JP2020190298A - シフトレンジ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】一部の系統に異常が生じた場合であっても、適切にシフトレンジを切替可能な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、複数の制御部51、52と、複数のモータドライバ41、42と、を備える。制御部51、52は、モータ10への通電を制御する通電制御部513、523、および、異常監視を行う異常監視部516、526を有する。モータドライバ41、42は、スイッチング素子を有し、制御部51、52ごとに対応して設けられる。通電制御部513、523は、複数系統でのモータ10の駆動中に他系統に影響を及ぼす異常が自系統にて生じた場合、本異常確定前の仮異常状態にて自系統の通電をオフする。異常監視部516、526は、自系統の通電をオフした後、一時的な異常か本異常かの判定を行う。【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、モータ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が知られている。例えば特許文献1では、2つのマイコンのうちの1つによりモータの駆動が制御され、モータの駆動制御に用いられているマイコンに異常が生じた場合、モータの駆動制御に用いるマイコンを他のマイコンに切り替える。
特開2018−40462号公報
ところで、複数系統にて1つのモータを駆動する場合、一部の系統に異常が生じると、正常系統のモータ駆動を阻害し、モータの駆動がロックされたり、意図しない動作をしたりする虞がある。
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、一部の系統に異常が生じた場合であっても、適切にシフトレンジを切替可能な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換えるものであって、複数の制御部(51、52)と、複数の駆動回路(41、42)と、を備える。制御部は、モータへの通電を制御する通電制御部(513、523)、および、異常監視を行う異常監視部(516、526)を有する。駆動回路は、スイッチング素子(411〜416、421〜426)を有し、制御部ごとに対応して設けられる。
制御部毎に対応して設けられる構成群を系統とする。通電制御部は、複数系統でのモータの駆動中に、他系統に影響を及ぼす異常が自系統にて検出された場合、本異常確定前の仮異常状態にて自系統の通電をオフにする。異常監視部は、自系統の通電をオフした後、一時的な異常か本異常かの判定を行う。これにより、一部の系統にて他系統に影響を及ぼす異常が生じた場合であっても、正常系統を阻害することなく、モータを駆動し、シフトレンジを切り替えることができる。
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実施形態によるモータ軸、出力軸およびディテントプレートの関係を説明する模式図である。 第1実施形態による駆動モード選択処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態による通電制御処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態によるエンコーダ異常診断処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態によるエンコーダ異常時処理を説明するフローチャートである。 第1実施形態によるモータ駆動処理を説明するタイムチャートである。 第1実施形態によるモータ駆動処理を説明するタイムチャートである。 第2実施形態によるエンコーダ異常時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処理を説明するタイムチャートである。 第2実施形態によるモータ駆動処理を説明するタイムチャートである。 第3実施形態による素子オン異常時の素子電圧および相電流を示すタイムチャートである。 第3実施形態による素子オン異常診断処理を説明するフローチャートである。 第3実施形態による素子オン異常時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駆動処理を説明するタイムチャートである。 第3実施形態によるモータ駆動処理を説明するタイムチャートである。
(第1実施形態)
以下、本発明によるシフトレンジ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、DCブラシレスモータであるが、スイッチトリラクタンスモータ等であってもよい。
図2に示すように、モータ回転角センサであるエンコーダ131、132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131、132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131、132は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとに3相のパルス信号であるエンコーダ信号SGN_e1、SNG_e2を出力する。
減速機14は、モータ10のモータ軸105(図5参照)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の角度を検出する出力軸センサ161、162が設けられ、出力軸15の回転位置に応じた出力軸信号SGN_s1、SGN_s2を出力する。出力軸センサ161、162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、付勢部材である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(リバーズ)、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。ディテントプレート21が逆回転方向に揺動すると、円錐体32がP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〜図4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、制御部51、52等を備える。図3に示すように、第1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。
第2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。
図2および図3に示すように、第1モータドライバ41とバッテリ45との間には、第1モータリレー46が設けられ、バッテリ45と第1モータドライバ41との間の導通および遮断を切替可能である。第2モータドライバ42とバッテリ45との間には、第2モータリレー47が設けられ、バッテリ45と第2モータドライバ42との間の導通および遮断を切替可能である。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。
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、第1制御部51および第2制御部52を有する。制御部51、52は、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。制御部51、52は、マイコン間通信等にて通信可能に構成されており、相互に情報を送受信する。また、制御部51、52は、図示しない外部制御部からシフトレンジの切り替えを指示する切替要求を通信にて取得する。
以下、第1モータ巻線11、および、第1モータ巻線11の通電制御に係る第1制御部51等の組み合わせを第1系統とする。また、第2モータ巻線12、および、第2モータ巻線12の通電制御に係る第2制御部52等の組み合わせを第2系統とする。以下適宜、第1系統の係る構成および値に添え字の「1」を付し、第2系統に係る値に添え字の「2」を付す。
第1制御部51は、角度演算部511、信号取得部512、通電制御部513、および、異常監視部516等を有する。角度演算部511は、第1エンコーダ131から出力されるエンコーダ信号SGN_e1を取得し、エンコーダ信号SGN_e1のパルスエッジをカウントし、エンコーダカウント値θen1を演算する。信号取得部512は、出力軸センサ161から出力軸信号SGN_s1を取得し、出力軸角度θ_s1を演算する。
通電制御部513は、モータ巻線11への通電を制御する。具体的には、通電制御部513は、第1モータドライバ41のスイッチング素子411〜416のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、第1モータドライバ41に出力する。通電制御部513は、エンコーダカウント値θen1が目標シフトレンジに応じて設定される目標カウント値θcmd1となるように、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。異常監視部516は、第1系統における異常を監視する。
第2制御部52は、角度演算部521、信号取得部522、通電制御部523、および、異常監視部526等を有する。角度演算部521は、エンコーダ132から出力されるエンコーダ信号SGN_e2の各相のパルスエッジをカウントし、エンコーダカウント値θen2を演算する。信号取得部522は、出力軸センサ162から出力軸信号SGN_s2を取得する。
通電制御部523は、モータ巻線12への通電を制御する。具体的には、通電制御部523は、第2モータドライバ42のスイッチング素子421〜426のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、第2モータドライバ42に出力する。通電制御部523は、エンコーダカウント値θen2が目標シフトレンジに応じて設定される目標カウント値θcmd2となるように、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。異常監視部526は、第2系統における異常を監視する。
ここで、モータ10の回転軸であるモータ軸105、出力軸15、および、ディテントプレート21の関係を図5に示す。図5では、実線で示す状態から二点鎖線で示す状態へとモータ10が回転することで、ドライバ要求シフトレンジに応じた凹部22に嵌まり込む状態を模式的に示している。ここでは、Pレンジに対応する凹部を凹部221、Rレンジに対応する凹部を凹部222とし、凹部221、222が山部225にて隔てられている箇所を図示した。
図5において、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、シフトレンジをPレンジからRレンジへ切り替えるべく、ディテントローラ26を凹部221から凹部222へ移動させる状態を示す。実際には、ディテントプレート21が回転することでディテントローラ26が凹部22を移動するが、図5では、単にディテントローラ26が移動するように図示した。また、図5は、「遊び」を概念的に示す模式図であって、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が、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。
モータ軸105と出力軸15との間には、減速機14が設けられており、モータ軸105と出力軸15との間のギアバックラッシュを含む「遊び」が存在している。モータ軸105と減速機14とが回転方向において離間している状態にてモータ10が回転する場合、モータ軸105と減速機14とが当接するまでの間、モータ10は空走状態となり、モータ10の回転は、出力軸15側へ伝達されない。以下適宜、遊びの範囲内にてモータ10の回転が出力軸15に伝達されない状態を「ガタ空走状態」とし、モータ軸105と減速機14とが当接しガタ空走状態が終了することを「ガタ詰まり」とする。
ガタ空走が終了すると、モータ10と出力軸15およびディテントプレート21とが一体となって回転する。これにより、ディテントローラ26は、凹部221、222間の山部225を乗り越え、凹部22へ移動する。ディテントローラ26が山部225の頂点を超えると、ディテントスプリング25の付勢力により出力軸15が先行し、ディテントローラ26が凹部222に嵌まり込むと、ガタ内にてモータ10が停止する。
ところで本実施形態では、2つの制御部51、52にて、1つのモータ10の駆動を制御している。ここで、モータ10の駆動中に一方の系統に異常が生じると、正常系統の駆動制御を阻害し、モータ10がロックされたり、意図しない動作をしたりする虞がある。
そこで本実施形態では、モータ10の駆動中に、他系統の駆動制御に影響を与える異常が生じた場合、異常検出後、速やかに異常系統を切り離すことで、正常系統の駆動制御の阻害を防ぐ。詳細には、異常検出後、異常確定前の仮異常状態にて、異常系統の通電をオフにする。
本実施形態の駆動モード選択処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチがオンされているときに、制御部51、52にて、所定の周期(例えば1[ms])で実行される。図6〜図9の処理は、いずれも制御部51、52にて同様であるので、第1制御部51の処理として説明する。また、フローチャート中、系統に係る添え字を省略する。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である。図中、フィードバックを「F/B」と記載する。後述の実施形態も同様とする。
S101では、第1制御部51は、駆動モードを判定する。駆動モードがスタンバイモードの場合、S012へ移行し、フィードバックモードの場合S105へ移行し、停止モードの場合S109へ移行し、仮フェイルモードの場合、S111へ移行する。また、フェイルモードの場合、本異常が確定されているので、自系統の通電をオフにする。具体的には、第1系統が異常の場合、第1制御部51は第1モータリレー46をオフにする。また、第2系統が異常の場合、第2制御部52は第2モータリレー47をオフにする。
駆動モードがフィードバックモードの場合に移行するS102では、第1制御部51は、異常状態が仮異常か否か判断する。異常状態判定は、後述の別途の処理にて行われる。異常状態が仮異常であると判断された場合(S102:YES)、S106へ移行し、駆動モードを仮フェイルモードとする。異常状態が仮異常ではないと判断された場合(S102:NO)、S103へ移行する。
S103では、第1制御部51は、目標レンジが変更されたか否か判断する。目標レンジが変更されていないと判断された場合(S103:NO)、S104の処理を行わず、スタンバイモードを継続する。目標レンジが変更されたと判断された場合(S103:YES)、S104へ移行し、駆動モードをフィードバックモードに切り替える。
駆動モードがフィードバックモードの場合に移行するS105では、第1制御部51は、異常状態が仮異常か否か判断する。異常状態が仮異常であると判断された場合(S105:YES)、S106へ移行し、駆動モードを仮フェイルモードに切り替える。異常状態が仮異常ではないと判断された場合(S105:NO)、S107へ移行する。
S107では、第1制御部51は、モータ10の回転位置が目標角度に到達したか否かを判断する。本実施形態では、エンコーダカウント値θen1が目標カウント値θcmd1を含む所定範囲内(例えば±2カウント)になった場合、目標角度に到達したと判断する。モータ10の回転位置が目標角度に到達していないと判断された場合(S107:NO)、フィードバックモードを継続する。モータ10の回転位置が目標角度に到達したと判断された場合(S107:YES)、S108へ移行し、駆動モードを停止モードに切り替える。停止モードでは、エンコーダカウント値θen1に応じた2相への固定相通電により、モータ10を停止させる。
駆動モードが停止モードである場合に移行するS109では、第1制御部51は、固定相通電を開始してから固定相通電継続時間が経過し、固定相通電が完了したか否かを判断する。固定相通電継続時間は、モータ10を停止させるのに要する時間に応じて設定される。固定相通電が完了していないと判断された場合(S109:NO)、停止モードを継続する。固定相通電が完了したと判断された場合(S109:YES)、S110へ移行し、駆動モードをスタンバイモードに切り替える。
駆動モードが仮フェイルモードである場合に移行するS111では、第1制御部51は、異常状態が正常か否か判断する。異常状態が正常であると判断された場合(S111:YES)、S112へ移行し、駆動モードをスタンバイモードに切り替える。仮異常から正常復帰した場合、スタンバイモードに移行することで、次回のレンジ切替時、正常系統としてモータ駆動を行う。異常状態が正常でないと判断された場合(S111:NO)、S113へ移行する。
S113では、第1制御部51は、異常状態が本異常か否かを判断する。異常状態が本異常ではないと判断された場合(S113:NO)、仮異常を継続する。異常状態が本異常であると判断された場合(S113:YES)、S114へ移行し、駆動モードをフェイルモードに切り替える。
通電制御処理を図7のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、所定の周期(例えば1[ms])またはエンコーダエッジ割込にて実行される。S201では、第1制御部51は、駆動モードを判定する。駆動モードがフィードバックモードの場合、S202へ移行し、エンコーダカウント値θen1に応じた相へ通電する。駆動モードが停止モードの場合、S203へ移行し、固定相へ通電する。駆動モードがスタンバイモード、仮フェイルモードおよびフェイルモードの場合、S204へ移行し、通電をオフにする。
本実施形態では、他系統の駆動制御に影響を与える異常として、エンコーダ異常について説明する。エンコーダ異常診断処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、所定の周期(例えば1[ms])で実行される。
S301では、第1制御部51は、異常状態が正常か否か判断する。異常状態が正常であると判断された場合(S301:YES)、S302へ移行する。異常状態が正常ではないと判断された場合(S301:NO)、S304へ移行する。
S302では、第1制御部51は、異常なエンコーダパターンを検出したか否かを判断する。ここでは、可及的速やかに仮異常判定することが望ましく、本異常確定よりも短い仮異常検出時間T1が経過した場合、肯定判断する。時間での判定に替えて、検出回数にて判断してもよい。S305およびS307も同様、検出回数での判定としてもよい。異常なエンコーダパターンが検出されていないと判断された場合(S302:NO)、異常状態として正常を継続する。異常なエンコーダパターンが検出されたと判断された場合(S302:YES)、S303へ移行し、異常状態を仮異常に切り替える。
異常状態が正常ではないと判断された場合(S301:NO)に移行するS304では、第1制御部51は、異常状態が仮異常か否かを判断する。異常状態が仮異常ではないと判断された場合(S304:NO)、すなわち本異常が確定している場合、以下の処理を行わない。異常状態が仮異常であると判断された場合(S304:YES)、S305へ移行する。
S305では、第1制御部51は、異常なエンコーダパターンが異常確定時間T2に亘って継続したか否かを判断する。異常なエンコーダパターンが異常確定時間T2に亘って継続したと判断された場合(S305:YES)、S306へ移行し、異常状態を本異常に切り替える。異常なエンコーダパターンが異常確定時間T2に亘って継続していないと判断された場合(S305:NO)、S307へ移行する。
S307では、第1制御部51は、正常な全エンコーダパターンを検出している状態が正常復帰判定時間T3に亘って継続したか否かを判断する。正常な全エンコーダパターンを検出している状態が正常復帰判定時間T3に亘って継続していないと判断された場合、仮異常状態を継続する。正常な全エンコーダパターンを検出している状態が正常復帰判定時間T3に亘って継続したと判断された場合(S307:YES)、S308へ移行し、異常状態を正常に切り替える。
エンコーダ異常時処理を図9のフローチャートに基づいて説明する。S401では、第1制御部51は、異常状態を判断する。異常状態が正常である場合、異常時処置は行わない。異常状態が仮異常の場合、S402へ移行し、スイッチング素子411〜416をオフにする。異常状態が本異常の場合、S403へ移行し、モータリレー46をオフにし、バッテリ45からの第1系統への電力供給を遮断する。また、第2系統では、仮異常の場合、スイッチング素子421〜426をオフし、本異常の場合、モータリレー47をオフにする。
本実施形態のモータ駆動処理を図10および図11のタイムチャートに基づいて説明する。図10および図11では、最上段に切替要求を示し、上段に第1系統、下段に第2系統を示す。図中、第1系統の処理を「CPU1」、第2系統の処理を「CPU2」と記載する。また各系統において、上段から、切替要求、駆動モード、モータおよび出力軸の角度、異常状態を示す。モータ角度はエンコーダカウント値θen1、θen2として記載し、出力軸角度θs1、θs2はエンコーダカウント値に換算した値として記載した。また、PレンジおよびRレンジに対応する値に括弧書きでレンジを記載した。後述の実施形態のモータ駆動処理を説明するタイムチャートについても同様である。ここでは、第2系統にて異常が発生した場合を例に説明する。
制御部51、52では、時刻x11にて、切替要求がオンになると、目標レンジが変更される。ここでは、目標レンジがPレンジからRレンジに変更されている。切替要求がオンになると、駆動モードがスタンバイモードからフィードバックモードに変更され、モータ10の駆動が開始される。時刻x12にて、ガタ空走が終了すると、出力軸15が駆動される。また、フィードバック制御中において、ディテントローラ26が山部225を乗り越えると、ディテントスプリング25の付勢力により、出力軸15が先行する。
時刻x13にて、エンコーダカウント値θen2に異常が生じると、第1系統においても、第2系統の異常の影響を受ける。図10の例では、モータ10の回転数が低下する。そこで、第2制御部52は、仮異常検出時間T1が経過した時刻x14にて、異常状態を仮異常、駆動モードを仮フェイルモードとして第2系統への通電をオフにする。ここでは、スイッチング素子421〜426をオフにする。なお、仮異常において、第2モータリレー47をオフにすることで第2系統への通電をオフしてもよい。本実施形態では、異常が確定される前の仮異常の段階にて、異常系統である第2系統への通電を即時オフにすることで、第1系統への影響を抑える。第2系統への通電がオフされると、第1系統は、第2系統の影響を受けないので、モータ10の回転数が回復し、第1系統にてモータ10が駆動される。
時刻x16にて、エンコーダカウント値θen1が目標カウント値θcmd1に到達すると、第1制御部51は、駆動モードをフィードバックモードから停止モードに切り替え、固定相通電によりモータ10を停止させる。時刻x16から固定相通電継続時間が経過した時刻x17にて、駆動モードを停止モードからスタンバイモードに切り替える。
上述の通り、時刻x14以降は、第1系統にてモータ10が駆動される。図10では、エンコーダカウント値θen2は、時刻x14以降も変化していない。そのため、異常状態が仮異常となった時刻x14から異常確定時間T2が経過した時刻x15にて、異常状態を本異常とし、駆動モードをフェイルモードとする。
図11では、時刻x21〜時刻x24までの処理は、図10中の時刻x11〜時刻x14と同様であり、時刻x26〜時刻x27の処理は図10中の時刻x16〜時刻x17の処理と同様である。図11の例では、時刻x23にて検出された異常が、例えばカウント抜け等の一時的な異常であって、時刻x24以降、第1系統でのモータ10の駆動に伴い、エンコーダカウント値θen2が正常パターンにて変化している。異常状態が仮異常となった時刻x24から正常復帰判定時間T3が経過した時刻x25にて、異常状態を仮異常から正常、駆動モードを仮フェイルモードからスタンバイモードに切り替える。
時刻x25にて、駆動モードをスタンバイモードに切り替えておくことで、次回のレンジ切替時には、第2系統は正常であるものとしてモータ10の駆動制御を行うことができる。なお、一時的な異常によりカウントが抜けた分、レンジ切替完了時のエンコーダカウント値θen2は、目標カウント値θcmd2より手前の値となるが、次のレンジ切替時には、そのときのエンコーダカウント値θen2に応じて目標カウント値θcmd2が設定されるため、差し支えない。
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、複数の制御部51、52と、複数のモータドライバ41、42と、を備える。制御部51、52は、モータ10への通電を制御する通電制御部513、523、および、異常監視を行う異常監視部516、526を有する。モータドライバ41、42は、スイッチング素子411〜416、421〜426を有し、制御部51、52ごとに対応して設けられる。詳細には、第1モータドライバ41が第1制御部51に対応して設けられ、第2モータドライバ42が第2制御部52に対応して設けられる。ここで、制御部ごとに対応して設けられる構成群を系統とする。
通電制御部513、523は、複数系統でのモータ10の駆動中に他系統に影響を及ぼす異常が自系統にて生じた場合、本異常確定前の仮異常状態にて自系統の通電をオフする。このとき、異常が生じていない他系統での通電は継続され、モータ10の駆動は継続される。異常監視部516、526は、自系統の通電をオフした後、一時的な異常か本異常かの判定を行う。これにより、一部の系統にて他系統に影響を及ぼす異常が生じた場合であっても、正常系統を阻害することなく、モータ10を駆動し、シフトレンジを切り替えることができる。
モータ10の回転位置を検出するエンコーダ131、132は、制御部51、52ごとに設けられている。本実施形態において、他系統に影響を及ぼす異常は、エンコーダ131、132の異常であって、異常監視部156、256は、仮異常状態にて自系統の通電をオフしてからレンジ切り替えが完了するまでのエンコーダ131、231の検出値に基づき、一時的な異常か本異常かを判定する。これにより、エンコーダ131、231に生じた異常が一時的なものか本異常かを適切に切り分けることができる。
バッテリ45とモータドライバ41、42との間には、バッテリ45からの電力供給を遮断可能なモータリレー46、47が設けられる。通電制御部513、523は、仮異常状態にて自系統のモータドライバ41、42をオフにすることで自系統の通電をオフにし、本異常が確定された場合、自系統のモータリレー46、47をオフにする。ここで、第1系統において、スイッチング素子411〜416をオフにすることが「駆動回路をオフにする」に対応し、第2系統において、スイッチング素子421〜426をオフにすることが「駆動回路をオフにする」に対応する。これにより、エンコーダ131、132に異常が生じた場合において、自系統への通電を適切に遮断することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態を図12〜図14に示す。本実施形態では、エンコーダ異常診断処理が上記実施形態と異なるので、この点を中心に説明する。本実施形態のエンコーダ異常診断処理を図12のフローチャートに基づいて説明する。S351〜S354の処理は、図8中のS301〜S304の処理と同様である。S354にて異常状態が仮異常であると判断された場合(S354:YES)、S355へ移行する。
S355では、第1制御部51は、異常状態が仮異常となってからから本異常判定待機時間T4が経過したか否かを判断する。本異常判定待機時間T4は、本異常判定がレンジ切替完了後となるように設定される。また、本異常判定待機時間T4に基づく判定に替えて、他系統の制御部から情報を取得し、レンジ切替が完了した場合に肯定判断するようにしてもよい。本異常判定待機時間T4が経過していないと判断された場合(S355:NO)、仮異常を継続する。本異常判定待機時間T4が経過したと判断された場合(S355:YES)、S356へ移行する。
S356では、第1制御部51は、目標カウント値θcmd1と現在のエンコーダカウント値θen1との差の絶対値が本異常確定値θth以上か否かを判断する。本異常確定値θthは、一時的な誤カウントとして許容可能な値に応じて設定される。目標カウント値θcmd1と現在のエンコーダカウント値θen1との差の絶対値が本異常確定値θth以上であると判断された場合(S356:YES)、S357へ移行し、異常状態を本異常に切り替える。目標カウント値θcmd1と現在のエンコーダカウント値θen1との差の絶対値が本異常確定値θth未満であると判断された場合(S356:NO)、S358へ移行し、異常状態を正常に切り替える。
本実施形態のモータ駆動処理を図13および図14のタイムチャートに基づいて説明する。図13において、時刻x31〜時刻x34の処理は、図10中の時刻x11〜時刻x14と同様であって、第2系統が仮異常となると、第1系統にてモータ10が駆動される。時刻x35〜時刻x36の処理は、図10中の時刻x16〜時刻x17の処理と同様であり、時刻x35にて、モータ位置が目標位置に到達すると、駆動モードをフィードバックモードから停止モードに切り替え、固定相通電によりモータ10を停止させ、固定相通電継続時間が経過した時刻x36にて駆動モードをスタンバイモードに切り替える。
異常状態が仮異常となってから、本異常判定待機時間T4が経過した時刻x37において、第2系統では、目標カウント値θcmd2とエンコーダカウント値θen2との差が本異常確定値θth以上であるので、本異常を確定し、駆動モードをフェイルモードとする。
図14の例では、時刻x41〜時刻x44までの処理は、図10中の時刻x11〜時刻x14と同様であり、時刻x45〜時刻x46の処理は図10中の時刻x16〜時刻x17の処理と同様である。図14では、時刻x43にて検出された異常が一時的な異常であって、第1系統でのモータ10の駆動に伴い、エンコーダカウント値θen2が変化している。そのため、レンジ切替が完了した時刻x46において、エンコーダカウント値θen2は、目標カウント値θcmd2と概ね同じ値となっている。詳細には、エンコーダカウント値θen2と目標カウント値θcmd2とは、カウント抜けおよび制御誤差の分、異なる。
異常状態が仮異常となってから、本異常判定待機時間T4が経過した時刻x47において、第2系統では、目標カウント値θcmd2とエンコーダカウント値θen2との差が本異常確定値θth未満であるので、異常状態と正常とし、駆動モードをスタンバイモードとする。これにより、次回のレンジ切替時には、第2系統は正常であるものとして、モータ10の駆動制御を行うことができる。レンジ切替完了後の目標カウント値θcmdとエンコーダカウント値θenとの差に基づいて本異常か否か判定することで、例えば回転位置センサが2相エンコーダ等、モータ駆動中の信号パターンに基づく異常診断ができない場合であっても、適切に異常診断を行うことができる。
本実施形態では、異常監視部516、526は、レンジ切り替え完了後、レンジ切替時に設定されていた目標レンジに応じた目標カウント値θcmdとエンコーダ131、132の検出値に応じたエンコーダカウント値θenとの差に基づき、一時的な異常か本異常かを判定する。これにより、エンコーダ131、231に生じた異常が一時的なものか本異常かを適切に切り分けることができる。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15〜図19に示す。第1実施形態および第2実施形態では、他系統の駆動に影響を与える異常として、エンコーダ異常について説明した。本実施形態では、他系統の駆動に影響を与える異常として、スイッチング素子411〜416、421〜426が遮断不能となる異常(以下、「素子オン異常」という。)について説明する。本実施形態の処理は、第1実施形態または第2実施形態のエンコーダ異常に係る処理と並行して実施可能である。駆動モード選択処理および通電制御処理は、上記実施形態と同様である。
図15は、共通時間軸を横軸とし、上段から通電指示、素子電圧、相電流を示しており、それぞれU相、V相、W相について示した。図15に示すように、通電指示がオンになると、素子電圧がHiになり、電流が流れる。また、通電指示がオフになると、素子電圧がLoになり、電流が0になる。
ここで、U相に素子オン異常が生じると、時刻xaから時刻xbの期間、U相の通電指示がオフになっているが、素子電圧がHiのままとなり、通電指示と電圧レベルとが一致していない。また、U相の通電指示がオフになっているが、電流が0にならず、U相に電流が流れ続ける。そこで本実施形態では、通電オフ指示時の素子電圧または相電流に基づき、素子オン異常を検出する。
素子オン異常の場合、異常が生じているスイッチング素子をオフすることができないため、仮異常の段階から、異常系統のモータリレーをオフにすることで、異常系統への通電をカットし、正常系統から切り離す。すなわち、第1系統にて素子オン異常が生じた場合、第1モータリレー46をオフにし、第2系統にて素子オン異常が生じた場合、第2モータリレー47をオフにする。
素子オン異常診断処理を図16のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、所定の周期(例えば1[ms])で実行される。S501では、第1制御部51は、異常状態が正常か否か判断する。異常状態が正常であると判断された場合(S501:YES)、S502へ移行し、異常状態が正常ではないと判断された場合(S501:NO)、S504へ移行する。
S502では、第1制御部51は、通電オフが指示されている相での通電が検出されているか否か判断する。ここでは、可及的速やかに仮異常判定することが望ましく、本異常確定よりも短い仮異常検出時間T1が経過した場合、肯定判断する。時間での判定に替えて、検出回数にて判断してもよい。通電されているか否かは、図15にて説明した通り、素子電圧および相電流の少なくとも一方により判定される。通電オフが指示されている相の通電が検出されなかった場合(S502:NO)、異常状態として正常を継続する。通電オフが指示されている相の通電が検出された場合(S502:YES)、S503へ移行し、異常状態を仮異常に切り替える。これにより、後述の素子オン異常時処理により、自系統のモータリレー46がオフされる。
S504およびS505の処理は、図12中のS354およびS355の処理と同様である。異常状態が仮異常であって、本異常判定待機時間T4が経過していないと判断された場合(S505:NO)、仮異常を継続し、本異常判定待機時間T4が経過したと判断された場合(S505:YES)、S506へ移行する。
第1制御部51は、本異常診断を行うべく、S506にてモータリレー46をオンにし、S507にて本異常診断中フラグをオンにする。S508では、第1制御部51は、スイッチング素子411〜416を通電指令がオフの状態にて、異常確定時間T5に亘って通電状態が検出された場合、肯定判断する。異常確定時間T5は、ノイズ等による誤判定を回避可能な程度の時間に設定される。通電指令がオフの状態であって、通電が検出されなかった場合(S508:NO)、S509へ移行し、異常状態を正常に切り替える。通電指令がオフの状態にて通電が検出された場合(S508:YES)、S510へ移行し、異常状態を本異常に切り替える。S511では、第1制御部51は、本異常診断中フラグをオフにする。
素子オン異常時処理を図17のフローチャートに基づいて説明する。S451では、第1制御部51は、異常状態を判断する。異常状態が正常である場合、異常時処置は行わない。異常状態が仮異常の場合、S452へ移行し、本異常の場合、S454へ移行する。
S452では、第1制御部51は、本異常診断中フラグがセットされているか否か判断する。本異常診断中フラグがセットされていると判断された場合(S452:YES)、S453へ移行し、自系統のモータリレー46をオンにする。異常状態が本異常である場合、および、異常状態が仮異常であって、本異常診断中フラグがセットされていない場合(S452:NO)、自系統のモータリレー46をオフにする。
本実施形態のモータ駆動処理を図18および図19のタイムチャートに基づいて説明する。図18および図19では、各系統について、異常状態の下にモータリレーのオンオフ状態を示した。図18において、時刻x51〜時刻x54の処理は、図10中の時刻x11〜時刻x14と同様である。本実施形態では、時刻x53にて生じた異常が素子オン異常であるので、時刻x54にて仮異常となると、モータリレー47をオフにすることで、第2系統への通電を遮断し、第1系統にてモータ10が駆動される。時刻x55〜時刻x56の処理は、図10中の時刻x16〜時刻x17の処理と同様であり、時刻x55にて、モータ位置が目標位置に到達すると、駆動モードをフィードバックモードから停止モードに切り替え、固定相通電によりモータ10を停止させ、固定相通電継続時間が経過した時刻x56にて駆動モードをスタンバイモードに切り替える。
異常状態が仮異常となってから、本異常判定待機時間T4が経過した時刻x57にて、本異常診断を行う。具体的には、第1系統がスタンバイの状態で、スイッチング素子421〜426をオフの状態としたまま、モータリレー47をオンにする。ここで、電流が流れた場合、時刻x57から異常確定時間T5が経過した時刻x58にて、異常状態を本異常に切り替え、駆動モードをフェイルモードとする。また、モータリレー47をオフにする。
一方、図19に示すように、時刻x57にてモータリレー47をオンにしたとき、電流が流れなければ、時刻x58にて、異常状態を正常に切り替え、駆動モードをスタンバイモードとする。また、モータリレー47はオンのままとする。これにより、次回のレンジ切替時には、第2系統は正常であるものとして、モータ10の駆動制御を行う。
本実施形態では、他系統に影響を及ぼす異常は、スイッチング素子411〜416、421〜426が遮断不能となる素子オン異常である。通電制御部513、523は、仮異常状態にて、自系統のモータリレー46、47を遮断することで、自系統の通電をオフにする。異常監視部516、526は、レンジ切り替え完了後、自系統のモータリレー46、47を導通させたときの通電状態に基づき、一時的な異常か本異常かの判定を行う。これにより、スイッチング素子411〜416、421〜426に生じた異常が一時的なものか本異常かを適切に切り分けることができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、モータドライバ41、42が「駆動回路」、モータリレー46、47が「遮断部」、エンコーダ131、132が「回転位置センサ」に対応する。また、目標カウント値θcmd1、θcmd2が「目標回転位置」、エンコーダカウント値θen1、θen2が「モータ位置」に対応する。
(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、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、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、エンコーダが系統ごとに設けられる。他の実施形態では、1つのエンコーダのエンコーダ信号を複数の制御部にて共用してもよい。出力軸センサについても同様に、1つの出力軸センサの検出値を複数系統にて共用しいてもよい。上記実施形態では、「他系統に影響を及ぼす異常」として、エンコーダ異常および素子オン異常を例示した。他の実施形態では、他系統に影響を及ぼす異常は、エンコーダ異常および素子オン異常以外であってもよい。
上記実施形態では、モータ回転角センサは、3相エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、2相エンコーダであってもよいし、エンコーダに限らず、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。
10・・・モータ
131、132・・・エンコーダ(回転位置センサ)
41、42・・・モータドライバ(駆動回路)
411〜416、421〜426・・・スイッチング素子
45・・・バッテリ
46、47・・・モータリレー(遮断部)
51、52・・・制御部
513、523・・・通電制御部
516、526・・・異常監視部

Claims (5)

  1. 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、
    前記モータへの通電を制御する通電制御部(513、523)、および、異常監視を行う異常監視部(516、526)を有する複数の制御部(51、52)と、
    スイッチング素子(411〜416、421〜426)を有し、前記制御部ごとに対応して設けられる複数の駆動回路(41、42)と、
    を備え、
    前記制御部ごとに対応して設けられる構成群を系統とし、
    前記通電制御部は、複数系統での前記モータの駆動中に、他系統に影響を及ぼす異常が自系統にて検出された場合、本異常確定前の仮異常状態にて自系統の通電をオフし、
    前記異常監視部は、自系統の通電をオフした後、一時的な異常か本異常かの判定を行うシフトレンジ制御装置。
  2. 前記モータの回転位置を検出する回転位置センサ(131、132)が、前記制御部ごとに設けられ、
    他系統に影響を及ぼす異常とは、前記回転位置センサの異常であって、
    前記異常監視部は、仮異常状態にて自系統の通電をオフしてからレンジ切り替えが完了するまでの前記回転位置センサの検出値に基づき、一時的な異常か本異常かを判定する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
  3. 前記モータの回転位置を検出する回転位置センサ(131、132)が、前記制御部ごとに設けられ、
    他系統に影響を及ぼす異常とは、前記回転位置センサの異常であって、
    前記異常監視部は、レンジ切り替え完了後、設定されていた目標回転位置と前記回転位置センサの検出値に基づいて演算されるモータ位置との差に基づき、一時的な異常か本異常かを判定する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
  4. バッテリ(45)と前記駆動回路との間には、前記バッテリからの電力供給を遮断可能な遮断部(46、47)が系統ごとに設けられ、
    前記通電制御部は、仮異常状態にて自系統の前記駆動回路をオフにすることで自系統の通電をオフし、本異常が確定された場合、自系統の前記遮断部を遮断する請求項2または3に記載のシフトレンジ制御装置。
  5. バッテリ(45)と前記駆動回路との間には、前記バッテリからの電力供給を遮断可能な遮断部(46、47)が系統ごとに設けられ、
    他系統に影響を及ぼす異常とは、前記スイッチング素子が遮断不能となる素子オン異常であって、
    前記通電制御部は、仮異常状態にて自系統の前記遮断部を遮断することで自系統の通電をオフにし、
    前記異常監視部は、レンジ切り替え完了後、自系統の前記遮断部を導通させたときの通電状態に基づき、一時的な異常か本異常を判定する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
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