JP2009121546A - シフトレンジ切替装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電動モータにおける無駄な出力を抑え、機械的なダメージの発生、電力消費を抑えることのできるシフトレンジ切替装置を提供する。
【解決手段】 回転式アクチュエータの電動モータに要求される出力トルクは、パーキング解除時がA、パーキング設定時がB、パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切替時がC、PレンジからP壁当学習時がDであり、A>B>C>Dの関係である。出力トルクDを発生するデューティ比(トルク低)を設定する。そして、IGのON時に記憶手段がPレンジを記憶している場合にはデューティ比制御により電動モータの発生トルクをDに抑えてP壁当学習を実施し、他の場合にはデューティ比制御無しで電動モータを制御する。これにより、頻度が極めて多いPレンジからP壁当学習を行う場合の機械的なダメージを抑えることができ、電動モータの消費電力を抑えることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、シフトレンジ切替機構およびパーキング切替機構の切替駆動を行う回転式アクチュエータの制御技術に関する。
車両用の自動変速機は、シフトレンジ切替機構およびパーキング切替機構を搭載しており、従来では運転者が手動にて切り替えを実施していたが、近年、シフトレンジ切替機構およびパーキング切替機構を、電動モータを搭載した回転式アクチュエータによって切り替えるシフトレンジ切替装置(シフト・バイ・ワイヤ:SBW)が市場に広がりつつある。
車両は広い使用範囲を前提として開発されており、傾斜地(坂路)での駐車を考慮して設計されている。
傾斜地での駐車時では、重力によって車両が移動しようとする力が、車軸を介してパーキング切替機構の噛合部(パーキングギヤとパークポールの噛合部)、さらにパークポールとパークロッドの間に加わり、この力は傾斜角度に比例して大きくなる。このため、パーキング切替機構の噛合を解除するパーキング解除時(P→notP)には、傾斜地においての駐車状態であってもパーキング切替機構の噛合を円滑に解除できるように回転式アクチュエータ(SBWアクチュエータ)が大きな出力トルクを発生するように設けられている。
このように、回転式アクチュエータは、傾斜地のパーキング解除時に要求される大きなトルクAを発生するように設けられている。
ここで、イグニッションスイッチ(以下、IGと称す)がONされた場合に、電動モータを通電して、シフトレンジ切替機構の可動部材をパーキング側の移動限界に突き当てて、電動モータにおけるロータの基準位置の検出を行う「P壁当て学習」を行う技術が知られている。
しかし、電動モータが最大トルク(傾斜地のパーキング解除時に要求される大きなトルクA)で「P壁当て学習」を実施すると、可動部材が固定部材(回転式アクチュエータおよび自動変速機)に突き当たる機械的負荷が発生し、可動部材および固定部材に機械的なダメージが与えられる可能性がある。
そこで、「P壁当て学習」を実行する際は、デューティ比制御によって電動モータの出力トルクを小さくすることが提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
一方、通常のシフトレンジ切替装置は、IGがOFFされると、自動変速機のシフトレンジをP(パーキング)レンジに設定してから、モータ制御装置(SBW・ECU)の電源をOFFする「オートP機能」を搭載する。このため、IGがON操作された時は、自動変速機のシフトレンジはPレンジにある。
しかし、頻度は極めて少ないが、Pレンジとは異なる他のシフトレンジ(以下、≠Pレンジと称す)からIGがON操作される場合がある。その具体例を理解補助のために説明する。車両組付け時は搬送のためにN(ニュートラル)レンジに設定されており、その状態からIGをONする場合がある。車両牽引のために故意にNレンジでモータ制御装置の電源をOFFする操作を行い、その後その状態からIGをONする場合がある。故障により≠Pレンジにてモータ制御装置の電源をOFFし、その状態からIGをONする場合がある。
ここで、「P壁当て学習」は、電動モータをパーキング側に回転させて、シフトレンジ切替機構の可動部材をパーキング側の移動限界に突き当てるものであるが、「頻度が極めて少ない≠PレンジからIGがON操作される場合」を考慮して、「P壁当て学習」を実施する際の出力トルクが決定されていた。
即ち、「P壁当て学習」を行う際に、電動モータの出力を下げるべくデューティ比制御を行うが、従来技術のデューティ比制御は、≠PレンジからPレンジへの設定(パーキング設定)に要求される出力トルクBを電動モータが発生するように設定されていた。
上記従来の技術をまとめると、
「P壁当て学習」時は、デューティ比制御を行って、電動モータのトルクを、パーキング設定に要求される出力トルクBに設定し、
「他の制御(「P壁当て学習」とは異なる制御)」時は、デューティ比制御を行わずに、電動モータのトルクを、傾斜地のパーキング解除時に要求される大きなトルクAに設定していた。
ここで、パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジの切り替え(即ち、≠Pレンジ→≠Pレンジ)に要求される電動モータの出力トルクCは、上述した出力トルクA、Bより小さいものである。
また、Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータの出力トルクDは、上述した出力トルクCより小さいものである。
即ち、電動モータに要求されるトルクは、切替状態に応じてA>B>C>Dの関係になっている。
このように、Pレンジから「P壁当て学習」を行う場合に電動モータに要求される出力トルクはDであるが、頻度が極めて少ない≠Pレンジから「P壁当て学習」を行う場合を考慮して、従来の技術では「P壁当て学習」を行う際の電動モータの出力トルクを、デューティ比制御によりBに設定していた。
このため、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合において、電動モータが過剰なトルクを発生することになり、可動部材および固定部材(回転式アクチュエータおよび自動変速機)に大きな機械的なダメージを与え、耐久性を低下させる懸念があった。
特開2004−308752号公報 特開2001−271917号公報 特開2006−191709号公報 特開2007−170545号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動モータにおける無駄な過剰出力を抑え、機械的なダメージの発生、電力消費を抑えることのできるシフトレンジ切替装置の提供にある。
[請求項1の手段]
請求項1の手段を採用するシフトレンジ切替装置のモータ制御装置は、パーキング解除に要求される電動モータの出力トルクをA、パーキング設定に要求される電動モータの出力トルクをB、パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替え(即ち、≠Pレンジ→≠Pレンジ)に要求される電動モータの出力トルクをC、Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータの出力トルクをDとした場合、
頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を実施する際に、電動モータの出力トルクをCまたはDに制御し、頻度が極めて少ない≠Pレンジから「P壁当て学習」を実施する際に、電動モータの出力トルクをAまたはBに制御する。
このため、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合に、電動モータが過剰な出力を発生する不具合が抑えられ、可動部材および固定部材(回転式アクチュエータおよび自動変速機)に機械的なダメージが与えられる不具合を回避できる。また、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合に電動モータの出力トルクが抑えられるため、電動モータの消費電力を抑えることができる。
[請求項2の手段]
請求項2の手段を採用するシフトレンジ切替装置のモータ制御装置は、IGがOFFされて電源をOFFする際のシフトレンジを記憶する記憶手段を備え、この記憶手段が記憶するシフトレンジがパーキングレンジからIGがONされた場合は、電動モータの出力トルクをCまたはDにて「P壁当て学習」を実施し、記憶手段が記憶するシフトレンジが≠PレンジからIGがONされる場合は、電動モータの出力トルクをAまたはBにて「P壁当て学習」を実施するものである。
[請求項3の手段]
請求項3の手段を採用するシフトレンジ切替装置の記憶手段がシフトレンジを記憶していない状態(バッテリクリア)から「P壁当て学習」を実施する場合は、≠Pレンジから「P壁当て学習」を実施する場合に相当し、電動モータの出力トルクをAまたはBにて「P壁当て学習」を実施するものである。
記憶手段がシフトレンジを記憶していない場合(バッテリクリア)は、シフトレンジが≠Pレンジである可能性がある。このため、シフトレンジが≠Pレンジである場合を考慮して、電動モータの出力トルクをAまたはBに制御し、「≠PレンジからPレンジ」への切り替えが可能なトルクにて「P壁当て学習」を実施するものである。
[請求項4の手段]
請求項4の手段は、記憶手段のシフトレンジ設定記憶を喪失(バッテリクリア)させる指示を与える警告指示手段が設けられている。
メンテナンス等により回転式アクチュエータを外し、再搭載した場合、記憶手段の記憶するシフトレンジと、実際のシフトレンジとが異なり、シフトレンジが≠Pレンジの可能性がある。そこで、実際のシフトレンジが≠Pレンジである場合を考慮して、記憶手段の記憶を喪失(バッテリクリア)させる。これにより、「P壁当て学習」時には、電動モータの出力トルクがAまたはBに制御されて、「≠PレンジからPレンジ」への切り替えが可能なトルクにて「P壁当て学習」が実施される。
最良の形態のシフトレンジ切替装置は、自動変速機におけるシフトレンジの切り替えを行うシフトレンジ切替機構と、シフトレンジのパーキング設定時に車両の駆動軸の回転を規制し、シフトレンジのパーキング解除時に駆動軸の回転規制を解除するパーキング切替機構と、シフトレンジ切替機構およびパーキング切替機構の駆動を行う電動の回転式アクチュエータと、この回転式アクチュエータの電動モータの出力トルクをデューティ比制御により調整可能なモータ制御装置とを具備する。
モータ制御装置は、電動モータの通電制御を行ってシフトレンジの切替制御を行う通常制御手段の他に、所定の運転条件の成立時(IGのON毎など)に電動モータをパーキング設定側に回転させて、シフトレンジ切替機構の可動部材をパーキング側の移動限界に突き当てて、電動モータにおけるロータの基準位置の検出を行う「P壁当て学習」を実行させるP壁当て実行手段を備える。
モータ制御装置は、
パーキング解除に要求される電動モータの出力トルクをA、
パーキング設定に要求される電動モータの出力トルクをB、
パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替え(即ち、≠Pレンジ→≠Pレンジ)に要求される電動モータの出力トルクをC、
Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータの出力トルクをDとした場合、
Pレンジから「P壁当て学習」を実施する際(頻度が極めて多い)、電動モータの出力トルクをCまたはDに制御し、≠Pレンジから「P壁当て学習」を実施する際(頻度が極めて少ない)、電動モータの出力トルクをAまたはBに制御する。
実施例1のシフトレンジ切替装置を、図1〜図5を参照して説明する。
(シフトレンジ切替装置の説明)
シフトレンジ切替装置は、図2に示すように、車両用自動変速機2に搭載されたシフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4を、回転式アクチュエータ1によって切り替えるものである。
回転式アクチュエータ1は、シフトレンジ切替機構3を駆動するサーボ機構であり、図3に示すように、同期型の電動モータ5と、この電動モータ5の回転出力を減速して出力する減速機6とを備える。電動モータ5は、図4に示すように、SBW・ECU(モータ制御装置)7によって回転が制御される。
即ち、シフトレンジ切替装置は、SBW・ECU7によって電動モータ5の回転方向、回転数(回転する数)および回転角を制御することで、減速機6を介して駆動されるシフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4を切替制御するものである。
次に、シフトレンジ切替装置の具体的な構成例を説明する。なお、以下では、図3の右側をフロント(あるいは前)、左側をリヤ(あるいは後)として回転式アクチュエータ1を説明するが、実際の搭載方向に関わるものではない。
(電動モータ5の説明)
この実施例1の電動モータ5は、永久磁石を用いないブラシレスのSRモータ(スイッチド・リラクタンス・モータ)であり、回転自在に支持されるロータ11と、このロータ11の回転中心と同軸上に配置されたステータ12とで構成される。
ロータ11は、ロータ軸13とロータコア14で構成されるものであり、ロータ軸13は前端と後端に配置された転がり軸受(フロント転がり軸受15、リヤ転がり軸受16)によって回転自在に支持される。
フロント転がり軸受15は、減速機6の出力軸17の内周に嵌合固定されたものであり、減速機6の出力軸17はフロントハウジング18の内周に配置されたメタルベアリング19によって回転自在に支持されている。つまり、ロータ軸13の前端は、フロントハウジング18に設けられたメタルベアリング19→出力軸17→フロント転がり軸受15を介して回転自在に支持される。
メタルベアリング19の軸方向の支持区間は、フロント転がり軸受15の軸方向の支持区間にオーバーラップするように設けられている。このように設けることによって、減速機6の反力(具体的には、後述するサンギヤ26とリングギヤ27の噛合にかかる負荷の反力)に起因するロータ軸13の傾斜を回避することができる。
リヤ転がり軸受16は、ロータ軸13の後端外周に圧入固定され、リヤハウジング20(ステータハウジング)によって支持される。
ステータ12は、ハウジング(フロントハウジング18+リヤハウジング20)内に固定されたステータコア21および通電により磁力を発生する複数相の励磁コイル22から構成される。
ステータコア21は、薄板を多数積層して形成されたものであり、リヤハウジング20に固定されている。具体的に、ステータコア21には、内側のロータコア14に向けて所定角度毎(例えば、30度毎)に突設されたステータティース(内向突極)が設けられており、各ステータティースのそれぞれには各ステータティース毎に磁力を発生させるための励磁コイル22が設けられている。そして、各励磁コイル22は、SBW・ECU7により通電制御される。
ロータコア14は、薄板を多数積層して形成されたものであり、ロータ軸13に圧入固定されている。このロータコア14には、外周のステータコア21に向けて所定角度毎(例えば、45度毎)に突設されたロータティース(外向突極)が設けられている。
そして、SBW・ECU7により各励磁コイル22の通電位置および通電方向を順次切り替えることで、ロータティースを磁気吸引するステータティースを順次切り替えて、ロータ11を一方または他方へ回転させる構成になっている。
(減速機6の説明)
減速機6を図3、図5を参照して説明する。
この実施例1に示す減速機6は、遊星歯車減速機の1種である内接噛合遊星歯車減速機(サイクロイド減速機)であり、ロータ軸13に設けられた偏心部25を介してロータ軸13に対して偏心回転可能な状態で取り付けられたサンギヤ26(インナーギヤ:外歯歯車)と、このサンギヤ26が内接噛合するリングギヤ27(アウターギヤ:内歯歯車)と、サンギヤ26の自転成分のみを出力軸17に伝達する伝達手段28とを備える。
偏心部25は、ロータ軸13の回転中心に対して偏心回転してサンギヤ26を揺動回転させる軸であり、偏心部25の外周に配置されたサンギヤ軸受31を介してサンギヤ26を回転自在に支持するものである。
サンギヤ26は、上述したように、サンギヤ軸受31を介してロータ軸13の偏心部25に対して回転自在に支持されるものであり、偏心部25の回転によってリングギヤ27に押しつけられた状態で回転するように構成されている。
リングギヤ27は、フロントハウジング18に固定されるものである。
伝達手段28は、出力軸17と一体に回転するフランジ33の同一円周上に形成された複数の内ピン穴34と、サンギヤ26に形成され、内ピン穴34にそれぞれ遊嵌する複数の内ピン35とによって構成される。
複数の内ピン35は、サンギヤ26のフロント面に突出する形で設けられている。
複数の内ピン穴34は、出力軸17の後端に設けられたフランジ33に設けられており、内ピン35と内ピン穴34の嵌まり合いによって、サンギヤ26の自転運動が出力軸17に伝えられるように構成されている。
このように設けられることにより、ロータ軸13が回転してサンギヤ26が偏心回転することによって、サンギヤ26がロータ軸13に対して減速回転し、その減速回転が出力軸17に伝えられる。なお、出力軸17は、シフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4を駆動操作するコントロールロッド45(後述する)に連結される。
なお、この実施例1とは異なり、複数の内ピン穴34をサンギヤ26に形成し、複数の内ピン35をフランジ33に設けて構成しても良い。
(シフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4の説明)
シフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4は、回転式アクチュエータ1の出力軸(具体的には、上述した減速機6の出力軸17)によって切り替え駆動されるものである。
シフトレンジ切替機構3は、油圧バルブボディ41に設けられたマニュアルスプール弁42をシフトレンジに応じた適切な位置にスライド変位させ、自動変速機2の図示しない油圧クラッチへの油圧供給路を切り替えて、油圧クラッチの係合状態をコントロールするものである。
パーキング切替機構4は、車両の駆動軸(ドライブシャフト等)と連動して回転するパーキングギヤ43に、固定部材(自動変速機2のハウジング等)に回動可能に支持されるパークポール44の噛合および噛合解除を実行させて、パーキングギヤ43のロック(パーキング状態)とアンロック(パーキング解除状態)の切り替えを実行するものである。具体的に、パーキングギヤ43の凹部43aとパークポール44の凸部44aの係脱によってパーキング切替機構4のロックとアンロックの切り替えが行われるものであり、パーキングギヤ43の回転を規制することで、ドライブシャフトやディファレンシャルギヤ等を介して車両の駆動輪がロックされて、車両のパーキング状態が達成される。
回転式アクチュエータ1によって駆動されるコントロールロッド45には、略扇形状を呈したディテントプレート46が取り付けられ、コントロールロッド45とディテントプレート46が一体に回転するように設けられている。
ディテントプレート46は、半径方向の先端(略扇形状の円弧部)に複数の凹部46aが設けられており、油圧バルブボディ41(または自動変速機2の内部)に固定されたディテントスプリング47の先端の係合部47aが凹部46aに嵌まり合うことで、切り替えられたシフトレンジが保持されるようになっている。なお、この実施例では板バネを用いたディテント機構を示すが、コイルスプリングなどを用いた他のディテント機構であっても良い。
ディテントプレート46には、マニュアルスプール弁42を駆動するためのピン48が取り付けられている。
ピン48は、マニュアルスプール弁42の端部に設けられた溝49に噛合しており、ディテントプレート46がコントロールロッド45によって回動操作されると、ピン48が円弧駆動されて、ピン48に噛合するマニュアルスプール弁42が油圧バルブボディ41の内部で直線運動を行う。
コントロールロッド45を図2中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると、ディテントプレート46を介してピン48がマニュアルスプール弁42を油圧バルブボディ41の内部に押し込み、油圧バルブボディ41内の油路がD→N→R→Pの順に切り替えられる。つまり、自動変速機2のシフトレンジがD→N→R→Pの順に切り替えられる。 逆方向にコントロールロッド45を回転させると、ピン48がマニュアルスプール弁42を油圧バルブボディ41から引き出し、油圧バルブボディ41内の油路がP→R→N→Dの順に切り替えられる。つまり、自動変速機2のシフトレンジがP→R→N→Dの順に切り替えられる。
ディテントプレート46には、パークポール44を駆動するためのパークロッド51が取り付けられている。このパークロッド51の先端には円錐部52が設けられている。
この円錐部52は、自動変速機2のハウジングの突出部53とパークポール44の間に介在されるものであり、コントロールロッド45を図2中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると(具体的には、R→Pレンジ)、ディテントプレート46を介してパークロッド51が図2中矢印B方向へ変位して円錐部52がパークポール44を押し上げる。すると、パークポール44が軸44bを中心に図2中矢印C方向に回転し、パークポール44の凸部44aがパーキングギヤ43の凹部43aに噛合し、パーキング切替機構4によるロック状態(パーキング状態)が達成される。
逆方向へコントロールロッド45を回転させると(具体的には、P→Rレンジ)、パークロッド51が図2中矢印B方向とは反対方向に引き戻され、パークポール44を押し上げる力が無くなる。パークポール44は、図示しないねじりコイルバネにより、図2中矢印C方向とは反対方向に常に付勢されているため、パークポール44の凸部44aがパーキングギヤ43の凹部43aから外れ、パーキングギヤ43がフリーになり、パーキング切替機構4のアンロック状態(パーキング解除状態)が達成される。
(エンコーダ60の説明)
上述した回転式アクチュエータ1には、図3に示すように、ハウジング(フロントハウジング18+リヤハウジング20)の内部に、ロータ11の回転角度を検出するエンコーダ60が搭載されている。このエンコーダ60によってロータ11の回転角度を検出することにより、電動モータ5を脱調させることなく高速運転することができる。
エンコーダ60は、インクリメンタル型であり、ロータ11と一体に回転する磁石61と、リヤハウジング20内において磁石61と対向配置されて磁石61における磁束発生部の通過を検出する磁気検出用のホールIC62(例えば、磁石61の多極着磁の磁束を検出する回転角度検出用ホールIC、および励磁コイル22の各相の通電が一巡する毎に発生する磁束を検出するインデックス信号用ホールIC等)とで構成され、ホールIC62はリヤハウジング20内に固定される基板63によって支持される。
(SBW・ECU7の説明)
SBW・ECU7を図4を参照して説明する。
電動モータ5の通電制御を行うSBW・ECU7は、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶手段70、入力回路、出力回路、電源回路等で構成された周知構造のマイクロコンピュータを搭載し、演算結果に基づいて各励磁コイル22の通電制御を行うコイル駆動回路71に制御信号を与えるものである。なお、SBW・ECU7は、コイル駆動回路71に与える制御信号をデューティ比制御して、電動モータ5の発生トルクを制御可能に設けられている。
ここで、図4中における符号72はIG(イグニッションスイッチ)、符号73は車載バッテリ、符号74はシフトレンジ切替装置の状態(シフトレンジの切替状態)などを乗員に表示する表示装置類、符号75は車速センサ、符号76は乗員が設定したシフトレンジ位置の検出センサ、ブレーキスイッチ等、車両状態を検出する他のセンサ類を示す。
SBW・ECU7に設けられる記憶手段70は、ROM、RAMの他に、SBW・ECU7の電源OFF後も電力供給されて弱い電流を消費してデータを保持する記憶素子(SRAM等)を搭載するものであり、バッテリ73の端子を車両から外すことで、記憶情報(後述する最終レンジ)が消去されるものである。
SBW・ECU7には、エンコーダ60の出力からロータ11の回転速度、回転数、回転角度を把握する『ロータ読取手段』、乗員によって操作されるシフトレンジ操作手段(図示しない)とSBW・ECU7が認識するシフトレンジ位置とが一致するように電動モータ5を制御する『通常制御手段』、IG72がOFFされると、自動変速機2のシフトレンジをPレンジに設定してから、SBW・ECU7の電源をOFFする『オートP機能』、IG72がOFFされた後、SBW・ECU7の電源をOFFする際のシフトレンジ(最終レンジ)を記憶手段70に記憶させる『最終レンジ記憶手段』、所定の運転条件の成立時に電動モータ5をパーキング設定側に回転させて、シフトレンジ切替機構3の可動部材をパーキング側の移動限界に突き当てて、ロータ11の基準位置の検出を行う「P壁当て学習」を実行させる『P壁当て実行手段』など、種々の制御プログラムが搭載されている。
通常制御手段は、乗員によって操作されるシフトレンジ操作手段に基づいて、電動モータ5の回転方向、回転数(回転する数)および回転角の決定を行い、その決定に基づいて複数相よりなる各励磁コイル22を通電制御して、電動モータ5の回転方向、回転数および回転角の制御を行う「通常制御」の制御プログラムである。具体的にSBW・ECU7は、電動モータ5を回転させる際、エンコーダ60によって検出されるロータ11の回転角度等に基づいて複数相の励磁コイル22の通電状態を切り替える同期運転を実施して、電動モータ5の回転方向、回転数および回転角の制御を行い、減速機6を介してシフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4の切替制御を実施する。
P壁当て実行手段は、所定の運転条件の成立時(この実施例では、IG72のON毎)に、「P壁当て学習」を実施させる制御プログラムであり、「P壁当て学習」を所定時間実施したら、あるいはエンコーダ60から読み込まれるロータ11の回転角度の変化が所定時間停止したら、あるいはロータ読取手段によってロータ11の「基準位置」を認識したら、「P壁当て学習」を終了するように設けられている。
(実施例1の背景技術)
車両は広い使用範囲を前提として開発されており、傾斜地(坂路)での駐車を考慮して設計されている。
傾斜地での駐車時では、重力によって車両が移動しようとする力が、車軸を介してパーキング切替機構4におけるパーキングギヤ43とパークポール44の噛合部、さらにパークポール44とパークロッド51の間に加わるため、パーキング解除時(P→notP)には、傾斜地においての駐車状態であってもパークロッド51を引き抜き、パーキングギヤ43とパークポール44の噛合を円滑に解除できる力を回転式アクチュエータ1が発生するように、電動モータ5が設けられている。
即ち、パーキング解除(P→notP)に要求される電動モータの出力トルクAは、傾斜地での駐車時を考慮して大きく設けられていた。
しかし、回転式アクチュエータ1が常に最大トルクで作動する状態で「P壁当て学習」が実施されると、SBW・ECU7がロータ11をPレンジ側の回転限界まで回転させ、ディテントスプリング47の係合部47aと、ディテントプレート46の規制壁(物理的に剛体の壁が存在するわけではなく、ディテントプレート46の凹部46aにディテントスプリング47の係合部47aが嵌まり、それ以上回転しないことから仮想の規制壁があると捉えて規制壁と称する)が突き当たり、大きな衝突負荷が発生する。また、電動モータ5の回転がロックすることで、電動モータ5から駆動対象物(シフトレンジ切替機構3およびパーキング切替機構4)に至る回転伝達系に過大な出力トルク(過負荷)が加わってしまう。
そこで、従来の技術では、「P壁当て学習」時に、デューティ比制御によって励磁コイル22を給電して、電動モータ5の出力トルクを小さくし、「P壁当て学習」時における機械的な負荷の低減を図っていた。
ここで、「P壁当て学習」は、(i)PレンジからIG72がONされて「P壁当て学習」が実施される場合と、(ii)≠PレンジからIG72がONされて「P壁当て学習」が実施される場合とがある。
上記(i)の頻度は極めて多い。
具体的に、「オートP機能」によりPレンジでIG72がOFFされる構造であるため、IG72をONする際、通常は自動変速機2のシフトレンジはPレンジにある。このため、「P壁当て学習」を行う際の殆どは、Pレンジから「P壁当て学習」である。
一方、上記(ii)の頻度は極めて少ない。
≠PレンジからIG72がON操作される場合を列挙する。車両組付け時は搬送のためにNレンジに設定されており、その状態からIG72をONする場合、車両牽引のために故意にNレンジでSBW・ECU7の電源をOFFする操作を行い、その後その状態からIG72をONする場合、故障により≠PレンジにてSBW・ECU7の電源をOFFし、その状態からIG72をONする場合等である。
このため、従来技術の「P壁当て学習」は、「頻度が極めて少ない≠PレンジからIG72がON操作される場合」を考慮して、「P壁当て学習」時における電動モータ5の出力トルクが決定されていた。
即ち、「P壁当て学習」を行う際に、電動モータ5の出力を下げるべくデューティ比制御を行うが、従来技術のデューティ比は、≠PレンジからPレンジへの設定(パーキング設定)に要求される出力トルクBを電動モータ5が発生するように設定されていた。
上記従来の技術をまとめると、電動モータ5の発生トルクは、各切替制御において次の表1に示すように設定されていた。
[表1]
(切替状態):(出力トルク)
P抜き : A
P入れ : A
≠P→≠P : A
P壁当 : B
なお、「P抜き」は「パーキング解除(P→notP)」、「P入れ」は「パーキング設定(notP→P)」、「≠P→≠P」は「パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替え」、「P壁当」は「壁当て学習」を示す。
ここで、パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジの切り替え(≠Pレンジ→≠Pレンジ)に要求される電動モータ5の出力トルクCは、上述した出力トルクA、Bより小さい。
また、Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータ5の出力トルクDは、上述した出力トルクCより小さい。
即ち、電動モータ5に要求される出力トルクは、切替状態に応じてA>B>C>Dの関係になっている。
このように、Pレンジから「P壁当て学習」を行う場合に電動モータ5に要求される出力トルクはDであるが、頻度が極めて少ない≠Pレンジから「P壁当て学習」を行う場合を考慮して、従来の技術では「P壁当て学習」を行う際の電動モータ5の出力トルクを、デューティ比制御によりBに設定していた。
このため、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合において、電動モータ5が過剰なトルクを発生することになり、可動部材および固定部材(回転式アクチュエータ1および自動変速機2)に大きな機械的なダメージを与え、耐久性を低下させる懸念があった。
(実施例1の特徴1)
上記の不具合を解決するために、この実施例1のシフトレンジ切替装置は、次の手段を採用している。
上述したように、この実施例では、
パーキング解除(P→notP)に要求される電動モータ5の出力トルクをA、
パーキング設定(notP→P)に要求される電動モータ5の出力トルクをB、
パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替え(≠P→≠P)に要求される電動モータ5の出力トルクをC、
Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータ5の出力トルクをDとしており、出力トルクは大きい側から小さい側にA>B>C>Dの関係である。
出力トルクAは、デューティ比制御を行うことなく励磁コイル22を通電することで達成されるように、電動モータ5が設計されている。
出力トルクB〜Dは、SBW・ECU7が励磁コイル22をデューティ比制御することで達成される。
理解補助のために、各トルクの一例(実際の数値とは多少異なる)を示すと、
パーキング解除(P→notP)に要求される電動モータ5の出力トルクAは20Nm、
パーキング設定(notP→P)に要求される電動モータ5の出力トルクBは10Nm、
パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替え(≠P→≠P)に要求される電動モータ5の出力トルクCは5Nm、
Pレンジから「P壁当て学習」を達成するのに要求される電動モータ5の出力トルクDは2Nmである。
ここで、SBW・ECU7には、上述したように、IG72がOFFされた後、SBW・ECU7の電源をOFFする際のシフトレンジ(最終レンジ)を記憶手段70に記憶させる『最終レンジ記憶手段』が設けられている。
そして、この実施例1のSBW・ECU7は、IG72がONされた時に記憶手段70が記憶する最終レンジが「Pレンジの場合」と「≠Pレンジの場合」とで、電動モータ5の出力トルクを変更するように設けられている。
具体的に、SBW・ECU7は、(a)Pレンジから「P壁当て学習」を実施する際に電動モータ5の出力トルクをCまたはDに制御し、(b)≠Pレンジから「P壁当て学習」を実施する際に電動モータ5の出力トルクをAまたはBに制御するものである。
また、この実施例1のSBW・ECU7は、IG72がONされた時に記憶手段70に記憶する最終レンジが無い場合(バッテリ73が一旦外されて、記憶手段70の最終レンジの記憶が喪失した状態と同じであるため「バッテリクリア」と称す)は、現在のシフトレンジが不明であるため、「P壁当て学習」を実施する際に、どのシフトレンジからでも「P壁当て学習」が実行できるように、電動モータ5の出力トルクをAまたはBに制御するものである。
ここで、メンテナンス等により回転式アクチュエータ1を外す場合が想定される。外された回転式アクチュエータ1が車両に再搭載されると、記憶手段70の記憶する最終レンジと、実際のシフトレンジとが異なり、実際のシフトレンジが≠Pレンジとなっている可能性がある。
そこで、車両には、回転式アクチュエータ1を外した場合に、記憶手段70の記憶する最終レンジ(IG72のOFFに伴う電源OFF時に記憶した最終レンジ)を喪失させる指示、具体的にはバッテリクリアする旨(バッテリ端子を一旦取り外す旨)の指示を与える警告指示手段81が設けられている。この警告指示手段81は、車両に付随のオーナーズマニュアル、整備マニュアルに記載されるものであっても良いし、運転者や回転式アクチュエータ1の整備時等に整備者の目に付き易い場所(例えば、自動変速機2、回転式アクチュエータ1、サンバイザー等)に記載されるものであっても良い。
回転式アクチュエータ1が外された際に、バッテリクリアが成されることで、IG72がONされた時に電動モータ5の出力トルクがAまたはBに制御される。
上記をまとめると、この実施例1における電動モータ5の発生トルクは、各切替制御において次の表2に示すように設定される。
[表2]
(切替状態):(出力トルク)
P抜き : A
P入れ : AまたはB (好ましくはB)
≠P→≠P : A〜C (好ましくはC)
P→P壁当 : CまたはD (好ましくはD)
≠P→P壁当 : AまたはB (好ましくはB)
バッテリクリア→P壁当 : AまたはB (好ましくはB)
なお、「P→P壁当」は「PレンジからP壁当て学習を実施」、「≠P→P」は「≠PレンジからP壁当て学習を実施」、「バッテリクリア→P壁当」は「記憶手段70に最終レンジの記憶がない状態からP壁当て学習を実施」を示す。
具体的な一例を示すと、「P→P壁当」に必要な出力トルクDを発生するデューティ比1(トルク低)を設定し、電動モータ5の発生トルクを、各切替制御において次の表3に示すように設定するものである。
[表3]
(切替状態):(励磁コイル22の制御状態)
P抜き : デューティ比制御無し(出力トルクA)
P入れ : デューティ比制御無し(出力トルクA)
≠P→≠P : デューティ比制御無し(出力トルクA)
P→P壁当 : デューティ比1による制御(出力トルクD)
≠P→P壁当 : デューティ比制御無し(出力トルクA)
バッテリクリア→P壁当 : デューティ比制御無し(出力トルクA)
次に、IG72がONされた際に「P壁当て学習」を実施する場合におけるSBW・ECU7の制御を、図1のフローチャートを参照して説明する。
IG72がONされると(スタート)、バッテリクリアの状態であるか否かの判断を行う(ステップS1)。
このステップS1の判断結果がNOの場合は、記憶手段70の記憶する最終レンジがPレンジであるか否かの判断を行う(ステップS2)。
ステップS2の判断結果がYESの場合は、デューティ比1により励磁コイル22を通電制御することで電動モータ5の出力トルクをDに制御して「P壁当て学習」を実施し(ステップS3)、このルーチンを終了する(エンド)。
ステップS1の判断結果がYESの場合、あるいはステップS2の判断結果がNOの場合は、デューティ比制御無しにより励磁コイル22を通電制御することで電動モータ5の出力トルクをAに制御して「P壁当て学習」を実施し(ステップS4)、このルーチンを終了する(エンド)。
この実施例1は、上記の構成を採用することにより、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合に、電動モータ5が過剰な出力トルクを発生する不具合が抑えられる。このため、減速機6や、ディテントスプリング47の係合部47aなどの回転伝達系の部品や、可動部材と固定部材の係合部に機械的なダメージが与えられる不具合を回避できる。即ち、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合における機械的なダメージの発生を抑えることができる。
また、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合における電動モータ5の消費電力を抑えることができ、シフトレンジ切替装置の省電力化を図ることができる。
さらに、頻度が極めて多いPレンジから「P壁当て学習」を行う場合における励磁コイル22の発熱を減らすことができる。これによって、励磁コイル22の発熱対策を簡便化できる。
実施例2を説明する。なお、上記の実施例1と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記実施例1では、「P→P壁当」のみ励磁コイル22をデューティ比制御する例を示した。
これに対し、この実施例2は、「P抜き」以外の全ての切替制御において励磁コイル22をデューティ比制御するものである。
具体的に、「P→P壁当」に必要な出力トルクDを発生するデューティ比1(トルク低)は、実施例1と同じである。さらにこの実施例2では、「P入れ」に必要な出力トルクBを発生するデューティ比2(トルク高)を設定している。そして、電動モータ5の発生トルクを、各切替制御において次の表4に示すように設定するものである。
[表4]
(切替状態):(励磁コイル22の制御状態)
P抜き : デューティ比制御無し(出力トルクA)
P入れ : デューティ比2による制御(出力トルクB)
≠P→≠P : デューティ比2による制御(出力トルクB)
P→P壁当 : デューティ比1による制御(出力トルクD)
≠P→P壁当 : デューティ比2による制御(出力トルクB)
バッテリクリア→P壁当 : デューティ比2による制御(出力トルクB)
この実施例2に示すように、「P入れ」、「≠P→≠P」、「≠P→P壁当」、「バッテリクリア→P壁当」に、電動モータ5が過剰な出力トルクを発生する不具合が抑えられる。このため、減速機6や、ディテントスプリング47の係合部47aなどの回転伝達系の部品や、可動部材と固定部材の係合部に機械的なダメージが与えられる不具合を回避できる。また、電動モータ5の消費電力を抑えることができ、シフトレンジ切替装置の省電力化を図ることができる。
〔変形例〕
上記の実施例では、電動モータ5の一例としてSRモータを用いる例を示したが、シンクロナス・リラクタンス・モータなど他のリラクタンスモータや、表面磁石構造型シンクロナスモータ(SPM)、埋込磁石構造型シンクロナスモータ(IPM)などの永久磁石型同期モータなど、他のモータを用いても良い。
上記の実施例では、具体的な一例としてエンコーダ60を用いる例を示したが、エンコーダ60を廃止して、各励磁コイル22の通電回数をカウントしてロータ11の回転数および回転角度を制御するものであっても良い。
上記の実施例では、減速機6の一例として内接噛合遊星歯車減速機(サイクロイド減速機)を用いる例を示したが、ロータ軸13によって駆動されるサンギヤ26、このサンギヤ26の周囲に等間隔に複数配置されたプラネタリピニオン、このプラネタリピニオンの周辺に噛み合うリングギヤ等により構成されたタイプの遊星歯車減速装置を用いても良い。
P壁当て学習時における電動モータのトルク制御を示すフローチャートである。 パーキング切替機構およびシフトレンジ切替機構の斜視図を用いたシフトレンジ切替装置の概略図である。 回転式アクチュエータの断面図である。 シフトレンジ切替装置のシステム構成図である。 減速機をフロント側から見た斜視図である。
符号の説明
1 回転式アクチュエータ
2 自動変速機
3 シフトレンジ切替機構
4 パーキング切替機構
5 電動モータ
7 SBW・ECU(モータ制御装置)
11 ロータ
70 記憶手段
72 IG(イグニッションスイッチ)
81 警告指示手段

Claims (4)

  1. 自動変速機におけるシフトレンジの切り替えを行うシフトレンジ切替機構と、
    シフトレンジのパーキング設定時には車両の駆動軸の回転を規制し、シフトレンジのパーキング解除時には前記駆動軸の回転規制を解除するパーキング切替機構と、
    前記シフトレンジ切替機構および前記パーキング切替機構の駆動を行う電動の回転式アクチュエータと、
    この回転式アクチュエータに搭載された電動モータの通電制御を行ってシフトレンジの切替制御を行う通常制御手段、および所定の運転条件の成立時に前記電動モータをパーキング設定側に回転させて、前記シフトレンジ切替機構の可動部材をパーキング側の移動限界に突き当てて、前記電動モータにおけるロータの基準位置の検出を行うP壁当て学習を実行させるP壁当て実行手段を備え、前記電動モータの出力トルクをデューティ比制御により調整可能なモータ制御装置と、
    を具備するシフトレンジ切替装置において、
    パーキング解除に要求される前記電動モータの出力トルクをA、
    パーキング設定に要求される前記電動モータの出力トルクをB、
    パーキング解除およびパーキング設定とは異なる他のシフトレンジへの切り替えに要求される前記電動モータの出力トルクをC、
    パーキングレンジからP壁当て学習を達成するのに要求される前記電動モータの出力トルクをDとした場合、
    前記モータ制御装置は、
    パーキングレンジからP壁当て学習を実施する際に、前記電動モータの出力トルクをCまたはDに制御し、
    パーキングレンジとは異なる他のシフトレンジからP壁当て学習を実施する際に、前記電動モータの出力トルクをAまたはBに制御することを特徴とするシフトレンジ切替装置。
  2. 請求項1に記載のシフトレンジ切替装置において、
    前記モータ制御装置は、イグニッションスイッチがオフされて電源をオフする際のシフトレンジを記憶する記憶手段を備え、
    この記憶手段が記憶するシフトレンジがパーキングレンジから前記イグニッションスイッチがオンされた場合は、前記電動モータの出力トルクをCまたはDに制御してP壁当て学習を実施し、
    前記記憶手段が記憶するシフトレンジがパーキングレンジとは異なる他のシフトレンジから前記イグニッションスイッチがオンされる場合は、前記電動モータの出力トルクをAまたはBに制御してP壁当て学習を実施することを特徴とするシフトレンジ切替装置。
  3. 請求項2に記載のシフトレンジ切替装置において、
    前記記憶手段がシフトレンジを記憶していない状態からP壁当て学習を実施する場合は、パーキングレンジとは異なる他のシフトレンジからP壁当て学習を実施する場合に相当し、前記電動モータの出力トルクをAまたはBに制御してP壁当て学習を実施することを特徴とするシフトレンジ切替装置。
  4. 請求項3に記載のシフトレンジ切替装置において、
    前記車両には、前記回転式アクチュエータを外した場合に、前記記憶手段のシフトレンジ設定記憶を喪失させる指示を与える警告指示手段が設けられていることを特徴とするシフトレンジ切替装置。
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