JP2024077782A - シフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のシフト装置において、出力軸回転角度センサを使わずにシフトバイワイヤを実現する。
【解決手段】実施形態のシフト装置では、制御部は、ロータ回転角度センサによる検出結果を参照しながら、ローラ部がディテントプレートにおける複数の谷部のうちの第１の谷部から第２の谷部の方向に移動するようにモータを駆動し、ローラ部が第１の谷部と第２の谷部の間の山部を乗り越えた後の所定位置まで移動したと判定したときにモータを停止し、その後のローラ部の移動方向と移動角度を検知し、移動方向が進行方向で、移動角度が判定用の所定角度以上であるときに、モータからシフト切替部材への駆動力伝達が正常であると判定する。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、車両に搭載されるシフト装置に関する。

従来から、運転者のシフト操作に基づいて電気的にシフト位置を切り替えるシフトバイワイヤ（ＳＢＷ）式のシフト装置が知られている。シフト位置とは、例えば、Ｐ（パーキング）位置、Ｒ（リバース）位置、Ｎ（ニュートラル）位置、Ｄ（ドライブ）位置などである。

シフトバイワイヤ式のシフト装置では、例えば、ディテントプレート（シフト切替部材）、ディテントスプリング（位置決め部材）、駆動力伝達機構部、ロータ回転角度センサ、出力軸回転角度センサ（絶対角センサ）などが用いられる。

ディテントプレートは、シフト位置に対応するように設けられた複数の谷部を有する。また、ディテントスプリングは、自由端側に設けられたローラ部をディテントプレートに対して押圧し、ローラ部がディテントプレートの複数の谷部のいずれかに嵌まり込むことでシフト位置を成立させる。

また、駆動力伝達機構部は、ガタ（ギアの噛み合わせ部分における隙間）を有し、モータによる駆動力をディテントプレートに伝達して、ディテントプレートを正転、逆転のいずれかの回動方向に移動させる。

また、ロータ回転角度センサは、モータのロータの回転角度を検出する。また、出力軸回転角度センサは、ディテントプレートの回転角度を検出する。

これらの構成を用いて、運転者のシフト操作に基づく電気的なシフト位置の切り替えを実現する。

しかしながら、上述の従来技術では、出力軸回転角度センサを用いているために、出力軸回転角度センサ、および、それに付随する部品（例えば、制御用ＩＣ（Integrated Circuit）や取付部材など）が必要になる。したがって、コストや車内スペース制約などの点で、出力軸回転角度センサをなくすことができれば望ましい。

そこで、本発明は、出力軸回転角度センサを使わなくてもシフトバイワイヤを実現することができるシフト装置を提供することを課題とする。

実施形態のシフト装置は、車両に搭載されるシフト装置であって、シフト位置に対応するように設けられた複数の谷部を有するシフト切替部材と、自由端側に設けられたローラ部を前記シフト切替部材に対して押圧し、前記ローラ部が前記シフト切替部材の前記複数の谷部のいずれかに嵌まり込むことで前記シフト位置を成立させる位置決め部材と、駆動されることで、前記シフト切替部材に対して、正転、逆転のいずれかの回動方向に加力する、ロータとステータとを含むモータと、ガタを有し、前記モータによる駆動力を前記シフト切替部材に伝達して、前記シフト切替部材を正転、逆転のいずれかの回動方向に移動させる駆動力伝達機構部と、前記ロータの回転角度を検出するロータ回転角度センサと、制御部と、を備える。制御部は、前記ロータ回転角度センサによる検出結果を参照しながら、前記ローラ部が前記複数の谷部のうちの第１の谷部から第２の谷部の方向に移動するように前記モータを駆動し、前記ローラ部が前記第１の谷部と前記第２の谷部の間の山部を乗り越えた後の所定位置まで移動したと判定したときに前記モータを停止し、その後の前記ローラ部の移動方向と移動角度を検知し、前記移動方向が進行方向で、前記移動角度が判定用の所定角度以上であるときに、前記モータから前記シフト切替部材への駆動力伝達が正常であると判定する。
この構成により、所定タイミングでモータを停止した後のローラ部の移動方向と移動角度に基づいてモータからシフト切替部材への駆動力伝達が正常か異常かを判定できるので、出力軸回転角度センサを使わなくてもシフトバイワイヤを実現することができる。

また、実施形態のシフト装置では、前記判定用の所定角度は、前記ロータがコギングトルクによって動く最大回転角度に基づいて設定された角度である。
この構成により、ロータがコギングトルクによって動いたことに起因する誤判定を抑制することができる。

図１は、実施形態のシフト装置の機能構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態のシフト装置の外観を示す斜視図である。 図３は、実施形態のディテントプレートの構造を示す図である。 図４は、実施形態において、ディテントプレートに対するローラ部の位置の推移などを示す図である。 図５は、実施形態における３つのケースでのロータの回転角の時間的変化を示すグラフである。 図６は、実施形態のシフト装置のＥＣＵによる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成や、当該構成によってもたらされる作用、結果、効果などは、例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうち、少なくとも一つを得ることが可能である。

まず、図１～図３を参照して、実施形態のシフト装置１００の構成について説明する。図１は、実施形態のシフト装置１００の機能構成を示すブロック図である。図２は、実施形態のシフト装置１００の外観を示す斜視図である。図３は、実施形態のディテントプレート７１の構造を示す図である。

シフト装置１００は、自動車などの車両１１０に搭載される。図１に示すように、車両１１０では、運転者がシフトレバー（またはシフトスイッチ）などの操作部１１１を介してシフトの切替操作を行った場合に、変速機構部１２０に対する電気的なシフト切替制御が行われる。すなわち、操作部１１１に設けられたシフトセンサ１１２を介してシフトレバーの位置の情報がシフト装置１００側に入力される。そして、シフト装置１００に設けられた専用のＥＣＵ５０（制御部）から送信される制御信号に基づいて、運転者のシフト操作に対応したＰ（パーキング）位置、Ｒ（リバース）位置、Ｎ（ニュートラル）位置およびＤ（ドライブ）位置のいずれかのシフト位置に変速機構部１２０が切り替えらえる。このようなシフト切替制御は、シフトバイワイヤと呼ばれる。

なお、シフト位置の切り替えに関して、後述するディテントプレート７１を用いた制御では、Ｐ位置と非Ｐ位置の切り替えを行う。

シフト装置１００は、アクチュエータユニット６０と、アクチュエータユニット６０により駆動されるシフト切替機構部７０と、を備えている。また、シフト切替機構部７０は、変速機構部１２０内のパーキング機構部１４０に機械的に接続されている。そして、シフト切替機構部７０が駆動されることによって変速機構部１２０のシフト位置が機械的に切り替えられるように構成されている。

アクチュエータユニット６０は、モータ１０と、駆動力伝達機構部２０と、ロータ回転角度センサ４０と、ＥＣＵ５０とを備えている。なお、従来技術と異なり、出力軸回転角度センサは設けられていない。

モータ１０は、ロータ（不図示）とステータ（不図示）を含み、ＥＣＵ５０からの制御信号によって駆動されることで、駆動力伝達機構部２０を介して、シフト切替機構部７０内のディテントプレート７１（シフト切替部材）（図２、図３）に対して、正転、逆転のいずれかの回動方向に加力する。

駆動力伝達機構部２０は、ガタ（ギアの噛み合わせ部分における隙間）を有し、モータ１０による駆動力をシフト切替機構部７０内のディテントプレート７１に伝達して、ディテントプレート７１を正転、逆転のいずれかの回動方向に移動させる。

ロータ回転角度センサ４０は、モータ１０におけるロータの回転角度を検出し、回転角度検出信号をＥＣＵ５０に送信する。例えば、ロータ回転角度センサ４０は、モータ１０におけるロータの回転量（回転角度）に応じたパルス数を出力するデジタルエンコーダである。

ＥＣＵ５０は、例えば、基板に電子部品が実装された基板部品である。また、それらの部品は、変速機構部１２０のケースに固定された箱状の本体部６１（図２）に収容されている。また、アクチュエータユニット６０は、駆動力伝達機構部２０の出力側に接続された出力軸２５（図２）を備えている。

シフト切替機構部７０は、ディテントプレート７１と、ディテントスプリング７２（位置決め部材）と、を含んでいる。

ディテントプレート７１における２つの谷部は、それぞれ、シフト位置に対応するように設けられた谷部８１（第１の谷部）、谷部８２（第２の谷部）である。また、谷部８１、８２によって、ディテントプレート７１には連続的な起伏形状を有するカム面７１ａが形成されている。また、谷部８１と谷部８２は、１つの頂部を有する山部８５（図３）により隔てられている。

ディテントスプリング７２は、基端部７２ａが変速機構部１２０のケーシング１２１（図２）に固定され、自由端７２ｂ側にローラ部７３が取り付けられた構造となっている。そして、ローラ部７３は、常時、カム面７１ａ（谷部８１、８２または山部８５のいずれかの位置）を押圧している。

また、ディテントプレート７１は、図２に示すように、出力軸２５の下端部（Ｚ２側）に固定されており、出力軸２５と一体的に回動軸Ｃ１まわりに回動する。ディテントプレート７１の矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向への正逆回動（揺動）に伴って、ローラ部７３はカム面７１ａに沿って摺動する。そして、ディテントスプリング７２の付勢力Ｆによって、ローラ部７３は谷部８１、８２のいずれかに嵌まり込む。これにより、Ｐ位置、非Ｐ位置が個々に成立する。

また、ディテントプレート７１は、腕部８７および腕部８８をさらに有している。腕部８７にはパークロッド７５が連結され、腕部８８にはマニュアルバルブロッド７６（図３）が連結される。

パーキング機構部１４０は、ＥＣＵ１５１によって制御されるエンジン１５０のクランク軸（不図示）に連結されたパーキングギア１４１と、パーキングギア１４１に係合するロックポール１４２と、を含む。ロックポール１４２は、パークロッド７５の移動に伴ってロック位置および非ロック位置に移動する。ディテントプレート７１がＰ位置に対応した回動角度位置に回動された場合に、ロックポール１４２は、回動軸Ｃ２を回動中心としてロック位置まで回動されて突起部１４２ａがパーキングギア１４１の歯底部１４１ａに係合する。これにより、パーキングギア１４１の自由な回動が規制されてクランク軸の回転が規制される。

また、ディテントプレート７１が非Ｐ位置に対応した回動角度位置に回動された場合には、ロックポール１４２は、非ロック位置に回動されて、ロックポール１４２とパーキングギア１４１との係合が解除される。

次に、図４～図６を参照して、ＥＣＵ５０が、ロータ回転角度センサ４０による検出結果に基づいて、モータ１０からディテントプレート７１への駆動力伝達が正常であるか（ギアが空転していないか）否かを判定する処理について説明する。

図４は、実施形態において、ディテントプレート７１に対するローラ部７３の位置の推移などを示す図である。なお、図４において、出力軸２５の下の記号２６の横幅は、駆動力伝達機構部２０におけるガタの大きさを表す。

ＥＣＵ５０は、ロータ回転角度センサ４０による検出結果を参照しながら、以下の処理を行う。ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が谷部８１から谷部８２の方向に移動するようにモータ１０を駆動する。次に、ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が谷部８１と谷部８２の間の山部８５を乗り越えた後の所定位置まで移動したと判定したときにモータ１０を停止する。

なお、所定位置は、駆動力伝達機構部２０におけるガタの大きさ（幅）や、被駆動トルク（モータ１０からディテントプレート７１への駆動力伝達経路における摺動抵抗などによるトルク）なども考慮して、設定される。つまり、所定位置は、ローラ部７３がその位置まで移動してモータ１０がフリー状態になったときに、ローラ部７３がディテントスプリング７２の押圧力によって進行方向（図４の右方向）に移動するような位置として設定される。

ＥＣＵ５０は、その後のローラ部７３の移動方向と移動角度を検知し、移動方向が進行方向で、移動角度が判定用の所定角度以上であるときに、モータ１０からディテントプレート７１への駆動力伝達（以下、単に「駆動力伝達」とも称する。）が正常であると判定する。また、判定用の所定角度は、例えば、モータ１０のロータがコギングトルクによって動く最大回転角度に基づいて設定された角度（例えば、５度～１０度程度）である。

このような処理を行う場合に、ロータの回転角の時間的変化としては、主に３つのケースが考えられる。図５は、実施形態における３つのケースでのロータの回転角の時間的変化を示すグラフである。

図５において、時間帯Ｔ１～Ｔ４のうち、時間帯Ｔ２のみ、モータ１０は停止状態である。以下、詳述する。まず、ローラ部７３はＰ位置（谷部８１）にある。その状態から、ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が谷部８２の方向に移動するようにモータ１０を駆動する。

そして、ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が所定位置まで移動したと判定したとき（時間帯Ｔ１、Ｔ２の境界）にモータ１０を停止する。駆動力伝達が正常である場合、そのときに、ローラ部７３は実際にその所定位置まで移動している。そして、ガタが反転し、吸い込み力が発生している。したがって、ローラ部７３は、モータ１０が停止してフリー状態になっていても、ディテントスプリング７２の押圧力によって進行方向（図４の右方向）に所定角度以上、移動する。その場合のグラフは、符号Ｌ１である。したがって、ＥＣＵ５０は、モータ１０の停止後のローラ部７３の移動方向が進行方向で移動角度が判定用の所定角度以上であるので、駆動力伝達が正常であると判定する。

一方、駆動力伝達が異常である（ギアの空転などが起きている）場合、モータ１０の停止時に、ローラ部７３は、実際には、例えば、所定位置より手前の山部８５の付近までしか移動していないことがある。その場合、ガタは反転せず、吸い込み力は発生しない。したがって、ローラ部７３は、ディテントスプリング７２の押圧力があっても、その場に停滞する。その場合のグラフは、符号Ｌ２である。したがって、ＥＣＵ５０は、モータ１０の停止後のローラ部７３の移動方向が進行方向で移動角度が判定用の所定角度以上である、という条件を満たしていないので、駆動力伝達が異常であると判定する。なお、時間帯Ｔ３、Ｔ４では、モータ１０が再び駆動しているので、ローラ部７３は進行方向に移動する。

また、駆動力伝達が異常である（ギアの空転などが起きている）場合、モータ１０の停止時に、ローラ部７３は、実際には、例えば、所定位置より手前の山部８５のさらに手前の位置までしか移動してないことがある。その場合、ガタは反転せず、吸い込み力は発生しない。したがって、ローラ部７３は、ディテントスプリング７２の押圧力（反力）によって進行方向の逆方向（図４の左方向）に移動する。その場合のグラフは、符号Ｌ３である。したがって、ＥＣＵ５０は、モータ１０の停止後のローラ部７３の移動方向が進行方向で移動角度が判定用の所定角度以上である、という条件を満たしていないので、駆動力伝達が異常であると判定する。なお、時間帯Ｔ３、Ｔ４では、モータ１０が再び駆動しているので、ローラ部７３は進行方向に移動する。

図６は、実施形態のシフト装置１００のＥＣＵ５０による処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が谷部８１から谷部８２（非Ｐ谷部）の方向に移動するようにモータ１０を駆動する。

次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ５０は、ローラ部７３が谷部８１と谷部８２の間の山部８５を乗り越えた後の所定位置まで移動したと判定したときにモータ１０を停止する。

次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ５０は、その後のローラ部７３の移動方向と移動角度を検知する。

次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ５０は、移動方向が進行方向か否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ５に進み、Ｎｏの場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ５において、ＥＣＵ５０は、移動角度が所定角度以上か否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ６に進み、Ｎｏの場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ６において、ＥＣＵ５０は、駆動力伝達が正常であると判定する。ステップＳ７において、ＥＣＵ５０は、駆動力伝達が異常であると判定する。

このように、本実施形態のシフト装置１００によれば、上述のような所定タイミングでモータ１０を停止した後のローラ部７３の移動方向と移動角度に基づいて駆動力伝達が正常か異常かを判定できるので、出力軸回転角度センサを使わなくてもシフトバイワイヤを実現することができる。

また、判定用の所定角度をロータがコギングトルクによって動く最大回転角度に基づいて設定された角度とすることで、ロータがコギングトルクによって動いたことに起因する誤判定を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、発明の範囲を限定するものではなく、発明の範囲に含まれる一例に過ぎない。他の実施形態は、上述の実施形態に対して、例えば、具体的な用途、構造、形状、作用、及び効果の少なくとも一部について、発明の要旨を逸脱しない範囲において変更、省略、及び追加がされたものであっても良い。

例えば、上述の実施形態では、２つの谷部を有するディテントプレート７１を用いたが、これに限定されない。ほかに、例えば、Ｐ位置、Ｒ位置、Ｎ位置、Ｄ位置に対応する４つの谷部を有するディテントプレートなど、３つ以上の谷部を有するディテントプレートに対しても、本発明を適用することができる。

１０…モータ、２０…駆動力伝達機構部、２５…出力軸、４０…ロータ回転角度センサ、５０…ＥＣＵ、６０…アクチュエータユニット、７０…シフト切替機構部、７１…ディテントプレート、７２…ディテントスプリング、７３…ローラ部、８１、８２…谷部、１００…シフト装置、１１０…車両、１１１…操作部、１１２…シフトセンサ、１２０…変速機構部、１４０…パーキング機構部、１５０…エンジン、１５１…ＥＣＵ

Claims (2)

1. 車両に搭載されるシフト装置であって、
   シフト位置に対応するように設けられた複数の谷部を有するシフト切替部材と、
   自由端側に設けられたローラ部を前記シフト切替部材に対して押圧し、前記ローラ部が前記シフト切替部材の前記複数の谷部のいずれかに嵌まり込むことで前記シフト位置を成立させる位置決め部材と、
   駆動されることで、前記シフト切替部材に対して、正転、逆転のいずれかの回動方向に加力する、ロータとステータとを含むモータと、
   ガタを有し、前記モータによる駆動力を前記シフト切替部材に伝達して、前記シフト切替部材を正転、逆転のいずれかの回動方向に移動させる駆動力伝達機構部と、
   前記ロータの回転角度を検出するロータ回転角度センサと、
   前記ロータ回転角度センサによる検出結果を参照しながら、
   前記ローラ部が前記複数の谷部のうちの第１の谷部から第２の谷部の方向に移動するように前記モータを駆動し、前記ローラ部が前記第１の谷部と前記第２の谷部の間の山部を乗り越えた後の所定位置まで移動したと判定したときに前記モータを停止し、その後の前記ローラ部の移動方向と移動角度を検知し、前記移動方向が進行方向で、前記移動角度が判定用の所定角度以上であるときに、前記モータから前記シフト切替部材への駆動力伝達が正常であると判定する制御部と、を備えるシフト装置。
2. 前記判定用の所定角度は、前記ロータがコギングトルクによって動く最大回転角度に基づいて設定された角度である、請求項１に記載のシフト装置。

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