JP2024057264A - Motor Control Device - Google Patents
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Abstract
【課題】1相断線時においても適切にディテント機構を切り替え可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】ECU40は、駆動回路41と、制御部50と、を備える。制御部50は、モータ10の回転位置を検出するエンコーダ13の検出値に基づくフィードバック制御によりモータ10の駆動を制御する駆動制御部55、および、断線故障を判定する異常判定部52を有する。駆動制御部55は、1相断線時において、正常相を用いてモータ10を駆動する正常相駆動にて、壁部228、229に隣接する谷部221、224を目標谷部としてディテントローラ26を移動させる場合、ディテントローラ26が目標谷部の両側にある山部と壁部との間となるようにフィードバック制御を行った後、ディテントローラ26が壁部の方向に移動するように、電流制限をかけてモータ10を駆動する電流制限切替制御を行う。【選択図】 図2[Problem] To provide a motor control device capable of appropriately switching a detent mechanism even when one phase is broken. [Solution] An ECU 40 includes a drive circuit 41 and a control unit 50. The control unit 50 includes a drive control unit 55 that controls the drive of the motor 10 by feedback control based on the detection value of an encoder 13 that detects the rotational position of the motor 10, and an abnormality determination unit 52 that determines a wire breakage fault. When the drive control unit 55 drives the motor 10 using a normal phase in normal phase drive in the event of one phase break, and moves the detent roller 26 with valleys 221, 224 adjacent to walls 228, 229 as target valleys, the drive control unit 55 performs feedback control so that the detent roller 26 is between the crests on both sides of the target valley and the wall, and then performs current limiting switching control to drive the motor 10 with current limiting so that the detent roller 26 moves toward the wall. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
従来、モータの駆動を制御するモータ制御装置が知られている。例えば特許文献1では、各相の巻線の通電ラインにそれぞれ断線検出回路を設け、断線を検出している。
Conventionally, motor control devices that control the drive of a motor are known. For example, in
1相に断線が生じていても、断線が生じている相である断線相をイナーシャで通過できれば、モータを駆動することができる。しかしながら、1相断線時は、正常時と比較して位置決めのばらつきが大きくなる。 Even if one phase is broken, the motor can still be driven if the inertia passes through the broken phase. However, when one phase is broken, there is greater variation in positioning compared to normal times.
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、1相断線時においても適切にディテント機構を切り替え可能なモータ制御装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a motor control device that can appropriately switch the detent mechanism even when one phase is broken.
本発明のモータ制御装置は、3相以上のモータ巻線を有するモータ(10)と、モータにより駆動されるディテント機構(20)と、を備えるモータ駆動システムにおいて、モータ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、モータ巻線の各相への通電を切り替えるスイッチング素子を有する。制御部は、モータの回転位置を検出する回転位置センサ(13)の検出値に基づくフィードバック制御によりモータの駆動を制御する駆動制御部(55)、および、断線故障を判定する異常判定部(52)を有する。 The motor control device of the present invention controls the driving of a motor in a motor driving system including a motor (10) having motor windings of three or more phases and a detent mechanism (20) driven by the motor, and includes a driving circuit (41) and a control unit (50). The driving circuit has switching elements that switch the power supply to each phase of the motor winding. The control unit has a driving control unit (55) that controls the driving of the motor by feedback control based on the detection value of a rotational position sensor (13) that detects the rotational position of the motor, and an abnormality determination unit (52) that determines a wire breakage fault.
ディテント機構は、山部(225~227)にて隔てられる複数の谷部(221~224)が形成されるディテント部材(21)、モータの駆動により谷部を移動可能である係合部材(26)、および、係合部材を谷部に嵌まり込む方向に付勢する付勢部材(25)を有し、配列される谷部の両側に、係合部材の駆動を規制する壁部(228、229)が形成されている。 The detent mechanism has a detent member (21) in which multiple valleys (221-224) are formed and separated by peaks (225-227), an engagement member (26) that can move in the valleys when driven by a motor, and a biasing member (25) that biases the engagement member in a direction that fits into the valleys, and walls (228, 229) that regulate the drive of the engagement member are formed on both sides of the arranged valleys.
制御部は、1相断線時において、正常相を用いてモータを駆動する正常相駆動にて壁部に隣接する谷部(221、224)を目標谷部として係合部材を移動させる場合、係合部材が目標谷部の両側にある山部と壁部との間となるようにフィードバック制御を行った後、係合部材が壁部の方向に移動するように電流制限をかけてモータを駆動する電流制限切替制御を行う。これにより、1相断線時においても適切にディテント機構を切り替え可能である。 When the control unit moves the engaging member with the valley portion (221, 224) adjacent to the wall portion as the target valley portion in normal phase drive, which drives the motor using a normal phase when one phase is broken, the control unit performs feedback control so that the engaging member is between the peak portions on either side of the target valley portion and the wall portion, and then performs current limit switching control to drive the motor by applying current limiting so that the engaging member moves toward the wall portion. This makes it possible to appropriately switch the detent mechanism even when one phase is broken.
(一実施形態)
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。一実施形態を図1~図9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、ディテント機構20、パーキングロック機構30、および、モータ制御装置としてのECU40等を備える。
(One embodiment)
A motor control device according to the present invention will now be described with reference to the drawings. One embodiment is shown in Figures 1 to 9. As shown in Figures 1 and 2, a shift-by-
モータ10は、図示しない車両に搭載されるバッテリから電力が供給されることで回転し、ディテント機構20の駆動源として機能する。本実施形態のモータ10は、スイッチトリラクタンスモータであって、図示しないステータに巻回されるU相、V相およびW相のモータ巻線を有する3相モータである。
The
図2に示すように、回転位置センサであるエンコーダ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、所定の角度ごとにパルス信号であるエンコーダ信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the
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の回転がディテント機構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。
The
図1に示すように、ディテント機構20は、ディテントプレート21、ディテントスプリング25、および、ディテントローラ26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。
As shown in FIG. 1, the
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、ディテント機構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。
The
図3に模式的に示すように、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、P(パーキング)、R(リバース)、N(ニュートラル)、D(ドライブ)の各レンジに対応する4つの谷部221~224が形成される。また、Pレンジに対応する谷部221とRレンジに対応する谷部222との間には、山部225が設けられる。Rレンジに対応する谷部222とNレンジに対応する谷部223との間には、山部226が設けられる。Nレンジに対応する谷部223とDレンジに対応する谷部224との間には、山部227が設けられる。Pレンジに対応する谷部221の山部225と反対側には、ディテントローラ26の移動を制限する第1壁部228が形成される。Dレンジに対応する谷部224の山部227と反対側には、ディテントローラ26の移動を制限する第2壁部229が形成される。
As shown in FIG. 3, four valleys 221-224 corresponding to the P (parking), R (reverse), N (neutral), and D (drive) ranges are formed on the detent spring 25 side of the
図1に示すように、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221~224間を移動する。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。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。
As shown in FIG. 1, the detent spring 25 is an elastically deformable plate-shaped member, and a
本実施形態では、シフトレンジに応じ、ディテントスプリング25のスプリング力にてディテントローラ26が嵌まり込む箇所を、谷部221~224の最底部とする。また、ディテントローラ26をスプリング力にて谷部221~224の最底部に落とし込むことが可能な範囲を、吸い込み範囲θsとする。なお、谷部221、224の最底部よりも壁部228、229側の範囲は、全て吸い込み範囲θsに含まれるように設定されている。
In this embodiment, the location where the
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。
The
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。
The
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レンジ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。
The
図2に示すように、ECU40は、駆動回路41、および、制御部50等を備える。駆動回路41は、モータ巻線の各相に対応する図示しないスイッチング素子を有する。スイッチング素子のオンオフを切り替えることで、対応する相の通電を切り替える。
As shown in FIG. 2, the
制御部50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。
The
制御部50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、アクセル開度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等を制御する。また、制御部50は、エンジンや主機モータ等の車両の駆動源と車軸との間に設けられるクラッチ60の断接の切り替えを制御する。
The
制御部50は、機能ブロックとして、信号取得部51、異常判定部52、および、駆動制御部55等を有する。信号取得部51は、エンコーダ13、出力軸センサ16、図示しない電流検出部および電圧検出部等からの検出信号を取得する。異常判定部52は、断線異常等のシフトバイワイヤシステム1の異常を判定する。駆動制御部55は、駆動回路41の作動を制御することで、モータ10の駆動を制御する。本実施形態では、エンコーダカウント値に基づくフィードバック制御により、モータ巻線の通電相を切り替えることでモータ10を駆動する。図1では、1つの制御部50を記載しているが、一部の機能がECU40とは異なるECUに設けられていてもよい。
The
図3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、ディテント機構20を模式的に示した図である。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が谷部221~224を移動するが、図3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。
Figure 3 is a schematic diagram of the
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。以下、モータ軸105と出力軸15との間の遊びの合計を、ガタ幅θgとする。図3は、ガタを概念的に示しており、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。図4についても同様である。
The
図3に示すように、正常時において、ディテントローラ26が壁部228に当接しているときのエンコーダカウント値を壁位置基準値θrとして学習する。シフトレンジ切替時には、学習された壁位置基準値θrと壁谷間角度θrbとに基づいて切替目標値θ*を設定し、エンコーダカウント値に基づくフィードバック制御によりモータ10の駆動を制御する。これにより、精度よく、ディテントローラ26を要求シフトレンジに応じた谷部に落とし込むことができる。図3では、Pレンジ側の壁部228を基準位置として学習する例を示しているが、Dレンジ側の壁部229を基準位置として学習してもよい。
As shown in Fig. 3, under normal circumstances, the encoder count value when the
例えばU相に断線故障が生じた場合、正常時にU相のみに通電される領域においてトルクが発生しないが、イナーシャでこの領域を通過させることでモータ10の駆動を継続可能である。本実施形態では、1相断線時は、正常2相に通電することでモータ10を駆動する正常2相駆動により、シフトレンジを切り替える。
For example, if a wire breakage occurs in the U-phase, no torque is generated in the region where only the U-phase is energized under normal circumstances, but the
正常2相駆動では、トルクのばらつきが大きいため、壁当てによる基準位置学習を行った場合、学習値のばらつきが大きくなってしまう。そのため、正常2相駆動で学習された基準位置に基づいて切替目標値θ*を設定してレンジ切り替えを行うと、吸い込み範囲θsに入らず、要求シフトレンジに応じた谷部221~224にディテントローラ26を落とし込めない虞がある。
In normal two-phase driving, the torque varies widely, so when reference position learning is performed by hitting against a wall, the learned value varies widely. Therefore, if the switching target value θ * is set based on the reference position learned in normal two-phase driving and range switching is performed, the
そこで、図4に示すように、壁位置基準値θrに基づく精度のよい制御が困難である1相断線時には、壁位置学習を省略し、谷位置基準での制御を行う。詳細には、1相断線時には、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、ロータとエンコーダ13の相対位置を対応させるための通電処理である初期駆動完了時のエンコーダカウント値を、谷位置基準値θbとして学習する。始動スイッチオン時のシフトレンジがPレンジであれば、谷位置基準値θbは、ディテントローラ26が谷部221の最底部にあるときの値となる。
As shown in FIG. 4, when one phase is disconnected, where accurate control based on the wall position reference value θr is difficult, wall position learning is omitted and control is performed based on the valley position reference. In detail, when one phase is disconnected, the vehicle start switch, such as an ignition switch, is turned on, and the encoder count value at the completion of the initial drive, which is a current application process for matching the relative positions of the rotor and the
谷位置基準値θbは、モータ軸105がガタ内のいずれかの位置にあるときのエンコーダカウント値となるため、ガタ幅θgの分、値がばらつく。そのため、Pレンジへの切替時において、谷位置基準値θbを切替目標値θ*としてフィードバック制御にてモータ10を駆動した後、ディテントローラ26が確実に吸い込み範囲θs内となるように、ディテントローラ26が壁部228へ向かう方向へ電流制限をかけてモータ10を駆動する電流制限切替制御を行う。また、Dレンジへの切替時において、谷位置基準値θbと谷部221、224間の角度とに基づいて切替目標値θ*を設定してフィードバック制御を行った後、ディテントローラ26が壁部229へ向かう方向へ電流制限をかけてモータ10を駆動する電流制限切替制御を行う。
The valley position reference value θb is an encoder count value when the
本実施形態のレンジ切替処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、制御部50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。
The range switching process of this embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. 5. This process is executed at a predetermined cycle by the
S101では、制御部50は、シフトレンジ切替要求があるか否か判断する。レンジ切替要求がないと判断された場合(S101:NO)、S102以降の処理をスキップし、スタンバイモードを継続する。シフトレンジ切替要求があると判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。
In S101, the
S102では、制御部50は、3相の通電経路が正常か否か判断する。異常判定は、本処理とは別途に行われているものとする。少なくとも一部の通電経路が正常でないと判断された場合(S102:NO)、S107へ移行する。3相の通電経路が正常であると判断された場合(S102:YES)、S103へ移行する。
In S102, the
S103では、駆動制御部55は、壁位置基準で切替目標値θ*を設定する。例えばPレンジへの切り替えであれば、学習された壁位置基準値θrに壁谷間角度θrbを加算した値とするといった具合に、壁位置基準値θrと、壁部228と要求シフトレンジに応じた谷部との間の角度とに基づき、切替目標値θ*を設定する。
In S103, the
S104では、駆動制御部55は、エンコーダカウント値に基づくフィードバック制御によりモータ10を駆動する。ここでは、3相が正常であるので、3相を用いてモータ10を駆動する。
In S104, the
S105では、駆動制御部55は、モータ10の回転位置が設定された切替目標値θ*に到達したか否か判断する。ここでは、エンコーダカウント値が設定された切替目標値θ*を含む所定範囲内である場合、肯定判断する。モータ10の回転位置が切替目標値θ*に到達していないと判断された場合(S105:NO)、S104へ戻り、フィードバック制御を継続する。モータ10の回転位置が切替目標値θ*に到達したと判断された場合(S105:YES)、S106へ移行し、エンコーダカウント値に応じた2相への固定相通電により、モータ10を停止させる停止制御を行う。そして、S119へ移行する。
In S105, the
少なくとも一部の通電経路が正常でないと判断された場合(S102:NO)に移行するS107では、制御部50は、生じている異常が1相断線か否か判断する。生じている異常が1相断線ではないと判断された場合(S107:NO)、すなわち断線相が2相以上の場合や断線以外の短絡異常等の場合は、正常2相駆動でのレンジ切り替えができないので、S108以降の処理をスキップする。生じている異常が1相断線であると判断された場合(S107:YES)、S108へ移行する。
If it is determined that at least some of the current paths are not normal (S102: NO), the
S108では、駆動制御部55は、谷位置基準で切替目標値θ*を設定する。例えばPレンジへの切り替えであれば、学習された谷位置基準値θbを切替目標値θ*とする。また、Pレンジ以外への切替の場合、谷位置基準値θbと、谷部221と要求シフトレンジに応じた谷部との間の角度とに基づき、切替目標値θ*を設定する。
In S108, the
S109では、駆動制御部55は、切替前準備処理を行う。正常2相駆動では、断線相に対応する領域をイナーシャで通過させる必要がある。そこで、トルクが発生するステータとロータの対向状態からレンジ切り替えを開始できるように、切替前準備処理により対向位置を合わせる。
In S109, the
本実施形態では、切替前準備処理として、1相通電→2相通電→1相通電の順に通電相を切り替える。最初の1相通電は、回転方向に応じた通電相の切替順序からみて、断線相の前に通電される相である。例えば、正常時にモータ10を正転させる場合の通電順が、U相→UV相→V相→VW相→W相→WU相である1-2相励磁方式の場合であって、U相断線の正転時には、切替前準備処理として、W相→VW相→V相通電を行い、V相の突極とロータの突極とが対向する、所謂「1相1歯」の状態からレンジ切り替えを開始する。
In this embodiment, as a pre-switching preparation process, the energized phase is switched in the order of 1-phase energization → 2-phase energization → 1-phase energization. The first 1-phase energization is the phase that is energized before the broken phase, as viewed from the switching order of energized phases according to the direction of rotation. For example, in the case of a 1-2 phase excitation method in which the energization order when rotating the
S110では、駆動制御部55は、エンコーダカウント値に基づくフィードバック制御部によりモータ10を駆動する。ここでは、1相断線が生じているので、正常な2相を用いてモータ10を駆動する。
In S110, the
S111の処理は、S105の処理と同様であり、モータ回転位置が切替目標値θ*に到達していないと判断された場合(S111:NO)、S110に戻り、フィードバック制御を継続し、切替目標値θ*に到達したと判断された場合(S111:YES)、S112へ移行し、正常2相への固定相通電により、モータ10を停止させる停止制御を行う。
The process of S111 is similar to the process of S105. If it is determined that the motor rotational position has not reached the switching target value θ * (S111: NO), the process returns to S110 and feedback control is continued. If it is determined that the switching target value θ * has been reached (S111: YES), the process proceeds to S112 and stop control is performed to stop the
S113では、制御部50は、Rレンジへの切り替えか否か判断する。Rレンジへの切り替えであると判断された場合(S113:YES)、S119へ移行する。Rレンジ以外への切り替えであると判断された場合(S113:NO)、S114へ移行する。
In S113, the
S114では、制御部50は、Nレンジへの切り替えか否か判断する。Nレンジへの切り替えであると判断された場合(S114:YES)、S115へ移行してクラッチ60を開放し、S119へ移行する。S115の処理は省略してもよい。Nレンジへの切り替えではないと判断された場合(S114:NO)、すなわちPレンジまたはDレンジへの切り替えである場合、S116へ移行する。なお、PレンジまたはDレンジへの切り替えは、壁部228、229に隣接するレンジへの切り替えであり、RレンジまたはNレンジへの切り替えは、壁部228、229に隣接しない中間レンジへの切り替えと捉えることができる。また、レンジ判定による制御の振り分けは、例えばS107に続いて実施する等、モータ10の駆動開始前に実施してもよい。
In S114, the
制御部50は、S116にて電流制限制御を行い、S117にて壁戻し制御を行う。電流制限制御および壁戻し制御の詳細は、図6のタイムチャートに基づいて後述する。S118の処理は、S112の処理と同様である。S119では、レンジ切り替えを完了し、スタンバイモードに移行する。
The
本実施形態のレンジ切替処理を図6~図9のタイムチャートに基づいて説明する。図6では、共通時間軸を横軸とし、上段から、モータ制御、1相断線状態、シフト要求、モータ回転角を示している。モータ回転角は、エンコーダカウント値から換算可能な値であって、ディテントローラ26が谷部224の最底部にあるときを「D谷」、谷部221の最底部にあるときを「P谷」、撓み等がない状態にて壁部228に当接しているときを「P壁」とした。図7および図8も同様である。
The range switching process of this embodiment will be described based on the time charts of Figures 6 to 9. In Figure 6, the horizontal axis represents a common time axis, and from the top, motor control, one-phase open circuit state, shift request, and motor rotation angle are shown. The motor rotation angle is a value that can be converted from the encoder count value, and when the
図6は、3相正常時であって、DレンジからPレンジへ切り替える例である。時刻x10にて、3相正常が確定している状態にて、時刻x11にてPレンジへのシフト切替要求が取得されると、学習された壁位置基準値θrおよび壁谷間角度θrbに基づき、切替目標値θ*を設定する。駆動制御部55は、エンコーダカウント値が切替目標値θ*となるように、フィードバック制御によりモータ10を駆動する。
6 shows an example of switching from the D range to the P range when the three phases are normal. When the three phases are confirmed to be normal at time x10 and a request to shift to the P range is acquired at time x11, the switching target value θ * is set based on the learned wall position reference value θr and wall valley angle θrb. The
時刻x12にて、エンコーダカウント値が切替目標値θ*に到達すると、停止制御を行い、停止制御時間が経過した時刻x13にて、モータ10への通電をオフにし、スタンバイモードへ移行する。
When the encoder count value reaches the switching target value θ * at time x12, stop control is performed, and at time x13 when the stop control time has elapsed, power supply to the
3相正常時は、位置決め精度θaは、吸い込み範囲θsより小さいため、切替目標値θ*は、位置決め精度θaが吸い込み範囲θsに収まるように設定すればよく、例えば吸い込み範囲θsの中央値を切替目標値θ*に設定するようにしてもよい。これにより、要求レンジに応じた谷部にディテントローラ26を確実に落とし込むことができる。
Since the positioning accuracy θa is smaller than the suction range θs when the three phases are normal, the switching target value θ * may be set so that the positioning accuracy θa falls within the suction range θs, and for example, the median value of the suction range θs may be set as the switching target value θ * . This allows the
図7は、1相断線時であって、DレンジからPレンジへ切り替える例である。図7等では、電流制限切替等の説明のため、P谷付近を拡大して記載しており、例えばPD間角度とP谷壁間角度の比率等は実際とは異なっている。 Figure 7 shows an example of switching from D range to P range when one phase is broken. In Figure 7 and other figures, the area around the P valley is enlarged to explain current limit switching, and the ratio of the PD angle to the P valley wall angle, for example, differs from the actual ratio.
時刻x20にて1相断線が生じ、時刻x21にて1相断線が確定し、時刻x22にてレンジ切替要求が取得されると、正常2相駆動の切替前準備処理を行う。図7の例では、DレンジからPレンジへの切り替えであって、モータ10を逆転方向に駆動するため、U相断線であれば、切替前準備処理として、V相→VW相→W相への通電を行い、W相対向の1相1歯の状態とする。
When a one-phase break occurs at time x20, the one-phase break is confirmed at time x21, and a range switch request is acquired at time x22, pre-switch preparation processing for normal two-phase drive is performed. In the example of FIG. 7, the range is switched from D range to P range, and the
時刻x23にて、切替前準備処理が完了すると、谷位置基準値θbを切替目標値θ*とし、正常2相を用いたフィードバック制御によりモータ10を駆動する。時刻x24にて、エンコーダカウント値が切替目標値θ*に到達すると、停止制御を行う。
At time x23, when the pre-switching preparation process is completed, the valley position reference value θb is set as the switching target value θ * , and the
1相断線時の正常2相駆動では、位置決め精度θaは、壁部228と山部の頂点225との範囲θrtより小さいものの、吸い込み範囲θsより大きい。すなわち、θs<θa<θrtである。フィードバック制御終了時の停止位置が吸い込み範囲θsの外側にあると、要求レンジに応じた谷部にディテントローラ26を落とし込めない。
In normal two-phase drive when one phase is broken, the positioning accuracy θa is smaller than the range θrt between the
そこで本実施形態では、要求レンジが壁部228、229に隣接するレンジであるPレンジまたはDレンジである場合、フィードバック制御終了後に、ディテントローラ26を吸い込み範囲θsに入れるための電流制限切替制御を行う。
Therefore, in this embodiment, when the requested range is the P range or D range, which is the range adjacent to the
Pレンジ切替時の電流制限切替制御では、切替目標値θ*を壁部228の撓み最大量θdを加味しても壁部228よりも十分に奥側となる任意の値に設定し、ディテントローラ26が壁部228側へ移動するようにモータ10を駆動する。電流制限切替制御では、モータ10の被駆動トルクより大きくなるように、応答性等を考慮した任意の電流制限値でモータ10を駆動する。電流制限切替制御における電流制限値は、例えばディテント機構の耐久性等に応じて設定される壁位置基準値学習時の壁当て制限値より小さいトルクとなるように設定される。
In the current limit switching control when switching to the P range, the switching target value θ * is set to an arbitrary value that is sufficiently behind the
正常2相駆動では、位置決め精度θaの範囲が比較的広い。そのため、フィードバック制御にてディテントローラ26が谷部221の最底部よりも壁部228側まで移動している状態から電流制限切替制御を行うと、ディテント機構20の撓みの分、ディテントローラ26が壁部228を本来の位置よりも奥側まで押し込んでいる可能性がある。
In normal two-phase drive, the range of positioning accuracy θa is relatively wide. Therefore, when current limiting switching control is performed in a state where the
電流制限切替時間が経過した時刻x26では、壁部228は、ディテントローラ26により奥側に押し込まれた状態となっている。この状態にて、モータ10への通電をオフにすると、ディテント機構20の撓みが戻ることで、ディテントローラ26が吸い込み範囲θsを越えて山部225側まで押し戻される虞がある。
At time x26 when the current limit switching time has elapsed, the
そこで、電流制限切替制御後に、ディテント機構20の撓み最大量θd分を戻す壁戻し制御を行う。ディテント機構20の撓みを解消すべく撓み分が戻っていれば、ディテントローラ26はディテントスプリング25のスプリング力により谷部221の最底部に落とし込まれ、吸い込み範囲θsを越えることはないため、壁戻し制御にてディテントローラ26を谷部221の最底部まで戻す必要はない。
Therefore, after the current limit switching control, wall return control is performed to return the maximum amount of deflection θd of the
壁戻し制御が完了した時刻x27では、正常2相通電に通電する停止制御を行う。時刻x28にてモータ10への通電をオフにし、スタンバイモードに移行する。モータ10への通電をオフにすると、ディテントローラ26は、ディテントスプリング25のスプリング力にて谷部221に落としこまれる。
At time x27 when the wall return control is completed, stop control is performed to energize normal two-phase current. At time x28, the current to the
図7では、電流制限切替制御により、ディテントローラ26が壁部228を撓ませる位置まで駆動されているが、電流制限切替制御は、ディテントローラ26を壁部228に当接させることが目的ではなく、吸い込み範囲θsに入れることが目的である。そのため、図8に示すように、電流制限切替制御時間や電流制限切替制御の出力トルクによっては、ディテントローラ26が壁部228に到達しなくても差し支えない。
In FIG. 7, the
図8中の時刻x30~時刻x38の制御は、図7中の時刻x20~時刻x28の制御に対応している。ディテントローラ26が壁部228に到達していない場合、壁戻し制御における戻し量は、図7と同様、撓み最大量θdとしてもよいし、ガタ幅θgとしてもよい。また、図8の例では、壁戻し制御にて、ディテントローラ26が谷部221の最底部に移動しているが、時刻x38にてモータ10への通電をオフにしたときの挙動は、ディテントローラ26の停止位置によりなりゆきである。すなわち、壁戻し制御終了時のディテントローラ26の位置が谷部221の最底部からずれている場合、モータ10への通電オフにより、ディテントスプリング25のスプリング力にて、ディテントローラ26が谷部221へ移動する。
The control from time x30 to time x38 in FIG. 8 corresponds to the control from time x20 to time x28 in FIG. 7. If the
図9は、1相断線時であって、DレンジからNレンジへ切り替える例である。図9では、共通時間軸を横軸とし、上段からモータ制御、1相断線状態、シフト要求、クラッチ60の状態、モータ回転角を示している。モータ回転角は、ディテントローラ26が谷部223の最底部にあるときを「N谷」とした。時刻x40~時刻x43の処理は、要求レンジがNレンジである点を除き、図2中の時刻x20~時刻x23の処理と同様である。
Figure 9 shows an example of switching from D range to N range when one phase is broken. In Figure 9, the horizontal axis represents a common time axis, and from the top, motor control, one phase broken state, shift request, clutch 60 state, and motor rotation angle are shown. The motor rotation angle when the
時刻x43にて、切替前準備処理が完了すると、谷位置基準値θbに基づいて切替目標値θ*を設定し、正常2相を用いたフィードバック制御により、モータ10を駆動する。切替目標値θ*は、詳細には、谷位置基準値θbと、谷部221、223間の角度とに基づいて設定される。
At time x43, when the pre-switching preparation process is completed, a switching target value θ * is set based on the valley position reference value θb, and the
時刻x44にて、エンコーダカウント値が切替目標値θ*に到達すると、停止制御を行う。ここで、Nレンジの吸い込み範囲θs_Nは相対的に小さく、位置決め精度θa_Nは吸い込み範囲θs_Nより大きい。また、Nレンジは壁部228、229に隣接していない中間レンジであるため、PレンジまたはDレンジへの切替時のように壁側にディテントローラ26を移動させる電流制限切替制御を行うことができない。そのため、フィードバック制御終了時におけるディテントローラ26の位置がNレンジの吸い込み範囲θs_Nの外側であると、自動変速機5を正しくニュートラル状態にできない虞がある。
At time x44, when the encoder count value reaches the switching target value θ * , stop control is performed. Here, the suction range θs_N of the N range is relatively small, and the positioning accuracy θa_N is larger than the suction range θs_N. In addition, since the N range is an intermediate range that is not adjacent to the
そこで本実施形態では、1相断線時に正常2相駆動によりシフトレンジをNレンジに切り替える場合、フィードバック制御が終了した時刻x44にて、自動変速機5側でのトルクカットを行う。具体的には、クラッチ60を開放することで、車軸側に動力が伝達されないようにする。時刻x45では、モータ10への通電をオフにし、スタンバイモードに移行する。
In this embodiment, when the shift range is switched to N range by normal two-phase drive in the event of one-phase disconnection, torque is cut on the
以上説明したように、ECU40は、3相以上のモータ巻線を有するモータ10と、モータ10により駆動されるディテント機構20と、を備えるシフトバイワイヤシステム1において、モータ10の駆動を制御する。ECU40は、駆動回路41と、制御部50と、を備える。
As described above, in a shift-by-
駆動回路41は、モータ巻線の各相への通電を切り替えるスイッチング素子を有する。制御部50は、モータ10の回転位置を検出するエンコーダ13の検出値に基づくフィードバック制御によりモータ10の駆動を制御する駆動制御部55、および、断線故障を判定する異常判定部52を有する。ここで、「断線故障」は、モータ巻線の各相コイルに通電できない故障であって、モータ巻線そのものの断線に限らず、ハーネスの断線や、スイッチング素子のオフ固着等が含まれる。
The
ディテント機構20は、山部225~227にて隔てられる複数の谷部221~224が形成されるディテントプレート21、モータ10の駆動により谷部221~224を移動可能であるディテントローラ26、および、ディテントローラ26を谷部221~224に嵌まり込む方向に付勢するディテントスプリング25を有し、配列される谷部221~224の両側に、ディテントローラ26の駆動を規制する壁部228、229が形成されている。
The
駆動制御部55は、1相断線時において、正常相を用いてモータ10を駆動する正常相駆動にて、壁部228、229に隣接する谷部221、224を目標谷部としてディテントローラ26を移動させる場合、ディテントローラ26が目標谷部の両側にある山部と壁部との間となるようにフィードバック制御を行った後、ディテントローラ26が壁部の方向に移動するように、電流制限をかけてモータ10を駆動する電流制限切替制御を行う。目標谷部が谷部221の場合、ディテントローラ26が谷部221の両側となる山部225と壁部228との間となるようにフィードバック制御を行った後、ディテントローラ26が壁部228の方向に移動するように電流制限切替制御を行う。
When the
1相断線での正常相駆動の場合、全相が正常である場合と比較し、位置決めのばらつきが大きくなるため、エンコーダカウント値が切替目標値θ*となるように制御したとしても、吸い込み範囲θsから外れる虞がある。そこで本実施形態では、1相断線での正常相駆動時には、フィードバック制御の後に電流制限切替制御を行うことで、確実にディテントローラ26が吸い込み範囲θs内となるように制御することができる。これにより、1相断線時においても適切にディテント機構20を切替可能である。
In the case of normal phase drive with one broken phase, the positioning variation is larger than when all phases are normal, so even if the encoder count value is controlled to be the switching target value θ * , there is a risk that it will fall outside the suction range θs. Therefore, in this embodiment, during normal phase drive with one broken phase, feedback control is followed by current limit switching control, so that the
全相が正常である場合、フィードバック制御における切替目標値θ*は、ディテントローラ26が壁部228に当接しているときのエンコーダ13の検出値に応じて学習される壁位置基準値θrに基づいて設定される。一方、1相断線にて正常相駆動を行う場合、切替目標値θ*は、ディテントローラ26が谷部221の最底部にあるときのエンコーダ13の検出値に応じて学習される谷位置基準値θbに基づいて設定される。すなわち本実施形態では、全相正常時と1相断線時とで、フィードバック制御における切替目標値θ*の設定方法を異ならせている。
When all phases are normal, the switching target value θ * in the feedback control is set based on the wall position reference value θr learned in response to the detection value of the
上述の通り、1相断線時の正常相駆動では、位置決めのばらつきが大きいため、壁位置基準値θrに基づいて切替目標値θ*を設定しても、ディテントローラ26が吸い込み範囲θsから外れる可能性がある。また、学習される壁位置基準値θrのばらつきが正常時より大きくなる。そのため、正常相駆動では、壁位置基準値θrを用いずに切替目標値θ*を設定する。これにより、1相断線時における壁位置学習を省略可能である。
As described above, in normal phase driving when one phase is broken, the positioning variation is large, so even if the switching target value θ * is set based on the wall position reference value θr, the
モータ駆動システムは、シフトバイワイヤシステム1である。制御部50は、1相断線時において、シフトレンジをNレンジに切り替える場合、ディテントローラ26がNレンジに対応する谷部223に移動するように正常相駆動にてフィードバック制御を行った後、エンジンや主機モータ等である車両の駆動源と車軸との間に設けられるクラッチ60を開放する。これにより、自動変速機5側でのトルクカットが可能であり、適切にニュートラル制御を行うことができる。
The motor drive system is a shift-by-
実施形態では、シフトバイワイヤシステム1が「モータ駆動システム」、エンコーダ13が「回転位置センサ」、ディテントプレート21が「ディテント部材」、ディテントスプリング25が「付勢部材」、ディテントローラ26が「係合部材」、ECU40が「モータ制御装置」に対応する。
In this embodiment, the shift-by-
(他の実施形態)
上記実施形態では、回転検出部はエンコーダである。他の実施形態では、例えばレゾルバ等のエンコーダ以外の回転位置を検出可能なセンサ等を用いてもよい。上記実施形態では、モータは、スイッチトリラクタンスモータである。他の実施形態では、モータは、スイッチトリラクタンスモータ以外のもの、例えばDCブラシレスモータ等であってもよい。また、モータ巻線の相数は、4相以上であってもよい。
Other Embodiments
In the above embodiment, the rotation detection unit is an encoder. In other embodiments, a sensor capable of detecting a rotation position other than an encoder, such as a resolver, may be used. In the above embodiment, the motor is a switched reluctance motor. In other embodiments, the motor may be other than a switched reluctance motor, such as a DC brushless motor. The number of phases of the motor windings may be four or more.
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、例えばPレンジとnotPレンジに対応する2つの谷部が形成されていてもよい。この場合、要求レンジによらず、電流制限切替制御を実施可能である。 In the above embodiment, four valleys are provided on the detent plate. In other embodiments, the number of valleys is not limited to four, and for example, two valleys corresponding to the P range and the notP range may be formed. In this case, current limit switching control can be performed regardless of the required range.
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。 The control unit and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and a memory programmed to execute one or more functions embodied in a computer program. Alternatively, the control unit and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits. Alternatively, the control unit and the method described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by combining a processor and a memory programmed to execute one or more functions with a processor configured with one or more hardware logic circuits. In addition, the computer program may be stored in a computer-readable non-transient tangible recording medium as instructions executed by a computer. As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms within the scope of the invention.
1・・・シフトバイワイヤシステム(モータ駆動システム)
10・・・モータ 13・・・エンコーダ(回転位置センサ)
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)
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)
40・・・ECU(モータ制御装置)
41・・・駆動回路
50・・・制御部
52・・・異常判定部 55・・・駆動制御部
1. Shift-by-wire system (motor drive system)
10: Motor 13: Encoder (rotational position sensor)
20: Detent mechanism 21: Detent plate (detent member)
25... Detent spring (urging member)
26: Detent roller (engagement member)
40...ECU (motor control device)
41: Drive circuit 50: Control unit 52: Abnormality determination unit 55: Drive control unit
Claims (3)
前記モータ巻線の各相への通電を切り替えるスイッチング素子を有する駆動回路(41)と、
前記モータの回転位置を検出する回転位置センサ(13)の検出値に基づくフィードバック制御により前記モータの駆動を制御する駆動制御部(55)、および、断線故障を判定する異常判定部(52)を有する制御部(50)と、
を備え、
前記ディテント機構は、山部(225~227)にて隔てられる複数の谷部(221~224)が形成されるディテント部材(21)、前記モータの駆動により前記谷部を移動可能である係合部材(26)、および、前記係合部材を前記谷部に嵌まり込む方向に付勢する付勢部材(25)を有し、配列される前記谷部の両側に、前記係合部材の駆動を規制する壁部(228、229)が形成されており、
前記駆動制御部は、
1相断線時において、正常相を用いて前記モータを駆動する正常相駆動にて前記壁部に隣接する前記谷部(221、224)を目標谷部として前記係合部材を移動させる場合、前記係合部材が前記目標谷部の両側にある前記山部と前記壁部との間となるようにフィードバック制御を行った後、前記係合部材が前記壁部の方向に移動するように電流制限をかけて前記モータを駆動する電流制限切替制御を行うモータ制御装置。 A motor control device for controlling driving of a motor in a motor drive system (1) including a motor (10) having motor windings of three or more phases and a detent mechanism (20) driven by the motor, comprising:
A drive circuit (41) having a switching element for switching the energization of each phase of the motor winding;
a control unit (50) having a drive control unit (55) that controls the drive of the motor by feedback control based on a detection value of a rotational position sensor (13) that detects the rotational position of the motor, and an abnormality determination unit (52) that determines a wire breakage fault;
Equipped with
The detent mechanism includes a detent member (21) in which a plurality of valleys (221-224) separated by peaks (225-227) are formed, an engagement member (26) that is movable in the valleys by driving the motor, and a biasing member (25) that biases the engagement member in a direction in which the engagement member fits into the valleys, and wall portions (228, 229) that regulate the drive of the engagement member are formed on both sides of the arranged valleys.
The drive control unit is
When one phase is broken, in normal phase drive in which the motor is driven using a normal phase, and the engaging member is moved with the valley portion (221, 224) adjacent to the wall portion as the target valley portion, feedback control is performed so that the engaging member is between the peak portions on either side of the target valley portion and the wall portion, and then current limiting switching control is performed to drive the motor by applying current limiting so that the engaging member moves in the direction of the wall portion.
前記正常相駆動を行う場合、前記切替目標値は、前記係合部材が前記谷部の最底部にあるときの前記回転位置センサの検出値に応じて学習される谷位置基準値に基づいて設定される請求項1に記載のモータ制御装置。 when all phases are normal, a switching target value in the feedback control is set based on a wall position reference value learned in response to a detection value of the rotational position sensor when the engagement member is in contact with the wall portion,
2. The motor control device according to claim 1, wherein, when the normal phase drive is performed, the switching target value is set based on a valley position reference value that is learned in response to a detection value of the rotational position sensor when the engagement member is at the bottom of the valley portion.
前記制御部は、1相断線時において、シフトレンジをNレンジに切り替える場合、前記係合部材がNレンジに対応する前記谷部(223)に移動するように前記正常相駆動にてフィードバック制御を行った後、車両の駆動源と車軸との間に設けられるクラッチ(60)を開放する請求項1または2に記載のモータ制御装置。 The motor drive system is a shift-by-wire system,
3. The motor control device according to claim 1, wherein when the shift range is switched to N range in the event of one phase disconnection, the control unit performs feedback control using the normal phase drive so that the engagement member moves to the valley portion corresponding to the N range, and then releases a clutch provided between a drive source and an axle of the vehicle.
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