(57)【要約】ほぼゼロに近い回転速度でのエンコーダの故障を検出するためのエンコーダ故障検出システムおよび方法。例えば、一つの実施形態において、トルクコマンドが、少なくとも１０秒以上の継続時間を有する選択された期間にわたって、選択された閾値を超え、この選択された期間の間に、ロータの運動が検出されない場合、故障が表示される。本システムおよび方法は、モータ車両の他、インクリメントエンコーダを用いる他のシステムにも適用され得る。
2008508528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なコンポーネントと、
制御システムであって、
該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する信号を生成し、該回転可能なコンポーネントに結合されたエンコーダと、
該エンコーダに結合され、該回転可能なコンポーネントの感知速度に対応する信号を生成する速度感知回路網と、
制御信号を生成し、該回転可能なコンポーネントのトルクを制御するトルク制御回路網と、
該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する該信号と、該回転可能なコンポーネントのトルクを制御する該制御信号とをモニタするエンコーダ故障検出回路網であって、
該エンコーダ故障検出回路網は、エンコーダの故障に対応する信号を
感知速度に対応する該信号が、第一の閾値未満である場合と、
該回転可能なコンポーネントのトルクを制御する該信号が、連続的に、選択された期間に対する第二の閾値を超える場合と、
該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する該信号が、該選択された期間の間に、運動を示さない場合と
に生成するように構成される、エンコーダ故障検出回路網と
を備える、制御システムと
を備える、マシン。
【請求項２】
前記エンコーダは、前記回転可能なコンポーネントの運動に応答して、パルスを生成するように構成される、請求項１に記載のマシン。
【請求項３】
マシンの回転コンポーネントを制御する制御システムであって、該制御システムは、
回転コンポーネントの回転運動に応答して、パルスを生成するエンコーダと、
感知速度に対応する信号を生成するために、該エンコーダに結合された速度感知回路網と、
制御信号を生成し、該回転コンポーネントのトルクを制御する、トルク制御回路網と、
エンコーダ故障検出回路網であって、該エンコーダ故障検出回路網は、
故障検出サイクルを選択的に開始することと、
該故障検出サイクルの間に、該トルク制御信号のレベルをモニタすることと、
該故障検出サイクルの間に、該エンコーダによって生成されたパルス数をカウントすることと、
該トルク制御信号の該モニタレベルが、該故障検出サイクルの間、第一の閾値範囲内である場合、該故障検出サイクルを完了し、故障がないことを表示する信号を生成することと、
該故障検出サイクルの間、該カウントされたパルス数が、閾値パルスカウントを超える場合、該故障検出サイクルを完了し、故障がないことを表示する信号を生成することと、
該故障検出サイクルが開始されてから選択された期間が経過し、該故障検出サイクルが、事前に完了されない場合、該故障検出サイクルを完了し、故障を表示する信号を生成することと
を行うように構成される、エンコーダ故障検出回路網と
を備える、制御システム。
【請求項４】
出力信号を生成するセンサをさらに備え、
前記エンコーダ故障検出回路網は、
前記故障検出サイクルの間、該センサ出力信号のレベルをモニタし、
該センサ出力信号のレベルが、該故障検出サイクルの間、第二の閾値範囲内にある場合、該故障検出サイクルを完了し、故障がないことを表示する信号を生成するように、さらに構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記センサは、温度をモニタする、請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記エンコーダ故障検出回路網は、
前記故障検出サイクルの間、ブレーキをモニタし、
該ブレーキがかかっている場合、該故障検出サイクルを完了し、故障がないことを表示する信号を生成するように、さらに構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項７】
前記選択された期間は、少なくとも１０秒の継続時間を有する、請求項３に記載の制御システム。
【請求項８】
前記エンコーダ故障検出回路網は、感知速度に対応する前記信号が閾値速度範囲内にある場合、前記故障検出サイクルを選択的に開始するように構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項９】
前記エンコーダ故障検出回路網は、感知速度に対応する前記信号が不確定である場合、前記故障検出サイクルを選択的に開始するように構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記エンコーダ故障検出回路網は、代替のエンコーダ故障検出サイクルを選択的に開始するように構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項１１】
選択された期間の間、トルク制御信号をモニタすることと、
該選択された期間の間、エンコーダチャネル出力内のパルス数をカウントすることと、
該トルク制御信号をモニタすることによって、該トルク制御信号が、該選択された期間の間の任意の時間に第一の閾値範囲内にあることが示される場合、変数が故障のないことを表示する設定することと
を包含する、マシン内のインクリメントエンコーダの故障を検出する方法。
【請求項１２】
前記選択された期間の間に、カウントされたパルス数がゼロを超える場合、変数が故障のないことを表示する設定することを、さらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トルク制御信号をモニタすることによって、該トルク制御信号が、前記選択された期間の間中、前記第一の閾値範囲外に留まり、該選択された期間の間に、パルスがカウントされない場合、前記変数が故障を表示するように設定することを、さらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記選択された期間の間、前記マシンの状態に対応する信号をモニタすることと、
該マシンの状態に対応する該信号が第一の閾値レベルを超える場合、前記変数が故障のないことを表示するように設定することと
をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記マシンの状態に対応する信号は、温度に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マシンの状態に対応する信号は、温度変化に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
ブレーキが設定される場合、前記変数が故障のないことを表示するように設定することを、さらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記選択された期間の間、別のエンコーダ出力チャネル内のパルス数をカウントすることをさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
エンコーダチャネル出力内のパルス数をカウントすることは、パルスエッジの数をカウントすることを包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
テストサイクルを選択的に開始することと、
該テストサイクルの間、制御信号のレベルをモニタすることと、
該テストサイクルの間、エンコーダチャネルのパルス数をカウントすることと、
該制御信号の該モニタレベルが第一の閾値範囲内である場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルの間に、該カウントされたパルス数が閾値パルス数を超える場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルが開始されてから、選択された期間が経過し、該テストサイクルが事前に完了しない場合、該テストサイクルを完了し、故障があることを表示することと、
を包含する、マシン内のエンコーダの故障を検出する方法。
【請求項２１】
前記テストサイクルの間、センサの出力レベルをモニタすることと、
該センサの該出力レベルが第二の閾値範囲内にある場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと
をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記センサは、温度をモニタする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記制御信号は、トルクコマンドである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記マシンは、電気車両である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記テストサイクルの間、ブレーキをモニタすることと、
該ブレーキがかかっている場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと
をさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記選択された期間は、少なくとも１０秒の継続時間を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
代替のテストサイクルを選択的に開始することをさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
故障の表示に応答して、制御信号を生成することをさらに包含する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
回転可能なコンポーネントの運動を検出する手段と、
該回転可能なコンポーネントの運動を制御する手段と、
回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段の故障を検出する手段であって、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段と、該回転可能なコンポーネントの運動を制御する手段とに結合された、故障を検出する手段と
を備える、制御システムであって、
回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段の故障を検出する該手段は、選択された期間にわたり、該回転可能なコンポーネントの運動を制御する該手段をモニタする、制御システム。
【請求項３０】
前記回転可能なコンポーネントの運動を制御する前記手段は、トルクコマンドを生成する回路網を備え、
回転可能なコンポーネントの運動を検出する前記手段の故障を検出する前記手段は、生成されたトルクコマンドをモニタし、該モニタされたトルクコマンドが、前記選択された期間の間の任意の時間に、選択された範囲内にある場合、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、正常に機能していることを表示する信号を生成するように構成される、請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３１】
回転可能なコンポーネントの運動を検出する前記手段の故障を検出する前記手段は、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、前記選択された期間の間、該回転可能なコンポーネントの運動を検出する場合、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、正常に機能していることを表示する信号を生成するように構成される、請求項３０に記載の制御システム。
【請求項３２】
回転可能なコンポーネントの運動を検出する前記手段の故障を検出する前記手段は、
回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、前記選択された期間の間、運動を全く起こさなかったことを示す場合と、
前記モニタされたトルクコマンドが、該選択された期間にわたって、前記選択された範囲の外に留まっている場合と
において、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、故障したことを表示するように構成される、請求項３１に記載の制御システム。
【請求項３３】
前記回転可能なコンポーネントの運動を制御する前記手段は、ブレーキを備える、請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３４】
回転可能なコンポーネントの運動を検出する前記手段は、該回転可能なコンポーネントの運動に応答してパルスを生成するように構成される、請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３５】
前記回転可能なコンポーネントに関連する状態を検出する手段をさらに備え、
回転可能なコンポーネントの運動を検出する前記手段の故障を検出する前記手段は、
該回転可能なコンポーネントに関連する状態を検出する該手段に結合され、
該状態が検出される場合、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段が、正常に機能していることを表示する信号を生成するように構成される、請求項２９に記載の制御システム。
【請求項３６】
テストサイクルを選択的に開始することと、
該テストサイクルの間、制御信号のレベルをモニタすることと、
該テストサイクルの間に、エンコーダチャネルのパルス数をカウントすることと、
該制御信号の該モニタレベルが第一の閾値範囲内である場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルの間、該カウントされたパルス数が閾値パルスカウントを超える場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルが開始されてから、選択された期間が経過し、該テストサイクルが事前に完了されない場合、該テストサイクルを完了し、故障を表示することと
によって、制御システムが、故障したインクリメントエンコーダを容易に検出する指示を格納するコンピュータ可読媒体。
【請求項３７】
テストサイクルを選択的に開始することと、
該テストサイクルの間、制御信号のレベルをモニタすることと、
該テストサイクルの間に、エンコーダチャネルのパルス数をカウントすることと、
該制御信号の該モニタレベルが第一の閾値範囲内である場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルの間、該カウントされたパルス数が閾値パルスカウントを超える場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルが開始されてから選択された期間が経過し、該テストサイクルが、事前に完了せず、該制御信号のモニタレベルが、該テストサイクルの間、第二の閾値範囲内に留まる場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、
該テストサイクルが開始されてから、該選択された期間が経過し、該テストサイクルが事前に完了せず、該制御信号の該モニタレベルが、該テストサイクルの間、第二の閾値範囲内に留まらない場合、該テストサイクルを完了し、故障を表示することと
を包含する、マシン内のエンコーダの故障を検出する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本開示は、一般的に、エンコーダに関する。より特定的には、インクリメントエンコーダにおける故障検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
インクリメントエンコーダは、電気モータまたは発電機のシャフトのようなマシン内の回転物の回転速度、加速度、方向および／または位置を決定するために、使用される。この情報は、マシンを制御するために、使用され得る。例えば、電気／ハイブリッドモータ車両において、エンコーダからの情報は、典型的に、制御ユニットに提供される。この制御ユニットは、その情報を他の情報とともに使用し、モータ車両を制御し得る。
【０００３】
エンコーダの故障は、マシンに異常な挙動を招き得る。それゆえ、エンコーダの故障を検出し、応答する方法が、開発されてきた。例えば、制御ユニットは、エンコーダの故障した（例えば、モータ車両において、例えば、制御信号が停止した）という表示に応答して、適切な制御信号を生成するために、プログラムされ得る。
【０００４】
エンコーダ故障を検出する従来の方法は、所定の閾値回転速度を超える故障を検出することに向けられている。その理由は、ゼロに近い回転速度での故障は、ありそうでないと考えられてきたため、および／または、低回転速度の測定という挑戦課題のために、検出が困難なためである。閾値最小回転速度は、特定のマシンの特性に基づいて、変動する。また、従来のエラー検出スキームは、ほぼゼロに近い回転速度で、エンコーダ故障の不正確な表示を出すことが多いようである。これもまた、望ましくないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、ほぼゼロに近い回転速度で、エンコーダ故障の誤検出を最小限に抑えながら、その故障を検出するアーキテクチャおよび／または方法が、非常に望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
一局面において、マシンを制御するシステムは、回転コンポーネントの回転運動に応答して、パルスを生成するエンコーダと；感知速度に対応する信号を生成するために、該エンコーダに結合された速度感知回路網と；制御信号を生成し、該回転コンポーネントのトルクを制御する、トルク制御回路網と；エンコーダ故障検出回路網であって、該エンコーダ故障検出回路網は、故障検出サイクルを選択的に開始することと、該故障検出サイクルの間に、該トルク制御信号のレベルをモニタすること、該故障検出サイクルの間に、該エンコーダによって生成されたパルス数をカウントすることと、該トルク制御信号の該モニタレベルが、該故障検出サイクルの間、第一の閾値範囲内である場合、該故障検出サイクルを終了し、故障がないことを表示する信号を生成することと、該故障検出サイクルの間、該カウントされたパルス数が、閾値パルスカウントを超える場合、該故障検出サイクルを完了し、故障がないことを表示する信号を生成することと、該故障検出サイクルが、開始されてから、選択された期間が経過し、該故障検出サイクルが、事前に完了されない場合、該故障検出サイクルを完了し、故障を表示する信号を生成することとを行うように構成される、エンコーダ故障検出回路網とを備える。
【０００７】
別の局面において、マシンは、回転可能なコンポーネントと；制御システムあって、該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する信号を生成し、該回転可能なコンポーネントに結合されたエンコーダと、該エンコーダに結合され、該回転可能なコンポーネントの感知速度に対応する信号を生成する速度感知回路網と、制御信号を生成し、該回転可能なコンポーネントのトルクを制御するトルク制御回路網と、該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する該信号と、該回転可能なコンポーネントのトルクを制御する該制御信号とをモニタするエンコーダ故障検出回路網であって、該エンコーダ故障検出回路網は、エンコーダの故障に対応する信号を感知速度に対応する該信号が、第一の閾値未満である場合と、該回転可能なコンポーネントのトルクを制御する該信号が、連続的に、選択された期間に対する第二の閾値を超える場合と、該回転可能なコンポーネントの回転運動に対応する該信号が、該選択された期間の間に、運動を示さない場合とに生成するように構成される、エンコーダ故障検出回路網とを備える、制御システムとを備える。
【０００８】
別の局面において、マシン内のエンコーダの故障を検出する方法は、選択された期間の間、トルク制御信号をモニタすることと、該選択された期間の間、エンコーダチャネル出力内のパルス数をカウントすることと、該トルク制御信号をモニタすることによって、該トルク制御信号が、該選択された期間の間の任意の時間に、第一の閾値範囲内にあることが、示される場合、変数が故障のないことを表示する設定することとを包含する。
【０００９】
別の局面において、マシン内のエンコーダの故障を検出する方法は、テストサイクルを選択的に開始することと、該テストサイクルの間、制御信号のレベルをモニタすることと、該テストサイクルの間、エンコーダチャネルのパルス数をカウントすることと、該制御信号の該モニタレベルが、第一の閾値範囲内である場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、該テストサイクルの間に、該カウントされたパルス数が、閾値パルス数を超える場合、該テストサイクルを完了し、故障がないことを表示することと、該テストサイクルが開始されてから、選択された期間が経過し、該テストサイクルが、事前に完了しない場合、該テストサイクルを完了し、故障があることを表示することとを包含する。
【００１０】
別の局面において、制御システムは、回転可能なコンポーネントの運動を検出する手段と；該回転可能なコンポーネントの運動を制御する手段と；回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段の故障を検出し、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段と；該回転可能なコンポーネントの運動を制御する手段とに結合された手段とを備え、回転可能なコンポーネントの運動を検出する該手段の故障を検出する該手段は、選択された期間にわたり、該回転可能なコンポーネントの運動を制御する該手段をモニタする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（発明の詳細な説明）
様々な実施形態の完全な理解を提供するために、以下の説明の中で、所定の特定の詳細が、述べられる。しかしながら、本システムおよび方法は、これらの詳細なしにも、実施され得ることは、当業者は理解する。他の場合において、エンコーダ、ロータ、モータおよび／または回路網と関連する周知の構造は、詳細に図示または記載されていない。これは、実施形態の説明を不必要に、曖昧とすることを避けるためである。
【００１２】
本文中に特記されない限り、本仕様書および、それに続く請求項を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語およびその「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような変化形は、「含むが、限定されない」という開かれた意味で、解釈されるべきである。
【００１３】
本明細書全体にわたって、「一つの実施形態」または「一実施形態」に対する参照は、その実施形態と関連して記載された特定の特徴、構造または特性が、少なくとも一つの実施形態の中に含まれることを意味する。このように、本明細書全体の様々な場所に、「一つの実施形態において」または「一実施形態において」という成句が表れるが、同じ実施形態を必ずしも全て参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、任意の適切な方法で、１つ以上の実施形態と組み合わせられ得る。
【００１４】
本明細書で提供される見出しは、単に便宜上のためだけであって、請求項に係る発明の範囲または意味で解釈されない。
【００１５】
図１および図２は、マシン１０４に結合された制御システム１０２を有するシステム１００を示す。制御システム１０２は、マシン１０４内のシャフト１０８の回転速度または位置を感知するための２チャネルインクリメントエンコーダ１０６を有する。インクリメントエンコーダ１０６は、本明細書では、チャネルＡ１１０およびチャネルＢ１１２として参照される２つの四象限出力１１０、１１２を有する。当業者は、本明細書を検討した後に、１つ以上の出力チャネルを有する１つのエンコーダも、および／または、多数のエンコーダも使用され得ることは、当業者は、認識する。出力チャネルＡ１１０およびＢ１１２は、制御回路網１１４に結合され、この制御回路網１１４は、例えば、Ｄタイプのエッジトリガフリップフロップ１１６を備え得る。当業者は、本明細書を検討した後に、任意の適切な方法またはデバイスが、出力チャネルＡ１１０およびＢ１１２から信号を受信するための制御回路網１１４によって使用され得ることを認識する。図示されたフリップフロップ１１６は、出力Ｑ１１８を有する。制御システム１０２は、温度、制御信号、フィードバック信号または制御信号のようなマシン１０４の状態を感知するセンサ１２０を有する。センサ１２０は、例えば、サイドブレーキ１２１がセットされたか、あるいは、トルク制御１２２の設定がなされたかを検出し得る。制御回路網１１４は、また、タイマ１２４、および、エンコーダ１０６に結合されたエッジ検出器１２６を備える。制御システム１０２は、また、鍵付きスイッチ１２８を備える。
【００１６】
図２は、インクリメントエンコーダ１０６のチャネルＡ１１０のパルス信号１３０、および、チャネルＢ１１２のパルス信号１３２のタイミング図である。これらのパルス信号１３０、１３２は、通常、互いに９０度位相シフトされる。チャネルＡ１１０のパルス信号１３０は、パルス１３４を備え、そのそれぞれは、立ち上がり１３６および立ち下がり１３８を有する。同様に、チャネルＢ１１２のパルス信号１３２は、パルス１４０を備え、そのそれぞれは、立ち上がり１４２および立ち下がり１４４を有する。
【００１７】
チャネル内のパルス（例えば、チャネルＡ１１０のパルス信号１３０のパルス１３４）の数は、回転角度に対応する。フリップフロップ１１６の出力１１８は、回転方向に対応する。低速度範囲の回転速度で、シャフト１０８の回転速度は、生成されるべきパルスの固定数に対し、経過した時間を測定することによって、一般的に、決定される。より高い回転速度において、回転速度は、一般的に、固定期間内のパルス数をカウントすることによって、決定される。本明細書に、参考として、その全体を援用される米国特許第６，２４６，３４３号明細書を参照のこと。従来のシステムにおいては、エンコーダ故障検出スキームは、所定の速度範囲に対して使用される速度検出スキームに従う。
【００１８】
所定の最低値未満の回転速度においては、しかしながら、従来のシステムでは、高価で、特殊なデバイスが使用されない限り、正確に測定され得ない。低回転速度におけるエンコーダ故障は、今まで、予測される故障の誤表示が高い発生率で起こらないだろうと考えられてきた。このように、エンコーダ故障検出スキームは、従来のシステムにおいて、最低回転速度未満での回転速度では、無効になる。特定の最小回転速度は、アプリケーションに特有であり、マシンのタイプ、および、そのマシンが動作する回転速度に依存する。例えば、シャフトまたはロータの回転速度は、所定の電気モータ車両で、毎分２１０回転未満に落ちると、エンコーダ故障検出スキームは、従来のシステムでは、無効になる。このように、従来のエンコーダ故障検出スキームは、不明（ｍｉｓｓｉｎｇ）または非接続のエンコーダ、あるいは、最低回転速度未満で機能不全となるエンコーダを検出しない。
【００１９】
図３は、図１に示される実施形態のシステム１００内のインクリメントエンコーダの動作に対する流れ図である。システム１００は、３００で開始する。３０２で、システム１００は、マシン内の回転コンポーネント（例えば、図１のマシン１０４のシャフト１０８）が、有効であるかどうかを判断する。このマシンの回転コンポーネントが、有効であると判断された場合、システム１００は、３０４に進む。このマシンの回転コンポーネントが、無効であると判断された場合、システム１００は、３２０に進む。
【００２０】
３０４で、システム１００は、回転コンポーネントの速度を計算するか、あるいは、回転コンポーネントの速度を計算できないことを判断する。３０６で、システム１００は、速度計算の結果を、所定の最低速度と比較する。以上に議論したように、最低速度は、システム１００の特性および／またはシステム１００の意図された使用に基づいて選択される。３０４で計算された速度が最低速度以上であれば、システム１００は、３０６から３０８に進む。
【００２１】
３０８で、システム１００は、３０４で計算された速度が境界速度より大きいかどうかを判断する。境界速度は、システム１００の特性および／または意図された使用に基づいて選択される。３０４で計算された速度が境界速度より大きければ、システムは、３０８から３１０に進み、ここで、高速度範囲のエンコーダ故障検出サブルーチンが、呼び出される。サブルーチンが実行された後、システム１００は、３１０から３１６に進む。
【００２２】
３０４で計算された速度が境界速度未満の場合、システムは、３０８から３１２に進み、ここで、低速度範囲のエンコーダ故障検出サブルーチンが呼び出される。サブルーチンが、実行されると、システム１００は、３１２から３１６に進む。
【００２３】
３０４で計算された速度が最低速度未満の場合、あるいは、システム１００が、３０４で速度を計算できない場合、システム１００は、３０６から３１４に進み、ここで、ほぼゼロの速度エンコーダ故障検出サブルーチンが呼び出される。サブルーチンが実行されると、システムは、３１４から３１６に進む。
【００２４】
３１６で、システム１００は、故障検出が、適切なサブルーチンによって、検出されたかどうかを判断する。エンコーダ故障が検出されなかった場合、システム１００は、３１６から３１８に進み、ここで、適切な制御信号が、エンコーダ故障の表示に基づいて、生成される。システムは、次いで、３２０に進む。エンコーダ故障が検出された場合、システム１００は、３１６から３２０に進む。３２０で、システム１００は、他の機能を実行し得るか、中止し得るか、あるいは、３００に戻り得る。当業者は、本明細書を検討した後に、システム１００の実施形態が、図３に示されていない他のアクトを実行し得ること、図３に示す全てのアクトを全て実行し得ないこと、あるいは、異なる順序で図３のアクトを実行し得ることを認識する。例えば、システム１００は、スイッチ（例えば、図１の鍵付きスイッチ１２８）が切り替えられた場合、エンコーダ故障をクリアし得る。
【００２５】
図４ａおよび図４ｂは、ほぼ０の速度のエンコーダ故障検出サブルーチンの一実施形態を示す流れ図である。サブルーチンは、最低回転速度未満の回転速度のような低回転速度で、図１のシャフト１０８のような回転コンポーネントが、回転速度を全く有しないとき、あるいは、回転速度が全く測定されなかったときに、図１のエンコーダ１０６のような故障または不明のエンコーダを検出するために、使用され得る。
【００２６】
４００で、ほぼ０の速度のエンコーダ故障検出サブルーチンが開始する。４０２で、初期化が起こり、ここで、ループカウンタ値が、テストループに対して設定され、故障表示機は、ＦＡＬＳＥに設定され、エッジカウンタ値はゼロに設定される。ループカウンタ値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択でき、例示的な実施形態の中で調整可能である。例えば、モータ車両において、一実施形態における値は、故障エンコーダの誤表示を最小化するために、サブルーチンが、０．５分以上にわたって作動するように、十分高く設定され得る。当業者は、本明細書を検討した後に、ループカウンタが、ソフトウェアの中で、または、図１のタイマ１２１のようなハードウェアを用いて、あるいは、ソフトウェアおよびハードウェアの一部の組み合わせで、インプリメントされ得ることを理解する。
【００２７】
サブルーチンは、４０２から４０４に進む。４０４で、サブルーチンは、モータが有効であるかどうかを見るためにチェックする。モータが有効でない場合、サブルーチンは、４２２へ進み、故障が発生しなかったという表示を戻す。モータが有効である場合、サブルーチンは４０６に進む。
【００２８】
４０６で、サブルーチンは、トルクコマンドが所定の閾値トルク値以上であるかどうかをチェックする。トルクコマンドが閾値トルク値未満に設定された場合、サブルーチンは４２２に進み、故障が全く起こらなかったという表示を戻す。トルクコマンドが閾値トルク値以上に設定された場合、サブルーチンは４０８に進む。閾値トルク値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択できる。モータ車両の例示的な実施形態において、閾値トルク値は、エンコーダ故障の誤表示を最小化するように選択される。
【００２９】
エンコーダ故障の誤表示が結果として起こり得る一般的な状態には、モータ車両が、カーブを上ろうとすること、あるいは、丘の上の位置を維持しようとすることが含まれる。テスト中にロックされたロータは、エンコーダの誤表示を生成し得る。車両が、限られた回転運動を生成するような状態で動作している場合でさえも、トルクコマンドが、どの値であれば、結果として、検出可能な回転運動が期待され得るかは、実験によって決定され得る。これが、機能しているエンコーダによって検出されるであろう回転運動を生成するべき閾値トルク値を示す。低速度でのエンコーダ故障の検出が、エンコーダ故障の誤表示防止よりも重要であり得る他の用途において、異なる閾値トルク値が選択され得る。例示的な実施形態において、閾値トルク値は、マシンの特性とマシンの期待される使用とをよりよく合致させるように、調整され得る。当業者は、本明細書を検討した後、サブルーチンは、トルクコマンドが閾値を超えるかどうかを、幾つかの方法で判断し得ることを認識する。例えば、トルクコマンドの絶対値は閾値と比較され得るし、あるいは、トルクコマンドの値は閾値トルクの範囲と比較され得る。
【００３０】
当業者は、本明細書を検討した後に、ループカウンタ値および閾値トルク値は、エンコーダ故障の誤表示が最小限となるように、一緒に選択され得ることを認識する。例えば、一つの実施形態は、５００ミリ秒のループ持続時間に対応する初期ループカウンタ値を設定し得、１２０ニュートンメートルのモータトルクに対応する閾値トルク値を設定し得る。別の実施形態は、６０秒のループ持続時間に対応する初期ループカウンタ値を設定し得、２００ニュートンメートルのモータトルクに対応する閾値トルク値を設定し得る。
【００３１】
４０８で、サブルーチンは、エンコーダチャネルエッジが検出されたかどうかを見るためにチェックする。トルクコマンドが適用されるとき、機能中のエンコーダは、通常の条件下において、チャネル出力でパルスを生成することが期待される。エンコーダチャネルエッジが、４０８で検出されなかった場合、サブルーチンは、４０８から４１４に進む。エンコーダチャネルエッジが、４０８で検出された場合、サブルーチンは、４０８から４１０に進み、ここで、エッジカウンタの値はインクリメントされる。次いで、サブルーチンは、エッジカウンタの値が閾値エッジカウント値を超えるかどうかを見るために、４１２で、チェックする。４１２で、エッジカウンタの値が閾値エッジカウント値を超える場合、サブルーチンは、４１２から４２２に進み、ここで、故障が全く起こらなかったとの表示を戻す。４１２で、エッジカウンタの値が閾値エッジカウント値を超えない場合、サブルーチンは、４１４へと続く。閾値エッジカウント値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択できる。例えば、モータ車両の例示的な実施形態において、閾値エッジカウント値は１であり得る。例示的な実施形態において、閾値エッジカウント値は、調整可能である。当業者は、本明細書を検討した後に、閾値エッジカウント値の１に対して、図４の流れ図は、アクト４１０および４１２を省略して、簡略化し得ることを認識する。当業者は、また、本明細書を検討した後に、サブルーチンは、エッジの代わりに、パルスをチェックし得ることを認識する。
【００３２】
４１４で、サブルーチンは、温度変化が選択された閾値を超えたかどうかをチェックする。４１４で、温度変化が選択された閾値を超える場合、サブルーチンは、４１４から４２２に進み、ここで、故障が全く起こらなかったとの表示を返す。４１４で、温度変化が選択された閾値を超えない場合、サブルーチンは、４１４から４１６に進む。温度変化に対する閾値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択できる。例えば、モータ車両において、ロータがロックされている場合、あるいは、車両が丘にある場合に、温度変化が期待され得る。このように、エッジ検出が全くなかったこと、あるいは、少数だったことは、必ずしもエンコーダの故障を表示する必要はない。例示的な実施形態において、温度変化に対する閾値は調整可能である。当業者は、本明細書を検討した後に、温度変化よりも、むしろ、温度が閾値と比べられ得ることを認識する。当業者は、本明細書を検討した後に、また、温度変化が閾値とよりも、むしろ、閾値の範囲と比べられ得ることを認識する。
【００３３】
４１６で、サブルーチンは、ループカウンタ値をデクリメントし、４１８に進む。４１８で、サブルーチンは、ループカウンタ値がゼロであるかどうかをチェックする。４１８で、ループカウンタ値がゼロでない場合、サブルーチンは４０４に戻る。４１８で、ループカウンタ値がゼロである場合、サブルーチンは４２０に進み、ここで、故障表示器をＴＲＵＥに設定する。サブルーチンは、次いで、４２２に進み、ここで、故障表示器の値、および、検出されたエッジの数のような任意の他の所望の変数を戻す。
【００３４】
当業者は、本明細書を検討した後に、ゼロに近い速度エンコーダ故障サブルーチンの実施形態は、図４に示されていない他のアクトを実行し得ること、図４に示す全てのアクトを全て実行し得ないこと、あるいは、異なる順序で図４のアクトを実行し得ることを認識する。例えば、図４のサブルーチンは、図１のブレーキ１２１のような駐車ブレーキが、設定されるかどうかを判断し、駐車ブレーキが設定される場合、故障が全く起こらなかったことを表示するように改変され得る。
【００３５】
図５は、ほぼゼロの速度エンコーダ故障検出サブルーチンの一実施形態を示す流れ図である。サブルーチンは、最低回転速度未満の回転速度のような低回転速度で、図１のシャフト１０８のような回転コンポーネントが回転速度を全く有しないとき、あるいは、回転速度が全く測定されなかったときに、図１のエンコーダ１０６のような故障または不明のエンコーダを検出するために使用され得る。図５に示される動作は、モータ車両が丘の上の位置を維持しているとき、エンコーダ故障の誤表示を避けるために、有益である。
【００３６】
５００で、ほぼ０の速度のエンコーダ故障検出サブルーチンが開始する。５０２で、初期化が起こり、ここで、ループカウンタ値が、テストループに対して設定され、故障表示機は、ＦＡＬＳＥに設定され、初期トルクコマンド値は格納され、そして、トルク範囲フラグは、ＦＡＬＳＥに設定される。ループカウンタ値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択でき、例示的な実施形態において、調整可能である。サブルーチンは、５０２から５０４に進む。
【００３７】
５０４で、サブルーチンは、トルクコマンドが、所定の閾値トルク値以上に設定されているかどうかをチェックする。トルクコマンドが、閾値トルク値未満に設定される場合、サブルーチンは、５２０に進み、故障が全く起こらなかったとの表示を戻す。トルクコマンドが、閾値トルク値以上に設定される場合、サブルーチンは、５０６に進む。閾値トルク値は、特定のマシンおよび使用に対して設計選択できる。モータ車両における例示的な実施形態において、閾値トルク値は、エンコーダ故障の誤表示を最小化するように、選択される。
【００３８】
５０６で、サブルーチンは、エンコーダチャネルエッジが検出されたかどうかを見るためにチェックする。トルクコマンドが適用されるとき、機能中のエンコーダは、通常の状態で、チャネル出力にパルスを生成することが期待される。５０６で、エンコーダチャネルエッジが検出されなかった場合、サブルーチンは、５０６から５０８に進む。５０６で、エンコーダチャネルエッジが検出された場合、サブルーチンは、５０６から５２０に進み、故障が全く起こらなかったとの表示を戻す。
【００３９】
５０８で、サブルーチンは、トルクコマンドが、格納された初期トルクコマンド値の選択された閾値範囲内に設定されるかどうかを判断する。トルクコマンドが、格納された初期トルクコマンド値の選択された閾値範囲内に設定される場合、サブルーチンは、５０８から５１２に進む。トルクコマンドが、格納された初期トルクコマンド値の選択された閾値範囲内にない場合、サブルーチンは、５０８から５１０に進む。５１０で、トルク範囲フラグが、ＴＲＵＥに設定され、サブルーチンは、５１０から５１２に進む。
【００４０】
５１２で、サブルーチンは、ループカウンタ値をデクリメントし、５１４に進む。５１４で、サブルーチンは、ループカウンタ値がゼロであるかどうかをチェックする。５１４で、ループカウンタ値がゼロでない場合、サブルーチンは５０４に戻る。５１４で、ループカウンタ値がゼロである場合、サブルーチンは５１６に進む。
【００４１】
５１６で、サブルーチンは、トルク範囲フラグがＴＲＵＥであるかどうかを判断する。５１６で、トルク範囲フラグがＴＲＵＥである場合、サブルーチンは、５１８に進み、ここで、故障表示器をＴＲＵＥに設定する。サブルーチンは、次いで、５１８から５２０に進む。５１６で、トルク範囲フラグがＦＡＬＳＥである場合、サブルーチンは、５１６から５２０に進む。
【００４２】
５２０で、サブルーチンは、故障表示機の値、および、格納された初期トルク値のような任意の他の所望の変数を戻す。
【００４３】
当業者は、本明細書を検討した後に、ゼロに近い速度のエンコーダ故障サブルーチンの実施形態は、図５に示されていない他のアクトを実行し得ること、図５に示す全てのアクトを全て実行し得ないこと、あるいは、異なる順序で図５のアクトを実行し得ることを認識する。例えば、図５のサブルーチンは、ブレーキが設定されるかどうかを判断し、ブレーキが設定される場合、故障が全く起こらなかったことを表示するように改変され得る。
【００４４】
制御システムおよび方法に対する特定の実施形態および例が、例示的な目的のために本明細書に記載されてきたが、様々な同等の改変が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、行われ得ることは、当業者によって、認識される。本明細書に提供された教示は、必ずしも上述のマシンおよびモータ車両ではなく、インクリメントエンコーダを用いる他のシステムにも適用され得る。
【００４５】
上述の様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために、組み合わせられ得る。本明細書にて参照され、および／または、出願データシート（同一出願人による米国特許第６，２４６，３４３号明細書を含むが、それに限定されない）にリストされた全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および、非特許刊行物は、その全体を、参考として、本明細書に援用する。本発明の局面は、様々な特許、特許出願および刊行物のシステム、回路およびコンセプトを用いて、本発明のさらなる実施形態を提供するために、必要に応じて改変され得る。
【００４６】
これらおよび他の変更は、以上の詳細な説明を考慮して、本発明で行われ得る。一般に、以下の請求項において使用される語句は、本発明を、明細書および請求項に開示された特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではなく、インクリメントエンコーダを組み込んだ全ての制御システムを含むものと解釈されるべきである。したがって、本発明は、本開示によって限定されず、その代わりに、本発明の範囲は、以下の請求項によって、完全に決定される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
図面において、同一の参照番号は、同一のエレメントまたはアクトを同定する。図面のエレメントのサイズおよび相対的位置は、必ずしも、縮尺どおりに描かれていない。例えば、様々なエレメントの形状および角度は、縮尺どおりではなく、これらのエレメントの一部は、図面の読みやすさを改善するために、任意に拡大され、位置されている。さらに、図示されたエレメントの特定の形状は、特定のエレメントの実際の形状に関する情報を何ら伝えることを意図されず、図面の認識を容易にするために選択されたに過ぎない。
【図１】図１は、一つの例示的な実施形態に従うエンコーダおよび電気マシンを組み込んだ制御システムの一部の模式図である。
【図２】図２は、図１の実施形態の動作を示すタイミング図である。
【図３】図３は、エンコーダ制御システムの一実施形態の動作を示す流れ図である。
【図４ａ】図４ａは、ほぼゼロに近い速度のエンコーダ故障検出サブルーチンの実施形態の動作を示す流れ図である。
【図４ｂ】図４ｂは、ほぼゼロに近い速度のエンコーダ故障検出サブルーチンの一実施形態の動作を示す流れ図である。
【図５】図５は、ほぼゼロに近い速度のエンコーダ故障検出サブルーチンの別の実施形態の動作を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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