(57)【要約】【課題】高精度の位置決め制御を実現可能であるシフトレンジ制御装置を提供する。【解決手段】シフトレンジ制御装置４０は、モータ１０の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものである。パラメータ演算部５１は、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１３から取得されるモータ回転角信号ＳｇＥに基づき、モータ角度であるエンコーダカウント値θｅｎを演算する。パラメータ演算部５１は、エンコーダカウント値θｅｎに基づき、モータ加速度ａを演算する。パラメータ演算部５１は、モータ加速度ａの電気角所定周期分および機械角所定周期分の移動平均である加速度移動平均値Ａ、ＡＡを演算する。駆動制御部５５は、加速度移動平均値Ａ、ＡＡを用い、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。これにより、高精度の位置決め制御を実現可能である。【選択図】  図２
2019050680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（１０）の駆動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であって、
前記モータの回転位置を検出するモータ回転角センサ（１３）から取得されるモータ回転角信号に基づき、モータ角度を演算する角度演算部（５１）と、
前記モータ角度に基づき、モータ加速度を演算する加速度演算部（５１）と、
前記モータ加速度の電気角所定周期分および機械角所定周期分の少なくとも一方の移動平均である加速度移動平均値を演算する移動平均演算部（５１）と、
前記加速度移動平均値を用い、前記モータ角度が目標シフトレンジに応じたモータ角度目標値となるように、前記モータの駆動を制御する駆動制御部（５５）と、
を備えるシフトレンジ制御装置。
【請求項２】
前記モータの回転軸であるモータ軸（１０５）と前記モータの回転が伝達される出力軸（１５）との間には、遊びが存在しており、
前記駆動制御部は、前記遊びの範囲内にて前記モータが回転している空走状態の終了を前記加速度移動平均値を用いて判定する空走判定部（５６）、および、前記空走状態の終了時における前記モータ角度に応じた値である角度補正値を用い、前記モータ角度目標値を設定する目標設定部（５７）を有する請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項３】
前記空走判定部は、前記加速度移動平均値に基づいて演算される推定負荷トルクが負荷判定閾値より大きいと判断された場合、前記空走状態が終了したと判定する請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項４】
前記モータ加速度は、前記モータ回転角信号のパルスエッジ割り込み毎に演算される請求項１〜３のいずれか一項に記載の演算される請求項１〜３のいずれか一項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替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切替装置が知られている。例えば特許文献１では、モータの駆動制御に出力軸センサの検出値を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開３８４９８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、例えば出力軸センサの検出値を利用できない場合、モータを精度よく位置決め制御できない虞がある。
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、高精度の位置決め制御を実現可能である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（１０）の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものであって、角度演算部（５１）と、加速度演算部（５１）と、移動平均演算部（５１）と、駆動制御部（５５）と、を備える。
角度演算部は、モータの回転位置を検出するモータ回転角センサ（１３）から取得されるモータ回転角信号に基づき、モータ角度を演算する。加速度演算部は、モータ角度に基づき、モータ加速度を演算する。移動平均演算部は、モータ加速度の電気角所定周期分および機械角所定周期分の少なくとも一方の移動平均である加速度移動平均値を演算する。駆動制御部は、加速度移動平均値を用い、モータ角度が目標シフトレンジに応じたモータ角度目標値となるように、モータの駆動を制御する。
加速度移動平均値を演算することで、モータ加速度の振動成分を低減可能であるので、加速度移動平均値を用いて、高精度の位置決め制御を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一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】一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】一実施形態によるモータトルクの演算に用いられるマップを説明する説明図である。
【図４】一実施形態によるモータと出力軸との間の遊びを説明する模式図である。
【図５】一実施形態による目標設定処理を説明するフローチャートである。
【図６】一実施形態によるモータ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】
【０００７】
シフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
一実施形態によるシフトレンジ制御装置を図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である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。
モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリ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。
【０００８】
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、モータ１０の図示しないロータ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相およびＢ相のパルス信号を出力する。以下、エンコーダ１３からの信号をモータ回転角信号ＳｇＥとする。
【０００９】
減速機１４は、モータ１０のモータ軸１０５（図４参照）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。
本実施形態では、出力軸１５の回転位置を検出する出力軸センサが省略されている。
【００１０】
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。
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
図２に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、モータドライバ４１、および、ＥＣＵ５０等を有する。
モータドライバ４１は、図示しないスイッチング素子を有し、ＥＣＵ５０からの指令に基づいてスイッチング素子をオンオフすることで、モータ１０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）への通電を切り替える。これにより、モータ１０の駆動が制御される。モータドライバ４１とバッテリとの間には、モータリレー４６が設けられる。モータリレー４６は、イグニッションスイッチ等である車両の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は、始動スイッチがオフされているときにオフされ、モータ１０側への電力の供給が遮断される。
【００１８】
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。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジ、ブレーキスイッチからの信号および車速等に基づいてモータ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。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。
【００２０】
図２に示すように、ＥＣＵ５０は、パラメータ演算部５１、および、駆動制御部５５等を有する。
パラメータ演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるモータ回転角信号ＳｇＥに基づき、エンコーダ１３のカウント値である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の実際の機械角および電気角に応じた値である。本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎが「モータ角度」に対応する。エンコーダカウント値θｅｎは、モータ回転角信号ＳｇＥのエッジ割り込み毎に演算される。
【００２１】
パラメータ演算部５１は、モータ回転角信号ＳｇＥのエッジ割り込み毎に、モータ速度ＳＰｍ［ｄｅｇ／ｓ］を演算する（式（１）参照）。式中の定数ｋｅは、エンコーダカウント値θｅｎの１カウントに相当するモータ回転角度、ｔ(n)は今回割り込み時刻、ｔ(n-1)は前回割り込み時刻である。モータ速度ＳＰｍは、単位時間あたりのモータ角度の変化量と捉えることもできる。
ＳＰｍ＝ｋｅ／（ｔ(n)−ｔ(n-1)）    ・・・（１）
【００２２】
パラメータ演算部５１は、モータ回転角信号ＳｇＥのエッジ割り込み毎に、モータ加速度ａ［ｄｅｇ／ｓ2］を演算する（式（２）参照）。式中のＳＰｍ(n)は今回演算時のモータ速度、ＳＰｍ(n-1)は、前回演算時のモータ速度とする。
ａ＝（ＳＰｍ(n)−ＳＰｍ(n-1)）／（ｔ(n)−ｔ(n-1)）    ・・・（２）
なお、モータ速度ＳＰｍおよびモータ加速度ａは、例えばモータ角度の微分等、どのように演算してもよい。また、演算周期等は、適宜設定可能である。
【００２３】
パラメータ演算部５１は、モータ回転角信号ＳｇＥのエッジ割り込み毎に、モータ加速度ａの移動平均値である加速度移動平均値Ａ、ＡＡを演算する。
加速度移動平均値Ａは、電気角１周期（＝３６０°）分の移動平均値である。今回演算時のモータ加速度をａ(i)、ｊ回前の演算時のモータ加速度をａ(i-j)、電気角１周期あたりのエンコーダ割り込み回数をｇとすると、加速度移動平均値Ａは、式（３）で演算される。
Ａ＝｛ａ(i-g+1)＋ａ(i-g+2)＋・・・＋ａ(i-1)＋ａ(i)｝／ｇ
・・・（３）
【００２４】
加速度移動平均値ＡＡは、機械角１周期（＝３６０°）分の移動平均値である。今回演算時の電気角１周期分の加速度移動平均値ＡをＡ(i)、ｊ回前の演算時の加速度移動平均値ＡをＡ(i-j)、機械角１周期あたりのエンコーダ割り込み回数をｈとすると、機械角１周期分の加速度移動平均値ＡＡは、式（４）で表される。
ＡＡ＝｛Ａ(i-h+1)＋Ａ(i-h+2)＋・・・＋Ａ(i-1)＋Ａ(i)｝／ｈ
・・・（４）
式中のｇ、ｈは、エンコーダ１３の分解能および極対数等に応じて決定される値であって、例えばｇ＝１２、ｈ＝９６である。
【００２５】
パラメータ演算部５１は、推定負荷トルクＴＬ［Ｎｍ］を演算する。推定負荷トルクＴＬは、式（５）で演算される。
ＴＬ＝ＴＭ(SPm)−ｋｉ×ＡＡ    ・・・（５）
【００２６】
式中のＴＭ(SPm)は、モータトルクＴＭがモータ速度ＳＰｍに基づく関数であることを意味する。本実施形態では、モータトルクＴＭは、図３に示すマップを用いて演算される。図３に示すように、モータトルクＴＭは、モータ速度ＳＰｍが小さいほど、大きい値となる。また、式中の定数ｋｉは、イナーシャに応じた値である。
演算された推定負荷トルクＴＬは、フィルタ処理された値が空走判定に用いられる。以下、推定負荷トルクＴＬは、フィルタ処理後の値とする。
パラメータ演算部５１にて演算された値は、各種制御演算等に用いられる。
【００２７】
駆動制御部５５は、空走判定部５６、目標設定部５７、および、信号生成部５８を有する。
空走判定部５６は、モータ軸１０５と出力軸１５との間の遊びの範囲にてモータ１０が回転している空走状態か否かを判定する。特に、空走判定部５６は、空走判定により、空走状態が終了するタイミングを検出する。本実施形態では、加速度移動平均値ＡＡを用いて演算される推定負荷トルクＴＬに基づいて空走判定を行う。
【００２８】
目標設定部５７は、シフトスイッチ等に基づくドライバ要求シフトレンジ、車速、および、ブレーキスイッチからの信号等に基づき、目標シフトレンジを設定する。また、目標設定部５７は、目標シフトレンジ等に応じ、モータ角度目標値である目標カウント値θｃｍｄを設定する。また、目標カウント値θｃｍｄは、空走終了時のエンコーダカウント値θｅｎに応じた角度補正値θｐにて補正される。
【００２９】
信号生成部５８は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなる回転位置にてモータ１０が停止するように、フィードバック制御等により、モータ１０の駆動制御に係る制御信号を生成する。生成された制御信号は、モータドライバ４１に出力される。モータ１０の駆動制御の詳細は、どのようであってもよい。
【００３０】
ここで、モータ１０の回転軸であるモータ軸１０５、出力軸１５およびディテントプレート２１の関係を図４に示す。図４においては、実線で示す状態から二点鎖線で示す状態へとモータ１０が回転することで、ディテントローラ２６がディテントプレート２１の凹部２２、２３間の山部２１０を乗り越え、ドライバ要求シフトレンジに応じた凹部２２、２３に嵌まり込む状態を模式的に示している。ここでは、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへの切り替えを例に説明する。図４においては、モータ１０および出力軸１５の回転方向を、紙面左右方向として説明する。また、図４は、「遊び」を概念的に示す模式図であって、出力軸１５と減速機１４とが一体となっており、モータ軸１０５が減速機１４の遊びの範囲で移動可能であるものとして記載しているが、モータ軸１０５と減速機１４とが一体となっており、減速機１４と出力軸１５との間に「遊び」が存在しているように構成しても差し支えない。
【００３１】
図４に示すように、モータ軸１０５と出力軸１５との間には、減速機１４が設けられており、モータ軸１０５と出力軸１５との間のギアバックラッシュを含む「遊び」が存在している。本実施形態では、モータ１０はＤＣブラシレスモータであって、モータ１０への通電が停止されているとき、コギングトルク等の影響により、遊びの範囲内にてモータ軸１０５が回転し、モータ軸１０５と減速機１４とが離間することがある。
【００３２】
また、矢印Ｙｇに示すように、モータ軸１０５と減速機１４とが回転方向において離間している状態にてモータ１０が回転する場合、モータ軸１０５と減速機１４とが当接するまでの間、モータ１０は空走状態となり、モータ１０の回転は、出力軸１５側へ伝達されない。以下適宜、遊びの範囲内にてモータ１０の回転が出力軸１５に伝達されない状態を「ガタ空走状態」または「空走状態」とし、ガタ空走状態となる区間を「空走区間」とする。また、ガタ空走状態が終了することを、「ガタ詰まり」とする。
【００３３】
ガタ空走が終了すると、モータ１０と出力軸１５およびディテントプレート２１とが一体となって回転する。これにより、ディテントローラ２６は、凹部２２、２３間の山部２１０を乗り越え、凹部２２へ移動する。ガタ空走状態の終了後、ディテントローラ２６が凹部２２、２３間を移動している区間を、「谷谷間回転区間」とする。また、ガタ空走状態の終了から、山部２１０の頂点を乗り越える前までの区間を「一体回転区間」とする。
【００３４】
ところで、モータ１０への通電をオフしている状態からシフトレンジを切り替えるべく通電を開始したとき、モータ軸１０５が「遊び」の範囲内のどの位置にあるかを特定することが困難である。また、モータ軸１０５と減速機１４とが回転方向側にて離間している場合、モータ軸１０５と減速機１４とが当接している状態からモータ１０を回転させる場合と比較し、ガタ空走の分、モータ１０を余分に回転させる必要がある。
【００３５】
例えば特許文献１では、突き当て制御を実行することで、遊び量を学習している。突き当て制御では、比較的大きなトルクにて可動範囲の限界位置までモータ１０を回転させるので、シフトレンジ切替機構２０のディテント機構にストレスがかかる。そのため、突き当て制御におけるストレスがかかっても破損しないように、シフトレンジ切替機構２０を設計する必要がある。
【００３６】
本実施形態では、出力軸センサに基づく出力軸１５の回転位置に係る情報を用いることなく、かつ、突き当て制御を行わずに、モータ１０の駆動を制御している。詳細には、推定負荷トルクＴＬに基づいてガタ空走終了を検出し、目標カウント値θｃｍｄを補正することで、位置制御精度を確保している。
【００３７】
本実施形態の目標設定処理を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。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。図中において、フラグがセットされている状態を「１」、セットされていない状態を「０」とする。
最初のＳ１０１では、空走判定部５６は、パラメータ演算部５１にて演算されるパラメータを取得する。本実施形態では、推定負荷トルクＴＬを取得する。
【００３８】
Ｓ１０２では、空走判定部５６は、通電フラグがセットされているか否かを判断する。通電フラグは、目標シフトレンジが変更されたときにセットされ、モータ１０が停止したと判定された後にリセットされる。通電フラグがセットされると、目標カウント値θｃｍｄを仮値θｔとし、モータ１０の駆動を開始する。通電フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行する。通電フラグがセットされていると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０３では、空走判定部５６は、現在のエンコーダカウント値θｅｎを駆動初期値θｉｎｉｔとして、図示しないＲＡＭ等に記憶させる。また、空走判定部５６は、学習フラグＸｇａｔａをリセットする。学習フラグＸｇａｔａがリセットされている場合は、リセット状態を維持する。
【００４０】
Ｓ１０４では、空走判定部５６は、学習フラグＸｇａｔａがセットされているか否かを判断する。学習フラグＸｇａｔａがセットされていると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、本ルーチンを終了する。学習フラグＸｇａｔａがセットされていないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。
【００４１】
Ｓ１０５では、空走判定部５６は、推定負荷トルクＴＬが負荷判定閾値ＴＬｔｈより大きいか否かを判断する。推定負荷トルクＴＬが負荷判定閾値ＴＬｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、ガタ空走中と判定し、本ルーチンを終了する。推定負荷トルクＴＬが負荷判定閾値ＴＬｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、空走状態が終了したと判定し、Ｓ１０６へ移行する。
【００４２】
Ｓ１０６では、空走判定部５６は、現在のエンコーダカウント値θｅｎを角度補正値θｐとして、図示しないＲＡＭ等の記憶部に記憶させる。
Ｓ１０７では、目標設定部５７は、角度補正値θｐ、および、谷谷間角度設計値θｄｅｔに基づき、目標カウント値θｃｍｄを演算する（式（６）参照）。
θｃｍｄ＝θｉｎｉｔ＋θｐ＋θｄｅｔ    ・・・（６）
Ｓ１０８では、空走判定部５６は、学習フラグＸｇａｔａをセットする。
【００４３】
本実施形態のモータ駆動制御処理を図６のタイムチャートに基づいて説明する。図６では、上段から、モータ角度、モータトルクＴＭ、モータ速度ＳＰｍ、モータ加速度、推定負荷トルクＴＬを示す。加速度については、実線がモータ加速度ａ、破線が電気角１周期分の加速度移動平均値Ａ、一点鎖線が機械角１周期分の加速度移動平均値ＡＡを示す。図６では、タイムスケール等は適宜変更している。ここでは、モータ１０が正方向に回転するものとして説明する。
【００４４】
時刻ｘ１０にて、目標シフトレンジが変更されると、通電フラグがセットされ、目標カウント値θｃｍｄが仮値θｔに設定されてモータ１０の駆動が開始される。目標カウント値θｃｍｄは、ディテントローラ２６が山部２１０を超える前に補正されるため、仮値θｔは、山部２１０を乗り越えることが可能な任意の値に設定可能である。モータ１０の駆動が開始されると、エンコーダカウント値θｅｎ、モータ速度ＳＰｍが増加する。またモータ加速度ａが、ある値にて略一定となる。また、モータ速度ＳＰｍの増加に伴い、モータトルクＴＭは、駆動初期トルクから減少する。
ガタ空走状態が終了し、モータ１０と出力軸１５とが一体となって回転するようになると、モータ速度ＳＰｍ、および、モータトルクＴＭの変化量が小さくなる。また、モータ加速度が小さくなり、推定負荷トルクＴＬが大きくなる。
【００４５】
ここで、推定負荷トルクＴＬについて説明する。モータ１０が遊びの範囲内で回転しているとき、モータフリクションが負荷となる。モータ１０が出力軸１５と一体になって回転しているとき、モータフリクションに加え、出力軸フリクションおよびディテントスプリング２５のバネ力が負荷となる。そのため、一体回転区間における負荷トルクＴ２は、空走区間における負荷トルクＴ１より大きい。すなわち、Ｔ１＜Ｔ２である。
【００４６】
そこで本実施形態では、負荷トルクＴ１、Ｔ２の間となる負荷判定閾値ＴＬｔｈを設定し、推定負荷トルクＴＬが負荷判定閾値ＴＬｔｈより大きくなる時刻ｘ１１にて空走状態が終了したと判定する。そして、このときのエンコーダカウント値θｅｎを角度補正値θｐとし、角度補正値θｐに基づいて目標カウント値θｃｍｄを演算する（式（６）参照）。
図６では、演算遅れ等を無視し、時刻ｘ１１にて目標カウント値θｃｍｄが演算されると同時に目標カウント値θｃｍｄが変更されるものとして記載しているが、目標カウント値θｃｍｄを仮値θｔから切り替えるタイミングは、ディテントローラ２６がディテントプレート２１の山部２１０を越える前のいずれのタイミングとしてもよい。
【００４７】
本実施形態では、推定負荷トルクＴＬの演算には、モータ加速度を用いている。図６に示すように、モータ加速度ａは、特に谷谷間回転区間において、振動成分が大きく、ノイジーな値となることがある。ノイズ成分を多く含むモータ加速度ａを用いて推定負荷トルクＴＬを演算すると、推定負荷トルクＴＬにもノイズ成分が多く含まれ、ガタ空走状態の終了を適切に判定できない虞がある。
【００４８】
モータ加速度ａは、電気角３６０°周期のモータトルクリップル、および、機械角３６０°周期のギア効率に応じたトルクリップルにより、振動する。図６に破線で示すように、電気角３６０°分の加速度移動平均値Ａを演算することで、モータ加速度ａの高周波の振動成分を低減することができる。また、電気角３６０°分の加速度移動平均値Ａを用いて、機械角３６０°分の加速度移動平均値ＡＡを演算することで、モータ加速度ａの低周波の振動成分を低減することができる。
本実施形態では、加速度移動平均値ＡＡを用いて推定負荷トルクＴＬを演算することで、推定負荷トルクＴＬに含まれるノイズ成分を低減しているので、推定負荷トルクＴＬを用いて、ガタ空走終了を適切に判定することができる。
【００４９】
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１０の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものであって、パラメータ演算部５１と、駆動制御部５５と、を備える。パラメータ演算部５１は、モータ１０の回転位置を検出するエンコーダ１３から取得されるモータ回転角信号ＳｇＥに基づき、モータ角度であるエンコーダカウント値θｅｎを演算する。パラメータ演算部５１は、エンコーダカウント値θｅｎに基づき、モータ加速度ａを演算する。パラメータ演算部５１は、モータ加速度ａの電気角所定周期分および機械角所定周期分の移動平均である加速度移動平均値Ａ、ＡＡを演算する。本実施形態では、パラメータ演算部５１が、「角度演算部」、「加速度演算部」および「移動平均演算部」に対応する。
駆動制御部５５は、加速度移動平均値Ａ、ＡＡを用い、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。
加速度移動平均値Ａ、ＡＡを演算することでモータ加速度ａの振動成分を低減可能であるので、出力軸センサの検出値を用いることなく、加速度移動平均値Ａ、ＡＡを用いて、精度よくモータ１０の駆動を制御することができる。したがって、高精度の位置決め制御を実現可能である。
【００５０】
シフトバイワイヤシステム１には、モータ１０の回転軸であるモータ軸１０５と、モータ１０の回転が伝達される出力軸１５との間には、遊びが存在している。
駆動制御部５５は、空走判定部５６、および、目標設定部５７を有する。空走判定部５６は、遊びの範囲内にてモータ１０が回転している空走状態の終了を、加速度移動平均値ＡＡを用いて判定する。目標設定部５７は、空走終了時におけるエンコーダカウント値θｅｎに応じた角度補正値θｐを用い、目標カウント値θｃｍｄを設定する。
【００５１】
本実施形態では、エンコーダ１３からの信号であるモータ回転角信号ＳｇＥに基づいて、空走状態の終了を判定し、空走終了時のエンコーダカウント値θｅｎに基づいて目標カウント値θｃｍｄを設定している。これにより、突き当て制御による遊び量の学習処理を行うことなく、目標カウント値θｃｍｄを適切に設定することができ、高精度の位置決め制御を実現可能である。また、突き当て制御を行う場合、比較的大きなトルクにてディテントローラ２６をディテントプレート２１に突き当てるため、ディテント機構にストレスがかかる。そのため、突き当て制御にてディテント機構等が壊れないような設計にする必要がある。本実施形態では、突き当て制御が不要であるので、シフトレンジ切替機構２０を簡素化可能である。
【００５２】
また、空走終了判定および目標カウント値θｃｍｄの設定に、出力軸１５の回転位置である出力軸角度を用いていないので、出力軸１５の回転位置を検出する出力軸センサを省略したり、検出精度を緩和したりできる。
さらにまた、振動成分が低減された加速度移動平均値ＡＡを用いることで、適切に空走終了を判定することができる。
【００５３】
空走判定部５６は、加速度移動平均値ＡＡに基づいて演算される推定負荷トルクＴＬが負荷判定閾値ＴＬｔｈより大きいと判断された場合（図５中のＳ１０５：ＹＥＳ）、空走状態が終了したと判定する。推定負荷トルクＴＬを用いることで、比較的簡素な処理にて、精度よく空走状態の終了を判定することができる。
モータ加速度ａは、モータ回転角信号ＳｇＥのパルスエッジ割り込み毎に演算される。これにより、モータ加速度ａを適切に演算することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、推定負荷トルクの演算に、機械角１周期分の加速度移動平均値ＡＡを用いた。他の実施形態では、推定負荷トルクの演算に、電気角１周期分の加速度移動平均値Ａを用いてもよい。電気角所定周期分の加速度移動平均値または機械角所定周期分の加速度移動平均値の演算の一方は、省略してもよい。また、加速度移動平均値Ａ、ＡＡの演算に用いる値は、電気角または機械角の１周期分に限らず、２周期分、或いは、半周期分といった具合に、任意の周期数分としてもよい。
【００５５】
上記実施形態では、加速度移動平均値Ａ、ＡＡを用いて推定負荷トルクを演算し、推定負荷トルクに基づいて空走終了を判定する。他の実施形態では、加速度移動平均値Ａ、ＡＡを用い、どのような方法にて空走終了を判定してもよい。
また例えば、同じデューティで制御した場合であっても、モータ温度に応じて加速度が異なる。そこで、加速度移動平均値に応じて制御定数を変更する、といった具合に、加速度移動平均値を空走判定以外のモータ制御に係る処理に用いてもよい。
【００５６】
上記実施形態では、モータは、ＤＣブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、例えばスイッチトリラクタンスモータ等、どのようなモータであってもよい。上記実施形態では、モータの巻線組数については言及していないが、巻線組は１組でもよいし、複数組でもよい。
上記実施形態では、モータ回転角センサは、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、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。すなわち、モータ角度は、エンコーダカウント値に限らず、モータ角度に換算可能などのような値であってもよい。
【００５７】
上記実施形態では、出力軸センサが省略されている。他の実施形態では、出力軸の回転位置を検出する出力軸センサを設けてもよい。例えば、出力軸センサが正常である場合は、モータ回転角センサおよび出力軸センサの検出値を用いて空走状態の終了を判定し、出力軸センサが故障等にて使用できなくなった際に、上記実施形態のように、加速度移動平均値に基づいて空走状態の終了を判定するようにしてもよい。
【００５８】
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、いくつであってもよい。例えば、Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄの各レンジに対応して４つの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。
【００５９】
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。すなわち、上記実施形態では、モータ軸と出力軸との間の「遊び」が減速機のギアとモータ軸との間に存在するものを中心に説明したが、「遊び」とはモータ軸と出力軸との間に存在する遊びやガタ等の合計と捉えることができる。
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】
【００６０】
１・・・シフトバイワイヤシステム
１０・・・モータ
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
５１・・・パラメータ演算部（角度演算部、加速度演算部、移動平均演算部）
５５・・・駆動制御部
５６・・・空走判定部
５７・・・目標設定部
【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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