JP2023159702A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置判定を適切に実施可能なアクチュエータ制御装置を提供する。【解決手段】制御装置６０は、モータ４０を有する電動アクチュエータと、ディテント機構と、位置センサ５５と、を備えるパークロックシステムにおいて、モータ４０の駆動によりディテント機構の切り替えを制御する。制御装置６０の制御部７０は、回転演算部７２と、位置判定部７３と、閾値設定部７４と、を備える。回転演算部７２は、位置センサ５５の検出値に基づき、センサ回転数Ｎｓを演算する。閾値設定部７４は、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えるときに生じる位置センサ５５の検出値の急変が検出されると、急変開始の変曲点以前におけるセンサ回転数Ｎｓに基づいて位置判定閾値Ｎｔｈを設定する。位置判定部７３は、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さくなった場合、ディテントローラが目標谷部の最底部に落ちたと判定する。【選択図】 図３

Description

本発明は、アクチュエータ制御装置に関する。

従来、自動変速機のシフトレンジ切替機構を電気的に制御するシフトバイワイヤシステムが知られている。例えば特許文献１では、出力軸の回転角度を検出する出力軸センサが設けられており、出力軸センサの出力信号に基づき、出力軸が複数のレンジ判定範囲のうちどこに位置しているかを判定している。

特開２０１８－１７９１４２号公報

例えば回転数等の出力軸の挙動は、温度や電圧などの環境条件によって変わる。ここで、閾値判定により出力軸の位置検出を行う場合、閾値を一定にすると、応答性の面で不利になったり、誤判定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、位置判定を適切に実施可能なアクチュエータ制御装置を提供することにある。

本発明のアクチュエータ制御装置（６０）は、駆動源（４０）を有するアクチュエータ（１０）と、ディテント機構（２０）と、位置センサ（５５）と、を備える駆動システム（１）において、アクチュエータの駆動によりディテント機構の切り替えを制御する。ディテント機構は、ディテント部材（２１）、および、係合部材（２６）を有する。ディテント部材は、複数の谷部（２１１、２１２）、および、谷部を隔てる山部（２１５）が形成されている。係合部材は、アクチュエータにより出力軸（１５）が駆動されることで谷部間を移動可能である。位置センサは、出力軸の位置を検出可能である。

アクチュエータ制御装置は、変化率演算部（７２）と、位置判定部（７３）と、閾値設定部（７４）と、を備える。変化率演算部は、位置センサの検出値に基づき、駆動変化率を演算する。位置判定部は、係合部材を目標谷部に移動させるとき、係合部材の位置を判定する。閾値設定部は、位置判定に係る閾値である位置判定閾値を設定する。

閾値設定部は、係合部材が山部を乗り越えるときに生じる位置センサの検出値の急変が検出されると、急変開始の変曲点以前における駆動変化率に基づいて位置判定閾値を設定する。位置判定部は、駆動変化率が位置判定閾値より小さくなった場合、係合部材が目標谷部の最底部に落ちたと判定する。これにより、係合部材の位置を適切に判定することができる。

一実施形態によるパークロックシステムを示す概略構成図である。 一実施形態による電動アクチュエータを示す斜視図である。 一実施形態による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およびディテント機構を示す模式図である。 一実施形態による駆動モード切替処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による谷位置判定処理を説明するフローチャートである。 （ａ）は電圧と安全係数との関係を示す図であり、（ｂ）は温度と安全係数との関係を示す図であり、（ｃ）は山越え前の負荷トルクと安全係数との関係を示す図である。 一実施形態による谷位置判定処理を説明するタイムチャートである。 一実施形態による谷位置判定処理を説明するタイムチャートである。 一実施形態による谷位置判定処理を説明するタイムチャートである。

（一実施形態）
以下、本発明によるアクチュエータ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態を図１～図１０に示す。図１に示すように、電動アクチュエータ１０は、パークロックシステム１に適用される。パークロックシステム１は、電動アクチュエータ１０、ディテント機構２０、および、パーキングロック機構３０を備える。電動アクチュエータ１０は、回転式であって、例えばブラシ付きＤＣモータおよび減速ギア機構等から構成される。電動アクチュエータ１０は、出力軸１５を回転させることで、ディテント機構２０を駆動する。

ディテント機構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、電動アクチュエータ１０から出力された回転駆動力を、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、電動アクチュエータ１０により駆動される。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、２つの谷部２１１、２１２、および、谷部２１１、２１２を隔てる山部２１５が設けられる。

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２１１、２１２間を移動する。ディテントローラ２６が谷部２１１、２１２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、パーキングロック機構３０の状態が固定される。

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、パーキングレバー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レンジに対応する谷部２１１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。

パーキングレバー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。パーキングレバー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、パーキングレバー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、図示しないドライブシャフトと接続しており、パーキングレバー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、ドライブシャフト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はパーキングレバー３３によりロックされず、ドライブシャフトの回転は、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はパーキングレバー３３によってロックされ、ドライブシャフトの回転が規制される。

以下適宜、Ｐレンジのときにディテントローラ２６が嵌まり込む谷部２１１を「Ｐ谷」、ｎｏｔＰレンジのときにディテントローラ２６が嵌まり込む谷部２１２を「ｎｏｔＰ谷」、谷部２１１、２１２の谷底を「最底部」とする。

図２に示すように、電動アクチュエータ１０は、モータ４０、減速機構４２、ケース５１、および、基板カバー５７等を有する。モータ４０は、モータ軸がケース５１の底面と略平行になるように基板カバー５７上に横置きされている。

減速機構４２は、ウォームギア４３、ヘリカルギア４４、中間ギア４５、ドリブンプレート４６およびドリブンシャフト４７を有する。ウォームギア４３は、モータ４０のモータ軸と一体に回転する。ヘリカルギア４４は、ウォームギア４３および中間ギア４５の大径部と噛み合う。中間ギア４５は大径部および小径部を有し、大径部はヘリカルギア４４と噛み合い、小径部はドリブンプレート４６と噛み合う。

ドリブンプレート４６とドリブンシャフト４７とは、一体に形成されているが、別体としてもよい。ドリブンシャフト４７と出力軸１５とは、スプライン軸継手にて接続されている。これにより、モータ４０の回転は、ウォームギア４３、ヘリカルギア４４、中間ギア４５、ドリブンプレート４６およびドリブンシャフト４７を経由し、出力軸１５に伝達される。

ケース５１は、例えば樹脂等で形成され、ドリブンシャフト４７と対応する箇所に筒部５４が形成されている。筒部５４は、ドリブンシャフト４７側に開口する筒状に形成されており、端面にてドリブンシャフト４７と当接可能に設けられている。ドリブンシャフト４７と筒部５４とが当接することで、筒部５４はドリブンシャフト４７の軸方向の荷重を受ける。

ドリブンシャフト４７には、図示しないセンサマグネットが設けられている。また、筒部５４の内側であって、ドリブンシャフト４７と対向する箇所には、位置センサ５５（図３参照）が設けられている。本実施形態では、ドリブンシャフト４７を「センサ軸」とし、位置センサ５５により出力軸１５の回転位置を検出している。基板カバー５７は、ケース５１に固定されており、内部に図示しない基板が設けられている。基板には、制御装置６０を構成する各種電子部品が実装されている。

図３に示すように、制御装置６０は、駆動回路６１、および、制御部７０等を有する。駆動回路６１は、図示しない駆動素子を有する。制御部７０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。制御部５０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７０は、要求シフトレンジを取得して目標レンジを設定し、ディテントローラ２６が目標レンジに応じた谷部２１１、２１２に位置するように、電動アクチュエータ１０の駆動を制御する。制御部７０は、機能ブロックとして、信号取得部７１、回転演算部７２、位置判定部７３、閾値設定部７４、および、駆動制御部７５等を有する。信号取得部７１は、位置センサ５５からの位置検出信号、図示しない上位ＥＣＵ等からの要求シフトレンジに係る信号、モータ４０の電流、電圧、温度等に係るセンサ信号等を取得する。

回転演算部７２は、位置センサ５５の検出値に基づき、ドリブンシャフト４７の回転角であるセンサ角度θｓ、および、ドリブンシャフト４７の回転数であるセンサ回転数Ｎｓを演算する。センサ角度θｓおよびセンサ回転数Ｎｓは、ガタが詰まった状態にてドリブンシャフト４７と出力軸１５とが一体に回転している場合、出力軸１５に係る値とみなせる。

位置判定部７３は、ディテント機構２０におけるディテントローラ２６の位置を判定する。閾値設定部７４は、ディテントローラ２６の位置判定に係る閾値を設定する。ディテントローラ２６の位置判定、および、位置判定に係る閾値設定については後述する。駆動制御部７５は、駆動回路６１の駆動素子のオンオフ作動を制御することで、モータ４０の駆動を制御する。

図４は、モータ４０と出力軸１５との遊びを模式的に示しており、紙面左右方向を回転方向とみなし、ディテントローラ２６が谷部２１１、２１２を移動する様子を表している。なお、実際には、出力軸１５と一体に回転する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が谷部２１１、２１２間を移動する。図４では、モータ４０等の動作を一点鎖線の矢印で示した。

モータ４０と出力軸１５との間には、減速機構４２が設けられており、遊びが存在している。以下適宜、モータ軸とセンサ軸であるドリブンシャフト４７との間の遊びの合計を内部ガタＧｍ、ドリブンシャフト４７と出力軸１５との間のガタをスプラインガタＧｓとし、内部ガタＧｍおよびスプラインガタＧｓの合計を単に「ガタ」という。

シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替えるとき、内部ガタＧｍおよびスプラインガタＧｓを進行方向側に詰め、モータ軸が先行する状態にてディテントローラ２６を山部２１５側へ押し上げる。ディテントローラ２６が山部２１５を超えると、ディテントスプリング２５のスプリング力にて出力軸１５が先行して谷部２１２側へ移動する。ディテントローラ２６が山部２１５を超えるとき、トルクの向きが逆になり、ガタが反対側に一気に詰まるため、位置センサ５５の検出値が急峻に変動する。

また、本実施形態では、減速機構４２にウォームギア４３を用いており、被駆動トルクが比較的大きい。詳細には、減速機構４２における被駆動トルクは、ディテントスプリング２５がディテントローラ２６を谷底方向へ付勢する付勢トルクよりも大きい。そのため、レンジ切替時において、山部２１５を超えた後、最底部に到達する前にモータ４０の通電をオフにすると、通電をオフした位置にて停止し、ディテントローラ２６を最底部まで落とし込めない虞がある。そこで本実施形態では、ディテントローラ２６が最底部にて停止していると判定した後、通電をオフにする。

ここで、モータ４０および減速機構４２の挙動は温度や電圧等の環境条件によっても変動するため、ディテントローラ２６が最底部に落ちたことを判定するための閾値を一定とすると、応答性の面で不利になる。そこで本実施形態では、温特や電圧等の環境ばらつきを考慮し、可及的速やかにディテントローラ２６が最底部に落ちたことを判定可能すべく、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越える前の回転数および環境条件に基づいて判定閾値を設定する。

本実施形態の駆動モード切替処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。図５および図６の処理は、制御部７０にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１等の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。

Ｓ１０１では、制御部７０は、駆動モードがスタンバイモードか否か判断する。駆動モードがスタンバイモードでないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行する。駆動モードがスタンバイモードであると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、制御部７０は、目標レンジが切り替わったか否か判断する。目標レンジが切り替わっていないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、スタンバイモードを継続する。目標レンジが切り替わったと判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行し、駆動モードをスタンバイモードから切替モードに変更し、モータ４０の駆動を開始する。

駆動モードがスタンバイモードでないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）に移行するＳ１０４では、制御部７０は、駆動モードが切替モードか否か判断する。駆動モードが切替モードでないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０７へ移行する。駆動モードが切替モードであると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、制御部７０は、谷位置判定フラグＦｖｊがオンされているか否か判断する。谷位置判定フラグＦｖｊに係る処理の詳細は後述する。谷位置判定フラグＦｖｊがオフであると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、切替モードを継続する。谷位置判定フラグＦｖｊがオンされていると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行し、駆動モードを切替モードから停止モードに変更する。停止モードでは、逆起電流を還流させてブレーキ力を発生させる。

駆動モードが切替モードでないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、制御部７０は、駆動モードが停止モードか否か判断する。駆動モードが停止モードでないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０８以降の処理をスキップする。駆動モードが停止モードであると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。

Ｓ１０８では、制御部７０は、停止モードを開始してから停止モード継続時間Ｘｓｔが経過したか否か判断する。停止モード継続時間Ｘｓｔが経過していないと判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、停止モード計時カウンタをインクリメントする。停止モード継続時間Ｘｓｔが経過したと判断された場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、Ｓ１０９へ移行し、駆動モードを停止モードからスタンバイモードに変更する。また、停止モード計時カウンタをリセットする。

本実施形態の谷位置判定処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ２０１では、制御部７０は、駆動モードが切替モードか否か判断する。駆動モードが切替モードでないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２１５へ移行し、谷位置判定フラグＦｖｊをオフにする。谷位置判定フラグＦｖｊがオフの場合は、その状態を継続する。駆動モードが切替モードであると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、位置判定部７３は、谷位置判定禁止フラグＦｆがオフか否か判断する。谷位置判定禁止フラグＦｆがオンされていると判断された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、Ｓ２０３以降の処理をスキップし、谷位置判定を行わない。谷位置判定禁止フラグＦｆがオフであると判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、Ｓ２０３へ移行する。

Ｓ２０３では、位置判定部７３は、モータ４０の実電流であるモータ電流Ｉが電流判定閾値Ｉｔｈより小さいか否か判断する。電流判定閾値Ｉｔｈは、メカロックが生じた場合の電流に応じて設定される。本実施形態では、異物の噛み込み等により、通電しても出力軸１５が回転しない状態を「メカロック」とする。モータ電流Ｉが電流判定閾値Ｉｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｓ２１４へ移行し、谷位置判定禁止フラグＦｆをオンにする。モータ電流Ｉが電流判定閾値Ｉｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行する。

Ｓ２０４では、位置判定部７３は、谷位置判定フラグＦｖｊがオフか否か判断する。谷位置判定フラグＦｖｊがオンされていると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２１２へ移行する。谷位置判定フラグＦｖｊがオフであると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行する。

Ｓ２０５では、位置判定部７３は、山越え判定フラグＦｍｖがオフか否か判断する。山越え判定フラグＦｍｊがオンされていると判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２０９へ移行する。山越え判定フラグＦｍｊがオフであると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６へ移行する。

Ｓ２０６では、位置判定部７３は、位置センサ５５の検出角度であるセンサ角度θｓの前回値と今回値との差の絶対値である角度変化量Δθが急変判定閾値θｔｈ以上か否か判断する。急変判定閾値θｔｈは、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越え、ガタが反対側に詰まるときの回転角度に応じた値であって、ディテントプレート２１の形状やガタの大きさに応じて設定される。急変判定閾値θｔｈは、ディテントプレート２１の形状により、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへの切替時と、ｎｏｔＰレンジからＰレンジへの切替値とで異なる値であってもよい。角度変化量Δθが急変判定閾値θｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、ディテントローラ２６は山上り中であって、現在の駆動状態を継続する。角度変化量Δθが急変判定閾値θｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行する。

Ｓ２０７では、位置判定部７３は、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えたと判定し、山越え判定フラグＦｍｊをオンにする。また、制御部７０では、山越え判定フラグＦｍｊがオンされるまでのセンサ回転数Ｎｓに係る情報が時刻情報と関連付けて記憶されており、Ｓ２０８では、制御部７０は、山越え判定フラグＦｍｊがオンになる所定時間Ｘｃ前におけるセンサ回転数Ｎｓを、山上り中回転数Ｎｃとして取得する。所定時間Ｘｃは、ディテントローラ２６の山上り中であって、センサ回転数Ｎｓが安定しているときの値を山上り中回転数Ｎｃとして取得可能なように設定される。なお、ディテントローラ２６の山越えにて回転数が急変する可及的直近の値を山上り中回転数Ｎｃとして取得することが望ましい。また、センサ回転数Ｎｓが安定している区間において取得される複数の値を用いた平均値等の演算値を山上り中回転数Ｎｃとしてもよい。

谷位置判定フラグＦｖｊがオフ、かつ、山越え判定フラグＦｍｊがオンであると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ、Ｓ２０５：ＮＯ）に移行するＳ２０９では、位置判定部７３は、現在のセンサ回転数Ｎｓが、位置判定閾値Ｎｔｈより小さいか否かを判断する。本実施形態では、レンジ切替ごとに、位置判定閾値Ｎｔｈを設定している。位置判定閾値Ｎｔｈは、山上り中回転数Ｎｃに１より小さい値である安全係数ｋを乗じた値である（式（１））。すなわち、本ステップでは、Ｎｓ＜Ｎｃ×ｋが成立している場合、肯定判断される。

Ｎｔｈ＝Ｎｃ×ｋ ・・・（１）

安全係数ｋは、１より小さい任意の値（例えば０．７）を基準値とし、環境条件に応じた基準値以下の値に設定される。例えば、図７（ａ）に示すように、最大電圧降下した場合（この例では９［Ｖ］）の安全係数ｋを基準値とし、モータ４０に印加される電圧が大きいほど小さい値となるように設定される。図７（ｂ）に示すように、高温の場合、モータ４０の回転数が大きくなるため、温度が高いほど安全係数ｋが小さい値となるように設定される。また図７（ｃ）に示すように、山越え前の負荷トルクが小さいほど、センサ回転数Ｎｓが大きいため、負荷トルクが小さいほど安全係数ｋが小さい値となるように設定する。安全係数ｋは、例えば電圧、温度および負荷トルク等、パラメータ毎に個別に設定されたマップを用いて値を取得し、最も小さい値を安全係数ｋとして設定する。

図６に戻り、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ２０９：ＮＯ）、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈ未満となってからの経過時間を計時する谷位置判定カウンタをリセットする。センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、Ｓ２１０へ移行する。

Ｓ２１０では、位置判定部７３は、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈ未満となってから谷位置判定時間Ｘｖが経過したか否か判断する。谷位置判定時間Ｘｖが経過していないと判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、谷位置判定カウンタをインクリメントする。谷位置判定時間Ｘｖが経過したと判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ディテントローラ２６が谷に落ちた、とみなし、谷位置判定フラグＦｖｊをオンにする。また、谷位置判定カウンタをリセットする。谷位置判定フラグＦｖｊがオンされると、図５のＳ１０５にて肯定判断され、駆動モードが停止モードに移行する。

谷位置判定フラグＦｖｊがオンであると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）に移行するＳ２１２では、制御部７０は、モータ４０の通電に係る指令デューティを０とし、モータ４０への通電をオフにする。Ｓ２１３では、位置判定部７３は、山越え判定フラグＦｍｊをオフにする。

本実施形態の谷位置判定処理を図８～図１０のタイムチャートに基づき、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへ切り替える場合を例に説明する。図８および図９では、共通時間軸を横軸とし、上段から、目標シフトレンジ、回転角度、回転数、山越え判定フラグＦｍｊ、位置判定閾値Ｎｔｈ、谷位置判定フラグＦｖｊ、デューティ指示値を示している。回転角度および回転数について、位置センサ５５の検出値に基づく値を実線、モータ４０の挙動に応じた値を二点鎖線で示し、ギア比換算によりスケールを揃えている。また、ディテントローラ２６が谷部２１１の最底部にあるときのモータ角度を「Ｐ」、谷部２１２の最底部にあるときのモータ角度を「ｎｏｔＰ」とした。

図８は、内部ガタＧｍとスプラインガタＧｓの合計が、山部２１５の頂点と谷部２１２の最底部との間の角度より小さい例である。時刻ｘ１０にて目標シフトレンジがＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替わると、モータ４０が駆動され、ガタが詰まった時刻ｘ１１にてセンサ軸の回転が開始される。図８等では、モータ駆動時のデューティ指示値を１００［％］としているが、任意の値としても差し支えない。本実施形態では、少なくとも山越え判定フラグＦｍｊがセットされるまでの期間において、センサ回転数Ｎｓを時刻情報と関連付けて記憶しておく。

ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えると、トルクが逆向きとなりガタが反対側に一気に詰まることにより、時刻ｘ１２にて位置センサ５５の検出値が急速に動作する。本実施形態では、センサ角度θｓの前回値と今回値との差である角度変化量Δθが急変判定閾値θｔｈ以上となった場合、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えたと判定し、山越え判定フラグＦｍｊをオンにする。また、時刻ｘ１２から所定時間Ｘｃ前のタイミングにおけるセンサ回転数Ｎｓを、山上り中回転数Ｎｃとして取得し、位置判定閾値Ｎｔｈを設定する（式（１））。

センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さくなった時刻ｘ１３から、谷位置判定時間Ｘｖが経過した時刻ｘ１４にて、ディテントローラ２６が確実に谷に落ちたと判定し、谷位置判定フラグＦｖｊをオンにする。そして、デューティ指示値を０［％］とし、モータ４０への通電オフにする。また、山越え判定フラグＦｍｊをオフにする。

図９は、内部ガタＧｍとスプラインガタＧｓの合計が、山部２１５の頂点と谷部２１２の最底部との間の角度より大きい例である。時刻ｘ２０～時刻ｘ２１までは、図８の時刻ｘ１０～時刻ｘ１１と同様である。ガタの合計が山谷間角度より大きい場合、時刻ｘ２２にてディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えると、出力軸１５がガタの範囲内で回転することで、ディテントローラ２６が最底部まで落とし込まれる。このとき、略無負荷状態で出力軸１５が回転するため、センサ角度θｓが振動する。そのため、一時的にセンサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さく状況が生じ得るが、Ｎｓ＜Ｎｔｈが継続しなかった場合は、谷位置判定フラグＦｖｊをオンしない。センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さくなった時刻ｘ２３から、その状態が所定時間Ｘｃに亘って継続した時刻ｘ２４にて、谷位置判定フラグＦｖｊをオンにする。

回転数の挙動は、温度や電圧等の環境条件によって変動するため、ディテントローラ２６が確実に谷に落ちたことを判定するための閾値を一定値にすると、応答性の面で不利になる。そこで本実施形態では、ディテントローラ２６の山上り中における回転数である山上り中回転数Ｎｃに基づいて位置判定閾値Ｎｔｈを設定することで、今回のレンジ切替時の環境条件に応じた位置判定閾値Ｎｔｈを適切に設定することができる。これにより、ディテントローラ２６が最底部に落ちたことを確実に判定可能であるとともに、環境条件に応じ、可及的速やかにモータ４０の通電をオフにすることができる。

また、山上り中回転数Ｎｃに乗じる安全係数を、電圧、温度および山越え前の負荷トルクに応じて可変とすることで、位置判定閾値Ｎｔｈを、より状況に即した値に設定することができる。

図１０は、ディテントローラ２６が山部２１５と谷部２１２との間でメカロックされる例である。図１０では、共通時間軸を横軸とし、上段から、目標シフトレンジ、回転角度、回転数、モータ電流、山越え判定フラグＦｍｊ、位置判定閾値Ｎｔｈ、谷位置判定禁止フラグＦｆ、谷位置判定フラグＦｖｊ、デューティ指示値を示している。図１０では、図８と同様、ガタが比較的小さい場合を示しているが、図９のようにガタが比較的大きい場合も同様である。

時刻ｘ３０～時刻ｘ３２は、図６の時刻ｘ１０～時刻ｘ１２と同様である。時刻ｘ３３にて、メカロックにて出力軸１５の回転が停止すると、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さくなる。ここで、メカロックではなく、ディテントローラ２６が最底部に落ちることで出力軸１５が停止する場合、モータ電流Ｉは電流判定閾値Ｉｔｈより小さい状態が維持される。

一方、メカロックが生じている場合、モータ電流Ｉが上昇し、時刻ｘ３４にてモータ電流Ｉが電流判定閾値Ｉｔｈ以上になると、谷位置判定禁止フラグＦｆがオンされる。谷位置判定禁止フラグＦｆがセットされているとき、谷位置判定が無効化されるので、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さい状態が谷位置判定時間Ｘｖに亘って継続したとしても、谷位置判定フラグＦｖｊはオフの状態が維持される。

これにより、メカロックでの出力軸１５の停止を、ディテントローラ２６が最底部に落とし込まれることで停止していると誤判定するのを避けることができる。なお、メカロック等の異常は、本処理とは別途の異常判定処理により判定し、適宜フェイルセーフ処置に移行する。

以上説明したように、制御装置６０は、モータ４０を有する電動アクチュエータ１０と、ディテント機構２０と、位置センサ５５と、を備えるパークロックシステム１において、モータ４０の駆動によりディテント機構２０の切り替えを制御する。

ディテント機構２０は、ディテントプレート２１、および、ディテントローラ２６を有する。ディテントプレート２１は、複数の谷部２１１、２１２および谷部２１１、２１２を隔てる山部２１５が形成されている。ディテントローラ２６は、電動アクチュエータ１０により出力軸１５が駆動されることで谷部２１１、２１２間を移動可能である。位置センサ５５は、出力軸１５の位置を検出可能である。ここで、位置センサ５５は、出力軸１５の位置を直接的に検出するものに限らず、出力軸１５と接続されるシャフトやギア比等で換算可能な検出対象を検出するものも含む。

制御装置６０の制御部７０は、回転演算部７２と、位置判定部７３と、閾値設定部７４と、を備える。回転演算部７２は、位置センサ５５の検出値に基づき、センサ回転数Ｎｓを演算する。位置判定部７３は、ディテントローラ２６を目標谷部に移動させるとき、ディテントローラ２６の位置を判定する。閾値設定部７４は、位置判定に係る閾値である位置判定閾値Ｎｔｈを設定する。

閾値設定部７４は、ディテントローラ２６が山部２１５を乗り越えるときに生じる位置センサ５５の検出値の急変が検出されると、急変開始の変曲点以前におけるセンサ回転数Ｎｓに基づいて位置判定閾値Ｎｔｈを設定する。位置判定部７３は、センサ回転数Ｎｓが位置判定閾値Ｎｔｈより小さくなった場合、ディテントローラ２６が目標谷部の最底部に落ちたと判定する。「ディテントローラが目標谷部の最底部に落ちた」とは、センサ軸の状態によらず、ディテントローラ２６の揺動が収束しており、谷底にて停止している状態とする。また、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへ切り替えるときの目標谷部は谷部２１２であり、ｎｏｔＰレンジからＰレンジへ切り替えるときの目標谷部は谷部２１１である。

これにより、ディテント切替時の環境条件に応じて位置判定閾値Ｎｔｈを設定することが可能であるので、ディテントローラ２６が目標谷部に落とし込まれたことを適切に判定することができる。また、一律の閾値にて判定する場合よりも、ディテントローラ２６が目標谷部に落とし込まれたことを速やかに判定することができる。また、位置センサ５５の検出値の急変後に位置判定閾値Ｎｔｈを設定して位置判定を行うようにすることで、例えば、ディテントローラ２６の動き出し等を谷位置であると誤判定するのを防ぐことができる。

閾値設定部７４は、位置センサ５５の検出値の急変が検出される所定時間Ｘｃ前におけるセンサ回転数Ｎｓに係る値を用いて位置判定閾値Ｎｔｈを設定する。これにより、環境条件に応じた位置判定閾値Ｎｔｈを適切に設定することができる。所定時間Ｘｃは、出力軸１５の初動時およびガタ反転時の過渡状態を除いたタイミングのセンサ回転数Ｎｓを取得可能に設定される。好ましくは、ガタ反転直前のセンサ回転数Ｎｓを取得可能に設定される。ガタ反転直前は略無負荷状態であり、センサ回転数Ｎｓが最も大きくなるため、位置判定閾値Ｎｔｈを比較的大きい値に設定でき、ディテントローラ２６が谷底に落とし込まれたことを、より速やかに判定することができる。

位置判定閾値Ｎｔｈは、モータ４０に印加される電圧に応じて可変である。位置判定閾値Ｎｔｈは、電動アクチュエータ１０の温度に応じて可変である。位置判定閾値Ｎｔｈは、電動アクチュエータ１０の負荷トルクに応じて可変である。また、位置判定閾値Ｎｔｈは、ディテント機構２０の切り替え毎に設定される。これにより、位置判定閾値Ｎｔｈを環境条件に応じて適切に設定することができる。

位置センサ５５は、電動アクチュエータ１０と出力軸１５との間に設けられる減速機構４２を構成するドリブンシャフト４７の位置を検出する。換言すると、位置センサ５５の検出対象であるセンサ軸は、モータ軸と出力軸とも異なっている。位置センサ５５の検出対象であるセンサ軸をモータ軸以外とし、センサ角度θｓの急変によりモータ軸とセンサ軸とが共連れ状態になっていない状態を検出することで、ディテントローラ２６の位置を適切に判定することができる。

位置判定部７３は、モータ４０の電流が電流判定閾値Ｉｔｈ以上である場合、センサ回転数Ｎｓに基づく位置判定を無効化する。これにより、メカロック等により出力軸１５が動かなくなった状態を、ディテントローラ２６が谷底まで落とし込まれたと誤判定するのを避けることができる。

実施形態では、パークロックシステム１が「駆動システム」、電動アクチュエータ１０が「アクチュエータ」、ディテントプレート２１が「ディテント部材」、ディテントローラ２６が「係合部材」、モータ４０が「駆動源」、ドリブンシャフト４７が「被検出部品」、制御装置６０が「アクチュエータ制御装置」、回転演算部７２が「変化率演算部」に対応する。また、センサ回転数Ｎｓが「駆動変化率」に対応する。また、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへ切り替えるときの目標谷部は谷部２１２であり、ｎｏｔＰレンジからＰレンジへ切り替えるときの目標谷部は谷部２１１である。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータ印加電圧、モータ電流および負荷トルクに応じて位置判定閾値を可変にしている。他の実施形態では、これらの一部を省略してもよいし、他のパラメータにより位置判定閾値を変更するようにしてもよい。

上記実施形態では、レンジ切替毎に位置判定閾値を設定している。他の実施形態では、例えば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た後の初回のレンジ切替時に位置判定閾値を設定し、始動スイッチがオフされるまでの間は初回に設定された位置判定閾値を用いる、といった具合に、レンジ切替毎に位置判定閾値を設定しなくてもよい。

上記実施形態では、減速機構は、ウォームギア、ヘリカルギアおよび中間ギア等によって構成されている。他の実施形態では、減速機構の構成や減速段数は、上記実施形態と異なっていてもよい。上記実施形態では、駆動源は、ブラシ付きＤＣモータである。他の実施形態では、駆動源は、ブラシ付きＤＣモータ以外のモータであってもよいし、ソレノイド等であってもよい。上記実施形態では電動アクチュエータは回転式であるが、他の実施形態では直動式のものであってもよい。

上記実施形態では、電動アクチュエータはパークロックシステムに適用される。他の実施形態では、電動アクチュエータをパークロックシステム以外の車載システム、または、車載以外の駆動システムに適用してもよい。

本発明の特徴は、例えば以下の通りとしてもよい。「位置判定閾値は、ディテント機構の切り替え毎に設定される請求項１～５のいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置」、「位置センサは、駆動源と出力軸との間に設けられる減速機構を構成する被検出部品の位置を検出する請求項１～６のいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置」、「位置判定部は、駆動源の電流が電流判定閾値以上である場合、駆動変化率に基づく位置判定を無効化する請求項１～７のいずれか一項に記載のアクチュエータ制御装置」である。

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・・・パークロックシステム（駆動システム）
１０・・・電動アクチュエータ（アクチュエータ）
１５・・・出力軸
２０・・・ディテント機構 ２１・・・ディテントプレート（ディテント部材）
２２１、２２２・・・谷部 ２１５・・・山部
２６・・・ディテントローラ（係合部材）
４０・・・モータ（駆動源） ５５・・・位置センサ
６０・・・制御装置（アクチュエータ制御装置）
７２・・・回転演算部（変化率演算部）
７３・・・位置判定部 ７４・・・閾値設定部

Claims (8)

1. 駆動源（４０）を有するアクチュエータ（１０）と、
   複数の谷部（２１１、２１２）および前記谷部を隔てる山部（２１５）が形成されているディテント部材（２１）、および、前記アクチュエータにより出力軸（１５）が駆動されることで前記谷部間を移動可能である係合部材（２６）を有するディテント機構（２０）と、
   前記出力軸の位置を検出可能な位置センサ（５５）と、
   を備える駆動システム（１）において、前記アクチュエータの駆動により前記ディテント機構の切り替えを制御するアクチュエータ制御装置であって、
   前記位置センサの検出値に基づき、駆動変化率を演算する変化率演算部（７２）と、
   前記係合部材を目標谷部に移動させるとき、前記係合部材の位置を判定する位置判定部（７３）と、
   位置判定に係る閾値である位置判定閾値を設定する閾値設定部（７４）と、
   を備え、
   前記閾値設定部は、前記係合部材が前記山部を乗り越えるときに生じる前記位置センサの検出値の急変が検出されると、急変開始の変曲点以前における前記駆動変化率に基づいて前記位置判定閾値を設定し、
   前記位置判定部は、前記駆動変化率が前記位置判定閾値より小さくなった場合、前記係合部材が前記目標谷部の最底部に落ちたと判定するアクチュエータ制御装置。
2. 前記閾値設定部は、前記位置センサの検出値の急変が検出される所定時間前における前記駆動変化率に係る値を用いて前記位置判定閾値を設定する請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記位置判定閾値は、前記駆動源に印加される電圧に応じて可変である請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
4. 前記位置判定閾値は、前記アクチュエータの温度に応じて可変である請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
5. 前記位置判定閾値は、前記アクチュエータの負荷トルクに応じて可変である請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
6. 前記位置判定閾値は、前記ディテント機構の切り替え毎に設定される請求項１または２に記載のアクチュエータ制御装置。
7. 前記位置センサは、前記駆動源と前記出力軸との間に設けられる減速機構（４２）を構成する被検出部品（４７）の位置を検出する請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
8. 前記位置判定部は、前記駆動源の電流が電流判定閾値以上である場合、前記駆動変化率に基づく位置判定を無効化する請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。

Images