(57)【要約】【課題】モータ側の出力軸とレンジ切換機構のマニュアル軸との嵌合連結部に遊びが存在するシステムにおいて、耐久性を低下させることなく遊び量を学習できるようにする。【解決手段】モータ１３側の出力軸とレンジ切換機構１１のマニュアル軸１５との間の嵌合連結部に存在する遊び量を学習する場合、レンジ切換機構１１のレンジがＰレンジで留まっているときに、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクでモータ１３を回転させる。このようにすれば、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態で、出力軸のみが嵌合連結部の遊びの範囲内で空転し、その遊びの端に突き当たった位置で出力軸の回転が停止する。このような処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで、遊びの両端位置を出力軸センサ１６で検出し、その遊びの両端位置の検出値の差分値を遊び量として算出して学習する。【選択図】図１
2009177965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構等の回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸と制御対象とを遊びのある嵌合連結部で連結し、前記制御対象の操作位置を目標の操作位置に切り換える際に、前記目標の操作位置に対応する目標モータ回転角を設定して前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角が前記目標モータ回転角に一致するまで前記モータを駆動するモータ制御装置において、
前記出力軸の回転角を検出する出力軸回転角検出手段と、
前記制御対象が所定の操作位置で留まっているときに前記制御対象が前記所定の操作位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクで前記モータを前記嵌合連結部の遊びの端に突き当たるまで回転させる処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで遊びの両端位置を前記出力軸回転角検出手段で検出してその検出値に基づいて遊び量を学習する遊び量学習手段と、
前記遊び量学習手段で学習した遊び量の学習値を考慮して前記目標モータ回転角を設定する目標モータ回転角設定手段と
を備えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記目標の操作位置に対応する目標出力軸回転角を設定する目標出力軸回転角設定手段を備え、
前記目標モータ回転角設定手段は、前記目標出力軸回転角を前記遊び量の学習値を用いて補正し、補正後の目標出力軸回転角と前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角との偏差に前記回転伝達系の減速比を乗算した値を用いて前記目標モータ回転角を設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記目標モータ回転角設定手段は、前記目標出力軸回転角を前記遊び量の学習値を用いて補正する際に、前記出力軸が前記目標出力軸回転角よりも前記遊び量の学習値の１／２に相当する回転角度量だけ余分に回転されるように前記目標出力軸回転角を補正することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御対象が特定の操作位置で留まっているときの前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角に基づいて前記出力軸の基準位置を学習する出力軸基準位置学習手段を備え、
前記目標出力軸回転角設定手段は、前記制御対象を前記特定の操作位置から前記目標の操作位置に切り換えるのに必要な前記出力軸の回転角度量の設計値を前記出力軸の基準位置学習値に加算して前記目標出力軸回転角を設定することを特徴とする請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御対象は、車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構であり、
前記遊び量学習手段は、前記レンジ切換機構が所定のレンジに切り換えられているときに前記遊び量を学習することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記遊び量学習手段は、前記遊び量を学習する際に前記モータを前記小さいトルクで回転させて前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角の変化が停止した位置を前記遊びの端位置と判断することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記遊び量学習手段は、前記遊び量を学習する際に前記モータのトルクをデューティ制御により前記小さいトルクに低下させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
所定温度以下の低温領域で前記遊び量学習手段による前記遊び量の学習を禁止する学習禁止手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転軸に減速機構等の回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動するモータ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、特許文献１（特開２００２−３２３１２７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、モータの回転軸に減速機構を介して出力軸を連結し、この出力軸によってレンジ切換機構を駆動して自動変速機のレンジを切り換えるようにしている。この場合、モータには、回転角（回転位置）を検出するエンコーダを搭載し、レンジ切換時には、このエンコーダの出力パルスのカウント値に基づいてモータを目標のレンジに相当する目標回転角（目標カウント値）まで回転させることで、レンジ切換機構を目標のレンジに切り換えるようにしている。
【０００３】
ところで、モータの回転量（回転角）は、減速機構等の駆動力伝達系を介してレンジ切換機構の操作量に変換されるが、駆動力伝達系を構成する部品間には、遊び（ガタ）が存在する。例えば、減速機構の歯車間に遊び（バックラッシ）があり、また、減速機構の出力軸の先端部に形成した断面非円形（角形、Ｄカット形状、スプライン形状等）の連結部をレンジ切換機構の嵌合部に嵌め込んで連結する構成では、両者の嵌め込み作業を容易にするためのクリアランスが必要となる。このように、モータの回転量をレンジ切換機構の操作量に変換する駆動力伝達系には、遊び（ガタ）が存在するため、仮に、回転角センサの検出値に基づいてモータの回転角を正確に制御できたとしても、レンジ切換機構の操作量には駆動力伝達系の遊び（ガタ）分の誤差が生じてしまい、レンジ切換機構の操作量を精度良く制御することができない。
【０００４】
この対策として、特許文献２（特開２００５−１９８４４９号公報）に記載されているように、出力軸の回転角を検出する出力軸回転角検出手段を設け、この出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて目標モータ回転角を補正するようにしたものがある。
【０００５】
しかし、出力軸とレンジ切換機構とを遊びのある嵌合連結部で連結する構成では、出力軸の回転角を出力軸回転角検出手段で検出しても、出力軸とレンジ切換機構との嵌合連結部の遊びの影響を排除することができない。
【０００６】
そこで、特許文献３（特開２００６−１３６０３５号公報）、特許文献４（特開２００４−２３９３２号公報）等に記載されているように、モータをレンジ切換機構の可動範囲の限界位置（壁）に突き当たるまで回転させる突き当て制御を行うことで、駆動力伝達系の遊び量を学習し、この学習値に基づいて目標回転角を補正するようにしたものがある。    
【特許文献１】特開平１０−３２２０９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９８４４９号公報
【特許文献３】特開２００６−１３６０３５号公報
【特許文献４】特開２００４−２３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献３のように、遊び量を学習する際に、レンジ切換機構の可動範囲の限界位置（壁）に突き当てる突き当て制御を行うと、駆動力伝達系の各部に負担が掛かり、レンジ切換機構の耐久性が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モータ側の出力軸と制御対象とを遊びのある嵌合連結部で連結したシステムにおいて、耐久性を低下させることなく遊び量を学習することができて、制御対象の制御精度向上と耐久性向上とを両立させることができるモータ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、モータの回転角を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構等の回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸と制御対象とを遊びのある嵌合連結部で連結し、前記制御対象の操作位置を目標の操作位置に切り換える際に、前記目標の操作位置に対応する目標モータ回転角を設定して前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角が前記目標モータ回転角に一致するまで前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記出力軸の回転角を検出する出力軸回転角検出手段と、前記制御対象が所定の操作位置で留まっているときに前記制御対象が前記所定の操作位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクで前記モータを前記嵌合連結部の遊びの端に突き当たるまで回転させる処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで遊びの両端位置を前記出力軸回転角検出手段で検出してその検出値に基づいて遊び量を学習する遊び量学習手段と、前記遊び量学習手段で学習した遊び量の学習値を考慮して前記目標モータ回転角を設定する目標モータ回転角設定手段とを備えた構成としたものである。
【００１０】
要するに、本発明は、モータ側の出力軸と制御対象とを遊びのある嵌合連結部で連結し、出力軸の回転角を出力軸回転角検出手段で検出する構成のものにおいて、遊び量を学習する場合は、制御対象が所定の操作位置で留まっているときに、制御対象が所定の操作位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクでモータを回転させる。このようにすれば、制御対象が所定の操作位置で留まっている状態で、出力軸のみが嵌合連結部の遊びの範囲内で空転し、その遊びの端（壁）に突き当たった位置で出力軸の回転が停止する。このような処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで、嵌合連結部の遊びの両端位置を出力軸回転角検出手段で検出し、その遊びの両端位置の検出出力軸回転角の差分値を遊び量として算出して学習する。これにより、モータの回転量を制御対象の操作量に変換する駆動力伝達系の各部にかかる負担を少なくしながら遊び量を学習することができて、耐久性を低下させることなく遊び量を学習して制御対象を精度良く制御することが可能となり、制御対象の制御精度向上と耐久性向上とを両立させることができる。
【００１１】
この場合、モータ回転角と出力軸回転角と両者間の回転伝達系の減速比を考慮して、請求項２のように、前記目標の操作位置に対応する目標出力軸回転角を設定する目標出力軸回転角設定手段を備え、前記目標モータ回転角設定手段は、前記目標出力軸回転角を前記遊び量の学習値を用いて補正し、補正後の目標出力軸回転角と前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角との偏差に前記回転伝達系の減速比を乗算した値を用いて前記目標モータ回転角を設定するようにすれば良い。これにより、出力軸回転角検出手段で検出した遊び量の学習値を用いて目標モータ回転角を精度良く設定することができる。
【００１２】
更に、請求項３のように、前記目標モータ回転角設定手段は、前記目標出力軸回転角を前記遊び量の学習値を用いて補正する際に、前記出力軸が前記目標出力軸回転角よりも前記遊び量の学習値の１／２に相当する回転角度量だけ余分に回転されるように前記目標出力軸回転角を補正するようにすると良い。このようにすれば、制御対象の操作位置を目標の操作位置に切り換える際に、嵌合連結部の遊びを利用して制御対象の操作位置を正確に目標の操作位置に切り換えることができる。
【００１３】
また、請求項４のように、制御対象が特定の操作位置で留まっているときの出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角に基づいて出力軸の基準位置を学習する出力軸基準位置学習手段を備え、前記目標出力軸回転角設定手段は、前記制御対象を前記特定の操作位置から前記目標の操作位置に切り換えるのに必要な前記出力軸の回転角度量の設計値を前記出力軸の基準位置学習値に加算して前記目標出力軸回転角を設定するようにすれば良い。このようにすれば、出力軸の基準位置学習値を用いて目標出力軸回転角を精度良く設定することができる。
【００１４】
本発明は、モータを駆動源として操作位置を切り換える様々な操作位置切換装置に適用して実施でき、例えば、請求項５のように、車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構を制御対象としても良く、この場合は、レンジ切換機構が所定のレンジに切り換えられているときに遊び量を学習するようにすれば良い。これにより、信頼性の高いモータ駆動式のレンジ切換装置を構成できる。
【００１５】
ところで、遊び量を学習する際に、出力軸のみが嵌合連結部の遊びの範囲内で空転している期間は、その空転量に応じて出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が変化し、遊びの端（壁）に突き当たった位置で出力軸の回転が停止して出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角の変化が停止する。この点を考慮して、請求項６のように、遊び量を学習する際に、モータを前記小さいトルクで回転させて出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角の変化が停止した位置を遊びの端位置と判断するようにすれば良い。
【００１６】
また、請求項７のように、遊び量を学習する際にモータのトルクをデューティ制御により前記小さいトルクに低下させるようにすると良い。このようにすれば、遊び量を学習する際にモータのトルクを学習時の目標トルクに精度良く低下させることができる。
【００１７】
また、低温領域ではフリクション等が増大してモータのトルクが変動したり出力軸の動きが悪くなるため、遊びの両端位置を誤検出する可能性がある。この対策として、請求項８のように、所定温度以下の低温領域で前記遊び量学習手段による遊び量の学習を禁止する学習禁止手段を備えた構成とすると良い。このようにすれば、低温時に遊び量を誤学習することを未然に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態をモータ駆動式のレンジ切換装置に適用して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機構１１の構成を説明する。
【００１９】
レンジ切換機構１１は、自動変速機１２のレンジを、例えば、パーキングレンジ（Ｐ）、リバースレンジ（Ｒ）、ニュートラルレンジ（Ｎ）、ドライブレンジ（Ｄ）に切り換えるためのものである。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１３は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等の同期モータにより構成され、減速機構１４（図２参照）を内蔵し、この減速機構１４の出力軸１４ａ（図２参照）の回転角を検出する出力軸センサ１６（出力軸回転角検出手段）が設けられている。
【００２０】
減速機構１４の出力軸１４ａには、遊びのある嵌合連結部（図示せず）によりレンジ切換機構１１のマニュアル軸１５（操作軸）が嵌合連結され、このマニュアル軸１５には、自動変速機１２の油圧回路のマニュアルバルブ１７を切り換えるためのディテントレバー１８が固定されている。このディテントレバー１８にはＬ字形のパーキングロッド１９が固定され、このパーキングロッド１９の先端部に設けられた円錐体２０がロックレバー２１に当接している。
【００２１】
このロックレバー２１は、円錐体２０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２３をロック／ロック解除するようになっている。このパーキングギヤ２３は、自動変速機１２の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２３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。
【００２２】
また、ディテントレバー１８には、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４が連結され、モータ１３によって出力軸１４ａを回動させてディテントレバー１８を回動させることで、マニュアルバルブ１７の操作量（スプール弁２４の位置）を切り換えて、自動変速機１２のレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれかに切り換える。ディテントレバー１８には、スプール弁２４を上記各レンジに対応する位置に保持するための４個の凹部２５が形成されている。
【００２３】
一方、ディテントレバー１８を各レンジに対応する位置に保持するためのディテントバネ２６がマニュアルバルブ１７に固定され、このディテントバネ２６の先端に設けられたローラ２７（係合部）がディテントレバー１８の目標レンジの凹部２５に嵌まり込むことで、ディテントレバー１８が目標レンジの回転角で保持されて、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の位置が目標レンジの位置で保持されるようになっている。
【００２４】
Ｐレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体２０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２３に嵌まり込んでパーキングギヤ２３をロックした状態となり、それによって、自動変速機１２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。
【００２５】
一方、Ｐレンジ以外のレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体２０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が下降し、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１２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。
【００２６】
本実施例では、出力軸センサ１６は、モータ１３の減速機構１４の出力軸１４ａの回転角に応じて出力電圧がリニアに変化する回転角センサ（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現在の出力軸１４ａの回転角（回転位置）、ひいては現在のレンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄ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。
【００２７】
モータ１３には、ロータの回転角を検出するためのエンコーダ３１（モータ回転角検出手段）が設けられている。このエンコーダ３１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１３のロータの回転に同期してＡ相とＢ相のパルス信号をレンジ切換制御装置３２に出力するように構成されている。レンジ切換制御装置３２のＥＣＵ３３は、エンコーダ３１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、そのエンコーダカウント値に応じてモータドライバ３４，３５によってモータ１３の通電相を所定の順序で切り換えることでモータ１３を回転駆動する。
【００２８】
この際、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってロータの回転方向を判定し、正回転（Ｐレンジ→Ｄ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（Ｄ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１３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１３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１３の回転角を検出して、その回転角に対応した相の巻線に通電してモータ１３を回転駆動する。
【００２９】
次に、本実施例のモータ１３のフィードバック制御系（以下「Ｆ／Ｂ制御系」と表記する）の概要を図３を用いて説明する。モータ１３のＦ／Ｂ制御系は、２系統のＦ／Ｂ制御系からなり、第１のＦ／Ｂ制御系は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と後述する仮想目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて次式により目標モータ回転角θ1tg を演算する。
θ1tg ＝（θ2 −θ2tg ）×Ｋg ＋θ1
ここで、Ｋg は回転伝達系（減速機構１４）の減速比、θ1 はエンコーダ３１の検出モータ回転角である。
【００３０】
要するに、第１のＦ／Ｂ制御系は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と仮想目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を補正するサブＦ／Ｂ制御系である。
【００３１】
一方、第２のＦ／Ｂ制御系は、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 （エンコーダカウント値）に基づいてモータ１３の通電相を順次切り換えることでモータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動するモータＦ／Ｂ制御を実行するメインＦ／Ｂ制御系である。
【００３２】
以上説明した２系統のＦ／Ｂ制御系によるモータ１３の制御例を図４に基づいて説明する。運転者が自動変速機１２のシフトレバーを例えばＰレンジからＤレンジに操作した時点ｔ1 で、ＥＣＵ３３は、そのシフトレバーの操作で切り換えられた目標レンジに対応する仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定し、その時点ｔ1 の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と仮想目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を演算してモータ１３の駆動を開始する。
【００３３】
このモータ１３の駆動開始直後は、モータ１３が減速機構１４の遊びＡ（図３参照）分だけ回転するまで、モータ１３のみが回転して出力軸１４ａは回転しないため、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 は変化しないが、モータ１３の回転に伴ってエンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が変化するため、この検出モータ回転角θ1 の変化に応じて目標モータ回転角θ1tg も変化する。
【００３４】
その後、モータ１３が減速機構１４の遊びＡ分だけ回転した時点ｔ2 で、出力軸１４ａがモータ１３と一体的に回転し始めて、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が変化し始める。これ以後、出力軸１４ａがモータ１３と一体的に回転して、目標モータ回転角θ1tg が一定に維持される。その後、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点ｔ3 で、モータ１３を停止させる。これにより、レンジの切り換えが完了する。
【００３５】
ところで、図３に示すように、モータ１３の減速機構１４の出力軸１４ａとレンジ切換機構１１のマニュアル軸１５との間の嵌合連結部に遊びＢが存在するため、出力軸１４ａの回転角とマニュアル軸１５の回転角との間には両者間の嵌合連結部の遊びＢ分だけ誤差が生じる。
【００３６】
そこで、本実施例では、次のようにして嵌合連結部の遊び量θB を学習する。
遊び量θB を学習する場合は、レンジ切換機構１１のレンジが例えばＰレンジで留まっているときに（ディテントバネ２６のローラ２７がディテントレバー１８のＰレンジの凹部２５に嵌まり込んでいるときに）、ディテントレバー１８（ディテントバネ２６のローラ２７）がＰレンジの位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクでモータ１３を回転させる。このようにすれば、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態で、出力軸１４ａのみが嵌合連結部の遊びＢの範囲内で空転し、その遊びＢの端（壁）に突き当たった位置で出力軸１４ａの回転が停止する。このような処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで、嵌合連結部の遊びＢの両端位置を出力軸センサ１６で検出し、その遊びＢの両端位置の検出出力軸回転角θ2P，θ2Rの差分値を遊び量θB として学習する。この遊び量θB を学習する際のモータ１３のトルクの制御は、モータ１３の通電電流をデューティ制御することで行われる。
【００３７】
次に、目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg を遊び量学習値θB により補正して仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定する方法を説明する。
【００３８】
まず、図５を用いて、ＰレンジからＤレンジ方向にシフトする場合の仮想目標出力軸回転角θ2tg の設定方法を説明する。例えば、ＰレンジからＲレンジにシフトする場合は、ディテントレバー１８のＲレンジの略Ｖ字形の凹部２５の中央の最低位置がディテントバネ２６のローラ２７の本来の目標停止位置θPR（目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg ）となるが、出力軸１４ａ（出力軸センサ１６）とローラ２７との間に嵌合連結部の遊びＢが存在するため、Ｒレンジの凹部２５の中央の最低位置よりも遊び量学習値θB の１／２分だけＤレンジ側にずらした位置に仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定し、出力軸１４ａの回転角をこの仮想目標出力軸回転角θ2tg に制御する。
θ2tg ＝θ3tg ＋θB ／２
【００３９】
なお、目標出力軸回転角θ3tg に対してＤレンジ側にずらす量は、遊び量学習値θB の１／２に限定されず、それよりも少し小さい値又は少し大きい値に設定しても良い。
【００４０】
この場合、出力軸１４ａの基準位置は、Ｐレンジの凹部２５の中央の最低位置に設定され、後述する図１２及び図１３の基準位置・遊び量学習値算出ルーチンによって、Ｐレンジで遊び量θB を学習する際の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角に基づいて出力軸１４ａの基準位置を学習するようになっている。目標出力軸回転角θ3tg は、出力軸１４ａの基準位置学習値θglrnP にθPRを加えた回転角で設定される。
θ3tg ＝θPR＋θglrnP
【００４１】
従来は、嵌合連結部の遊びＢを考慮せずに、出力軸１４ａの回転角を目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg （目標レンジがＲレンジの場合はθPR）に制御するため、図７に示すように、嵌合連結部の遊びＢによって目標レンジの凹部２５の中央の最低位置の手前でローラ２７の駆動が停止されてしまう可能性がある。この場合でも、ローラ２７の駆動停止位置が、ディテントバネ２６の弾性力等によりローラ２７が自然に凹部２５の最低位置に滑り落ちる滑り落ち範囲内であれば、モータ１３の駆動停止後にローラ２７が自然に凹部２５の最低位置（目標出力軸回転角θ3tg ）に滑り落ちていくため、問題ないが、ローラ２７の駆動停止位置が滑り落ち範囲の手前である場合は、ローラ２７の駆動停止位置でそのままローラ２７が停止し続けてしまい、ローラ２７を目標出力軸回転角θ3tg まで移動させることができない。
【００４２】
この点、本実施例のように、ＰレンジからＤレンジ方向にシフトする場合に、目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg よりも遊び量学習値θB の１／２分だけＤレンジ側にずらした位置に仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定し、出力軸１４ａの回転角をこの仮想目標出力軸回転角θ2tg に制御すれば、ローラ２７の駆動停止位置を確実に滑り落ち範囲内に収めることができて、ローラ２７を凹部２５の中央の最低位置（目標出力軸回転角θ3tg ）に確実に移動させることができる。
【００４３】
次に、図６を用いて、ＤレンジからＰレンジ方向にシフトする場合の仮想目標出力軸回転角θ2tg の設定方法を説明する。例えば、ＤレンジからＲレンジにシフトする場合は、ディテントレバー１８のＲレンジの凹部２５の中央の最低位置がディテントバネ２６のローラ２７の本来の目標停止位置（目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg ）となるが、出力軸１４ａ（出力軸センサ１６）とローラ２７との間に嵌合連結部の遊びＢが存在するため、Ｒレンジの凹部２５の最低位置よりも遊び量学習値θB の１／２分だけＰレンジ側にずらした位置に仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定し、出力軸１４ａの回転角をこの仮想目標出力軸回転角θ2tg に制御する。
θ2tg ＝θ3tg −θB ／２
【００４４】
目標レンジがＲレンジの場合は、θ3tg ＝θPR＋θglrnP である。尚、目標出力軸回転角θ3tg に対してＰレンジ側にずらす量は、遊び量学習値θB の１／２に限定されず、それよりも少し小さい値又は少し大きい値に設定しても良い。
【００４５】
以上説明した本実施例のモータ１３のＦ／Ｂ制御は、ＥＣＵ３３によって図８乃至図１３の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４６】
［メインルーチン］
図８のメインルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン期間中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１００で、後述する図９の目標モータ回転角設定ルーチンを実行して目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後、ステップ２００に進み、後述する図１０のモータＦ／Ｂ制御ルーチンを実行して、モータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動して、レンジ切換機構１１のレンジを目標レンジに切り換える。
【００４７】
その後、ステップ３００に進み、後述する図１２及び図１３の基準位置・遊び量学習ルーチンを実行して、出力軸１４ａの基準位置（本実施例ではＰレンジの凹部２５の中央位置）θglrnP と嵌合連結部の遊び量θB を学習する。
【００４８】
［目標モータ回転角設定ルーチン］
図９の目標モータ回転角設定ルーチンは、上記図８のメインルーチンのステップ１００で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう目標モータ回転角設定手段としての役割を果たす。
【００４９】
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、後述する図１１の仮想目標出力軸回転角θ2tg 演算ルーチンを実行して、目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ3tg を遊び量学習値θB により補正して仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定する。
【００５０】
この後、ステップ１０２に進み、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 を読み込み、次のステップ１０３で、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 を読み込む。この後、ステップ１０４に進み、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と仮想目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に減速機構１４の減速比Ｋg を乗算した値を、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 に加算して、目標モータ回転角θ1tg を設定する。
θ1tg ＝（θ2 −θ2tg ）×Ｋg ＋θ1
【００５１】
［モータＦ／Ｂ制御ルーチン］
図１０のモータＦ／Ｂ制御ルーチンは、上記図８のメインルーチンのステップ２００で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１１１で、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致しているか否かを判定し、検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致していなければ、ステップ１１２に進み、検出モータ回転角θ1 に応じてモータ１３の通電相を設定した後、ステップ１１３に進み、ＥＣＵ３３からモータドライバ３４，３５に駆動信号を出力して、上記ステップ１１２で設定した通電相の巻線に通電してモータ１３を駆動する。
【００５２】
その後、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点で、上記ステップ１１１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１４に進み、モータ１３を停止させる。これにより、レンジ切換機構１１のレンジの切り換えが完了する。
【００５３】
［仮想目標出力軸回転角θ2tg 演算ルーチン］
図１１の仮想目標出力軸回転角θ2tg 演算ルーチンは、前記図９の目標モータ回転角設定ルーチンのステップ１０１で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１２０で、目標レンジが変化したか否かを判定し、目標レンジが変化していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５４】
その後、目標レンジが変化した時点で、ステップ１２１に進み、目標レンジに応じて目標出力軸回転角θ3tg を設定する。この際、目標出力軸回転角θ3tg は、Ｐレンジ（基準位置学習値θglrnP ）から目標レンジに切り換えるのに必要な出力軸１４ａの回転角度量の設計値θ4tg を、出力軸１４ａの基準位置学習値θglrnP に加算して設定される。
θ3tg ＝θglrnP ＋θ4tg
【００５５】
この後、ステップ１２２に進み、ＰレンジからＤレンジ方向のシフトであるか否かを判定し、ＰレンジからＤレンジ方向のシフトであると判定されれば、ステップ１２３に進み、目標レンジに対応した目標出力軸回転角θ3tg よりも遊び量学習値θB の１／２分だけＤレンジ側にずらした位置に仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定する。
θ2tg ＝θ3tg ＋θB ／２
【００５６】
一方、上記ステップ１２２で、ＤレンジからＰレンジ方向のシフトであると判定されれば、ステップ１２４に進み、目標レンジに対応した目標出力軸回転角θ3tg よりも遊び量学習値θB の１／２分だけＰレンジ側にずらした位置に仮想目標出力軸回転角θ2tg を設定する。
θ2tg ＝θ3tg −θB ／２
【００５７】
［基準位置・遊び量学習値算出ルーチン］
図１２及び図１３の基準位置・遊び量学習値算出ルーチンは、前記図８のメインルーチンのステップ３００で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう遊び量学習手段と出力軸基準位置学習手段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１３１で、Ｐレンジであるか否かを判定し、Ｐレンジでなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００５８】
これに対して、上記ステップ１３１で、Ｐレンジであると判定されれば、ステップ１３２に進み、油温センサ（図示せず）で検出した油温が所定温度よりも高いか否かを判定し、所定温度以下であれば、ステップ１３３以降の基準位置・遊び量学習処理を行わず、後述する図１３のステップ１４５以降の暫定学習値設定処理を実行する。このステップ１３２の処理が特許請求の範囲でいう学習禁止手段としての役割を果たす。尚、油温に代えて、冷却水温を用い、冷却水温が所定温度以下のときにステップ１３３以降の基準位置・遊び量学習処理を行わないようにしても良い。
【００５９】
上述したステップ１３２で、油温が所定温度よりも高いと判定されれば、ステップ１３３に進み、学習完了フラグＦＬｌｒｎ１がＯＮであるか否かで、出力軸１４ａの基準位置θglrnP と遊び量θB の学習が完了しているか否か判定し、学習完了フラグＦＬｌｒｎ１がＯＮであれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了し、学習完了フラグＦＬｌｒｎ１がＯＦＦであれば、ステップ１３４に進み、Ｐ壁方向遊び端位置検出完了フラグＦＬｌｒｎ２がＯＮであるか否かを判定する。このＰ壁方向遊び端位置検出完了フラグＦＬｌｒｎ２は嵌合連結部の遊びＢの両端位置のうちのＰ壁方向（逆転方向）の端位置θ2Pを検出したときにＯＮにセットされるフラグである。
【００６０】
このステップ１３４で、Ｐ壁方向遊び端位置検出完了フラグＦＬｌｒｎ２がＯＦＦであると判定されれば、ステップ１３５に進み、モータ１３の通電電流をデューティ制御により小さい電流Ｉmin に設定してモータ１３を小さいトルクでＰ壁方向（逆転方向）に駆動する。これにより、ディテントレバー１８（ディテントバネ２６のローラ２７）がＰレンジの位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクでモータ１３をＰ壁方向に回転させる。このようにすれば、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態で、出力軸１４ａのみが嵌合連結部の遊びＢの範囲内でＰ壁方向に空転し、その遊びＢのＰ壁方向の端（壁）に突き当たった位置で出力軸１４ａの回転が停止する。
【００６１】
そして、次のステップ１３６で、モータ１３のＰ壁方向低トルク駆動中に出力軸センサ１６の出力変化が停止したか否かで、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したか否かを判定する。モータ１３のＰ壁方向低トルク駆動中にモータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止する位置は、遊びＢのＰ壁方向の端位置である。従って、このステップ１３６で、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したと判定された時点で、ステップ１３７に進み、その時点の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2Pを遊びＢのＰ壁方向の端位置の検出値として読み込む。この後、ステップ１３８に進み、Ｐ壁方向遊び端位置検出完了フラグＦＬｌｒｎ２をＯＮにセットする。尚、前述したステップ１３４で、ＯＮと判定されれば、上記ステップ１３５〜１３８の処理は省略される。
【００６２】
この後、ステップ１３９〜１４１の処理によって、上記ステップ１３５〜１３７の遊びＢのＰ壁方向の端位置の検出処理と同様の方法で、遊びＢのＲレンジ方向の端位置を検出する。まず、ステップ１３９で、モータ１３の通電電流をデューティ制御により小さい電流Ｉmin に設定してモータ１３を低トルクでＲレンジ方向（正転方向）に駆動する。この後、ステップ１４０に進み、モータ１３のＲレンジ方向低トルク駆動中に出力軸センサ１６の出力変化が停止したか否かで、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したか否かを判定する。モータ１３のＲレンジ方向低トルク駆動中にモータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止する位置は、遊びＢのＲレンジ方向の端位置である。従って、このステップ１４０で、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したと判定された時点で、ステップ１４１に進み、その時点の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2Rを遊びＢのＲレンジ方向の端位置の検出値として読み込む。
【００６３】
この後、ステップ１４２に進み、出力軸１４ａの基準位置（Ｐレンジの凹部２５の中央位置）の学習値θglrnP として、遊びＢの両端位置θ2P，θ2Rの中央位置を算出する。
θglrnP ＝（θ2R＋θ2P）／２
【００６４】
更に、遊びＢの遊び量学習値θB として、遊びＢの両端位置θ2P，θ2Rの間隔（回転角度量）を算出する。
θB ＝θ2R−θ2P
【００６５】
この後、ステップ１４３に進み、出力軸１４ａの基準位置学習値θglrnP と遊び量学習値θB をＥＣＵ３３のメモリに記憶し、次のステップ１４４で、学習完了フラグＦＬｌｒｎ１をＯＮにセットして本ルーチンを終了する。
【００６６】
一方、ステップ１３２で、油温が所定温度以下と判定されれば、上述した基準位置・遊び量学習処理が禁止され、図１３のステップ１４５に進み、暫定学習値設定完了フラグＦＬｌｒｎ３がＯＮであるか否かで、出力軸１４ａの基準位置θglrnP と遊び量θB の暫定学習値の設定が完了しているか否か判定し、暫定学習値設定完了フラグＦＬｌｒｎ３がＯＮであれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了し、暫定学習値設定完了フラグＦＬｌｒｎ３がＯＦＦであれば、ステップ１４７に進み、出力軸センサ１６の出力変化が停止したか否かで、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したか否かを判定する。このステップ１４７で、モータ１３の回転（出力軸１４ａの回転）が停止したと判定された時点で、ステップ１４８に進み、その時点の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2Cを出力軸１４ａの基準位置の暫定学習値として読み込む。
【００６７】
この後、ステップ１４９に進み、出力軸１４ａの基準位置の暫定学習値θ2Cを暫定的に基準位置学習値θglrnP に設定すると共に、ＥＣＵ３３のＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶されている遊びＢの遊び量設計値θBstdを暫定的に遊び量学習値θB に設定する。
【００６８】
この後、ステップ１５０に進み、暫定的に設定した基準位置学習値θglrnP と遊び量学習値θB をＥＣＵ３３のメモリに記憶し、次のステップ１５１で、暫定学習値設定完了フラグＦＬｌｒｎ３をＯＮにセットして本ルーチンを終了する。
【００６９】
以上説明した本実施例によれば、モータ１３の減速機構１４の出力軸１４ａとレンジ切換機構１１のマニュアル軸１５との間の嵌合連結部に遊び量θB が存在するシステムにおいて、遊び量θB を学習する場合は、レンジ切換機構１１のレンジが例えばＰレンジで留まっているときに、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態から動かないような小さいトルクでモータ１３を回転させる。このようにすれば、ディテントレバー１８がＰレンジの位置で留まっている状態で、出力軸１４ａのみが嵌合連結部の遊びＢの範囲内で空転し、その遊びＢの端に突き当たった位置で出力軸１４ａの回転が停止する。このような処理を正転方向と逆転方向の両方向で行うことで、嵌合連結部の遊びＢの両端位置を出力軸センサ１６で検出し、その遊びＢの両端位置の検出出力軸回転角θ2P，θ2Rの差分値を遊び量θB として算出して学習する。これにより、モータ１３の回転量をレンジ切換機構１１の操作量に変換する駆動力伝達系の各部にかかる負担を少なくしながら遊び量θB を学習することができて、耐久性を低下させることなく遊び量θB を学習して制御対象の操作位置を精度良く制御することが可能となり、レンジ切換装置の制御精度向上と耐久性向上とを両立させることができる。
【００７０】
尚、本実施例では、Ｐレンジを基準位置に設定したが、他のレンジを基準位置に設定しても良いことは言うまでもない。
また、本実施例のレンジ切換装置は、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各レンジに切り換えるようにしたが、これに加えて、セカンドレンジ（２）やローレンジ（Ｌ）を追加しても良く、或は、ＰレンジとＮｏｔＰレンジの２つのレンジのみを切り換えるレンジ切換装置にも本発明を適用して実施できる。
【００７１】
その他、本発明は、レンジ切換装置に限定されず、モータを駆動源とする各種の装置に適用して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例のレンジ切換装置を示す斜視図である。
【図２】レンジ切換装置の制御システム全体の構成を概略的に示す図である。
【図３】モータＦ／Ｂ制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】モータＦ／Ｂ制御方法を説明するタイムチャートである。
【図５】ＰレンジからＤレンジ方向にシフトする場合の仮想目標出力軸回転角θ2tg の設定方法を説明する図である。
【図６】ＤレンジからＰレンジ方向にシフトする場合の仮想目標出力軸回転角θ2tg の設定方法を説明する図である。
【図７】従来技術の課題を説明する図である。
【図８】メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】目標モータ回転角設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】Ｆ／Ｂ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。
【図１１】仮想目標出力軸回転角θ2tg 演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】基準位置・遊び量学習ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである（その１）。
【図１３】基準位置・遊び量学習ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである（その２）。
【符号の説明】
【００７３】
１１…レンジ切換機構（制御対象）、１２…自動変速機、１３…モータ、１４…減速機構、１４ａ…出力軸、１５…マニュアル軸、１６…出力軸センサ（出力軸回転角検出手段）、１７…マニュアルバルブ、１８…ディテントレバー、１９…パーキングロッド、２１…ロックレバー、２３…パーキングギヤ、２５…凹部、２６…ディテントバネ、２７…ローラ、３１…エンコーダ（モータ回転角検出手段）、３３…ＥＣＵ（遊び量学習手段，目標モータ回転角設定手段，目標出力軸回転角設定手段，出力軸基準位置学習手段，学習禁止手段）
【図１】
2009177965.tif 000003
【図２】
2009177965.tif 000004
【図３】
2009177965.tif 000005
【図４】
2009177965.tif 000006
【図５】
2009177965.tif 000007
【図６】
2009177965.tif 000008
【図７】
2009177965.tif 000009
【図８】
2009177965.tif 000010
【図９】
2009177965.tif 000011
【図１０】
2009177965.tif 000012
【図１１】
2009177965.tif 000013
【図１２】
2009177965.tif 000014
【図１３】
2009177965.tif 000015