CN111512074B - 换挡挡位控制装置 - Google Patents

Abstract

一种换挡挡位控制装置(40)，通过对马达(10)的驱动进行控制来切换换挡挡位。角度运算部(51)根据对马达(10)的旋转位置进行检测的旋转角传感器(13)的检测值，运算马达(10)的旋转角度即马达角度。速度运算部(52)根据旋转角传感器(13)的检测值，运算马达(10)的旋转速度即马达旋转速度。驱动控制部(55)，当目标换挡挡位切换时，开始马达(10)的驱动，当马达角度达到固定相通电开始位置时，通过使向同一相的通电继续的固定相通电控制使马达(10)停止。驱动控制部(55)，对应于马达角度达到固定相通电开始位置时的马达旋转速度，设定固定相通电控制中的通电相即固定通电相。

Description

换挡挡位控制装置

对关联申请的相互参照

本申请基于2017年12月27日申请的日本专利申请第2017－250567号，这里引用其记载内容。

技术领域

本发明涉及换挡挡位控制装置。

背景技术

以往，已知根据来自驾驶员的换挡挡位切换要求对马达进行控制从而将换挡挡位进行切换的马达控制装置。例如在专利文献1中，进行使马达停止在目标位置的目标位置停止保持处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-23890号公报

发明内容

在如专利文献1那样进行目标位置停止保持处理的情况下，在目标位置停止保持处理开始时的马达旋转速度较快的情况下，有可能发生过冲(overshoot)而从目标位置过度通过。本发明的目的在于，提供能够使马达精度良好地停止的换挡挡位控制装置。

本发明的换挡挡位控制装置，通过对马达的驱动进行控制而将换挡挡位进行切换，具备角度运算部、速度运算部和驱动控制部。角度运算部根据对马达的旋转位置进行检测的旋转角传感器的检测值，运算马达的旋转角度即马达角度。速度运算部根据旋转角传感器的检测值，运算马达的旋转速度即马达旋转速度。

驱动控制部当目标换挡挡位进行了切换时使马达的驱动开始。此外，驱动控制部当马达角度成为固定相通电开始位置时通过使同一相的通电继续的固定相通电控制使马达停止。驱动控制部对应于当马达角度成为固定相通电开始位置时的马达旋转速度，来设定固定相通电控制的通电相即固定通电相。由此，能够相对于目标位置使马达精度良好地停止。

附图说明

关于本发明的上述目的及其他目的、特征及优点，参照附图并通过下述详细记载会更加明确。

图1是表示一实施方式的线控换挡系统的立体图。

图2是表示一实施方式的线控换挡系统的概略结构图。

图3是表示一实施方式的马达及马达驱动器的电路图。

图4是说明一实施方式的马达控制处理的流程图。

图5是说明一实施方式的偏移量设定映射的说明图。

图6是说明一实施方式的偏移量再设定映射的说明图。

图7是说明一实施方式的固定通电相的设定的时间图。

图8是说明一实施方式的固定通电相设定的具体例的说明图。

图9是说明一实施方式的固定通电相设定的具体例的说明图。

具体实施方式

(一实施方式)

以下，根据附图来说明本发明的换挡挡位控制装置。如图1及图2所示，作为换挡挡位切换系统的线控换挡系统1具备马达10、换挡挡位切换机构20、驻车锁定机构30以及换挡挡位控制装置40等。马达10被从没有图示的车辆中搭载的电池45(参照图3)供电而旋转，作为换挡挡位切换机构20的驱动源发挥功能。马达10例如是SR马达，具有绕线组11。绕线组11具有U相线圈111、V相线圈112以及W相线圈113。另外，马达10不限于SR马达，可以采用DC无刷马达等任意的马达。

如图2所示，作为旋转角传感器的编码器13对马达10的未图示的转子的旋转位置进行检测。编码器13例如是磁式旋转编码器，具有与转子一体旋转的磁铁和磁检测用的霍尔IC等。编码器13同步于转子的旋转而按每规定角度将A相及B相的脉冲信号输出。

减速机14设置在马达10的马达轴与输出轴15之间，将马达10的旋转减速而向输出轴15输出。由此，马达10的旋转被向换挡挡位切换机构20传递。在输出轴15，设有对输出轴15的角度进行检测的输出轴传感器16。输出轴传感器16例如是电位计。

如图1所示，换挡挡位切换机构20具有止动板21以及止动弹簧25等，将从减速机14输出的旋转驱动力向手动阀28及驻车锁定机构30传递。

止动板21被固定于输出轴15，被马达10驱动。在本实施方式中，将止动板21从止动弹簧25的基部离开的方向设为正旋转方向，将向基部靠近的方向设为逆旋转方向。

在止动板21，设有与输出轴15平行地突出的销24。销24与手动阀28连接。止动板21被马达10驱动，从而手动阀28在轴向上往复移动。即，换挡挡位切换机构20将马达10的旋转运动转换为直线运动而向手动阀28传递。手动阀28设置于阀体29。通过手动阀28在轴向上的往复移动，向未图示的液压离合器的液压供给路被切换，液压离合器的卡合状态切换从而换挡挡位被变更。

在止动板21的止动弹簧25侧，设有用于将手动阀28保持在与各挡位对应的位置的4个凹部22。凹部22从止动弹簧25的基部侧起对应于D(前进挡)、N(空挡)、R(倒挡)、P(驻车挡)的各个挡位。

止动弹簧25是能够弹性变形的板状部件，在前端设有止动辊26。止动辊26嵌入到凹部22的某个中。止动弹簧25将止动辊26向止动板21的转动中心侧施力。当对止动板21施加规定以上的旋转力，则止动弹簧25弹性变形，止动辊26在凹部22间移动。通过使止动辊26嵌入到凹部22的某个中，止动板21的摆动被限制，手动阀28的轴向位置以及驻车锁定机构30的状态被确定，自动变速机5的换挡挡位被固定。

驻车锁定机构30具有驻车杆31、圆锥体32、驻车锁定杆33、轴部34以及驻车齿轮35。驻车杆31形成为大致L字形状，一端311侧被固定于止动板21。在驻车杆31的另一端312侧设有圆锥体32。圆锥体32形成为，随着朝向另一端312侧而缩径。当止动板21向逆旋转方向摆动，圆锥体32向箭头P的方向移动。

驻车锁定杆33与圆锥体32的圆锥面抵接，以能够以轴部34为中心进行摆动的方式设置，在驻车锁定杆33的驻车齿轮35侧，设有能够与驻车齿轮35啮合的凸部331。当止动板21向逆旋转方向旋转而圆锥体32向箭头P方向移动，驻车锁定杆33被推起，凸部331与驻车齿轮35啮合。另一方面，当止动板21向正旋转方向旋转而圆锥体32向箭头非P(NotP)方向移动，凸部331与驻车齿轮35的啮合被解除。

驻车齿轮35设于未图示的车轴，以能够与驻车锁定杆33的凸部331啮合的方式设置。当驻车齿轮35与凸部331啮合，则车轴的旋转被限制。当换挡挡位是P以外的挡位即非P挡位时，驻车齿轮35不被驻车锁定杆33锁定，车轴的旋转不受驻车锁定机构30妨碍。此外，当换挡挡位是P挡位时，驻车齿轮35被驻车锁定杆33锁定，车轴的旋转被限制。

如图2及图3所示，换挡挡位控制装置40具有马达驱动器41以及ECU50等。如图3所示，马达驱动器41具有开关元件411～413。U相的开关元件411与U相线圈111的一端连接。V相的开关元件412与V相线圈112的一端连接。W相的开关元件413与W相线圈113的一端连接。线圈111～113的另一端通过接线部115连接。接线部115与地连接。开关元件411～413是MOSFET，但也可以采用IGBT等其他元件。

在马达驱动器41与电池45之间，设有马达继电器42。通过对马达继电器42的通断动作进行控制，来切换来自电池45的电力的供给及切断。

如图2所示，ECU50以微型计算机等为主体而构成，在内部具备均未图示的CPU、ROM、RAM、I/O以及将这些结构进行连接的总线等。ECU50的各处理可以是由CPU执行在ROM等实体存储装置(即，可读出非暂时有形记录介质)中预先存储的程序而实现的软件处理，也可以是由专用的电子电路实现的硬件处理。

ECU50通过对开关元件411～413的通断动作进行控制而对马达10的驱动进行控制，以使目标换挡挡位与换挡挡位切换机构20中的换挡挡位一致。此外，ECU50根据车速、加速器开度以及驾驶员要求换挡挡位等，对变速用液压控制螺线管6的驱动进行控制。通过对变速用液压控制螺线管6进行控制，来控制变速级。变速用液压控制螺线管6设有与变速级数等对应的个数。本实施方式中，由1个ECU50来控制马达10及螺线管6的驱动，但也可以分为对马达10进行控制的马达控制用的马达ECU、和螺线管控制用的AT－ECU。以下，以马达10的驱动控制为中心进行说明。

角度运算部51根据从编码器13输出的A相及B相的脉冲，对编码器13的计数值即编码器计数值θen进行运算。编码器计数值θen是与马达10的旋转位置相应的值，与“马达角度”对应。速度运算部52根据编码器计数值θen，对马达10的旋转速度即马达转速N进行运算。本实施方式中，将马达旋转速度设为马达转速N，但也可以采用例如旋转角速度等。

驱动控制部55以使编码器计数值θen成为包含对应于要求换挡挡位而设定的目标计数值θcmd的控制范围内的方式，通过反馈控制等来切换通电相，从而将马达10驱动。本实施方式中，目标计数值θcmd与“马达角度目标值”对应。控制范围设为控制下限值θcmd＿L以上且控制上限值θcmd＿H以下的范围(参照图7)。控制下限值θcmd＿L以及控制上限值θcmd＿H由式(1)、(2)表示。

θcmd_L＝θcmd－X1···(1)

θcmd_H＝θcmd+X2···(2)

式中的值X1、X2对应于止动弹簧25的弹簧力及止动板21的形状、或者驻车锁定保证范围及各挡位的液压保证范围等而被适当地设定。本实施方式中，设X1＝X2＝9。值X1、X2可以是相同值，也可以不同。此外，也可以是按每个挡位而不同的值。

在将换挡挡位向D挡位方向切换的情况下，在编码器计数值θen成为控制下限值θcmd＿L以上的情况下，进行使向同一相的通电继续的固定相通电控制，使马达10停止。以下，将固定相通电控制中的通电相设为固定通电相。在将换挡挡位向P挡位方向切换的情况下，在编码器计数值θen成为控制上限值θcmd＿H以下的情况下，进行固定相通电控制。即，本实施方式中，在将换挡挡位向D方向切换的情况下，控制下限值θcmd＿L对应于“固定相通电开始位置”，在将换挡挡位向P方向切换的情况下，控制上限值θcmd＿H对应于“固定相通电开始位置”。以下，以将换挡挡位向D挡位方向切换的情况为中心来说明。

本实施方式中，为了兼顾马达10的响应性和稳定性，通过在一定期间保持向同一相的通电，使马达10在控制范围内可靠地停止。这里，若与马达转速N无关地对应于目标计数值θcmd唯一地设定固定通电相，则在马达转速N较大的情况下过冲、或者在马达转速N较小的情况下无法到达目标这样的情形下，存在对应于马达转速N而停止位置偏差的隐患。特别是，在马达转速N较大，通过了目标计数值θcmd的情况下，存在到该通电相的接下来的稳定点为止马达10旋转的隐患。

因此，在本实施方式中，对应于马达转速N，设定固定通电相。基于图4的流程图说明本实施方式的马达控制处理。该处理由驱动控制部55按规定的周期(例如每1[ms])来执行。以下，将步骤S101的“步骤”省略，简单记载为记号“S”。本实施方式中，将微型计算机初始化后的驱动模式设为待机(stand by)模式。

在S101中，驱动控制部55判断驱动模式是否是待机模式。在判断为驱动模式不是待机模式的情况下(S101：否)，向S104转移。在判断为驱动模式是待机模式的情况下(S101：是)，向S102转移。

在S102中，驱动控制部55判断目标换挡挡位是否已切换。在判断为目标换挡挡位没有切换的情况下(S102：否)，结束本例程。在判断为目标换挡挡位已切换的情况下(S102：是)，向S103转移。

在S103中，驱动控制部55将驱动模式切换为反馈模式。图中，将反馈记载为“F/B”。在反馈模式下，通过反馈控制等，以使编码器计数值θen成为包含目标计数值θcmd的控制范围内的方式，对马达10的驱动进行控制。

在S104中，驱动控制部55判断驱动模式是否是反馈模式。在判断为驱动模式不是反馈模式、即是停止模式的情况下(S104：否)，向S107转移。在判断为驱动模式是反馈模式的情况下(S104：是)，向S105转移。

在S105中，驱动控制部55判断编码器计数值θen是否到达了包含目标计数值θcmd的控制范围内。本实施方式中，在编码器计数值θen与目标计数值θcmd之差的绝对值成为9以下的情况下，判定为到达了控制范围内。在判断为编码器计数值θen没有到达控制范围内的情况下(S105：否)，继续反馈模式。在判断为编码器计数值θen到达了控制范围内的情况下(S105：是)，向S106转移，将驱动模式切换为停止模式。

在控制模式是停止模式的情况下转移到的S107中，驱动控制部55判断编码器计数值θen是否到达了目标计数值θcmd。在判断为编码器计数值θen到达了目标计数值θcmd的情况下(S107：是)，向S111转移。在判断为编码器计数值θen没有到达目标计数值θcmd的情况下(S107：否)，向S108转移。

在S108中，驱动控制部55判断固定通电相是否已设定。在判断为设定了固定通电相的情况下(S108：是)，向S114转移。在判断为固定通电相没有被设定的情况下(S108：否)，向S109转移。

在S109中，驱动控制部55参照图6所示的偏移量设定映射，根据停止模式突进时的马达转速N，决定偏移量。如图6所示，在本实施方式中，将马达转速N划分为5等级，从高速侧起，设为Hi、MidHi、Mid、MidLo、Lo。将从P挡位侧向D挡位侧切换换挡挡位时的偏移量设为，当马达转速N是Hi时为+4计数，当MidHi时为+2计数，当Mid时为0计数，当MidLo时为－2计数，当Lo时为－4计数。将从D挡位侧向P挡位侧切换换挡挡位时的偏移量设为，当马达转速N是Hi时为－4计数，当MidHi时为－2计数，当Mid时为0计数，当MidLo时为+2计数，当Lo时为+4计数。马达转速N的等级数、阈值、偏移量等能够任意设定。此外，偏移量也可以对应于目标换挡挡位而不同。关于后述的偏移量再设定映射也同样。此外，等级数、阈值在图5的偏移量设定映射和图6的偏移量再设定映射中可以不同。

在S110中，驱动控制部55根据目标计数值θcmd及偏移量，设定固定通电相。固定通电相的设定的具体例后述。

在判断为到达了目标计数值θcmd的情况下(S107：是)转移到的S111中，驱动控制部55判断固定通电相是否已被再设定。在判断为固定通电相已被再设定的情况下(S111：是)，向S114转移。在判断为固定通电相没有被再设定的情况下(S111：否)，向S112转移。

在S112中，驱动控制部55参照图6所示的偏移量再设定映射，根据到达目标计数值θcmd时的马达转速N来修正偏移量。如图6所示，将从P挡位侧向D挡位侧切换换挡挡位时的偏移量设为，当马达转速N是Hi时为+8，MidHi时为+6，Mid时为+4，MidLo时为+2，Lo时为0。将从D挡位侧向P挡位侧切换换挡挡位时的偏移量设为，当马达转速N是Hi时为－8，MidHi时为－6，Mid时为－4，MidLo时为－2，Lo时为0。

在S113中，驱动控制部55根据目标计数值θcmd及偏移量，将固定通电相进行再设定。固定通电相的再设定的具体例后述。

在S114中，驱动控制部55判断驱动模式切换为停止模式起的经过时间T是否超过了通电继续时间Tth。根据为了使马达10可靠地停止而需要的时间，来设定通电继续时间Tth。在判断为驱动模式切换为停止模式起的经过时间T没有超过通电继续时间Tth的情况下(S114：否)，继续停止模式。在判断为驱动模式切换为停止模式起的经过时间T超过了通电继续时间Tth的情况下(S114：是)，向S115转移。在S115中，驱动控制部55将驱动模式设为待机模式，使开关元件411～413断开，使向马达10的通电断开。

基于图7的时间图来说明本实施方式的马达控制。图7中，表示马达速度SP为Lo、Mid、Hi的情况。图中，将编码器13的计数数设为“cp”。另外，图7中，为了简略化，假设从马达驱动开始起到控制范围突进时为止以及从控制范围突进时起到停止为止、马达10以一定的速度旋转而进行了记载。

如图7所示，在时刻t10，当目标换挡挡位切换，则与目标换挡挡位相应的目标计数值θcmd被设定，马达10的驱动开始。当马达转速N为Mid时，在时刻t12突进到控制范围中，固定通电相被设定为与目标计数值θcmd相应的通电相。当马达转速N为Lo时，在时刻t13突进到控制范围中，固定通电相被设定为，相比于与目标计数值θcmd相应的通电相以－4计数量靠滞后角侧的相。当马达速度SP为Hi时，在时刻t11突进到控制范围中，固定通电相被设定为，相比于与目标计数值θcmd相应的通电相以+4计数量靠超前角侧的相。另外，在图7的例子中，设到达目标计数值θcmd时的马达转速N为Mid，设再设定后的固定通电相与再设定前的相相同，来进行了图示。

根据图8及图9说明固定通电相设定的具体例。在图8及图9中，示意性表示了马达10的旋转位置变化的状态，1块(mass)相当于编码器计数值θen的1计数，表示对应的通电相。本实施方式中，将伴随马达10的旋转的编码器计数值θen的推移用单点划线的箭头表示。这里，假设编码器计数值θen从纸面左侧向右侧变化，纸面右侧是超前角侧，纸面左侧是滞后角侧。此外，设与目标计数值θcmd对应的通电相是WU相。另外，可以是，在与目标计数值θcmd对应的通电相是1相的情况下，通过使通电相移位+1或－1，从而调整成为2相通电。

图8是突进到控制范围中时的马达转速N＝Lo的情况的例子。控制范围突进时的马达转速N是Lo，所以偏移量被设定为－4。因而，从与目标计数值θcmd对应的WU相起，以4计数量使固定通电相向滞后角侧错开，将固定通电相设为UV相。作为参考例，在将与目标计数值θcmd对应的WU相设为固定通电相的情况下，如果突进到控制范围中时的马达转速N较慢，则存在与目标计数值θcmd相比近前6计数停止的隐患。本实施方式中，通过对应于控制范围突进时的马达转速N而设定通电相，能够停止在更加靠近目标计数值θcmd的位置。

图9是突进到控制范围时的马达转速N＝Hi的情况的例子。控制范围突进时的马达转速N是Hi，所以偏移量被设定为+4。因而，从与目标计数值θcmd对应的WU相起，使固定通电相向超前角侧错开4计数量，将固定通电相设为VW相。

此外，如果编码器计数值θen成为目标计数值θcmd时的马达转速N＝MidLo，则偏移量被再设定为+2。因而，如虚线箭头所示，将固定通电相从VW相变更为UV相。

作为参考例，在将对应于目标计数值θcmd的WU相设为固定通电相的情况下，若无法以目标计数值θcmd停止而通过，则存在与目标计数值θcmd相比向前旋转6计数的隐患。本实施方式中，通过对应于控制范围突进时的马达转速N而设定通电相，能够在更靠近目标计数值θcmd的位置停止。此外，通过对应于到达目标计数值θcmd时的马达转速N而重新设定通电相，能够更适当地使马达10停止。

如以上说明的那样，换挡挡位控制装置40通过控制马达10的驱动而切换换挡挡位，具备角度运算部51、速度运算部52和驱动控制部55。角度运算部51根据对马达10的旋转位置进行检测的编码器13的检测值，运算编码器计数值θen作为马达10的旋转角度即马达角度。速度运算部52根据编码器13的检测值，运算马达10的旋转速度即马达转速N。

驱动控制部55当目标换挡挡位切换时，使马达10的驱动开始，当编码器计数值θen达到固定相通电开始位置时，通过使向同一相的通电继续的固定相通电控制而使马达10停止。驱动控制部55将固定相通电控制中的通电相即固定通电相，对应于编码器计数值θen达到固定相通电开始位置时的马达转速N来进行设定。由此，能够相对于目标位置精度良好地使马达10停止。

在固定相通电控制中，在马达转速N相对较大的情况下，与马达转速N相对较小的情况相比，驱动控制部55在超前角侧设定固定通电相。由此，能够不超过控制范围地响应性良好地进行控制。

驱动控制部55，根据编码器计数值θen到达了对应于目标换挡挡位而设定的目标计数值θcmd时的马达转速N，将固定通电相进行再设定。由此，能够相对于目标位置精度更好地使马达10停止。

(其他实施方式)

上述实施方式中，当马达的旋转速度较慢时，相比于与目标计数值对应的通电相，在滞后角侧设定固定通电相。在其他实施方式中，也可以是，不进行使固定通电相向滞后角侧的变更，在控制范围突进时的马达的旋转速度比规定速度快的情况下，相比于与目标计数值对应的通电相，在超前角侧设定固定通电相。规定速度是即使在与目标计数值相应的通电相中通电、也有可能不在目标计数值停止而通过的程度的速度。

在上述实施方式中，作为检测马达的旋转角的旋转角传感器，使用编码器。在其他实施方式中，旋转角传感器不限于编码器，也可以使用旋转变压器等任意的旋转角传感器。在上述实施方式中，作为输出轴传感器而例示了电位计。在其他实施方式中，输出轴传感器是怎样的都可以。此外，也可以省略输出轴传感器。

在上述实施方式中，在止动板设有4个谷部。在其他实施方式中，谷部的数量不限于4个，是多少都可以。例如，也可以设有P挡位和与P挡位以外的挡位即非P挡位对应的2个谷部。换挡挡位切换机构、驻车锁定机构等也可以与上述实施方式不同。

在上述实施方式中，在马达轴与输出轴之间设有减速机。减速机的详细内容在上述实施方式中虽未言及，但例如可以是采用了摆线齿轮、行星齿轮、从与马达轴大致同轴的减速机构向驱动轴传递转矩的正齿轮的减速机，也可以是将它们组合使用等的任意结构。此外，在其他实施方式中，也可以省略马达轴与输出轴之间的减速机，也可以设有减速机以外的机构。以上，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种形态实施。

本发明中记载的控制部及其方法也可以通过专用计算机实现，该专用计算机通过构成被编程以执行利用计算机程序而具体化的一个至多个功能的处理器以及存储器而被提供。或者，本发明中记载的控制部及其方法也可以通过利用一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器而被提供的专用计算机来实现。或者，本发明中记载的控制部及其方法也可以通过将被编程以执行一个至多个功能的处理器及存储器、和包括一个以上的硬件逻辑电路的处理器组合而构成的一个以上的专用计算机来实现。此外，计算机程序也可以作为由计算机执行的指令而存储在计算机可读取的非过渡有形记录介质中。

本发明根据实施方式进行了记述。但是，应理解为本发明不限于该实施方式及构造。本发明还包括各种变形例及均等范围内的变形。另外，各种的组合或方式、进而在这些组合或方式中仅包括一个要素、包括其以上或者其以下的要素构成的其它的组合及方式，都应纳入在本发明的范畴或思想范围中。

Claims (3)

1.一种换挡挡位控制装置，通过对马达(10)的驱动进行控制来切换换挡挡位，其特征在于，

具备：

角度运算部(51)，根据对上述马达的旋转位置进行检测的旋转角传感器(13)的检测值，运算上述马达的旋转角度即马达角度；

速度运算部(52)，根据上述旋转角传感器的检测值，运算上述马达的旋转速度即马达旋转速度；以及

驱动控制部(55)，当目标换挡挡位切换时，开始上述马达的驱动，当上述马达角度达到固定相通电开始位置时，通过使向同一相的通电继续的固定相通电控制使上述马达停止，

上述驱动控制部，对应于上述马达角度达到上述固定相通电开始位置时的上述马达旋转速度，设定上述固定相通电控制中的通电相即固定通电相。

2.如权利要求1所述的换挡挡位控制装置，其特征在于，

上述驱动控制部，在上述旋转速度相对较大的情况下，与上述旋转速度相对较小的情况相比，在超前角侧设定上述固定通电相。

3.如权利要求1或2所述的换挡挡位控制装置，其特征在于，

上述驱动控制部，对应于上述马达角度达到与上述目标换挡挡位对应地设定的马达角度目标值时的上述马达旋转速度，将上述固定通电相进行再设定。

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