JP2012095407A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンコーダのパルス信号のカウント値に基づいてモータの回転角度を検出してモータの通電相を順次切り換えることでモータを目標回転角度まで回転駆動するモータ制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a motor control device that rotationally drives a motor to a target rotation angle by detecting the rotation angle of the motor based on the count value of the pulse signal of the encoder and sequentially switching the energized phase of the motor.
近年、自動車においても、省スペース化、組立性向上、制御性向上等の要求を満たすために、機械的な駆動システムを、モータによって電気的に駆動するシステムに変更する事例が増加する傾向にある。その一例として、特許文献1(特許第3888940号公報)に示すように、車両の自動変速機のレンジ切換機構をモータで駆動するようにしたものがある。このシステムでは、モータに、ロータの回転角度を検出するエンコーダを搭載し、レンジ切換時には、このエンコーダのパルス信号のカウント値(以下「エンコーダカウント値」という)に基づいてモータを目標のレンジに相当する目標回転角度(目標カウント値)まで回転させることで、レンジ切換機構を目標のレンジに切り換えるようにしている。 In recent years, the number of cases in which a mechanical drive system is changed to a system that is electrically driven by a motor has been increasing in order to satisfy the demands for space saving, assembling, and control. . As an example, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3888940), there is one in which a range switching mechanism of an automatic transmission of a vehicle is driven by a motor. In this system, the motor is equipped with an encoder that detects the rotation angle of the rotor, and when the range is switched, the motor corresponds to the target range based on the count value (hereinafter referred to as “encoder count value”) of the pulse signal of this encoder. The range switching mechanism is switched to the target range by rotating to the target rotation angle (target count value).
この種のエンコーダ付きのモータは、起動後のエンコーダカウント値に基づいてロータの起動位置からの回転量(回転角度)を検出できるだけであるので、電源投入後に、何等かの方法で、ロータの絶対的な回転角度を検出して、エンコーダカウント値とロータの回転角度(通電相)との対応関係をとらないと、モータを正常に駆動することができない。 This type of motor with an encoder can only detect the amount of rotation (rotation angle) from the starting position of the rotor based on the encoder count value after starting. Unless the typical rotation angle is detected and the correspondence between the encoder count value and the rotation angle (energized phase) of the rotor is taken, the motor cannot be driven normally.
そこで、特許文献1では、電源投入後の初期駆動時にモータの通電相の切り換えを所定のタイムスケジュールで一巡させることで、いずれかの通電相でロータの回転角度と該通電相とを一致させて該ロータを回転駆動してエンコーダのパルス信号をカウントして初期駆動終了時のエンコーダカウント値とロータの回転角度と通電相との対応関係を学習する通電相学習処理を実行し、その後の通常駆動時に、通電相学習処理で学習した通電相学習値を用いて補正したエンコーダカウント値からロータの回転角度を検出して通電相を決定するようにしている。
Therefore, in
この種のモータの制御は、マイクロコンピュータによって行われるが、このモータ制御中に何等かの原因(例えば瞬時停電やノイズ等)でマイクロコンピュータがリセットされることがある。一旦、マイクロコンピュータがリセットされると、目標回転角度(目標カウント値)を記憶するRAMもリセットされるため、目標回転角度が不明な状態となる。このため、マイクロコンピュータがリセットされて再起動されると、制御対象が意図せぬ位置へ勝手に切り換えられてしまう可能性がある。 Although this type of motor is controlled by a microcomputer, the microcomputer may be reset for some reason (for example, an instantaneous power failure or noise) during the motor control. Once the microcomputer is reset, the RAM for storing the target rotation angle (target count value) is also reset, so that the target rotation angle is unknown. For this reason, when the microcomputer is reset and restarted, there is a possibility that the controlled object is arbitrarily switched to an unintended position.
そこで、特許文献1の請求項1に係る発明では、目標回転角度を書き替え可能な不揮発性メモリに記憶しておき、モータを目標回転角度へ回転駆動する途中でマイクロコンピュータがリセットされて再起動された場合は、不揮発性メモリに記憶されている目標回転角度を用いてモータの回転駆動を再開するようにしている。
Therefore, in the invention according to
また、特許文献1の請求項5に係る発明では、モータの出力軸の回転角度を検出する出力軸センサを設け、マイクロコンピュータのリセット後の起動時には、出力軸センサで検出した回転角度を目標回転角度にセットするようにしている。
In the invention according to claim 5 of
ところで、モータを目標回転角度へ回転駆動する途中でマイクロコンピュータが瞬時停電やノイズ等によりリセットされると、リセット前にRAMに記憶された通電相学習値やエンコーダカウント値のデータも全てリセットされるため、特許文献1の請求項1に係る発明では、リセット後の再起動時に通電相学習処理を再実行してから、モータを不揮発性メモリから読み出した目標回転角度へ回転駆動する必要があり、通電相学習処理のために目標回転角度への切り替えが遅れてしまう。
By the way, if the microcomputer is reset due to an instantaneous power failure or noise during the rotation of the motor to the target rotation angle, all of the energized phase learning value and encoder count value data stored in the RAM before the reset are also reset. Therefore, in the invention according to
そこで、通電相学習値やエンコーダカウント値を不揮発性メモリに記憶することが考えられるが、マイクロコンピュータのリセット中にモータが慣性等で回転しても、その回転角度を検出できない(エンコーダのパルス信号をカウントできない)ため、リセット前に記憶した通電相学習値やエンコーダカウント値をリセット後に使用することはできず、リセット後に通電相学習処理を再実行する必要がある。 Therefore, it is conceivable to store the energized phase learning value and encoder count value in the nonvolatile memory, but even if the motor rotates due to inertia during resetting of the microcomputer, the rotation angle cannot be detected (encoder pulse signal). Therefore, the energized phase learning value and encoder count value stored before reset cannot be used after reset, and it is necessary to re-execute the energized phase learning process after reset.
また、特許文献1の請求項5に係る発明では、マイクロコンピュータのリセット後の起動時に、出力軸センサで検出した回転角度を目標回転角度にセットするため、モータを目標回転角度へ回転駆動する途中でマイクロコンピュータがリセットされた場合は、リセット後の目標回転角度がリセット前の目標回転角度と異なる値(リセット後の起動時の回転角度)に設定されてしまい、モータをリセット前に設定した本来の目標回転角度へ回転駆動できない(図9参照)。
Further, in the invention according to claim 5 of
そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータを目標回転角度へ回転駆動する途中でマイクロコンピュータ(制御手段)がリセットされた場合でも、通電相学習処理を再実行せずにモータを目標回転角度まで速やかに回転駆動できるモータ制御装置を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the motor rotates to the target rotation without re-execution of the energized phase learning process even when the microcomputer (control means) is reset during the rotation of the motor to the target rotation angle. It is to provide a motor control device capable of rapidly rotating to an angle.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、制御対象を回転駆動するモータの回転に同期してパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダのパルス信号のカウント値(以下「エンコーダカウント値」という)と前記モータの回転角度と通電相との対応関係を通電相学習値として学習する学習手段と、前記エンコーダカウント値と前記通電相学習値に基づいて前記モータの通電相を順次切り換えることで前記モータを目標回転角度まで回転駆動する制御手段とを備えたモータ制御装置において、前記モータの出力軸の回転角度又はそれに相関する情報を検出する出力軸回転角度検出手段と、前記制御手段がリセットされたときでも記憶データを保持する書き替え可能な不揮発性の記憶手段とを備え、前記記憶手段には前記目標回転角度を記憶し、前記制御手段は、前記モータを前記目標回転角度へ回転駆動する途中で前記制御手段がリセットされて再起動したときには、前記エンコーダカウント値を使用せずにオープンループ制御により前記モータの通電相を順次切り換えて前記出力軸回転角度検出手段の検出値が前記記憶手段から読み出した前記目標回転角度に相当する値になるまで前記モータを回転駆動するようにしたものである。この構成では、モータを目標回転角度へ回転駆動する途中で制御手段がリセットされて再起動した場合は、出力軸回転角度検出手段の検出値によりモータの回転角度を確認しながら、オープンループ制御によりモータを記憶手段から読み出した目標回転角度まで回転駆動できるため、リセット後の再起動時に通電相学習処理を再実行せずにモータを目標回転角度まで速やかに回転駆動することができる。
In order to solve the above problems, an invention according to
この場合、請求項2のように、オープンループ制御によるモータの回転駆動を終了した後に、通電相学習値を再学習するようにすると良い。このようにすれば、オープンループ制御終了後にリセット後の正しい通電相学習値を再学習することができる。 In this case, as described in claim 2, it is preferable to re-learn the energized phase learning value after completing the rotation driving of the motor by the open loop control. In this way, the correct energized phase learning value after reset can be re-learned after completion of the open loop control.
また、請求項3のように、モータとしてスイッチトリラクタンスモータを使用するようにしても良い。スイッチトリラクタンスモータは、永久磁石が不要で構造が簡単であるため、安価であり、温度環境等に対する耐久性・信頼性も高いという利点がある。 Further, as in the third aspect, a switched reluctance motor may be used as the motor. The switched reluctance motor is advantageous in that it does not require a permanent magnet and is simple in structure, so that it is inexpensive and has high durability and reliability against temperature environments.
以上説明した請求項1〜3に係る発明は、スイッチトリラクタンスモータ等の同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に適用でき、例えば、請求項4のように、車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構を駆動するモータの制御装置に適用しても良い。これにより、信頼性の高いモータ駆動式のレンジ切換装置を構成することができる。
The invention according to
以下、本発明を実施するための形態を車両のレンジ切換装置に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいて自動変速システム全体の概略構成を説明する。
エンジン11の出力軸(クランク軸)には自動変速機12の入力軸が連結されている。この自動変速機12内部の構成は図示しないが、エンジン11の出力軸によって回転駆動されるトルクコンバータと、このトルクコンバータの出力軸(タービン軸)に連結された変速歯車機構と、この変速歯車機構を構成する複数の歯車の中から動力を伝達する歯車の組み合わせ(変速比)を切り換える摩擦係合装置と、この摩擦係合装置の動作状態を油圧で切り換える油圧制御回路等が自動変速機12内に設けられている。また、油圧制御回路には、摩擦係合装置を構成するクラッチ、ブレーキ等の各摩擦係合要素に供給する油圧を制御する油圧制御弁13と、シフトレバーのシフト操作に連動してモータ14によって切り換えられるレンジ切換機構15(図2参照)のスプール弁16が設けられている。このスプール弁16は、シフトレバーのシフト操作に連動して切り換えられるいわゆるマニュアルバルブとして機能する。
Hereinafter, an embodiment in which the mode for carrying out the present invention is applied to a vehicle range switching device will be described.
First, a schematic configuration of the entire automatic transmission system will be described with reference to FIG.
The input shaft of the
自動変速機12の変速動作を制御する変速制御ECU17は、摩擦係合装置に供給する油圧を油圧センサ18で検出して、その検出油圧と車速センサ19の出力信号等に基づいて油圧制御回路の各油圧制御弁13の開閉動作を制御して各摩擦係合要素に供給する油圧を制御することで変速段を目標変速段に切り換える。
The
一方、レンジ切換ECU20は、シフトレバーの操作位置を検出するシフトレンジ検出装置21の出力信号に基づいてモータ14を駆動制御することで、運転者のレンジ切換操作に応じてレンジ切換機構15のスプール弁16の切換動作を制御する。このレンジ切換ECU20と、変速制御ECU17と、エンジン11の運転状態を制御するエンジンECU22と、表示装置41の表示を制御するメータECU42は、車両に搭載されたバッテリ23(電源)から電源ライン47を介して電力が供給される。また、通信ライン24を通じて、各ECU20,17,22,42は、スロットル開度、点火時期など、必要な情報を相互に送受信する。エンジンECU22には、エンジン11の運転状態を検出する各種センサ(例えばエンジン回転速度を検出するクランク角センサ48等)が接続されている。
On the other hand, the
エンジン11には、始動時にクランク軸を回転駆動(クランキング)するスタータ43が設けられ、運転者がイグニッションキースイッチ44をON位置(IG位置)からSTART位置に操作すると、エンジンECU22によってスタータリレー45がオンされてバッテリ23からスタータ43に通電され、スタータ43が回転してエンジン11がクランキングされて始動され、その後、運転者がイグニッションキースイッチ44をSTART位置からON位置に戻すと、スタータリレー45がオフされ、スタータ43への通電が停止される。
The engine 11 is provided with a
次に、図2に基づいてレンジ切換機構15の構成を説明する。
レンジ切換機構15は、自動変速機12のシフトレンジを、例えばパーキングレンジ(P)、リバースレンジ(R)、ニュートラルレンジ(N)、ドライブレンジ(D)に切り換えるためのものである。このレンジ切換機構15の駆動源となるモータ14は、減速機構50(図5参照)を内蔵し、この減速機構50の回転軸に嵌合連結された出力軸25の回転角度を検出する出力軸センサ46(出力軸回転角度検出手段)が設けられ、この出力軸センサ46の出力信号に基づいてシフトレンジが検出される。この出力軸センサ46は、モータ14の減速機構50の出力軸25の回転角度に応じた電圧を出力する回転センサ(例えばポテンショメータ)によって構成され、その出力電圧によって現在のレンジがP、R、N、Dのいずれのレンジであるかを確認できるようになっている。
Next, the configuration of the
The
このモータ14の出力軸25には、自動変速機12の油圧制御回路のスプール弁16を切り換えるためのディテントレバー28が固定されている。このディテントレバー28にはL字形のパーキングロッド29が固定され、このパーキングロッド29の先端部に設けられた円錐体30がロックレバー31に当接している。このロックレバー31は、円錐体30の位置に応じて軸32を中心にして上下動してパーキングギヤ33をロック/ロック解除するようになっている。このパーキングギヤ33は、自動変速機12の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ33がロックレバー31によってロックされると、車両の駆動輪が回り止めされた状態(パーキング状態)に保持される。
A
また、ディテントレバー28には、スプール弁16のスプール34が連結され、モータ14の出力軸25によってディテントレバー28を回動させることで、スプール弁16の操作量(スプール34の操作位置)を切り換えて、自動変速機12のシフトレンジを、Pレンジ、Rレンジ、Nレンジ、Dレンジ等のいずれかに切り換える。ディテントレバー28には、スプール弁16のスプール34を上記各レンジに対応する位置に保持するための複数の凹部35が形成されている。
Further, the
一方、ディテントレバー28を各レンジに対応する位置に保持するためのディテントバネ36がスプール弁16に固定され、このディテントバネ36の先端に設けられた係合部37がディテントレバー28の目標レンジの凹部35に嵌まり込むことで、ディテントレバー28が目標レンジの回転角で保持されて、スプール弁16のスプール34の位置が目標レンジの位置で保持されるようになっている。これらディテントレバー28とディテントバネ36とからスプール弁16の操作量(スプール34の操作位置)を各レンジの位置に係合保持するためのディテント機構38(節度機構)が構成されている。
On the other hand, a
Pレンジでは、パーキングロッド29がロックレバー31に接近する方向に移動して、円錐体30の太い部分がロックレバー31を押し上げてロックレバー31の凸部31aがパーキングギヤ33に嵌まり込んでパーキングギヤ33をロックした状態となり、それによって、自動変速機12の出力軸(駆動輪)がロックされた状態(パーキング状態)に保持される。
In the P range, the
一方、Pレンジ以外のレンジでは、パーキングロッド29がロックレバー31から離れる方向に移動して、円錐体30の太い部分がロックレバー31から抜け出てロックレバー31が下降し、それによって、ロックレバー31の凸部31aがパーキングギヤ33から外れてパーキングギヤ33のロックが解除され、自動変速機12の出力軸が回転可能な状態(走行可能な状態)に保持される。
On the other hand, in ranges other than the P range, the
次に、図3及び図4に基づいてモータ14の構成を説明する。本実施例では、モータ14として、例えばスイッチトリラクタンスモータ(SRモータ)が用いられている。このモータ14は、ステータコア51とロータ52が共に突極構造を持つモータで、永久磁石が不要で構造が簡単であるという利点がある。円筒状のステータコア51の内周部には、例えば12個の突極51aが等間隔に形成され、これに対して、ロータ52の外周部には、例えば8個の突極52aが等間隔に形成され、ロータ52の回転に伴い、ロータ52の各突極52aがステータコア51の各突極51aと微小ギャップを介して順番に対向するようになっている。ステータコア51の12個の突極51aには、2系統(a系統とb系統)の駆動コイル53,54のU相、V相、W相の各巻線が対称な位置に巻回されている。尚、ステータコア51とロータ52の突極51a,52aの数は適宜変更しても良いことは言うまでもない。以下の説明では、一方の系統(a系統)の駆動コイル53の「U相」、「V相」、「W相」をそれぞれ「Ua相」、「Va相」、「Wa相」と表記し、他方の系統(b系統)の駆動コイル54の「U相」、「V相」、「W相」をそれぞれ「Ub相」、「Vb相」、「Wb相」と表記する。
Next, the configuration of the
2系統の駆動コイル53,54の各相の巻線の巻回順序は、ステータコア51の12個の突極51aに対して、例えば、Ua相→Va相→Wa相→Ua相→Va相→Wa相→Ub相→Vb相→Wb相→Ub相→Vb相→Wb相の順序で巻回されている。図4に示すように、Ua相、Va相、Wa相の合計6個の巻線と、Ub相、Vb相、Wb相の合計6個の巻線は、2系統の駆動コイル53,54を構成するように結線されている。一方の駆動コイル53は、Ua相、Va相、Wa相の合計6個の巻線をY結線して構成され(同じ相の2個の巻線はそれぞれ直列に接続されている)、他方の駆動コイル54は、Ub相、Vb相、Wb相の合計6個の巻線をY結線して構成されている(同じ相の2個の巻線はそれぞれ直列に接続されている)。2つの駆動コイル53,54は、Ua相とUb相が同時に通電され、Va相とVb相が同時に通電され、Wa相とWb相が同時に通電される。
The winding sequence of each phase of the two drive coils 53 and 54 is, for example, Ua phase → Va phase → Wa phase → Ua phase → Va phase with respect to the 12
図4に示すように、2系統の駆動コイル53,54は、車両に搭載されたバッテリ23を電源として、それぞれ別個のモータドライバ55,56によって駆動される。このように、駆動コイル53,54とモータドライバ55,56をそれぞれ2系統ずつ設けることで、一方の系統が故障しても、他方の系統でモータ12を回転させることができるようになっている。
As shown in FIG. 4, the two systems of drive coils 53 and 54 are driven by
図4に示すモータドライバ55,56の回路構成例では、各相毎にトランジスタ等のスイッチング素子57を1個ずつ設けたユニポーラ駆動方式の回路構成としているが、各相毎にスイッチング素子を2個ずつ設けたバイポーラ駆動方式の回路構成を採用しても良い。尚、本発明は、駆動コイルとモータドライバをそれぞれ1系統ずつ設けた構成としても良いことは言うまでもない。
In the circuit configuration example of the
モータ14には、ロータ52の回転角度を検出するためのエンコーダ61(図5参照)が設けられている。このエンコーダ61は、例えば磁気式のロータリエンコーダにより構成されており、その具体的な構成は、図6及び図7に示すように、N極とS極が円周方向に交互に等ピッチで着磁された円環状のロータリマグネット62がロータ52の側面に同軸状に固定され、このロータリマグネット62に対向する位置に、2個のホールIC等の磁気検出素子63,64が配置された構成となっている。
The
本実施例では、ロータリマグネット62のN極とS極の着磁ピッチが7.5°に設定されている。このロータリマグネット62の着磁ピッチ(7.5°)は、モータ12の励磁1回当たりのロータ52の回転角度と同じに設定されている。例えば、1−2相励磁方式でモータ12の通電相の切り換えを6回行うと、全ての通電相の切り換えが一巡してロータ52とロータリマグネット62が一体的に7.5°×6=45°回転する。このロータリマグネット62の45°の回転角度範囲に存在するN極とS極の数は、合計6極となっている。
In this embodiment, the magnetization pitch of the N pole and S pole of the
このロータリマグネット62に対して2個の磁気検出素子63,64が次のような位置関係で配置されている。A相信号を出力する磁気検出素子63とB相信号を出力する磁気検出素子64は、ロータリマグネット62の着磁部分(N,S)に対向し得る位置の同一円周上に配置されている。A相信号とB相信号を出力する2個の磁気検出素子63,64の間隔は、図8(a)に示すように、A相信号とB相信号の位相差が、電気角で90°(機械角で3.75°)となるように設定されている。ここで、“電気角”はA相・B相信号の発生周期を1周期(360°)とした場合の角度で、“機械角”は機械的な角度(ロータ52の1回転を360°とした場合の角度)であり、A相信号の立ち下がり(立ち上がり)からB相信号の立ち下がり(立ち上がり)までにロータ52が回転する角度がA相信号とB相信号の位相差の機械角に相当する。
各磁気検出素子63,64の出力は、N極と対向したときにハイレベル“1”となり、S極と対向したときにローレベル“0”となる。
Two
The outputs of the
本実施例では、レンジ切換ECU20がA相信号とB相信号の立ち上がり/立ち下がりの両方のエッジをカウントして、そのエンコーダカウント値に応じてモータ14の通電相を切り換えることでロータ52を回転駆動する。この際、A相信号とB相信号の発生順序によってロータ52の回転方向を判定し、正回転(Pレンジ→Dレンジの回転方向)ではエンコーダカウント値をカウントアップし、逆回転(Dレンジ→Pレンジの回転方向)ではエンコーダカウント値をカウントダウンする。これにより、ロータ52が正回転/逆回転のいずれの方向に回転しても、エンコーダカウント値とロータ52の回転角度との対応関係が維持されるため、正回転/逆回転のいずれの回転方向でも、エンコーダカウント値によってロータ52の回転角度を検出して、その回転角度に対応した相の巻線に通電してロータ52を回転駆動する。
In this embodiment, the
図8(b)は、1−2相励磁方式でロータ52を逆回転方向(Dレンジ→Pレンジの回転方向)に回転させたときのエンコーダ61の出力波形と通電相の切換パターンを示している。逆回転方向(Dレンジ→Pレンジの回転方向)と正回転方向(Pレンジ→Dレンジの回転方向)のいずれの場合も、ロータ52が7.5°回転する毎に1相通電と2相通電とを交互に切り換えるようになっており、ロータ52が45°回転する間に、例えば、U相通電→UW相通電→W相通電→VW相通電→V相通電→UV相通電の順序で通電相の切り換えを一巡するようになっている。この際、2系統の駆動コイル53,54の各相の巻線は、同時に通電される。
FIG. 8B shows an output waveform of the
そして、この通電相の切り換え毎に、ロータ32が7.5°ずつ回転して、A相、B相信号用の磁気検出素子63,64に対向するロータリマグネット62の磁極がN極→S極又はS極→N極に変化してA相信号とB相信号のレベルが交互に反転し、それによって、ロータ52が7.5°回転する毎に、エンコーダカウント値が2ずつカウントアップ(又はカウントダウン)する。尚、本明細書では、A相、B相信号がハイレベル“1”となることを、A相、B相信号が出力されると言う場合がある。
Each time this energized phase is switched, the
このようなエンコーダ61付きのモータ14でレンジ切換制御を行う場合は、目標レンジがPレンジからDレンジ方向又はその反対方向に切り換えられる毎に、ロータ52を回転駆動して、エンコーダカウント値に基づいてモータ14の通電相を順次切り換えることでロータ52を目標回転角度に向かって回転駆動するフィードバック制御(以下「F/B制御」と表記する)を実行し、エンコーダカウント値が目標回転角度に応じて設定された目標カウント値に到達した時点で、ロータ52が目標回転角度に到達したと判断してF/B制御を終了し、ロータ52を目標回転角度で停止させるようにしている。
When range switching control is performed by such a
ところで、エンコーダカウント値は、レンジ切換ECU20のRAM71に記憶されるため、レンジ切換ECU20の電源がオフされると、エンコーダカウント値の記憶データが消えてしまう。また、電源オフ中にモータ14が外力等で回転しても、その回転角度を検出できない。これらの事情により、電源投入後にエンコーダカウント値と実際のロータ52の回転角度との関係を調べて、エンコーダカウント値と通電相との対応関係を学習する通電相学習処理が必要となる。
By the way, since the encoder count value is stored in the
そこで、本実施例では、レンジ切換ECU20は、特許請求の範囲でいう学習手段として機能し、電源投入直後の初期駆動時に1−2相励磁方式でモータ14の通電相の切り換えを所定のタイムスケジュールで一巡させることで、いずれかの通電相でロータ52の回転角度と通電相とを一致させて該ロータ52を回転駆動し、エンコーダ61のA相信号とB相信号のエッジをカウントして、初期駆動終了時のエンコーダカウント値とロータ52の回転角度と通電相との対応関係を通電相学習値として学習する通電相学習処理を実行し、その後の通常駆動時に、エンコーダカウント値と通電相学習値とに基づいて通電相を決定するようにしている。
Therefore, in this embodiment, the
この通電相学習処理は、具体的には次のようにして行われる。
例えば、Pレンジでレンジ切換ECU20に電源が投入されたときに通電相学習処理を行う場合は、例えば、W相通電→UW相通電→U相通電→UV相通電→V相通電→VW相通電の順序で通電相の切り換えを所定のタイムスケジュールで一巡し、ロータ52を正回転方向(Pレンジ→Dレンジの回転方向)に駆動する。
Specifically, this energized phase learning process is performed as follows.
For example, when the energized phase learning process is performed when the power is supplied to the
一方、Dレンジでレンジ切換ECU20に電源が投入されたときに通電相学習処理を行う場合は、例えば、V相通電→UV相通電→U相通電→UW相通電→W相通電→VW相通電の順序で通電相の切り換えを所定のタイムスケジュールで一巡し、ロータ52を逆回転方向(Dレンジ→Pレンジの回転方向)に駆動する。
On the other hand, when the energized phase learning process is performed when the power is supplied to the
このように、初期駆動時に通電相の切り換えを一巡させれば、初期駆動が終了するまでに、いずれかの通電相で必ずロータ52の回転角度と通電相とが一致して、それ以後、通電相の切り換えに同期してロータ52が回転して、このロータ52の回転に同期してエンコーダ61からA相信号とB相信号が出力されるようになる。
In this way, if the energized phase is switched once during the initial drive, the rotation angle of the
この初期駆動中に、エンコーダ61のA相信号とB相信号の立ち上がり/立ち下がりの両方のエッジをカウントする。従って、初期駆動終了時のエンコーダカウント値を見れば、初期駆動が終了するまでにロータ52が実際に通電相の切り換えに同期して回転した角度(回転量)が分かり、それによって、初期駆動終了時のエンコーダカウント値とロータ22の回転角度と通電相との対応関係が分かる。
During this initial drive, both the rising and falling edges of the A-phase signal and B-phase signal of the
初期駆動の最後の通電相は、常にVW相(2相通電)となるが、エンコーダカウント値は、必ずしも一定値になるとは限らない。初期駆動終了後のF/B制御時には、エンコーダカウント値に基づいて通電相が決定されるため、初期駆動によるエンコーダカウント値のずれを修正しないと、F/B制御時に正しい通電相を選択することができない。 The last energized phase of the initial drive is always the VW phase (2-phase energization), but the encoder count value is not necessarily a constant value. During F / B control after the end of initial drive, the energized phase is determined based on the encoder count value. Therefore, if the deviation of the encoder count value due to initial drive is not corrected, the correct energized phase should be selected during F / B control. I can't.
そこで、本実施例では、初期駆動終了時のエンコーダカウント値を通電相学習値として学習し、その後のF/B制御時にエンコーダカウント値を通電相学習値で補正することで、初期駆動終了時のエンコーダカウント値と通電相(ロータ32の回転角度)とのずれを補正して、F/B制御時に正しい通電相を選択できるようにしている。 Therefore, in this embodiment, the encoder count value at the end of the initial drive is learned as the energized phase learning value, and the encoder count value is corrected with the energized phase learned value during the subsequent F / B control. Deviation between the encoder count value and the energized phase (rotation angle of the rotor 32) is corrected so that the correct energized phase can be selected during F / B control.
ところで、F/B制御中は、エンコーダカウント値、通電相学習値、目標回転角度(目標カウント値)のデータがレンジ切換ECU20のRAM71(図4、図5参照)に記憶されるが、モータ14を目標回転角度へF/B制御する途中でレンジ切換ECU20が瞬時停電やノイズ等によりリセットされると、リセット前にRAM71に記憶されたエンコーダカウント値、通電相学習値、目標回転角度のデータも全てリセットされる。
By the way, during the F / B control, encoder count value, energized phase learning value, and target rotation angle (target count value) data are stored in the RAM 71 (see FIGS. 4 and 5) of the
そこで、エンコーダカウント値、通電相学習値、目標回転角度(目標カウント値)のデータを、レンジ切換ECU20のリセット時でも記憶データを保持する書き替え可能な不揮発性の記憶手段であるバックアップRAM72(図4、図5参照)に記憶することが考えられるが、レンジ切換ECU20のリセット中にモータ14が慣性等で回転しても、その回転角度を検出できない(エンコーダ61のパルス信号をカウントできない)ため、リセット前に記憶した通電相学習値やエンコーダカウント値をリセット後に使用することはできず、リセット後に通電相学習処理を再実行する必要がある。このため、リセット後にF/B制御によりモータ14を目標回転角度に回転駆動しようとすると、通電相学習処理のために目標回転角度への切り替えが遅れてしまう。
Therefore, the backup RAM 72 (see FIG. 5), which is a rewritable non-volatile storage means that retains the stored data of the encoder count value, energized phase learning value, and target rotation angle (target count value) even when the
また、前述した特許文献1の請求項5のように、モータ14を目標回転角度(目標レンジ)へ回転駆動する途中でレンジ切換ECU20がリセットされた場合に、リセット後の起動時に、出力軸センサ46で検出した回転角度を目標回転角度にセットすると、リセット後の目標回転角度がリセット前の目標回転角度と異なる値(リセット後の起動時の回転角度)に設定されてしまい、モータ14をリセット前に設定した本来の目標回転角度へ回転駆動できない(図9参照)。
Further, as in claim 5 of
そこで、本実施例では、目標回転角度(目標レンジ)と現時点のモータ駆動情報(モータ14の駆動中であるか否かを示すモータ駆動フラグの値)をバックアップRAM72に記憶しておき、図9に示すように、F/B制御によりモータ14を目標回転角度へ回転駆動する途中でレンジ切換ECU20がリセットされて再起動したときに、バックアップRAM72から読み出したモータ駆動情報に基づいてリセット時にモータ14の駆動中であったか否かを判定し、リセット時にモータ14の駆動中であった場合は、エンコーダカウント値を使用せずにオープンループ制御によりモータ14の通電相を順次切り換えて出力軸センサ46の検出値(検出レンジ)がバックアップRAM72から読み出した目標回転角度に相当する値(目標レンジ)になるまでモータ14を回転駆動する。
Therefore, in this embodiment, the target rotation angle (target range) and the current motor drive information (the value of the motor drive flag indicating whether or not the
オープンループ制御によりモータ14を正回転方向(Pレンジ→Dレンジの回転方向)に駆動する場合は、例えば、W相通電→UW相通電→U相通電→UV相通電→V相通電→VW相通電の順序で通電相の切り換えを繰り返し、モータ14を逆回転方向(Dレンジ→Pレンジの回転方向)に駆動する場合は、例えば、V相通電→UV相通電→U相通電→UW相通電→W相通電→VW相通電の順序で通電相の切り換えを繰り返す。オープンループ制御開始時に最初の通電相は、予め決められた所定の通電相であっても良いし、或は、F/B制御中に通電相を切り換える毎にその通電相をバックアップRAM72に更新憶しておき、レンジ切換ECU20のリセット後の起動時に、バックアップRAM72に記憶されているリセット時の通電相を読み込んで、これをオープンループ制御開始時の最初の通電相としても良い。
When driving the
オープンループ制御中は、上記のような1相通電と2相通電とを交互に切り換える1−2相励磁方式で駆動しても良いし、1相通電のみで駆動する1相励磁方式、又は、2相通電のみで駆動する2相励磁方式を採用しても良い。このオープンループ制御によりモータ14の回転角度がバックアップRAM72から読み出した目標回転角度に到達したことを出力軸センサ46の検出値で確認した後に、通電相学習処理(初期駆動)を再実行する。
以上説明した本実施例のモータ14の制御は、レンジ切換ECU20によって図10及び図11の各ルーチンに従って実行される。以下、各ルーチンの処理内容を説明する。
During open loop control, it may be driven by the 1-2 phase excitation method that alternately switches between the one-phase energization and the two-phase energization as described above, or the one-phase excitation method that is driven only by the one-phase energization, or You may employ | adopt the two-phase excitation system driven only by two-phase electricity supply. After confirming that the rotation angle of the
The control of the
[バックアップRAM記憶処理ルーチン]
図10のバックアップRAM記憶処理ルーチンは、レンジ切換ECU20の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、シフトレンジ検出装置21の出力信号に基づいて目標レンジ(運転者がシフトレバーの操作により選択したシフトレンジ)が切り換えられたか否かを判定し、目標レンジが切り換えられたと判定されれば、ステップ102に進み、目標レンジをバックアップRAM72に更新記憶し、目標レンジが切り換えられていないと判定されれば、上記ステップ102の処理を飛び越す。これにより、目標レンジが切り換えられる毎に、目標レンジがバックアップRAM72に更新記憶される。
[Backup RAM storage processing routine]
The backup RAM storage processing routine of FIG. 10 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the
この後、ステップ103に進み、モータ14の駆動中であるか否かを判定し、モータ14の駆動中であれば、ステップ104に進み、バックアップRAM72に記憶するモータ駆動フラグをモータ14の駆動中を意味する「1」にセットし、モータ14の停止中であれば、ステップ105に進み、バックアップRAM72に記憶するモータ駆動フラグをモータ14の停止中を意味する「0」にセットする。
Thereafter, the process proceeds to step 103 to determine whether or not the
[モータ制御ルーチン]
図11のモータ制御ルーチンは、レンジ切換ECU20の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ201で、レンジ切換ECU20のリセット復帰時であるか否かを判定し、リセット復帰時ではないと判定されれば、ステップ202に進み、通電相学習処理前(初期駆動前)であるか否かを判定し、通電相学習処理前であれば、ステップ203に進み、通電相学習処理ルーチン(図示せず)を実行して通電相学習値を求め、通電相学習処理済みであれば、上記ステップ203の処理を飛び越す。
[Motor control routine]
The motor control routine of FIG. 11 is repeatedly executed at a predetermined period during the power-on period of the
この後、ステップ204に進み、通常モータ制御ルーチン(図示せず)を実行する。これにより、目標レンジが切り換えられたときに、通電相学習値で補正したエンコーダカウント値に基づいてモータ14の通電相を順次切り換えてモータ14を回転駆動するF/B制御を実行し、エンコーダカウント値が目標レンジに応じて設定された目標カウント値に到達した時点で、目標レンジに到達したと判断してF/B制御を終了する。
Thereafter, the routine proceeds to step 204 where a normal motor control routine (not shown) is executed. Thus, when the target range is switched, the F / B control for rotating the
このF/B制御の途中で、レンジ切換ECU20が瞬時停電やノイズ等によりリセットされると、その時点で、F/B制御も中止される。この場合は、リセット復帰時に本ルーチンが起動されたときに、上記ステップ201で「Yes」と判定されて、ステップ205に進み、バックアップRAM72に記憶された目標レンジとモータ駆動フラグの値を読み込み、次のステップ206で、モータ駆動フラグが「1」であるか否かで、リセット時にモータ14の駆動中であったか否かを判定し、モータ駆動フラグ=0(リセット時にモータ14の停止中)であれば、以降の処理を行わずに本ルーチンを終了する。
If the
一方、上記ステップ206で、モータ駆動フラグ=1(リセット時にモータ14の駆動中)と判定されれば、ステップ207に進み、エンコーダカウント値を使用せずにオープンループ制御によりモータ14の通電相を順次切り換えてモータ14を回転駆動する。そして、通電相を切り換える毎に、ステップ208に進み、出力軸センサ46で検出した実レンジが目標レンジに到達したか否かを判定し、まだ実レンジが目標レンジに到達していなければ、上記ステップ207に戻って、オープンループ制御によるモータ14の回転駆動を続ける。その後、出力軸センサ46で検出した実レンジが目標レンジに到達した時点で、ステップ208からステップ209に進み、通電相学習処理ルーチン(図示せず)を実行して通電相学習値を求める。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した本実施例では、目標レンジとモータ駆動フラグの値をバックアップRAM72に記憶しておき、F/B制御によりモータ14を目標回転角度へ回転駆動する途中でレンジ切換ECU20がリセットされて再起動したときに、バックアップRAM72から読み出したモータ駆動フラグの値に基づいてリセット時にモータ14の駆動中であったか否かを判定し、リセット時にモータ14の駆動中であった場合は、エンコーダカウント値を使用せずにオープンループ制御によりモータ14の通電相を順次切り換えて出力軸センサ46の検出レンジがバックアップRAM72から読み出した目標レンジに一致するまでモータ14を回転駆動するようにしたので、リセット後の再起動時に通電相学習処理を再実行せずにモータ14を目標レンジに相当する目標回転角度まで速やかに回転駆動することができる。
In the present embodiment described above, the target range and the value of the motor drive flag are stored in the
尚、本実施例では、リセット時にモータ14の駆動中であったか否かを判定するためにバックアップRAM72にモータ駆動フラグ(モータ駆動情報)を記憶するようにしたが、例えば、リセット後の再起動時の出力軸センサ46の検出レンジがバックアップRAM72から読み出した目標レンジに一致しているか否かを判定して、出力軸センサ46の検出レンジが目標レンジと異なれば、リセット時にモータ14の駆動中であったと判断して、オープンループ制御によりモータ14の通電相を順次切り換えて出力軸センサ46の検出レンジがバックアップRAM72から読み出した目標レンジに一致するまでモータ14を回転駆動するようにしても良い。この場合は、バックアップRAM72にモータ駆動フラグ(モータ駆動情報)を記憶する必要はない。
In this embodiment, the motor drive flag (motor drive information) is stored in the
尚、エンコーダ61は、磁気式のエンコーダに限定されず、例えば、光学式のエンコーダやブラシ式のエンコーダを用いても良い。
また、出力軸センサ46は、モータ14の減速機構50の出力軸25の回転角度に応じた電圧を出力する回転センサ(例えばポテンショメータ)に限定されず、例えば、P、R、N、Dの各レンジに対応する位置に固定接点を設けて、出力軸25と一体的に回転する可動接点がいずれかのレンジの固定接点に接触することで、P、R、N、Dの各レンジを検出するようにしても良い。
The
Further, the
また、モータ14は、SRモータに限定されず、エンコーダのパルス信号のカウント値に基づいてロータの回転角度を検出してモータの通電相を順次切り換えるブラシレス型の同期モータであれば、SRモータ以外の同期モータを用いても良い。
Further, the
その他、本発明は、レンジ切換装置に限定されず、SRモータ等のブラシレス型の同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に広く適用して実施できることは言うまでもない。 In addition, the present invention is not limited to the range switching device, and needless to say, the present invention can be widely applied to various position switching devices using a brushless type synchronous motor such as an SR motor as a drive source.
11…エンジン、12…自動変速機、13…油圧制御弁、14…モータ、15…レンジ切換機構、16…スプール弁、17…変速制御ECU、20…レンジ切換ECU(学習手段,制御手段)、21…シフトレンジ検出装置、22…エンジンECU、23…バッテリ(電源)、28…ディテントレバー、29…パーキングロッド、31…ロックレバー、33…パーキングギヤ、35…凹部、36…ディテントバネ、37…係合部、38…ディテント機構、43…スタータ、46…出力軸センサ(出力軸回転角度検出手段)、51…ステータコア、52…ロータ、53,54…駆動コイル、55,56…モータドライバ、61…エンコーダ、62…ロータリマグネット、63…A相信号用の磁気検出素子、64…B相信号用の磁気検出素子、72…バックアップRAM(記憶手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine, 12 ... Automatic transmission, 13 ... Hydraulic control valve, 14 ... Motor, 15 ... Range switching mechanism, 16 ... Spool valve, 17 ... Shift control ECU, 20 ... Range switching ECU (learning means, control means), DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータの出力軸の回転角度又はそれに相関する情報を検出する出力軸回転角度検出手段と、
前記制御手段がリセットされたときでも記憶データを保持する書き替え可能な不揮発性の記憶手段とを備え、
前記記憶手段には前記目標回転角度を記憶し、
前記制御手段は、前記モータを前記目標回転角度へ回転駆動する途中で前記制御手段がリセットされて再起動したときには、前記エンコーダカウント値を使用せずにオープンループ制御により前記モータの通電相を順次切り換えて前記出力軸回転角度検出手段の検出値が前記記憶手段から読み出した前記目標回転角度に相当する値になるまで前記モータを回転駆動することを特徴とするモータ制御装置。 Correspondence between the encoder that outputs a pulse signal in synchronization with the rotation of the motor that rotates the controlled object, the count value of the pulse signal of the encoder (hereinafter referred to as “encoder count value”), the rotation angle of the motor, and the energized phase Learning means for learning a relationship as an energized phase learning value; and control means for driving the motor to a target rotation angle by sequentially switching the energized phase of the motor based on the encoder count value and the energized phase learned value. In the motor control device provided,
Output shaft rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the output shaft of the motor or information correlated therewith;
Rewritable non-volatile storage means for holding stored data even when the control means is reset,
The storage means stores the target rotation angle,
When the control unit is reset and restarted while the motor is rotationally driven to the target rotation angle, the control unit sequentially sets the energized phases of the motor by open loop control without using the encoder count value. A motor control apparatus that switches and drives the motor until the value detected by the output shaft rotation angle detection means reaches a value corresponding to the target rotation angle read from the storage means.
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