(57)【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、
前記モータの回転軸であるモータ軸と前記モータの回転が伝達される出力軸（１５）との間に存在する遊びの範囲内で前記モータが回転している空走状態か否かを判定する空走判定部（５７）と、
前記空走状態であると判定された場合、前記モータの電流を制限する電流制限部（５８）と、
を備えるシフトレンジ制御装置。
【請求項２】
前記空走判定部は、前記モータの回転に応じた角度であるモータ角度、および、前記出力軸の回転に応じた角度である出力軸角度に基づき、前記空走状態か否かを判定する請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項３】
前記空走判定部は、前記出力軸角度の変化量である出力軸角度変化量と前記モータ角度の変化量であるモータ角度変化量とが異なっている場合、前記空走状態であると判定する請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。
【請求項４】
前記空走判定部は、前記出力軸角度が変化しておらず、かつ、前記モータ角度が変化している場合、前記空走状態であると判定する請求項２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切替装置が知られている。例えば特許文献１では、シフトレンジ切替機構の駆動源として、スイッチトリラクタンスモータを用い、減速機を介して出力軸と一体のディテントレバーを回動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３８５７６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータ軸と出力軸との間には、ギアバックラッシュ等の遊びが存在する。そのため、遊びの区間をモータ軸が高速で回転すると、遊びの区間が終了したとき、衝突音が発生する虞がある。
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、シフトレンジ切り替え時における衝突音の発生を抑制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、空走判定部（５７）と、電流制限部（５８）と、を備える。
空走判定部（５７）は、モータの回転軸であるモータ軸とモータの回転が伝達される出力軸（１５）との間に存在する遊びの範囲内でモータが回転している空走状態か否かを判定する。
電流制限部（５８）は、空走状態であると判定された場合、モータの電流を制限する。
これにより、シフトレンジ切り替え時における衝突音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第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】本発明の第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】本発明の第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】本発明の第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるシフトレンジ切り替え時に発生する衝突音を説明する模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態による空走判定処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施形態によるモータ制御処理を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による空走判定処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１〜図７に示す。
図１および図２に示すように、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４５（図３参照。）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。モータ１０は、フィードバック制御により電流の大きさを変更可能であって、かつ、相ごとに指令を変更可能なものが用いられる。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。図３に示すように、モータ１０は、２組の巻線組１１、１２を有する。第１巻線組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巻線組１２は、Ｕ２コイル１２１、Ｖ２コイル１２２、および、Ｗ２コイル１２３を有する。
【０００８】
図２に示すように、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。
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の角度である出力軸角度θｓを検出する出力軸センサ１６が設けられる。出力軸センサ１６は、例えばポテンショメータである。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
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、マニュアルバルブ２８を各レンジに対応する位置に保持するための４つの凹部２２が設けられる。凹部２２は、ディテントスプリング２５の基部側から、Ｄ、Ｎ、Ｒ、Ｐの各レンジに対応している。
【００１１】
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。ディテントローラ２６は、凹部２２のいずれかに嵌まり込む。
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を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２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。
【００１２】
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が矢印Ｐの方向に移動する。
【００１３】
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が矢印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が矢印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。
【００１４】
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Ｐ以外のレンジである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。
【００１５】
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、モータドライバ４１、４２、および、ＥＣＵ５０等を有する。
モータドライバ４１は、第１巻線組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。
【００１６】
モータドライバ４２は、第２巻線組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。
【００１７】
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、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオンオフ作動を制御することで、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。
【００１９】
図４に示すように、ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、フィードバック制御部５２、固定相通電制御部６１、切替制御部６５、および、信号生成部６６等を備え、マイコン等を主体として構成される。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置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。
【００２０】
角度演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるＡ相およびＢ相のパルスに基づき、エンコーダ１３のカウント値である実カウント値Ｃｅｎを演算する。実カウント値Ｃｅｎ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、実カウント値Ｃｅｎを「実角度」とする。
【００２１】
上述の通り、モータ１０のモータ軸と出力軸１５との間には、減速機１４が設けられる。そのため、始動スイッチがオフされているときに減速機１４のギアの遊びの範囲内にてモータ軸が回転すると、始動スイッチオフ時とオン時とで、モータ軸と出力軸１５との相対位置がずれる虞がある。そのため、角度演算部５１では、始動スイッチがオンされたとき、モータ１０を両方向に回転させて、モータ軸が噛み合っているギアの両側の壁に当接させる壁当て制御により、エンコーダ１３のカウント値と出力軸１５の位置とを対応させる初期学習を行い、補正値を演算する。以下、実カウント値Ｃｅｎは、補正値での補正後の値とする。
【００２２】
フィードバック制御部５２は、位相進みフィルタ５３、減算器５４、制御器５５、空走判定部５７、および、電流制限部としてのデューティ制限部５８を有し、位置フィードバック制御を行う。
位相進みフィルタ５３は、実カウント値Ｃｅｎの位相を進ませる位相進み補償を行い、位相進み値Ｃｅｎ＿ｐｌを演算する。位相進みフィルタ処理を行った位相進み値Ｃｅｎ＿ｐｌについても、「実角度」の概念に含まれるものとする。
減算器５４は、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に応じた目標カウント値Ｃｅｎ*と位相進み値Ｃｅｎ＿ｐｌとの偏差ΔＣｅｎを演算する。
【００２３】
制御器５５は、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値位相進み値Ｃｅｎ＿ｐｌとを一致させるべく、偏差ΔＣｅｎが０となるように、ＰＩ制御等により、制限前デューティＤｕ＿ａを演算する。位置フィードバック制御では、ＰＷＭ制御等によりデューティを変更することで、コイル１１１〜１１３、１２１〜１２３に流れる電流およびトルクの大きさを変更可能である。
【００２４】
本実施形態では、１２０°通電による矩形波制御により、モータ１０の駆動を制御する。１２０°通電による矩形波制御では、第１相の高電位側のスイッチング素子と、第２相の低電位側のスイッチング素子をオンする。また、第１相および第２相の組み合わせを電気角６０°ごとに入れ替えていくことで、通電相が切り替わる。これにより、巻線組１１、１２に回転磁界が発生し、モータ１０が回転する。本実施形態では、出力軸１５を正回転方向に回転させるときのモータ１０の回転方向を正方向とする。また、モータ１０が正のトルクを出力するときのデューティを正、負のトルクを出力するときのデューティを負とし、取り得るデューティ範囲を−１００［％］〜１００［％］とする。すなわち、モータ１０を正回転させるとき、デューティを正とし、逆回転させるとき、デューティを負とする。なお、正回転しているモータ１０を停止させるべく、ブレーキトルク（すなわち負トルク）を発生させるとき、モータ１０の回転方向は正回転方向であるが、デューティは負となる。同様に、逆回転しているモータ１０を停止させるべく、ブレーキトルクを発生させるとき、デューティは正となる。
【００２５】
空走判定部５７は、モータ１０の回転状態が空走状態か否かを判定する。空走判定部５７は、モータ１０の回転状態が空走状態である場合、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオンにし、デューティ制限部５８に出力する。
空走判定の詳細は、後述する。
【００２６】
デューティ制限部５８は、モータ１０の回転状態が空走状態である場合、モータ電流の上限値を制限すべく、デューティを制限する。デューティ制限部５８は、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌがオンである場合、デューティの上限値を上限デューティＤＨに制限する。詳細には、デューティ制限部５８は、制限前デューティＤｕ＿ａの絶対値が上限デューティＤＨより大きい場合、制限後デューティＤｕを上限デューティＤＨに制限する。また、デューティ制限部５８は、制限前デューティＤｕ＿ａの絶対値が上限デューティＤＨ以下の場合、制限前デューティＤｕ＿ａを、制限後デューティＤｕとする。制限後デューティの正負は、制限前デューティに準じる。なお、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌがオフである場合、制限前デューティＤｕ＿ａをそのまま制限後デューティＤｕとする。
制限後デューティＤｕは、信号生成部６６に出力される。
【００２７】
固定相通電制御部６１は、固定相通電制御を行う。固定相通電制御は、モータ１０の回転を停止させるための制御であって、電気角に応じた固定相を選択し、選択された固定相の所定方向に電流が流れるように、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６を制御する。これにより、励磁相が固定される。励磁相が固定されると、モータ１０は、励磁相に応じた所定の電気角にて停止する。固定相通電制御部６１は、現在のロータ位置から最も近い電気角でモータ１０を停止させるように、実カウント値Ｃｅｎに基づいて固定相および通電方向を選択する。
【００２８】
固定相通電制御は、実カウント値Ｃｅｎと目標カウント値Ｃｅｎ*との差は角度判定閾値ＥＮｔｈ以下となったときに行われる制御である。したがって、固定相通電制御が行われているとき、実カウント値Ｃｅｎと目標カウント値Ｃｅｎ*とが概ね一致しているとみなせる。そのため、現在のロータ位置から最も近い停止可能な電気角で停止させることで、目標カウント値Ｃｅｎ*と略一致する箇所でモータ１０を停止させることができる。厳密にいえば、目標カウント値Ｃｅｎ*に対応する電気角と、固定相通電制御にてモータ１０を停止させる電気角とでは、最大でモータ分解能分のずれが生じるが、減速機１４の減速比が大きければ、出力軸１５の停止位置のずれは小さいため、差し支えない。
【００２９】
切替制御部６５は、モータ１０の制御状態を切り替える。特に、本実施形態では、切替制御部６５は、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとに基づき、位置フィードバック制御とするか、固定相通電制御とするかを切り替える。
【００３０】
切替制御部６５は、ドライバ要求シフトレンジが変化した場合、モータ１０の制御状態を位置フィードバック制御とする。切替制御部６５は、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとの差の絶対値が角度判定閾値ＥＮｔｈ以下となった場合、固定相通電制御に切り替える。切替制御部６５は、固定相通電制御に切り替わってから、通電継続時間Ｔａが経過するまでの期間は、固定相通電制御を継続し、通電継続時間Ｔａ経過後、通電オフ制御とする。通電オフ制御では、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６を全てオフにする。本実施形態では、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとの差の絶対値が、「目標角度と実角度との差分値」に対応する。
信号生成部６６は、切替制御部６５にて選択された制御状態に応じ、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオンオフを切り替える駆動信号を生成し、モータドライバ４１、４２に出力する。これにより、モータ１０の駆動が制御される。
【００３１】
ここで、モータ１０のモータ軸と出力軸１５との関係を図５に基づいて説明する。図５は、モータ軸と出力軸との関係を模式的に示したものであって、図５中においては、モータ軸および出力軸の回転方向を、紙面上下方向として説明する。
図５に示すように、モータ１０の回転軸であるモータ軸と出力軸１５との間には、減速機１４が設けられており、減速機１４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るので、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が回転し、減速機１４と出力軸１５とが離間することがある。減速機１４と出力軸１５とが回転方向側に離間して停止している状態からモータ１０を駆動すると、遊びの範囲内において、モータ軸が略無負荷状態で回転することになる。
以下、モータ軸と出力軸１５との間に存在する遊びの範囲内でモータ１０が回転している状態を、「空走状態」とする。本実施形態では、空走状態として、減速機１４のギアと出力軸１５とが回転方向側に離間している状態でモータ１０が回転している場合を中心に説明する。
【００３２】
また、実カウント値Ｃｅｎに応じたモータ１０の回転角度を、減速機１４のギア比で換算した換算値を「モータ角度θｍ」とする。上述の通り、実カウント値Ｃｅｎは、初期学習により補正された値であるので、モータ軸と出力軸１５とが一体に回転しているとき、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとは、一致する。したがって、モータ軸と出力軸１５とが一体に回転しているとき、モータ角度θｍの変化量であるモータ角度変化量Δθｍと、出力軸角度θｓの変化量である出力軸角度変化量Δθｓとが一致する。変化量Δθｍ、Δθｓは、いずれもそれぞれの前回演算値との差分値とする。
【００３３】
そこで、空走判定部５７は、出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが異なっているとき、モータ１０の回転状態が空走状態であると判定する。本実施形態では、出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとの差の絶対値が、空走判定閾値θｔｈより大きい場合、空走状態であると判定する。空走判定閾値θｔｈは、出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが一致しているとみなせる程度の小さい値（例えば０．１°）に設定される。
【００３４】
なお、図４では、実カウント値Ｃｅｎが空走判定部５７に入力されるものとして記載しているが、角度演算部５１にてモータ角度θｍを演算し、演算されたモータ角度θｍが空走判定部５７に入力されるように構成してもよい。また、モータ角度変化量Δθｍは、モータ角度θｍの前回値と今回値の差分値として算出してもよいし、実カウント値Ｃｅｎの前回値と今回値との差分値をギア比換算することで算出してもよい。
【００３５】
図５中に矢印Ｙｍで示すように、モータ１０が空走し、減速機１４のギア内面と出力軸１５とがぶつかると、衝突音が発生する。特に、遊びが大きい場合、モータ１０が高速で空走すると、衝突音が大きくなる虞がある。なお、一旦、減速機１４のギア内面と出力軸１５とが当接すれば、モータ１０が同方向の回転を継続している間は、減速機１４と出力軸１５とが一体となって回転するので、当該衝突音は発生しない。
そこで本実施形態では、モータ１０の回転状態が空走状態であるとき、モータ電流の上限値を制限し、モータ１０の回転速度を抑制することで、衝突音を抑制している。本実施形態では、デューティを制限することで、モータ電流の上限値を制限している。
【００３６】
本実施形態の空走判定処理を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、始動スイッチがオンされている期間に、ＥＣＵ５０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。他のステップについても同様である。
【００３７】
最初のＳ１０１では、空走判定部５７は、通電フラグがオンされているか否かを判断する。通電フラグは、ドライバ要求シフトレンジが変化したときにオンされ、固定相通電制御が終了したときにオフされる。通電フラグがオフであると判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、以下の処理を行わない。通電フラグがオンであると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。
【００３８】
Ｓ１０２では、空走判定部５７は、出力軸角度θｓが変化しているか否かを判断する。出力軸角度θｓが変化していると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。出力軸角度θｓが変化していないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０３では、空走判定部５７は、出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが一致するか否かを判断する。出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが一致すると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、モータ１０の回転状態が空走状態ではないとみなし、Ｓ１０５へ移行する。出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが一致しないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、モータ１０の回転状態が空走状態であるとみなし、Ｓ１０４へ移行する。
【００４０】
Ｓ１０４では、空走判定部５７は、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオンにし、デューティ制限部５８へ出力する。また、デューティ制限部５８は、デューティの上限値を上限デューティＤＨに制限する。
Ｓ１０５では、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオフにする。また、デューティ制限部５８は、デューティ制限を行わない。
【００４１】
本実施形態のモータ制御処理を図７のタイムチャートに基づいて説明する。図７は、共通時間軸を横軸とし、（ａ）がドライバ要求シフトレンジ、（ｂ）が通電フラグ、（ｃ）がモータ角度θｍおよび出力軸角度θｓ、（ｄ）がデューティ、（ｅ）がモータ電流、（ｆ）が電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌを示す。ここでは、シフトレンジをＰレンジからＤレンジに切り替えるべく、モータ１０を正方向に回転させる場合を例に説明するが、他のレンジ切替時についても、目標カウント値Ｃｅｎ*やモータ１０の回転方向等が異なる点を除き、空走判定や電流制限等の詳細は同様である。
【００４２】
図７において、電流制限を行わない場合のモータ角度θｍ＿ｃ、出力軸角度θｓ＿ｃ、デューティ、および、モータ電流を破線で示した。また、図７（ｃ）において、θ（Ｃｅｎ*）およびθ（ＥＮｔｈ）は、目標カウント値Ｃｅｎ*および角度判定閾値ＥＮｔｈを減速機１４のギア比で換算した値である。また、モータ軸と出力軸１５とが一体となって回転しているとき、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとが一致するが、説明のため、図中では若干ずらして記載した。
【００４３】
図７に示すように、時刻ｘ１にて、ドライバ要求シフトレンジがＰレンジからＤレンジに変更されると、通電フラグがオフからオンに切り替わる。ドライバ要求レンジが変更されると、ドライバ要求シフトレンジに応じた目標カウント値Ｃｅｎ*が設定される。ドライバ要求シフトレンジが変更された時刻ｘ１の直後は、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとの差が角度判定閾値ＥＮｔｈより大きいので、位置フィードバック制御によりモータ１０を制御する。
【００４４】
本実施形態では、位置フィードバック制御を行うことで、モータ１０の応答性を高めている。モータ１０の始動初期においては、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとの差が大きく、制限前デューティＤｕ＿ａは１００％となる。また、モータ１０の始動時において、減速機１４と出力軸１５とが離間していると、モータ１０は負荷が略０の状態で回転する。そのため、破線で示すように、デューティを制限せずにモータ１０を始動すると、減速機１４と出力軸１５とが衝突することで、大きな衝突音が発生する虞がある。
【００４５】
そこで本実施形態では、モータ１０の回転状態が空走状態である時刻ｘ１から時刻ｘ２までの間、デューティを制限する。具体的には、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオンにし、デューティの上限値を、上限デューティＤＨに制限する。これにより、モータ電流が制限され、デューティを制限しない場合と比較し、モータ１０の回転速度が小さくなり、衝突音が抑制される。本実施形態では、空走状態が終了するまでの間、モータ電流を制限する。
【００４６】
時刻ｘ２において、空走状態が終了し、減速機１４のギアと出力軸１５とが当接すると、モータ軸と出力軸１５とは、減速機１４を介して一体となって回転するため、衝突音は発生しない。そのため、時刻ｘ２以降は、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオフとしてデューティ制限を解除し、位置フィードバック制御によりモータ１０を制御する。これにより、実カウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ*に近づく。ここで、位相進みフィルタ処理を行った位相進み値Ｃｅｎ＿ｐｌをフィードバックすることで、応答性をより高めることができる。
また、時刻ｘ３にて、目標カウント値Ｃｅｎ*と実カウント値Ｃｅｎとの差が角度判定閾値ＥＮｔｈ以下になると、モータ１０の制御状態を、位置フィードバック制御から固定相通電制御に切り替える。固定相通電とすることでモータ１０を速やかに停止させることができる。
【００４７】
時刻ｘ３から通電継続時間Ｔａが経過する時刻ｘ４までの期間は、固定相通電制御を継続する。これにより、ハンチング等が抑制され、モータ１０を確実に停止させることができるので、ディテントローラ２６を所望の凹部に確実に嵌め込むことができる。
固定相通電制御の開始から通電継続時間Ｔａが経過した時刻ｘ４では、切替制御部６５は、制御状態を通電オフ制御とする。また、通電フラグをオフにする。ドライバ要求シフトレンジが再度変更されるまでの間は、通電フラグのオフ状態が継続され、モータ１０の制御状態として通電オフ制御が継続される。これにより、シフトレンジ切り替え時以外はモータ１０に通電されないので、通電が継続される場合と比較して消費電力を低減することができる。
なお、固定相通電制御および通電オフ制御では、位置フィードバック制御におけるデューティは用いないが、図中では、便宜上、デューティが０であるものとして記載した。
【００４８】
図７（ｃ）に示すように、モータ１０の回転状態が空走状態である時刻ｘ１から時刻ｘ２までの期間を空走期間とすると、空走期間において、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとが異なっている。また、空走期間において、モータ角度θｍは変化しているので、モータ角度変化量Δθｍ≠０であり、出力軸角度θｓは一定であるので、出力軸角度変化量Δθｓ≒０である。すなわち、空走期間において、モータ角度変化量Δθｍと、出力軸角度変化量Δθｓとは異なっている。
【００４９】
空走期間が終了すると、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとが一致し、出力軸角度θｓはモータ角度θｍの変化に伴って同様に変化する。したがって、空走状態が終了すると、モータ角度変化量Δθｍと出力軸角度変化量Δθｓとが一致する。そこで本実施形態では、モータ角度変化量Δθｍと出力軸角度変化量Δθｓとが異なっているとき、空走状態であると判定する。これにより、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとに基づき、モータ１０の回転状態が空走状態か否かを適切に判断することができる。
【００５０】
以上説明したように、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、空走判定部５７と、デューティ制限部５８と、を備える。
空走判定部５７は、モータ１０の回転軸であるモータ軸とモータ１０の回転が伝達される出力軸１５との間に存在する遊びの範囲内でモータ１０が回転している空走状態か否かを判定する。
デューティ制限部５８は、空走状態であると判断された場合、モータ１０の電流を制限する。
これにより、シフトレンジ切り替え時における衝突音を低減することができる。
【００５１】
空走判定部５７は、モータ１０の回転に応じた角度であるモータ角度θｍ、および、出力軸１５の回転に応じた角度である出力軸角度θｓに基づき、空走状態か否かを判定する。
具体的には、空走判定部５７は、出力軸角度変化量Δθｓとモータ角度変化量Δθｍとが異なっている場合、空走状態であると判定する。これにより、モータ角度θｍおよび出力軸角度θｓに基づき、空走状態を適切に判定することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。
上記実施形態では、空走判定部５７は、モータ角度変化量Δθｍと出力軸角度変化量Δθｓとが一致していないとき、空走状態であると判定した。
モータ１０の回転状態が空走状態である場合、モータ１０の回転が出力軸１５に伝達されないので、出力軸１５は回転せず、出力軸角度θｓが変化しない。そこで本実施形態では、空走判定部５７は、出力軸１５が回転しておらず、かつ、モータ１０が回転している場合、モータ１０の回転状態が空走状態であると判定可能する。
【００５３】
出力軸１５が回転しているか否かは、出力軸角度θｓの変化の有無にて判定可能である。また、モータ１０が回転しているか否かは、モータ角度θｍの変化の有無にて判定可能である。出力軸角度θｓおよびモータ角度θｍの変化の有無は、例えば前回値と今回値との差分値である変化量Δθｓ、Δθｍに基づいて判定可能である。出力軸角度変化量Δθｓが０に近い値に設定される判定閾値以下であれば、出力軸角度θｓが変化しておらず、判定閾値より大きければ、出力軸角度θｓが変化していると判定可能である。また、出力軸角度変化量Δθｓに替えて、出力軸角度θｓの微分値等を用いて変化の有無を判定してもよい。モータ角度θｍについても同様である。
また、モータ１０が回転しているか否かの判定は、ギア比換算後の値であるモータ角度θｍに替えて、ギア比換算を省略し、ギア比換算前の実カウント値Ｃｅｎ等を用いて判定してもよい。
【００５４】
本実施形態の空走判定処理を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、図６の処理と同様、始動スイッチがオンされている期間に、ＥＣＵ５０にて所定の周期で実行される。
Ｓ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０５の処理は、図６中のＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０５と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００５５】
出力軸角度θｓが変化していないと判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）に移行するＳ２０３では、モータ角度θｍが変化しているか否かを判断する。モータ角度θｍが変化していないと判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行する。モータ角度θｍが変化していると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行する。
すなわち本実施形態では、出力軸角度θｓが変化しておらず（Ｓ２０２：ＮＯ）、かつ、モータ角度θｍが変化している場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、モータ１０の回転状態が空走状態であるとみなし、電流制限フラグＦｌｇ＿Ｌをオンにし、デューティを制限する（Ｓ２０４）。
【００５６】
図７（ｃ）に示すように、空走期間において、モータ１０は回転しており、モータ角度θｍは変化している。一方、空走期間において、出力軸１５は回転しておらず、出力軸角度θｓは一定である。また、空走期間が終了すると、出力軸１５はモータ軸と一体となって回転するので、出力軸角度θｓはモータ角度θｍと同様に変化する。したがって、本実施形態のように判定しても、モータ角度θｍと出力軸角度θｓとに基づき、モータ１０の回転状態が空走状態か否かを適切に判断することができる。
【００５７】
本実施形態では、空走判定部５７は、出力軸角度θｓが変化しておらず、かつ、モータ角度θｍが変化している場合、空走状態であると判定する。このようにしても、出力軸角度θｓおよびモータ角度θｍに基づき、空走状態を適切に判定することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５８】
（他の実施形態）
上記実施形態では、モータは、永久磁石式の３相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、永久磁石式の３相ブラシレスモータに限らず、電流制限が可能などのようなモータを用いてもよい。また、上記実施形態では、モータに２組の巻線組が設けられる。他の実施形態では、モータの巻線組は、１組でもよいし３組以上であってもよい。
【００５９】
上記実施形態では、位置フィードバック制御において、１２０°通電による矩形波制御を行う。他の実施形態では、位置フィードバック制御において、１８０°通電による矩形波制御としてもよい。また矩形波制御に限らず、三角波比較方式や瞬時ベクトル選択方式によるＰＷＭ制御としてもよい。
【００６０】
上記実施形態では、モータ制御状態として、位置フィードバック制御と固定相通電制御とを切り替える。他の実施形態では、モータ駆動制御部は、位置フィードバック制御および固定相通電制御の少なくとも一方を異なる制御状態としてもよい。また、上記実施形態では、位置フィードバック制御と固定相通電制御とを切り替える。他の実施形態では、モータの制御状態を切り替えず、例えば位置フィードバック制御等、１つの制御状態にてモータの駆動を制御するようにしてもよい。
上記実施形態では、デューティを制限することで、モータ電流を制限している。他の実施形態では、デューティ以外のパラメータ、例えば電流指令値、電圧指令値またはトルク指令値等を制限することで、モータ電流を制限するようにしてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、モータの回転角を検出する回転角センサとして、エンコーダを用いる。他の実施形態では、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。上記実施形態では、エンコーダのカウント値を位相進みフィルタ処理を行い、位置フィードバック制御に用いる。他の実施形態では、モータの回転角そのもの、または、モータの回転角に換算可能なエンコーダカウント値以外の値を用いて位置フィードバック制御を行ってもよい。固定相通電制御における固定相の選択についても同様である。また他の実施形態では、位相進みフィルタ処理を省略してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、ディテントプレートには４つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、ディテントプレートの凹部を２つとし、ＰレンジとｎｏｔＰレンジとを切り替えるものとしてもよい。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。
【００６３】
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。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」が減速機のギアと出力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。
【００６４】
他の実施形態では、空走判定については、上記実施形態の判定方法に限らず、出力軸角度およびモータ角度に基づき、どのように判定してもよい。また、第１実施形態の空走判定処理において、Ｓ１０２の処理を省略してもよい。
上記実施形態では、モータ軸角度をギア比換算し、出力軸角度と一致するようにしている。他の実施形態では、出力軸角度をギア比換算してモータ軸角度と一致するようにしてもよい。また、モータ軸と出力軸との間に変速機が設けられていない場合等、適宜、ギア比換算を省略してもよい。
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】
【００６５】
１・・・シフトバイワイヤシステム
１０・・・モータ
１５・・・出力軸
４０・・・シフトレンジ制御装置
５０・・・ＥＣＵ
５２・・・フィードバック制御部
５７・・・空走判定部
５８・・・デューティ制限部（電流制限部）
６１・・・固定相通電制御部
６５・・・切替制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
0006531707.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006531707.tif 000006
【図６】
0006531707.tif 000007
【図７】
0006531707.tif 000008
【図８】
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