(57)【要約】【課題】モータを駆動源としてシフトレンジを切り換えるレンジ切換制御システムの動作信頼性を向上させる。【解決手段】マイコン４１は、エンコーダ４６の出力信号に同期してモータ１２の通電相を順次切り換えるエンコーダ同期制御を実行してモータ１２を回転駆動する。このエンコーダ同期制御の開始後にモータ１２の回転が停滞しているか否かを判定し、モータ１２の回転が停滞していると判定された場合には、所定時間毎にモータ１２の通電相を順次切り換える時間同期制御に切り換えてモータ１２を回転駆動する。これにより、エンコーダ同期制御の開始後に通電相の切換タイミングのずれ（つまりエンコーダ４６の信号出力タイミングのずれ）によってモータ１２の回転が停滞した場合でも、時間同期制御によって速やかにモータ１２を回転駆動することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（１２）を駆動源としてシフトレンジを切り換えるレンジ切換機構（１１）と、前記モータの回転に同期してパルス信号を出力するエンコーダ（４６）と、前記エンコーダの出力信号に同期して前記モータの通電相を順次切り換えるエンコーダ同期制御を実行して前記モータを回転駆動する通電制御部（４１）とを備えたレンジ切換制御装置において、
前記エンコーダ同期制御の開始後に前記モータの回転が停滞しているか否かを判定する判定部（４１）を備え、
前記通電制御部は、前記判定部により前記モータの回転が停滞していると判定された場合に、所定時間毎に前記モータの通電相を順次切り換える時間同期制御に切り換えて前記モータを回転駆動することを特徴とするレンジ切換制御装置。
【請求項２】
前記通電制御部は、前記エンコーダ同期制御から前記時間同期制御に切り換える際に前記モータの通電相を１回前の通電相に戻して前記時間同期制御を開始することを特徴とする請求項１に記載のレンジ切換制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動源としてシフトレンジを切り換えるレンジ切換制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車においても、省スペース化、組立性向上、制御性向上等の要求を満たすために、機械的な駆動システムを、モータによって電気的に駆動するシステムに変更する事例が増加する傾向にある。その一例として、例えば、特許文献１（特許第３８００５２９号公報）に記載されているように、車両の自動変速機のレンジ切換機構をモータで駆動するようにしたものがある。このものは、モータの回転に同期して所定角度毎にパルス信号を出力するエンコーダを搭載し、このエンコーダの出力信号のカウント値に基づいてモータの通電相を順次切り換えてモータを回転駆動するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８００５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の技術では、エンコーダの出力信号に同期してモータの通電相を順次切り換えるエンコーダ同期制御を実行してモータを回転駆動するようにしている。このエンコーダ同期制御では、エンコーダの出力信号に同期してモータの通電相を切り換えることで、モータのロータの回転位置（回転角）に対応した適正なタイミングで通電相を切り換えて、モータの回転駆動に必要な駆動トルク（負荷トルクよりも大きいトルク）を発生させるようにしている（図３参照）。
【０００５】
しかし、システムの個体差（製造ばらつき）や経時変化等によって、モータのロータ回転位置とエンコーダの信号出力タイミングとの関係にずれが生じることがある。エンコーダ同期制御では、ロータ回転位置に対するエンコーダの信号出力タイミングのずれが大きくなると、通電相の切換タイミングのずれが大きくなって、モータの駆動トルクが負荷トルクよりも小さくなってしまう可能性がある（図４参照）。もし、モータの駆動トルクが負荷トルクよりも小さくなると、モータを回転駆動できなくなってモータの回転が停滞してしまう可能性がある。エンコーダ同期制御では、モータの回転が停滞すると、エンコーダの出力信号が更新されず通電相の切り換えが停止した状態になるため、そのままではモータを回転駆動することができず、システムの動作信頼性が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、エンコーダ同期制御の開始後に通電相の切換タイミングのずれ（つまりエンコーダの信号出力タイミングのずれ）によってモータの回転が停滞した場合でも、速やかにモータを回転駆動することができ、システムの動作信頼性を向上させることができるレンジ切換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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、モータ（１２）を駆動源としてシフトレンジを切り換えるレンジ切換機構（１１）と、モータの回転に同期してパルス信号を出力するエンコーダ（４６）と、エンコーダの出力信号に同期してモータの通電相を順次切り換えるエンコーダ同期制御を実行してモータを回転駆動する通電制御部（４１）とを備えたレンジ切換制御装置において、エンコーダ同期制御の開始後にモータの回転が停滞しているか否かを判定する判定部（４１）を備え、通電制御部は、判定部によりモータの回転が停滞していると判定された場合に、所定時間毎にモータの通電相を順次切り換える時間同期制御に切り換えてモータを回転駆動するようにしたものである。
【０００８】
この構成では、エンコーダ同期制御の開始後にモータの回転が停滞しているか否かを判定し、モータの回転が停滞していると判定された場合に、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換えることができる。時間同期制御では、モータの回転が停滞してエンコーダの出力信号が更新されなくても、所定時間毎に通電相を切り換えてモータを回転駆動することができる。これにより、エンコーダ同期制御の開始後に通電相の切換タイミングのずれ（つまりエンコーダの信号出力タイミングのずれ）によってモータの回転が停滞した場合でも、時間同期制御によって速やかにモータを回転駆動することができ、システムの動作信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるレンジ切換機構の斜視図である。
【図２】図２はレンジ切換制御システムの概略構成を示す図である。
【図３】図３はエンコーダ同期制御で通電相の切換タイミングのずれが小さい場合の駆動トルクの挙動を示す図である。
【図４】図４はエンコーダ同期制御で通電相の切換タイミングのずれが大きい場合の駆動トルクの挙動を示す図である。
【図５】図５は通電制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図６】図６はエンコーダ割り込みルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は通電制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１及び図２に基づいてレンジ切換制御システムの構成を説明する。
図１に示すように、レンジ切換機構１１は、自動変速機２７（図２参照）のシフトレンジをＰレンジ（パーキングレンジ）とＮｏｔＰレンジとの間で切り換える２ポジション式のレンジ切換機構である。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１２は、例えばスイッチトリラクタンスモータにより構成されている。このモータ１２には、減速機構２６（図２参照）が内蔵され、その出力軸１２ａ（図２参照）に、レンジ切換機構１１のマニュアルシャフト１３が接続されている。このマニュアルシャフト１３に、ディテントレバー１５が固定されている。
【００１１】
ディテントレバー１５には、ディテントレバー１５の回転に応じて直線運動するマニュアルバルブ（図示せず）が接続され、このマニュアルバルブによって自動変速機２７の内部の油圧回路（図示せず）を切り換えることで、シフトレンジを切り換えるようになっている。
【００１２】
また、ディテントレバー１５にはＬ字形のパーキングロッド１８が固定され、このパーキングロッド１８の先端部に設けられた円錐体１９がロックレバー２１に当接している。このロックレバー２１は、円錐体１９の位置に応じて軸２２を中心にして上下動してパーキングギヤ２０をロック／ロック解除するようになっている。パーキングギヤ２０は、自動変速機２７の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２０がロックレバー２１によってロックされると、車両の駆動輪が回り止めされた状態（パーキング状態）に保持される。
【００１３】
一方、ディテントレバー１５を各レンジ（ＰレンジとＮｏｔＰレンジ）の位置に保持するためのディテントバネ２３が支持ベース１７に固定され、ディテントレバー１５には、Ｐレンジ保持凹部２４とＮｏｔＰレンジ保持凹部２５が形成されている。ディテントバネ２３の先端に設けられた係合部２３ａがディテントレバー１５のＰレンジ保持凹部２４に嵌まり込んだときに、ディテントレバー１５がＰレンジの位置に保持される。ディテントバネ２３の係合部２３ａがディテントレバー１５のＮｏｔＰレンジ保持凹部２５に嵌まり込んだときに、ディテントレバー１５がＮｏｔＰレンジの位置に保持される。これらディテントレバー１５とディテントバネ２３等からディテントレバー１５の回転位置を各レンジの位置に係合保持する（つまりレンジ切換機構１１を各レンジの位置に保持する）ためのディテント機構１４（節度機構）が構成されている。
【００１４】
Ｐレンジでは、パーキングロッド１８がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体１９の太い部分がロックレバー２１を押し上げてロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０に嵌まり込んでパーキングギヤ２０をロックした状態となる。それによって、自動変速機２７の出力軸（駆動輪）がロックされた状態（パーキング状態）に保持される。
【００１５】
一方、ＮｏｔＰレンジでは、パーキングロッド１８がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体１９の太い部分がロックレバー２１から抜け出てロックレバー２１が下降する。それによって、ロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０から外れてパーキングギヤ２０のロックが解除され、自動変速機２７の出力軸が回転可能な状態（走行可能な状態）に保持される。
【００１６】
図２に示すように、レンジ切換機構１１のマニュアルシャフト１３には、マニュアルシャフト１３の回転角（回転位置）を検出する回転センサ１６が設けられている。この回転センサ１６は、マニュアルシャフト１３の回転角度に応じた電圧を出力するセンサ（例えばポテンショメータ）によって構成され、その出力電圧によって実際のシフトレンジが、ＰレンジとＮｏｔＰレンジのいずれであるかを確認できるようになっている。
【００１７】
図２に示すように、モータ１２には、ロータの回転角（回転位置）を検出するためのエンコーダ４６が設けられている。このエンコーダ４６は、例えば磁気式のロータリエンコーダにより構成されており、モータ１２のロータの回転に同期して所定角度毎にＡ相とＢ相のパルス信号を出力するように構成されている。レンジ切換制御回路４２のマイコン４１は、エンコーダ４６から出力されるＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりの両方のエッジをカウントして、そのカウント値（以下「エンコーダカウント値」という）に応じてモータドライバ３７によってモータ１２の通電相を所定の順序で切り換えることでモータ１２を回転駆動する。尚、モータ１２の３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の巻線とモータドライバ３７の組み合わせを２系統設けて、一方の系統が故障しても、他方の系統でモータ１２を回転駆動できる構成にしても良い。
【００１８】
モータ１２の回転中は、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってモータ１２の回転方向を判定し、正回転（Ｐレンジ→ＮｏｔＰレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントアップし、逆回転（ＮｏｔＰレンジ→Ｐレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントダウンする。これにより、モータ１２が正回転／逆回転のいずれの方向に回転しても、エンコーダカウント値とモータ１２の回転角との対応関係が維持されるため、正回転／逆回転のいずれの回転方向でも、エンコーダカウント値によってモータ１２の回転位置を検出して、その回転位置に対応した相の巻線に通電してモータ１２を回転駆動できるようになっている。
【００１９】
レンジ切換制御回路４２には、シフトスイッチ４４で検出したシフトレバー操作位置の信号が入力される。これにより、レンジ切換制御回路４２のマイコン４１は、運転者のシフトレバー操作等に応じて目標レンジ（目標のシフトレンジ）を切り換え、その目標レンジに応じてモータ１２を回転駆動してシフトレンジを切り換え、切り換え後の実際のシフトレンジをインストルメントパネル（図示せず）に設けられたレンジ表示部４５に表示する。
【００２０】
レンジ切換制御回路４２には、車両に搭載されたバッテリ５０（電源）から電源リレー５１を介して電源電圧が供給される。電源リレー５１のオン／オフは、電源スイッチであるＩＧスイッチ５２（イグニッションスイッチ）のオン／オフを手動操作することで切り換えられる。ＩＧスイッチ５２がオンされると、電源リレー５１がオンされてレンジ切換制御回路４２に電源電圧が供給され、ＩＧスイッチ５２がオフされると、電源リレー５１がオフされてレンジ切換制御回路４２への電源供給が遮断（オフ）される。
【００２１】
レンジ切換制御回路４２のマイコン４１は、運転者のシフトレバー操作により目標レンジが切り換えられてレンジ切換要求が発生すると、その目標レンジの切り換えに応じて目標回転位置（目標カウント値）を変更する。そして、エンコーダカウント値に基づいてモータ１２の通電相を順次切り換えてモータ１２を目標レンジに相当する目標回転位置まで回転駆動することで、シフトレンジを目標レンジに切り換える（レンジ切換機構１１の切換位置を目標レンジの位置に切り換える）。
【００２２】
その際、本実施例では、レンジ切換制御回路４２のマイコン４１により後述する図６及び図７のルーチンを実行することで、エンコーダ４６の出力信号に同期してモータ１２の通電相を順次切り換えるエンコーダ同期制御を実行してモータ１２を回転駆動するようにしている。このエンコーダ同期制御では、エンコーダ４６の出力信号に同期してモータ１２の通電相を切り換えることで、モータ１２のロータの回転位置（回転角）に対応した適正なタイミングで通電相を切り換えて、モータ１２の回転駆動に必要な駆動トルク（負荷トルクよりも大きいトルク）を発生させるようにしている（図３参照）。
【００２３】
しかし、システムの個体差（製造ばらつき）や経時変化等によって、モータ１２のロータ回転位置とエンコーダ４６の信号出力タイミングとの関係にずれが生じることがある。エンコーダ同期制御では、ロータ回転位置に対するエンコーダ４６の信号出力タイミングのずれが大きくなると、通電相の切換タイミングのずれが大きくなって、モータ１２の駆動トルクが負荷トルクよりも小さくなってしまう可能性がある（図４参照）。もし、モータ１２の駆動トルクが負荷トルクよりも小さくなると、モータ１２を回転駆動できなくなってモータ１２の回転が停滞してしまう可能性がある。エンコーダ同期制御では、モータ１２の回転が停滞すると、エンコーダ４６の出力信号が更新されず通電相の切り換えが停止した状態になるため、そのままではモータ１２を回転駆動することができず、システムの動作信頼性が低下してしまう。
【００２４】
この対策として、本実施例では、レンジ切換制御回路４２のマイコン４１により後述する図７のルーチンを実行することで、次のような制御を行う。図５に示すように、エンコーダ同期制御の開始後にモータ１２の回転が停滞しているか否かを判定し、モータ１２の回転が停滞していると判定された場合には、その時点ｔ1 で、所定時間毎にモータ１２の通電相を順次切り換える時間同期制御に切り換えてモータ１２を回転駆動する。これにより、エンコーダ同期制御の開始後にモータ１２の回転が停滞していると判定された場合に、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換えることができる。時間同期制御では、モータ１２の回転が停滞してエンコーダ４６の出力信号が更新されなくても、所定時間毎に通電相を切り換えてモータ１２を回転駆動することができる。
【００２５】
ところで、エンコーダ同期制御の開始後に通電相の切換タイミングのずれによってモータ１２の回転が停滞した場合には、通電相の切換タイミングが早過ぎてモータ１２の回転が停滞した場合と遅過ぎてモータ１２の回転が停滞した場合とが考えられる。通電相の切換タイミングが早過ぎてモータ１２の回転が停滞した場合には、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換える際に、現在の通電相から時間同期制御を開始すると、通電相が一巡してからでないと、モータ１２の回転駆動に必要な駆動トルクを発生できない可能性がある。
【００２６】
そこで、本実施例では、図５に示すように、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換える際に、モータ１２の通電相を１回前の通電相（図５ではＷ相）に戻して時間同期制御を開始するようにしている。
以下、本実施例でレンジ切換制御回路４２のマイコン４１が実行する図６及び図７の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２７】
［エンコーダ割り込みルーチン］
図６に示すエンコーダ割り込みルーチンは、レンジ切換制御回路４２の電源オン期間中にマイコン４１によりエンコーダ４６のＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりの両方のエッジに同期して起動される。本ルーチンが起動されると、ステップ１０１で、エンコーダ割り込みフラグを「１」にセットした後、本ルーチンを終了する。
【００２８】
［通電制御ルーチン］
図７に示す通電制御ルーチンは、レンジ切換制御回路４２の電源オン期間中にマイコン４１により実行され、特許請求の範囲でいう通電制御部としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンコーダ同期フラグを「１」にセットする。
【００２９】
この後、ステップ２０２に進み、モータ１２の駆動要求（例えばレンジ切換要求）有りか否かを判定し、モータ１２の駆動要求無しと判定された場合には、このステップ２０２で待機する。その後、ステップ２０２で、モータ１２の駆動要求有りと判定された時点で、ステップ２０３に進み、モータ１２の回転駆動を開始する。この際、まず、現在のエンコーダカウント値（つまりモータ１２の回転位置）に対応した相の巻線に通電する。
【００３０】
この後、ステップ２０４に進み、エンコーダ同期フラグが「１」であるか否かを判定する。このステップ２０４で、エンコーダ同期フラグが「１」であると判定された場合には、エンコーダ同期制御を実行してモータ１２を回転駆動する。
【００３１】
この場合、まず、ステップ２０５に進み、エンコーダ割り込み有りか否かを、エンコーダ割り込みフラグが「１」であるか否かによって判定する。
このステップ２０５で、エンコーダ割り込み無し（つまりエンコーダ割り込みフラグ＝０）と判定された場合には、ステップ２０６に進み、モータ１２の回転が停滞しているかを、エンコーダ割り込み無しの状態が所定の停滞判定時間（例えば４０ｍｓ）以上継続したか否かによって判定する。このステップ２０６の処理が特許請求の範囲でいう判定部としての役割を果たす。
【００３２】
このステップ２０６で、モータ１２の回転が停滞していないと判定された場合には、上記ステップ２０５に戻る。このステップ２０５で、エンコーダ割り込み有り（つまりエンコーダ割り込みフラグ＝１）と判定された時点で、ステップ２０７に進み、エンコーダ割り込みフラグを「０」にリセットする。この後、ステップ２０８に進み、モータ１２の通電相の切換タイミングであるか否かを、前回の通電相の切換タイミングからのエンコーダ割り込み回数が所定値に達したか否かによって判定する。
【００３３】
このステップ２０８で、まだ通電相の切換タイミングではないと判定された場合には、上記ステップ２０４に戻る。その後、ステップ２０８で、通電相の切換タイミングであると判定された時点で、ステップ２０９に進み、モータ１２の通電相を切り換える。このよにして、エンコーダ４６の出力信号に同期してモータ１２の通電相を切り換える。
【００３４】
これに対して、上記ステップ２０６で、モータ１２の回転が停滞していると判定された場合には、エンコーダ同期制御ではモータ１２を回転駆動できないと判断して、ステップ２１０に進み、エンコーダ同期フラグを「０」にリセットする。これにより、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換えてモータ１２を回転駆動する。
【００３５】
この場合、まず、ステップ２１１に進み、モータ１２の通電相を１回前の通電相に戻した後、上記ステップ２０４に戻り、このステップ２０４で、エンコーダ同期フラグが「０」であると判定されて、ステップ２１２に進み、通電時間を計測するための通電時間用タイマを所定時間（例えば２０ｍｓ）にセットする。
【００３６】
この後、ステップ２１３に進み、モータ１２の通電相の切換タイミングであるか否かを、通電時間用タイマが所定時間に達したか否か（つまり今回の通電相の通電時間が所定時間に達したか否か）によって判定する。
【００３７】
このステップ２１３で、通電相の切換タイミングであると判定された時点で、ステップ２１４に進み、モータ１２の通電相を切り換える。このようにして、所定時間毎にモータ１２の通電相を切り換える。
【００３８】
上記ステップ２０９又は２１４でモータ１２の通電相を切り換えた後は、ステップ２１５に進み、モータ１２の回転駆動を開始してから所定の異常判定時間が経過したか否かを判定する。このステップ２１５で、まだ異常判定時間が経過していないと判定された場合には、ステップ２１６に進み、モータ１２の回転駆動を開始してからの通電相の切換回数をカウントする通電カウンタが目標通電数に到達したか否かを判定する。このステップ２１６で、通電カウンタが目標通電数に到達していないと判定された場合には、上記ステップ２０４に戻る。
【００３９】
その後、上記ステップ２１６で、通電カウンタが目標通電数に到達したと判定された時点で、モータ１２が目標回転位置まで回転したと判断して、ステップ２１８に進み、モータ１２の通電を終了した後、上記ステップ２０２に戻る。
【００４０】
これに対して、上記ステップ２１５で、異常判定時間が経過したと判定された場合には、ステップ２１７に進み、何らかの異常有りと判定した後、ステップ２１８に進み、モータ１２の通電を終了した後、上記ステップ２０２に戻る。
【００４１】
以上説明した本実施例では、エンコーダ同期制御の開始後にモータ１２の回転が停滞しているか否かを判定し、モータ１２の回転が停滞していると判定された場合には、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換えるようにしている。これにより、エンコーダ同期制御の開始後に通電相の切換タイミングのずれ（つまりエンコーダ４６の信号出力タイミングのずれ）によってモータ１２の回転が停滞した場合でも、時間同期制御によって速やかにモータ１２を回転駆動することができ、システムの動作信頼性を向上させることができる。
【００４２】
更に、本実施例では、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換える際に、モータ１２の通電相を１回前の通電相に戻して時間同期制御を開始するようにしている。これにより、通電相の切換タイミングが早過ぎてモータ１２の回転が停滞した場合でも、時間同期制御の開始直後からモータ１２の回転駆動に必要な駆動トルクを発生させて、モータ１２を回転駆動することが可能となる。
【００４３】
しかしながら、これに限定されず、エンコーダ同期制御から時間同期制御に切り換える際に、現在の通電相から時間同期制御を開始するようにしても良い。
また、上記実施例において、マイコン４１が実行する機能の一部又は全部を、一つ或は複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成しても良い。
【００４４】
また、上記実施例では、シフトレンジをＰレンジとＮｏｔＰレンジの二つのレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、シフトレンジをＰレンジとＲレンジとＮレンジとＤレンジの四つのレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用しても良い。或は、シフトレンジを三つのレンジ間又は五つ以上のレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用しても良い。
【００４５】
その他、本発明は、自動変速機（ＡＴ、ＣＶＴ、ＤＣＴ等）に限定されず、電気自動車用の変速機（減速機）のシフトレンジを切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに適用しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４６】
１１…レンジ切換機構、１２…モータ、４１…マイコン（通電制御部，判定部）、４６…エンコーダ
【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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