JP2015129582A - 制御装置、および、これを用いたシフトバイワイヤシステム - Google Patents

Abstract

【課題】基準位置の学習精度が高く、基準位置学習に関する機能の異常を検出可能な制御装置を提供する。
【解決手段】電流制限回路７５は、電流検出回路７４により検出される電流値の平均値が所定の範囲内となるよう、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限する。ＭＰＵ８０は、電流制限回路７５により巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限しつつ、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置で停止するまでモータ２０を回転させ、モータ２０の基準位置を学習する。また、ＭＰＵ８０は、自動変速機３のシフトレンジが、基準位置学習を行うシフトレンジ以外の非学習レンジである間に基準位置学習制御が実施されるとき、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達しない場合、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動を制御する制御装置、および、これを用いたシフトバイワイヤシステムに関する。

従来、車両制御の分野において、車両状態を変化させるアクチュエータを車両の運転者の指令によってバイワイヤ制御回路により電気制御するバイワイヤシステムが知られている。例えば特許文献１には、運転者の指令によってシフトレンジを切り替えるシフトバイワイヤシステムが開示されている。このシステムでは、ブラシレスモータを有するアクチュエータの駆動を制御することにより、シフトレンジ切替装置内のディテントプレートを回転駆動し、シフトレンジを切り替えている。

特許文献１のシフトバイワイヤシステムでは、モータの回転に同期して所定角度毎にエンコーダが出力するパルス信号のカウント値に基づき、モータを目標レンジに対応する目標回転位置に回転させることにより、シフトレンジを目標レンジに切り替えている。また、特許文献１のシフトバイワイヤシステムでは、シフトレンジの切り替え制御を開始する前、すなわち、モータの通常の駆動制御を開始する前、ディテントプレートが可動範囲の限界位置で停止するまでモータを回転させることによりモータの基準位置を学習する基準位置学習制御を行っている。基準位置を学習することにより前記限界位置とモータの基準位置とが一致し、以後、モータを目標回転位置に回転させる通常の駆動制御が可能になる。

特開２００４−３０８７５２号公報

ところで、基準位置学習制御を行うとき、モータの巻線の各相に流れる電流を電圧に応じたデューティー比で制御するシステムでは、電圧が同じであっても、温度変化や経時変化などによる巻線抵抗の変化によってモータの巻線の各相に流れる電流の値が変化してモータのトルクが変化し、基準位置の学習精度が低下する場合がある。この点に関し、特許文献１のシステムでは何ら考慮されていない。よって、特許文献１のシステムでは、温度変化や経時変化など、条件の変化により基準位置の学習精度が低下するおそれがある。

そこで、基準位置学習制御を行うとき、モータの巻線の各相に流れる電流の和の値が所定の範囲内となるよう巻線に流れる電流を制限すれば、温度変化や経時変化などによる各相の電流値の変化が抑制され、条件の変化にかかわらず基準位置の学習精度が向上すると考えられる。しかしながら、モータの巻線の各相に流れる電流の和の値を検出する手段、および、巻線に流れる電流を制限する手段を物理的な回路などで構成する場合、当該回路が故障すると、基準位置を正しく学習できなくなるおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基準位置の学習精度が高く、基準位置学習に関する回路の異常を検出可能な制御装置、および、これを用いたシフトバイワイヤシステムを提供することにある。

本発明は、複数の相の巻線を有し駆動対象を回転駆動することによって変速機のシフトレンジを切り替え可能なモータを制御する制御装置であって、スイッチング手段と、制御部と、電流検出回路と、電流制限回路と、基準位置学習手段と、シフトレンジ判定手段と、異常判定手段とを備えている。
スイッチング手段は、巻線の各相に対応するよう複数設けられ、オン作動することにより対応する巻線への通電を許容し、オフ作動することにより対応する巻線への通電を遮断する。制御部は、スイッチング手段のオンオフ作動を制御することにより、モータの駆動を制御する。

電流検出回路は、巻線およびスイッチング手段を流れる電流の値である電流値を検出する。電流制限回路は、電流検出回路により検出される電流値の平均値が所定の範囲内となるよう、巻線およびスイッチング手段を流れる電流を制限する。基準位置学習手段は、巻線およびスイッチング手段を流れる電流を電流制限回路により制限しつつ、駆動対象が可動範囲の限界位置で停止するまでモータを回転させ、モータの基準位置を学習する。

シフトレンジ判定手段は、変速機のシフトレンジを判定する。全てのシフトレンジのうち、モータの基準位置を学習するシフトレンジを除くシフトレンジを非学習レンジとすると、異常判定手段は、変速機のシフトレンジが非学習レンジであるとシフトレンジ判定手段により判定されている間に基準位置学習手段による基準位置の学習が実施されるとき、駆動対象が可動範囲の限界位置に到達しない場合、電流検出回路および電流制限回路の少なくとも一方の異常を判定する。

このように構成することで、モータの基準位置を学習するとき、電流検出回路により検出される電流値に基づき、巻線およびスイッチング手段を流れる電流が電流制限回路により制限されつつ、モータが回転駆動されるため、温度変化や経時変化などによる各相の電流値の変化、および、モータのトルクの変化が抑制される。そのため、本発明によれば、温度変化や経時変化など、条件の変化にかかわらず基準位置の学習精度を向上させることができる。

また、本発明によれば、電流検出回路および電流制限回路の一方、または両方が故障することによって、駆動対象を前記限界位置に位置させるために必要なトルクを発生させることができない異常が生じていることを、異常判定手段により検出可能である。これにより、電流検出回路または電流制限回路に異常が発生している状態で基準位置の学習が行われるのを回避することができる。したがって、基準位置の学習が正しく行われなかったことによりモータが誤作動したり、制御不能になったりするのを防ぐことができる。

本発明の一実施形態による電子制御ユニットが適用されたシフトバイワイヤシステムを示す模式図である。 図１のシフトレンジ切替装置を示す斜視図である。 図１の電子制御ユニットのＭＰＵによるモータの制御に関する処理を示すフローチャートである。 図１の電子制御ユニットのＭＰＵによる電流検出回路および電流制限回路の異常検出に関する処理を説明するフローチャートである。 図１の電子制御ユニットのＭＰＵによる電流検出回路および電流制限回路の異常検出に関する処理を説明するタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による制御装置としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）、および、これを用いたシフトバイワイヤシステムを図１に示す。シフトバイワイヤシステム１は、アクチュエータ１０、シフトレンジ切替装置３０、ＥＣＵ６０などを備えている。シフトバイワイヤシステム１は、例えば自動変速機３とともに車両に搭載され、車両の運転者の指令に基づきアクチュエータ１０およびシフトレンジ切替装置３０を駆動させることにより、バイワイヤ制御で自動変速機３のシフトレンジを切り替える。

アクチュエータ１０は、ハウジング１１、モータ２０、エンコーダ１２、減速機１３、および、出力軸１４などを有している。
本実施形態では、モータ２０は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）であり、永久磁石を用いることなく駆動力を発生する３相駆動型のブラシレスモータである。モータ２０は、ステータ２１、巻線２２、ロータ２３、および、モータ軸２４などを有している。

ステータ２１は、ハウジング１１内で固定されている。巻線２２は、ステータ２１の突極に巻き回されるようにして複数設けられている。各巻線２２は、モータ２０の複数の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応している。ロータ２３は、ステータ２１の内側で回転可能に設けられており、径方向外側に突き出す突極を周方向で等間隔に複数形成している。モータ軸２４は、ロータ２３と一体に設けられ、ハウジング１１により回転可能に支持されている。

このように構成されたモータ２０では、各相の巻線２２への通電が順次切り替えられると、ステータ２１に回転磁界が生じ、ロータ２３が回転する。
モータ２０は、車両の電源としてのバッテリ２から電力を供給されることにより回転する。ＥＣＵ６０は、バッテリ２から各相の巻線２２への通電を切り替えることにより、モータ２０の駆動を制御する。

エンコーダ１２は、ロータ２３と一体に回転する磁石、および、ハウジング１１に固定された基板に実装され、磁石と対向配置されて磁石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ＩＣなどにより構成されている。本実施形態では、エンコーダ１２は、インクリメンタル型であり、モータ２０（ロータ２３）の回転角の変化分に応じてＡ相、Ｂ相のパルス信号を出力する。

減速機１３は、モータ２０のモータ軸２４の回転運動を減速して出力軸１４から出力し、シフトレンジ切替装置３０に伝達する。シフトレンジ切替装置３０は、減速機１３から出力された回転駆動力をマニュアルバルブ４、および、パーキングロック機構５０へ伝達する（図２参照）。

図２に示すように、シフトレンジ切替装置３０は、マニュアルシャフト３１、ディテントプレート３２およびディテントスプリング３４などを有している。
マニュアルシャフト３１は、アクチュエータ１０の出力軸１４に接続され、モータ２０の回転駆動力によって回転駆動される。ディテントプレート３２は、マニュアルシャフト３１から径方向外側に突き出すように設けられ、マニュアルシャフト３１に固定されている。ディテントプレート３２は、特許請求の範囲に記載の「駆動対象」に対応している。

ディテントプレート３２には、マニュアルシャフト３１と平行な方向へ突出するピン３３が設けられている。ピン３３は、マニュアルバルブ４の軸方向において当該マニュアルバルブ４の端部と係合可能である。そのため、ディテントプレート３２がマニュアルシャフト３１とともに回転すると、マニュアルバルブ４は軸方向へ移動する。すなわち、シフトレンジ切替装置３０は、アクチュエータ１０の回転運動を直線運動に変換してマニュアルバルブ４に伝達する。

ディテントプレート３２は、外縁部に凹部４１、４２、４３、４４を有している。凹部４１は、ディテントプレート３２の回転方向の一方側に形成されている。凹部４４は、ディテントプレート３２の回転方向の他方側に形成されている。凹部４２、４３は、凹部４１と凹部４４との間に形成されている。本実施形態では、凹部４１は、自動変速機３のシフトレンジのうち「Ｐレンジ」に対応して形成されている。凹部４２は、「Ｒレンジ」に対応して形成されている。凹部４３は、「Ｎレンジ」に対応して形成されている。凹部４４は、「Ｄレンジ」に対応して形成されている。

ディテントスプリング３４は、弾性変形可能な板状部材であり、先端に規制部としてのディテントローラ３５を有している。ディテントスプリング３４は、ディテントローラ３５をディテントプレート３２の回動中心（マニュアルシャフト３１）に付勢している。ディテントプレート３２に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング３４は撓むようにして弾性変形し、ディテントローラ３５は各凹部４１〜４４間に形成される凸部を乗り越えて隣接する他の凹部４１〜４４へ移動する。そのため、アクチュエータ１０によってマニュアルシャフト３１が回転されることにより、マニュアルバルブ４の軸方向の位置、および、パーキングロック機構５０の状態が変化し、自動変速機３のシフトレンジが変更される。

ディテントローラ３５が凹部４１、４２、４３、４４のいずれかに嵌り込むことでディテントプレート３２の回転を規制することにより、マニュアルバルブ４の軸方向の位置、および、パーキングロック機構５０の状態が決定される。これにより、自動変速機３のシフトレンジが固定される。このように、ディテントプレート３２およびディテントローラ３５は、所謂「節度機構」として機能する。

本実施形態では、シフトレンジが「Ｐレンジ」側から「Ｒレンジ」、「Ｎレンジ」および「Ｄレンジ」側へ切り替わるときにアクチュエータ１０の出力軸１４が回転する方向を、正回転方向と定義する。一方、シフトレンジが「Ｄレンジ」側から「Ｎレンジ」、「Ｒレンジ」および「Ｐレンジ」側へ切り替わるときにアクチュエータ１０の出力軸１４が回転する方向を、逆回転方向と定義する。

図２は、シフトレンジが「Ｄレンジ」であるとき、すなわち、「Ｐレンジ」以外のレンジであるときのパーキングロック機構５０の状態を示している。この状態では、パーキングギア５４は、パーキングロックポール５３によってロックされていない。そのため、自動変速機３の回転は妨げられない。この状態から、アクチュエータ１０の出力軸１４が逆回転方向に回転すると、ディテントプレート３２を介してロッド５１が図２に示す矢印Ｘの方向に押され、ロッド５１の先端に設けられたテーパ部５２がパーキングロックポール５３を図２に示す矢印Ｙの方向に押し上げる。これにより、パーキングロックポール５３がパーキングギア５４に噛み合い、パーキングギア５４がロックされる。その結果、自動変速機３の回転が規制された状態となる。このとき、ディテントスプリング３４のディテントローラ３５はディテントプレート３２の凹部４１に嵌り込んだ状態（ディテントローラ３５が凹部４１の中心に位置する状態）であり、自動変速機３の実際のシフトレンジ（以下、「実レンジ」という。）は「Ｐレンジ」である。

次に、ＥＣＵ６０について詳細に説明する。
図１に示すように、ＥＣＵ６０は、演算手段としてのＭＰＵ８０、記憶手段としてのＲＡＭおよびＲＯＭ、各種回路、ならびに、入出力手段などを有する小型のコンピュータである。ＥＣＵ６０は、車両に搭載された各種センサからの信号、ならびに、ＲＯＭおよびＲＡＭに格納されたデータなどに基づき、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従って各種装置および機器類を制御する。ＥＣＵ６０は、車両の電源であるバッテリ２に電気的に接続されており、このバッテリ２から供給される電力によって作動する。

具体的には、ＥＣＵ６０は、リレー６５、ＭＯＳ６１、６２、６３、リレー駆動回路７１、ＭＯＳ駆動回路７２、エンコーダ検出回路７３、電流検出回路７４、電流制限回路７５、ＭＰＵ８０などを備えている。

リレー６５は、バッテリ２とモータ２０との間に設けられている。リレー６５は、オン作動することによりバッテリ２からモータ２０への電力の供給を許容し、オフ作動することによりバッテリ２からモータ２０への電力の供給を遮断する。
リレー駆動回路７１は、リレー６５に接続している。リレー駆動回路７１は、リレー６５に対しオン信号を出力することによりリレー６５をオン作動させ、オン信号の出力を止めることによりリレー６５をオフ作動させる。

ＭＯＳ６１、６２、６３は、例えばＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であり、モータ２０の巻線２２の各相に対応するよう計３つ設けられている。ＭＯＳ６１のドレイン端子には、Ｕ相の巻線２２が接続されている。ＭＯＳ６２のドレイン端子には、Ｖ相の巻線２２が接続されている。ＭＯＳ６３のドレイン端子には、Ｗ相の巻線２２が接続されている。ＭＯＳ６１、６２、６３の各ソース端子は、合流箇所Ｐ１で互いに接続されている。合流箇所Ｐ１は、抵抗７６を介してバッテリ２の低電位側、すなわちグランドに接続されている。

ＭＯＳ駆動回路７２は、ＭＯＳ６１、６２、６３のゲート端子に接続している。ＭＯＳ駆動回路７２は、ＭＯＳ６１、６２、６３のゲート端子にオン信号（駆動信号）を出力することによりＭＯＳ６１、６２、６３をオン作動させ、オン信号の出力を止めることによりＭＯＳ６１、６２、６３をオフ作動させる。

エンコーダ検出回路７３は、エンコーダ１２に接続している。エンコーダ検出回路７３は、モータ２０（ロータ２３）の回転角の変化分に応じてエンコーダ１２が出力するＡ相、Ｂ相のパルス信号を検出可能である。当該パルス信号は、ＭＰＵ８０へ出力される。
電流検出回路７４は、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流が合流する箇所である合流箇所Ｐ１に接続しており、合流箇所Ｐ１を流れる電流の値である電流値を検出可能である。当該電流値を表す信号は、電流制限回路７５およびＭＰＵ８０へ出力される。

電流制限回路７５は、電流検出回路７４およびＭＯＳ駆動回路７２に接続している。電流制限回路７５は、電流検出回路７４により検出される電流値の平均値が所定の範囲内となるようＭＯＳ駆動回路７２を制御することにより、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限することができる。

ＭＰＵ８０は、種々の演算を行う半導体チップであり、概念的な機能部としてリレー制御手段、ＭＯＳ制御手段、回転検出手段、初期駆動手段、目標レンジ設定手段、通常駆動手段、基準位置学習手段、実レンジ検出手段、シフトレンジ判定手段、および異常判定手段を有している。
リレー制御手段は、リレー駆動回路７１を制御することによりリレー６５のオンオフ状態を制御可能である。

ＭＯＳ制御手段は、ＭＯＳ６１、６２、６３に対する駆動信号を算出し、算出した駆動信号がＭＯＳ駆動回路７２から出力されるようＭＯＳ駆動回路７２を制御することにより、ＭＯＳ６１、６２、６３のオンオフ状態を制御可能である。リレー６５がオン状態であるとき、ＭＯＳ６１がオン状態に制御されると、Ｕ相の巻線２２に電流が流れる。また、ＭＯＳ６２がオン状態に制御されると、Ｖ相の巻線２２に電流が流れる。また、ＭＯＳ６３がオン状態に制御されると、Ｗ相の巻線２２に電流が流れる。

ＭＰＵ８０およびＭＯＳ駆動回路７２は、ＭＯＳ６１、６２、６３のオンオフ作動を制御することによりモータ２０の駆動を制御可能であり、特許請求の範囲に記載の「制御部」に対応している。
回転検出手段は、エンコーダ１２から出力されたパルス信号に応じてカウント用の値（パルス信号カウント値）を減少（カウントダウン）または増大（カウントアップ）させ、モータ２０（ロータ２３）の回転状態を検出可能である。これにより、モータ２０を脱調させることなく高速回転させることができる。

初期駆動手段は、車両電源のオン毎（シフトバイワイヤシステム１の起動毎）に、モータ２０の励磁通電相学習（エンコーダ１２から出力されたパルス信号に応じたカウント値と通電相の同期）のための初期駆動制御を行う。この初期駆動制御により、アクチュエータ１０の回転を適切に制御できるようになる。

セレクタセンサ６は、車両の運転者がセレクタ５を操作することにより指令したシフトレンジ（以下、「指令レンジ」という。）を検出する。当該指令レンジを表す信号は、ＭＰＵ８０へ出力される。
目標レンジ設定手段は、セレクタセンサ６から出力された指令レンジを表す信号に基づき、目標レンジを設定する。本実施形態では、目標レンジは、セレクタセンサ６の信号、ブレーキの信号、および、車速センサの信号などに基づき設定される。

通常駆動手段は、パルス信号カウント値に基づきステータ２１に対するロータ２３の回転位置を検出しつつ、モータ２０の巻線２２の通電相が順次切り替わるようにＭＯＳ制御手段に指令することによって、ロータ２３を目標回転位置まで回転駆動し、自動変速機３のシフトレンジを目標レンジに切り替える通常駆動制御を行う。これにより、自動変速機３の実レンジが、運転者の意図するシフトレンジに切り替わる。

ここで、本実施形態のエンコーダ１２は、インクリメンタル型のエンコーダであるため、モータ２０（ロータ２３）の相対的な回転位置しか検出することができない。そのため、モータ２０を回転させることでシフトレンジを所望のシフトレンジに切り替えるにあたっては、モータ２０の絶対位置に対応する基準位置を学習し、ディテントプレート３２の可動範囲（回転可能範囲）の限界位置と基準位置とを一致させておく必要がある。モータ２０の基準位置を学習した後は、基準位置と所定回転量（制御定数）とに基づき所望のシフトレンジに対応するモータ２０の回転位置を演算により求め、当該演算により求めた回転位置となるようモータ２０を回転させることで、実レンジを所望のシフトレンジに切り替えることができる。

基準位置学習手段は、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置で停止するまでモータ２０を回転させてモータ２０の基準位置を学習する基準位置学習制御を行う。本実施形態では、上記可動範囲の限界位置は、ＰレンジまたはＤレンジに対応する位置である。また、基準位置学習手段は、３相の巻線２２のうち２相に通電しつつ通電相を順次切り替える「２相通電方式」によってモータ２０（ロータ２３）が回転するようＭＯＳ制御手段に指令する。また、基準位置学習手段は、モータ２０の回転が停止して所定の待機時間が経過したときのエンコーダ１２からのパルス信号カウント値に基づき、基準位置を学習する。基準位置学習制御を行うとき、ディテントローラ３５がＰレンジに対応する凹部４１の壁部またはＤレンジに対応する凹部４４の壁部に突き当たるようモータ２０を回転させることから、基準位置学習制御を「壁当て学習制御」または「突き当て学習制御」などということがある。以降、基準位置学習が行われるシフトレンジ、すなわち上記限界位置に対応するシフトレンジを「学習レンジ」と記載し、また、学習レンジ以外のシフトレンジ（本実施形態の場合はＮレンジ、Ｒレンジ）を「非学習レンジ」と記載する。

実レンジ検出手段は、基準位置学習制御が行われた後において、基準位置と、所定回転量と、エンコーダ１２からのパルス信号カウント値（モータ２０の回転位置）とに基づく演算により、実レンジを間接的に検出することができる。本実施形態では、実レンジ検出手段は、ディテントプレート３２の各シフトレンジ（Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ）に対応する凹部４１、４２、４３、４４のそれぞれの範囲内にディテントローラ３５の中心が位置するときのモータ２０の回転位置に基づき、対応する実レンジを検出可能である。

ところで、基準位置学習制御が行われるとき、モータ２０の巻線２２の各相に流れる電流を電圧に応じたデューティー比で制御する場合、電圧が同じであっても、温度変化や経時変化などによる巻線抵抗の変化によってモータ２０の巻線２２の各相に流れる電流の値が変化してモータ２０のトルクが変化し、基準位置の学習精度が低下するおそれがある。

そこで、基準位置学習手段は、モータ２０を回転させるとき、合流箇所Ｐ１を流れる電流の電流値の平均値が所定の範囲内となるよう、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を電流制限回路７５により制限する。これにより、温度変化や経時変化などによる各相の電流値の変化が抑制され、条件にかかわらず基準位置の学習精度が向上する。本実施形態では、上記所定の範囲の下限値の電流が巻線２２に流れることによって発生するトルクは、自動変速機３のシフトレンジが非学習レンジから学習レンジまで到達可能なように設定されている。

出力軸センサ８は、アクチュエータ１０の減速機１３の出力軸１４の回転位置に応じた信号を出力する回転位置センサである。ＭＰＵ８０は、出力軸センサ８から出力される信号に基づき、実レンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを確認することができる。
シフトレンジ判定手段は、シフトバイワイヤシステム１の起動直後、出力軸センサ８から出力される信号に基づき実レンジを判定する。

異常判定手段は、シフトレンジ判定手段により実レンジが非学習レンジであると判定されている間に基準位置学習手段による基準位置の学習が開始されるとき、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達しない場合、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定する。本実施形態では、異常判定手段は、基準位置学習手段による基準位置の学習が開始してから所定時間が経過するまでの間に、出力軸センサ８から出力される信号が学習レンジに対応する信号に変わらない場合、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定する。上記所定時間は、電流制限回路７５により合流箇所Ｐ１を流れる電流の電流値の平均値が所定の範囲内に制限されるとき、電流値の平均値が上記所定の範囲の下限値であった場合、自動変速機３のシフトレンジが非学習レンジから学習レンジに到達するまでにかかる時間に所定の余裕時間を加えた値に設定されている。当該異常が判定されると、例えば表示装置７の警告灯の表示などによって、シフトバイワイヤシステム１に異常が生じていることが運転者に通知され、また通常駆動手段による通常駆動制御が禁止される。
異常判定手段は、ディテントプレート３２が所定時間内に可動範囲の限界位置に到達した場合に電流検出回路７４および電流制限回路７５が正常であると判定する正常判定手段としても機能する。

次に、ＭＰＵ８０によるモータ２０の制御について、図３に基づき説明する。
図３に示す一連の処理Ｓ１００は、イグニッションスイッチがオン、すなわち、車両電源がオンされ、シフトバイワイヤシステム１が起動すると開始される。

Ｓ１０１では、ＭＰＵ８０は、初期異常診断を行う。具体的には、ＭＰＵ８０は、例えばリレー６５などのシフトバイワイヤシステム１の各部に異常が発生していないか否かを診断する。異常が検出された場合、例えば表示装置７の警告灯の表示などによって、シフトバイワイヤシステム１に異常が生じていることが運転者に通知される。Ｓ１０１の後、処理はＳ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、ＭＰＵ８０は、初期駆動制御を行う。これにより、アクチュエータ１０（モータ２０）の回転を適切に制御できるようになる。Ｓ１０２の後、処理はＳ１０３へ移行する。
Ｓ１０３では、ＭＰＵ８０は、基準位置学習制御を行う。これにより、ディテントプレート３２の可動範囲の限界位置と基準位置とが一致し、以後、モータ２０の通常駆動制御が可能な状態となる。なお、ＭＰＵ８０は、Ｓ１０３で基準位置の学習を行うとき、電流制限回路７５により巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限しつつモータ２０を回転させる。Ｓ１０３の後、処理はＳ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、ＭＰＵ８０は、通常駆動制御を開始する。これにより、自動変速機３のシフトレンジが、運転者の意図するシフトレンジに変更される。
イグニッションスイッチがオフされると、処理は一連の処理Ｓ１００を抜ける。

次に、ＭＰＵ８０による電流検出回路７４および電流制限回路７５の異常検出に関する処理について、図４のフローチャートに基づき説明する。
図４に示す一連の処理Ｓ２００は、イグニッションスイッチがオン、すなわち、車両電源がオンされ、シフトバイワイヤシステム１が起動すると開始される。

Ｓ２０１では、ＭＰＵ８０は、出力軸センサ８から出力される信号に基づき、実レンジが非学習レンジであるか否かを判定する。Ｓ２０１の判定が肯定された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、処理はＳ２０２へ移行する。一方、Ｓ２０１の判定が否定された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ２００を抜ける。

Ｓ２０２では、ＭＰＵ８０は、基準位置学習制御が開始したか否かが判定される。本実施形態では、シフトバイワイヤシステム１の起動時の実レンジが非学習レンジ（ＮレンジまたはＲレンジ）であったとき、システム起動後に指令レンジが学習レンジ（ＰレンジまたはＤレンジ）に一致した場合に基準位置学習制御が実施される。Ｓ２０２の判定が肯定された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、処理はＳ２０３へ移行する。一方、Ｓ２０２の判定が否定された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、処理はＳ２０２を繰り返す。

Ｓ２０３では、ＭＰＵ８０は、異常を判定するまでの時間を計測するためのタイマである異常判定タイマによる時間計測を開始する。Ｓ２０３の後、処理はＳ２０４へ移行する。

Ｓ２０４では、ＭＰＵ８０は、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達したか否かを判定する。本実施形態では、出力軸センサ８から出力される信号が学習レンジに対応する信号に変わった場合、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達したと判定され、また、出力軸センサ８から出力される信号が学習レンジに対応する信号に変わらない場合、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達していないと判定される。Ｓ２０４の判定が肯定された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、処理は一連の処理Ｓ２００を抜ける。一方、Ｓ２０４の判定が否定された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、処理はＳ２０５へ移行する。

Ｓ２０５では、ＭＰＵ８０は、異常判定タイマのタイマ値が所定時間Ｔ１以上か否かが判定される。Ｓ２０５の判定が肯定された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、処理はＳ２０６へ移行する。一方、Ｓ２０５の判定が否定された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、処理はＳ２０４へ戻る。

Ｓ２０６では、ＭＰＵ８０は、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定し、例えば表示装置７に警告灯を表示させる等によって、シフトバイワイヤシステム１に異常が生じていることを運転者に通知するとともに、通常駆動手段による通常駆動制御を禁止する。Ｓ２０６の後、処理は一連の処理Ｓ２００を抜ける。

次に、ＭＰＵ８０による電流検出回路７４および電流制限回路７５の異常検出に関する処理について、図５のタイムチャートに基づき説明する。
図５の時間ｔ０は、シフトバイワイヤシステム１の起動時である。時間ｔ０において、指令レンジおよび実レンジは共にＮレンジである。時間ｔ０において図４に示す処理Ｓ２００が開始されると、その開始直後に図４のＳ２０１の判定が肯定される。

図５の時間ｔ１には、指令レンジがＰレンジに変更されている。時間ｔ１直後の時間ｔ２には、基準位置学習制御が開始される。基準位置学習制御が開始されると、図４のＳ２０２の判定が肯定される。
正常時には、図５中に実線で示すように、時間ｔ２から所定時間Ｔ１が経過しないうちに時間ｔ３において実レンジがＰレンジに切り替えられる。実レンジがＰレンジに切り替えられると、図４のＳ２０４の判定が肯定される。

これに対し、電流検出回路７４および電流制限回路７５の一方、または両方が異常であり、ディテントプレート３２を回転させるだけのトルクが発生しない場合、図５中に二点鎖線で示すように、時間ｔ２から所定時間Ｔ１が経過しても実レンジがＰレンジに切り替わらない。これにより、所定時間Ｔ１が経過した時間ｔ４において、図４のＳ２０５の判定が肯定され、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定される。

以上説明したように、本実施形態は、ディテントプレート３２を回転駆動することによって自動変速機３のシフトレンジを切り替え可能なモータ２０を制御するＥＣＵ６０であって、ＭＯＳ６１、６２、６３、ＭＰＵ８０、ＭＯＳ駆動回路７２、電流検出回路７４および電流制限回路７５を備えている。

ＭＯＳ６１、６２、６３は、巻線２２の各相に対応するよう設けられ、オン作動することにより対応する巻線２２への通電を許容し、オフ作動することにより対応する巻線２２への通電を遮断する。ＭＰＵ８０およびＭＯＳ駆動回路７２は、ＭＯＳ６１、６２、６３のオンオフ作動を制御することにより、モータ２０の駆動を制御する。電流検出回路７４は、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流が合流する箇所である合流箇所Ｐ１に接続するよう設けられ、合流箇所Ｐ１を流れる電流の値である電流値を検出する。電流制限回路７５は、電流検出回路７４により検出される電流値の平均値が所定の範囲内となるよう、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限する。

ＭＰＵ８０は、概念的な機能部として基準位置学習手段、シフトレンジ判定手段および異常判定手段を備えている。基準位置学習手段は、電流制限回路７５により巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流を制限しつつ、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置で停止するまでモータ２０を回転させ、モータ２０の基準位置を学習する。

シフトレンジ判定手段は、自動変速機３のシフトレンジを判定する。異常判定手段は、自動変速機３のシフトレンジが非学習レンジであるとシフトレンジ判定手段により判定されている間に基準位置学習手段による基準位置の学習が実施されるとき、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達しない場合、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定する。

このように構成することで、モータ２０の基準位置を学習するとき、電流検出回路７４により検出される電流値に基づき、巻線２２およびＭＯＳ６１、６２、６３を流れる電流が電流制限回路７５により制限されつつ、モータ２０が回転駆動されるため、温度変化や経時変化などによる各相の電流値の変化、および、モータ２０のトルクの変化が抑制される。そのため、本実施形態によれば、温度変化や経時変化など、条件の変化にかかわらず基準位置の学習精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、電流検出回路７４および電流制限回路７５の一方、または両方が故障することによって、ディテントプレート３２を学習レンジに対応する位置に位置させるために必要なトルクを発生させることができない異常が生じていることを、ＭＰＵ８０により検出可能である。これにより、電流検出回路７４または電流制限回路７５に異常が発生している状態で基準位置の学習が行われるのを回避することができる。したがって、基準位置の学習が正しく行われなかったことによりモータ２０が誤作動したり、制御不能になったりするのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、ＭＰＵ８０の異常判定手段は、基準位置学習制御が開始してから所定時間が経過するまでの間にディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達しない場合、電流検出回路７４および電流制限回路７５の少なくとも一方が異常であると判定する。このように、比較的簡単な処理により電流検出回路７４および電流制限回路７５の異常検出を行うため、処理に要する時間を短縮することができるとともに、ＭＰＵ８０の処理負荷を抑制することができる。また、異常判定手段は、ディテントプレート３２が所定時間内に可動範囲の限界位置に到達したことをもって、電流検出回路７４および電流制限回路７５が正常であると判定することができる。

また、本実施形態では、ＭＰＵ８０の異常判定手段は、ディテントプレート３２の回転位置を検出可能な出力軸センサ８が出力する信号に基づき、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達したか否かを判断する。そのため、ディテントプレート３２が可動範囲の限界位置に到達したか否かの判断を正確に行うことができる。また、車両既存の出力軸センサ８を使用して異常判定が行われるため、システムを簡素で安価に構成することができる。

また、本実施形態では、前記所定の範囲の下限値の電流が巻線２２に流れることによって発生するトルクは、自動変速機３のシフトレンジが非学習レンジから学習レンジまで到達可能なように設定されている。そのため、ＭＰＵ８０の異常判定手段による異常判定の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、シフトバイワイヤシステム１は、上述のＥＣＵ６０と、ＥＣＵ６０により制御されるモータ２０と、モータ２０により回転駆動されることによって自動変速機３のシフトレンジを切り替え可能なディテントプレート３２とを備えている。本実施形態では、上述のＥＣＵ６０により、温度変化や経時変化等、条件の変化にかかわらず基準位置の学習精度を向上させることができる。また、電流検出回路７４および電流制限回路７５の異常を検出することにより、モータ２０が誤作動すること、および、モータ２０が制御不能になることを回避できる。よって、本実施形態のＥＣＵ６０は、シフトバイワイヤシステム１の制御に用いるのに好適である。

（他の実施形態）
前述の実施形態では、シフトバイワイヤシステムの起動直後、出力軸センサから出力される信号に基づき実レンジを判定する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば、車両の電源が切れるときの実レンジを、車両の電源が切れても記憶を保持する記憶手段に記憶させ、当該記憶手段の記憶に基づきシフトバイワイヤシステムの起動直後に実レンジを判定することとしてもよい。

また、前述の実施形態では、出力軸センサから出力される信号に基づき、ディテントプレートが可動範囲の限界位置に到達したか否かを判断していた。これに対し、本発明の他の実施形態では、モータの回転を検出するエンコーダの出力信号に基づき、ディテントプレートが可動範囲の限界位置に到達したか否かを判断することとしてもよい。具体的には、例えば、実レンジがＮレンジからＰレンジまで変化するときのパルス信号カウント値の変化量を予め求めておき、パルス信号カウント値が上記変化量だけ変化したか否かに基づき、ディテントプレートが可動範囲の限界位置に到達したか否かを判断することとしてもよい。この場合であっても、モータ制御に用いられる既存のエンコーダを使用して異常判定が行われるため、システムを簡素で安価に構成することができる。

また、前述の実施形態では、ＥＣＵが基準位置学習制御を実施するとき用いる「可動範囲の限界位置」は、Ｐレンジに対応する位置およびＤレンジに対応する位置であった。これに対し、本発明の他の実施形態では、「可動範囲の限界位置」は、他のシフトレンジに対応する位置であってもよいし、１つの位置であってもよい。例えば、ディテントプレートの外縁部の複数の凹部が、回転方向において順に「Ｐレンジ」、「Ｒレンジ」、「Ｎレンジ」、「Ｄレンジ」に対応して形成される場合、「可動範囲の限界位置」は、「Ｐレンジ」に対応する位置のみであってもよいし、「Ｄレンジ」に対応する位置のみであってもよい。

また、前述の実施形態では、基準位置学習制御を行うとき、３相の巻線のうち２相に通電しつつ通電相を順次切り替える「２相通電方式」によりモータを回転させる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、基準位置学習制御を行うとき、例えば、３相の巻線のうち１相に通電する１相通電と２相に通電する２相通電とを交互に切り替える「１−２相通電方式」によりモータを回転させることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、例えば４相以上の巻線を有するモータを制御対象としてもよい。また、制御対象のモータとしては、エンコーダの出力信号（パルス信号）に基づきモータの回転位置を検出し通電相を切り替えるのであれば、スイッチトリラクタンスモータに限らず、他のブラシレスの同期モータであってもよい。

また、上述の実施形態では、モータの相対的な回転位置を検出するエンコーダとして、磁気式のエンコーダを用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば、光学式またはブラシ式のエンコーダを用いることとしてもよい。また、エンコーダは、Ａ相、Ｂ相のパルス信号を出力するものに限らず、例えば、Ａ相、Ｂ相に加え、補正用（インデックス用）のＺ相信号を出力するものを用いてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、制御装置は、電源からモータへの電力の供給を許容または遮断するリレーを備えていなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ディテントプレートの凹部は、いくつ形成されていてもよい。すなわち、本発明を適用可能な自動変速機のレンジの数は４つに限らない。

本発明によるシフトバイワイヤシステムは、上述の実施形態と同様に「Ｐ」、「Ｒ」、「Ｎ」、「Ｄ」の４ポジションを切り替える無段変速機（ＣＶＴ）やハイブリッド車の自動変速機の他、「Ｐ」または「ｎｏｔＰ」の２ポジションを切り替える、電気自動車もしくはハイブリッド車のパーキング機構等のレンジ切替に用いることもできる。

また、上述の実施形態では、マニュアルシャフトと一体のディテントプレートに形成された複数の凹部とディテントローラとにより「節度機構」を構成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、複数の凹部とディテントローラとからなる「節度機構」を例えばアクチュエータ内の減速機近傍等に設けることとしてもよい。また、駆動対象の回転位置を所定の位置に保持可能であれば、凹部とディテントローラとからなる「節度機構」に限らず、他の構成による「節度機構」を備えることとしてもよい。

また、本発明の制御装置は、シフトレンジ切替装置に限らず、ブラシレスの同期モータを駆動源とする各種切替装置に適用することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。

２０・・・モータ
２２・・・巻線
３２・・・ディテントプレート（駆動対象）
６０・・・ＥＣＵ（電子制御ユニット、制御装置）
６１、６２、６３・・・ＭＯＳ（スイッチング手段）
７２・・・ＭＯＳ駆動回路（制御部）
７４・・・電流検出回路
７５・・・電流制限回路
８０・・・ＭＰＵ（制御部、基準位置学習手段、シフトレンジ判定手段、異常判定手段）

Claims (5)

1. 複数の相の巻線（２２）を有し駆動対象（３２）を回転駆動することによって変速機（３）のシフトレンジを切り替え可能なモータ（２０）を制御する制御装置（６０）であって、
   前記巻線の各相に対応するよう複数設けられ、オン作動することにより対応する前記巻線への通電を許容し、オフ作動することにより対応する前記巻線への通電を遮断するスイッチング手段（６１、６２、６３）と、
   前記スイッチング手段のオンオフ作動を制御することにより、前記モータの駆動を制御する制御部（７２、８０）と、
   前記巻線および前記スイッチング手段を流れる電流の値である電流値を検出する電流検出回路（７４）と、
   前記電流値の平均値が所定の範囲内となるよう、前記巻線および前記スイッチング手段を流れる電流を制限する電流制限回路（７５）と、
   前記巻線および前記スイッチング手段を流れる電流を前記電流制限回路により制限しつつ、前記駆動対象が可動範囲の限界位置で停止するまで前記モータを回転させ、前記モータの基準位置を学習する基準位置学習手段（８０）と、
   前記変速機のシフトレンジを判定するシフトレンジ判定手段（８０）と、
   全てのシフトレンジのうち、前記モータの基準位置を学習するシフトレンジを除くシフトレンジを非学習レンジとすると、前記変速機のシフトレンジが前記非学習レンジであると前記シフトレンジ判定手段により判定されている間に前記基準位置学習手段による前記基準位置の学習が開始されるとき、前記駆動対象が可動範囲の前記限界位置に到達しない場合、前記電流検出回路および前記電流制限回路の少なくとも一方が異常であると判定する異常判定手段（８０）と、
   を備える制御装置。
2. 前記異常判定手段は、前記基準位置学習手段による前記基準位置の学習が開始されてから所定時間が経過するまでの間に前記駆動対象が可動範囲の前記限界位置に到達しない場合、前記電流検出回路および前記電流制限回路の少なくとも一方が異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記異常判定手段は、前記駆動対象の回転位置または前記モータの回転角を検出可能な回転検出手段（８、１２）が出力する信号に基づき、前記駆動対象が可動範囲の前記限界位置に到達したか否かを判断することを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記所定の範囲の下限値の電流が前記巻線に流れることによって発生するトルクは、前記変速機のシフトレンジが前記非学習レンジから前記限界位置に対応するシフトレンジまで到達可能なように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置（６０）と、
   前記制御装置により制御される前記モータ（２０）と、
   前記モータにより回転駆動されることによって前記変速機のシフトレンジを切り替え可能な前記駆動対象（３２）と、
   を備えるシフトバイワイヤシステム（１）。

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