(57)【要約】【課題】過電流を抑制可能なシフトレンジ制御装置を提供する。【解決手段】モータ角度演算部５１は、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１３から取得されるエンコーダ信号に基づき、エンコーダカウント値θｅｎを演算する。駆動制御部５３は、エンコーダカウント値θｅｎが目標シフトレンジに応じた目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。デューティ制限部５５は、所定周期中におけるスイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオン時間の割合であるデューティＤを制限するデューティ制限値Ｄｌｉｍを、エンコーダカウント値θｅｎに応じて決定する。これにより、過電流を抑制可能である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ巻線（１１、１２）を有するモータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジの切り替えを制御するシフトレンジ制御装置であって、
前記モータ巻線の通電を切り替えるスイッチング素子（４１１〜４１６、４２１〜４２６）を有する駆動回路（４１、４２）と、
前記モータの回転位置を検出する回転角センサ（１３）から取得される信号に基づき、モータ角度を演算するモータ角度演算部（５１）、前記モータ角度が目標シフトレンジに応じた目標回転角度となるように、前記モータの駆動を制御する駆動制御部（５３）、および、所定期間における前記スイッチング素子のオン時間の割合であるデューティを制限するデューティ制限値を、前記モータ角度に応じて決定するデューティ制限部（５５）を有する制御部（５０）と、
を備えるシフトレンジ制御装置。
【請求項２】
前記デューティ制限部は、モータ加速時において、前記モータの駆動開始時の前記モータ角度と現在の前記モータ角度との差が大きくなるほど前記デューティ制限値が大きくなるように、前記デューティ制限値を決定する請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項３】
前記デューティ制限部は、モータ減速時において、前記目標回転角度と現在の前記モータ角度との差が小さくなるほど前記デューティ制限値が小さくなるように、前記デューティ制限値を決定する請求項１または２に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項４】
前記デューティ制限部は、前記モータの駆動制御中において、前記モータ角度が変化しない状態が継続判定時間に亘って継続した場合、前記デューティ制限値を通常時よりも小さくする請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項５】
前記継続判定時間は、前記モータの駆動開始時の前記モータ角度と現在の前記モータ角度との差に基づいて推定される推定回転数に応じて設定される請求項４に記載のシフトレンジ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シフトレンジ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、運転者からのシフトレンジ切り替え要求に応じてモータを制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ制御装置が知られている。例えば特許文献１では、モータ速度が目標モータ速度以上となるまでの間、最大デューティでモータを駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−４０４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、低速回転時のデューティが大きいと、電流が大きくなり、駆動回路等が故障する虞がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流を抑制可能なシフトレンジ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のシフトレンジ制御装置は、モータ巻線（１１、１２）を有するモータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジの切り替えを制御するものであって、駆動回路（４１、４２）と、制御部（５０）と、を備える。駆動回路は、モータ巻線の通電を切り替えるスイッチング素子（４１１〜４１６、４２１〜４２６）を有する。
【０００６】
制御部は、モータ角度演算部（５１）、駆動制御部（５３）、および、デューティ制限部（５５）を有する。モータ角度演算部は、モータの回転位置を検出する回転角センサ（１３）から取得される信号に基づき、モータ角度を演算する。駆動制御部は、モータ角度が目標シフトレンジに応じた目標回転角度となるように、モータの駆動を制御する。デューティ制限部は、所定期間におけるスイッチング素子のオン時間の割合であるデューティを制限するデューティ制限値を、モータ角度に応じて決定する。これにより、過電流を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す斜視図である。
【図２】第１実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す概略構成図である。
【図３】第１実施形態によるモータおよびモータドライバを示す回路図である。
【図４】第１実施形態によるトルク、回転数およびモータ電流の関係を示す説明図である。
【図５】第１実施形態によるデューティ制限値演算処理を説明するフローチャートである。
【図６】第１実施形態による駆動制御処理を説明するタイムチャートである。
【図７】参考例による駆動制御処理を説明するタイムチャートである。
【図８】第２実施形態によるデューティ制限値演算処理を説明するフローチャートである。
【図９】第２実施形態による駆動制御処理を説明するタイムチャートである。
【図１０】参考例による駆動制御処理を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明によるシフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態を図１〜図６に示す。図１および図２に示すように、シフトレンジ切替システムとしてのシフトバイワイヤシステム１は、モータ１０、シフトレンジ切替機構２０、パーキングロック機構３０、および、シフトレンジ制御装置４０等を備える。
【００１０】
モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリ４５から電力が供給されることで回転し、シフトレンジ切替機構２０の駆動源として機能する。本実施形態のモータ１０は、永久磁石式のＤＣブラシレスモータである。
【００１１】
図３に示すように、モータ１０は、図示しないステータに巻回される２組のモータ巻線１１、１２を有する。第１モータ巻線１１は、Ｕ１コイル１１１、Ｖ１コイル１１２、および、Ｗ１コイル１１３を有する。第２モータ巻線１２は、Ｕ２コイル１２１、Ｖ２コイル１２２、および、Ｗ２コイル１２３を有する。
【００１２】
図２に示すように、モータ回転角センサとしてのエンコーダ１３は、ロータ１０５の回転位置を検出する。エンコーダ１３は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータと一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ等により構成される。エンコーダ１３は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとにＡ相、Ｂ相およびＣ相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する３相エンコーダである。
【００１３】
減速機１４は、モータ１０のモータ軸と出力軸１５との間に設けられ、モータ１０の回転を減速して出力軸１５に出力する。これにより、モータ１０の回転がシフトレンジ切替機構２０に伝達される。出力軸１５には、出力軸１５の角度を検出する出力軸センサ１６が設けられる。本実施形態の出力軸センサ１６は、例えばポテンショメータである。
【００１４】
図１に示すように、シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、および、ディテントスプリング２５等を有し、減速機１４から出力された回転駆動力を、マニュアルバルブ２８、および、パーキングロック機構３０へ伝達する。
【００１５】
ディテントプレート２１は、出力軸１５に固定され、モータ１０により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート２１がディテントスプリング２５の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。
【００１６】
ディテントプレート２１には、出力軸１５と平行に突出するピン２４が設けられる。ピン２４は、マニュアルバルブ２８と接続される。ディテントプレート２１がモータ１０によって駆動されることで、マニュアルバルブ２８は軸方向に往復移動する。すなわち、シフトレンジ切替機構２０は、モータ１０の回転運動を直線運動に変換してマニュアルバルブ２８に伝達する。マニュアルバルブ２８は、バルブボディ２９に設けられる。マニュアルバルブ２８が軸方向に往復移動することで、図示しない油圧クラッチへの油圧供給路が切り替えられ、油圧クラッチの係合状態が切り替わることでシフトレンジが変更される。
【００１７】
ディテントプレート２１のディテントスプリング２５側には、２つの凹部２２、２３が設けられる。本実施形態では、ディテントスプリング２５の基部に近い側を凹部２２、遠い側を凹部２３とする。本実施形態では、凹部２２がＰレンジ以外のＮｏｔＰレンジに対応し、凹部２３がＰレンジに対応する。
【００１８】
ディテントスプリング２５は、弾性変形可能な板状部材であり、先端にディテントローラ２６が設けられる。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６をディテントプレート２１の回動中心側に付勢する。ディテントプレート２１に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング２５が弾性変形し、ディテントローラ２６が凹部２２、２３間を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２、２３のいずれかに嵌まり込むことで、ディテントプレート２１の揺動が規制され、マニュアルバルブ２８の軸方向位置、および、パーキングロック機構３０の状態が決定され、自動変速機５のシフトレンジが固定される。ディテントローラ２６は、シフトレンジがＮｏｔＰレンジのとき、凹部２２に嵌まり込み、Ｐレンジのとき、凹部２３に嵌まり込む。
【００１９】
パーキングロック機構３０は、パーキングロッド３１、円錐体３２、パーキングロックポール３３、軸部３４、および、パーキングギア３５を有する。パーキングロッド３１は、略Ｌ字形状に形成され、一端３１１側がディテントプレート２１に固定される。パーキングロッド３１の他端３１２側には、円錐体３２が設けられる。円錐体３２は、他端３１２側にいくほど縮径するように形成される。ディテントプレート２１が逆回転方向に揺動すると、円錐体３２がＰ方向に移動する。
【００２０】
パーキングロックポール３３は、円錐体３２の円錐面と当接し、軸部３４を中心に揺動可能に設けられる、パーキングロックポール３３のパーキングギア３５側には、パーキングギア３５と噛み合い可能な凸部３３１が設けられる。ディテントプレート２１が逆回転方向に回転し、円錐体３２がＰ方向に移動すると、パーキングロックポール３３が押し上げられ、凸部３３１とパーキングギア３５とが噛み合う。一方、ディテントプレート２１が正回転方向に回転し、円錐体３２がＮｏｔＰ方向に移動すると、凸部３３１とパーキングギア３５との噛み合いが解除される。
【００２１】
パーキングギア３５は、図示しない車軸に設けられ、パーキングロックポール３３の凸部３３１と噛み合い可能に設けられる。パーキングギア３５と凸部３３１とが噛み合うと、車軸の回転が規制される。シフトレンジがＮｏｔＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によりロックされず、車軸の回転は、パーキングロック機構３０により妨げられない。また、シフトレンジがＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によってロックされ、車軸の回転が規制される。
【００２２】
図２および図３に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、駆動回路としてのモータドライバ４１、４２、および、ＥＣＵ５０等を備える。図３に示すように、第１モータドライバ４１は、第１モータ巻線１１の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４１１〜４１６がブリッジ接続される。対になるＵ相のスイッチング素子４１１、４１４の接続点には、Ｕ１コイル１１１の一端が接続される。対になるＶ相のスイッチング素子４１２、４１５の接続点には、Ｖ１コイル１１２の一端が接続される。対になるＷ相のスイッチング素子４１３、４１６の接続点には、Ｗ１コイル１１３の一端が接続される。コイル１１１〜１１３の他端は、結線部１１５で結線される。
【００２３】
第２モータドライバ４２は、第２モータ巻線１２の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４２１〜４２６がブリッジ接続される。対になるＵ相のスイッチング素子４２１、４２４の接続点には、Ｕ２コイル１２１の一端が接続される。対になるＶ相のスイッチング素子４２２、４２５の接続点には、Ｖ２コイル１２２の一端が接続される。対になるＷ相のスイッチング素子４２３、４２６の接続点には、Ｗ２コイル１２３の一端が接続される。コイル１２１〜１２３の他端は、結線部１２５で結線される。本実施形態のスイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ等の他の素子を用いてもよい。
【００２４】
図２および図３に示すように、モータドライバ４１とバッテリ４５との間には、モータリレー４６が設けられる。モータドライバ４２とバッテリ４５との間には、モータリレー４７が設けられる。モータリレー４６、４７は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているときにオンされ、モータ１０側へ電力が供給される。また、モータリレー４６、４７がオンされているとき、バッテリ４５からモータ１０側へ電力が供給され、オフされているとき、バッテリ４５からモータ１０側への電力が遮断される。バッテリ４５の高電位側には、バッテリ電圧を検出する電圧センサ４８が設けられる。
【００２５】
図２に示すように、ＥＣＵ５０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、スイッチング素子４１１〜４１６のオンオフ作動を制御し、図示しないシフトレバー等の操作により入力されるドライバ要求シフトレンジと、シフトレンジ切替機構２０におけるシフトレンジとが一致するように、モータ１０の駆動を制御する。また、ＥＣＵ５０は、車速、アクセル開度、および、ドライバ要求シフトレンジ等に基づき、変速用油圧制御ソレノイド６の駆動を制御する。変速用油圧制御ソレノイド６を制御することで、変速段が制御される。変速用油圧制御ソレノイド６は、変速段数等に応じた本数が設けられる。本実施形態では、１つのＥＣＵ５０がモータ１０およびソレノイド６の駆動を制御するが、モータ１０を制御するモータ制御用のモータＥＣＵと、ソレノイド制御用のＡＴ−ＥＣＵとを分けてもよい。以下、モータ１０の駆動制御を中心に説明する。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、駆動制御部５３、および、デューティ制限部５５等を有する。角度演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるエンコーダ信号の各相のパルスエッジをカウントし、エンコーダカウント値θｅｎを演算する。エンコーダカウント値θｅｎは、モータ１０の回転位置に応じた値であって、「モータ角度」に対応する。
【００２８】
駆動制御部５３は、エンコーダカウント値θｅｎが、目標シフトレンジに応じて設定される目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎに基づいて、通電相を切り替えていくことで、モータ１０を回転させる。例えば通電相がＵＶ相であれば、Ｕ相の上アーム素子であるスイッチング素子４１１、４２１をオン、Ｖ相の下アーム素子であるスイッチング素子４１５、４２５を設定されたデューティＤにてオンオフする。デューティＤは、１周期中におけるオン時間の割合であり、本実施形態では、加速時を正、減速時を負として定義する。デューティ制限部５５は、デューティＤを制限するデューティ制限値Ｄｌｉｍを設定する。
【００２９】
ここで、モータ回転数、トルク、および、モータ電流の関係を図４に示す。図４は、横軸をトルク、縦軸をモータ回転数およびモータ電流とする。図４に示すように、モータ回転数が小さい状態にて大きなトルクを出力する場合、モータ電流が大きくなる。また、モータ電流Ｉｍが上限値Ｉｌｉｍを超えると、モータドライバ４１、４２の故障に至る虞がある。
【００３０】
参考例として、レンジ切替時間が短くなるよう応答性を向上させるべく、モータ駆動初期の加速域におけるデューティを１００％とすると、モータ低速時には、モータ電流Ｉｍが上限値Ｉｌｉｍを超え、モータドライバ４１、４２を破壊する虞がある。これを回避するための対策として、電流制限回路を設けることもできるが、当該機能を実現するための部品が別途必要となり、部品点数の増加および基板上の実装面積が増加してしまう。また、ソフトウェアで電流制限機能を入れる場合、スイッチング素子のオン時間の所定タイミングでのＡＤ変換等、ハイスペックな演算性能が要求される。また、電流制限回路またはソフトウェアでの電流制限を行うと、最大トルクが低下するため、応答性が低下する。
【００３１】
そこで本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎ応じてデューティ制限値Ｄｌｉｍを可変させることで、回路変更等を行うことなく、応答性を犠牲にすることもなく、過電流を防ぎ、モータドライバ４１、４２を保護する。
【００３２】
本実施形態のデューティ制限値演算処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、レンジ切替中において、デューティ制限部５５にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。
【００３３】
デューティ制限値演算処理の説明に先立ち、駆動カウントθＡおよび残りカウントθＢについて説明する。目標シフトレンジが切り替わったとき、モータ１０の駆動を開始する前のエンコーダカウント値である駆動開始時のエンコーダカウント値θｅｎ＿ｉｎｉｔが図示しない記憶部に保持される。現在のエンコーダカウント値θｅｎと駆動開始時のエンコーダカウント値θｅｎ＿ｉｎｉｔとの差の絶対値を駆動カウントθＡとする（式（１）参照）。
【００３４】
θＡ＝｜θｅｎ−θｅｎ＿ｉｎｉｔ｜    ・・・（１）
【００３５】
また、目標シフトレンジが切り替わると、目標シフトレンジに応じた目標カウント値θｃｍｄが設定される。目標カウント値θｃｍｄと現在のエンコーダカウント値θｅｎとの差の絶対値を残りカウントθＢとする（式（２）参照）。
【００３６】
θＢ＝｜θｃｍｄ−θｅｎ｜    ・・・（２）
【００３７】
図５中のＳ１０１では、デューティ制限部５５は、駆動カウントθＡが１より小さいか否かを判断する。駆動カウントθＡが１より小さいと判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とする。駆動カウントθＡが１以上であると判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行する。
【００３８】
Ｓ１０３では、デューティ制限部５５は、駆動カウントθＡが２より小さいか否かを判断する。駆動カウントθＡが２より小さいと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを６０％とする。駆動カウントθＡが２以上であると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０５では、デューティ制限部５５は、駆動カウントθＡが３より小さいか否かを判断する。駆動カウントθＡが３より小さいと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを７０％とする。駆動カウントθＡが３以上であると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。
【００４０】
Ｓ１０７では、デューティ制限部５５は、駆動カウントθＡが４より小さいか否かを判断する。駆動カウントθＡが４より小さいと判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを８０％とする。駆動カウントθＡが４以上であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０９へ移行する。
【００４１】
Ｓ１０９では、デューティ制限部５５は、駆動カウントθＡが５より小さいか否かを判断する。駆動カウントθＡが５より小さいと判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ１１０へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを９０％とする。駆動カウントθＡが５以上であると判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、Ｓ１１１へ移行する。
【００４２】
Ｓ１１１では、デューティ制限部５５は、残りカウントθＢが２より小さいか否かを判断する。残りカウントθＢが２より小さいと判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とする。残りカウントθＢが２以上であると判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、Ｓ１１３へ移行する。
【００４３】
Ｓ１１３では、デューティ制限部５５は、残りカウントθＢが３より小さいか否かを判断する。残りカウントθＢが３より小さいと判断された場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、Ｓ１１４へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを６０％とする。残りカウントθＢが３以上であると判断された場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、Ｓ１１５へ移行する。
【００４４】
Ｓ１１５では、デューティ制限部５５は、残りカウントθＢが４より小さいか否かを判断する。残りカウントθＢが４より小さいと判断された場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、Ｓ１１６へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを７０％とする。残りカウントθＢが４以上であると判断された場合（Ｓ１１５：ＮＯ）、Ｓ１１７へ移行する。
【００４５】
Ｓ１１７では、デューティ制限部５５は、残りカウントθＢが５より小さいか否かを判断する。残りカウントθＢが５より小さいと判断された場合（Ｓ１１７：ＹＥＳ）、Ｓ１１８へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを８０％とする。残りカウントθＢが４以上であると判断された場合（Ｓ１１７：ＮＯ）、すなわち、駆動カウントθＡが５以上であり、かつ、残りカウントθＢが５以上の場合、デューティ制限を行わず、本処理を終了する。
【００４６】
図５では、駆動初期のデューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とし、エンコーダカウント値θｅｎが１カウント変わるごとに、デューティ制限値Ｄｌｉｍを１０％ずつ増やし、５カウント以上、モータ１０が駆動された場合、デューティ制限を解除している。また、目標カウント値θｃｍｄまで残り４カウントとなったときのデューティ制限値Ｄｌｉｍを８０％とし、エンコーダカウント値θｅｎが１カウント変わるごとに、デューティ制限値Ｄｌｉｍを１０％ずつ減らし、目標カウント値θｃｍｄまで残り１カウントでのデューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％としている。図５にて示したデューティ制限値Ｄｌｉｍおよびデューティ制限値Ｄｌｉｍを切り替えるカウント幅等は、一例であって、任意に設定可能である。
【００４７】
本実施形態の駆動制御処理を図６のタイムチャートに示す。図６では、横軸を共通時間軸とし、上段から、シフトレンジ切替要求、角度、デューティ、回転数、モータ電流を示す。角度は、エンコーダカウント値θｅｎを実線、目標カウント値θｃｍｄを一点鎖線で示した。また、Ｐレンジに対応するエンコーダカウント値を（Ｐ）、ｎｏｔＰレンジに対応する角度を（ｎｏｔＰ）と記載した。また、本実施形態では、実際のデューティＤを実線、デューティ制限値Ｄｌｉｍを二点鎖線で示し、加速時を正、減速時を負と定義する。すなわち、正負が異なっていても、絶対値が同じであれば、所定期間におけるオン時間の比は同じであり、デューティ制限値Ｄｌｉｍは、絶対値が等しい正負両側の値に設定される。ここでは、ＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合を例に説明する。図７、図９および図１０も同様とする。
【００４８】
図６に示すように、時刻ｔ１０にて、要求シフトレンジがＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替わると、切替要求がオンになる。また、制御モードがスタンバイモードからフィードバックモードに切り替わり、目標カウント値θｃｍｄが設定される。本実施形態では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までを加速域、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までを定速域、時刻ｔ１３から時刻ｔ１５までを減速域とする。また、時刻ｔ１５にて、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む所定範囲内（例えば±２カウント）となると、フィードバックモードから停止モードに切り替える。停止制御では、所定デューティでの固定相通電を行い、モータ１０を確実に停止させる。なお、停止制御は固定相通電に限らず、どのような制御であってよい。所定時間に亘って停止制御を行った後、時刻ｔ１６にてスタンバイモードに切り替える。
【００４９】
ここで、図７に示す参考例のように、駆動開始直後の低速回転時において、デューティ制限を行わず、例えばデューティ１００％にてモータ１０を駆動すると、時刻ｔｘ１から時刻ｔｘ２の期間、上限値Ｉｌｉｍを超えるモータ電流Ｉｍが流れる。また、減速時においても、デューティ制限を行わず、例えばデューティ−１００％にてモータ１０を駆動すると、時刻ｔｙ１から時刻ｔｙ２の期間、上限値Ｉｌｉｍを超える電流が流れる。
【００５０】
シフトレンジを切り替える際、切替要求に応じてモータ１０の駆動を開始し、目標シフトレンジに応じた目標カウント値θｃｍｄにてモータ１０を停止させる。そのため、駆動カウントθＡおよび残りカウントθＢが小さいとき、モータ１０が低速回転しておりモータ電流Ｉｍが大きくなる虞があるので、デューティ制限値Ｄｌｉｍを小さく設定する。これにより、モータドライバ４１、４２を保護可能である。一方、駆動カウントθＡおよび残りカウントθＢが大きいとき、モータ１０はある程度以上の高速回転しておりモータ電流Ｉｍが小さくなるため、デューティ制限をしない。これにより、トルクを抑制せず、応答性を確保可能である。
【００５１】
具体的には、図６に示すように、時刻ｔ１０では、駆動カウントθＡ＝０であるので、デューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とする。また、駆動カウントθＡが１カウント増えるごとに、モータ１０の回転速度が大きくなるので、デューティ制限値Ｄｌｉｍを、６０％、７０％、８０％、９０％と段階的に引き上げていく。時刻ｔ１１にて、駆動カウントθＡが５以上となると、デューティ制限値Ｄｌｉｍを１００％とし、デューティ制限を解除する。また、残りカウントθＢが５となるまでの間、デューティ制限が行われていない状態を継続する。
【００５２】
時刻ｔ１４にて、残りカウントθＢが４になると、デューティ制限値Ｄｌｉｍを８０％とする。また、残りカウントθＢが１カウント減るごとに、モータ１０の回転速度が小さくなるので、デューティ制限値Ｄｌｉｍを７０％、６０％、５０％と引き下げていく。これにより、シフトレンジ切替開始から完了までの間のモータ電流Ｉｍを、上限値Ｉｌｉｍ未満に抑えることができる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態のシフトレンジ制御装置４０は、モータ巻線１１、１２を有するモータ１０の駆動を制御することでシフトレンジの切り替えを制御するものであって、モータドライバ４１、４２と、ＥＣＵ５０と、を備える。モータドライバ４１、４２は、モータ巻線１１、１２の通電を切り替えるスイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６を有する。
【００５４】
ＥＣＵ５０は、モータ角度演算部５１、駆動制御部５３、および、デューティ制限部５５を有する。モータ角度演算部５１は、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１３から取得されるエンコーダ信号に基づき、エンコーダカウント値θｅｎを演算する。駆動制御部５３は、エンコーダカウント値θｅｎが目標シフトレンジに応じた目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。デューティ制限部５５は、所定期間におけるスイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオン時間の割合であるデューティＤを制限するデューティ制限値Ｄｌｉｍを、エンコーダカウント値θｅｎに応じて決定する。
【００５５】
本実施形態では、容易にモニタ可能な情報であるエンコーダカウント値θｅｎに基づいてデューティ制限値Ｄｌｉｍを可変にすることで、回路変更等を行うことなく、過電流を抑制してモータドライバ４１、４２を保護可能であるとともに、レンジ切替応答性を確保することができる。
【００５６】
デューティ制限部５５は、モータ加速時において、モータ１０の駆動開始時のエンコーダカウント値θｅｎ＿ｉｎｉｔと、現在のエンコーダカウント値θｅｎとの差である駆動カウントθＡが大きくなるほど、デューティ制限値Ｄｌｉｍが大きくなるように、デューティ制限値Ｄｌｉｍを決定する。これにより、モータ始動時の低速回転時の過電流を防ぐことができる。
【００５７】
デューティ制限部５５は、モータ減速時において、目標カウント値θｃｍｄと、現在のエンコーダカウント値θｅｎとの差である残りカウントθＢｇ小さくなるほど、デューティ制限値Ｄｌｉｍが小さくなるように、デューティ制限値Ｄｌｉｍを決定する。これにより、モータ停止前の低速回転時の過電流を防ぐことができる。
【００５８】
本実施形態では、モータドライバ４１、４２が「駆動回路」、ＥＣＵ５０が「制御部」、エンコーダ１３が「回転角センサ」に対応する。また、エンコーダカウント値θｅｎが「モータ角度」、目標カウント値θｃｍｄが「目標回転角度」に対応する。
【００５９】
（第２実施形態）
第２実施形態を図８〜図１０に示す。本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎに応じたデューティ制限により、ロック電流による過電流を防ぐ。本実施形態のデューティ制限値演算処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、目標シフトレンジが切り替わってから停止制御を開始するまでの期間に所定の周期で実行されるものであって、図５にて説明したデューティ制限値演算処理と並行して実施可能である。
【００６０】
Ｓ２０１では、デューティ制限部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが変化したか否かを判断する。エンコーダカウント値θｅｎが変化したと判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行し、継続カウント値Ｃｔをクリアし、本ルーチンを終了する。エンコーダカウント値θｅｎが変化していないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２０３へ移行する。Ｓ２０３では、デューティ制限部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが切り替わっていない時間を計時する継続カウント値Ｃｔをインクリメントする。
【００６１】
Ｓ２０４では、デューティ制限部５５は、推定回転数Ｎｅを算出する。推定回転数Ｎｅは、モータ１０が正常に回転しているときの値であって、駆動カウントθＡに基づくマップ演算等により算出される。
【００６２】
Ｓ２０５では、推定回転数Ｎｅに基づき、継続判定時間Ｔ＿ｔｈを設定する。継続判定時間Ｔ＿ｔｈは、推定回転数Ｎｅにてモータ１０が回転しているときに、同一の通電相が継続される時間である同一通電相継続時間Ｔｅ以上の値に設定される。また、継続判定時間Ｔ＿ｔｈに相当するカウント値を判定カウント値Ｃｔ＿ｔｈとする。
【００６３】
Ｓ２０６では、継続カウント値Ｃｔが判定カウント値Ｃｔ＿ｔｈ以上か否かを判断する。継続カウント値Ｃｔが判定カウント値Ｃｔ＿ｔｈ未満であると判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０７の処理を行わず、本ルーチンを終了する。継続カウント値Ｃｔが判定カウント値Ｃｔ＿ｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行し、デューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とする。ここで設定されるデューティ制限値Ｄｌｉｍは、ロック通電時にモータ電流Ｉｍが上限値Ｉｌｉｍを超えず、かつ、正常時に通電相を切替可能な任意の値とする。
【００６４】
ここで参考例による駆動制御処理を図１０に示す。時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの処理は第１実施形態と同様であって、時刻ｔ１１にて、デューティ制限が解除され、以降、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＝１００％となる。正常時、通電相が順次切り替わっていれば、電流が小さくなる（図６参照）。一方、正常時に定速域となる時刻ｔ１２より前のタイミングである時刻ｔｚ１にて、モータ１０が停止する異常が発生した場合、同じ通電相にロック通電されると、上限値Ｉｌｉｍより大きいモータ電流Ｉｍが流れる虞がある。デューティ制限されないモータ電流Ｉｍが流れ続けると、異常確定までの間に、モータドライバ４１、４２の回路故障に至る虞がある。
【００６５】
そこで本実施形態では、図９に示すように、駆動カウントθＡに基づいて、推定回転数Ｎｅを算出する。そして、モータ１０が推定回転数Ｎｅにて回転しているときの同一通電相継続時間Ｔｅを割り出し（図８中のＳ２０４）、継続判定時間Ｔ＿ｔｈを設定する（Ｓ２０５）。例えば、推定回転数Ｎｅが４０００［ｒｐｍ］のとき、０．６２５［ｍｓ］で通電相が切り替わる計算であれば、継続判定時間Ｔ＿ｔｈを１［ｍｓ］に設定する、といった具合である。そして、モータ１０が停止する異常が発生した時刻ｔｚ１から、継続判定時間Ｔ＿ｔｈが経過した時刻ｔｚ２にて、デューティ制限値Ｄｌｉｍを５０％とする（Ｓ２０７）。また、異常発生から所定時間が経過した時刻ｔｚ３にて、異常確定し、フェイルモードに移行する。
【００６６】
これにより、モータ１０が停止する異常が発生している場合であっても、異常確定前に上限値Ｉｌｉｍを超えるモータ電流Ｉｍが流れないので、モータドライバ４１、４２の回路故障を防ぐことができる。
【００６７】
本実施形態では、デューティ制限部５５は、モータ１０の駆動制御中において、エンコーダカウント値θｅｎが変化しない状態が継続判定時間Ｔ＿ｔｈに亘って継続した場合、デューティ制限値Ｄｌｉｍを通常時よりも小さくする。これにより、モータ１０が停止する故障が生じた場合の過電流が抑制され、モータドライバ４１、４２を保護することができる。
【００６８】
継続判定時間Ｔ＿ｔｈは、モータ駆動開始時のエンコーダカウント値θｅｎ＿ｉｎｉｔと、現在のエンコーダカウント値θｅｎとの差である駆動カウントθＡに基づいて推定される推定回転数Ｎｅに応じて設定される。これにより、モータ１０が停止する故障が発生した場合において、デューティ制限を適切に行うことができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００６９】
（他の実施形態）
第１実施形態では、駆動カウントθＡおよび残りカウントθＢに応じてデューティ制限を行う。他の実施形態では、例えば減速域において、デューティ制限を行わなくてもモータ電流が上限値を超えない場合、残りカウントθＢに応じたモータ減速時のデューティ制限を省略してもよい。また上記実施形態では、（１）加速時のデューティ制限、（２）減速時のデューティ制限、（３）モータが停止する故障が生じたときのデューティ制限について説明した。他の実施形態では、上記（１）〜（３）のうちの一部を省略してもよい。第２実施形態では、駆動カウントに応じて継続判定時間を可変とする。他の実施形態では、駆動カウントによらず、継続判定時間を固定としてもよい。
【００７０】
上記実施形態では、モータ巻線およびモータドライバが２組設けられる。他の実施形態では、モータ巻線およびモータドライバは１組であってもよいし、３組以上であってもよい。
【００７１】
上記実施形態では、モータの回転角を検出するモータ回転角センサは、３相エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、２相エンコーダであってもよいし、エンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。上記実施形態では、出力軸センサとしてポテンショメータを例示した。他の実施形態では、出力軸センサは、どのようなものであってもよい。また、出力軸センサを省略してもよい。
【００７２】
上記実施形態では、ディテントプレートには２つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は２つに限らず、例えばレンジ毎に凹部が設けられていてもよい。また、シフトレンジ切替機構やパーキングロック機構等は、上記実施形態と異なっていてもよい。
【００７３】
上記実施形態では、モータ軸と出力軸との間に減速機が設けられる。減速機の詳細について、上記実施形態では言及していないが、例えば、サイクロイド歯車、遊星歯車、モータ軸と略同軸の減速機構から駆動軸へトルクを伝達する平歯歯車を用いたものや、これらを組み合わせて用いたもの等、どのような構成であってもよい。また、他の実施形態では、モータ軸と出力軸との間の減速機を省略してもよいし、減速機以外の機構を設けてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・モータ
１１、１２・・・モータ巻線
１３・・・エンコーダ（モータ回転角センサ）
４０・・・シフトレンジ制御装置
４１、４２・・・モータドライバ（駆動回路）
４１１〜４１６、４２１〜４２６・・・スイッチング素子
５０・・・ＥＣＵ（制御部）
５１・・・角度演算部
５３・・・駆動制御部
５５・・・デューティ制限部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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