JP2020184840A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流を抑制可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】シフトレンジ制御装置４０は、コイルを有するモータ１０の駆動を制御するものであって、駆動回路４１と、ＥＣＵ５０と、を備える。駆動回路４１は、複数のスイッチング素子４１１〜４１６を有し、コイルへの通電を切り替える。ＥＣＵ５０は、通電制御部６５、および、デューティ制限値演算部６２を有する。通電制御部６５は、モータ１０を加速させた後、減速させ、モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、コイル１１への通電を制御する。デューティ制限値演算部６２は、減速制御時における電流を制限する。これにより減速制御時の過電流を抑制することができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、シフトレンジ制御装置において、目標位置にてモータが停止するようにモータの駆動を制御している。例えば特許文献１では、加速制御、定常制御、減速制御、急ブレーキ制御、および、固定相通電制御と制御を切り替えていくことで、モータの駆動を制御している。

特開２０１８−１３５９１９号公報

特許文献１では、正のトルクを出力するときのデューティを正、負のトルクを出力するときのデューティを負と定義し、減速制御開始時のデューティを−１００［％］としている。このように制御すると、誘導起電力により、過電流となる虞がある。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、過電流を抑制可能なモータ制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、コイル（１１）を有するモータ（１０）の駆動を制御するものであって、駆動回路（４１）と、制御部（５０）と、を備える。駆動回路は、複数のスイッチング素子（４１１〜４１６）を有し、コイルへの通電を切り替える。制御部は、通電制御部（６５）、および、電流制限部（６２）を有する。

第１態様では、通電制御部は、モータを加速させた後、減速させ、モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、コイルへの通電を制御する。電流制限部は、減速制御時における電流を制限する。第２態様では、通電制御部は、モータを加速させた後、減速させ、モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、デューティ比を変更することでコイルへの通電を制御する。電流制限部は、デューティ比を制限するデューティ制限値を演算する。デューティ制限値は、減速制御開始前に一定のデューティ比での通電を行ったときの電流に応じて補正される。これにより、過電流を抑制することができる。

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駆動回路を示す回路図である。 第１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。 第１実施形態によるデューティが正の時の誘導起電力を説明する説明図である。 第１実施形態によるデューティが負の時の誘導起電力を説明する説明図である。 第１実施形態による減速制御時におけるモータ回転速度、コイル電流およびデューティの関係を説明する説明図である。 第１実施形態による基準電圧での下側デューティ制限部および上側デューティ制限値を示すマップである。 第１実施形態による補正係数のマップである。 第１実施形態によるモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第２実施形態による制限デューティ演算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を説明するタイムチャートである。 第３実施形態による制限デューティ演算処理を説明するフローチャートである。 第３実施形態によるモータ回転速度に応じた基準電流を示すマップである。 第３実施形態によるモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 参考例によるモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。

以下、本発明によるモータ制御装置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実施形態を図１〜図１０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図示しないバッテリ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る。図３に示すように、モータ１０は、コイル１１を有する。コイル１１は、Ｕ相コイル１１１、Ｖ相コイル１１２およびＷ相コイル１１３から構成され、図示しないステータに巻回される。

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相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する。

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。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（ドライブ）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リバース）、Ｐ（パーキング）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。ディテントローラ２６がＰレンジに対応する凹部に嵌まり込む方向にディテントプレート２１が回転すると、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の回転により、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、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４１、および、ＥＣＵ５０等を備える。駆動回路４１は、コイル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、Ｕ相コイル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、Ｖ相コイル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、Ｗ相コイル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。

駆動回路４１とグランドとの間には、コイル１１１〜１１３の電流を検出する電流センサ４２が設けられる。電流センサ４２は、Ｕ相コイル１１１の電流を検出するＵ相電流センサ４２１、Ｖ相コイル１１２の電流を検出するＶ相電流センサ４２２、および、Ｗ相コイル１１３の電流を検出するＷ相電流センサ４２３を有する。以下、電流センサ４２１〜４２３にて検出される各相電流を、まとめてコイル電流Ｉｃとする。

ＥＣＵ５０は、マイコン等を主体として構成され、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に示すように、ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジに応じたシフト信号、ブレーキスイッチからの信号および車速等に基づいてモータ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。

図４に示すように、ＥＣＵ５０は、機能ブロックとして、エンコーダカウント演算部５１、回転速度演算部５２、目標カウンタ設定部５５、カウンタ差分演算部５６、目標速度設定部５７、要求トルク演算部６１、デューティ制限値演算部６２、出力デューティ演算部６３、および、通電制御部６５等を有する。ＥＣＵ５０は、エンコーダカウント値Ｃｅｎが要求レンジに応じて設定される目標カウント値Ｃｅｎ^*にて停止するように、モータ１０の駆動を制御する。詳細には、要求レンジが切り替わると、モータ１０を加速制御し、モータ回転速度ＳＰが所定の速度となると、当該速度にてモータ１０の回転を維持する定常制御を行った後、減速制御を行い、エンコーダカウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ^*を含む所定の制御範囲内となるようにモータ１０を停止させる。本実施形態では、ＰＷＭ制御にてモータ１０の駆動を制御する。以下、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を、適宜単に「デューティ」という。

エンコーダカウント演算部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エンコーダカウント値Ｃｅｎを演算する、エンコーダカウント値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回転速度ＳＰを演算する。本実施形態では、モータ回転速度ＳＰは、単位ｒｐｍ等で表される、いわゆる回転数とするが、角速度等を用いてもよい。

目標カウンタ設定部５５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５６は、目標カウント値Ｃｅｎ^*とエンコーダカウント値Ｃｅｎとの差であるカウント偏差ΔＣｅｎを演算する。カウント偏差ΔＣｅｎは、目標カウントまでの残りカウント数ともいえる。目標速度設定部５７は、カウント偏差ΔＣｅｎ、および、バッテリ電圧ＶＢに基づき、目標モータ回転速度ＳＰ^*を演算する。

要求トルク演算部６１は、目標モータ回転速度ＳＰ^*とモータ回転速度ＳＰとの差分である速度偏差ΔＳＰに基づき、要求トルクＴｒｑ^*を演算する。デューティ制限値演算部６２は、モータ回転速度ＳＰに基づき、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌおよび上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈを演算する。

出力デューティ演算部６３は、要求トルクＴｒｑ^*、コイル電流Ｉｃおよびデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈに基づき、出力デューティＤ^*を演算する。通電制御部６５は、出力デューティＤ^*に基づいてＰＷＭ処理を行い、スイッチング素子４１１〜４１６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、駆動回路４１に出力される。図４中、駆動回路を「ＭＤ」と記載した。

ここで、コイル電流Ｉｃおよびデューティの正負について説明する。本明細書では、モータ１０が正のトルクを出力するときのコイル電流Ｉｃおよびデューティを正、負のトルクを出力するときのコイル電流Ｉｃおよびデューティを負の値として定義する。具体的には、レンジ切替方向にモータ１０を回転させる方向のトルクを出力するときのコイル電流Ｉｃおよびデューティが正であり、モータ１０を停止させる方向のトルクを出力するときのコイル電流Ｉｃおよびデューティが負となる。

モータ１０における誘導起電力を図５および図６に基づいて説明する。図５はコイル電流Ｉｃおよびデューティが正の場合、図６はコイル電流Ｉｃおよびデューティが負の場合を示す。図５および図６では、誘導起電力により生じる電圧Ｖｉを二点鎖線の丸で囲んだバッテリ記号で示し、誘導起電力による電流である誘導電流Ｉｉを二点鎖線の矢印、コイル電流Ｉｃを破線の矢印で示した。また、煩雑になることを避けるため、一部の符号は省略した。

図５に示すように、コイル電流Ｉｃおよびデューティが正であって、加速トルクを発生させている場合、電源電圧が印加される方向と誘導起電力の方向が逆向きとなるため、誘導起電力に起因する過電流は生じない。

一方、図６に示すように、コイル電流Ｉｃおよびデューティが負であって、ブレーキトルクを発生させている場合、電源電圧が印加される方向と誘導起電力の方向が同じ向きとなるため、通電経路となるスイッチング素子に過電流が流れる虞がある。特に、高電位側のスイッチング素子（図６の例では、Ｗ相のスイッチング素子４１３）には、還流電流も流れるため、特に過電流になりやすい。そのため、図１６に示す参考例のように、時刻ｘ５１にて、減速制御開始時のデューティを−１００［％］とすると、許容電流範囲を超えた過電流が駆動回路４１に流れる虞がある。

減速制御時におけるモータ回転速度ＳＰ、コイル電流およびデューティの関係を図７に示す。図７では、上段に、それぞれのデューティでのモータ回転速度ＳＰに対するコイル電流Ｉｃを示し、下段に制限電流Ｉｌｉｍとなるデューティを示した。また、駆動回路４１の許容電流の上限である制限電流Ｉｌｉｍを一点鎖線で示した。

図７の上段には、（ａ）デューティが０［％］のとき、（ｂ）デューティが−５０［％］、バッテリ電圧が１２［Ｖ］のとき、（ｃ）デューティが−１００［％］、バッテリ電圧が１０［Ｖ］のとき、（ｄ）デューティが−１００［％］、バッテリ電圧が１２［Ｖ］のときを示している。（ａ）に示すように、モータ回転速度ＳＰが０のとき、誘導起電力が発生しないので、コイル１１に流れるコイル電流Ｉｃは、バッテリからの電力による電流となる。また、デューティが同じであれば、コイル電流Ｉｃはバッテリ電圧に比例し、バッテリ電圧ＶＢが同じであれば、コイル電流Ｉｃはデューティに比例する。

モータ１０が回転している場合（すなわちＳＰ＞０の場合）、デューティが０［％］であれば、バッテリからの電力供給がないため、コイル１１に流れる電流は、誘導起電力による電流となる。このとき、コイル電流Ｉｃは、バッテリ電圧にはよらず、モータ回転速度ＳＰに比例し、モータ回転速度ＳＰが大きいほど、負側にて絶対値が大きくなる。デューティが０［％］以外であって、バッテリからの電力供給がある場合、コイル電流Ｉｃは、誘導起電力による電流と、バッテリ電圧ＶＢによる電流との合計になる。

上記（ａ）〜（ｄ）と制限電流Ｉｌｉｍとの関係から導かれる下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌを下段に示す。上記（ａ）〜（ｄ）に示したように、モータ回転速度ＳＰが大きくなると、誘導起電力による負の電流が大きくなるので、バッテリからの負の電力供給が大きくなると、許容電流を超えてしまう。そこで本実施形態では、減速制御での過電流を防ぐべく、モータ回転速度ＳＰに応じてデューティを制限することで、バッテリからの電力供給を制限する。

例えば、モータ回転速度ＳＰが値Ｎａ［ｒｐｍ］、バッテリ電圧ＶＢが１２［Ｖ］のとき、デューティを−５０［％］以上で制御する必要がある。本実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが１２［Ｖ］の場合、モータ回転速度ＳＰに応じ、実線で示す下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌまたはそれよりも上側のデューティにて制御する。また、バッテリ電圧ＶＢが１０［Ｖ］の場合、モータ回転速度ＳＰに応じ、破線で示す下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌまたはそれよりも上側のデューティにて制御する。下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌの絶対値は、（１／ＶＢ）に比例する。

ここで、デューティ０［％］にて、コイル電流Ｉｃが制限電流Ｉｌｉｍとなるときのモータ回転速度ＳＰを境界速度Ｎｂとする。モータ回転速度ＳＰが境界速度Ｎｂのとき、デューティが０［％］、すなわちバッテリからの負の電力供給がない状態にて、誘導起電力にてコイル電流Ｉｃが制限電流Ｉｌｉｍに達する。そのため、モータ回転速度ＳＰが境界速度Ｎｂより大きい領域では、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌが正の値となる。換言すると、モータ回転速度ＳＰが境界速度Ｎｂより大きい領域では、デューティを負にすることができない。

本実施形態では、減速制御において、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌは、モータ回転速度ＳＰが大きくなるほど正側となるように設定され、バッテリ電圧ＶＢに応じて補正される。ここで、「モータ回転速度ＳＰが大きくなるほど正側となる」とは、図７下段に示す下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌより上側で制御することを意味しており、モータ回転速度ＳＰが境界速度Ｎｂ以下の領域では、デューティが下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌより絶対値が小さくなるようにし、モータ回転速度ＳＰが境界速度Ｎｂより大きい領域では、デューティが下側デューティ制限値より絶対値が大きくなるようにする。

図８は、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌおよび上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈの基準電圧ＶＢ＿ｒでのベースマップである。本実施形態では、基準電圧ＶＢ＿ｒを１２［Ｖ］とする。図８の例では、境界速度Ｎｂが３０００［ｒｐｍ］であり、モータ回転速度ＳＰが３０００［ｒｐｍ］より小さいとき、基準下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌｒは負の値であって、モータ回転速度ＳＰが大きくなるほど、絶対値が小さくなるように設定され、モータ回転速度ＳＰが３０００［ｒｐｍ］より大きいとき、基準下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌｒは正の値であって、モータ回転速度ＳＰが大きくなるほど絶対値が大きくなるように設定される。

また、基準上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈｒは正の値であって、モータ回転速度ＳＰが２０００［ｒｐｍ］までは、モータ回転速度ＳＰが大きくなるほど基準上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈｒが大きくなり、モータ回転速度ＳＰが２０００［ｒｐｍ］以上の場合は、基準上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈｒを１００［％］とする。

なお、デューティの絶対値は、オン時間の割合に対応しており、本実施形態では、誘導起電力による電流を考慮しているため、同じモータ回転速度ＳＰにおける上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈと、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌとは、絶対値が異なる値に設定される。下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌの絶対値は、上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈの絶対値より小さい。

図９は、補正係数Ｋ１に係る補正マップであって、バッテリ電圧ＶＢに応じて補正係数Ｋ１を読み取り、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、および、上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈを演算する（式（１）、（２）参照）。本実施形態では、バッテリ電圧ＶＢが相対的に大きい場合、バッテリ電圧ＶＢが相対的に小さい場合よりも、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈの絶対値が小さくなるように、補正係数Ｋ１が設定される。なお、図８および図９に示すマップは一例であって、数値は異なっていてもよい。また、中間値については、線形等にて適宜補完して用いる。図１４についても同様である。

Ｄｌｉｍ＿ｌ＝Ｄｌｉｍ＿ｌｒ×Ｋ１ ・・・（１）
Ｄｌｉｍ＿ｈ＝Ｄｌｉｍ＿ｈｒ×Ｋ１ ・・・（２）

本実施形態のモータ駆動制御を図１０のタイムチャートに基づいて説明する。図１０では、共通時間軸を横軸とし、上から、モータ回転速度ＳＰ、デューティ、補正係数Ｋ１、誘導起電力、コイル電流Ｉｃを示す。コイル電流Ｉｃは、駆動回路４１に流れる電流と概ね等しい。図１２および図１４も同様である。

時刻ｘ１１にて、レンジ切替要求があると、バッテリ電圧ＶＢに応じた補正係数Ｋ１を用いて下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌおよび上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈを演算し、デューティが下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌと上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈとの間になるように、モータ１０の駆動を制御する。時刻ｘ１１から時刻ｘ１２までは、デューティを上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈとし、加速制御にてモータ１０を駆動する。上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈは、モータ回転速度ＳＰが大きくなるにつれて、大きくなる。

時刻ｘ１２にて、モータ回転速度ＳＰが目標モータ回転速度ＳＰ^*に到達すると、加速制御から定常制御に切り替える。時刻ｘ１３にて、目標カウント値Ｃｅｎ^*までの残りカウント数が停止制御開始カウントになると、定常制御から減速制御に切り替える。時刻ｘ１３では、モータ回転速度ＳＰおよび補正係数Ｋ１に応じて設定される下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌにてモータ１０の駆動を制御する。減速制御にて、モータ回転速度ＳＰが低下すると、誘導起電力が低下し、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌの絶対値を大きくすることができるので、減速制御開始時点よりもブレーキトルクを大きくしていくことができる。

時刻ｘ１４にて、エンコーダカウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ^*を含む所定範囲内（例えば±２カウント）になると、減速制御を終了し、例えば固定相通電等によりモータ１０を停止させる。本実施形態では、加速制御時において、上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈを超えないようにし、減速制御時において、下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌを下回らないように制御することで、レンジ切替期間に亘り、駆動回路４１の許容電流範囲内にて制御することができる。

以上説明したように、シフトレンジ制御装置４０は、コイル１１を有するモータ１０の駆動を制御するものであって、駆動回路４１と、ＥＣＵ５０と、を備える。駆動回路４１は、複数のスイッチング素子４１１〜４１６を有し、コイル１１への通電を切り替える。ＥＣＵ５０は、通電制御部６５、および、デューティ制限値演算部６２を有する。通電制御部６５は、モータ１０を加速させた後、減速させ、モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、コイル１１への通電を制御する。デューティ制限値演算部６２は、減速制御時における電流を制限する。これにより減速制御時の過電流を抑制することができる。

本実施形態では、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を制限することで電流を制限し、デューティ制限値演算部６２は、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌを演算する。デューティ比は、絶対値がオン時間の割合、減速制御開始前と同じ方向にトルクを発生させるときのデューティ比を正、反対方向にトルクを発生させるときのデューティ比を負として定義する。デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌは、低速回転域において負、高速回転域において正であって、モータ１０の回転速度ＳＰが大きいほど、値が大きくなるように演算される。デューティ制限値は、駆動回路４１に入力される入力電圧であるバッテリ電圧ＶＢにより補正される。これにより、誘導起電力による電流を加味し、コイル電流Ｉｃが許容範囲内となるように適切に通電を制御することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１１および図１２に示す。本実施形態では、所定のデューティでの固定相通電を行ったときの電流に基づいてデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈの補正に用いる補正係数Ｋ２を演算する。

本実施形態の制限デューティ演算処理を図１１のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両の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ＥＣＵ５０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。

Ｓ１０１では、ＥＣＵ５０は、シフトレンジ切替中か否か判断する。本実施形態では、切替要求が入力されてからシフトレンジ切替完了までの期間をシフトレンジ切替中とする。シフトレンジ切替中ではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０２へ移行し、制限補正係数算出完了フラグＦｆｉｎをオフにする。シフトレンジ切替中であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ５０は、制限補正係数算出完了フラグＦｆｉｎがセットされているか否か判断する。制限補正係数算出完了フラグＦｆｉｎがセットされていると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０９へ移行する。制限補正係数算出完了フラグＦｆｉｎがセットされていないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ５０は、所定デューティ（例えば４０［％］）にて固定相通電を行う。例えばＵＶ相通電であれば、スイッチング素子４１１、４１５を、固定デューティにてオンオフする。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ５０は、固定相通電を開始してから所定時間Ｘ１（例えば２０［ｍｓ］）が経過したか否かを判断する。所定時間Ｘ１は、コイル電流Ｉｃが安定するのに要する時間に応じて設定される。固定相通電を開始してから所定時間Ｘ１が経過していないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０６以降の処理を行わない。固定相通電を開始してから所定時間Ｘ１が経過したと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行し、コイル電流Ｉｃを検出する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ５０は、Ｓ１０６にて検出したコイル電流Ｉｃに基づき、補正係数Ｋ２を演算する。補正係数Ｋ２は、式（３）で演算される。式中のＩｂは、基準状態にて所定デューティ（例えば５０［％］）での固定相通電を行ったときの基準電流である。なお、基準電流検出時のデューティとＳ１０４のデューティとは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。また、式（１）、（２）中の補正係数Ｋ１を補正係数Ｋ２に読み替えれば、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈを演算することができる。

Ｋ２＝Ｉｂ／Ｉｃ ・・・（３）

Ｓ１０８では、ＥＣＵ５０は、制限補正係数算出完了フラグＦｆｉｎをセットする。Ｓ１０９では、ＥＣＵ５０は、エンコーダカウント値Ｃｅｎが目標カウント値Ｃｅｎ^*となるように、通常通電制御にてモータ１０を駆動する。

本実施形態のモータ駆動制御処理を図１２のタイムチャートに基づいて説明する。時刻ｘ２１にてレンジ切替要求があると、所定デューティにて固定相通電を行う。このとき、コイル１１に通電するが、通電相を切り替えないので、モータ１０は回転しない。時刻ｘ２１から所定時間Ｘ１が経過した時刻ｘ２２にて、コイル電流Ｉｃを用いて補正係数Ｋ２を演算する。時刻ｘ２２〜時刻ｘ２５の処理は、図１０中の時刻ｘ１１〜ｘ１４の処理と同様である。

本実施形態では、モータ１０の駆動開始前に、所定デューティにて固定相通電を行い、このときのコイル電流Ｉｃに基づいて補正係数Ｋ２を演算する。これにより、製造ばらつきや温度特性等を加味した補正が可能であるので、より適切にデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈを演算することができる。

本実施形態では、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌは、モータ１０の駆動を開始する前に一定デューティでの固定相通電を行ったときの電流に応じて補正される。これにより、より適切にデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌを演算することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１３〜図１５に示す。本実施形態では、所定のデューティにてモータ１０を回転させたときの電流に基づいてデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈの補正に用いる補正係数Ｋ３を演算する。

本実施形態の制限デューティ演算処理を図１３のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ２０１〜Ｓ２０３の処理は、図１１中のＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同様である。Ｓ２０４では、ＥＣＵ５０は、所定デューティ（例えば４０［％］）にてコイル１１に通電する。ここでは、エンコーダカウント値Ｃｅｎに応じて通電相を切り替えるので、モータ１０は回転する。

Ｓ２０５では、モータ１０の回転が安定状態か否か判断する。例えば、安定判定時間（例えば２０［ｍｓ］）のモータ回転速度の上昇が判定閾値（例えば５［ｒｐｍ］）以下の場合、回転安定状態とみなす。また、コイル電流Ｉｃの変動幅が所定範囲内である場合に回転安定状態とみなしてもよい。モータ１０の回転が安定状態ではないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２０６以降の処理を行わない。モータ１０の回転が安定状態であると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６へ移行し、コイル電流Ｉｃを検出する。

Ｓ２０６では、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０６にて検出したコイル電流Ｉｃに基づき、補正係数Ｋ３を演算する。補正係数Ｋ３は、式（３）のＫ２をＫ３に読み替えて演算される。補正係数Ｋ３の演算に用いる基準電流Ｉｂは、モータ回転速度ＳＰに応じてマップ化されており（図１４参照）、現在のモータ回転速度ＳＰに応じたマップ演算により設定される。マップ演算に限らず、数式等にて演算してもよい。また、式（１）、（２）中の補正係数Ｋ１を補正係数Ｋ３に読み替えれば、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈを演算することができる。Ｓ２０８およびＳ２０９の処理は、Ｓ１０８およびＳ１０９の処理と同様である。

本実施形態のモータ駆動制御処理を図１５のタイムチャートに基づいて説明する。時刻ｘ３１にてレンジ切替要求があると、所定デューティにてモータ１０を回転させる。時刻ｘ３２にてモータ回転速度ＳＰが概ね安定し、時刻ｘ３３にてモータ回転速度ＳＰが安定したと判定されると、このときのコイル電流Ｉｃに基づいて補正係数Ｋ３を演算する。そして、補正係数Ｋ３を用いてデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈが設定されると、固定デューティでの制御から、通常制御に切り替える。時刻ｘ３４〜時刻ｘ３６の処理は、図１０中の時刻ｘ１２〜ｘ１４の処理と同様である。

本実施形態では、減速制御を開始する前のタイミングで所定デューティにてモータ１０を駆動し、モータ回転速度ＳＰが安定したタイミングでのコイル電流Ｉｃに基づいて補正係数Ｋ３を演算する。これにより、モータ１０の駆動開始が遅れることなく、適切に補正係数Ｋ３を演算することができる。

本実施形態では、デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌは、モータ１０の駆動中であって、減速制御開始前に一定デューティでの通電を行ったときの電流に応じて補正される。これにより、応答性の低下を抑制しつつ、適切にデューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌを演算することができる。

本実施形態では、通電制御部６５は、モータ１０を加速させた後、減速させ、モータ１０の回転位置が目標回転位置にて停止するように、デューティ比を変更することでコイル１１への通電を制御する。デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、Ｄｌｉｍ＿ｈは、減速制御開始前に一定のデューティ比での通電を行ったときの電流に応じて補正される。ここで、一定デューティでの通電は、第２実施形態のように、モータ１０が停止している状態での固定相通電であってもよいし、本実施形態のように、モータ１０が駆動している状態にて通電相を切り替えつつ、一定デューティで制御するようにしてもよい。特に、モータ駆動中の電流を補正に用いる場合、一定デューティでの制御を行うタイミングは、モータ１０の駆動開始時に限らず、減速制御開始前のいずれのタイミングであってもよい。これにより、減速側のデューティを制限する下側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｌ、および、加速側のデューティを制限する上側デューティ制限値Ｄｌｉｍ＿ｈを適切に設定することができる。

上記実施形態では、シフトレンジ制御装置４０が「モータ制御装置」、ＥＣＵ５０が「制御部」、デューティ制限値演算部６２が「電流制限部」に対応する。また、エンコーダカウント値Ｃｅｎが「モータの回転位置」、目標カウント値Ｃｅｎ^*が「目標回転位置」に対応し、バッテリ電圧ＶＢが「入力電圧」に対応する。入力電圧は、バッテリ電圧ＶＢに限らず、例えばバッテリと駆動回路との間にコンバータ等が設けられている場合は、変換後の電圧を入力電圧とみなす、といった具合である。

（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モータ等を用いてもよい。上記実施形態では、コイルおよび駆動回路が１組である。他の実施形態では、コイルおよび駆動回路が２組以上であってもよい。

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、例えばレゾルバ等を用いてもよい。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、出力軸センサとしてポテンショメータ以外のものを用いてもよいし、出力軸センサを省略してもよい。

上記実施形態では、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。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。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
１０・・・モータ １１・・・コイル
２０・・・シフトレンジ切替機構
４０・・・シフトレンジ制御装置（モータ制御装置）
４１・・・駆動回路 ４１１〜４１６・・・スイッチング素子
５０・・・ＥＣＵ（制御部）
６２・・・デューティ制限値演算部（電流制限部）
６５・・・通電制御部

Claims (6)

1. コイル（１１）を有するモータ（１０）の駆動を制御するモータ制御装置であって、
   複数のスイッチング素子（４１１〜４１６）を有し、前記コイルへの通電を切り替える駆動回路（４１）と、
   前記モータを加速させた後、減速させ、前記モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、前記コイルへの通電を制御する通電制御部（６５）、および、減速制御時における電流を制限する電流制限部（６２）を有する制御部（５０）と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記電流制限部は、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を制限するデューティ制限値を演算するものであって、
   ＰＷＭ制御におけるデューティ比について、前記スイッチング素子のオン時間の割合を絶対値とし、減速制御開始前と同じ方向にトルクを発生させるときのデューティ比を正、減速制御開始前と反対方向にトルクを発生させるときのデューティ比を負として定義するとき、
   前記デューティ制限値は、低速回転域において負であって、前記モータの回転速度が大きくなるほど大きくなるように演算される請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記デューティ制限値は、前記駆動回路に入力される入力電圧に応じて補正される請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記デューティ制限値は、前記モータの駆動を開始する前に一定のデューティ比での固定相通電を行ったときの電流に応じて補正される請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記デューティ制限値は、前記モータの駆動中であって、減速制御開始前に一定のデューティ比での通電を行ったときの電流に応じて補正される請求項２に記載のモータ制御装置。
6. コイル（１１）を有するモータ（１０）の駆動を制御するモータ制御装置であって、
   複数のスイッチング素子を有し、前記コイルへの通電を切り替える駆動回路（４１）と、
   前記モータを加速させた後、減速させ、前記モータの回転位置が目標回転位置にて停止するように、デューティ比を変更することで前記コイルへの通電を制御する通電制御部（６５）、および、デューティ比を制限するデューティ制限値を演算する電流制限部（６２）を有する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記デューティ制限値は、減速制御開始前に一定のデューティ比での通電を行ったときの電流に応じて補正されるモータ制御装置。

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