CN115217964A - 换档装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及换档装置。本发明提供即便在进行档位切换时检测到异常的情况下，也能够顺利地进行马达的驱动控制的换档装置。该换档装置(100)具备：档位切换部件(21)；马达(11)；第一驱动系统(17)，包括输出使马达(11)驱动的电压的第一逆变器(173)；第二驱动系统(18)，与第一驱动系统(17)相独立地设置，并包括输出使马达(11)驱动的电压的第二逆变器(183)；以及定位部件(22)。构成为在使马达驱动时，通过从第一驱动系统(17)以及第二驱动系统(18)正在输出的电压而切换换档位置。

Description

换档装置
技术领域
本发明涉及换档装置，尤其是涉及具备包括多个谷部的档位切换部件的换档装置。
背景技术
以往，公知有具备档位切换部件的换档装置，其中档位切换部件包括多个谷部(例如，参照专利文献1)。
在上述专利文献1中公开了具备包括多个谷部的档位切换部件的档位切换装置。档位切换装置具备马达、止动板、止动弹簧、第一开关元件、第一系统、第二开关元件、第二系统以及控制部。止动板是被马达驱动而切换档位(P位置、N位置、R位置以及D位置)的档位切换机构。止动弹簧构成为固定止动板的档位。
上述专利文献1的控制部构成为通过切换第一开关元件的开启关闭而进行切换向第一系统的线圈U1、V1以及W1的通电状态的控制。控制部构成为通过切换第二开关元件的开启关闭而进行切换向第二系统的线圈U2、V2以及W2的通电状态的控制。这样，在档位切换装置中，能够仅通过第一系统的线圈U1、V1以及W1的通电控制、或者仅通过第二系统的线圈U2、V2以及W2的通电控制而驱动马达。控制部构成为，在通常运转时，在仅对第一系统的线圈U1、V1以及W1进行供电并且停止第二系统的线圈U2、V2以及W2的供电的状态下，进行使马达驱动的控制。
这里，在上述专利文献1的档位切换装置中，在进行档位切换时，即便是在第一系统异常的情况下，也能够使用第二系统继续马达的驱动控制。
专利文献1：日本特开2009－8153号公报
然而，在上述专利文献1的档位切换装置中，虽未明确记载于专利文献1中，但认为需要控制部在进行档位切换时，在基于检测到第一系统的异常的情况而进行使马达停止等的措施(fail safe：故障保护)之后，使第二系统转变为马达的驱动控制。在该情况下，因在进行了上述措施之后转变为驱动控制而引起间歇地进行控制部对马达的驱动控制。因此，认为在上述专利文献1的档位切换装置中，在进行档位切换时检测到异常的情况下，存在难以顺利地进行马达的驱动控制的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的课题而产生的，本发明的一个目的在于提供即便在进行档位切换时检测到异常的情况下，也能够顺利地进行马达的驱动控制的换档装置。
为了实现上述目的，本发明的一个方面的换档装置具备：档位切换部件，包括与换档位置相对应的多个谷部；马达，包括转子和定子，并使档位切换部件驱动；第一驱动系统，包括输出使马达驱动的电压的第一逆变器；第二驱动系统，与第一驱动系统相独立地设置，并包括输出使马达驱动的电压的第二逆变器；以及定位部件，用于在嵌入至档位切换部件的多个谷部中的任一谷部的状态下使换档位置成立，该换档装置构成为在使马达驱动时，通过从第一驱动系统以及第二驱动系统正在输出的电压而切换换档位置。
在本发明的一个方面的换档装置中，如上述那样，构成为在使马达驱动时，通过从第一驱动系统以及第二驱动系统正在输出的电压而切换换档位置。由此，即便在进行档位切换时在第一驱动系统以及第二驱动系统中的任一驱动系统中检测到故障的情况下，也能够进行在继续正常的驱动系统对马达的驱动的状态下，停止故障的驱动系统对马达的驱动的措施(fail safe：故障保护)，因此能够继续马达的驱动。其结果是，在进行档位切换时在第一驱动系统以及第二驱动系统中的任一驱动系统中检测到故障时不间歇进行马达的驱动控制，因此即便是在进行档位切换时检测到异常的情况下，也能够顺利地进行马达的驱动控制。另外，通过使用第一驱动系统以及第二驱动系统双方使马达驱动，能够使马达输出最大扭矩时所需的电力分散至第一驱动系统以及第二驱动系统的每一个，因此与使用第一驱动系统以及第二驱动系统中的仅任一个驱动系统使马达输出最大扭矩的情况相比，能够抑制第一驱动系统以及第二驱动系统各自的大型化。
在上述一个方面的换档装置中，优选为，在定位部件到达多个谷部的每一个时，第一驱动系统以及第二驱动系统中的先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个系统构成为，不进行马达的制动处理。
若这样构成，则在定位部件已到达多个谷部的每一个的判定延迟的另一个驱动系统判定为已到达多个谷部的每一个之前，能够使先行的一个驱动系统不对马达进行制动，因此能够不阻碍另一个驱动系统对马达的驱动。
在该情况下，优选为，构成为通过关闭作为先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统的第一驱动系统的第一逆变器、或者关闭作为先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统的第二驱动系统的第二逆变器，由此在定位部件到达多个谷部的每一个时，不进行马达的制动处理。
若这样构成，则不从先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统向马达供给电力，因此能够仅是利用定位部件已到达多个谷部的每一个的判定延迟的另一个驱动系统使马达驱动。其结果是，能够依照延迟的另一个驱动系统的意图而使马达驱动。
在上述先行的一个系统不使马达制动的换档装置中，优选为，先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统构成为，在定位部件到达多个谷部的每一个时，在规定时间内不制动。
若这样构成，则能够确保能够依照定位部件已到达多个谷部的每一个的判定延迟的另一个驱动系统的意图而使马达驱动的时间为规定时间，因此延迟的另一个驱动系统也能够可靠地判定定位部件到达多个谷部的每一个。
在上述在规定时间内不制动的换档装置中，优选为，先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统构成为，基于已经过了规定时间的情况而对马达进行制动。
若这样构成，则能够仅是利用定位部件已到达多个谷部的每一个的判定延迟的另一个驱动系统确保马达的驱动时间，并且能够使定位部件停止于在一个驱动系统中预先学习的多个谷部的每一个的谷底位置附近，因此能够抑制第一驱动系统与第二驱动系统之间的驱动干扰，并且能够准确地进行档位切换。
在上述先行的一个系统不使马达制动的换档装置中，优选为，先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个系统构成为，基于预先取得的换档位置与定位部件的当前位置之差处于位置到达判定范围内并且马达的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况，而在定位部件到达多个谷部的每一个时，不进行马达的制动处理。
若这样构成，则能够在使马达充分减速成使定位部件不越过换档位置的状态下，定位部件进入至位置到达判定范围内，因此能够抑制因不进行马达的制动处理而引起定位部件越过换档位置的情况。
此外，在上述一个方面的换档装置中，也可以考虑如下结构。
(补充说明1)
即，构成为作为先行的一个驱动系统的第一驱动系统基于已经过了规定时间的情况，而开启第一驱动系统的第一逆变器的下臂侧的开关元件，或者，作为先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统的第二驱动系统基于已经过了规定时间的情况，而开启第二逆变器的下臂侧的开关元件，通过实现上述控制而对马达进行制动。
若这样构成，则能够在先判定为定位部件已到达多个谷部的每一个的先行的一个驱动系统中通过短路制动使马达制动，因此能够使马达迅速停止。
(补充说明2)
在上述一个方面的换档装置中，构成为还具备包括与档位切换部件连接的输出轴，从马达向档位切换部件传递驱动力的驱动力传递机构部、测量马达的旋转角度的第一马达旋转角度传感器以及第二马达旋转角度传感器、以及测量输出轴的旋转角度的第一输出轴传感器以及第二输出轴传感器，在切换换档位置时，基于第一马达旋转角度传感器以及输出轴传感器的测量值而利用第一驱动系统驱动马达，并且基于第二马达旋转角度传感器以及第二输出轴传感器的测量值而利用第二驱动系统驱动马达。
若这样构成，则第一驱动系统以及第二驱动系统各自能够独立地进行使马达驱动的控制，因此即便在第一驱动系统以及第二驱动系统中的一个驱动系统异常的情况下，也能够利用另一个驱动系统继续马达的驱动控制。
附图说明
图1是示意表示本实施方式的换档装置的整体结构的立体图。
图2是表示构成本实施方式的换档装置的止动板的构造的图。
图3是表示构成本实施方式的换档装置的促动器单元的剖视图。
图4是表示在构成本实施方式的换档装置的促动器单元中，从主体部拆下齿轮外壳的状态下的减速机构部的内部构造的图。
图5是表示在构成本实施方式的换档装置的促动器单元中，中间齿轮的卡合状态(驱动力可传递状态)的图。
图6是表示在构成本实施方式的换档装置的促动器单元中，中间齿轮的卡合状态(驱动力非传递状态)的图。
图7是表示本实施方式的第一驱动系统以及第二驱动系统的框图。
图8是表示本实施方式的换档装置中的输出轴角度传感器的输出值(输出轴角度)、转子旋转角度传感器的输出值(马达旋转角度)、以及马达的旋转次数之间的关系的图。
图9是表示本实施方式的换档装置的滚子部从R位置朝向N位置移动时的状态的图。
图10是表示本实施方式的换档装置的滚子部从N位置朝向R位置移动时的状态的图。
图11是表示利用本实施方式的换档装置的第一驱动系统以及第二驱动系统使马达驱动时的通电模式的一个例子的图。
图12是表示在本实施方式的换档装置中止动弹簧在多个谷部的每一个的谷底处移动的状态的图。
图13是表示使本实施方式的换档装置的第一驱动系统处于自由模式的状态的图。
图14是表示利用本实施方式的换档装置的第一驱动系统以及第二驱动系统使马达制动的状态的图。
图15是表示利用本实施方式的换档装置中的第一驱动系统进行档位切换处理的流程图。
图16是表示利用本实施方式的换档装置中的第二驱动系统进行档位切换处理的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
参照图1～图14对换档装置100的结构进行说明。此外，在本申请说明书中，“马达的旋转角度”和“转子的旋转角度”表示相同的意思。
换档装置100搭载于汽车等车辆中。如图1所示，在乘坐者(驾驶员)借助换档杆(或者换档开关)等操作部进行换档的切换操作的情况下，对车辆的变速机构部进行电动档位切换控制。即，换档杆的位置经由设置于操作部的换档传感器被输入至换档装置100侧。而且，基于从设置于换档装置100的后述的专用的第一MCU(微控制器单元：Micro ControllerUnit)171(参照图7)以及第二MCU181(参照图7)发送的控制信号，将变速机构部切换至与乘坐者的换档操作相对应的P(停车)位置、R(倒退)位置、N(空挡)位置以及D(前进)位置中的任一个换档位置。这种档位切换控制被称为线控换挡(SBW)。
换档装置100具备促动器单元1和由促动器单元1驱动的档位切换机构部2。另外，档位切换机构部2被机械连接于变速机构部内的液压控制电路部(未图示)中的液压阀体的手动滑阀(未图示)和停车机构部。而且，构成为通过驱动档位切换机构部2而机械切换变速机的档位状态(P位置、R位置、N位置以及D位置)。
促动器单元1具备马达11、驱动力传递机构部12、第一输出轴传感器13(参照图7)、第二输出轴传感器14(参照图7)、第一马达旋转角度传感器15(参照图7)、第二马达旋转角度传感器16(参照图7)、第一驱动系统17(参照图7)以及第二驱动系统18(参照图7)。
如图1所示，档位切换机构部2包括止动板21(技术方案中的“档位切换部件”的一个例子)和止动弹簧22(技术方案中的“定位部件”的一个例子)。止动弹簧22构成为在与P位置、R位置、N位置以及D位置分别对应的转动角度位置处保持止动板21
如图2所示，止动板21具有被设置为与换档位置(P位置、R位置、N位置以及D位置)相对应的多个(4个)谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d(多个谷部)。另外，通过谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d而在止动板21上形成有具有连续的起伏形状的凸轮面Ca。另外，相互邻接的谷部彼此(例如，谷部21a以及谷部21b、谷部21b以及谷部21c等)由具有一个顶部T的山部M隔开。止动弹簧22的基端部固定于变速机构部的外壳，并且在止动弹簧22的自由端侧安装有滚子部22a。而且，止动弹簧22的滚子部22a始终按压凸轮面Ca(谷部21a、谷部21b、谷部21c、谷部21d或者山部M中的任一位置)。而且，在止动弹簧22嵌入至多个谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d中的任一谷部的状态下使换档位置成立。
另外，在配置于最靠端部侧处的谷部21a设置有用于抑制止动弹簧22越过谷部21a而移动的壁部121a。在配置于最靠端部侧处的谷部21d设置有用于抑制止动弹簧22越过谷部21d而移动的壁部121d。具体而言，在配置于止动板21的箭头A方向的端部的谷部21a设置有壁部121a。另外，在配置于止动板21的箭头B方向的端部的谷部21d设置有壁部121d。
另外，如图1所示，止动板21固定于后述的输出轴12b(参照图3)的下端部(Z2侧)，止动板21与输出轴12b一体地绕转动轴C1转动。由此，止动弹簧22构成为，滚子部22a伴随着止动板21向箭头A方向或者箭头B方向的正向转动或反向转动(摆动)而沿凸轮面Ca滑动，由此通过止动弹簧22的作用力而使滚子部22a嵌合于谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d中的任一谷部。另外，止动弹簧22构成为，滚子部22a选择性地嵌合于止动板21的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d中的任一谷部，由此分别在与P位置、R位置、N位置或者D位置相对应的转动角度位置处保持止动板21。由此，P位置、R位置、N位置或者D位置相独立地成立。
接下来，对促动器单元1的详细结构进行说明。
如图3所示，马达11由被支承为能够相对于马达外壳旋转的转子111和以具有磁隙地对置的方式围绕转子111配置的定子112构成。另外，马达11构成为驱动止动板21。
另外，作为马达11，使用将永久磁铁组装于转子111的表面的表面磁铁型(SPM)的三相马达。具体而言，转子111具有轴小齿轮111a和转子芯体111b。
转子111的轴小齿轮111a和输出轴12b绕相同的转动轴C1旋转。另外，在轴小齿轮111a中的从中央部至下端部(Z2侧)的外周区域，一体形成有齿轮槽形成为螺旋状的齿轮部121。
定子112具有固定于马达外壳的马达室内的定子芯体112a、和因通电而产生磁力的多相(U相、V相以及W相)的励磁线圈(未图示)。
如图3以及图4所示，驱动力传递机构部12构成为将马达11的驱动力传递至止动板21(参照图1)。驱动力传递机构部12包括减速机构部12a和输出轴12b。
减速机构部12a构成为将从马达11侧传递的旋转速度减速的状态下使止动板21转动。
具体而言，减速机构部12a包括：转子111的齿轮部121；中间齿轮122，其具有与齿轮部121啮合的齿轮部122a；中间齿轮123，其以与中间齿轮122相同的轴心配置于下表面侧(Z2侧)并且与中间齿轮122卡合；以及最终齿轮124，其具有与中间齿轮123的齿轮部123a啮合的齿轮部124a。
另外，如图5以及图6所示，在中间齿轮122中的旋转中心部与外周部(齿轮部122a)之间，形成有长径沿周向延伸的多个(6个)长孔122b。多个长孔122b在周向上相互以60度间隔配置。另外，中间齿轮123具有设置有齿轮部123a的椭圆形状的主体部123b，并设置有从主体部123b的与齿轮部123a相反侧的上表面(Z1侧)向上方突出的多个(两个)圆柱状的卡合凸部123c。卡合凸部123c配置于主体部123b中的长径方向的两侧的周缘部。而且，在中间齿轮123从下方朝向上方(Z1侧)与中间齿轮122邻接配置的状态下，相互以180°间隔配置的卡合凸部123c各自构成为向所对应的中间齿轮122的两个长孔122b分别插入(卡合)。
此外，卡合凸部123c具有由规定的大小(周向的长度)形成的间隙Ba地嵌合于中间齿轮122的长孔122b。即，构成为以在相互嵌合的卡合凸部123c与长孔122b之间产生的圆周方向的间隙Ba的大小(规定角度宽度)，允许中间齿轮122与中间齿轮123之间的相对自由转动(自由旋转)。此外，图5表示能够从中间齿轮122向中间齿轮123传递驱动力的状态，图6表示无法从中间齿轮122向中间齿轮123传递驱动力的状态。
输出轴12b构成为将马达11的驱动力输出至止动板21。输出轴12b与减速机构部12a的输出侧连接。输出轴12b与止动板21的输入侧连接。由此，输出轴12b与止动板21一体地动作。
如图7所示，第一输出轴传感器13构成为检测输出轴12b的旋转角度。例如，第一输出轴传感器13由霍尔元件构成。此外，输出轴12b的旋转位置(输出角度)作为连续的输出轴角度被检测。第二输出轴传感器14构成为检测输出轴12b的旋转角度。例如，第二输出轴传感器14由霍尔元件构成。此外，输出轴12b的旋转位置(输出角度)作为连续的输出轴角度被检测。
第一马达旋转角度传感器15构成为检测马达11的转子111的旋转角度。例如，第一马达旋转角度传感器15由MR传感器(磁阻传感器：Magneto Resistive Sensor)构成。第二马达旋转角度传感器16构成为检测马达11的转子111的旋转角度。例如，第二马达旋转角度传感器16由MR传感器构成。
第一驱动系统17构成为基于第一输出轴传感器13以及第一马达旋转角度传感器15的测量值而进行使马达11驱动的控制。第一驱动系统17构成为与第二驱动系统18相独立地控制马达11。具体而言，第一驱动系统17具有第一MCU171(技术方案中的“第一控制部”的一个例子)、存储部(未图示)、第一驱动器172以及第一逆变器173。
第一MCU171与第一输出轴传感器13电连接。第一MCU171与第一马达旋转角度传感器15电连接。第一MCU171与第一驱动器172电连接。第一驱动器172与第一逆变器173电连接。
第一MCU171构成为控制使马达11驱动的电压。存储部是具有ROM(Read OnlyMemory)以及RAM(Random Access Memory)等存储器的存储装置。第一驱动器172构成为发送控制第一逆变器173的信号。第一逆变器173具有根据来自第一驱动器172的信号而被切换开启/关闭的多个(6个)驱动FET(场效应晶体管：Field Effect Transistor)174。在第一逆变器173中，通过切换多个驱动FET174的开启/关闭而输出正弦波的三相交流电压(U相、V相以及W相)。这样，第一逆变器173构成为输出使马达11驱动的电压。第一逆变器173包括具有多个(三个)驱动FET174的上臂173a和具有多个(三个)驱动FET174的下臂173b。
第二驱动系统18基于第二输出轴传感器14以及第二马达旋转角度传感器16的测量值而进行使马达11驱动的控制。第二驱动系统18构成为与第一驱动系统17相独立地控制马达11。具体而言，第二驱动系统18具有第二MCU181(技术方案中的“第二控制部”的一个例子)、存储部(未图示)、第二驱动器182以及第二逆变器183。
第二MCU181与第二输出轴传感器14电连接。第二MCU181与第二马达旋转角度传感器16电连接。第二MCU181与第二驱动器182电连接。第二驱动器182与第二逆变器183电连接。
第二MCU181构成为控制使马达11驱动的电压。存储部是具有ROM以及RAM等存储器的存储装置。第二驱动器182构成为发送控制第二逆变器183的信号。第二逆变器183具有根据来自第二驱动器182的信号而被开启/关闭的多个(6个)驱动FET184。在第二逆变器183中，通过切换多个驱动FET184的开启/关闭而输出正弦波的三相交流电压(U相、V相以及W相)。这样，第二逆变器183构成为输出使马达11驱动的电压。第二逆变器183包括具有多个(三个)驱动FET184的上臂183a和具有多个(三个)驱动FET184的下臂183b。
接下来，对于换档位置的移动与第二输出轴传感器14的输出值以及第二马达旋转角度传感器16的输出值之间的关系进行说明。此外，换档位置的移动与第一输出轴传感器13的输出值以及第一马达旋转角度传感器15的输出值之间的关系是和换档位置的移动与第二输出轴传感器14的输出值以及第二马达旋转角度传感器16的输出值之间的关系相同的关系。
如图8所示，伴随着马达11的旋转次数(0次，1次，2次，···，7次)的增加，而与输出轴12b连接的止动板21以换档位置按照P位置、R位置、N位置以及D位置的顺序变化的方式转动。此时，止动弹簧22按照谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d的顺序嵌入各谷部中。而且，第二输出轴传感器14的输出值伴随着马达11的旋转次数增加而增加。
例如图9以及图10所示，当前，滚子部22a嵌入至谷部21b(R位置)(区间1)。通过马达11(参照图3)驱动而借助减速机构部12a(参照图3)使止动板21沿箭头A方向转动。此外，在中间齿轮122与中间齿轮123之间设置有规定量的间隙Ba(参照图6)。因此，在滚子部22a完全嵌入至谷部21b的谷底V的状态下，和中间齿轮122与转子111的旋转一起转动无关地，卡合凸部123c利用间隙Ba而无法传递驱动力地卡合于长孔122b的内部，因此中间齿轮123不转动。其结果是，在区间1中，一方面，由第二马达旋转角度传感器16(参照图8)检测的马达11的旋转角度(rad)线性增加，另一方面，由第二输出轴传感器14(参照图8)检测的输出轴12b的旋转角度(输出轴角度(rad))恒定。
之后，在区间2中，中间齿轮122的长孔122b的一侧端部能够传递驱动力地卡合于中间齿轮123的卡合凸部123c，因此马达11的驱动力经由齿轮部121、中间齿轮122、中间齿轮123以及最终齿轮124(参照图3)而传递至输出轴12b(参照图1)。而且，随着止动板21向箭头A方向的转动，而滚子部22a在谷部21b(R位置)的靠谷部21c(N位置)侧的斜面上以朝向山部M攀登的方式移动。此外，在区间2中，由第二马达旋转角度传感器16(参照图8)检测的马达11的旋转角度(rad)线性增加。另外，由第二输出轴传感器14(参照图8)检测的输出轴12b的旋转角度(rad)以恒定的比例增加。
而且，在区间3中，在滚子部22a越过谷部21b(R位置)与谷部21c(N位置)之间的边界的山部M之后，止动板21比马达11(中间齿轮122)先转动。即，止动板21总是被滚子部22a朝向谷部21b施力，因此通过该作用力使止动板21在长孔122b的间隙Ba的大小的范围内比马达11先转动。而且，滚子部22a朝向谷部21b的谷底V落下(参照图8的区间3)。此时，一方面，马达11的旋转角度增加，另一方面，输出轴12b的旋转角度(rad)随着滚子部22a向谷底V的落下(吸入)而急剧增加。
此外，从换档位置的P位置向R位置移动的动作、从N位置向D位置移动的动作与从上述的R位置向N位置移动的动作相同。
另外，如图8以及图10所示，马达11的旋转方向反转，从而换档位置经由N位置(区间4)、区间5以及区间6而移动至R位置。
此外，N位置(区间4)的动作与上述区间1的动作相同。即，一方面，由第二马达旋转角度传感器16检测的马达11的旋转角度(rad)线性减少，另一方面，由第二输出轴传感器14检测的输出轴12b的旋转角度(rad)恒定。
另外，区间5的动作与上述区间2的动作相同。即，在区间5中，马达11的旋转角度线性减少，并且输出轴12b的旋转角度(rad)以恒定的比例减少。
另外，区间6的动作与上述区间3的动作相同。即，一方面，马达11的旋转角度减少，另一方面，输出轴12b的旋转角度(rad)随着滚子部22a向谷底V的落下(吸入)而急剧减少。
在换档装置100中，例如，在工厂出货时，针对每个换档装置100，取得(学习)与谷底V相对应的马达11(转子111)的旋转角度。即，取得(学习)多个换档位置(P位置、R位置、N位置以及D位置)各自处的与谷底V(间隙Ba的中心)相对应的马达11(转子111)的旋转角度。详细地，在与多个换档位置(P位置、R位置、N位置以及D位置)相对应的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d处，检测减速机构部12a所包含的间隙宽度W。而且，学习检测到的间隙Ba的宽度W的中心作为谷底V(换档位置)。利用第一MCU171以及第二MCU181进行与谷底V相对应的马达11的旋转角度的取得。
由此，在换档装置100中，基于在第一MCU171以及第二MCU181各自中取得的与谷底V相对应的马达11的旋转角度，而利用第一MCU171以及第二MCU181进行换档位置的切换。即，在换档装置100中，进行使止动弹簧22移动至与通过乘坐者的换档操作而选择的P位置、R位置、N位置以及D位置各自相对应的谷底V的位置的控制。
(基于两个系统的驱动控制)
这里，在本实施方式的换档装置100中，构成为在使马达驱动时，通过从第一驱动系统17以及第二驱动系统18正在输出的电压使马达11驱动而切换换档位置。即，第一MCU171以及第二MCU181各自构成为独立(非同步)地进行使止动弹簧22移动至与通过乘坐者的换档操作而选择的P位置、R位置、N位置以及D位置各自相对应的谷底V的位置的控制。
具体而言，换档装置100构成为，在切换换档位置时，基于第一马达旋转角度传感器15以及第一输出轴传感器13的测量值而利用第一驱动系统17驱动马达11并且基于第二马达旋转角度传感器16以及第二输出轴传感器14的测量值而利用第二驱动系统18驱动马达11。
这里，在利用第一驱动系统17以及第二驱动系统18双方使马达11驱动时，切换第一驱动系统17的多个(6个)驱动FET174各自的开启/关闭，由此向马达11输出的驱动电流的通电模式变化。另外，在利用第一驱动系统17以及第二驱动系统18双方使马达11驱动时，切换第二驱动系统18的多个(6个)驱动FET184各自的开启/关闭，由此向马达11输出的驱动电流的通电模式变化。
在图11中示出了向马达11输出的驱动电流的通电模式的一个例子。在第一驱动系统17中，上臂173a的U相的驱动FET174开启，上臂173a的V相的驱动FET184关闭，上臂173a的W相的驱动FET174关闭。在第一驱动系统17中，下臂173b的U相的驱动FET174关闭，下臂173b的V相的驱动FET174开启，下臂173b的W相的驱动FET174开启。
另外，在第二驱动系统18中，上臂183a的U相的驱动FET184开启，上臂183a的V相的驱动FET184关闭，上臂183a的W相的驱动FET184关闭。在第二驱动系统18中，下臂183b的U相的驱动FET184关闭，下臂183b的V相的驱动FET184开启，下臂183b的W相的驱动FET184开启。
由此，在第一驱动系统17中，从上臂173a的U相经过马达11的励磁线圈而向下臂173b的V相以及W相各自流动有驱动电流，并且，在第二驱动系统18中，从上臂183a的U相经过马达11的励磁线圈而向下臂183b的V相以及W相各自流动有驱动电流，由此驱动马达11。
这里，在进行档位切换时，在利用第一驱动系统17以及第二驱动系统18双方使马达11驱动的情况下，第一驱动系统17以及第二驱动系统18各自独立地使马达11驱动，因此担心系统间的驱动干扰。对于驱动干扰，使用作为一个例子而示出将换档位置从P位置向R位置切换的状态的图12进行说明。
如图12所示，在换档装置100中，利用第一驱动系统17的第一MCU171预先学习(取得)与P位置、R位置、N位置以及D位置分别相对应的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d的谷底V的谷底学习位置P1(技术方案中的“预先取得的换档位置”的一个例子)。另外，在第一MCU171中，预先设定用于判定为止动弹簧22已到达谷底学习位置P1的第一到达范围R1(技术方案中的“位置到达判定范围”的一个例子)。基于预先学习的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的谷底V的谷底学习位置P1、实际的谷底V的实际谷底位置Pr与在第一驱动系统17中学习的谷底学习位置P1之间的误差的差异、以及用于停止马达11的允许误差等设计值而设定第一到达范围R1。
同样，在换档装置100中，与第一驱动系统17相独立地，利用第二驱动系统18的第二MCU181预先学习(取得)与P位置、R位置、N位置以及D位置分别对应的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d的谷底V的谷底学习位置P2(技术方案中的“预先取得的换档位置”的一个例子)。另外，在第二MCU181中，预先设定用于判定为止动弹簧22已到达所学习的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d的谷底V各自的谷底学习位置P2的第二到达范围R2(技术方案中的“位置到达判定范围”的一个例子)。基于预先学习的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d的谷底V各自的谷底学习位置P2、实际的谷底V的实际谷底位置Pr与在第二驱动系统18中学习的谷底学习位置P2之间的误差的差异、以及用于停止马达11的允许误差等设计值而设定第二到达范围R2。
在第一驱动系统17中学习的谷底学习位置P1以及在第二驱动系统18中学习的谷底学习位置P2存在差异。因此，例如图12所示，存在第一驱动系统17中的R位置的谷底学习位置P1相比于实际谷底位置Pr而更靠P位置，第二驱动系统18中的R位置的谷底学习位置P2相比于实际谷底位置Pr而更靠N位置的情况。
在该情况下，止动弹簧22进入至第一到达范围R1，因此第一MCU171比第二MCU181先判定为换档位置切换至R位置。另一方面，止动弹簧22未进入至第二到达范围R2，因此第二MCU181未判定为换档位置切换至R位置。这里，若第一MCU171基于止动弹簧22进入至第一到达范围R1的情况而进行对马达11实施制动的控制，则第二MCU181为了使止动弹簧22进入至第二到达范围R2而进行驱动马达11的控制，因此第二驱动系统18的驱动因第一驱动系统17而被阻碍。此为系统间的驱动干扰。
为此，换档装置100构成为，在止动弹簧22到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个系统不进行马达11的制动处理。在图12所示的一个例子中，先判定为止动弹簧22已到达谷部21b的先行的第一驱动系统17的第一MCU171构成为，基于止动弹簧22进入至第一到达范围R1的情况，而进行不使马达11制动而能够自由驱动的控制。
即，换档装置100构成为，通过关闭作为先行的一个驱动系统的第一驱动系统17的第一逆变器173、或者关闭作为先行的一个驱动系统的第二驱动系统18的第二逆变器183，而在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，不进行马达11的制动处理。在图12以及图13所示的一个例子中，先判定为止动弹簧22已到达谷部21b的先行的第一驱动系统17的第一MCU171构成为，基于止动弹簧22进入至第一到达范围R1的情况，而通过将第一逆变器173全部关闭，来进行不使马达11制动而能够自由驱动的控制。
具体而言，在先行的一个系统为第一驱动系统17的情况下，第一MCU171构成为，基于谷底学习位置P1与止动弹簧22的当前位置之差处于第一到达范围R1内并且马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况，而在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，进行不实施马达11的制动处理的控制。在先行的一个系统为第二驱动系统18的情况下，第二MCU181构成为，基于谷底学习位置P2与止动弹簧22的当前位置之差处于第二到达范围R2内并且马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况，而在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，进行不实施马达11的制动处理的控制。
这里，谷底学习位置P1与止动弹簧22的当前位置之差处于第一到达范围R1内以及谷底学习位置P2与止动弹簧22的当前位置之差处于第二到达范围R2内是用于确认止动弹簧22的位置的条件。另外，马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内是用于确认在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的谷底V时是否充分减速的上限。
另外，具体而言，先行的一个驱动系统构成为，在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的谷底V时，在规定时间内不制动。在先行的一个驱动系统为第一驱动系统17的情况下，规定时间表示进入至第一到达范围R1的止动弹簧22能够进入第二到达范围R2的时间。另外，在先行的一个驱动系统为第二驱动系统18的情况下，规定时间表示进入至第二到达范围R2的止动弹簧22能够进入第一到达范围R1的时间。利用第一MCU171基于即将到达第一到达范围R1之前的马达11的转速来计算规定时间，或者利用第二MCU181基于即将到达第二到达范围R2之前的马达11的转速来计算规定时间。
另外，先行的一个驱动系统构成为，基于已经过了规定时间的情况而对马达11进行制动。即，在先行的一个驱动系统为第一驱动系统17的情况下，第一MCU171构成为基于已经过了规定时间的情况，而进行开启第一驱动系统17的第一逆变器173的下臂173b侧的驱动FET174(开关元件)并且关闭第一驱动系统17的第一逆变器173的上臂173a侧的驱动FET174(开关元件)的控制。另外，在先行的一个驱动系统为第二驱动系统18的情况下，第二MCU181构成为，基于已经过了规定时间的情况，而进行开启第二驱动系统18的第二逆变器183的下臂183b侧的驱动FET184(开关元件)并且关闭第二驱动系统18的第二逆变器183的上臂183a侧的驱动FET184(开关元件)的控制。由此，对马达11的驱动进行制动(短路制动)。
此外，在经过了规定时间之后，止动弹簧22的位置处于第一到达范围R1内并且处于第二到达范围R2内，因此如图14所示，利用第一驱动系统17以及第二驱动系统18双方对马达11进行制动。
(档位切换处理)
以下，参照图15对第一驱动系统17先到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d中的任一谷部的情况的档位切换处理进行说明。此外，在档位切换处理中，实施并行地进行第一驱动系统17对马达11的驱动和第二驱动系统18对马达11的驱动的处理。
在步骤S1中，在第一MCU171中，判断止动弹簧22是否进入至第一到达范围R1。在止动弹簧22进入至第一到达范围R1的情况下进入步骤S2，在止动弹簧22未进入至第一到达范围R1的情况下返回步骤S1。在步骤S2中，在第一MCU171中，判断马达11的旋转速度是否处于速度到达判定范围内。在马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况下进入步骤S3，在马达11的旋转速度未处于速度到达判定范围内的情况下返回步骤S1。
在步骤S3中，在第一MCU171中，作为马达11的驱动控制模式而执行自由模式。即，在第一MCU171中，通过关闭第一逆变器173的全部驱动FET184，而进行不使马达11制动而使第二驱动系统18能够自由驱动马达11的控制。在步骤S4中，在第一MCU171中，判断是否经过了规定时间。在经过了规定时间的情况下进入步骤S5，在未经过规定时间的情况下返回步骤S3。在步骤S5中，在第一MCU171中，在使马达11制动之后，重复步骤S1。
另外，以下，参照图16对第二驱动系统18先到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d中的任一谷部的情况的档位切换处理进行说明。此外，在档位切换处理中，并行地进行第一驱动系统17对马达11的驱动和第二驱动系统18对马达11的驱动。
在步骤S21中，在第二MCU181中，判断止动弹簧22是否进入至第二到达范围R2。在止动弹簧22进入至第二到达范围R2的情况下进入步骤S22，在止动弹簧22未进入至第二到达范围R2的情况下返回步骤S21。在步骤S22中，在第二MCU181中，判断马达11的旋转速度是否处于速度到达判定范围内。在马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况下进入步骤S23，在马达11的旋转速度未处于速度到达判定范围内的情况下返回步骤S21。
在步骤S23中，在第二MCU181中，作为马达11的驱动控制模式而执行自由模式。即，在第二MCU181中，通过关闭第二逆变器183的全部的驱动FET184，而进行不使马达11制动而使第一驱动系统17能够自由驱动马达11的控制。在步骤S24中，在第二MCU181中，判断是否经过了规定时间。在经过了规定时间的情况下进入步骤S25，在未经过规定时间的情况下返回步骤S23。在步骤S25中，在第二MCU181中，在使马达11制动之后，重复步骤S21。
(本实施方式的效果)
在本实施方式中，能够获得如下效果。
在本实施方式中，如上述那样，构成为在使马达驱动时，通过从第一驱动系统17以及第二驱动系统18正在输出的电压使马达11驱动而切换换档位置。由此，在进行档位切换时在第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的任一驱动系统中检测到故障的情况下，能够进行在继续正常的驱动系统对马达11的驱动的状态下，停止故障的驱动系统对马达11的驱动的措施(fail safe：故障保护)，因此能够继续马达11的驱动。其结果是，在进行档位切换时在第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的任一驱动系统中检测到故障时不间歇进行马达11的驱动控制，因此即便是在进行档位切换时检测到异常的情况下，也能够顺利地进行马达11的驱动控制。另外，通过使用第一驱动系统17以及第二驱动系统18双方使马达11驱动，能够使马达11输出最大扭矩时所需的电力分散至第一驱动系统17以及第二驱动系统18各自，因此与使用第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的仅任一个驱动系统使马达11输出最大扭矩的情况相比，能够抑制第一驱动系统17以及第二驱动系统18各自的大型化。
另外，在本实施方式中，如上述那样，在止动弹簧22到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个系统构成为，不进行马达11的制动处理。由此，在止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的判定延迟的另一个驱动系统判定为已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自之前，能够使先行的一个驱动系统不对马达11进行制动，因此能够不阻碍另一个驱动系统对马达11的驱动。
另外，在本实施方式中，如上述那样，构成为通过关闭作为先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个驱动系统的第一驱动系统17的第一逆变器173、或者关闭作为先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个驱动系统的第二驱动系统18的第二逆变器183，而在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，不进行马达11的制动处理。由此，不从先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个驱动系统向马达11供给电力，因此能够仅是利用止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的判定延迟的另一个驱动系统使马达11驱动。其结果是，能够依照延迟的另一个驱动系统的意图而使马达11驱动。
另外，在本实施方式中，如上述那样，先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个驱动系统构成为，在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，在规定时间内不制动。由此，能够确保能够依照判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的延迟的另一个驱动系统的意图而使马达11驱动的时间为规定时间，因此延迟的另一个驱动系统也能够可靠地判定止动弹簧22到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自。
另外，在本实施方式中，如上述那样，先行的一个驱动系统构成为基于已经过了规定时间的情况而对马达11进行制动。由此，能够仅是利用止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的判定延迟的另一个驱动系统确保马达11的驱动时间，并且能够使止动弹簧22停止于在一个驱动系统中预先学习的谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的谷底学习位置P1(谷底学习位置P2)附近，因此能够抑制第一驱动系统17与第二驱动系统18之间的驱动干扰，并且能够准确地进行档位切换。
另外，在本实施方式中，如上述那样，先判定为止动弹簧22已到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自的先行的一个系统构成为，基于预先取得的换档位置与止动弹簧22的当前位置之差处于第一到达范围R1(第二到达范围R2)内并且马达11的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况，而在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，不进行马达11的制动处理。由此，能够在使马达11充分减速成使止动弹簧22不越过换档位置的状态下，止动弹簧22进入至第一到达范围R1(第二到达范围R2)内，因此能够抑制因不进行马达11的制动处理而引起止动弹簧22越过换档位置的情况。
[变形例]
应认为本次公开的上述实施方式在全部方面均为例示而并非限制性描述。本发明的范围并非由上述实施方式的说明所示而是由权利要求书所示，其还包括与权利要求书中均等的意思以及范围内的全部变更(变形例)。
例如，在上述实施方式中示出了如下例子，即，第一驱动系统17以及第二驱动系统18中的先行的一个系统构成为，在到达谷部21a、谷部21b、谷部21c以及谷部21d各自时，不进行马达11的制动处理，但本发明并不限定于此。在本发明中，第一驱动系统以及第二驱动系统中的先行的一个系统也可以在到达多个谷部的每一个时，进行马达的制动处理。
另外，在上述实施方式中，示出了间隙Ba的宽度W为减速机构部12a的间隙Ba的宽度W的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，间隙宽度也可以包括驱动力传递机构部中的除减速机构部以外的其他间隙宽度。
另外，在上述实施方式中，示出了本发明的换档装置100应用于汽车用换档装置的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，换档装置例如也可以应用于电车等除汽车用以外的换档装置。
另外，在上述实施方式中，示出了在第一逆变器173中，通过切换多个驱动FET174的开启/关闭而输出正弦波的三相交流电压(U相、V相以及W相)的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以在第一逆变器中，通过切换多个驱动FET的开启/关闭而输出脉冲波的三相交流电压(U相、V相以及W相)。
另外，在上述实施方式中，示出了在第二逆变器183中，通过切换多个驱动FET184的开启/关闭而输出正弦波的三相交流电压(U相、V相以及W相)的例子，但本发明并不限定于此。在本发明中，也可以在第二逆变器中，通过切换多个驱动FET的开启/关闭而输出脉冲波的三相交流电压(U相、V相以及W相)。
另外，在上述实施方式中，为了便于说明，示出了使用将第一MCU171(第一控制部)以及第二MCU181(第二控制部)的控制处理沿处理流程按顺序进行处理的流程驱动型的流程图进行了说明的例子，但本发明并不限于此。在本发明中，也可以通过以事件为单位而执行处理的事件驱动型(Event driven type)的处理来进行第一控制部以及第二控制部的控制处理。在该情况下，可以以完全事件驱动型进行，也可以组合事件驱动以及流程驱动来进行。
附图标记说明：
11…马达；17…第一驱动系统；18…第二驱动系统；21…止动板(档位切换部件)；21a、21b、21c、21d…谷部；22…止动弹簧(定位部件)；100…换档装置；111…转子；112…定子；173…第一逆变器；183…第二逆变器。

Claims (6)

1.一种换档装置，其中，具备：
档位切换部件，包括与换档位置相对应的多个谷部；
马达，包括转子和定子，使所述档位切换部件驱动；
第一驱动系统，包括第一逆变器，所述第一逆变器输出使所述马达驱动的电压；
第二驱动系统，与所述第一驱动系统相独立地设置，并包括第二逆变器，所述第二逆变器输出使所述马达驱动的电压；以及
定位部件，用于在嵌入至所述档位切换部件的所述多个谷部中的任一谷部的状态下使所述换档位置成立，
所述换档装置构成为，在使所述马达驱动时，通过从所述第一驱动系统以及所述第二驱动系统正在输出的电压而切换所述换档位置。
2.根据权利要求1所述的换档装置，其中，
在所述定位部件到达所述多个谷部的每一个时，所述第一驱动系统以及所述第二驱动系统中的先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的先行的一个系统构成为，不进行所述马达的制动处理。
3.根据权利要求2所述的换档装置，其中，
所述换档装置构成为通过使作为先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的所述先行的一个驱动系统的所述第一驱动系统的所述第一逆变器关闭、或者使作为先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的所述先行的一个驱动系统的所述第二驱动系统的所述第二逆变器关闭，由此在所述定位部件到达所述多个谷部的每一个时，不进行所述马达的制动处理。
4.根据权利要求2或3所述的换档装置，其中，
先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的所述先行的一个驱动系统构成为，在所述定位部件到达所述多个谷部的每一个时，在规定时间内不制动。
5.根据权利要求4所述的换档装置，其中，
先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的所述先行的一个驱动系统构成为，基于已经过了规定时间的情况而对所述马达进行制动。
6.根据权利要求2～5中的任一项所述的换档装置，其中，
先判定为所述定位部件已到达所述多个谷部的每一个的所述先行的一个系统构成为，基于预先取得到的所述换档位置与所述定位部件的当前位置之差处于位置到达判定范围内，并且所述马达的旋转速度处于速度到达判定范围内的情况，而在所述定位部件到达所述多个谷部的每一个时，不进行所述马达的制动处理。
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