DE102008042589B4

DE102008042589B4 - Gangschaltungsvorrichtung und Gangschaltungsverfahren

Info

Publication number: DE102008042589B4
Application number: DE102008042589.3A
Authority: DE
Inventors: Yuji Inoue; Eiji Isobe; Shigeru Kamio
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP2009092081A; DE102008042589A1; US20090091866A1; US8035934B2; JP4406453B2

Abstract

Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart, die einen Schaltbereich eines Automatikgetriebes durch einen Elektromotor (101, 301) schaltet, gekennzeichnet durch
eine Fehlerphasenbestimmungseinrichtung zur phasenweisen Bestimmung, ob ein Fehler in einer Stromzufuhrleitung in jeder Phase (U, V, W) des Elektromotors aufgetreten ist, und
eine Motorsteuerungseinrichtung zur Ausführung einer offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) unter Verwendung lediglich der Phasen, für die bestimmt worden ist, dass kein Fehler aufgetreten ist, wobei
durch Erfassung eines Aktivierungszustands des Elektromotors (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors bestimmt wird, ob ein Fehler in der Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, und bestimmt wird, dass ein „Kurzschlussfehler“ in einer Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, falls der Elektromotor (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) nicht aktiviert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart und ein Gangschaltungsverfahren, die den Schaltbereich eines Automatikgetriebes durch einen Elektromotor schalten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Druckschrift DE 10 2006 026 216 A1 offenbart ein Automatikgetriebesystem und Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes, wobei eine Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire- (SBW-) Bauart verwendet wird.
Die Druckschrift US 4 896 089 A zeigt ein Fehlerverwaltungssystem für einen geschalteten Reluktanzmotor. Dabei erfasst das System durch Phasenstromdifferenzerfassung und Phasenflussdifferenzerfassung Fehler, und isoliert einen Fehler durch Deaktivieren einer fehlerhaften Phase. Der Motorbetrieb wird durch die verbleibenden Phasen fortgesetzt. Eine Geschwindigkeitsteuerungsschaltung behält die normale Betriebsgeschwindigkeit des Motors trotz der Deaktivierung einer oder mehrere Phasen bei.
In einem durch eine Maschine (Brennkraftmaschine) angetriebenen Fahrzeug werden herkömmlicherweise Automatikgetriebe, die automatisch ein optimales Übersetzungsverhältnis zwischen der Maschine und den Antriebsrädern einstellen, zur Übertragung des Drehmoments und der Drehzahl, die durch die Maschinen erzeugt werden, verwendet, um das Drehmoment und die Drehzahl, die durch die Maschine erzeugt werden, auf die Antriebsräder entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeugs zu übertragen.
Beispiele für Automatikgetriebe, mit denen ein Fahrzeug ausgerüstet sein kann, umfassen Getriebe der Planetengetriebebauart, die eine Gangstufe unter Verwendung einer Kupplung, einer Bremse und einer Planetengetriebevorrichtung einstellen, und kontinuierlich variable Getriebe (CVT) der Bandbauart, die das Übersetzungsverhältnis stufenlos justieren.
In Fahrzeugen, die mit einem Automatikgetriebe der Planetengetriebebauart ausgerüstet sind, kann ein Schaltkennfeld, das Schaltlinien (Gangstufenschaltlinien) zum Erhalt einer optimalen Gangstufe entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Drosselklappenöffnung (oder eines Fahrpedalbetätigungsausmaßes) aufweist, in einer ECU (elektronische Steuerungseinheit) gespeichert sein. Eine Sollgangstufe wird auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer Drosselklappenöffnung durch Bezugnahme auf das Schaltkennfeld berechnet, und auf der Grundlage der Sollgangstufe werden Reibungseingriffselemente wie eine Kupplung, eine Bremse und eine Freilaufkupplung (One-way-clutch) in einem vorbestimmten Zustand in Eingriff gebracht oder voneinander gelöst, um dadurch automatisch die Gangstufe (Gangschaltungsstufe) einzustellen.
Zusätzlich ist ein kontinuierlich variables Getriebe der Bandbauart derart aufgebaut, dass ein Band (Riemen) um eine Primärriemenscheibe (eingangsseitige Riemenscheibe) und eine Sekundärriemenscheibe (ausgangsseitige Riemenscheibe) gewickelt ist, die jeweils eine Riemenscheibennut (V-Nut) aufweisen, und die Nutbreite der Riemenscheibennut von einer der Riemenscheiben wird erhöht, während die Nutenbreite der Riemenscheibennut der anderen Riemenscheibe verringert wird, wodurch kontinuierlich die Wicklungsradien (effektive Durchmesser) des Riemens der jeweiligen Riemenscheiben variiert werden, wodurch das Übersetzungsverhältnis stufenlos eingestellt wird.
Als ein Beispiel einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung eines derartigen Automatikgetriebes gibt es eine Gangschaltungsvorrichtung der sogenannten Shift-by-wire-Bauart, die elektrisch die Schaltbereichsposition des Automatikgetriebes durch einen Sensor erfasst und das Manualventil des Automatikgetriebes durch Antrieb eines Gangschaltungselektromotors auf der Grundlage des Erfassungssignals schaltet, wodurch Schaltpositionen wie P (Parken), R (Rückwärts), N (Neutral) und D (Antrieb, Fahren) geschaltet werden.
Bei einer derartigen Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart besteht im Gegensatz zu einer allgemeinen Gangschaltungsvorrichtung, das heißt, im Gegensatz zu einer Gangschaltungsvorrichtung einer Bauart, bei der der Schaltbereich des Automatikgetriebes direkt durch die Betätigung des Schalthebels durch den Fahrer geschaltet wird, keine Notwendigkeit für eine mechanische Verbindung zwischen dem Schalthebel und dem Schaltbereichsschaltmechanismus. Somit gibt es keine Einschränkungen auf die Gestaltung (Anordnung, Anlage) bei Einbau dieser Komponenten in das Fahrzeug, wodurch eine erhöhte Entwurfsfreiheit erzielt wird. Außerdem weist die Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart den Vorteil auf, dass diese leicht an dem Fahrzeug angebracht werden kann.
Als ein Beispiel für einen bei einer Gangschaltungsvorrichtung angewendeten Elektromotor gibt es einen Motor der bürstenlosen Bauart wie einen geschalteten Reluktanzmotor (SR-Motor), der im Aufbau einfach und kostengünstig ist. Außerdem sind einige Motoren, die bei einer Gangschaltungsvorrichtung angewandt werden, von einer Bauart, die mit einem Encoder verbaut sind, der ein Impulssignal synchron mit der Drehung eines Rotors ausgibt, das Impulssignal des Encoders zählt und die Rotationsposition (Drehposition) des Rotors auf der Grundlage des Zählwerts erfasst, um aufeinanderfolgend eine Stromzufuhrphase zu schalten, um dadurch den Rotor drehend anzutreiben. In dieser Bauart eines Motors mit einem Encoder ist es möglich, den Rotor zu einer Sollposition durch ein Regelungssystem (F/B-Steuerungssystem) zu drehen, da die Rotationsposition des Rotors auf der Grundlage des Encoderzählwerts nach dem Starten erfasst werden kann.
In dem Falle einer Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart besteht die Gefahr, dass das Schalten des Schaltbereichs im Falle eines Fehlers in einem Schaltungs-Schaltelektromotor unmöglich wird. Daher ist es notwendig, eine Ausfallsicherungssteuerung durchzuführen. Beispiele für Techniken in Bezug auf einen Motorfehler umfassen die Techniken, die in der JP 2000 - 170 905 A und der JP 2004 - 129 450 A beschrieben sind.
In der in der JP 2000 - 170 905 A beschriebenen Technik wird ein Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler anhand eines in der Wicklung jeder Phase eines Elektromotors, der eine Antriebsquelle der Gangschaltungsvorrichtung ist, fließender Strom bestimmt, und bei Bestimmung eines Fehlers wird dem Fahrer der Fehler durch Erleuchten einer Warnlampe oder dergleichen mitgeteilt. In der in der JP 2004 - 129 450 A beschriebenen Technik ist eine aus zwei Widerständen aufgebaute Unterbrechungserfassungsschaltung in der Stromzufuhrleitung der Wicklung jeder Phase eines Elektromotors vorgesehen, wodurch eine Unterbrechung in der Wicklung jeder Phase auf einer phasenweise Grundlage (auf der Basis von Phase zu Phase) erfasst wird.
In der Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart verbleibt, falls ein Massekurzschluss in einer Phase eines Elektromotors (beispielsweise eines Dreiphasen-Wechselstrommotors) auftritt, die fehlerhafte Phase gespeist, und da die fehlerhafte Phase die anderen zwei Phasen herunterzieht (drags), ist es unmöglich, die Drehung des Rotors des Elektromotors zu starten. Im Gegensatz dazu gibt es in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers Situationen, in denen es möglich ist, die Drehung des Rotors zu starten. Das heißt, falls eine Unterbrechung in einer der drei Phasen auftritt, kann der Strom der Wicklung der Phase, in der die Unterbrechung aufgetreten ist, nicht zugeführt werden, jedoch kann der Rotor immer noch durch Zufuhr von Strom zu den Wicklungen der anderen zwei Phasen gedreht werden. Somit gibt es, falls es ein Unterbrechungsfehler ist, Situationen, in denen es möglich ist, das Schalten des Schaltbereichs durch Drehen des Elektromotors fortzusetzen, und es ist wünschenswert, dieses zu verwirklichen.
Da jedoch die Fehlererfassungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik (einschließlich der in der JP 2000 - 170 905 A und der JP 2004 - 129 450 A beschriebenen Techniken) nicht zwischen einem Unterbrechungsfehler und einem Kurzschlussfehler unterscheiden können, wird das Schalten des Schaltbereichs durch den Motorantrieb selbst in dem Falle eines Unterbrechungsfehlers nicht ausgeführt. Das heißt, dass, falls Strom der Antriebsspule eines Elektromotors zugeführt wird, wenn es unmöglich ist, zwischen einem Unterbrechungsfehler und einem Kurzschlussfehler zu unterscheiden und der Motorfehler ein Kurzschlussfehler ist, die Gefahr besteht, dass ein Überstrom zu der Stromzufuhrleitung in der fehlerhaften Phase fließt. Um dieses zu vermeiden, wird die Zufuhr von Strom zu der Antriebsspule ungeachtet davon gestoppt, ob der Fehler ein Unterbrechungsfehler oder ein Kurzschlussfehler ist, falls ein Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler auftritt.
Obwohl es möglich ist, einen Kurzschlusserfassungssensor vorzusehen, der eine Unterscheidung zwischen einer Unterbrechung und einem Kurzschluss erlaubt, steigt in diesem Fall die Anzahl der Teile an, was in nachteiliger Weise zu einer Erhöhung der Kosten führt. Außerdem ist es nicht einfach, ein System zu verwirklichen, das einen Massekurzschluss durch Verwendung eines Sensors erfasst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird eine Technik bereitgestellt, die in einer Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart, die den Schaltbereich eines Automatikgetriebes unter Verwendung eines Elektromotors schaltet, ohne zusätzliche Teile wie einen Sensor eine Unterbrechung/einen Kurzschluss bestimmt, wenn ein Elektromotor fehlerhaft ist.
Die Aufgabe wird mit einer Gangschaltungsvorrichtung bzw. einem Gangschaltungsverfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 8 gelöst.
Dementsprechend wendet die vorliegende Erfindung das nachfolgende Prinzip zum Lösen des Problems an. In einer Gangschaltungsvorrichtung und einem Gangschaltungsverfahren einer Shift-by-wire-Bauart wird eine fehlerhafte Phase bestimmt, wenn ein Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler in einem Elektromotor auftritt, wird eine Aktivierung des Elektromotors unter Verwendung einer normalen Phase versucht, bei der es sich nicht um die fehlerhafte Phase handelt, und wird der Aktivierungszustand des Elektromotors erfasst, um dadurch einen Fehler in einer Stromzufuhrleitung zu erfassen. Wenn der Elektromotor aktiviert ist, wird der Fehler als ein Unterbrechungsfehler bestimmt, und wenn der Elektromotor nicht aktiviert ist, wird der Fehler als ein Kurzschlussfehler bestimmt. Durch diesen Bestimmungsprozess kann die Bestimmung von Unterbrechung/Kurzschluss, wenn der Elektromotor fehlerhaft ist, ohne ein zusätzliches Teil wie einem Kurzschlusserfassungssensor gemacht werden.
Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Gangschaltungsvorrichtung und ein Gangschaltungsverfahren einer Shift-by-wire-Bauart angenommen, die den Schaltbereich eines Automatikgetriebes unter Verwendung eines Elektromotors schalten. Weiterhin weisen die Gangschaltungsvorrichtung und das Gangschaltungsverfahren, die vorstehend beschrieben worden sind, eine Fehlerphasenbestimmungseinrichtung zur phasenweisen Bestimmung eines Fehlers in einer Stromzufuhrleitung in jeder Phase eines Elektromotors und eine Motorsteuerungseinrichtung zur Ausführung einer offenen Steuerung (Steuerung im offenen Kreis) des Elektromotors unter Verwendung lediglich der Phasen auf, in denen bestimmt worden ist, dass ein Fehler nicht aufgetreten ist, wobei durch Erfassung eines Aktivierungszustands des Elektromotors bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors bestimmt wird, ob ein Fehler in der Stromzufuhrleitung aufgetreten ist. In diesem Fall ist es ebenfalls vorzuziehen, dass bestimmt wird, ob ein Kurzschlussfehler in einer Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, wenn der Elektromotor nicht aktiviert ist, wenn die offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird.
Mit den vorstehend beschriebenen spezifischen Gegenständen kann die Fehlerphase (fehlerhafte Phase) bestimmt werden, wenn ein Fehler in dem Elektromotor auftritt. Es sei jedoch bemerkt, dass es nicht möglich ist, einen Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler durch diese Fehlerphasenbestimmung zu identifizieren. Dementsprechend wird in der Gangschaltungsvorrichtung und dem Gangschaltungsverfahren, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, eine offene Steuerung des Elektromotors durch Verwendung lediglich einer normalen Phase ohne Verwendung der fehlerhaften Phase ausgeführt, um dadurch einen Unterbrechungsfehler und einen Kurzschlussfehler zu bestimmen, wenn der Elektromotor fehlerhaft ist.
Insbesondere wird, wenn beispielsweise der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstrommotor ist, und Unterbrechung/Kurzschluss in der Stromzufuhrleitung von einer der drei Phasen erfasst wird, die offene Steuerung des Elektromotors ohne Zufuhr von Strom zu der fehlerhaften Phase (beispielweise der U-Phase) ausgeführt, während Strom den Wicklungen der anderen zwei Phasen (beispielsweise der V-Phase und der W-Phase) zugeführt wird. Falls in diesem Fall die vorstehend beschriebene offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird, wenn ein Kurzschluss (Massekurzschluss) in einer der Phasen des Elektromotors auftritt, wird der Elektromotor nicht aktiviert (dreht nicht), da die fehlerhafte Phase die anderen zwei Phasen herunterzieht (drags). Falls im Gegensatz dazu eine Unterbrechung in der Wicklung von einer der zwei Phasen des Elektromotors auftritt, wird der Elektromotor aufgrund des durch die Zufuhr des Stroms zu den anderen zwei Phasen erzeugten Drehmoments aktiviert (dreht).
Dementsprechend ist es durch Bestimmung, ob der Elektromotor aktiviert werden kann, wenn die vorstehend beschriebene offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird, möglich, zu bestimmen, dass ein Fehler ein Unterbrechungsfehler ist, wenn der Elektromotor aktiviert ist, und zu bestimmen, dass ein Fehler ein Kurzschlussfehler ist, wenn der Elektromotor nicht aktiviert ist. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß eine Bestimmung, ob ein Fehler in dem Elektromotor ein Kurzschlussfehler oder ein Unterbrechungsfehler ist, ohne Hinzufügung eines Teils wie eines Kurzschlusserfassungssensors gemacht werden.
Als ein spezifisches Beispiel für ein Verfahren zur Erfassung der Aktivierung des Elektromotors ist es möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem eine Winkelerfassungseinrichtung (Encoder) zur Erfassung des Rotationswinkels des Elektromotors bereitgestellt ist und ein Fehler als ein „Unterbrechungsfehler“ bestimmt wird, wenn der erfasste Wert der Winkelerfassungseinrichtung sich ändert, und ein Fehler als ein „Kurzschlussfehler“ bestimmt wird, wenn der erfasste Wert der Winkelerfassungseinrichtung sich nicht ändert. Außerdem ist es möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem eine Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung (NSW-Sensor) zur Erfassung der Schaltbereichsposition des Automatikgetriebes bereitgestellt wird und ein Fehler als ein „Unterbrechungsfehler“ bestimmt wird, wenn der erfasste Wert der Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung sich ändert, und ein Fehler als ein „Kurzschlussfehler“ bestimmt wird, wenn der erfasste Wert der Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung sich nicht ändert.
Falls ein Fehler des Elektromotors ein Unterbrechungsfehler ist, ist es möglich, den Elektromotor durch die vorstehend beschriebene offene Steuerung (beispielsweise Steuerung der Stromzufuhr zu den normalen Phasen (zwei Phasen)) während eines Fehlers zu drehen, so dass das Schalten des Schaltbereichs fortgesetzt werden kann. Falls demgegenüber ein Fehler in dem Elektromotor ein Kurzschlussfehler ist, ist es möglich, das Fließen eines Überstroms zu der fehlerhaften Phase durch Abschneiden (Abschalten) der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Elektromotor durch Ausschalten des Motorrelais oder dergleichen beispielsweise zu verhindern.
Falls ein Dreiphasen-Wechselstrommotor als Elektromotor verwendet wird und eine Phase des Dreiphasen-Wechselstrommotors als „fehlerhaft“ bestimmt wird, wird die offene Steuerung des Dreiphasen-Wechselstrommotors in den zwei anderen Phasen ausgeführt.
Ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor) kann als ein Beispiel für den elektrischen Motor gegeben sein. Ein SR-Motor ist ein Motor, dessen Stator und Rotor beide eine ausgeprägte Polstruktur aufweisen, und weist einen Vorteil dahingehend auf, dass kein Permanentmagnet notwendig ist und der Aufbau einfach ist. Weiterhin kann ein Doppelspulenmotor (vergl. 6) mit zwei Antriebsspulensystemen als Elektromotor verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann eine Bestimmung, ob ein Fehler in dem Elektromotor ein Kurzschlussfehler oder ein Unterbrechungsfehler ist, ohne die Zufügung eines Teils wie eines Kurzschlusserfassungssensors gemacht werden. Falls als ein Ergebnis bestimmt wird, dass der Fehler ein Unterbrechungsfehler (ein Unterbrechungsfehler in einer Phase) ist, ist es möglich, den Elektromotor durch Zufuhr von Strom zu den Wicklungen in den normalen Phasen (zwei Phasen) drehend anzutreiben, bei denen es sich nicht um die fehlerhafte Phase handelt, so dass ein Schalten des Schaltbereichs im Falle eines Fehlers des Elektromotors fortgesetzt werden kann. Falls demgegenüber der Fehler ein Kurzschluss ist, wird die Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Energieversorgung (in dem Fahrzeug eingebaute Batterie) abgeschnitten, wodurch es möglich ist, ein Fließen eines Überstroms zu der fehlerhaften Phase des Elektromotors zu verhindern.
Figurenliste
Die Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle Signifikanz der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand der ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Steuerungssystems einer Gangschaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine perspektivische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Schaltbereichsschaltmechanismus,
3 eine Darstellung, die schematisch den Aufbau eines als Antriebsquelle für einen Schaltbereichsschaltmechanismus verwendeten Motor zeigt,
4 ein Schaltbild einer Antriebsschaltung, die einen als Antriebsquelle für einen Schaltbereichsschaltmechanismus verwendeten Motor antreibt,
5 ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine einer Schaltungsschaltsteuerung zeigt, und
6 eine Darstellung, die schematisch den Aufbau eines Doppelspulenmotors veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels für eine Gangschaltungsvorrichtung. Eine Gangschaltungsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung, die den Schaltbereich eines in einem Fahrzeug eingebauten Automatikgetriebes 2 schaltet und zumindest einen Fahrzeugenergieversorgungsschalter 11, einen P-Schalter 12, einen Schaltungsschalter (Gangschaltungsschalter) 13, einen Anzeigeabschnitt 14, ein Anzeigeinstrument (Meter) 15, einen Schaltbereichsschaltmechanismus 100, einen Motor 101, der den Schaltbereichsschaltmechanismus 100 antreibt, einen Encoder 103, einen NSW-Sensor (NSW = berührungsloser Neutralschalter) 104, eine SBW_ECU (Shift-by-wire_ECU) 200 und dergleichen auf. Die Gangschaltungsvorrichtung 1 arbeitet als eine Shift-by-wire-Vorrichtung, die den Schaltbereich des Automatikgetriebes 2 durch eine elektrische Steuerung schaltet.
Der Fahrzeugenergieversorgungsschalter 11 ist ein Schalter, der die Fahrzeugenergieversorgung ein-/ausschaltet. Obwohl nicht besonders eingeschränkt, kann der Fahrzeugenergieversorgungsschalter 11 beispielsweise ein Zündschalter sein. Eine durch den Fahrzeugenergieversorgungsschalter 11 von einem Anwender wie einem Fahrer angenommene Anweisung wird zu der SBW_ECU 200 übertragen.
Dann, wenn der Fahrzeugenergieversorgungsschalter 11 eingeschaltet wird, wird elektrische Leistung bzw. Energie aus einer (nicht gezeigten) in dem Fahrzeug eingebauten Batterie zugeführt, wodurch die Gangschaltungsvorrichtung 1 aktiviert wird.
Der P-Schalter 12 ist ein Schalter zum Schalten des Schaltbereichs von einem anderen Bereich als den Parkbereich (Nicht-P-Bereich) zu dem Parkbereich (P-Bereich) und weist eine Anzeigeeinrichtung 12a zum Anzeigen des Zustands des Schalters, einen Eingabeabschnitt 12b zur Annahme einer Anweisung von dem Fahrer und dergleichen auf. Eine Anweisung zum Versetzen des Schaltbereichs in den P-Bereich kann durch eine Betätigung (Ein-Betätigung) des Eingangsabschnitts 12b durch den Fahrer eingegeben werden. Die Anweisung (Anweisung zum Schalten in den P-Bereich) auf der Grundlage der Betätigung des Eingabeabschnitts 12b wird der SBW_ECU 200 zugeführt. Ein Impulsschalter kann als ein Beispiel für den Eingabeabschnitt 12b gegeben werden.
Der Schaltungsschalter 13 ist ein von dem Fahrer betätigter Schalter. Durch Betätigung des Schaltungsschalters 13 kann der Schaltbereich des Automatikgetriebes 2 in den Rückwärtsbereich (R-Bereich), den Neutralbereich (N-Bereich) und den Fahrbereich (D-Bereich) geschaltet werden. Außerdem kann, wenn der Schaltbereich in den P-Bereich versetzt ist, ein Lösen des P-Bereichs ausgeführt werden. Wenn der Schaltungsschalter 13 durch den Fahrer betätigt wird, wird die entsprechende Betätigungsinformation der SWB_ECU 200 zugeführt.
Der Anzeigeabschnitt 14 zeigt eine Anweisung oder eine Warnung für den Fahrer an. Das Anzeigeinstrument 15 zeigt den Zustand der Fahrzeugausrüstung, den Schaltbereichszustand und dergleichen an. Diese auf dem Anzeigebereich 14 und dem Anzeigeinstrument 15 erfolgten Anzeigen werden durch die SWB_ECU 200 gesteuert.
Der NSW-Sensor 104 ist durch einen Rotationswinkelsensor (beispielsweise ein Potentiometer) aufgebaut, dessen Ausgangssignal (Ausgangsspannung) sich linear entsprechend dem Rotationswinkel einer Ausgangswelle 121 (vergl. 2) des nachstehend beschriebenen Schaltbereichsschaltmechanismus 100 ändert. Der gegenwärtige Rotationswinkel der Ausgangswelle 121 (der Rotationswinkel eines nachstehend beschriebenen Sperrhebels 122) kann auf der Grundlage der Ausgangsspannung erfasst werden. Außerdem kann die Schaltposition anhand des Ausgangssignals des NSW-Sensors 104 erfasst werden. Der durch den NSW-Sensor 104 erfasste Rotationswinkel wird zu der SBW_ECU 200 ausgegeben. Der Motor 101 und der Encoder 103 sind nachstehend beschrieben.
Die SBW_ECU 200 überwacht den Gesamtbetrieb der Gangschaltungsvorrichtung 1. Beispielsweise steuert zum Schalten des Schaltbereichs zwischen dem P-Bereich und dem Nicht-P-Bereich die SBW_ECU 200 den Antrieb des Motors 101 des Schaltbereichsschaltmechanismus 100 (2) und zeigt den gegenwärtigen Zustand des Schaltbereichs auf der Anzeigeeinrichtung 12a an. Insbesondere schaltet beispielsweise, falls der der Fahrer den Eingabeabschnitt 12b betätigt (einschaltet), wenn der Schaltbereich in einen Nicht-P-Bereich versetzt ist, die SWB_ECU 200 den Schaltbereich zu dem P-Bereich und zeigt auf der Anzeigeeinrichtung 12a eine Anzeige, dass der gegenwärtige Schaltbereich der P-Bereich ist.
Außerdem führt die SWB_ECU 200 entsprechend dem durch eine Betätigung des Schaltungsschalters 13 durch den Fahrer festgelegten Schaltbereich eine Steuerung des Schaltens des Schaltbereichs des Automatikgetriebes 2 (Antriebssteuerung des Motors 101) aus und zeigt den gegenwärtigen Zustand des Schaltbereichs auf dem Anzeigeinstrument 15 an. Weiterhin zeigt die SWB_ECU 200 eine Anweisung, eine Warnung oder dergleichen in Bezug auf den Fahrer auf dem Anzeigeabschnitt 14 an.
In der vorstehend beschriebenen Gangschaltungsvorrichtung 1 kann das Automatikgetriebe 2 ein kontinuierliches variables Getriebe wie ein CVT oder ein Stufengetriebe wie ein Getriebe der Planetengetriebebauart sein.
Nachstehend ist der Schaltbereichsschaltmechanismus 100 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Der Schaltbereichsschaltmechanismus 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Mechanismus, der den Schaltbereich des Automatikgetriebes 2 in den P-Bereich, den R-Bereich, den N-Bereich und den D-Bereich schaltet. Der Motor 101, der als eine Antriebsquelle für den Schaltbereichsschaltmechanismus 100 dient, ist beispielsweise ein Synchronmotor wie ein geschalteter Reluktanzmotor (SR-Motor) und ist mit einem Drehzahlverringerungsmechanismus 102 versehen. Die Ausgangswelle 121 ist mit der Rotationswelle des Drehzahlverringerungsmechanismus 102 verbunden und gekoppelt, und der NSW-Sensor 104, der den Rotationswinkel der Ausgangswelle 121 erfasst, ist vorgesehen.
Der Sperrhebel 122 zum Schalten eines Manualventils 21 eines Hydrauliksteuerungskreises des Automatikgetriebes 2 ist an der Ausgangswelle 121 befestigt.
Ein Schiebeventil 22 des Manualventils 21 ist mit dem Sperrhebel 122 verbunden. Durch einstückiges Drehen des Sperrhebels 122 mit der Ausgangswelle 121 durch den Motor 101 wird ein Betriebsausmaß (Betätigungsausmaß) des Manualventils 21 (Position des Schiebeventils 22) geschaltet, wodurch der Bereich des Automatikgetriebes 2 auf einen Bereich des P-Bereichs, des R-Bereichs, des N-Bereichs und des D-Bereichs geschaltet wird.
Der Sperrhebel 22 weist vier Aussparungen 122a zum Halten bzw. Zurückhalten des Schiebeventils 22 des Manualventils 21 an Positionen auf, die jeweils dem P-Bereich, dem R-Bereich, dem N-Bereich und dem D-Bereich entsprechen.
Eine Sperrfeder (Blattfeder) 123 ist über dem Sperrhebel 122 angeordnet. Die Sperrfeder 123 ist an dem Manualventil 21 in einer Auslegerweise (cantilever) befestigt. Eine Walze 124 ist an dem abgelegenen Endabschnitt der Sperrfeder 123 angebracht. Die Walze 124 wird gegen den Sperrhebel 122 durch die elastische Kraft der Sperrfeder 123 gepresst. Wenn die Walze 124 in die Aussparung 122a des Sperrhebels 122 entsprechend einem Sollschaltbereich passt, wird der Sperrhebel 122 bei einem Rotationswinkel für den Sollschaltbereich gehalten, so dass die Position des Schiebeventils 22 des Manualventils 21 an der Position des Sollschaltbereichs gehalten wird.
Demgegenüber ist eine L-förmige Parkstange 125 an dem Sperrhebel 122 befestigt. Eine konisch verjüngte Nocke 126 ist an dem abgelegenen Endabschnitt der Parkstange 125 vorgesehen, und ein Verriegelungshebel 127 stößt an der äußeren umlaufenden Oberfläche (Nockenoberfläche) der Nocke 126 an. Der Verriegelungshebel 127 ist derart aufgebaut, dass der Verriegelungshebel 127 vertikal um eine Rotationswelle 128 entsprechend der Position der Nocke 126 sich bewegt, und eine Verriegelungsklaue 127a des Verriegelungshebels 127 tritt mit einem Parkzahnrad 129 in Eingriff oder die Verriegelungsklaue 127 löst sich von dem Parkzahnrad 129 aufgrund der vertikalen Bewegung, wodurch die Drehung des Parkzahnrads 129 verriegelt/entriegelt wird. Das Parkzahnrad 129 ist an der Ausgangswelle des Automatikgetriebes 2 vorgesehen, und wenn das Parkzahnrad 129 durch den Verriegelungshebel 127 verriegelt ist, werden die Antriebsräder des Fahrzeugs in ihrer Position verriegelt, um eine Drehung zu verhindern (Parkzustand).
In dem vorstehend beschriebenen Schaltbereichsschaltmechanismus 100 bewegt sich die Parkstange 125 in dem P-Bereich zu dem Verriegelungshebel 127, wodurch bewirkt wird, dass ein Abschnitt der Nocke 126 mit großem Durchmesser den Verriegelungshebel 127 anhebt, so dass die Verriegelungsklaue 127a des Verriegelungshebels 127 in das Parkzahnrad 129 passt, wodurch das Parkzahnrad 129 verriegelt wird. Dies bringt die Ausgangswelle (Antriebsrad) des Automatikgetriebes 2 in einen verriegelten Zustand (Parkzustand).
Bei anderen Schaltbereichen als dem P-Bereich bewegt sich demgegenüber die Parkstange 125 von dem Verriegelungshebel 127 weg, und dieser Bewegung nachfolgend bewegt sich der Kontaktabschnitt des Verriegelungshebels 127 mit der Nocke 126 von dem Abschnitt mit großem Durchmesser zu einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser, wodurch der Verriegelungshebel 127 sich niedriger bzw. tiefer bewegt. Somit wird die Verriegelungsklaue 127a des Verriegelungshebels 127 von dem Parkzahnrad 129 getrennt, wodurch die Verriegelung des Parkzahnrads 129 gelöst wird, und wird die Ausgangswelle des Automatikgetriebes 2 freigegeben, um eine Drehung zu erlauben.
Nachstehend ist der Motor 101, der als Antriebsquelle für den Schaltbereichsschaltmechanismus 100 dient, unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
Der Motor (SR-Motor) 101 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Motor, bei dem sowohl ein Stator 111 als auch ein Rotor 112 eine ausgeprägte Polstruktur aufweisen, und weist den Vorteil dahingehend auf, dass kein Permanentmagnet notwendig ist und der Aufbau einfach ist.
Entlang dem inneren umlaufenden Abschnitt des Stators 111 mit einer zylindrischen Form sind beispielsweise zwölf ausgeprägte Pole lila zu gleichen Intervallen geformt. Im Gegensatz dazu weist der Rotor 32 beispielsweise acht ausgeprägte Pole 112a auf, die zu gleichen Intervallen entlang dessen äußeren umlaufenden Abschnitts geformt sind. Wenn der Rotor 112 sich dreht, sind die jeweiligen ausgeprägten Pole 112a des Rotors 112 aufeinanderfolgend jeweiligen ausgeprägten Polen lila des Stators 111 mit einem kleinen Spalt dazwischen zugewandt. Insgesamt zwölf Wicklungen 113 der U-, V- und W-Phasen sind um die zwölf ausgeprägten Pole lila des Stators 111 in dieser Reihenfolge gewickelt. Die Anzahl der ausgeprägten Pole lila des Stators 111 und die Anzahl der ausgeprägten Pole 112a des Rotors 112 sind nicht besonders eingeschränkt und können wie geeignet geändert werden.
Wie es in 3 gezeigt ist, sind insgesamt zwölf Wicklungen 113 der U-, V- und W-Phasen um die zwölf ausgeprägten Pole lila des Stators 111 in der nachfolgenden Reihenfolge gewickelt, beispielsweise: V-Phase -> W-Phase -> U-Phase -> V-Phase -> W-Phase -> U-Phase -> V-Phase -> W-Phase -> U-Phase -> V-Phase -> W-Phase -> U-Phase.
Außerdem sind, wie es in 4 gezeigt ist, die insgesamt zwölf Wicklungen 113 der U-, V- und W-Phasen in einer Sternkonfiguration verschaltet (vier Wicklungen 113 entsprechend jeweils den U-, V- und W-Phasen sind in Reihe geschaltet), wodurch eine Einzelleitungsantriebsspule (single-line drive coil) 110 gebildet wird. Die Antriebsspule 110 wird durch eine Motorantriebseinrichtung (Motortreiber) 210 mit einer in einem Fahrzeug als Energieversorgung eingebauten (nicht gezeigten) Batterie angetrieben. Obwohl der Schaltungsaufbau der Motorantriebseinrichtung 210 gemäß 4 von einer unipolaren Antriebsbauart ist, in der ein einzelner Schalttransistor 211 für jede der U-, V- und W-Phasen vorgesehen ist, kann ein Schaltungsaufbau der bipolaren Antriebsbauart angewandt werden, in denen zwei Schalttransistoren für jede der U-, V- und W-Phasen vorgesehen sind.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Neutralpunkt der Antriebsspule 110 mit der positiven Seite (Seite des positiven Pols, Spannung Vb) der Batterie verbunden, und ist das andere Ende der Wicklung 113 jeweils der U-, V- und W-Phase der Antriebsspule 110 mit jeweils den Schalttransistoren 211 der Motorantriebseinrichtung 210 verbunden. Das Ein-/Ausschalten der Schalttransistoren 211 der Motorantriebseinrichtung 210 wird durch eine CPU 201 der SBC_ECU 200 gesteuert. Außerdem ist ein Motorrelais 230 zwischen dem Neutralpunkt der Antriebsspule 110 und dem positiven Pol (Spannung Vb) der Batterie geschaltet. Das Motorrelais 230 ist normalerweise eingeschaltet und wird durch ein Befehlssignal aus der CPU 201 der SBC_ECU 200 ausgeschaltet. Insbesondere wird das Motorrelais 230 ausgeschaltet (in den ausgeschalteten Zustand versetzt), falls ein „Kurzschlussfehler“, der nachstehend beschrieben ist, durch die SBW_ECU 200 bestimmt wird.
Nachstehend ist eine Unterbrechungs-/Kurschlusserfassung in dem Motor 101 beschrieben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Fehlererfassungsschaltung 220 in der Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 jeder der U-, V- und W-Phasen vorgesehen, um einen Fehler (Unterbrechung/Kurzschluss) in der Wicklung 113 von jeder der U-, V- und W-Phasen zu erfassen.
Die Fehlererfassungsschaltung 220 weist zwei Widerstände 221 und 222 auf, die in Reihe zwischen der Seite der Gleichspannungsenergieversorgungsspannung Vcc (beispielsweise 5 V) und der Masseseite verbunden bzw. geschaltet sind. Der mittlere Verbindungspunkt der zwei Widerstände 221 und 222 ist mit der Stromzufuhrleitung jeder der U-, V- und W-Phasen verbunden, und der mittlere Verbindungspunkt der zwei Widerstände 221 und 222 ist mit jedem Eingangsanschluss der CPU 201 über eine Signalleitung verbunden, so dass der Spannungspegel an dem mittleren Verbindungspunkt der zwei Widerstände 221 und 222 (der Spannungspegel der Stromzufuhrleitung jeder der U-, V- und W-Phasen) in die CPU 201 als ein Erfassungssignal über jeden Eingangsanschluss gelesen wird. Der Widerstandswert R1 des Widerstands 221 auf der Seite der Gleichspannungsenergieversorgungsspannung Vcc und der Widerstandswert R2 des Widerstands 222 auf der Masseseite sind derart eingestellt, dass das Verhältnis R1 > R2 erfüllt wird.
In der Fehlererfassungsschaltung 220 des vorstehend beschriebenen Aufbaus steigt, falls die Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 normal ist (keine Unterbrechung / kein Kurzschluss), der Spannungspegel an dem mittleren Verbindungspunkt der zwei Transistoren 221 und 222 der Fehlererfassungsschaltung 220 aufgrund des Anlegens der Batteriespannung Vb über die Wicklung 113 an, wenn der Schalttransistor 211 ausgeschaltet ist, so dass das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 ansteigt. Außerdem wird, bei Einschalten des Schalttransistors 211 der mittlere Verbindungspunkt der zwei Transistoren 221 und 222 in Leitung (Verbindung) mit der Masseseite über den Schalttransistor 211 gebracht, so dass das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 sich verringert.
Im Gegensatz dazu wird, falls die Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 fehlerhaft ist, falls beispielsweise ein Fehler an der Stelle gemäß 4 (U-Phase) auftritt, die Batteriespannung Vb nicht an den mittleren Verbindungspunkt der zwei Transistoren 221 und 222 der Fehlererfassungsschaltung 220 angelegt, selbst wenn der Schalttransistor 211 ausgeschaltet wird. Somit verbleibt das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 in der U-Phase auf einem niedrigen Pegel und wechselt nicht auf einen hohen Pegel. In dem Falle der V- und W-Phasen verbleibt ebenfalls, falls ein Fehler an einem ähnlichen Ort auftritt, das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 auf einem niedrigen Pegel, selbst wenn der Schalttransistor 211 ausgeschaltet wird.
Auf der Grundlage dieser Beziehungen bestimmt die SBC_ECU 200 (CPU 201), dass die Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 in jeder der U-, V- und W-Phasen normal ist (keine Unterbrechung), falls das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 jeder der U-, V- und W-Phasen bei Ausschalten des Schalttransistors 211 jeder der U-, V- und W-Phasen sich erhöht. Falls demgegenüber das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 in der jeweiligen U-, V- und W-Phase bei Ausschalten des Schalttransistors 211 jeweils der U-, V- und W-Phasen unverändert verbleibt, wird bestimmt, dass ein Fehler (Unterbrechung/Kurzschluss) in der Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 jeweils der U-, V- und W-Phase vorhanden ist.
Es sei jedoch bemerkt, dass, obwohl der Schaltungsaufbau gemäß 4 ermöglicht, eine fehlerhafte Phase des Motors 101 zu identifizieren, der Systemaufbau nicht zwischen einer Unterbrechung und einem Kurzschluss unterscheiden kann. Das heißt, falls der Fehler an der Stelle gemäß 4 entweder eine Unterbrechung oder ein Massekurzschluss ist, wird die Batteriespannung Vb nicht an den mittleren Verbindungspunkt der zwei Widerstände 221 und 222 der Fehlererfassungsschaltung 220 angelegt, somit verbleibt das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 auf dem niedrigen Pegel, selbst wenn der Schalttransistor 211 ausgeschaltet wird. Somit ist es unmöglich zu bestimmen, ob der Fehler eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss ist, wenn ein Fehler in der Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 auftritt.
Obwohl in dem Schaltungsaufbau gemäß 4 die Motorantriebseinrichtung 210 und die Fehlererfassungsschaltung 220 jeder der U-, V- und W-Phasen auf der Schaltungsplatine der SBW_ECU 200 eingebaut sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die Motorantriebseinrichtung 210 und/oder die Fehlererfassungsschaltung 220 können außerhalb der SBW_ECU 200 vorgesehen sein.
Der Motor 101 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Encoder 103 (vergl. 1 und 2) versehen, der den Rotationswinkel des Rotors 112 erfasst. Der Encoder 103 ist beispielsweise ein magnetischer Drehencoder und ist aufgebaut, Impulssignale von A-, B- und Z-Phasen zu der SBW_ECU 200 synchron mit der Drehung des Rotors 112 des Motors 101 auszugeben.
Die SBW_ECU 200 zählt sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Flanken eines A-Phasen-Signals und eines B-Phasen-Signals, die aus dem Encoder 103 ausgegeben werden, und schaltet die Stromzufuhrphase des Motors 101 in einer vorbestimmten Reihenfolge durch die Motorantriebseinrichtung 210 auf der Grundlage des Encoderzählwerts, wodurch der Motor 101 drehend angetrieben wird. Dabei bestimmt die SBW_ECU 200 die Drehrichtung des Rotors 112 auf der Grundlage der Abfolge des A-Phasen-Signals und des B-Phasen-Signals. Die SBW_ECU 200 zählt den Encoderzählwert in dem Fall einer Normaldrehung (Drehung in einer Richtung von dem P-Bereich zu dem D-Bereich) und zählt den Encoderzähhlwert in dem Fall einer umgekehrten Drehung (Drehung in einer Richtung von dem D-Bereich zu dem P-Bereich) herab. Somit wird die Entsprechung zwischen dem Encoderzählwert und dem Rotationswinkel des Motors 101 ungeachtet davon beibehalten, ob der Motor 101 in der normalen Richtung oder der Rückwärtsrichtung sich dreht. Dementsprechend wird ungeachtet davon, ob der Motor 101 in der normalen Richtung oder der Rückwärtsrichtung sich dreht, der Rotationswinkel des Motors 101 anhand des Encoderzählwerts erfasst, und wird der Strom der Wicklung 113 einer Phase entsprechend dem Rotationswinkel zugeführt, wodurch der Motor 101 drehend angetrieben wird. Das Z-Phasen-Signal des Encoders 103 wird zur Erfassung des Referenzrotationswinkels des Rotors 112 verwendet.
In der Gangschaltungsvorrichtung 1, die wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, stellt, wenn der Fahrer den Schaltungsschalter 13 betätigt, die SBW_ECU 200 einen Sollrotationswinkel (Sollwert des Encoderzählwerts) entsprechend dem durch den Schaltungsschalter 13 ausgewählten Schaltbereich ein, startet die Zufuhr von Strom zu dem Motor 101 und führt eine Regelung (F/B-Steuerung) des Motors 101 derart durch, dass der Motor 101 an einer Position stoppt, an der der erfasste Rotationswinkel des Motors 101 (Encoderzählwert) mit dem Sollrotationswinkel übereinstimmt. Weiterhin liest die SBW_ECU 200 ein Ausgangssignal des NSW-Sensors 104 und bestimmt die SBW_ECU 200 auf der Grundlage des Ausgangssignals den gegenwärtigen Rotationswinkel der Ausgangswelle 121 (das Betätigungsausmaß des Manualventils 21), das heißt, ob der gegenwärtige Schaltbereich der P-Bereich, der R-Bereich, der N-Bereich oder der D-Bereich ist, um zu bestätigen, ob der Schaltbereich korrekt geschaltet worden ist.
Erstens verbleibt, falls beispielsweise ein Fehler an der Stelle gemäß 4 (in der Stromzufuhrleitung zwischen der Wicklung 113 und dem Schalttransistor 211 in der U-Phase) in dem Motor 101 auftritt, der eine Antriebsquelle für die Gangschaltungsvorrichtung 1 ist, und der Fehler ein Massekurzschluss ist, die U-Phase konstant gespeist, und da die U-Phase die anderen zwei Phasen (V-Phase und W-Phase) herunterzieht, kann die Drehung des Rotors 112 des Motors 101 nicht gestartet werden.
Falls im Gegensatz dazu der Fehler eine Unterbrechung ist, kann die Drehung des Rotors 112 unter Verwendung der Wicklungen 113 der anderen Phasen gestartet werden, selbst falls eine Unterbrechung in der Stromzufuhrleitung der Wicklung 113 einer Phase vorhanden ist. Das heißt, selbst falls kein Strom durch die Wicklung 113 der unterbrochenen Phase (beispielsweise der U-Phase) geführt werden kann, kann der Rotor 112 des Motors 101 dennoch durch Durchführung von Strom durch die normalen Wicklungen 113 der anderen Phasen (V-Phase und W-Phase) gedreht werden, so dass der Schaltbereichsschaltmechanismus 101 betrieben werden kann. Um einen derartigen Motorantrieb unter Fehlerbedingungen zu implementieren, ist es notwendig, einen Fehler als einen Unterbrechungsfehler zu identifizieren, wenn der Motor 101 fehlerhaft ist. Jedoch kann, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Fehlererfassungsschaltung 220 gemäß 4 nicht zwischen einer Unterbrechung und einem Kurzschluss unterscheiden. Ein mögliches Verfahren zur Bestimmung eines Kurzschlusses ist es, einen Kurzschlusserfassungssensor bereitzustellen, um dadurch zwischen einer Unterbrechung und einem Kurzschluss zu unterscheiden. In diesem Fall steigt jedoch die Anzahl der Teile an, was in unvorteilhafter Weise zu einem Anstieg der Kosten führt.
Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen liegt das kennzeichnende Merkmal gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Ausführung einer Ausfallsicherungssteuerung, die eine Unterbrechungs-/Kurzschlussbestimmung ermöglicht, wenn der Motor 101 fehlerhaft ist, und eine Maßnahme entsprechend dem Bestimmungsergebnis ausführt.
Ein spezifisches Beispiel für eine derartige Steuerung ist nachstehend unter Bezugnahme auf das in 5 gezeigte Flussdiagramm sowie unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. Die Steuerungsroutine gemäß 5 wird wiederholt zu jeder vorbestimmten Zeitdauer (Zeitperiode) durch die SBW_ECU 200 ausgeführt.
In Schritt ST1 wird auf der Grundlage eines Signals aus dem Schaltungsschalter 13 oder dem P-Schalter 12 bestimmt, ob es eine Anforderung zum Schalten des Schaltbereichs gibt, und falls das Ergebnis der Bestimmung negativ ist (falls es keine Schaltbereichsschaltanforderung gibt), wird diese Routine einmal beendet. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST1 positiv ist (es eine Schaltbereichsschaltungsanforderung gibt), geht die Routine zu Schritt ST2 über.
In Schritt ST2 wird bestimmt, ob ein Schalten des Schaltbereichs möglich ist. Insbesondere werden der gegenwärtige Schaltbereich und der angeforderte Schaltbereich, in den geschaltet werden soll (Sollschaltbereich), miteinander verglichen, und falls sich der gegenwärtige Schaltbereich und der Sollschaltbereich unterscheiden, wird bestimmt, dass das Schalten des Schaltbereichs möglich ist, und geht die Routine zu Schritt ST3 über. Wenn demgegenüber der gegenwärtige Schaltbereich und der Sollschaltbereich dieselben sind, wird bestimmt, dass das Schalten des Schaltbereichs unmöglich ist, und wird diese Routine beendet.
In dem Bestimmungsprozess gemäß Schritt ST2 wird, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, die Fußbremse eingeschaltet ist, oder der Betrieb der Shift-by-wire-Vorrichtung anormal ist, bestimmt, dass das Schalten des Schaltbereichs unmöglich ist, ungeachtet von der vorstehend beschriebenen Bestimmung.
In Schritt ST3 wird eine Regelung (F/B-Steuerung) an dem Motor 101 ausgeführt, so dass der erfasste Wert (der tatsächliche Encoderzählwert) des Rotationswinkels des Motors 101 des Schaltbereichsschaltmechanismus 100 mit dem Sollrotationswinkel (dem Sollwert des Encoderzählwerts) entsprechend dem vorstehend beschriebenen Sollschaltbereich übereinstimmt. Danach wird in Schritt ST4 bestimmt, ob der Motor 101 gestoppt hat oder nicht. Insbesondere wird, falls nach Starten der Regelung des Motors 101 der Zählwert des Encoders 103 oder der Sensorwert des NSW-Sensors 104 sich nicht geändert haben, bestimmt, dass der Motor 101 gestoppt hat, und geht die Routine zu Schritt ST11 über.
Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST4 negativ ist, wird die Regelung des Motors 101 fortgesetzt, und an dem Punkt, wenn das Schalten zu der Sollschaltbereichsposition vollständig ist (an dem Punkt, wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST5 positiv wird), wird die Regelung des Motors 101 beendet, und wird die Routine beendet. Der Abschluss des Schaltens zu der Sollschaltbereichsposition wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des NSW-Sensors 104 bestimmt.
Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST4 positiv ist, das heißt, falls der Motor 101 aus irgendeinem Grund gestoppt hat, wird die Antriebssteuerung des Motors 101 von der Regelung zu der offenen Steuerung umgeschaltet (Schritt ST11). Das heißt, da der Motor 101 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein SR-Motor mit einem Encoder ist, tritt, falls der Motor 101 während der Ausführung der Regelung stoppt, eine Abweichung in dem Positionsverhältnis zwischen der Erregungsphase des Motors 101 und dem Zählwert des Encoders 103 auf, wodurch die Ausführung einer Regelung unmöglich wird. Somit wird die Antriebssteuerung des Motors 101 auf die offene Steuerung (Steuerung im offenen Kreis) umgeschaltet.
Danach wird in Schritt ST12 bestimmt, ob der Motor 101 aktiviert (gedreht) worden ist. Insbesondere wird, falls nach Starten der offenen Steuerung des Motors 101 der Zählwert des Encoders 103 oder der Sensorwert des NSW-Sensors 104 sich geändert haben, bestimmt, dass der Motor 101 aktiviert worden ist.
Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST12 positiv ist, ist ein Schalten des Schaltbereichs möglich, so dass die offene Steuerung des Motors 101 fortgesetzt wird, und an dem Punkt, zu dem das Schalten zu der Sollschaltbereichsposition abgeschlossen ist (zu dem Punkt, zu dem das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST13 positiv wird), endet der Prozess. Der Abschluss des Schaltens zu der Sollschaltbereichsposition wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des NSW-Sensors 104 bestimmt.
Falls jedoch das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST12 negativ ist (falls der Motor 101 bei Ausführung der offenen Steuerung nicht aktiviert worden ist), wird die offene Steuerung des Motors 101 gestoppt (Schritt ST21). Dann wird in Schritt ST22 eine Unterbrechungs-/Kurzschlusserfassung in dem Motor 101 ausgeführt, um eine fehlerhafte Phase zu bestimmen, in der ein Fehler auftritt.
Insbesondere wird das Erfassungssignal jeder Fehlererfassungsschaltung 220 überwacht, wird der Schalttransistor 211 für jede der U-, V- und W-Phasen gemäß 4 ausgeschaltet, und wird die Phase, in der das Erfassungssignal der Fehlererfassungsschaltung 220 sich auf einem niedrigen Pegel befindet, als eine fehlerhafte Phase bestimmt. Falls beispielsweise ein Fehler an der Stelle gemäß 4 auftritt, verringert sich das Erfassungssignal der in der Stromzufuhrleitung in der U-Phase vorgesehenen Fehlererfassungsschaltung 220. Dementsprechend wird bestimmt, dass ein Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler in der U-Phase auftritt.
Nach der vorstehend beschriebenen Fehlerbestimmung wird in Schritt ST23 die offene Steuerung des Motors 101 ausgeführt, während Strom den andern zwei normalen Phasen (V-Phase und W-Phase) ohne Zufuhr von Strom zu der fehlerhaften Phase (U-Phase) zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt zieht, falls ein Massekurzschluss in einer der U-, V- und W-Phasen des Motors 101 auftritt, die fehlerhafte Phase, in der ein Kurzschluss auftritt, die anderen zwei Phasen herunter, selbst wenn eine offene Steuerung des Motors 101 durch Verwendung der normalen Phasen ausgeführt wird, so dass der Motor 101 nicht aktiviert wird (sich nicht dreht). Falls im Gegensatz dazu eine Unterbrechung in der Wicklung 113 von einer der U-, V- und W-Phasen des Motors 101 vorhanden ist, wird der Motor 101 aktiviert (dreht sich) mit dem durch die Zufuhr von Strom zu den normalen Phasen (zwei Phasen) erzeugten Drehmoment. Daher ist es durch Bestimmung der Aktivierung/Deaktivierung des Motors 101 bei Ausführung der offenen Steuerung (Schritt ST23) des Motors 101, wie vorstehend beschrieben, möglich, zwischen einem Unterbrechungsfehler und einem Kurzschlussfehler zu unterscheiden.
Dementsprechend wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel bestimmt, ob der Motor 101 durch die offene Steuerung zum Zeitpunkt eines Fehlers aktiviert (zum Drehen gebracht) worden ist oder nicht (Schritt ST24). Insbesondere wird bestimmt, dass der Motor 101 aktiviert worden ist, wenn der Zählwert des Encoders 103 oder der Sensorwert des NSW-Sensors 104 sich geändert hat.
Falls der Motor 101 aktiviert worden ist (falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST24 positiv ist), ist ein Schalten des Schaltbereichs möglich, so dass die offene Steuerung des Motors 101 (Steuerung der Stromzufuhr zu den normalen Phasen (zwei Phasen)) fortgesetzt wird, und an dem Punkt, wenn das Schalten zu der Sollschaltbereichsposition vollständig ist (zu dem Punkt, wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST25 positiv wird), wird die Routine beendet. Der Abschluss des Schaltens in die Sollschaltbereichsposition wird auf der Grundlage des Ausgangssignals des NSW-Sensors 104 bestimmt.
Falls jedoch der Motor 101 bei Auftreten eines Fehlers durch die offene Steuerung nicht aktiviert (gedreht) worden ist (falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt ST24 negativ ist), wird bestimmt, dass ein Kurzschluss in dem Fehler in dem Motor 101 vorhanden ist, und das Motorrelais 230 gemäß 4 wird ausgeschaltet, um die Verbindung zwischen der Antriebsspule 110 und der Batterie abzuschneiden (Schritt ST26).
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann entsprechend der Gangsschaltungssteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Bestimmung gemacht werden, ob ein Fehler in dem Motor 101 ein Kurzschlussfehler oder ein Unterbrechungsfehler ist, ohne dass ein Teil wie ein Kurzschlusserfassungssensor hinzugefügt werden muss. Wenn ein Fehler in dem Motor 101 ein Unterbrechungsfehler (Unterbrechungsfehler in einer Phase) ist, wird der Rotor 112 drehbar durch Zufuhr von Strom zu den Wicklungen 113 der normalen Phasen (zwei Phasen), bei denen es sich nicht um die fehlerhafte Phase handelt, angetrieben, wodurch es möglich wird, das Schalten des Schaltbereichs fortzusetzen, selbst wenn der Motor 101 fehlerhaft ist. Wenn demgegenüber ein Fehler in dem Motor 101 ein Kurzschlussfehler ist, wird das Motorrelais 230 ausgeschaltet, um die Verbindung zwischen der Antriebsspule 110 und der Batteriespannung Vb zu unterbrechen, wodurch ermöglicht wird, den Fluss eines Überstroms zu der fehlerhaften Phase des Motors 101 zu verhindern.
Nachstehend ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel auf einen Fall gerichtet ist, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Schaltbereichsschaltmechanismus zum Schalten des Schaltbereichs in den P-, R-, N- und D-Schaltbereich angewandt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf einen anderen beliebigen Schaltbereichsschaltmechanismus oder dergleichen anwendbar, bei dem ein zweiter Bereich (2) oder ein niedriger Bereich (L) zu den P-, R-, N- und D-Bereichen hinzugefügt ist. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung ebenfalls auf einen Schaltbereichsschaltmechanismus anwendbar, der selektiv zwischen den zwei Bereichen des P-Bereichs und eines Nicht-P-Bereichs im Zusammenhang mit dem Drehbetrieb des Sperrhebels 122 schaltet.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Rotationswinkel der Ausgangswelle (der Rotationswinkel des Sperrhebels 122) durch den NSW-Sensor 104 erfasst. Alternativ dazu kann das Betätigungs- bzw. Betriebsausmaß (der Rotationswinkel, das Bewegungsausmaß oder dergleichen) eines Teils, das einstückig mit der Ausgangswelle 121 angetrieben wird, wie das Betätigungsausmaß des Schiebeventils 22 des Manualventils 21 erfasst werden.
Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein SR-Motor als Elektromotor verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Es ist ebenfalls möglich, einen anderen Motor der bürstenlosen Bauart zu verwenden, bei dem die Rotationsposition des Rotors auf der Grundlage des Zählwerts des Ausgangssignals des Encoders erfasst wird, und die Motorphase, der Strom zugeführt wird, aufeinanderfolgend geschaltet wird.
Außerdem kann als Elektromotor, wie es in 6 gezeigt ist, beispielsweise ein Doppelspulenmotor 301 mit zwei Leitungen von Antriebsspulen einschließlich einer Antriebsspule (Wicklungsabschnitt) 310a, die aus Wicklungen 311U, 311V und 311W aufgebaut ist, und einer Antriebsspule (Wicklungsabschnitt) 310b verwendet werden, die aus den Wicklungen 311U', 311V' und 311W' aufgebaut ist. Falls der Doppelspulenmotor 301 ebenfalls verwendet wird, kann die Fehlererfassungsschaltung 220 gemäß 4 oder eine Stromerfassungsschaltung in der Stromzufuhrleitung in jeder der U-, V-, W-, U'-, V'- und W'-Phasen vorgesehen sein, um einen Fehler (Unterbrechung/Kurzschluss) zu erfassen.
Die jeweiligen Antriebsspulen 310a und 310b des Motors 301 gemäß 6 werden durch die Motorantriebseinrichtungen 410a und 410b mit einer in dem Fahrzeug als Energieversorgung eingebauten Batterie 500 angetrieben. Außerdem ist ein Schaltungsaufbau der Motorantriebseinrichtungen 410a und 410b gemäß 6 ein bipolarer Antriebsschaltungsaufbau, in dem ein Transistor 411, dessen Kollektor mit dem positiven Pol der Batterie 500 verbunden ist, und ein Transistor 412, dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors 411 verbunden ist, und dessen Emitter mit dem negativen Pol der Batterie 500 verbunden ist, für jede der U-, V-, W-, U'-, V'- und W'-Phasen vorgesehen sind.
Obwohl ein magnetischer Encoder gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann ein optischer Encoder oder ein Encoder der Bürstenbauart stattdessen verwendet werden.
Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Fehler (Unterbrechung/Kurzschluss) durch Erfassung des Spannungspegels der Stromzufuhrleitung in jeder Phase des Elektromotors (SR-Motors) bestimmt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Stromerfassungsschaltung kann in der Stromzufuhrleitung in jeder Phase des Elektromotors vorgesehen sein, und ein Wicklungsfehler (Unterbrechung/Kurzschluss) kann auf der Grundlage des Stromerfassungswerts der Stromerfassungsschaltung stattdessen bestimmt werden.
Wenn ein Unterbrechungs-/Kurzschlussfehler in einem Motor (101) auftritt, wird eine Unterbrechung/ein Kurzschluss zur Bestimmung einer fehlerhaften Phase erfasst, und wird eine Aktivierung des Motors (101) durch Zufuhr von Strom zu einer Wicklung (113) in einer normalen Phase ausschließlich der fehlerhaften Phase versucht. Der Fehler wird als eine Unterbrechung bestimmt, wenn der Motor (101) durch diese Stromzufuhrsteuerung aktiviert wird, und wird als Kurzschluss bestimmt, wenn der Motor (101) nicht aktiviert wird. Falls der Fehler in dem Motor (101) eine Unterbrechung ist, kann der Motor (101) gedreht werden, so dass ein Schalten des Schaltbereichs durch den Motorantrieb fortgesetzt wird. Falls der Fehler in dem Motor (101) ein Kurzschluss ist, wird ein Motorrelais (230) ausgeschaltet, um die Verbindung zwischen der Antriebsspule (110) und einer Batteriespannung (Vb) abzuschneiden, wodurch der Fluss eines Überstroms zu der fehlerhaften Phase des Motors (101) verhindert wird. Somit kann bestimmt werden, ob ein Motorfehler ein Kurzschluss oder eine Unterbrechung ist, ohne dass ein Teil wie ein Kurzschlusserfassungssensor zugefügt wird.

Claims

Gangschaltungsvorrichtung der Shift-by-wire-Bauart, die einen Schaltbereich eines Automatikgetriebes durch einen Elektromotor (101, 301) schaltet, gekennzeichnet durch eine Fehlerphasenbestimmungseinrichtung zur phasenweisen Bestimmung, ob ein Fehler in einer Stromzufuhrleitung in jeder Phase (U, V, W) des Elektromotors aufgetreten ist, und eine Motorsteuerungseinrichtung zur Ausführung einer offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) unter Verwendung lediglich der Phasen, für die bestimmt worden ist, dass kein Fehler aufgetreten ist, wobei durch Erfassung eines Aktivierungszustands des Elektromotors (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors bestimmt wird, ob ein Fehler in der Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, und bestimmt wird, dass ein „Kurzschlussfehler“ in einer Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, falls der Elektromotor (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) nicht aktiviert wird.
Gangschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, falls bestimmt wird, dass der Fehler in der Stromzufuhrleitung ein „Kurzschlussfehler“ ist, die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Elektromotor (101, 301) abgeschnitten wird.
Gangschaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Elektromotor (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) aktiviert wird, die offene Steuerung des Elektromotors (101, 301) fortgesetzt wird, um den Schaltbereich des Automatikgetriebes zu schalten.
Gangschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangschaltungsvorrichtung weiterhin eine Winkelerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Rotationswinkels des Elektromotors (101, 301) und/oder eine Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Schaltbereichsposition des Automatikgetriebes aufweist, und bestimmt wird, dass der Fehler in einer Stromzufuhrleitung ein „Kurzschlussfehler“ ist, falls ein erfasster Wert der Winkelerfassungseinrichtung oder der Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung sich nicht ändert, wenn die offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird, und bestimmt wird, dass der Fehler ein „Unterbrechungsfehler“ ist, falls sich der erfasste Wert der Winkelerfassungseinrichtung oder der Schaltbereichspositionserfassungseinrichtung ändert, wenn die offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird.
Gangschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstrommotor ist, und wenn bestimmt wird, dass ein Fehler in der Stromzufuhrleitung in einer Phase des Dreiphasenwechselstrommotors aufgetreten ist, die offene Steuerung des Dreiphasenwechselstrommotors in den zwei anderen Phasen ausgeführt wird.
Gangschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (101, 301) ein geschalteter Reluktanzmotor ist.
Gangschaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (301) ein Doppelspulenmotor ist.
Gangschaltungsverfahren der Shift-by-wire-Bauart, die einen Schaltbereich eines Automatikgetriebes durch einen Elektromotor (101, 301) schaltet, gekennzeichnet durch phasenweises Bestimmen, ob ein Fehler in einer Stromzufuhrleitung in jeder Phase des Elektromotors (101, 301) aufgetreten ist, Ausführen einer offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) unter Verwendung lediglich der Phasen, für die bestimmt worden ist, dass kein Fehler aufgetreten ist, Bestimmen eines Fehlers in der Stromzufuhrleitung durch Erfassung eines Aktivierungszustands des Elektromotors (101, 301), wenn die offene Steuerung des Elektromotors (101, 301) ausgeführt wird, und Bestimmen, dass ein „Kurzschlussfehler“ in der Stromzufuhrleitung aufgetreten ist, falls der Elektromotor (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) nicht aktiviert wird.
Gangschaltungsverfahren nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch Abschneiden der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Elektromotor (101, 301), falls bestimmt wird, dass der Fehler in der Stromzufuhrleitung ein „Kurzschlussfehler“ ist.
Gangschaltungsverfahren nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch Fortsetzen der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301), um einen Schaltbereich des Automatikgetriebes zu schalten, falls der Elektromotor (101, 301) bei Ausführung der offenen Steuerung des Elektromotors (101, 301) aktiviert wird.
Gangschaltungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiterhin gekennzeichnet durch Erfassen eines Rotationswinkels des Elektromotors (101, 301) oder Erfassen einer Schaltbereichsposition des Automatikgetriebes, und Bestimmen, dass der Fehler in einer Stromzufuhrleitung ein „Kurzschlussfehler“ ist, falls der erfasste Rotationswinkel oder die erfasste Schaltbereichsposition sich nicht ändert, wenn die offene Steuerung des Elektromotors ausgeführt wird, und Bestimmen, dass der Fehler ein „Unterbrechungsfehler“ ist, falls sich der erfasste Rotationswinkel oder die erfasste Schaltbereichsposition sich ändert, wenn die offene Steuerung des Elektromotors (101, 301) ausgeführt wird.
Gangschaltungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Elektromotor ein Dreiphasenwechselstrommotor ist, wenn bestimmt wird, dass ein Fehler in der Stromzufuhrleitung in einer Phase des Dreiphasenwechselstrommotors aufgetreten ist, die offene Steuerung des Dreiphasenwechselstrommotors in den zwei anderen Phasen ausgeführt wird.