(57)【要約】【課題】センサレスでモータ駆動できる小形・低コストの自動変速機用の駆動装置を提供することを課題とする。【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、アクチュエータのストローク量を検出するストロークセンサを用い、前記ストロークセンサの検出信号から回転位置を導出してモータ駆動する手段と、前記モータに流れるモータ電流の波形から転流タイミングを検出してモータ駆動する手段と、前期モータに通電するインバータの印加電圧と、モータ電流と、モータのインダクタンスと、巻線抵抗及び、誘起電圧定数とを用いてモータの回転速度を演算により求める手段とを設けた。これにより、回転子の回転位置検出器を持たないセンサレス駆動にて、アクチュエータのストローク量を検出するストロークセンサを用いて回転角度を導出するとともに、モータの電流値によって転流タイミングを検出し、ゼロ速度（停止時）からトルク制御することができる。【選択図】　図１
2004019737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機からの動力が伝達される摩擦クラッチ、及び該摩擦クラッチから入力軸に伝達された動力を出力軸に伝達する複数の歯車列に設けられた噛合いクラッチを有する自動変速機に用いられるものであって、永久磁石回転子を持ち、前記クラッチを操作するモータ、及び該モータに流れる電流を制御するインバータを有してなる電動アクチュエータと、該電動アクチュエータのストローク量を検出するストロークセンサと、該ストロークセンサの検出信号に基づいて前記回転子の回転位置を検出し、前記モータの駆動を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする自動変速機の駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御回路は、前記ストロークセンサの出力信号の変化量を検出して前記回転子の回転方向を求めるストローク検出手段と、前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出手段と、前記モータ電流の波形から転流タイミングを検出する位相検出手段とを備えたことを特徴とする自動変速機の駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記制御回路は、前記モータが回転中であるかロック中であるかを判定する回転／ロック検出手段を具備し、前記インバータの印加電圧と、前記モータ電流と、前記モータのインダクタンスと巻線抵抗及び誘起電圧定数とを用いて、前記モータの回転速度を演算により求め、前記モータの転流タイミングを補正することを特徴とする自動変速機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式の駆動装置であり、特に自動変速機用の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変速装置として従来の手動変速機の機構、すなわち噛合い歯車式変速機では、動力源であるエンジン（以下、エンジンと称するが、エンジン以外の動力源でも構わない）と変速機とを締結及び解放するトルク伝達機構であるクラッチ（第１の摩擦クラッチ）と、各歯車と第１軸（以下、入力軸と称する）あるいは第２軸（以下、出力軸あるいはカウンタ軸と称する）とを締結及び解放するトルク伝達機構（以下、噛合いクラッチと称する）とを動かすアクチュエータを設け、前記アクチュエータを制御することで自動変速を実行している。アクチュエータには大きな操作力が必要とされ、モータと減速機構とを組み合わせた自動変速機用の操作装置が特開平１１−１１７９５３号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成されたアクチュエータでは、比較的小さな出力トルク特性を持つモータで自動変速機を操作するのに必要な操作力を得ることが可能であり、アクチュエータを小形化できる。しかしながら、駆動源にＤＣモータを用いた場合には回転子の慣性が小さくできないばかりか、ブラシ（整流機を含む）などが大きさの上で問題になってきている。ＤＣモータのブラシを電気的に置き換えたブラシレスＤＣモータも知られているが回転子の回転位置を検出するワイヤーハーネスの削減のためにセンサレス化が求められているものの停止位置ならびにロック状態にて大きなモータ出力トルクを要求するため、センサレス化に至っていないという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、センサレスでモータ駆動できる小形・低コストの自動変速機用の駆動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動変速機の駆動装置は、アクチュエータのストローク量を検出するストロークセンサを用い、ストロークセンサの検出信号から回転位置を導出してモータの駆動を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
本発明においては、ストロークセンサの変化量を検出して回転方向を求め、モータに流れるモータ電流の波形から転流タイミングを検出してモータの駆動を制御することが好ましい。
【０００７】
また、本発明においては、モータに通電するインバータの印加電圧と、モータ電流と、モータのインダクタンスと、巻線抵抗及び、誘起電圧定数とを用いてモータの回転速度を演算により求め、モータが回転中であるかロック中であるかを判定することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である自動変速機の駆動装置の構成を示す。最初に自動変速機について以下に説明する。
【０００９】
原動機１（以下、エンジン１と称する）のエンジン軸４には、第１の摩擦クラッチ５が設けられており、エンジン１のトルクを変速機の入力軸１１に伝達することが可能である。第１の摩擦クラッチ５には、一般に乾式単板クラッチが用いられるが、湿式多板クラッチや電磁クラッチなどすべての摩擦クラッチを用いることも可能である。この入力軸１１には、ドライブ歯車２０が入力軸１１に固定して設けられている。このドライブ歯車２０と噛合ってカウンタ軸２２に固定してカウンタ歯車２１が設けられている。このカウンタ軸２２には、第１のドライブ歯車６，第２のドライブ歯車７，第３のドライブ歯車８およびアシストドライブ歯車９が設けられている。
【００１０】
この第１の摩擦クラッチ５の押付け力（クラッチ伝達トルク）の制御には、第１クラッチ駆動装置２５が用いられており、この第１クラッチ駆動装置２５を操作して第１のクラッチ５の押付け力（クラッチ伝達トルク）を調節することで、エンジン１のエンジン軸４から入力軸１１への動力伝達の断，接及び伝達させるトルク量の調整を行うことができるようになっている。カウンタ軸２２の第１のドライブ歯車６，第２のドライブ歯車７，第３のドライブ歯車８およびアシストドライブ歯車９は、カウンタ軸２２に固定されている。
【００１１】
一方、変速機の出力軸１２には、第１のドリブン歯車１３，第２のドリブン歯車１４，第３のドリブン歯車１５，アシストドリブン歯車１６が回転自在に設けられている。この第１のドリブン歯車１３は、第１のドライブ歯車６と噛合しており、第２のドリブン歯車１４は、第２のドライブ歯車７と噛合しており、第３のドリブン歯車１５は、第３のドライブ歯車８と噛合しており、アシストドリブン歯車１６は、アシストドライブ歯車９と噛合している。
【００１２】
そして、第１のドリブン歯車１３と第２のドリブン歯車１４の間には、第１のドリブン歯車１３を出力軸１２に係合させたり、第２のドリブン歯車１４を出力軸１２に係合させる、シンクロナイザ機構を有した噛合いクラッチ１８が設けられている。
【００１３】
また、第３のドリブン歯車１５と入力軸１１の間には、第３のドリブン歯車
１５を出力軸１２に係合させたり、入力軸１１を出力軸１２に係合させる、シンクロナイザ機構を有した噛合いクラッチ１９が設けられている。
【００１４】
例えばカウンタ軸２２の回転トルクを噛合いクラッチ１８を介して出力軸１２へ伝達するためには、噛合いクラッチ１８を出力軸１２の軸方向に移動させ、噛合いクラッチ１８を第１のドリブン歯車１３又は第２のドリブン歯車１４と締結する必要がある。そして、第１のドリブン歯車１３又は第２のドリブン歯車１４と出力軸１２とを締結するには、噛合いクラッチ１８を移動することが必要である。この噛合いクラッチ１８を移動するために、噛合いクラッチ駆動装置２４があり、噛合いクラッチ駆動装置２４を操作することで噛合いクラッチ１８を移動させる。
【００１５】
また、入力軸１１の回転トルクを噛合いクラッチ１９を介して出力軸１２へ伝達するためには、噛合いクラッチ１９を出力軸１２の軸方向に移動させ、噛合いクラッチ１９を第３のドリブン歯車１５又は入力軸１１と締結する必要がある。そして、第３のドリブン歯車１５又は入力軸１１と出力軸１２とを締結するには、噛合いクラッチ１９を移動する訳であるが、この噛合いクラッチ１９を移動するために、噛合いクラッチ駆動装置２４があり、噛合いクラッチ駆動装置２４を操作することで噛合いクラッチ１９を移動させる。
【００１６】
第２の摩擦クラッチ８の締結・解放を行うために、第２クラッチ駆動装置２６が設けられている。第２クラッチ駆動装置２６は、第２の摩擦クラッチ８の押付け力を制御することでクラッチの伝達トルクを制御する。
【００１７】
第１のドライブ歯車６，第２のドライブ歯車７，第３のドライブ歯車８、アシストドライブ歯車９から、第１のドリブン歯車１３，第２のドリブン歯車１４，第３のドリブン歯車１５，アシストドリブン歯車１６を介して或いは、直接的に出力軸１２に伝達された入力軸１１の回転トルクは、ディファレンシャル歯車
３０を介して車軸３１に伝えられ、駆動輪３２を回転させる。
【００１８】
尚、本実施例では自動車用に限定して説明しているが、自動車以外の自動変速機に適用しても問題ない。
【００１９】
次に、本実施例の駆動装置について図１乃至３に基づいて説明する。図２は図１の駆動装置における制御回路の構成を示す。図３は図２の制御回路の動作波形を示す。
【００２０】
図１において、バッテリー電圧１１０をインバータ回路１００によりスイッチングしてブラシレスＤＣモータ１３０の３相の電機子巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に印加し、永久磁石回転子１４０を駆動する。
【００２１】
永久磁石回転子１４０の出力軸はウォーム，ホイールや遊星ギヤなどの減速機構３１０を介して第１の摩擦クラッチ５を駆動する。また、減速機構３１０の出力軸にはストロークセンサ部３２０が取り付けられ、ストローク量をストローク検出信号３２１として出力する。
【００２２】
インバータ回路１００の各スイッチング素子は電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬとにより構成される。
【００２３】
電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの電流（巻線の還流電流分を含まない電流）はシャント抵抗１１１により電流検出信号２０３として検出し、電流増幅回路など（図示しない）により増幅されて制御回路２００に入力される。また、バッテリー１１０の電圧検出信号２０２は電圧増幅回路など（図示しない）により増幅されて制御回路２００に入力される。さらに、上位の制御回路など（図示しない）からトルク指令２０１を制御回路２００に入力する。ここで、制御回路２００はアナログ回路でも、マイコンなどを用いたディジタル回路でも問題ないが、プログラミング可能なマイコンを用いた回路の方が複雑な処理を容易に行うことができる。
【００２４】
制御回路２００ではトルク指令２０１に一致するようインバータ回路１００の各ＦＥＴに、ドライブ回路１２０を介して駆動信号２０９を出力し、転流させてモータを駆動する。
【００２５】
図２，図３において、トルク指令２０１は電流指令変換部２０５を介して電流指令２０６を作成する。一方、電流検出信号２０３は電流検出手段２１０により、モータ電流値２１１として検出される。電流制御手段２３０では電流指令２０６とモータ電流値２１１とが一致するようにＰＷＭ作成手段２４０に信号を出力する。ＰＷＭ作成手段２４０では、ＰＷＭ信号２４１を作成すると共に、オンパルス幅の中心部付近で電流検出できるようなＡ／Ｄタイミングの同期信号を出力する。
【００２６】
ストローク検出手段２２０はストローク検出信号３２１と、減速機構３１０の減速比とからモータの回転位置に相当する回転角度信号を出力する。
【００２７】
転流動作手段２７０はＰＷＭ信号２４１と位相検出手段２６０によって作成された転流信号によってＦＥＴ（ＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ）の駆動信号２０９を出力する。回転／ロック検出手段２５０は、モータのインダクタンスと巻線抵抗及び誘起電圧定数とを用いて、ＰＷＭ信号２４１のパルス幅と、バッテリー電圧と、モータ電流値２１１とから演算によって、モータの回転速度信号２５１を以下の式によって求めることが出来る。
【００２８】
ω＝（Ｖ−Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）−Ｒ・ｉ）／ｋｅ
ここで、ω：角速度，Ｖ：印加電圧，Ｌ：インダクタンス，ｉ：モータ電流値，Ｒ：巻線抵抗，ｋｅ：誘起電圧定数　である。
【００２９】
位相検出手段２６０では回転速度信号２５１と、モータ電流値２１１と、電流指令２０６と、回転角度信号とから転流タイミングを求めて出力する。
【００３０】
図３において、電流波形信号はＡ／Ｄタイミングに同期して検出された値で、特に転流直前のモータ電流値（Ｉ−１，Ｉ−２，Ｉ−３）のレベルが転流動作を決定する。
【００３１】
電流波形の平均レベルは電流指令２０６に相当する。電流波形の平均レベルに応じて、進みレベルは下限に、転流レベルは上限に、脱調レベルはさらに大きなレベルに設定する。各設定値は予めテーブル化しておき、テーブルを参照して導出するが、関数補完して演算により求めても良い。
【００３２】
まず、モータを起動する場合には、回転角度信号を用いて通電すべき適切な通電パターンを求め通電する。このとき、電流指令２０６は最終的な目標値よりも小さな値であることが望ましい。誘起電圧波形と印加電圧との関係でモータ電流に影響が現れない所定の回転速度以下では回転角度信号を用いて駆動する。所定の回転速度以上においても回転角度信号を用いて駆動しても問題ないが、好ましくは所定の回転速度以上において、電流波形のレベルに応じた転流動作とすることで減速機構３１０のバックラッシュの影響を低減することができる。
【００３３】
所定の回転速度以上において、電流波形のレベルに応じた転流動作とする場合、転流直後から電気角の６０度区間内でモータ電流値２１１が一度、進みレベルを超えた後、進みレベルに低下したＩ−１の場合、転流タイミングが早いものと判断でき、再度進みレベルを超えて平均レベルに到達するまで転流タイミングを遅らせる（図では早いタイミングで転流させた場合を示している）。転流タイミングが適度な場合、電流波形は滑らかに変化し、転流レベルに達し、転流動作する。このとき、回転角度信号が減速機構３１０のバックラッシュを含む誤差範囲内にあれば良好に転流できていると判断でき、誤差範囲内に無い場合には回転角度信号を用いて転流タイミングを補正しても良い。モータを回転させている間に、急激な負荷変動などによって脱調レベルに達したときには、一度通電を停止すると共に回転角度信号を用いてモータの再起動を行う。
【００３４】
ここで、回転速度信号２５１がモータの回転を検出している間、上記のように転流動作を継続するが、モータロックを判定した場合、回転角度信号の変化分から回転方向を確認しながらモータ駆動するようにする。回転方向の算出は常に行って、回転速度信号２５１と併用してモータ駆動しても問題ない。
【００３５】
以上のように、永久磁石回転子の回転位置検出器を持たないセンサレス駆動においてもゼロ速度（停止時）から必要なトルクを得る効果があり、モータに接続するハーネスの数を削減して小形・低コストの自動変速機用の駆動装置を提供することができる。
【００３６】
本実施例では駆動装置を第１クラッチ駆動装置２５に適用した場合の図を用いて説明したが、噛合いクラッチ駆動装置２４、あるいは第２クラッチ駆動装置
２６にも同様に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、回転子の回転位置検出器を持たないセンサレス駆動にて、アクチュエータのストローク量を検出するストロークセンサを用いて回転角度信号を得るとともに、モータの電流値によって転流タイミングを検出し、ゼロ速度（停止時）からトルク制御ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である自動変速機の駆動装置の全体構成を示す図。
【図２】図１の駆動装置の制御回路の構成を示す図。
【図３】図２の制御回路の動作波形を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
１…エンジン、４…エンジン軸、５…第１の摩擦クラッチ、６…第１のドライブ歯車、７…第２のドライブ歯車、８…第３のドライブ歯車、９…アシストドライブ歯車、１１…入力軸、１２…出力軸、１３…第１のドリブン歯車、１４…第２のドリブン歯車、１５…第３のドリブン歯車、１６…アシストドリブン歯車、１８，１９…噛合いクラッチ、２０…ドライブ歯車、２１…カウンタ歯車、２２…カウンタ軸、２４…噛合いクラッチ駆動装置、２５…第１クラッチ駆動装置、２６…第２クラッチ駆動装置、１００…インバータ回路、１１０…バッテリー、１２０…ドライブ回路、１３０…ブラシレスＤＣモータ、１４０…永久磁石回転子、２００…制御回路、２３０…電流制御手段、２４０…ＰＷＭ作成手段、２５０…回転／ロック検出手段、２６０…位相検出手段、２７０…転流動作手段、３１０…減速機、３２０…ストロークセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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