JP4403804B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動力により制御対象の操作位置を目標位置に切り換えるモータ制御装置に関する発明である。

近年、自動車においても、省スペース化、組立性向上、制御性向上等の要求を満たすために、機械的な駆動システムを、モータによって電気的に駆動するシステムに変更する事例が増加する傾向にある。その一例として、特許文献１（特開２００２−３２３１２７号公報）に示すように、車両の自動変速機のレンジ切換機構をモータで駆動するようにしたものがある。このものは、モータの回転軸に減速機構を介して出力軸を連結し、この出力軸によってレンジ切換機構を駆動して自動変速機のレンジを切り換えるようにしている。この場合、モータには、回転角を検出するエンコーダを搭載し、レンジ切換時には、このエンコーダの出力パルスのカウント値に基づいてモータを目標のレンジに相当する目標回転角（目標カウント値）まで回転させることで、レンジ切換機構を目標のレンジに切り換えるようにしている。
特開２００２−３２３１２７号公報（第３頁〜第４頁等）

ところで、レンジ切換速度を高速化するために、モータの回転速度を高速化すると、駆動終了時にロータが慣性により目標回転角を越えてオーバーシュートしやすくなり、ロータを正確に目標回転角で停止させることが難しくなる。

そこで、本発明者は、モータの高速化と停止性能とを両立させるために、特願２０００２−１７７７３８号の明細書において、モータの駆動開始からモータの検出回転角（エンコーダの出力パルスのカウント値）と目標回転角（目標カウント値）との偏差が所定値に達するまでの領域を加速領域とすると共に、当該偏差が所定値以下の領域を減速領域とし、加速領域では、モータの目標回転速度を高く設定してモータを高速化し、減速領域では、モータの目標回転速度を低下させてロータを正確に目標回転角で停止させることことを提案している。

しかし、モータ駆動中に負荷が変動するようなシステムでは、負荷変動に耐え得るようにモータの目標回転速度を低めに設定する必要があり、その分、モータの高速化が犠牲になるという欠点がある。

例えば、モータ駆動式のレンジ切換機構において、Ｐレンジ（パーキングレンジ）からＤレンジ（ドライブレンジ）に切り換える場合は、モータでレンジ切換機構をＰレンジ→Ｒレンジ（リバースレンジ）→Ｎレンジ（ニュートラルレンジ）→Ｄレンジの順に切り換える必要がある。この場合、レンジ切換機構は、各レンジを弾性係合力で保持するディテント機構（節度機構）を有するため、ＰレンジからＤレンジに切り換える際に、ディテント機構の係合部材が各レンジのディテントの山を乗り越える前後で、モータの負荷が大きく変動する。つまり、各レンジのディテントの山を乗り越えるまではモータの負荷が大きくなるが、それを乗り越えた途端に、モータの負荷が小さくなる（負荷の作用方向が反対になる）。このため、モータの負荷を考慮せずに、モータの検出回転角と目標回転角との偏差によってモータの目標回転速度を設定すると、モータの負荷が大きい領域で駆動トルクが不足する懸念があるため、モータの目標回転速度を低めに設定して駆動トルクを確保せざるを得ず、その分、モータの高速化が犠牲になる。しかも、モータの負荷が小さい領域では、駆動トルクが過大となり、安定したモータ制御を行うことができない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モータ駆動中に負荷が変動する場合でも、モータ制御の安定性と高速化とを両立させることができるモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、モータの駆動力により車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構の操作位置を目標位置に切り換えるモータ制御装置において、前記モータの負荷を負荷推定手段により推定すると共に、前記負荷推定手段で推定した負荷が大きい場合に比べ、推定した負荷が小さい場合には、前記モータの目標回転速度を目標回転速度可変手段により大きく設定するものであり、レンジ切換機構は、レンジ切換機構の各レンジを弾性係合力で保持するディテント機構の係合部材が各レンジのディテントの山を乗り越える前後でモータの負荷が変動するように構成され、前記負荷推定手段により、前記ディテント機構の係合部材が各レンジのディテントの山を乗り越える前後で変動するモータの負荷を推定するようにしたものである。このようにすれば、モータ駆動中に負荷が変動する場合でも、その負荷変動に応じてモータの目標回転速度を適正な速度に設定することができ、モータ制御の安定性と高速化とを両立させることができる。

この場合、モータの負荷は、負荷センサで検出しても良いが、この種のモータ制御装置は、レンジ切換機構の操作位置及び／又はモータの回転角を検出する検出手段を備えていることに着目し、請求項２のように、上記検出手段の検出信号に基づいて負荷の状態を推定するようにすると良い。一般に、レンジ切換機構の操作位置（又はモータの回転角）と負荷の状態との関係は決まっているため、レンジ切換機構の操作位置（又はモータの回転角）が判明すれば、負荷の状態も判明する。従って、レンジ切換機構の操作位置（又はモータの回転角）を検出する検出手段の検出信号に基づいて負荷の状態を推定することが可能となる。この場合、負荷センサ等の新たなセンサを設ける必要がないため、低コスト化の要求も満たすことができる。

また、請求項３のように、前記検出手段の検出信号の変化速度に基づいて負荷の状態を推定するようにしても良い。一般に、前記検出手段の検出信号の変化速度によって検出されるレンジ切換機構の操作速度（モータの回転速度）は、負荷によって変動するため、前記検出手段の検出信号の変化速度に基づいて負荷の状態を推定することができる。この場合、レンジ切換機構の操作位置（又はモータの回転角）と負荷の状態との関係が一義的に決まっていないシステムでも、前記検出手段の検出信号の変化速度に基づいて負荷の状態を推定することができる利点がある。

また、レンジ切換機構のように、モータの駆動力により操作位置が目標位置に切り換えられる過程で、モータに対する負荷の作用方向が反転するように構成されている場合は、負荷の作用方向が反転する位置でレンジ切換機構の操作速度（モータの回転速度）が急変することに着目して、請求項４のように、前記検出手段の検出信号の変化速度が急変する位置を負荷の作用方向が反転する位置（負荷反転位置）として検出して該負荷の状態を推定するようにしても良い。このようにすれば、回転伝達系の部品の組立誤差や経年変化等によって負荷反転位置がずれても、その負荷反転位置をモータ駆動中に検出できて、負荷の状態を精度良く推定することができる。

この場合、請求項５のように、前記検出手段の検出信号の変化速度が急変する位置を負荷の作用方向が反転する位置（負荷反転位置）として学習するようにしても良い。このようにすれば、回転伝達系の部品の組立誤差や経年変化等によって負荷反転位置がずれても、それに応じて負荷反転位置のデータを学習補正することができて、組立誤差や経年変化等に左右されない安定した負荷の推定が可能になる。

また、請求項６のように、前記検出手段の検出値とその目標値との偏差が所定値以下となる領域をモータを停止させるための減速領域と判断してモータの目標回転速度を低下させるようにすると良い。これにより、モータの停止位置精度も向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明をレンジ切換機構のモータ駆動システムに適用した実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。まず、図１及び図２に基づいてレンジ切換機構１１の構成を説明する。レンジ切換機構１１は、自動変速機１２のレンジを、パーキングレンジ（Ｐ）、リバースレンジ（Ｒ）、ニュートラルレンジ（Ｎ）、ドライブレンジ（Ｄ）に切り換えるためのものである。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１３は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等の同期モータにより構成され、減速機構１４（図２参照）を内蔵し、この減速機構１４の回転軸に嵌合連結された出力軸１５の回転角（操作対象の操作位置）を検出する出力軸センサ１６（検出手段）が設けられている。

この出力軸１５には、自動変速機１２の油圧回路のマニュアルバルブ１７を切り換えるためのディテントレバー１８が固定されている。このディテントレバー１８にはＬ字形のパーキングロッド１９が固定され、このパーキングロッド１９の先端部に設けられた円錐体２０がロックレバー２１に当接している。このロックレバー２１は、円錐体２０の位置に応じて軸２２を中心にして上下動してパーキングギヤ２３をロック／ロック解除するようになっている。このパーキングギヤ２３は、自動変速機１２の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２３がロックレバー２１によってロックされると、車両の駆動輪が回り止めされた状態（パーキング状態）に保持される。

また、ディテントレバー１８には、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４が連結され、モータ１３によって出力軸１５と一体にディテントレバー１８を回動させることで、マニュアルバルブ１７の操作量（スプール弁２４の位置）を切り換えて、自動変速機１２のレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれかに切り換える。図３に示すように、ディテントレバー１８には、スプール弁２４を上記各レンジに対応する位置に保持するための４個の凹部２５が形成されている。

一方、ディテントレバー１８を各レンジに対応する位置に保持するためのディテントバネ２６がマニュアルバルブ１７に固定され、このディテントバネ２６の先端に設けられた係合部２７がディテントレバー１８の目標レンジの凹部２５に嵌まり込むことで、ディテントレバー１８が目標レンジの回転角で保持されて、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の位置が目標レンジの位置で保持されるようになっている。これらディテントレバー１８とディテントバネ２６とからマニュアルバルブ１７の操作位置（スプール弁２４の位置）を各レンジの位置に係合保持するためのディテント機構２８（節度機構）が構成されている。

Ｐレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体２０の太い部分がロックレバー２１を押し上げてロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２３に嵌まり込んでパーキングギヤ２３をロックした状態となり、それによって、自動変速機１２の出力軸（駆動輪）がロックされた状態（パーキング状態）に保持される。

一方、Ｐレンジ以外のレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体２０の太い部分がロックレバー２１から抜け出てロックレバー２１が下降し、それによって、ロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０から外れてパーキングギヤ２０のロックが解除され、自動変速機１２の出力軸が回転可能な状態（走行可能な状態）に保持される。

出力軸センサ１６は、モータ１３の減速機構１４の出力軸１５の回転角に応じて出力電圧がリニアに変化する回転角センサ（例えばポテンショメータ）によって構成され、その出力電圧によって現在の出力軸１５の回転角（ディテントレバー１８の回転角）、ひいてはマニュアルバルブ１７の操作位置（スプール弁２４の位置）を検出することができ、それによって、現在のレンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを確認できるようになっている。

モータ１３には、ロータの回転角を検出するためのエンコーダ３１（検出手段）が設けられている。このエンコーダ３１は、例えば磁気式のロータリエンコーダにより構成されており、モータ１３のロータの回転に同期してＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号をレンジ切換制御装置３２に出力するように構成されている。レンジ切換制御装置３２のＥＣＵ３３は、エンコーダ３１から出力されるＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりの両方のエッジをカウントして、そのエンコーダカウント値に応じてモータドライバ３４，３５によってモータ１３の通電相を所定の順序で切り換えることでモータ１３を回転駆動する。

この際、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってロータの回転方向を判定し、正回転（Ｐレンジ→Ｄレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントアップし、逆回転（Ｄレンジ→Ｐレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントダウンする。これにより、モータ１３が正回転／逆回転のいずれの方向に回転しても、エンコーダカウント値とモータ１３の回転角との対応関係が維持されるため、正回転／逆回転のいずれの回転方向でも、エンコーダカウント値によってモータ１３の回転角を検出して、その回転角に対応した相の巻線に通電してモータ１３を回転駆動する。尚、エンコーダ３１のＺ相信号は、ロータの基準回転角を検出するのに用いられる。

運転者が自動変速機１２のシフトレバーを操作すると、ＥＣＵ３３は、シフトレバーの操作で選択されたレンジに対応する目標回転角（エンコーダカウント値の目標値）を設定して、モータ１３への通電を開始し、モータ１３の検出回転角（エンコーダカウント値）が目標回転角と一致する位置で停止するようにモータ１３をフィードバック制御する。この際、ＥＣＵ３３は、後述する方法でモータ１３の負荷を推定して、推定した負荷に応じてモータ１３の目標回転速度を設定すると共に、モータ１３の検出回転角と目標回転角との偏差が所定値以下となる領域をモータ１３を停止させるための減速領域と判断して、この減速領域ではモータ１３の目標回転速度を低下させる。更に、ＥＣＵ３３は、出力軸センサ１６の出力電圧を読み込んで、その出力電圧に基づいて現在の出力軸１５の回転角（マニュアルバルブ１７の操作量）、ひいては現在のレンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを判定して、レンジの切り換えが正常に行われたか否かを確認する。或は、出力軸センサ１６の出力電圧に基づいてモータ１３のレンジ切換時の目標回転角を補正することで、モータ１３と出力軸１６との間の回転伝達系の遊び（ガタ）分の誤差を補正するようにしても良い。

次に、モータ１３の負荷の推定方法を説明する。レンジ切換機構１１は、各レンジを弾性係合力で保持するディテント機構２８を有するため、ＰレンジからＤレンジに切り換える際に、ディテント機構２８のディテントバネ２６の係合部２７がディテントレバー１８の各レンジのディテント山２９を乗り越える前後で、モータ１３の負荷が大きく変動する。つまり、ディテントバネ２６の係合部２７がディテントレバー１８の凹部２５の最低部からディテント山２９の頂部を乗り越えるまでは、ディテントバネ２６の弾性力がモータ１３の回転を妨げる方向に作用するため、モータ１３の負荷が大きくなるが、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の頂部を乗り越えた途端に、ディテントバネ２６の弾性力により係合部２７がディテント山２９の斜面を滑り落ちるようになるため、モータ１３の負荷の作用方向が反対になる。

これにより、図４に示すように、ＰレンジからＤレンジに切り換える過程で、ディテントバネ２６の係合部２７がディテントレバー１８の凹部２５の最低部からディテント山２９の斜面を乗り上げてその頂部に至る領域では、モータ１３の負荷がプラス値となるが、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の頂部からその斜面を滑り落ちて凹部２５の最低部に至る領域では、モータ１３の負荷がマイナス値となる。尚、図４の簡易負荷特性において、●印は各レンジの安定停止点（凹部２５の最低部の位置）を表し、▲印は、ディテント山２９の頂部の位置を表している。

この場合、ディテント山２９の頂部と凹部２５の最低部の位置（回転角）は、予めディテントレバー１８の設計データ等によって判明しているため、本実施例１では、出力軸センサ１６によって検出したディテントレバー１８の回転角Θ（出力軸１６の回転角）によってディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域であるか滑り落ちる領域であるかを判定することで、モータ１３の負荷がプラス値であるかマイナス値であるかを判定する。

尚、図４は、ＰレンジからＤレンジの方向（モータ１３の正回転方向）に切り換える場合の負荷特性を表しているが、これとは反対に、ＤレンジからＰレンジの方向（モータ１３の逆回転方向）に切り換える場合は、負荷特性の±が図４の負荷特性と全く逆になる。

ＥＣＵ３３は、図５の負荷推定ルーチンによって上記方法でモータ１３の負荷がプラス値であるかマイナス値であるかを判定し、図６の目標モータ回転速度設定ルーチンによって負荷に応じて目標モータ回転速度Ｖtgを設定すると共に、モータ１３の検出回転角θと目標回転角θtgとの偏差｜θtg−θ｜が所定の減速領域判定閾値Ｋ以下となる領域をモータ１３を停止させるための減速領域と判断し、この減速領域では目標モータ回転速度Ｖtgを低下させる。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［負荷推定ルーチン］
図５の負荷推定ルーチンは、モータ１３の駆動中に例えばエンコーダ３１のＡ相信号とＢ相信号に同期して起動され、特許請求の範囲でいう負荷推定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、出力軸センサ１６によって検出したディテントレバー１８の回転角Θ（出力軸１６の回転角）を読み込む。この後、ステップ１０２に進み、モータ１３の回転方向が正回転方向（ＰレンジからＤレンジの方向）であるか否かを判定し、正回転方向であれば、ステップ１０３に進み、現在のディテントレバー１８の回転角Θが、モータ１３の正回転時にディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域（負荷がプラス値となる領域）であるか否か、すなわち、Θp ＜Θ＜Θpr、又はΘr ＜Θ＜Θrn、又はΘn ＜Θ＜Θndであるか否かを判定する。

ここで、Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θndの位置（回転角）は図３に示されており、Θp はＰレンジの凹部２５の最低部の位置、ΘprはＰレンジとＲレンジとの間のディテント山２９の頂部の位置、Θr はＲレンジの凹部２５の最低部の位置、ΘrnはＲレンジとＮレンジとの間のディテント山２９の頂部の位置、Θn はＮレンジの凹部２５の最低部の位置、ΘndはＮレンジとＤレンジとの間のディテント山２９の頂部の位置、Θd はＤレンジの凹部２５の最低部の位置である。本実施例１では、Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θnd、Θd のデータは、予め設計データ等により設定されている。

このステップ１０３の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合は、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域であるため、ステップ１０４に進み、プラス負荷と判定する。

これに対して、ステップ１０３の判定結果が「Ｎｏ」の場合は、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を滑り落ちる領域であるため、ステップ１０５に進み、マイナス負荷と判定する。

また、前記ステップ１０２で、モータ１３の回転方向が逆回転方向（ＤレンジからＰレンジの方向）であると判定されれば、ステップ１０６に進み、現在のディテントレバー１８の回転角Θが、モータ１３の逆回転時にディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域（負荷がプラス値となる領域）であるか否か、すなわち、Θpr＜Θ＜Θr 、又はΘrn＜Θ＜Θn 、又はΘnd＜Θ＜Θd であるか否かを判定する。

このステップ１０６の判定結果が「Ｙｅｓ」の場合は、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域であるため、ステップ１０７に進み、プラス負荷と判定する。

これに対して、ステップ１０６の判定結果が「Ｎｏ」の場合は、ディテントレバー１８の回転角Θが、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を滑り落ちる領域であるため、ステップ１０５に進み、マイナス負荷と判定する。

［目標モータ回転速度設定ルーチン］
図６の目標モータ回転速度設定ルーチンは、モータ１３の駆動中に例えばエンコーダ３１のＡ相信号とＢ相信号に同期して起動され、特許請求の範囲でいう目標回転速度可変手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、図５の負荷推定ルーチンの処理結果に基づいて現在のモータ１３の負荷がプラス負荷であるか否かを判定し、プラス負荷であれば、ステップ２０２に進み、目標モータ回転速度Ｖtgを、駆動トルクを大きくできる中速域の回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）に設定して、ディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９を乗り越えるのに十分な駆動トルクを発生させる。

これに対して、ステップ２０１で、マイナス負荷と判定されれば、ステップ２０３に進み、目標モータ回転速度Ｖtgを高速域の回転速度（例えば２０００ｒｐｍ）に設定して、モータ１３を高速回転させる。

この後、ステップ２０４に進み、モータ１３の検出回転角θ（エンコーダカウント値）と目標回転角θtg（エンコーダカウント値の目標値）との偏差｜θtg−θ｜が所定の減速領域判定閾値Ｋ未満であるか否かで、モータ１３を停止させるための減速領域であるか否かを判定する。その結果、｜θtg−θ｜≧Ｋと判定されれば、そのまま本ルーチンを終了するが、｜θtg−θ｜＜Ｋと判定されれば、モータ１３を停止させるための減速領域であると判断して、ステップ２０５に進み、目標モータ回転速度Ｖtgを低速域の回転速度（例えば５００ｒｐｍ）に設定して、モータ１３を正確に目標回転角θtgで停止させることができるようにする。

尚、モータ１３を停止させるための減速領域の判定は、出力軸センサ１６によって検出したディテントレバー１８の回転角Θ（出力軸１６の回転角）と目標レンジの回転角Θtgとの偏差｜Θtg−Θ｜が所定の減速領域判定閾値未満であるか否かで判定するようにしても良い。

以上説明した本実施例１では、モータ１３の駆動中にモータ１３の負荷を推定して、推定した負荷に応じて目標モータ回転速度Ｖtgを設定するようにしたので、モータ１３の駆動中に負荷が変動しても、その負荷変動に応じて目標モータ回転速度Ｖtgを適正な速度に設定することができ、モータ制御の安定性と高速化とを両立させることができる。

しかも、本実施例１では、出力軸センサ１６の検出信号に基づいて負荷の状態を推定するようにしたので、負荷センサ等の新たなセンサを追加することなく、負荷の状態を推定することができ、低コスト化の要求も満たすことができる。

ところで、モータ１３の回転角は、減速機構１４等の回転伝達系を介して出力軸１５の回転角（ディテントレバー１８の回転角）に変換されるが、回転伝達系を構成する部品間には、遊び（ガタ）が存在する。例えば、減速機構１４の歯車間に遊び（バックラッシ）があり、また、減速機構１４の回転軸の先端部に形成した断面非円形（角形、Ｄカット形状等）の連結部を出力軸１５の嵌合穴に嵌め込んで連結する構成では、両者の嵌め込み作業を容易にするためのクリアランスが必要となる。このように、モータ１３の回転角をディテントレバー１８の回転角に変換する回転伝達系には、遊び（ガタ）が存在するため、モータ１３に対する負荷の作用方向が反転するときに、モータ１３の回転角と出力軸１５の回転角（ディテントレバー１８の回転角）との関係が回転伝達系の遊び（ガタ）分だけずれる。従って、モータ１３の回転角（エンコーダ３１のカウント値）に基づいて負荷の状態を推定すると、回転伝達系の遊び（ガタ）分に相当する誤差が生じる。

その点、本実施例１では、出力軸センサ１６の検出信号に基づいて負荷の状態を推定するようにしているので、モータ１３に対する負荷の作用方向が反転するときに、モータ１３の回転角と出力軸１５の回転角（ディテントレバー１８の回転角）との関係が回転伝達系の遊び（ガタ）分だけずれても、その影響を受けずに、実際のディテントレバー１８の回転角に基づいて負荷の状態を推定することができる。

しかし、回転伝達系の遊び（ガタ）が小さいシステムに本発明を適用する場合は、モータ１３の回転軸と出力軸１５（ディテントレバー１８）とがほぼ一体に回転するものとみなして、モータ回転角検出手段（エンコーダ３１）の検出信号に基づいて負荷の状態を推定するようにしても良い。

上記実施例１では、モータ１３に作用する負荷が反転する位置、すなわちディテントバネ２６の係合部２７がディテント山２９の斜面を乗り上げる領域と滑り落ちる領域とを区画する位置（Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θnd、Θd ）のデータを、予め設計データ等により設定するようにしたが、図７及び図８に示す本発明の実施例２では、これらの負荷反転位置を学習するようにしている。

以下、この負荷反転位置学習方法を説明する。モータ１３の停止中は、ディテントバネ２６の係合部２７がいずれかのレンジの凹部２５の最低部（安定停止点）に嵌まり込んで停止した状態になっているため、モータ１３の停止中に、各レンジの安定停止点を学習することができる。例えば、Ｐレンジで停止しているときには、出力軸センサ１６によって検出したディテントレバー１８の回転角ΘをＰレンジの安定停止点Θp として学習する。Ｒ、Ｎ、Ｄの各レンジの安定停止点Θr 、Θn 、Θd についても同様の方法で学習する。

一方、モータ１３の駆動中は、回転伝達系の遊び（ガタ）を利用して、各レンジ間のディテント山２９の頂部の位置Θpr、Θrn、Θndを次のようにして学習する。各レンジ間のディテント山２９の頂部の位置Θpr、Θrn、Θndを乗り越えるときに、負荷の作用方向が反転するため、その負荷反転によって回転伝達系の遊び（ガタ）分だけディテントレバー１８（出力軸１６）が瞬間的に空転し、この空転により、出力軸センサ１６の出力電圧が回転伝達系の遊び（ガタ）分だけ瞬間的に変化する。

従って、図８に示すように、例えばＰレンジからＤレンジに切り換える場合は、各レンジ間のディテント山２９の頂部Θpr、Θrn、Θndを乗り越える毎に、その都度、出力軸センサ１６の出力電圧が回転伝達系の遊び（ガタ）分だけ瞬間的に変化する。本実施例２では、この出力軸センサ１６の出力電圧が瞬間的に変化する位置を該出力電圧の変化速度（ディテントレバー１８の回転速度）によって検出して各レンジ間のディテント山２９の頂部の位置Θpr、Θrn、Θndを学習するようにしている。

以上説明した負荷反転位置の学習処理は、図７の負荷反転位置学習ルーチンによって実行される。本ルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、モータ１３の駆動中であるか否かを判定し、モータ１３の駆動中でない場合（モータ１３の停止中である場合）には、ステップ３０９〜３１２で、現在のレンジがＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを判定する。その結果、現在のレンジがＰレンジであると判定されれば、ステップ３１３に進み、出力軸センサ１６によって検出した現在のディテントレバー１８の回転角ΘをＰレンジの安定停止点Θp として学習する。Ｒ、Ｎ、Ｄの各レンジの安定停止点Θr 、Θn 、Θd についても同様の方法で学習する（ステップ３１４〜３１６）。

これに対して、上記ステップ３０１で、モータ１３の駆動中であると判定されれば、ステップ３０２に進み、ディテントレバー１８の回転速度（出力軸センサ１６の出力電圧の変化速度）が所定の判定値Ｋs よりも大きいか否かで、ディテントレバー１８が回転伝達系の遊び分だけ空転して出力軸センサ１６の出力電圧が瞬間的に変化したか否かを判定する。このステップ３０２で、「Ｎｏ」と判定されれば、まだ、ディテント山２９の頂部を乗り越えていないと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

その後、ステップ３０２で、ディテントレバー１８の回転速度（出力軸センサ１６の出力電圧の変化速度）が所定の判定値Ｋs よりも大きいと判定されれば、いずれかのディテント山２９の頂部を乗り越えたと判断し、次のステップ３０３〜３０５で、いずれのレンジ間のディテント山２９を乗り越えたのかを判定する。例えば、出力軸センサ１６によって検出した現在のディテントレバー１８の回転角ΘがＰレンジとＲレンジの間（Θp ≦Θ＜Θr ）であれば、ステップ３０６に進み、出力軸センサ１６によって検出した現在のディテントレバー１８の回転角ΘをＰレンジとＲレンジの間のディテント山２９の頂部の位置Θprとして学習する。

また、現在のディテントレバー１８の回転角ΘがＲレンジとＮレンジの間（Θr ≦Θ＜Θn ）であれば、ステップ３０７に進み、現在のディテントレバー１８の回転角ΘをＲレンジとＮレンジの間のディテント山２９の頂部の位置Θrnとして学習する。また、現在のディテントレバー１８の回転角ΘがＮレンジとＤレンジの間（Θn ≦Θ＜Θd ）であれば、ステップ３０８に進み、現在のディテントレバー１８の回転角ΘをＮレンジとＤレンジの間のディテント山２９の頂部の位置Θndとして学習する。

以上のようにして学習した負荷反転位置（Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θnd、Θd ）の学習値は、ＥＣＵ３３の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶される。本実施例２においても、図５の負荷推定ルーチンを実行して負荷の状態を推定すると共に、図６の目標モータ回転速度設定ルーチンを実行して、負荷に応じた目標モータ回転速度を設定するが、図５の負荷推定ルーチンのステップ１０３、１０６で使用する負荷反転位置（Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θnd、Θd ）のデータは、不揮発性メモリから読み込んだ負荷反転位置の学習値を使用する。

以上説明した本実施例２によれば、負荷反転位置（Θp 、Θpr、Θr 、Θrn、Θn 、Θnd、Θd ）を学習するようにしたので、回転伝達系の部品の組立誤差や経年変化等によって負荷反転位置がずれても、それに応じて負荷反転位置のデータを学習補正することができて、組立誤差や経年変化等に左右されない安定した負荷の推定が可能になる。

尚、本実施例２では、ディテントレバー１８の回転速度（出力軸センサ１６の出力電圧の変化速度）によって各レンジ間のディテント山２９の頂部の位置Θpr、Θrn、Θndを検出して学習するようにしたが、モータ１３の回転速度（エンコーダ３１の出力パルスの周波数）によって各レンジ間のディテント山２９の頂部の位置Θpr、Θrn、Θndを検出して学習するようにしても良い。

また、上記実施例１，２では、出力軸センサ１６で出力軸１５の回転角（ディテントレバー１８の回転角）を検出するようにしたが、例えば、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の操作量を検出するようにしても良く、要は、出力軸１５の回転角又は制御対象のうちの出力軸１５と一体的に駆動される部品の操作量（回転角、移動量等）を検出するようにすれば良い。

また、上記実施例１，２のレンジ切換装置は、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各レンジに切り換えるようにしたが、これに加えて、セカンドレンジ（２）やローレンジ（Ｌ）を追加しても良く、或は、ＰレンジとＮｏｔＰレンジの２つのレンジのみを切り換えるレンジ切換装置にも本発明を適用して実施できる。

実施例１のレンジ切換装置を示す斜視図である。 レンジ切換装置の制御システム全体の構成を概略的に示す図である。 ディテントレバーの各レンジの凹部（ディテント山）とディテントバネの係合部との位置関係を説明する図である。 ＰレンジからＤレンジに切り換える場合の負荷特性と目標モータ回転速度との関係を説明する図である。 実施例１の負荷推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の目標モータ回転速度設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の負荷反転位置学習ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 ＰレンジからＤレンジに切り換える場合の出力軸センサの出力電圧の変化特性図である。

符号の説明

１１…レンジ切換機構（制御対象）、１２…自動変速機、１３…モータ、１４…減速機構、１５…出力軸、１６…出力軸センサ（検出手段）、１７…マニュアルバルブ、１８…ディテントレバー、１９…パーキングロッド、２１…ロックレバー、２３…パーキングギヤ、２５…凹部、２６…ディテントバネ、２７…係合部、２８…ディテント機構、２９…ディテント山、３１…エンコーダ（検出手段）、３３…ＥＣＵ（負荷推定手段、目標回転速度可変手段）

Claims (6)

1. モータの駆動力により車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構の操作位置を目標位置に切り換えるモータ制御装置において、
   前記モータの負荷を推定する負荷推定手段と、
   前記負荷推定手段で推定した負荷が大きい場合に比べ、推定した負荷が小さい場合には、前記モータの目標回転速度を大きく設定する目標回転速度可変手段とを備え、
   前記レンジ切換機構は、各レンジを弾性係合力で保持するディテント機構の係合部材が各レンジのディテントの山を乗り越える前後で前記モータの負荷が変動するように構成され、
   前記負荷推定手段は、前記ディテント機構の係合部材が各レンジのディテントの山を乗り越える前後で変動する前記モータの負荷を推定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記レンジ切換機構の操作位置及び／又は前記モータの回転角を検出する検出手段を備え、
   前記負荷推定手段は、前記検出手段の検出信号に基づいて前記負荷の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記レンジ切換機構の操作位置及び／又は前記モータの回転角を検出する検出手段を備え、
   前記負荷推定手段は、前記検出手段の検出信号の変化速度に基づいて前記負荷の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御対象は、前記モータの駆動力により前記レンジ切換機構の操作位置が目標位置に切り換えられる過程で、前記モータに対する負荷の作用方向が反転するように構成され、
   前記負荷推定手段は、前記検出手段の検出信号の変化速度が急変する位置を前記負荷の作用方向が反転する位置として検出して該負荷の状態を推定することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記負荷推定手段は、前記検出手段の検出信号の変化速度が急変する位置を前記負荷の作用方向が反転する位置として学習する手段を有することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記目標回転速度可変手段は、前記検出手段の検出値とその目標値との偏差が所定値以下となる領域を前記モータを停止させるための減速領域と判断して前記モータの目標回転速度を低下させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置。

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