JP2019094943A - シフトレンジ切替システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動系の一部に異常が生じた場合であってもモータの駆動を継続可能であるシフトレンジ切替システムを提供する【解決手段】モータドライバ４１、４２、モータ巻線１１、１２、モータドライバ４１、４２とモータ巻線１１、１２とを接続する接続配線、および、マイコン５１、５２をモータ駆動制御系統とする。ディテントローラが谷部から山部への移動中である山上り中にモータ駆動制御系統に異常が生じたとき、出力軸に伝達されるコギングトルクである出力軸コギングトルクおよびディテントスプリングによる負荷トルクを含むトルクの釣り合いにより出力軸が停止する中間レンジ停止異常の発生を回避するように、モータ駆動制御系統が複数系統設けられている。これにより、ディテントローラの山上り中にモータ駆動制御系統に異常が生じた場合であっても、モータ１０の駆動を継続可能である。【選択図】 図２

Description

本発明は、シフトレンジ切替システムに関する。

従来、運転者からのシフトレンジ切替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装置が知られている。例えば特許文献１では、２つの中間ギアの間に設けた所定量のガタを利用することで谷底の位置を学習している。

特開２０１６−７５３６４号公報

特許文献１では、ディテントスプリングの付勢力は、ローラ部が谷部に落ち込むように働く力である。シフトレンジ切替システムでは、レンジを切り替えるとき、ローラ部が山谷を移動していくのに伴い、スプリング荷重がモータトルクをアシストする方向に働く状態と、モータトルクを妨げる方向に働く状態とが繰り返し発生する。

駆動源として、コギングトルクが発生するモータを用いた場合、スプリング荷重による負荷トルクと、コギングトルクおよびモータフリクション等によるトルクとが釣り合うトルク釣り合い点が生じる。ここで、シフトレンジの切り替え中にモータを駆動できなくなるモータオフ故障が生じた場合、モータオフ故障発生時のモータ位置によっては、トルクが釣り合い、中間レンジにて出力軸が停止してしまうという新たな課題が見いだされた。出力軸が中間レンジにて停止すると、自動変速機にて適切な油圧を発生させることができず、自動変速機の故障につながる虞がある。

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、モータ駆動制御系の一部に異常が生じた場合であってもモータの駆動を継続可能であるシフトレンジ切替システムを提供することにある。

本発明のシフトレンジ切替システムは、モータ（１０）と、駆動回路（４１、４２）と、出力軸（１５）と、シフトレンジ切替機構（２０）と、制御部（５０）と、を備える。モータは、モータ巻線（１１、１２）を有し、永久磁石によるコギングトルクが発生する。駆動回路は、モータ巻線への通電を切り替える。出力軸は、モータの回転軸であるモータ軸（１０５）の回転が伝達される。シフトレンジ切替機構（２０）は、谷部形成部材（２１）、係合部材（２６）および付勢部材（２５）を有する。谷部形成部材には、複数の谷部（２２１〜２２４）および谷部を隔てる山部（２２６〜２２８）が形成され、出力軸と一体に回転する。係合部材は、シフトレンジに応じた谷部に嵌まり合う。付勢部材は、係合部材を谷部に嵌まり合う方向に付勢する。制御部は、モータの駆動制御に係る演算を行う演算部（５１、５２）を有する。

モータ軸と出力軸との間には遊びが形成されており、遊びを利用して係合部材を谷部に落とすことが可能である。駆動回路、モータ巻線、駆動回路とモータ巻線とを接続する接続配線（７１、７２）、および、演算部をモータ駆動制御系統とする。係合部材が谷部から山部への移動中である山上り中にモータ駆動制御系統に異常が生じたとき、出力軸に伝達されるコギングトルクである出力軸コギングトルクおよび付勢部材の負荷トルクを含むトルクの釣り合いにより出力軸が停止する中間レンジ停止異常の発生を回避するように、モータ駆動制御系統が複数系統設けられている。

これにより、係合部材の山上り中に一部のモータ駆動制御系統に異常が生じた場合であっても、モータの駆動を継続可能であって、中間レンジ停止異常が回避されるので、自動変速機の故障を防止することができる。

第１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。 第１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。 第１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。 第１実施形態によるディテント機構の挙動を説明する説明図である。 第１実施形態によるディテント機構に加わるトルクを説明する説明図である。 第１実施形態による通電時間と出力軸停止位置との関係を示す説明図である。 第１実施形態において、所定時間通電後に通電をオフにした場合の実験結果を示すタイムチャートである。 第１実施形態による中間レンジ停止異常が発生している状態を示す模式図である。 第１実施形態によるモータ駆動制御系統を示す模式図である。 第１実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。 第２実施形態によるモータ駆動制御系統を示す模式図である。 第３実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。 第４実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。 第５実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。

以下、シフトレンジ切替システムを図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１〜図１０に示す。図１および図２に示すように、シフトレンジ切替システムとしての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。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って、コギングトルクが発生する。本明細書では、通電オフ時にも生じるコギングトルクおよびモータフリクション等によるトルクを、適宜「モータコギングトルク」と記載する。

図３に示すように、モータ１０は、２組のモータ巻線１１、１２を有する。第１モータ巻線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モータ巻線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であるモータ角度θｍ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の回転軸であるモータ軸１０５（図４参照）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の角度である出力軸角度θｓ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。実施形態では、モータ軸１０５と出力軸１５との間には、ギアバックラッシュ等の遊びが存在している。以下適宜、モータ軸１０５と出力軸１５との間の遊びの合計を、「ガタ」とする。

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。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。

図１および図５に示すように、谷部形成部材であ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つの谷部２２１〜２２４が設けられる。谷部２２１〜２２４は、ディテントスプリング２５の先端側から、Ｐ（パーキング）レンジに対応するＰ谷部２２１、Ｒ（リバース）レンジに対応するＲ谷部２２２、Ｎ（ニュートラル）レンジに対応するＮ谷部２２３、Ｄ（ドライブ）レンジに対応するＤ谷部２２４の順に配列されている。

付勢部材であ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、先端に係合部材であるディテントローラ２６が設けられる。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が谷部２２１〜２２４を移動する。例えば、ＰレンジからＤレンジに切り替えるとき、ディテントプレート２１が正回転方向に回転することで、ディテントローラ２６は、Ｐ谷部２２１からＤ谷部２２４に移動し、Ｄ谷部２２４に嵌まり合う。ディテントローラ２６が谷部２２１〜２２４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。

図６に示すように、領域Ｒｐは、Ｐ谷部２２１の中心よりＲ谷部２２２側の所定位置よりも反Ｒ谷部２２２側の領域であって、ディテントローラ２６が領域Ｒｐにある出力軸角度のとき、パーキングロック機構３０によるパーキングロックが保証されるＰロック保証範囲である。領域Ｒｒは、Ｒ谷部２２２の中心を含む所定範囲であって、ディテントローラ２６が領域Ｒｒにある出力軸角度のとき、自動変速機５にてＲレンジの油圧が保証されるＲ油圧発生範囲である。領域Ｒｄは、Ｄ谷部２２４の中心を含む所定範囲であって、ディテントローラ２６が領域Ｒｄにある出力軸角度のとき、自動変速機５にてＤレンジの油圧が保証されるＤ油圧発生範囲である。領域Ｒｎは、Ｎ谷部２２３の中心を含む所定範囲であって、ディテントローラ２６が領域Ｒｎにある出力軸角度のとき、自動変速機５の油路において、図示しない摩擦係合要素が係合されておらず、油圧が発生していないことが保証される範囲である。以下適宜、領域Ｒｐ、Ｒｒ、Ｒｎ、Ｒｄをレンジ保証領域とし、レンジ保証領域以外を中間レンジ領域とする。

図１に示すように、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、駆動回路としてのモータドライバ４１、４２、および、制御部としてのＥＣＵ５０等を有する。モータドライバ４１は、第１モータ巻線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モータ巻線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。

第１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。第２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Ｖｂを検出する電圧センサ４８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し、モータ１０の駆動を制御することで、シフトレンジの切り替えを制御する。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。

ＥＣＵ５０は、マイコン５１、５２等を有し、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）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。

図２および図９に示すように、第１マイコン５１は、第１モータドライバ４１と接続され、第１モータ巻線１１の通電を制御する。第２マイコン５２は、第２マイコン５２は、第２モータドライバ４２と接続され、第２モータ巻線１２の通電を制御する。マイコン５１、５２は、モータ１０の駆動制御に係る演算を行うものであって、「演算部」に対応する。

マイコン５１、５２は、モータ角度θｍおよび出力軸角度θｓ等に基づき、モータ角度θｍが要求シフトレンジに応じて設定されるモータ角度目標値θｃｍｄにて停止するように、フィードバック制御等によりモータ１０の駆動を制御する。モータ１０の駆動制御の詳細は、どのようであってもよい。また、マイコン５１、５２は、シフトバイワイヤシステム１の異常を監視する。特に本実施形態では、レンジ切替中にモータ１０が停止するモータオフ故障の発生により、ディテントローラ２６が中間レンジ領域にて停止する中間レンジ停止異常を検出する。

ここで、シフトレンジ切替時におけるディテント機構の挙動を図４に基づいて説明する。図４では、「遊び」の概念を模式的に示しており、出力軸１５と減速機１４とが一体となっており、モータ軸１０５が減速機１４の遊びの範囲で移動可能であるものとして記載している。なお、モータ軸１０５と減速機１４とが一体となっており、減速機１４と出力軸１５との間に「遊び」が存在しているように構成しても差し支えない。ここでは、モータ軸１０５と出力軸１５との間の「遊び」は、減速機１４のギアとモータ軸１０５との間に存在するものを中心に説明するが、「遊び」とはモータ軸１０５と出力軸１５との間に存在する遊びやガタ等の合計と捉えることができる。

以下、Ｐレンジ以外のレンジからＰレンジへシフトレンジを切り替える場合の例を中心に説明する。図４では、モータ１０が回転することで、ディテントローラ２６が、Ｒ谷部２２２からＰ谷部２２１へ移動する状態を模式的に示している。図４においては、モータ１０および出力軸１５の回転方向を紙面左右方向として説明し、モータ１０の回転に伴ってディテントローラ２６が移動していく様子を上段から下段に示す。実際には、ディテントプレート２１が出力軸１５と一体に回転することで、ディテントローラ２６が谷部２２１〜２２４間を移動するが、図４では、説明のため、ディテントローラ２６が出力軸１５とともに移動するものとして図示した。

ディテント機構の挙動の説明に先立ち、ディテント機構に加わるトルクについて、図５を用いて説明する。図５の上段に示すように、ディテントプレート２１を回転させるとき、ディテントスプリング２５のスプリング荷重ＳＬにより生じる負荷トルクＴＬがモータ１０の駆動トルクをアシストする正トルクとして働く状態と、モータ１０の駆動トルクを妨げる負トルクとして働く状態と、が繰り返される。シフトレンジをＰレンジ方向に切り替える場合、ディテントローラ２６に対し、Ｐ方向にかかるトルクを正トルク、Ｄ方向にかかるトルクを負トルクと定義する。正トルクは、主に、モータ１０の駆動トルク、および、ディテントローラ２６の山下り中においてスプリング荷重ＳＬにより生じる。負トルクは、主に、ディテントローラ２６の山上り中においてスプリング荷重ＳＬにより生じる。

図４に示すように、シフトバイワイヤシステム１では、シフトレンジ切替機構２０において、ディテントプレート２１の回転により、ディテントローラ２６が谷部２２１〜２２４間を移動することで、シフトレンジが切り替えられる。本実施形態では、モータ軸１０５と出力軸１５との間に設けられるガタを利用して、スプリング荷重ＳＬにて、ディテントローラ２６を要求シフトレンジに応じた谷部２２１〜２２４に落とす。

ディテントローラ２６をＲ谷部２２２からＰ谷部２２１へ移動させるとき、状態ａに示すように、モータ１０がガタ内にて回転することで、モータ軸１０５と減速機１４とが当接し、ガタが詰まる。ガタ詰まり状態となると、モータ軸１０５と出力軸１５とが一体となって回転し、ディテントローラ２６が山上りを開始する。

状態ｂに示すように、ディテントローラ２６がＲ谷部２２２から山部２２６へ移動する山上り状態のとき、モータ１０が出力軸１５を引っ張る。このとき、スプリング荷重ＳＬが負トルクとして働く。

状態ｃに示すように、ディテントローラ２６が山部２２６の頂点からＰ谷部２２１へ移動する山下り状態のとき、スプリング荷重ＳＬが正トルクとして働き、出力軸１５がモータ１０に先行し、ガタ内にてＰ谷部２２１に吸い込まれる。そして状態ｄに示すように、ディテントローラ２６は、Ｐ谷部２２１に落ちる。

本実施形態では、モータ１０に永久磁石を有するＤＣモータを用いており、図５の下段に示すように、モータコギングトルクＴＣ＿Ｍが周期的に発生する。コギングトルクの発生周期は、モータ１０の磁極数等によって異なる。また、モータコギングトルクＴＣ＿Ｍは、減速機１４のギア比に応じて増幅されて出力軸１５に伝達される。以下、減速機１４にて増幅されたコギングトルクを出力軸コギングトルクＴＣ＿Ｓとする。

図５に「×」で示すように、山上り側において、負荷トルクＴＬと、出力軸コギングトルクＴＣ＿Ｓとが釣り合うトルク釣り合い点が生じる。特に、減速機１４のギア比が大きく、出力軸コギングトルクＴＣ＿Ｓの最大値が、ディテントスプリング２５による負トルクの最大値より大きい場合、出力軸コギングトルクＴＣ＿Ｓの最大値が負トルク最大値より小さい場合と比較し、トルク釣り合い点が多くなる。なお、煩雑になることを避けるため、釣り合い点を示す「×」印は、一部について記載している。

ここで、レンジ切替中において、断線等によりモータ１０を駆動できなくなる異常であるモータオフ故障が発生した場合について説明する。ディテントローラ２６の山下り中にモータオフ故障が生じた場合、スプリング荷重ＳＬが正トルクとして働くため、ガタを大きく設けておけば、スプリング荷重ＳＬにより、ディテントローラ２６を谷に落とすことが可能である。

一方、ディテントローラの山上り中にモータオフ故障が生じた場合、スプリング荷重ＳＬが負トルクとして働く。そのため、トルク釣り合い点にてモータオフ故障が生じると、ディテントローラ２６が山上り途中にて停止してしまい、中間レンジ停止異常となる新たな課題が見出された（図８参照）。なお、トルク釣り合い点にてディテントローラ２６が止まってしまう場合、ガタを大きく設けたとしても、中間レンジ停止異常は解消されない。また、例えばスイッチトリラクタンスモータ等のように、永久磁石を用いていないモータの場合、コギングトルクが発生しないため、トルク釣り合い点が生じず、ディテントローラ２６がディテントスプリング２５のスプリング荷重ＳＬにていずれかの谷部２２１〜２２４に落とし込まれるため、中間レンジ停止異常は発生しない。

図６では、ディテントローラ２６がＤ谷部２２４にある状態から通電を開始し、ディテントローラ２６がＰ谷部２２１に到達するまでの、ある時間が経過したところで通電をオフにした場合の出力軸１５の停止位置を示している。レンジ切替中に通電がオフされたとしても、通電オフタイミングによっては、スプリング荷重ＳＬにて、ディテントローラ２６はいずれかの谷部２２１〜２２４に落とし込まれる。しかしながら、二点鎖線にて囲んで示すように、ディテントローラ２６の山上り中に通電がオフされると、中間レンジ領域にて停止してしまう場合がある。

図７および図８は、モータ１０への通電時間をｘａとしたときの実験結果であり、図６中の点Ａに対応している。図７では、共通時間軸を横軸とし、上段から、駆動モードおよび角度を示している。図中のＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄは、ディテントローラ２６が谷部２２１〜２２４の中心にあるときの出力軸角度に対応している。また、モータ角度θｍおよびモータ角度目標値θｃｍｄは、出力軸換算にて記載した。

ディテントローラ２６がＤ谷部２２４にある状態から時間ｘａの間通電した後に通電オフにすると、モータ角度θｍがモータ角度目標値θｃｍｄに到達せず、出力軸角度θｓがＲ谷部２２２とＰ谷部２２１との間の中間レンジ領域にて停止してしまうことがわかる。

中間レンジ領域にて出力軸１５が停止する異常が発生すると、マニュアルバルブ２８が中途半端な位置で停止するため、適切な油圧を発生させることができず、自動変速機５の故障につながる虞がある。

そこで本実施形態では、モータ駆動制御系統の一部に断線等が生じた場合であっても、中間レンジ停止異常が生じないように、モータ駆動制御系統を複数系統化している。モータ駆動制御系統には、モータ巻線１１、１２、モータドライバ４１、４２、マイコン５１、５２、および、これらを接続する接続配線が含まれる。第１モータ巻線１１、第１モータドライバ４１および第１マイコン５１、ならびに、これらを接続する接続配線６１、７１の組み合わせを第１系統とし、第２モータ巻線１２、第２モータドライバ４２および第２マイコン５２、ならびに、これらを接続する接続配線６２、７２の組み合わせを第２系統とする。

図９に示すように、第１モータドライバ４１は、第１マイコン側接続配線６１にて第１マイコン５１と接続され、第１モータ側接続配線７１にて第１モータ巻線１１と接続される。第１マイコン５１は、第１モータドライバ４１のスイッチング素子４１１〜４１６（図９中では不図示）のオンオフ作動を制御することで、第１モータ巻線１１の通電を制御する。

第２モータドライバ４２は、第２マイコン側接続配線６２にて第２マイコン５２と接続され、第２モータ側接続配線７２にて第２モータ巻線１２と接続される。第２マイコン５２は、第２モータドライバ４２のスイッチング素子４２１〜４２６（図９中では不図示）
のオンオフ作動を制御することで、第２モータ巻線１２の通電を制御する。レンジ切替要求等は、マイコン５１、５２にそれぞれ入力され、入力された情報に基づいて、各種制御を行う。図９および図１１では、モータ巻線１１、１２を記号「Ｍ」で記した。

本実施形態のモータ制御処理を図１０のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、マイコン５１、５２のそれぞれにて所定の周期で実行される。ここでは、第１マイコン５１での処理として説明し、第２マイコン５２での処理は同様であるので説明を省略する。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とする。第３実施形態〜第５実施形態も同様とする。

Ｓ１０１では、第１マイコン５１は、自系統が正常か否かを判断する。自系統が正常であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行し、レンジ切り替えを許可する。具体的には、要求シフトレンジに応じ、モータ１０を駆動すべく、第１モータ巻線１１への通電を制御する。自系統が正常ではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行し、自系統でのレンジ切り替えを禁止する。具体的には、第１モータ巻線１１への通電を行わない。このとき、他系統が正常であれば、他系統を用いてモータ１０の駆動が継続される。また、Ｓ１０４では、第１マイコン５１は、第２マイコン５２、および、シフトバイワイヤシステム１の外部、例えば車両全体の制御を司る上位ＥＣＵ等の図示しない他のＥＣＵに、第１系統にて故障が生じた旨の情報を通知する。マイコン５１、５２間の情報伝達は、マイコン間通信にて直接的に行ってもよいし、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車両通信網を経由して行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態のシフトバイワイヤシステム１は、モータ１０と、モータドライバ４１、４２と、出力軸１５と、シフトレンジ切替機構２０と、ＥＣＵ５０と、を備える。モータ１０は、モータ巻線１１、１２を有し、永久磁石によるコギングトルクが発生する。モータドライバ４１、４２は、モータ巻線１１、１２への通電を切り替える。出力軸１５は、モータ１０の回転軸であるモータ軸１０５の回転が伝達される。

シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、ディテントローラ２６およびディテントスプリング２５を有する。ディテントプレート２１には、複数の谷部２２１〜２２４および谷部２２１〜２２４を隔てる山部２２６〜２２８が形成され、出力軸１５と一体に回転する。ディテントローラ２６は、シフトレンジに応じた谷部２２１〜２２４に嵌まり合う。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６を谷部２２１〜２２４に嵌まり合う方向に付勢する。ＥＣＵ５０は、モータ１０の駆動制御に係る演算を行うマイコン５１、５２を有する。

モータ軸１０５と出力軸１５との間には遊びが形成されており、遊びを利用してディテントローラ２６を谷部２２１〜２２４に落とすことが可能である。モータドライバ４１、４２、モータ巻線１１、１２、モータドライバ４１、４２とモータ巻線１１、１２とを接続する接続配線７１、７２、および、マイコン５１、５２をモータ駆動制御系統とする。ディテントローラ２６が谷部２２１〜２２４から山部２２６〜２２８への移動中である山上り中にモータ駆動制御系統に異常が生じたとき、出力軸１５に伝達されるコギングトルクである出力軸コギングトルクおよびディテントスプリング２５による負荷トルクを含むトルクの釣り合いにより出力軸１５が停止する中間レンジ停止異常の発生を回避するように、モータ駆動制御系統が複数系統設けられている。これにより、ディテントローラ２６の山上り中にモータ駆動制御系統に異常が生じた場合であっても、モータ１０の駆動を継続可能であり、中間レンジ停止異常が回避されるので、自動変速機５の故障を防止することができる。

それぞれのマイコン５１、５２は、共通のレンジ切替要求に応じ、対応して設けられるモータ巻線１１、１２の通電を独立して制御する。これにより、複数系統を同時に用いてモータ１０を駆動することができ、出力を確保できる。また、一部の系統に異常が生じた場合であっても、正常系統にてそのままモータ１０を駆動し、レンジ切り替えを継続可能である。

一部のモータ駆動制御系統に異常が生じた場合、正常であるモータ駆動制御系統を用いてモータ１０の駆動を継続する。これにより、一部の系統に異常が生じた場合であっても、レンジ切り替えを継続可能である。

第１マイコン５１は、モータ駆動制御系統に異常が生じた場合、異常が生じた旨の情報を、「他の演算部」である第２マイコン５２、および、システム外部の少なくとも一方に通知する。これにより、異常状態に応じた処置を講じることができる。また例えばドライバに異常を通知することで、早期の修理を促すことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１１に示す。図１１に示すように、本実施形態では、マイコン５１、５２では、制御タイミングを一致させるための同期制御を行う。本実施形態では、それぞれのマイコン５１、５２が有しているクロック信号を同期させる。同期制御は、マイコン５１、５２にて同期情報を共有することで同期するようにしてもよいし、マイコン５１、５２の外部からの外部クロック等の情報を用いてもよい。

本実施形態では、マイコン５１、５２は、他のマイコン５２、５１との通電指示タイミングを同期させる同期処理を行う。これにより、モータ巻線１１、１２への通電タイミングのずれを低減することができる。これにより、通電タイミングのずれに起因するトルク低下を防ぐことができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１２に示す。第３実施形態〜第５実施形態では、モータ制御処理が第１実施形態と行っているので、この点を中心に説明する。第２実施形態のように、同期制御を行ってもよい。

Ｓ２０１では、図１０のＳ１０１と同様、第１マイコン５１は、自系統が正常か否かを判断する。自系統が正常ではないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２０６へ移行する。Ｓ２０６およびＳ２０７の処理は、図１０中のＳ１０３およびＳ１０４の処理と同様である。自系統が正常であると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、第１マイコン５１は、他系統が正常か否かを判断する。他系統が正常であると判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行し、レンジ切り替えを許可する。他系統が正常ではないと判断された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、Ｓ２０３へ移行する。

Ｓ２０３では、第１マイコン５１は、バッテリ電圧Ｖｂが電圧判定閾値Ｖｔｈ以上か否かを判断する。本実施形態では、バッテリ電圧Ｖｂが「駆動回路に入力される入力電圧」に対応する。電圧判定閾値Ｖｔｈは、１系統にてモータ１０を駆動可能な程度の電圧に設定される。電圧判定閾値Ｖｔｈは、レンジによらず同一の値としてもよいし、例えば、現在のシフトレンジがＰレンジのとき、他のレンジのときよりも電圧判定閾値Ｖｔｈを大きい値にする、といった具合に、現在のシフトレンジに応じて異なる値としてもよい。バッテリ電圧Ｖｂが電圧判定閾値Ｖｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行し、レンジ切り替えを許可する。バッテリ電圧Ｖｂが電圧判定閾値Ｖｔｈ未満であると判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行し、レンジ切り替えを禁止する。

１系統にてモータ１０を駆動とすると、２系統での駆動時と比較し、出力可能なトルクが低下する。その上で、バッテリ電圧が低下していると、出力可能なトルクがさらに低下し、レンジ切り替えに失敗する虞がある。そこで本実施形態では、一方の系統に異常が生じており、かつ、バッテリ電圧Ｖｂが低下している場合、シフトレンジの切り替えを禁止している。これにより、トルク低下によるレンジ切替失敗を防止できる。

本実施形態では、一部のモータ駆動制御系統に異常が生じた場合、レンジ切替実施判定を行い、レンジ切り替えの許可または禁止を選択する、具体的には、ＥＣＵ５０は、レンジ切替実施判定として、モータドライバ４１、４２に入力される入力電圧としてバッテリ電圧Ｖｂの判定を行い、バッテリ電圧Ｖｂが電圧判定閾値Ｖｔｈ以上の場合、レンジ切り替えを許可し、バッテリ電圧Ｖｂが電圧判定閾値Ｖｔｈ未満の場合、レンジ切り替えを禁止する。これにより、一部の系統の故障によるトルク不足によるレンジ切替失敗を防止可能であって、中間レンジ停止異常の発生を回避することができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１３に示す。本実施形態のモータ制御処理は、図１２中のＳ２０３に替えてＳ２１１の処理を行う点を除き、第３実施形態と同様である。Ｓ２０２にて否定判断された場合に移行するＳ２１１では、第１マイコン５１は、エンジン駆動中か否かを判断する。エンジン駆動中であると判断された場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行し、レンジ切り替えを許可する。エンジン駆動中ではない判断された場合（Ｓ２１１：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行し、レンジ切り替えを禁止する。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、レンジ切替実施判定として、エンジンの駆動状態を判定する。エンジンが駆動中の場合、レンジ切り替えを許可し、エンジンが停止中の場合、レンジ切り替えを禁止する。例えばアイドルストップ等でエンジンが停止しているとき、バッテリ電圧Ｖｂが低下する虞がある。そこで本実施形態では、一方の系統に異常が生じており、かつ、エンジンが停止している場合、シフトレンジの切り替えを禁止している。これにより、トルク不足によるレンジ切替失敗を防止可能であって、中間レンジ停止異常の発生を回避することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１４に示す。本実施形態のモータ制御処理は、図１２中のＳ２０３に替えて、Ｓ２１６およびＳ２１７の処理を行う点を除き、第３実施形態と同様である。Ｓ２０２にて否定判断された場合に移行するＳ２１６では、第１マイコン５１は、現在のシフトレンジがＰレンジ以外か否かを判断する。現在のシフトレンジがＰレンジ以外であると判断された場合（Ｓ２１６：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行し、レンジ切り替えを許可する。現在のシフトレンジがＰレンジであると判断された場合（Ｓ２１６：ＮＯ）、Ｓ２１７へ移行する。

Ｓ２１７では、第１マイコン５１は、車両の傾斜角度θｉが角度判定閾値θｔｈ以下か否かを判断する。車両の傾斜角度θｉは、例えば傾斜角センサの検出値に基づいて演算される。傾斜角度θｉが角度判定閾値θｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ２１７：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行し、レンジ切り替えを許可する。傾斜角度θｉが角度判定閾値θｔｈより大きいと判断された場合（Ｓ２１７：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行し、レンジ切り替えを禁止する。

シフトレンジをＰレンジからＰレンジ以外のレンジへ切り替える、いわゆる「Ｐ抜き」において、他のレンジ切替時よりも大きなトルクが必要になる。また、車両が傾斜している場合、パーキングロックポール３３とパーキングギア３５との噛み合い箇所に傾斜角度θｉおよび車重に応じた摩擦が発生するため、Ｐ抜き時により大きなトルクが必要になる。そこで本実施形態では、一方の系統に異常が生じており、かつ、車両傾斜状態でのＰ抜き時、シフトレンジの切り替えを禁止している。これにより、トルク低下によるレンジ切替失敗を防止できる。

モータ制御処理において、Ｓ２１７の処理を省略し、一方の系統に異常が生じている場合、車両の傾斜角度θｉによらず、Ｐレンジから他のレンジへの切り替えを禁止するようにしてもよい。また、モータ制御処理において、図１２中のＳ２０３、図１３中のＳ２１１、および、図１４中のＳ２１６、Ｓ２１７の複数を組み合わせてもよい。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、レンジ切替実施判定として、現在のシフトレンジを判定する。現在のシフトレンジがＰレンジ以外の場合、レンジ切替を許可し、現在のシフトレンジがＰレンジのとき、レンジ切り替えを禁止する。また、ＥＣＵ５０は、レンジ切替実施判定として、現在のシフトレンジおよび車両の傾斜角度θｉを判定する。現在のシフトレンジがＰレンジ以外の場合、および、現在のシフトレンジがＰレンジであって、傾斜角度θｉが角度判定閾値θｔｈ以下の場合、レンジ切り替えを許可する。また、現在のシフトレンジがＰレンジであって、かつ、傾斜角度θｉが角度判定閾値θｔｈより大きい場合、レンジ切り替えを禁止する。これにより、比較的大きなトルクが必要であるＰ抜きにおいて、トルク不足によるレンジ切り替え失敗を防止可能であって、中間レンジ停止異常の発生を回避することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータは、ＤＣブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、コギングトルクが発生するＤＣブラシレスモータ以外のものでもよい。上記実施形態では、駆動回路であるモータドライバは、３相インバータである。他の実施形態では、駆動回路を、モータ巻線の通電を切替可能などのような回路構成としてもよい。上記実施形態では、モータ駆動制御系統が２系統設けられている。他の実施形態では、モータ駆動制御系統を３系統以上設けてもよい。

上記実施形態では、モータ回転角センサは、エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、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。上記実施形態では、出力軸センサとしてポテンショメータを例示した。他の実施形態では、出力軸センサは、どのようなものであってもよく、例えば、各レンジ保証領域にてオンされるスイッチにより構成されてもよいし、非接触の磁気センサを用いてもよい。また、出力軸センサを省略してもよい。

上記実施形態では、ディテントプレートには４つの谷部が設けられる。他の実施形態では、谷部の数は４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、Ｐレンジと、Ｐレンジ以外のレンジであるｎｏｔＰレンジに対応する２つの谷部が設けられていてもよい。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。

１・・・シフトバイワイヤシステム（シフトレンジ切替システム）
１０・・・モータ １０５・・・モータ軸 １１・・・モータ巻線
１５・・・出力軸 ２０・・・シフトレンジ切替機構
２１・・・ディテントプレート（谷部形成部材）
２２１〜２２４・・・谷部 ２２６〜２２８・・・山部
２５・・・ディテントスプリング（付勢部材）
２６・・・ディテントローラ（係合部材）
４１、４２・・・モータドライバ（駆動回路）
５０・・・ＥＣＵ（制御部） ５１、５２・・・マイコン（演算部）
７１、７２・・・接続配線

Claims (10)

1. モータ巻線（１１、１２）を有し、永久磁石によるコギングトルクが発生するモータ（１０）と、
   前記モータ巻線への通電を切り替える駆動回路（４１、４２）と、
   前記モータの回転軸であるモータ軸（１０５）の回転が伝達される出力軸（１５）と、
   複数の谷部（２２１〜２２４）および前記谷部を隔てる山部（２２６〜２２８）が形成され前記出力軸と一体に回転する谷部形成部材（２１）、シフトレンジに応じた前記谷部に嵌まり合う係合部材（２６）、および、前記係合部材を前記谷部に嵌まり合う方向に付勢する付勢部材（２５）を有するシフトレンジ切替機構（２０）と、
   前記モータの駆動制御に係る演算を行う演算部（５１、５２）を有する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記モータ軸と前記出力軸との間には遊びが形成されており、前記遊びを利用して前記係合部材を前記谷部に落とすことが可能であって、
   前記駆動回路、前記モータ巻線、前記駆動回路と前記モータ巻線とを接続する接続配線（７１、７２）、および、前記演算部をモータ駆動制御系統とすると、前記係合部材が前記谷部から前記山部への移動中である山上り中に前記モータ駆動制御系統に異常が生じたとき、前記出力軸に伝達されるコギングトルクである出力軸コギングトルクおよび前記付勢部材の負荷トルクを含むトルクの釣り合いにより前記出力軸が停止する中間レンジ停止異常の発生を回避するように、前記モータ駆動制御系統が複数系統設けられているシフトレンジ切替システム。
2. それぞれの前記演算部は、共通のレンジ切替要求に応じ、対応して設けられる前記モータ巻線の通電を独立して制御する請求項１に記載のシフトレンジ切替システム。
3. 前記演算部は、他の前記演算部との通電指示タイミングを同期させる同期処理を行う請求項１に記載のシフトレンジ切替システム。
4. 一部の前記モータ駆動制御系統に異常が生じた場合、正常である前記モータ駆動制御系統を用いて前記モータの駆動を継続する請求項１〜３のいずれか一項に記載のシフトレンジ切替システム。
5. 一部の前記モータ駆動制御系統に異常が生じた場合、レンジ切替実施判定を行い、レンジ切り替えの許可または禁止を選択する請求項４に記載のシフトレンジ切替システム。
6. 前記制御部は、前記レンジ切替実施判定として、前記駆動回路に入力される入力電圧の判定を行い、
   前記入力電圧が電圧判定閾値以上の場合、レンジ切り替えを許可し、
   前記入力電圧が前記電圧判定閾値未満の場合、レンジ切り替えを禁止する請求項５に記載のシフトレンジ切替システム。
7. 前記制御部は、前記レンジ切替実施判定として、エンジンの駆動状態を判定し、
   前記エンジンが駆動中の場合、レンジ切り替えを許可し、
   前記エンジンが停止中の場合、レンジ切り替えを禁止する請求項５または６に記載のシフトレンジ切替システム。
8. 前記制御部は、前記レンジ切替実施判定として、現在のシフトレンジを判定し、
   現在のシフトレンジがＰレンジ以外の場合、レンジ切り替えを許可し、
   現在のシフトレンジがＰレンジの場合、レンジ切り替えを禁止する請求項５〜７のいずれか一項に記載のシフトレンジ切替システム。
9. 前記制御部は、前記レンジ切替実施判定として、現在のシフトレンジおよび車両の傾斜角度を判定し、
   現在のシフトレンジがＰレンジ以外の場合、および、現在のシフトレンジがＰレンジであって前記傾斜角度が角度判定閾値以下の場合、レンジ切り替えを許可し、
   現在のシフトレンジがＰレンジであって、かつ、前記傾斜角度が前記角度判定閾値より大きい場合、レンジ切り替えを禁止する請求項５〜７のいずれか一項に記載のシフトレンジ切替システム。
10. 前記演算部は、前記モータ駆動制御系統に異常が生じた場合、異常が生じた旨の情報を他の前記演算部およびシステム外部の少なくとも一方に通知する請求項１〜９のいずれか一項に記載のシフトレンジ切替システム。

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