要ECU41的电源被接通，图12的参考位置学习程序就以预定的间隔反复执行。当启动参考位置学习程序时，操作行进到图12的步骤101。在步骤101，确定编码器实际异常标记(也称为ERA标记)的状态是否为0N。如图11所示，当编码器临时异常标记(也称为EPA标记)的状态从ON改变为OFF时，编码器实际异常标记(ERA标记)的状态从OFF改变为0N。例如，当感测到编码器46的电路导线断开时(F/B控制系统故障)，编码器临时异常标记(EPA标记)的状态就从OFF改变为0N。然后，电机控制操作模式从F/B控制操作改变为开环控制操作。此后，当转子32旋转到目标位置时，编码器临时异常标记(EPA标记)的状态从ON改变为0FF，并且编码器实际异常标记(ERA标记)的状态从OFF改变为0N。
当在步骤101中确定出编码器实际异常标记(ERA标记)的状态为OFF时，操作行进到步骤105。在步骤105，确定编码器临时异常标记(EPA标记)的状态是否为0N。当在步骤105中确定编码器临时异常标记(EPA标记)的状态为OFF时，就确定编码器46为正常的(F/B控制系统中无故障)。因此，操作行进到步骤112。在步骤112，确定当前的电机控制操作模式是否为P档位壁面邻接控制操作。当在步骤112中确定出当前电机控制操作模式不是P档位壁面邻接控制操作时，终止本程序。
相反，当在步骤112中确定出当前电机控制操作模式是P档位壁面邻接控制操作时，操作行进到步骤113。在步骤113，确定P档位壁面位置感测完成标记(也称为PSC标记)的状态是否为0N。当在步骤113中确定P档位壁面位置感测完成标记(PSC标记)的状态为OFF时，就确定仍处在P档位壁面邻接控制操作当中。因而，终止本程序。
当在步骤113确定P档位壁面位置感测完成标记(PSC标记)的状态为ON时，就确定出已经完成了 P档位壁面邻接控制操作。因而，操作行进到步骤114。在步骤114，执行第一参考位置学习操作(第一学习)，以使得P档位壁面位置被认定为参考位置，并终止本程序。而且，当在步骤105确定出编码器临时异常标记(EPA标记)的状态为ON时，操作行进到步骤106。在步骤106，确定此时是否为编码器临时异常标记(EPA标记)的状态从OFF改变为ON之后紧随的时刻。当在步骤106中确定出此时为编码器临时异常标记(EPA标记)的状态从OFF改变为ON之后紧随的时刻，操作进行到步骤107。在步骤107，打开驱动准备完成标记(也称为ODPC标记)的状态被重置为OFF。然后,操作行进到步骤108。当在步骤106中确定出此时不是编码器临时异常标记(EPA标记)的状态从OFF改变为ON之后紧随的时刻，操作也行进到步骤108。在步骤108中，确定打开驱动准备完成标记(0DPC标记)的状态是否为0N。当在步骤108中确定打开驱动准备完成标记(0DPC标记)的状态为ON时，终止本程序。相反，当在步骤108中确定打开驱动准备完成标记(0DPC标记)的状态为OFF时，操作行进到步骤109。在步骤109，确定当前电机控制操作模式是否为开环控制操作。当在步骤109中确定当前电机控制操作模式不是开环控制操作时，终止本程序。相反，当在步骤109中确定当前电机控制操作模式为开环控制操作时，操作进入步骤110。在步骤110，执行第二参考位置学习操作(第二学习)，使得通过利用(基于)励磁相偏差校正值校正参考位置的学习值(也称为已学习值)，来设定开环控制操作的参考位置。此后,操作行进到步骤111。在步骤111,打开驱动准备完成标记(0DPC标记)的状态改变为0N，并终止本程序。当在步骤101中确定出编码器实际异常标记(ERA标记)的状态为ON时，操作行进到步骤102。在步骤102，确定打开驱动准备完成标记(ODPCSE)的状态是否为0N。当在步骤102中确定打开驱动准备完成标记(ODPCSE)的状态为ON时，则确定已完成了开环控制操作的参考位置的设定。然后，终止本程序。相反，当在步骤102确定打开驱动准备完成标记(0DPC标记)的状态为OFF时，则确定用于开环控制操作的参考位置还未设定。因而，操作行进到步骤103。在步骤103，执行第三参考位置学习操作(第三学习)，使得通过向当前的励磁相变化计数值增加编码器计数值的设计值来设定开环控制操作的参考位置，该编码器计数值的设计值应当在转子32一旦旋转就从P档位保持凹部24的底部计数到P档侧界限位置(壁而位置)。此后，操作行进到步骤104。在步骤104，打开驱动准备完成标记(OPDCSE)的状态改变为0N，并终止本程序。在以上讨论的本实施例中，在电机12旋转的时间段期间，转子32 —旦旋转后，每当从编码器46输出脉冲信号时编码器41a增加或者减小计数以更新编码器计数值。而且在此时，每当电机12的励磁相变化时，励磁相变化计数器41b增加或者减小计数以更新励磁相变化计数值。此时，在电机12的转子32在正转方向和反转方向上是可旋转的系统的情况下，编码器计数值和励磁相变化计数值根据转子32的旋转方向增加或者减小计数。因而，在F/B控制操作期间，编码器计数值和励磁相变化计数值变化，同时保持二者之间的预定关系。然而，电机12在紧随接通电力供应之后的初始励磁相和转子32的实际旋转位置相互间往往存在偏差。因此，在电机12紧随接通电力供应之后的初始励磁相和转子32的实际旋转位置相互间存在偏差的情况下，即使改变励磁相，转子32也不旋转，直到励磁相与转子32的实际旋转位置相一致。因此，即使在每当电机12的励磁相变化时励磁相变化计数器41b增加或者减小计数的情况下，编码器计数值也不改变，直到励磁相和转子32的实际旋转位置相互一致时转子32与励磁相的变化同步旋转。因而，励磁相变化计数值与编码器计数值之间存在偏差，并且该偏差与励磁相偏差校正值相对应，该励磁相偏差校正值与电机12的励磁相的变化的次数(励磁相的相位偏差)相对应，励磁相需要该励磁相的变化次数以便与转子32实际旋转位置相一致。
鉴于上述关系，根据本实施例，在一旦感测到F/B控制系统的故障(例如，编码器46的故障)而将电机控制操作模式从F/B控制操作改变为开环控制操作的时刻，通过利用编码器计数值的励磁相偏差校正值校正F/B目标计数值，来设定开环目标计数值。以这种方式，即使在没有感测电机12的输出轴13的旋转角度的输出轴传感器(感测控制主体的可旋转构件的旋转位置的传感器)的情况下，也可以通过在电机12的F/B控制系统一旦发生故障就将电机控制操作模式从F/B控制操作改变为开环控制操作，将转子32旋转到目标位置。因而，虽然在F/B控制系统发生故障时确保了自动防故障，但能够减少或者最小化所需部件的数量，并且可以减少或者最小化成本。
本公开内容的编码器46并不局限于磁性编码器。例如，代替磁性编码器，光学编码器或者电刷式编码器可被用作本公开内容的编码器。
而且，在以上实施例中，开关磁阻电机(SR电机)被用作电机12。然而，电机12并不限于SR电机。即，能够利用任何其它类型的无刷式同步电机来代替SR电机，在这些无刷式同步电机中，通过基于编码器的输出信号的计数值感测转子的旋转位置，来有序地改变励磁相。
而且，在上述实施例的档位切换装置中，在两个档位之间，即，P档位和非P档位之间切换档位。可替换地，本公开内容可应用于档位切换装置，在该档位切换装置中，自动变速器的档位切换阀和手动阀与制动器15的旋转操作同步地切换，以将自动变速器的变换档位切换为停车档(P档位)、反向档(R档位)、空档(N档位)和驱动档(D档位)等中的任何一种。
而且，本公开内容并不陷于档位切换装置。即，本公开内容可应用于任何其它类型的利用无刷式同步电机(例如，SR电机)作为其驱动源的位置切换装置。而且，本公开内容可应用于包括输出轴传感器(感测控制主体的可旋转构件的旋转位置的传感器)的系统，该输出轴传感器感测电机的输出轴的旋转角度。
在以上实施例中，控制主体为档位切换装置11，并且控制主体的可旋转构件包括与电机12 —起旋转的输出轴13和制动器15。
对于本领域技术人员而言很容易得到其它的优势和变形。因此，本公开内容在其广义上的术语并不限于示出和描述的具体细节、代表性装置及其说明性示例。
权利要求
1.一种电机控制装置，包括: 编码器(46)，其每当电机(12)的转子(32)旋转预定的旋转角度时输出脉冲信号，所述电机(12)的转子(32)旋转控制主体(11)的可旋转构件(13，15)； 编码器计数器(41a)，其对所述编码器(46)的所述脉冲信号进行增加或者减小计数； 励磁相变化计数器(41b)，其每当所述电机(12)的励磁相改变时就增加或者减小计数； 反馈控制单元(41c)，其通过基于所述编码器计数器(41a)的计数值有序改变所述电机(12)的所述励磁相，来执行所述电机(12)的反馈控制操作，以旋转所述转子(32)直到所述编码器计数器(41a)的所述计数值达到与所述转子(32)的目标旋转位置相对应的反馈目标计数值为止； 故障监控单元(41d)，其监控在所述电机(12)的反馈控制操作中是否存在故障；以及自动防故障单元(41e)，当采用故障监控单元(41d)感测到所述反馈控制操作的故障时，所述自动防故障单元(41e)将所述反馈控制操作改变为开环控制操作，其中，当所述自动防故障单元(41e)执行所述开环控制操作时，所述自动防故障单元(41e)有序地改变电机(12)的励磁机而在开环控制操作中不执行所述编码器计数器(41a)的计数值的信息反馈，并旋转所述转子(32)直到所述励磁相变化计数器(41b)的计数值达到与所述转子(32)的目标旋转位置相对应的开环目标计数值为止；其中: 当一旦感测到所述反馈控制操作的故障所述自动防故障单元(41c)就将所述反馈控制操作改变为所述开环控制操作时，所述自动防故障单元(41e)通过基于用于所述编码器计数器(41a)的计数值的励磁相偏差校正值校正所述反馈目标计数值，来设定所述开环目标计数值。`
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，还包括相位偏差校正值学习单元(41f)，所述相位偏差校正值学习单元(41f)在开环控制操作中一旦接通所述电机控制装置的电力供应就执行所述电机(12)的初始驱动操作，使得所述相位偏差校正值学习单元(41f)基于所述励磁相变化计数器(41b)的计数值来学习所述励磁相偏差校正值，所述电机(12)的初始驱动操作有序地改变所述电机(12)的励磁相，所述励磁相变化计数器(41b)的计数值从启动有序地改变所述电机(12)的励磁相的时间点计数，直到所述转子(32)开始与所述电机(12)的励磁相的有序改变同步旋转的时间点为止。
3.根据权利要求1所述的电机控制装置，还包括参考位置学习单元(41g)，其通过旋转所述电机(12)直到所述控制主体(11)的所述可旋转构件(13，15)被旋转到所述控制主体(11)的所述可旋转构件(13，15)的可移动范围的界限位置，来执行学习操作，以学习所述转子(32)的参考位置，其中: 所述反馈控制单元(41c)基于采用所述参考位置学习单元(41g)学习的所述转子(32)的参考位置，来设定所述反馈目标计数值； 所述自动防故障单元(41e)通过基于励磁相偏差校正值来校正采用所述参考位置学习单元(41g)学习的所述转子(32)的参考位置，以设定在执行所述开环控制操作时使用的所述转子(32)的参考位置；并且 所述自动防故障单元(41e)基于在执行所述开环控制操作时使用的所述转子(32)的参考位置，来设定所述开环目标计数值。
4.根据权利要求3所述的电机控制装置，其中: 当所述参考位置学习单元(41g)不执行用于学习所述转子(32)的参考位置的学习操作时，所述自动防故障单元(41e)通过利用设计值校正所述励磁相变化计数器(41b)的计数值，来设定在执行所述开环控制操作时使用的所述转子(32)的参考位置；并且 所述自动防故障单元(41e)基于在执行所述开环控制操作时使用的所述转子(32)的参考位置，来设定所述开环目标计数值。
5.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，所述励磁相变化计数器(41b)的每次增加或者减小计数时的所述励磁相变化计数器(41b)的计数值的增大或者减少的量被设定为与所述转子(32)的每个预定旋转角度对应的所述编码器计数器(41a)的计数值的增大或者减少的量相一致，所述转子(32)的预定旋转角度由所述电机(12)的励磁相的一次改变来旋转。
6.—种电机控制装置,包括: 编码器(46)，其每当电机(12)的转子(32)旋转预定的旋转角度时输出脉冲信号，所述电机(12)的转子(32)旋转控制主体(11)的可旋转构件(13，15)； 编码器计数器(41a)，其对所述编码器(46)的所述脉冲信号进行增加或者减小计数； 励磁相变化计数器(41b)，其每当所述电机(12)的励磁相改变时就增加或者减小计数； 反馈控制单元(41c)，其通过基于所述编码器计数器(41a)的计数值有序改变所述电机(12)的所述励磁相，来执行所述电机(12)的反馈控制操作，以旋转所述转子(32)直到所述编码器计数器(41a)的所述计数值达到与所述转子(32)的目标旋转位置相对应的反馈目标计数值为止； 故障监控单元(41d)，其监控在所述电机(12)的反馈控制操作中是否存在故障；以及 自动防故障单元(41e)，当采用所述故障监控单元(41d)感测到所述反馈控制操作的故障时，所述自动防故障单元(41e)将所述反馈控制操作改变为开环控制操作，其中，当所述自动防故障单元(41e)执行所述开环控制操作时，所述自动防故障单元(41e)有序地改变电机(12)的励磁相，而在所述开环控制操作中不执行所述编码器计数器(41a)的计数值的信息反馈，并旋转所述转子(32)直到所述励磁相变化计数器(41b)的计数值达到与所述转子(32)的目标旋转位置相对应的开环目标计数值为止；其中: 当一旦感测到所述反 馈控制操作的故障所述自动防故障单元(41c)就将所述反馈控制操作改变为所述开环控制操作时，所述自动防故障单元(41e)基于在感测到所述反馈控制操作的故障时所述电机(12)的控制状态，来改变设定所述开环目标计数值的设定方法。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电机控制装置，其中，所述控制主体(11)为改变变速器(27)的变换档位的档位切换机构。
全文摘要
本发明公开一种电机控制装置。当感测到电机(12)的反馈控制操作发生故障时，控制单元(41)将反馈控制操作改变为开环控制操作。在执行开环控制操作时，控制单元(41)有序地改变电机(12)的励磁相，而不执行编码器计数器(41a)的计数值的信息反馈，并旋转电机(12)的转子(32)，直到励磁相变化计数器(41b)的计数值达到与转子(32)的目标旋转位置相对应的开环目标计数值。当控制单元(41)将反馈控制操作改变为开环控制操作时，控制单元(41)通过基于用于编码器计数器(41a)的计数值的励磁相偏差校正值校正反馈目标计数值，来设定开环目标计数值。
文档编号H02P6/18GK103138662SQ201210595698
公开日2013年6月5日 申请日期2012年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者山田纯 申请人:株式会社电装