JP2018165528A

JP2018165528A - シフトレンジ制御装置

Info

Publication number: JP2018165528A
Application number: JP2017062772A
Authority: JP
Inventors: 山田　純; Jun Yamada; 山田　　純
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: US20180283545A1; JP6801551B2; US10539233B2

Abstract

【課題】応答性を向上可能であるシフトレンジ制御装置を提供する。
【解決手段】シフトレンジ制御装置４０の目標速度設定部６３は、モータ１０の現在の回転位置と要求シフトレンジに応じた目標回転位置との偏差である角度偏差に基づき、モータ１０の目標速度である目標モータ速度Ｍｓｐ^*を設定する。要求デューティ演算部６９は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*に基づき、モータ１０の駆動に係る駆動制御量として要求デューティＤｒｅｑを演算する。目標速度設定部６３には、要求デューティＤｒｅｑがフィードバックされ、フィードバックされた要求デューティＤｒｅｑに基づき、減速時における目標モータ速度Ｍｓｐ^*を変更する。要求デューティＤｒｅｑに応じて目標モータ速度ＭＳｐ^*を変更することで、現在の外乱状態等に応じた最適な目標モータ速度Ｍｓｐ^*とすることができる。これにより、シフトレンジ切り替えの応答性を向上することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、シフトレンジ制御装置に関する。

従来、運転者からのシフトレンジ切り替え要求に応じてモータを制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ切替装置が知られている。例えば特許文献１では、現在の回転位置と目標回転位置との偏差に基づき、回転速度に対する位相進み補正量を設定することにより、現在の回転位置と目標回転位置との偏差に応じた所定の回転速度となるように制御している。

特開２００４−２３９３１号公報

特許文献１では、直接検出することができない温度やフリクション等の外乱を加味し、モータトルクが最も発生しない、または、伝達できない条件でも成立するように回転速度を設定する必要がある。そのため、通常の状態では、モータが発生可能なトルクを最大限に利用することができていない虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、応答性を向上可能であるシフトレンジ制御装置を提供することにある。

本発明のシフトレンジ制御装置は、モータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものであって、目標速度設定部（６３）と、指令演算部（６９）と、を備える。
目標速度設定部は、モータの現在の回転位置と要求シフトレンジに応じた目標回転位置との偏差である角度偏差に基づき、モータの目標回転速度を設定する。
指令演算部は、目標回転速度に基づき、モータの駆動に係る駆動制御量を演算する。

目標速度設定部には、駆動制御量がフィードバックされ、フィードバックされた駆動制御量に基づき、減速時における目標回転速度を変更する。
駆動制御量に応じた目標回転速度を変更することで、現在の外乱状態等に応じた最適な目標回転速度とすることができる。これにより、シフトレンジ切り替えの応答性を向上することができる。

一実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す斜視図である。一実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す概略構成図である。一実施形態によるモータおよびモータドライバを示す回路図である。一実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。一実施形態によるモータ速度の変化を説明する説明図である。一実施形態による目標モータ速度の設定を説明するタイムチャートである。一実施形態による減速開始カウント、速度変更カウントおよび停止カウントを説明する説明図である。一実施形態による各カウントに応じた目標モータ速度を説明する説明図である。一実施形態による目標速度設定処理を説明するフローチャートである。一実施形態による減速時目標デューティの設定を説明する説明図である。一実施形態による目標速度設定処理を説明するタイムチャートである。

以下、シフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
一実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１〜図１１に示す。
図１および図２に示すように、シフトバイワイヤシステム１は、モータ１０、シフトレンジ切替機構２０、パーキングロック機構３０、および、シフトレンジ制御装置４０等を備える。
モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリ４５（図３参照。）から電力が供給されることで回転し、シフトレンジ切替機構２０の駆動源として機能する。モータ１０は、フィードバック制御により電流の大きさを変更可能であって、かつ、相ごとに指令を変更可能なものが用いられる。本実施形態のモータ１０は、永久磁石式のＤＣブラシレスモータである。図３に示すように、モータ１０は、２組の巻線組１１、１２を有する。第１巻線組１１は、Ｕ１コイル１１１、Ｖ１コイル１１２、および、Ｗ１コイル１１３を有する。第２巻線組１２は、Ｕ２コイル１２１、Ｖ２コイル１２２、および、Ｗ２コイル１２３を有する。

図２に示すように、エンコーダ１３は、モータ１０の図示しないロータの回転位置を検出する。エンコーダ１３は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータと一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ等により構成される。エンコーダ１３は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとにＡ相およびＢ相のパルス信号を出力する。
減速機１４は、モータ１０のモータ軸と出力軸１５との間に設けられ、モータ１０の回転を減速して出力軸１５に出力する。これにより、モータ１０の回転がシフトレンジ切替機構２０に伝達される。出力軸１５には、出力軸１５の角度を検出する出力軸センサ１６が設けられる。出力軸センサ１６は、例えばポテンショメータである。

図１に示すように、シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、および、ディテントスプリング２５等を有し、減速機１４から出力された回転駆動力を、マニュアルバルブ２８、および、パーキングロック機構３０へ伝達する。
ディテントプレート２１は、出力軸１５に固定され、モータ１０により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート２１がディテントスプリング２５の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。

ディテントプレート２１には、出力軸１５と平行に突出するピン２４が設けられる。ピン２４は、マニュアルバルブ２８と接続される。ディテントプレート２１がモータ１０によって駆動されることで、マニュアルバルブ２８は軸方向に往復移動する。すなわち、シフトレンジ切替機構２０は、モータ１０の回転運動を直線運動に変換してマニュアルバルブ２８に伝達する。マニュアルバルブ２８は、バルブボディ２９に設けられる。マニュアルバルブ２８が軸方向に往復移動することで、図示しない油圧クラッチへの油圧供給路が切り替えられ、油圧クラッチの係合状態が切り替わることでシフトレンジが変更される。
ディテントプレート２１のディテントスプリング２５側には、マニュアルバルブ２８を各レンジに対応する位置に保持するための４つの凹部２２が設けられる。凹部２２は、ディテントスプリング２５の基部側から、Ｄ、Ｎ、Ｒ、Ｐの各レンジに対応している。

ディテントスプリング２５は、弾性変形可能な板状部材であり、先端にディテントローラ２６が設けられる。ディテントローラ２６は、凹部２２のいずれかに嵌まり込む。
ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６をディテントプレート２１の回動中心側に付勢する。ディテントプレート２１に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング２５が弾性変形し、ディテントローラ２６が凹部２２を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２のいずれかに嵌まり込むことで、ディテントプレート２１の揺動が規制され、マニュアルバルブ２８の軸方向位置、および、パーキングロック機構３０の状態が決定され、自動変速機５のシフトレンジが固定される。

パーキングロック機構３０は、パーキングロッド３１、円錐体３２、パーキングロックポール３３、軸部３４、および、パーキングギア３５を有する。
パーキングロッド３１は、略Ｌ字形状に形成され、一端３１１側がディテントプレート２１に固定される。パーキングロッド３１の他端３１２側には、円錐体３２が設けられる。円錐体３２は、他端３１２側にいくほど縮径するように形成される。ディテントプレート２１が逆回転方向に揺動すると、円錐体３２が矢印Ｐの方向に移動する。

パーキングロックポール３３は、円錐体３２の円錐面と当接し、軸部３４を中心に揺動可能に設けられる、パーキングロックポール３３のパーキングギア３５側には、パーキングギア３５と噛み合い可能な凸部３３１が設けられる。ディテントプレート２１が逆回転方向に回転し、円錐体３２が矢印Ｐ方向に移動すると、パーキングロックポール３３が押し上げられ、凸部３３１とパーキングギア３５とが噛み合う。一方、ディテントプレート２１が正回転方向に回転し、円錐体３２が矢印ｎｏｔＰ方向に移動すると、凸部３３１とパーキングギア３５との噛み合いが解除される。

パーキングギア３５は、図示しない車軸に設けられ、パーキングロックポール３３の凸部３３１と噛み合い可能に設けられる。パーキングギア３５と凸部３３１とが噛み合うと、車軸の回転が規制される。シフトレンジがＰ以外のレンジであるｎｏｔＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によりロックされず、車軸の回転は、パーキングロック機構３０により妨げられない。また、シフトレンジがＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によってロックされ、車軸の回転が規制される。

図２および図３に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、モータドライバ４１、４２、および、ＥＣＵ５０等を有する。
モータドライバ４１は、第１巻線組１１の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４１１〜４１６がブリッジ接続される。対になるＵ相のスイッチング素子４１１、４１４の接続点には、Ｕ１コイル１１１の一端が接続される。対になるＶ相のスイッチング素子４１２、４１５の接続点には、Ｖ１コイル１１２の一端が接続される。対になるＷ相のスイッチング素子４１３、４１６の接続点には、Ｗ１コイル１１３の一端が接続される。コイル１１１〜１１３の他端は、結線部１１５で結線される。

モータドライバ４２は、第２巻線組１２の通電を切り替える３相インバータであって、スイッチング素子４２１〜４２６がブリッジ接続される。対になるＵ相のスイッチング素子４２１、４２４の接続点には、Ｕ２コイル１２１の一端が接続される。対になるＶ相のスイッチング素子４２２、４２５の接続点には、Ｖ２コイル１２２の一端が接続される。対になるＷ相のスイッチング素子４２３、４２６の接続点には、Ｗ２コイル１２３の一端が接続される。コイル１２１〜１２３の他端は、結線部１２５で結線される。
本実施形態のスイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴ等の他の素子を用いてもよい。

モータドライバ４１とバッテリ４５との間には、モータリレー４６が設けられる。モータドライバ４２とバッテリ４５との間には、モータリレー４７が設けられる。モータリレー４６、４７は、イグニッションスイッチ等である始動スイッチがオンされているときにオンされ、モータ１０側へ電力が供給される。また、モータリレー４６、４７は、始動スイッチがオフされているときにオフされ、モータ１０側への電力の供給が遮断される。
バッテリ４５の高電位側には、バッテリ電圧Ｖを検出する電圧センサ４８が設けられる。
また、シフトレンジ制御装置４０には、モータ電流Ｉｍを検出する図示しない電流センサが設けられる。

ＥＣＵ５０は、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオンオフ作動を制御することで、モータ１０の駆動を制御する。また、ＥＣＵ５０は、車速、アクセル開度、および、ドライバ要求シフトレンジ等に基づき、変速用油圧制御ソレノイド６の駆動を制御する。変速用油圧制御ソレノイド６を制御することで、変速段が制御される。変速用油圧制御ソレノイド６は、変速段数等に応じた本数が設けられる。本実施形態では、１つのＥＣＵ５０がモータ１０およびソレノイド６の駆動を制御するが、モータ１０を制御するモータ制御用のモータＥＣＵと、ソレノイド制御用のＡＴ−ＥＣＵとを分けてもよい。以下、モータ１０の駆動制御を中心に説明する。

図４に示すように、ＥＣＵ５０は、エンコーダカウンタ演算部５１、回転速度演算部５２、目標カウンタ設定部６１、カウンタ差分演算部６２、目標速度設定部６３、速度差分演算部６４、デューティ比例項演算部６５、デューティ積分項演算部６６、デューティ補正量演算部６７、基本デューティ演算部６８、要求デューティ演算部６９、および、通電制御部７０を有する。ＥＣＵ５０は、マイコン等を主体として構成される。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

エンコーダカウンタ演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるＡ相およびＢ相のパルスに基づき、エンコーダ１３のカウント値である実カウント値Ｃｅｎを演算する、実カウント値Ｃｅｎは、モータ１０の実際の機械角および電気角に応じた値である。
回転速度演算部５２は、エンコーダ１３から出力されるＡ相およびＢ相のパルスに基づき、モータ１０の回転速度であるモータ速度Ｍｓｐを演算する。

目標カウンタ設定部６１は、図示しないシフトレバー等の操作により入力されるドライバ要求シフトレンジに応じた目標カウント値Ｃｅｎ^*を設定する。
カウンタ差分演算部６２は、目標カウント値Ｃｅｎ^*と実カウント値Ｃｅｎとの差であるカウント偏差ΔＣｅｎを演算する（式（１）参照）。カウント偏差ΔＣｅｎは、目標位置までの残りカウント数といえる。
ΔＣｅｎ＝Ｃｅｎ^*−Ｃｅｎ・・・（１）
目標速度設定部６３は、カウント偏差ΔＣｅｎに基づき、モータ１０の目標速度である目標モータ速度Ｍｓｐ^*を演算する。目標モータ速度Ｍｓｐ^*設定の詳細は、後述する。

速度差分演算部６４は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*とモータ速度Ｍｓｐとの差分である速度偏差ΔＭｓｐを演算する（式（２）参照）。
ΔＭｓｐ＝Ｍｓｐ^*−Ｍｓｐ・・・（２）
デューティ比例項演算部６５は、速度偏差ΔＭｓｐに比例ゲインを乗じ、デューティ比例項Ｄｐを演算する。
デューティ積分項演算部６６は、速度偏差ΔＭｓｐに基づき、デューティ積分項Ｄｉを演算する。
デューティ補正量演算部６７は、デューティ比例項Ｄｐとデューティ積分項Ｄｉとを加算し、デューティ補正量Ｄｆｂを演算する（式（３）参照）。
Ｄｆｂ＝Ｄｉ＋Ｄｐ・・・（３）

基本デューティ演算部６８は、モータ速度Ｍｓｐおよびカウント偏差ΔＣｅｎ等に基づき、基本デューティＤｂｓを演算する。
要求デューティ演算部６９は、基本デューティＤｂｓとデューティ補正量Ｄｆｂを加算し、要求デューティＤｒｅｑを演算する（式（４）参照）。演算された要求デューティＤｒｅｑは、バッテリ電圧Ｖｂにより補正され、通電制御部７０に出力される。また、補正後の要求デューティＤｒｅｑは、目標速度設定部６３にフィードバックされる。以下、バッテリ電圧Ｖｂによる補正後の値を、単に要求デューティＤｒｅｑという。
Ｄｒｅｑ＝Ｄｂｓ＋Ｄｆｂ・・・（４）

通電制御部７０は、エンコーダ１３から出力されるＡ相およびＢ相のパルス、および、要求デューティＤｒｅｑに基づき、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。生成された制御信号は、モータドライバ４１、４２に出力される。

本実施形態のフィードバック制御では、ＰＷＭ制御等によりデューティを変更することで、コイル１１１〜１１３、１２１〜１２３に流れる電流およびトルクの大きさを変更可能である。
本実施形態では、１２０°通電制御により、モータ１０の駆動を制御する。１２０°通電制御では、第１相の高電位側のスイッチング素子、および、第２相の低電位側のスイッチング素子をオンする。また、第１相および第２相の組み合わせを電気角６０°ごとに入れ替えていくことで、通電相が切り替わる。これにより、巻線組１１、１２に回転磁界が発生し、モータ１０が回転する。本実施形態では、モータ１０を要求シフトレンジに応じた方向に回転させるべく正のトルクを出力するときのデューティを正、ブレーキトルクを出力するときのデューティを負とし、取り得るデューティ範囲を−１００［％］〜１００［％］とする。

ここで、モータ１０の回転に伴うモータ速度Ｍｓｐの変化を図５に示す。図５では、共通時間軸を横軸とし、上段に実カウント値Ｃｅｎ、下段にモータ速度Ｍｓｐを示している。
時刻ｘ１にて要求シフトレンジが変化すると、シフトレンジに応じた目標カウント値Ｃｅｎ^*が設定される。また、カウント偏差ΔＣｅｎに応じ、目標モータ速度Ｍｓｐ^*が設定される。
モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*に到達する時刻ｘ２までの期間は、加速域であって、モータ１０を加速する。
時刻ｘ２から時刻ｘ３までは、定常域であって、モータ１０を略一定速度にて駆動し、モータ１０の回転位置を目標位置に近づける。
実カウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ^*に近づき、カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１となる時刻ｘ３以降は、減速域であって、モータ１０を目標位置にて適切に停止させるべく、モータ１０を減速する。実カウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ^*を含む制御範囲内となる時刻ｘ４にて、実カウント値に応じた固定相に通電することで、モータ１０を停止させ、モータ速度Ｍｓｐは０となる。

減速域における目標モータ速度Ｍｓｐ^*は、直接検出できない温度やフリクション等の外乱を加味し、最もモータトルクが発生しない、または、モータトルクを伝達できない条件であっても、オーバーシュートやアンダーシュートなく、目標カウント値Ｃｅｎ^*にてモータ１０を停止させられるように設定される。
そのため、通常時、減速域において、モータ１０が出力可能な最大トルクを使い切っておらず、応答性向上の余地がある。
そこで本実施形態では、目標速度設定部６３に要求デューティＤｒｅｑをフィードバックし、要求デューティＤｒｅｑに応じて、減速時の目標速度を更新している。

目標速度設定処理の説明に先立ち、目標速度パラメータの初期値を図６〜図８に基づいて説明する。
図６は、要求シフトレンジが変化したときの目標モータ速度Ｍｓｐ^*の変化を示すタイムチャートである。横軸の括弧内は、その時刻におけるカウント偏差ΔＣｅｎを示す。すなわち、カウント偏差ΔＣｅｎは、時刻ｘ１１のとき減速開始カウント値Ｃ１、時刻ｘ１２のとき速度変更カウント値Ｃ２、時刻ｘ１３のとき停止カウント値Ｃ３であることを意味する。

図６に示すように、要求シフトレンジが変化した時刻ｘ１０からカウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１となる時刻ｘ１１までの目標モータ速度Ｍｓｐ^*は、定常時速度Ｍｓｐ＿ｈｉとする。
時刻ｘ１１から時刻ｘ１２において、カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１のときの目標モータ速度Ｍｓｐ^*が定常時速度Ｍｓｐ＿ｈｉ、カウント偏差ΔＣｅｎが速度変更カウント値Ｃ２のときの目標モータ速度Ｍｓｐ^*が減速中間速度Ｍｓｐ＿ｍｉｄとなるように、補完演算により、目標モータ速度Ｍｓｐ^*を設定する。
時刻ｘ１２から時刻ｘ１３において、カウント偏差ΔＣｅｎが速度変更カウント値Ｃ２のときの目標モータ速度Ｍｓｐ^*が減速中間速度Ｍｓｐ＿ｍｉｄ、カウント偏差ΔＣｅｎが停止カウント値Ｃ３のときの目標モータ速度Ｍｓｐ^*が減速終了時速度Ｍｓｐ＿ｌｏとなるように、補完演算により、目標モータ速度Ｍｓｐ^*を設定する。

図７には、バッテリ電圧Ｖｂに応じた減速開始カウント値Ｃ１、速度変更カウント値Ｃ２、および、停止カウント値Ｃ３を示す。バッテリ電圧Ｖｂは、ｋＶＢ１＜ｋＶＢ２＜ｋＶＢ３＜ｋＶＢ４とする。減速開始カウント値Ｃ１および速度変更カウント値Ｃ２は、バッテリ電圧Ｖｂが小さいほど、大きい値に設定される。停止カウント値Ｃ３は、バッテリ電圧Ｖｂによらず同じ値とする。

図８には、バッテリ電圧Ｖｂに応じた定常時速度Ｍｓｐ＿ｈｉ、減速中間速度Ｍｓｐ＿ｍｉｄ、および、減速終了時速度Ｍｓｐ＿ｌｏを示す。定常時速度Ｍｓｐ＿ｈｉ、減速中間速度Ｍｓｐ＿ｍｉｄ、および、減速終了時速度Ｍｓｐ＿ｌｏは、バッテリ電圧Ｖｂが大きいほど大きい値に設定される。

図６〜図８に示すように、目標モータ速度Ｍｓｐ^*は、補完計算にて、カウント偏差ΔＣｅｎおよびバッテリ電圧Ｖｂに基づいて演算される。ここで、減速開始カウント値Ｃ１を変更することで、目標モータ速度Ｍｓｐ^*の減少割合である減速度が変更され、目標モータ速度Ｍｓｐ^*が変更されることになる。例えば、減速開始カウント値Ｃ１が小さい値に変更されると、減速開始タイミングが遅れるため、減速度が大きくなる、といった具合である。

なお、図７および図８に示す値は一例にすぎず、適宜設定可能である。また、本実施形態では、速度変更カウントＣ２を設定することで、減速中に減速度を変更しているが、速度変更カウントＣ２における減速度の変更を省略してもよい。また、速度変更カウントを複数設け、段階的に減速度を変えていくようにしてもよい。

本実施形態の目標速度設定処理を、図９のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、目標速度設定部７３にて、所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。

最初のＳ１０１では、目標速度設定部７３は、要求デューティ演算部６９からフィードバックされる要求デューティＤｒｅｑのフィルタ処理を行う（式（５）参照）。式中、今回のフィルタ処理値に添え字＿ｆ_i、前回のフィルタ処理値に添え字＿ｆ_i-1を付す。また、式中の「Ｋ２」は、所定の定数（例えば２）である。
Ｄｒｅｑ＿ｆ_i＝Ｄｒｅｑ＿ｆ_i-1＋（Ｄｒｅｑ−Ｄｒｅｑ＿ｆ_i-1）／Ｋ２
・・・（５）
以下、フィルタ処理後の値を、単に「要求デューティＤｒｅｑ」とする。

Ｓ１０２では、目標速度設定部７３は、カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１以下か否かを判断する。カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１より大きいと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値Ｃ１以下であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。

Ｓ１０３では、目標速度設定部７３は、速度偏差ΔＭｓｐの絶対値が追従判定値Ｋｆ以下か否かを判断する。追従判定値Ｋｆは、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*に追従しているとみなせる程度の値に設定される。速度偏差ΔＭｓｐの絶対値が追従判定値Ｋｆより大きいと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*に追従していないとみなし、Ｓ１０７へ移行する。すなわち本実施形態では、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*に追従していない状態では、後述の速度パラメータ更新処理を行わない。速度偏差ΔＭｓｐの絶対値が追従判定値Ｋｆ以下であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*に追従しているとみなし、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、目標速度設定部７３は、カウント偏差ΔＣｅｎの絶対値に基づき、減速時目標デューティＤｓｔを設定する。減速時目標デューティＤｓｔは、例えば図１０に示すマップに基づいて設定される。カウント偏差ΔＣｅｎに係る閾値ＴＨ１、ＴＨ２は、ＴＨ１＞ＴＨ２である。閾値ＴＨ１は、ディテントプレート２１の形状に応じ、ディテントの山を乗り越えるタイミングとなる値に応じて設定される。カウント偏差ΔＣｅｎの絶対値が閾値ＴＨ１より大きい場合、ディテントの山を登りきっていないとみなされれ、本実施形態の速度更新処理が行われないように、減速時目標デューティＤｓｔが十分に大きい値に設定されている。

カウント偏差ΔＣｅｎの絶対値が閾値ＴＨ１より大きい場合、モータ軸に作用するディテントトルクは、モータ１０の回転方向とは反対方向に作用する。また、カウント偏差ΔＣｅｎの絶対値が閾値ＴＨ１より小さい場合、モータ軸に作用するディテントトルクが、モータ１０の回転方向に大きくなる。
すなわち、カウント偏差ΔＣｅｎに応じて減速時目標デューティＤｓｔを設定することは、モータ軸に作用するディテントトルクのトルク特性に応じて減速時目標デューティＤｓｔを設定している、と捉えることもできる。

Ｓ１０５では、目標速度設定部７３は、要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔ以上か否かを判断する。要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔより小さいと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔ以上であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。

Ｓ１０６では、目標速度設定部７３は、更新判定フラグをオンにする。
Ｓ１０７では、目標速度設定部７３は、更新判定フラグをオフにする。
Ｓ１０８では、目標速度設定部７３は、更新判定フラグがオフからオンに切り替わったか否かを判断する。更新判定フラグがオフであると判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、速度パラメータ更新処理を行わず、Ｓ１１０へ移行する。更新判定フラグがオフからオンに切り替わったと判断された場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、Ｓ１０９へ移行する。

Ｓ１０９では、目標速度設定部７３は、速度パラメータを更新する。本実施形態では、減速開始カウント値Ｃ１および速度変更カウント値Ｃ２を変更することで、速度パラメータを更新する。カウント値Ｃ１、Ｃ２の補正に係る補正値ＣＶは、式（６）で表される。式中のＫｃｖは所定の定数とし、補正値ＣＶは１以上の値となる。すなわち、ＣＶ≧１である。
ＣＶ＝（Ｄｒｅｑ−Ｄｓｔ）×Ｋｃｖ＋１・・・（６）

また、補正後の減速開始カウント値および速度変更カウント値は、式（７）、（８）で表される。式（７）、（８）では、補正後のカウント値をＣ１ａ、Ｃ２ａとし、初期値をＣ１ｉｎ、Ｃ２ｉｎとする。
Ｃ１ａ＝Ｃ１ｉｎ÷ＣＶ・・・（７）
Ｃ２ａ＝Ｃ２ｉｎ÷ＣＶ・・・（８）
速度パラメータの更新が完了した場合、更新判定フラグをリセットする。

Ｓ１１０では、目標速度設定部７３は、カウント偏差ΔＣｅｎに基づき、目標モータ速度Ｍｓｐ^*を演算する。目標モータ速度Ｍｓｐ^*の演算には、図７および図８にて説明したパラメータを用いるが、Ｓ１０９にてカウント値Ｃ１、Ｃ２が更新された場合、更新後の値を用いる。

本実施形態の目標速度設定処理を図１１のタイムチャートに基づいて説明する。ここでは、要求シフトレンジをＰレンジからＤレンジに変えるべく、モータ１０を正方向に回転する場合を例に説明する。
図１１では、共通時間軸を横軸とし、上段から順に、エンコーダカウント値、モータ速度、および、デューティを示している。実カウント値Ｃｅｎは、本実施形態の速度パラメータ更新を行った場合を実線、行わない場合を一点鎖線で示す。モータ速度は、本実施形態の速度パラメータ更新処理を行った場合の目標モータ速度Ｍｓｐ^*を実線、モータ速度Ｍｓｐを破線、速度パラメータ更新処理を行わない場合の目標モータ速度Ｍｓｐ^*を一点鎖線で示す。デューティについては、速度パラメータ更新処理を行った場合について示す。

時刻ｘ２１にて要求シフトレンジがＰレンジからＤレンジに切り替わると、目標カウント値Ｃｅｎ^*および目標モータ速度Ｍｓｐ^*が設定され、フィードバック制御によりモータ１０の駆動が制御される。図１１では、時刻ｘ２１から時刻ｘ２２までが加速域、時刻ｘ２２から時刻ｘ２３までが定常域である。

時刻ｘ２３にて、カウント偏差ΔＣｅｎが減速開始カウント値の初期値Ｃ１ｉｎより小さくなると、減速制御に移行する。
図１２の例では、時刻ｘ２３から時刻ｘ２４において、カウント偏差ΔＣｅｎおよびバッテリ電圧Ｖｂに応じて設定された目標モータ速度Ｍｓｐ^*となるように制御したときの要求デューティＤｒｅｑが、減速時目標デューティＤｓｔより大きい。換言すると、減速制御時の要求デューティＤｒｅｑの絶対値は、減速時目標デューティＤｓｔの絶対値より小さい。

減速域において、減速時目標デューティＤｓｔよりも絶対値が小さいデューティにて制御している状態は、減速時目標デューティＤｓｔにて制御すれば、より大きな減速トルクを出力可能であること意味する。すなわち、減速時目標デューティＤｓｔと要求デューティＤｒｅｑとの差は、減速余裕度と捉えることができ、時刻ｘ２３から時刻ｘ２４のデューティでモータ１０を駆動している状態は、モータ１０の出力性能に余裕がある状態といえる。

そこで本実施形態では、要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔより大きく、出力性能に余裕がある場合、目標モータ速度Ｍｓｐ^*の設定に係るパラメータを更新する。
具体的には、時刻ｘ２４にて、目標モータ速度Ｍｓｐ^*とモータ速度Ｍｓｐとの差が追従判定値Ｋｆより小さく（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、かつ、要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔ以上の場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、減速開始カウント値Ｃ１を更新する。減速開始カウント値Ｃ１を補正値ＣＶで補正し、初期値Ｃ１ｉｎから補正後減速開始カウント値Ｃ１ａに変更する。時刻ｘ２４において、カウント偏差ΔＣｅｎが、補正後減速開始カウント値Ｃ１ａより大きいので、減速制御を一旦中断し、定常域での制御に戻す。

そして、カウント偏差ΔＣｅｎが補正後減速開始カウント値Ｃ１ａとなる時刻ｘ２５にて、再度減速制御を開始する。この場合、時刻ｘ２３から減速制御を継続する場合と比較し、残りカウント数であるカウント偏差ΔＣｅｎが小さい。そのため、図６〜図８にて説明したように目標モータ速度Ｍｓｐ^*を補完計算すると、モータ速度Ｍｓｐ^*の低下割合である減速度が大きくなる。
また、時刻ｘ２６にて、カウント偏差ΔＣｅｎが補正後速度変更カウント値Ｃ２ａとなると、減速度が変更される。

なお、図１１の例では、時刻ｘ２５での減速制御にて、要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔとなっているが、例えば、時刻ｘ２５の減速制御を行ったときの要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔより大きければ、再度の速度パラメータ更新処理を行う、といった具合に、速度パラメータ更新処理を繰り返すようにしてもよい。

速度パラメータ更新処理を行わない場合、時刻ｘ２８にてモータ１０が目標位置に到達している。これに対し、本実施形態では、モータ１０の出力性能に余裕がある場合、速度パラメータ更新処理を行うことで減速開始タイミングを遅らせ、定常時速度Ｍｓｐ＿ｈｉにてモータ１０を高速回転させる期間を長くしている。これにより、速度パラメータ更新処理を行わない場合よりも早いタイミングである時刻ｘ２７にてモータ１０が目標位置に到達している。
本実施形態では、速度パラメータ更新処理を行うことで、モータ１０の減速トルクを可及的十分に使うことができ、速度パラメータ補正処理を行わない場合と比較し、応答性を向上可能である。

以上説明したように、本実施形態のシフトレンジ制御装置４０は、モータ１０の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものであって、目標速度設定部６３と、要求デューティ演算部６９と、を備える。
目標速度設定部６３は、モータ１０の現在の回転位置と要求シフトレンジに応じた目標回転位置との偏差である角度偏差に基づき、モータ１０の目標速度である目標モータ速度Ｍｓｐ^*を設定する。
要求デューティ演算部６９は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*に基づき、モータ１０の駆動に係る駆動制御量としての要求デューティＤｒｅｑを演算する。

目標速度設定部６３には、要求デューティＤｒｅｑがフィードバックされ、フィードバックされた要求デューティＤｒｅｑに基づき、減速時における目標モータ速度Ｍｓｐ^*を変更する。
要求デューティＤｒｅｑに応じて目標モータ速度ＭＳｐ^*を変更することで、現在の外乱状態等に応じた最適な目標モータ速度Ｍｓｐ^*とすることができる。これにより、シフトレンジ切り替えの応答性を向上することができる。

要求デューティＤｒｅｑは、加速時に正、減速時に負となる値とする。目標速度設定部６３は、減速制御時における要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔより大きい場合、減速制御を一旦中断するとともに、減速制御再開後の減速度を減速制御中断前よりも大きくする。
要求デューティＤｒｅｑが減速時目標デューティＤｓｔより大きい場合、モータ１０が出力可能な減速トルクに対して余裕があると捉えることができる。このとき、減速タイミングを遅らせて減速度を大きくすることで、高速で回転させる期間が長くなり、応答性が向上する。

減速時目標デューティＤｓｔは、カウント偏差ΔＣｅｎに応じて可変である。詳細には、減速時目標デューティＤｓｔは、カウント偏差ΔＣｅｎが小さいほど、マイナス側に大きい値とする。より詳細には、カウント偏差ΔＣｅｎがディテントの山を越えたと見なせる領域において、減速時目標デューティＤｓｔは、負の値であって、カウント偏差ΔＣｅｎが小さいほど、絶対値が大きい値とする。
これにより、モータ１０の減速余裕度を見誤らないようにすることができる。

本実施形態では、要求デューティ演算部６９が「指令演算部」に対応する。また、カウント偏差ΔＣｅｎが「角度偏差」、目標回転速度が「目標モータ速度Ｍｓｐ^*」、要求デューティＤｒｅｑが「駆動制御量」、減速時目標デューティが「基準制御量」に対応する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータは、永久磁石式の３相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、３相ブラシレスモータに限らず、ＳＲモータ等、どのようなモータを用いてもよい。ＳＲモータ等、ブラシレスモータ以外のモータを用いた場合であっても、同様の効果を得ることができる。また、上記実施形態では、モータに２組の巻線組が設けられる。他の実施形態では、モータの巻線組は、１組でもよいし３組以上であってもよい。

上記実施形態では、いわゆる１２０°通電により、モータ１０の駆動を制御する。他の実施形態では、１２０°通電以外の制御としてもよい。例えば、いわゆる１８０°通電としてもよい。また例えば、三角波比較方式や瞬時ベクトル選択方式によるＰＷＭ制御としてもよい。

上記実施形態では、モータの回転角を検出する回転角センサとして、エンコーダを用いる。他の実施形態では、回転角センサは、エンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。また、エンコーダのカウント値に替えて、モータの回転角に換算可能なエンコーダカウント値以外の値をフィードバックしてもよい。

上記実施形態では、ディテントプレートには４つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、ディテントプレートの凹部を２つとし、ＰレンジとｎｏｔＰレンジとを切り替えるものとしてもよい。また、シフトレンジ切替機構やパーキングロック機構等は、上記実施形態と異なっていてもよい。

上記実施形態では、モータ軸と出力軸との間に減速機が設けられる。減速機の詳細について、上記実施形態では言及していないが、例えば、サイクロイド歯車、遊星歯車、モータ軸と略同軸の減速機構から駆動軸へトルクを伝達する平歯歯車を用いたものや、これらを組み合わせて用いたもの等、どのような構成であってもよい。また、他の実施形態では、モータ軸と出力軸との間の減速機を省略してもよいし、減速機以外の機構を設けてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０・・・モータ
１３・・・エンコーダ
４０・・・シフトレンジ制御装置
５０・・・ＥＣＵ
５２・・・回転速度演算部
６３・・・目標速度設定部
６９・・・要求デューティ演算部（指令演算部）

Claims

モータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ制御装置であって、
前記モータの現在の回転位置と要求シフトレンジに応じた目標回転位置との偏差である角度偏差に基づき、前記モータの目標回転速度を設定する目標速度設定部（６３）と、
前記目標回転速度に基づき、前記モータの駆動に係る駆動制御量を演算する指令演算部（６９）と、
を備え、
前記目標速度設定部には、前記駆動制御量がフィードバックされ、フィードバックされた前記駆動制御量に基づき、減速時における前記目標回転速度を変更するシフトレンジ制御装置。
前記駆動制御量は、加速時に正、減速時に負となる値とすると、
前記目標速度設定部は、減速制御時における前記駆動制御量が基準制御量より大きい場合、減速制御を一旦中断するとともに、減速制御再開後の減速度を減速制御中断前よりも大きくする請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
前記基準制御量は、前記角度偏差に応じて可変である請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。