JP2017011814A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達機構のバックラッシュ量を容易かつ正確に定量化することができる制御装置を提供する。
【解決手段】定量化手段１０は、第１位置設定手段１１と、第２位置設定手段１２と、算出手段１３とを備える。第１位置設定手段１１は、回転機のロータを第１の方向に回転させて出力軸を制限位置まで回転させた後にロータを第１の方向と逆の第２の方向に回転させて出力軸を制限位置から第１の基準位置まで回転させたときのロータの位置を第１位置として記憶する。第２位置設定手段１２は、ロータを第２の方向に回転させて出力軸を第１の基準位置から第２の基準位置にまで回転させた後に前記ロータを前記第１の方向に回転させて出力軸を第１の基準位置まで戻したときのロータの位置を第２位置として記憶する。算出手段１３は、第１位置と第２位置との差分からバックラッシュ量を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転機と動力伝達機構とを備えたアクチュエータを制御する制御装置に関する。

従来から、同期回転機の回転角度をインクリメンタル型エンコーダによって検出する回転角度検出装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。また、自動変速機のシフトレンジをモータ等からなるアクチュエータを介して切り替えるシフト切換機構の制御に関する発明や、自動変速機のシフトレンジ切替装置に関する発明が知られている（下記特許文献２及び３を参照）。

特開２００４−１２２９９号公報 特開２００８−１２１７１３号公報 特許第４１８７６１９号公報

特許文献１から３に記載されているような装置は、モータの動力を、例えば、減速機等、歯車やその他の構成部品を含む動力伝達機構を介して出力軸に出力する。このような動力伝達機構を含む装置では、例えば、歯車間のバックラッシュやその他の構成部品間の寸法公差による隙間等に起因するバックラッシュ量を有している。

例えば、モータのロータが一方向に回転すると、動力伝達機構の歯車等が互いに係合してロータの回転動力が伝達され、動力伝達機構の出力軸が回転する。しかし、動力伝達機構は、出力軸とロータとの間の動力伝達経路に、歯車間のバックラッシュやその他の構成部品間の隙間等を有している。そのため、動力伝達機構は、前記のように歯車等が互いに係合した状態から、モータのロータの回転方向が逆方向へ切り替えられると、歯車等がバックラッシュや隙間を詰めるように逆方向に回転又は移動して互いに係合するまでの間、出力軸にモータの回転動力を伝達することができない。

このように、モータを一方向に回転させたときの動力を出力軸に伝達可能な状態から、モータの回転方向を切り替え、再びモータの動力を出力軸に伝達可能な状態になるまでの動力伝達機構の遊びを、バックラッシュ量と定義することができる。バックラッシュ量は、例えば、動力伝達機構の歯車やその他の構成部品の摩耗等によって継時的に変化するため、定量化が困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、動力伝達機構のバックラッシュ量を容易かつ正確に定量化することができる制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の制御装置は、回転機と該回転機の回転動力を出力軸に伝達する動力伝達機構とを備えたアクチュエータの制御装置であって、前記動力伝達機構のバックラッシュ量を定量化する定量化手段を備え、前記定量化手段は、前記回転機のロータを第１の方向に回転させて前記出力軸を制限位置まで回転させた後に前記ロータを前記第１の方向と逆の第２の方向に回転させて前記出力軸を前記制限位置から第１の基準位置まで回転させたときの前記ロータの位置を第１位置として記憶する第１位置設定手段と、前記ロータを前記第２の方向に回転させて前記出力軸を前記第１の基準位置から第２の基準位置まで回転させた後に前記ロータを前記第１の方向に回転させて前記出力軸を前記第１の基準位置まで戻したときの前記ロータの位置を第２位置として記憶する第２位置設定手段と、前記第１位置と前記第２位置との差分から前記バックラッシュ量を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の制御装置によれば、アクチュエータが備える動力伝達機構のバックラッシュ量を容易かつ正確に定量化することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置とアクチュエータの概略的な構成図。 図１に示す動力伝達機構に含まれる歯車の概略的な断面図。 （ａ）は図２に示す歯車の拡大図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面矢視図。 図１に示す制御装置が備える定量化手段の構成を示すブロック図。 図４に示す定量化手段の処理フローを示すフロー図。 図３に示す歯車の状態と図５に示す制御フローとの関係を示す概念的な説明図。

以下、本発明の制御装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置１と、該制御装置１によって制御されるアクチュエータ１００の概略的な構成図である。制御装置１は、例えば、アクチュエータ１００を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御装置１及びアクチュエータ１００は、例えば、車両用自動変速機の電動シフトレンジ切替機構、又は車両の電動パーキングロック切替機構等の一部を構成するものである。

アクチュエータ１００は、例えば、回転機としてのモータ１０１と、動力伝達機構１０２と、モータ位置センサ１０３と、出力軸角度センサ１０４とを備えている。モータ１０１は、制御装置１からの通電指示、具体的には、ドライバ回路４からの通電によって駆動され、励磁コイルへの通電によりロータ１０１ａに回転出力を発生させる電動モータである。動力伝達機構１０２は、ロータ１０１ａの回転動力を歯車やその他の構成部品を介して出力軸１０２ａに伝達する機構であり、例えば、ロータ１０１ａの回転動力を増幅して出力軸１０２ａに伝達する複数の歯車を備えた減速機である。動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａは、該出力軸１０２ａの回転を規制する規制部材２００によって、第１の方向、例えば逆転方向の回転角度が規制位置までに制限されている。

より詳細には、規制部材２００は、例えば、出力軸１０２ａに固定されて出力軸１０２ａと一体に回転する可動部と、出力軸１０２ａに固定されず、可動部に当接して可動部の可動範囲を規定する当接部とを有する。すなわち、出力軸１０２ａが第１の方向、例えば逆転方向に回転して可動部が当接部の一方の壁面に当接すると、出力軸１０２ａの逆転方向の回転が規制される。また、出力軸１０２ａが第１の方向と逆の第２の方向、例えば正転方向に回転して可動部が当接部の他方の壁面に当接すると、出力軸１０２ａの正転方向の回転が規制される。なお、規制部材２００の当接部は、出力軸１０２ａの可動範囲の少なくとも一方に、可動部と当接して出力軸１０２ａの回転量を規制することができるように設けられていればよい。

モータ位置センサ１０３は、例えば、各相のコイルに順次通電されて回転するロータ１０１ａの位置を検出して制御装置１に出力するエンコーダであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に設置されたホール素子であってもよい。出力軸角度センサ１０４は、例えば、動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａの回転角度を検出して制御装置１に出力する出力軸角度検出手段であり、リニアな特性を持ったインダクティブセンサであってもよい。

制御装置１は、例えば、マイコン２と、電流検出回路３と、ドライバ回路４と、インターフェース回路５ａ，５ｂとを備える。マイコン２は、例えば、インターフェース回路５ａを介して取得したモータ位置センサ１０３からのロータ１０１ａの位置情報と、インターフェース回路５ｂを介して取得した出力軸角度センサ１０４からの出力軸１０２ａの角度情報とにより、ドライバ回路４によるモータ１０１への通電モードを切替えるなどの処理を行う。

マイコン２は、例えば、メモリ等の電子部品によって構成された記憶部２ａと、ＣＰＵ等の電子部品によって構成された演算制御部２ｂとを備える。記憶部２ａは、例えば、モータ位置センサ１０３及び出力軸角度センサ１０４の検出値を記憶する。演算制御部２ｂは、記憶部２ａ、電流検出回路３、ドライバ回路４、及び、インターフェース回路５ａ，５ｂ等を制御するとともに、後述する動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱ（図６を参照）を算出する。

電流検出回路３は、例えば、ドライバ回路４に流れる電流値、すなわちモータ駆動電流を測定する。ドライバ回路４は、マイコン２からの通電指示によりモータ１０１へ電流を通電することで、ロータ１０１ａの回転及び停止を制御する。インターフェース回路５ａ，５ｂは、それぞれ、モータ位置センサ１０３、出力軸角度センサ１０４から出力された信号を処理してマイコン２へ入力する。

以下、アクチュエータ１００が備える動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱについて、図２及び図３を用いて説明する。図２は、図１に示す動力伝達機構１０２に含まれる歯車の概略的な断面図である。図３（ａ）は、図２に示す歯車の拡大断面図である。図３（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面の矢視図である。

動力伝達機構１０２が備える複数の歯車、例えば外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃは、互いに噛合う歯の間にバックラッシュＢを有している。また、動力伝達機構１０２が歯車以外の構成部品を有する場合には、当該構成部品の寸法公差等により当該構成部品間に僅かな隙間を有している。そのため、例えば、図２及び図３に示す例において、外歯車１０２ｂがモータ１０１のロータ１０１ａに連結されている場合、ロータ１０１ａの回転により外歯車１０２ｂが回転すると、外歯車１０２ｂの歯が内歯車１０２ｃの歯に係合し、ロータ１０１ａの回転動力が外歯車１０２ｂを介して内歯車１０２ｃに伝達される。

そして、内歯車１０２ｃが動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａに連結されている場合、内歯車１０２ｃの回転によって出力軸１０２ａが回転する。また、モータ１０１のロータ１０１ａと動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａとの間に、他の歯車やその他の構成部品が存在する場合には、ロータ１０１ａの回転動力がその他の歯車やその他の構成部品を介して最終的に出力軸１０２ａに伝達されることで、出力軸１０２ａが回転する。しかし、動力伝達機構１０２は、例えば、図３（ｂ）に示すように、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃとの間にバックラッシュＢを有している。また、動力伝達機構１０２がその他の歯車や構成物品を有する場合には、その他の歯車間のバックラッシュＢや構成物品間の寸法公差による隙間を有している。

モータ１０１のロータ１０１ａが第１の方向に回転して、ロータ１０１ａの回転動力が動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａに伝達されているときは、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃ及びその他の歯車や構成部品が互いに係合している。しかし、ロータ１０１ａの回転方向が第１の方向と逆の第２の方向へ切り替えられると、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に二点鎖線で示すように、外歯車１０２ｂが内歯車１０２ｃとの間のバックラッシュＢを詰めるように回転する。また、動力伝達機構１０２がその他の歯車や構成物品を有する場合には、その他の歯車間又はその他の構成部品間でも同様に、歯車や構成部品がバックラッシュＢや隙間を詰めるように回転又は移動する。

このとき、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃは、外歯車１０２ｂが内歯車１０２ｃに対して回転して互いに係合するまでの間は、ロータ１０１ａの回転動力を動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａに伝達することができない。また、その他の歯車間、又はその他の構成部品間でも同様に、歯車や構成部品がバックラッシュＢや隙間を詰めるように回転または移動して互いに係合するまでの間は、ロータ１０１ａの回転動力を動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａに伝達することができない。

このように、モータ１０１のロータ１０１ａを一方向に回転させたときにロータ１０１ａの動力を出力軸１０２ａに伝達可能な状態から、ロータ１０１ａの回転方向を切り替えて再びロータ１０１ａの動力を出力軸１０２ａに伝達可能な状態になるまでの動力伝達機構１０２の遊びを、バックラッシュ量ＢＱと定義することができる。例えば、図２及び図３に示す例において、外歯車１０２ｂがモータ１０１のロータ１０１ａに直結され、内歯車１０２ｃが動力伝達機構１０２の出力軸１０２ａに直結されていると仮定すると、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃとの間のバックラッシュＢが、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱとなる。

また、動力伝達機構１０２がその他の歯車又はその他の構成部品を備える場合には、これらの歯車間のバックラッシュＢや構成部品間の隙間の合計がバックラッシュ量ＢＱとなる。バックラッシュ量ＢＱは、例えば、動力伝達機構１０２の歯車やその他の構成部品の摩耗等によって継時的に変化するため、定量化が困難である。そこで、本実施形態の制御装置１は、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを定量化する定量化手段を備えている。

図４は、図１に示す制御装置１が備える定量化手段１０の構成を示すブロック図である。本実施形態の制御装置１は、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを定量化する定量化手段１０を備えることを最大の特徴としている。定量化手段１０は、第１位置設定手段１１と、第２位置設定手段１２と、算出手段１３とを備えている。

定量化手段１０は、例えば、図１に示すロータ１０１ａの回転及び停止を制御するドライバ回路４と、ロータ１０１ａの位置を検出するモータ位置センサ１０３と、出力軸１０２ａの回転角度を検出する出力軸角度センサ１０４と、モータ位置センサ１０３及び出力軸角度センサ１０４の検出値を記憶する記憶部２ａと、これらを制御するとともにバックラッシュ量ＢＱを算出する演算制御部２ｂと、を備えることができる。なお、定量化手段１０は、モータ位置センサ１０３及び出力軸角度センサ１０４に替えて、これらを制御するインターフェース回路５ａ，５ｂを備えるようにしてもよい。

第１位置設定手段１１及び第２位置設定手段１２についても、定量化手段１０と同様に、例えば、記憶部２ａ、及び演算制御部２ｂ、ドライバ回路４、モータ位置センサ１０３、及び出力軸角度センサ１０４によって構成することができる。また、算出手段１３は、例えば、記憶部２ａ及び演算制御部２ｂによって構成することができる。以下、定量化手段１０によってバックラッシュ量ＢＱを定量化する処理について、図５及び図６を参照して説明する。

図５は、図４に示す定量化手段１０の処理フローを示すフロー図である。図６は、図３に示す外歯車１０２ｂ及び内歯車１０２ｃの状態Ｔ１〜Ｔ５と図５に示す処理フローの各処理Ｓ１〜Ｓ１０との関係を示す説明図である。例えば、制御装置１を車両の電動シフトレンジ切替機構又は電動パーキングロック切替機構の一部として使用する場合、車両の生産ラインでは、通常、組み立て完了後に始動確認を実施する。制御装置１は、例えば、始動確認時に、定量化手段１０によって、記憶部２ａに記憶されたプログラムに従って、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを定量化して記憶する初期学習処理を以下の手順で行うことができる。

定量化手段１０の第１位置設定手段１１は、図５に示すように、制御装置１の起動(IGNSW ON)後の処理Ｓ１において、演算制御部２ｂ及び記憶部２ａを用い、出力軸１０２ａの第１の基準位置Ｐ１を記憶するための記憶領域を確認する。そして、第１の基準位置Ｐ１が記憶されているか否か、すなわち初期学習処理が完了しているか否かを判定する。記憶部２ａの所定の記憶領域に第１の基準位置Ｐ１が記憶されている場合(YES)は、初期学習処理を終了する。第１位置設定手段１１は、記憶部２ａの所定の記憶領域に第１の基準位置Ｐ１が記憶されていない場合(NO)は、次の処理Ｓ２を実行する。

処理Ｓ２において、第１位置設定手段１１は、モータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向、例えば、逆転方向ＲＤに回転させる。具体的には、第１位置設定手段１１は、例えば、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づいて、演算制御部２ｂによってドライバ回路４に対して通電指示を行い、ドライバ回路４によってモータ１０１へ通電することで、モータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向、例えば、逆転方向ＲＤに回転させる。

これにより、図６の状態Ｔ１に示すように、まず、ロータ１０１ａに連結された外歯車１０２ｂの歯が、内歯車１０２ｃの歯溝内で逆転方向ＲＤの前方の隙間を詰めるように逆転方向ＲＤに移動して、逆転方向ＲＤの前方の内歯車１０２ｃの歯に係合する。その後、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃが係合した状態で、さらに外歯車１０２ｂが逆転方向ＲＤに回転することで、外歯車１０２ｂの回転動力が内歯車１０２ｃに伝達され、内歯車１０２ｃが逆転方向ＲＤに回転し、内歯車１０２ｃに連結された出力軸１０２ａが回転する。この状態で、第１位置設定手段１１は、処理Ｓ３を実行する。

処理Ｓ３において、第１位置設定手段１１は、突き当て制御を行う。すなわち、制御装置１の起動(IGNSW ON)の直後は、モータ１０１のロータ１０１ａに連結された外歯車１０２ｂの位置が不明であるため、第１位置設定手段１１は、ロータ１０１ａを第１の方向に回転させて出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０まで回転させる突き当て制御を行う。

本実施形態では、出力軸１０２ａの制限位置Ｐ０は、前述の規制部材２００によって規定されている。すなわち、外歯車１０２ｂ及び内歯車１０２ｃが逆転方向ＲＤに回転して出力軸１０２ａが回転すると、出力軸１０２ａに固定されて出力軸１０２ａと一体に回転する可動部が、可動部の可動範囲を規定する当接部に当接する。これにより、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０に到達して回転が制限され、図６の状態Ｔ２に概念的に示すように、外歯車１０２ｂ及び内歯車１０２ｃの逆転方向ＲＤへの回転が規制される。すなわち、第１位置設定手段１１は、規制部材２００の可動部が当接部に突き当たるまでモータ１０１のロータ１０１ａを逆転方向ＲＤに回転させる突き当て制御を実施する、突き当て制御手段としての機能を有する。

処理Ｓ３において、第１位置設定手段１１は、例えば、マイコン２の演算制御部２ｂを用い、記憶部２ａに保存されたプログラムに従って、電流検出回路３によって検出された電流値に基づいて出力軸の回転角度が制限位置に達したことを検知する。具体的には、第１位置設定手段１１は、電流検出回路３によって検出された電流値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。第１位置設定手段１１は、電流検出回路３によって検出された電流値が所定の閾値より小である場合には、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０に到達していない(NO)と判定し、ロータ１０１ａの逆転方向ＲＤへの回転（処理Ｓ２）と、制限位置Ｐ０に到達したか否かの判定（処理Ｓ３）を繰り返す。第１位置設定手段１１は、電流検出回路３によって検出された電流値が所定の閾値以上である場合には、出力軸１０２ａに固定された可動部が当接部に当接し、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０に到達した(YES)と判定する。

処理Ｓ３において、第１位置設定手段１１は、例えば、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づいて、以下の制御を行うことができる。第１位置設定手段１１は、演算制御部２ｂを用い、出力軸角度センサ１０４の検出値を参照し、検出値である出力軸１０２ａの回転角度と制限位置Ｐ０との間の偏差が所定の範囲内であるときにドライバ回路４に通電指示を行う。そして、第１位置設定手段１１は、ドライバ回路４によってモータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向と逆の第２の方向、例えば正転方向ＮＤに回転させる。このような制御を行うことで、ロータ１０１ａによって発生するトルクによって規制部材２００が破損するのを防止できる。

処理Ｓ３において、出力軸１０２ａに固定された可動部が当接部に当接して出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０にあるとき、図６の状態Ｔ２に示すように、ロータ１０１ａに連結された外歯車１０２ｂの歯は、逆転方向ＲＤの前方に位置する内歯車１０２ｃの歯に係合している。また、外歯車１０２ｂと内歯車１０２ｃとの間のバックラッシュＢは、外歯車１０２ｂの歯の逆転方向ＲＤの後方に位置している。第１位置設定手段１１は、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０に到達した(YES)と判定すると、処理Ｓ４を実行する。

処理Ｓ４において、第１位置設定手段１１は、モータ１０１のロータ１０１ａを、第１の方向と逆の第２の方向、例えば、正転方向ＮＤに回転させて、出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０から第１の基準位置Ｐ１、例えば、目標のレンジ位置まで回転させる。より具体的には、第１位置設定手段１１は、例えば、演算制御部２ｂを用い、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づいて、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０にあるときのモータ位置センサ１０３の検出値を参照し、動力伝達機構１０２の入出力比によって出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０から目標のレンジ位置まで移動させるのに必要なロータ１０１ａの回転角度を算出する。

さらに、処理Ｓ４において、第１位置設定手段１１は、演算制御部２ｂを用い、前述のように算出したロータ１０１ａの回転角度に基づいてドライバ回路４に通電指示を行い、ドライバ回路４によってロータ１０１ａを正転方向ＮＤに回転させる。これにより、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０から目標のレンジ位置まで回転し、図６の状態Ｔ３に示すように、出力軸１０２ａに連結された外歯車１０２ｂの歯が正転方向ＮＤの前方の内歯車１０２ｃの歯に係合した状態になる。

なお、処理Ｓ４において、第１位置設定手段１１は、演算制御部２ｂを用い、出力軸１０２ａが制限位置Ｐ０にあるときの出力軸角度センサ１０４の検出値を参照し、出力軸角度センサ１０４の検出値が目標のレンジ位置に対応する回転角度に達するまで、ドライバ回路４によってロータ１０１ａを正転方向ＮＤに回転させるようにしてもよい。第１位置設定手段１１は、ロータ１０１ａを正転方向ＮＤに回転させて出力軸１０２ａを目標のレンジ位置まで回転させた後、処理Ｓ５を実行する。

処理Ｓ５において、第１位置設定手段１１は、演算制御部２ｂを用い、出力軸角度センサ１０４の検出値を参照し、出力軸１０２ａの制限位置Ｐ０から目標のレンジ位置までの回転角度を、第１の基準位置Ｐ１として記憶部２ａに記憶する。すなわち、第１位置設定手段１１は、出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０から所定の角度分、正転方向ＮＤに戻した位置を第１の基準位置Ｐ１として認識する、基準位置認識手段としての機能を有する。また、処理Ｓ５において、第１位置設定手段１１は、演算制御部２ｂ、モータ位置センサ１０３及び記憶部２ａを用い、出力軸１０２ａが第１の基準位置Ｐ１にあり、かつ、外歯車１０２ｂの歯が正転方向ＮＤの前方の内歯車１０２ｃの歯に係合した状態（図６に示す状態Ｔ３）におけるロータ１０１ａの角度位置を、ロータ１０１ａの第１位置ｐ１として記憶する。

以上のように、第１位置設定手段１１は、まず、モータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向である逆転方向ＲＤに回転させて（処理Ｓ２）、出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０まで回転させる（処理Ｓ３）。その後、第１位置設定手段１１は、ロータ１０１ａを第１の方向と逆の第２の方向である正転方向ＮＤに回転させて、出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０から第１の基準位置Ｐ１まで回転させ（処理Ｓ４）、そのときのロータ１０１ａの位置を、第１位置ｐ１として記憶する（処理Ｓ５）。定量化手段１０は、第１位置設定手段１１によって、前記処理Ｓ１〜Ｓ５を実行して出力軸１０２ａの第１の基準位置Ｐ１及びロータ１０１ａの第１位置ｐ１を設定した後、第２位置設定手段１２によって処理Ｓ６を実行する。

処理Ｓ６において、第２位置設定手段１２は、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づき、演算制御部２ｂ、モータ位置センサ１０３及びドライバ回路４を用い、モータ１０１のロータ１０１ａを第２の方向である正転方向ＮＤに所定の角度に亘って回転させて、出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から第２の基準位置Ｐ２まで回転させる。ここで、第２位置設定手段１２は、演算制御部２ｂ及びモータ位置センサ１０３を用い、ロータ１０１ａの回転角度と記憶部２ａに記憶された動力伝達機構１０２の入出力比に基づいて、出力軸１０２ａの回転角度を算出し、出力軸１０２ａを所定の角度に亘って回転させることができる。

すなわち、第２位置設定手段１２は、演算制御部２ｂによってモータ位置センサ１０３の検出値を参照することで、出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から所定の角度に亘って回転させることができる。これにより、図６の状態Ｔ４に示すように、ロータ１０１ａに連結された外歯車１０２ｂの歯が、正転方向ＮＤの前方の内歯車１０２ｃの歯と係合した状態で、出力軸１０２ａが第２の基準位置Ｐ２まで回転する。第２位置設定手段１２は、ロータ１０１ａの回転を停止させた後、処理Ｓ７を実行する。

処理Ｓ７において、第２位置設定手段１２は、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づき、演算制御部２ｂを用いて、出力軸角度センサ１０４の検出値を第２の基準位置Ｐ２として記憶部２ａに記憶する。すなわち、第２位置設定手段１２は、モータ１０１のロータ１０１ａを正転方向ＮＤに回転させて出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から所定の角度に亘って回転させた位置を第２の基準位置Ｐ２として認識する、基準位置認識手段としての機能を有する。なお、第２位置設定手段１２は、出力軸１０２ａが第１の基準位置Ｐ１にあるときのロータ１０１ａの位置と、出力軸１０２ａが第２の基準位置Ｐ２にあるときのロータ１０１ａの位置との差分から、出力軸１０２ａの回転角度を算出することができる。

また、処理Ｓ７において、第２位置設定手段１２は、演算制御部２ｂ、ドライバ回路４及びモータ位置センサ１０３を用い、ロータ１０１ａを正転方向ＮＤに回転させて、出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から第２の基準位置Ｐ２まで回転させたときのロータ１０１ａの回転角度を検出し、この回転角度を正転方向ＮＤのロータ１０１ａの回転角度ＮＲとして記憶するようにしてもよい。処理Ｓ７の終了後、第２位置設定手段１２は、処理Ｓ８を実行する。

処理Ｓ８において、第２位置設定手段１２は、記憶部２ａに保存されたプログラムに基づき、演算制御部２ｂ、出力軸角度センサ１０４及びドライバ回路４を用い、モータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向である逆転方向ＲＤに回転させ、出力軸１０２ａを第２の基準位置Ｐ２から第１の基準位置Ｐ１まで回転させる。これにより、図６の状態Ｔ５に示すように、ロータ１０１ａに連結された外歯車１０２ｂの歯が、逆転方向ＲＤの前方の内歯車１０２ｃの歯に係合した状態で、内歯車１０２ｃに連結された出力軸１０２ａが第１の基準位置Ｐ１に到達する。このように、第２位置設定手段１２は、モータ１０１のロータ１０１ａを逆転方向ＲＤに回転させ、出力軸１０２ａを第２の基準位置Ｐ２から第１の基準位置Ｐ１まで回転させる戻し制御を実施する。

処理Ｓ８において、第２位置設定手段１２は、演算制御部２ｂ、記憶部２ａ及びモータ位置センサ１０３を用い、ロータ１０１ａを第１の方向である逆転方向ＲＤに回転させて出力軸１０２ａを第２の基準位置Ｐ２から第１の基準位置Ｐ１まで回転させたときのロータ１０１ａの位置を、第２位置ｐ２として記憶する。また、第２位置設定手段１２は、ロータ１０１ａを第１の方向である逆転方向ＲＤに回転させて出力軸１０２ａを第２の基準位置Ｐ２から第１の基準位置Ｐ１まで回転させたときのロータ１０１ａの回転角度を、逆転方向ＲＤのロータ１０１ａの回転角度ＲＲとして記憶するようにしてもよい。

以上のように、第２位置設定手段１２は、ロータ１０１ａを第２の方向である正転方向ＮＤに回転させて（処理Ｓ６）、出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から第２の基準位置Ｐ２にまで回転させる（処理Ｓ７）。その後、ロータ１０１ａを第１の方向である逆転方向ＲＤに回転させて、出力軸１０２ａを第２の基準位置Ｐ２から第１の基準位置Ｐ１まで回転させ、そのときのロータ１０１ａの位置を、第２位置ｐ２として記憶する（処理Ｓ８）。定量化手段１０は、第２位置設定手段１２によってロータ１０１ａの第２位置ｐ２を設定した後に、算出手段１３によって処理Ｓ９を実行する。

処理Ｓ９において、算出手段１３は、演算制御部２ｂ及び記憶部２ａを用い、ロータ１０１ａの第１位置ｐ１と第２位置ｐ２との差分から動力伝達手段のバックラッシュ量ＢＱを算出する。すなわち、ロータ１０１ａの第１位置ｐ１では、出力軸１０２ａの角度位置が第１の基準位置Ｐ１にあり、歯車間のバックラッシュＢやその他の構成部品間の隙間等が、図６の状態Ｔ３に示すように、ロータ１０１ａの正転方向ＮＤに詰まった状態になっている。一方、ロータ１０１ａの第２位置ｐ２では、出力軸１０２ａの角度位置が第１の基準位置Ｐ１であり、歯車間のバックラッシュＢやその他の構成部品間の隙間等が、図６の状態Ｔ５に示すように、ロータ１０１ａの逆転方向ＲＤに詰まった状態になっている。

したがって、ロータ１０１ａの第１位置ｐ１と第２位置ｐ２との差分から動力伝達手段のバックラッシュ量ＢＱを得ることができる。なお、算出手段１３は、正転方向ＮＤのロータ１０１ａの回転角度ＮＲと、前記逆転方向ＲＤのロータ１０１ａの回転角度との差分から、バックラッシュ量ＢＱを算出してもよい。定量化手段１０は、算出手段１３によってバックラッシュ量ＢＱを算出した後に、処理Ｓ１０を実行する。

処理Ｓ１０において、定量化手段１０は、マイコン２の記憶部２ａの所定の記憶領域に、処理Ｓ５で設定した出力軸１０２ａの第１の基準位置Ｐ１と、処理Ｓ９で算出した動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱとを、学習値として記憶する。これにより、制御装置１の次回の起動時には、処理Ｓ１において、定量化手段１０の第１位置設定手段１１により、記憶部２ａの所定の記憶領域に第１の基準位置Ｐ１が記憶されている(YES)と判定され、初期学習処理を省略することができる。

以上説明したように、本実施形態の制御装置１によれば、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを定量化する定量化手段１０を備えることで、アクチュエータ１００が備える動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを容易かつ正確に定量化することができる。

一方、前記特許文献１に記載されたシフトレンジ切替機構を制御する装置では、電源が投入されてから、通常の制御状態へ移行するまでに、Ｐレンジ側（あるいはＤレンジ側）の壁に当たるまで回転機を強制的に回転させている。そして、回転機の回転が停止した位置（ＰレンジあるいはＤレンジ）を現在のレンジとしてメモリに記録する制御を行っている。しかし、電源が切られる度に、ロータ１０１ａとステータとの相対位置を検出するエンコーダが初期化される。そのため、バックラッシュ量ＢＱの算出を行う場合には、電源が投入される都度、その直後の初期学習制御において実施する必要がある。すなわち、電源が投入される都度、バックラッシュ量ＢＱが算出されるまでは、初期学習制御を完了することができない。

これに対し、本実施形態の制御装置１によれば、最初の電源投入時に初期学習処理を行って第１の基準位置Ｐ１とバックラッシュ量ＢＱの学習値を記憶部２ａの所定の記憶領域に記憶することで、次回以降の電源投入時に、初期学習処理を省略できる。そのため、電源投入から制御対象であるアクチュエータ１００を駆動させることが可能になるまでの時間を短縮でき、運転者の操作性を向上させることができる。

また、前記特許文献２に記載されたシフト切換機構では、図３において、アクチュエータが正転方向ＮＤに回転する場合のシフトポジションを実線で示し、アクチュエータが逆転方向に回転する場合のシフトポジションを破線で示している。そして、実線と破線の縦方向のオフセットは、アクチュエータとディントプレートとの間にガタが存在するためである、としている。また、Ｐ壁位置及びＤ壁位置の検出完了時に、「ガタ量＝Ｄ壁位置−Ｐ壁位置−設計可動範囲」の式によってガタ量を算出するとしている。しかし、この方法では、Ｐ壁位置及びＤ壁位置の検出が完了する都度、ガタ量を計算する必要があり、処理負荷が増大し、制御が複雑化する。

これに対し、本実施形態の制御装置１によれば、初期学習処理においてバックラッシュ量ＢＱを記憶部２ａに記憶し、以降の制御では記憶部２ａに記憶したバックラッシュ量ＢＱを参照することで、バックラッシュ量ＢＱの算出による処理負荷の増大や、制御の複雑化を回避することができる。

また、前記特許文献３に記載されたシフトレンジ切替装置では、アクチュエータの制御において、Ｐ目標回転位置が定められる。このＰ目標回転位置は、非ＰレンジからＰレンジへの切替時に、Ｐ壁がディントスプリングのころに衝突しない位置であり、Ｐ壁位置から所定のマージンをもって定められる。特許文献３では、前記マージンは、径時変化などによるガタを考慮して余裕をもって設定され、ある程度の使用回数であれば径時変化を吸収することができ、シフトレンジ切替時における非Ｐ壁ところとの衝突を回避することができる、としている。すなわち、特許文献３では、ガタが定量化されていない。

これに対し、本実施形態の制御装置１によれば、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを定量化する定量化手段１０を備えることで、アクチュエータ１００が備える動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを容易かつ正確に定量化することができる。

また、定量化手段１０は、第１位置設定手段１１と、第２位置設定手段１２と、算出手段１３とを備えている。第１位置設定手段１１は、モータ１０１のロータ１０１ａを第１の方向に回転させて出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０まで回転させた後に、ロータ１０１ａを第１の方向と逆の第２の方向に回転させて出力軸１０２ａを制限位置Ｐ０から第１の基準位置Ｐ１まで回転させたときのロータ１０１ａの位置を、第１位置ｐ１として記憶する。第２位置設定手段１２は、ロータ１０１ａを第２の方向に回転させて出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１から第２の基準位置Ｐ２まで回転させた後に、ロータ１０１ａを第１の方向に回転させて出力軸１０２ａを第１の基準位置Ｐ１まで戻したときのロータ１０１ａの位置を第２位置ｐ２として記憶する。そして、算出手段１３は、第１位置ｐ１と第２位置ｐ２との差分からバックラッシュ量ＢＱを算出する。

したがって、本実施形態の制御装置１によれば、モータ１０１と動力伝達機構１０２の組合せで高精度の位置決めを行うアクチュエータ１００において、バックラッシュ量ＢＱを、処理負荷の増大や、制御の複雑化を発生させることなく算出し、モータ１０１の回転位置を精度よく制御することができる。また、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱを考慮してアクチュエータ１００を制御することで、モータ１０１位置制御の精度を向上することができる。

また、本実施形態の制御装置１によれば、例えば、電制パーキングロックシステムのような、動作範囲を学習する初期位置学習が必要なシステムおいて、モータ位置センサ１０３と出力軸角度センサ１０４を備えたシステムを構築することで、高精度の位置制御が可能となる。したがって、アクチュエータ１００の動力伝達機構１０２の機差バラツキ及びバックラッシュ量ＢＱなどを吸収することができる。さらに、出力軸角度センサ１０４が有する直線性誤差と出力傾斜の誤差を吸収することができ、モータ位置センサ１０３で行うより精度良く位置制御を行うことができる。

また、動力伝達機構１０２のバックラッシュ量ＢＱ、すなわちガタ量は、構成部品の噛み合わせや機差バラツキだけではなく、構成部品の経年劣化によっても発生する。しかし、本実施形態の制御装置１では、ディーラーにおける故障診断や故障による交換時に、再度、初期位置学習処理を実施することで、経年劣化による影響を低減することができ、ロバスト性を向上させることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

例えば、前述の本実施形態では、制御装置の起動後に初期位置学習処理を実施する例について説明したが、制御装置の初期位置学習処理は、制御装置への電力供給が遮断されたときの終了処理において実施してもよい。また、制御装置が故障等により交換された場合、ディーラーなどで故障診断装置により基準位置の再学習を指示することにより、初期位置学習処理の一部を省略することができる。

１ 制御装置
２ａ 記憶部
２ｂ 演算制御部
３ 電流検出回路
４ ドライバ回路
１０ 定量化手段
１１ 第１位置設定手段
１２ 第２位置設定手段
１３ 算出手段
１００ アクチュエータ
１０１ モータ（回転機）
１０１ａ ロータ
１０２ 動力伝達機構
１０２ａ 出力軸
１０３ モータ位置センサ
１０４ 出力軸角度センサ
２００ 規制部材
ＢＱ バックラッシュ量
ＮＤ 正転方向（第２の方向）
Ｐ０ 制限位置
Ｐ１ 第１の基準位置
ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２の基準位置
ｐ２ 第２位置
ＲＤ 逆転方向（第１の方向）

Claims (5)

1. 回転機と該回転機の回転動力を出力軸に伝達する動力伝達機構とを備えたアクチュエータの制御装置であって、
   前記動力伝達機構のバックラッシュ量を定量化する定量化手段を備え、
   前記定量化手段は、
   前記回転機のロータを第１の方向に回転させて前記出力軸を制限位置まで回転させた後に前記ロータを前記第１の方向と逆の第２の方向に回転させて前記出力軸を前記制限位置から第１の基準位置まで回転させたときの前記ロータの位置を第１位置として記憶する第１位置設定手段と、
   前記ロータを前記第２の方向に回転させて前記出力軸を前記第１の基準位置から第２の基準位置まで回転させた後に前記ロータを前記第１の方向に回転させて前記出力軸を前記第１の基準位置まで戻したときの前記ロータの位置を第２位置として記憶する第２位置設定手段と、
   前記第１位置と前記第２位置との差分から前記バックラッシュ量を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記定量化手段は、
   前記ロータの回転及び停止を制御するドライバ回路と、
   前記ロータの位置を検出するモータ位置センサと、
   前記出力軸の回転角度を検出する出力軸角度センサと、
   前記モータ位置センサ及び前記出力軸角度センサの検出値を記憶する記憶部と、
   これらを制御するとともに前記バックラッシュ量を算出する演算制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１位置設定手段及び前記第２位置設定手段は、前記ドライバ回路、前記モータ位置センサ、前記出力軸角度センサ、前記記憶部、及び演算制御部によって構成され、
   前記算出手段は、前記記憶部及び前記演算制御部によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記出力軸は、前記ロータを前記第１の方向に回転させたときの回転が、該出力軸の回転を規制する規制部材によって前記制限位置までに制限され、
   前記第１位置設定手段は、前記出力軸の回転角度の検出値と前記制限位置との偏差が所定の範囲内であるときに、前記ロータを前記第２の方向に回転させることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記第１位置設定手段は、前記ドライバ回路に流れる電流値を測定する電流検出回路を備え、該電流検出回路によって検出された電流値に基づいて前記出力軸の回転角度が前記制限位置に達したことを検知することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。

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