JP4406453B2 - シフト切替装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機のシフトレンジを電動モータによって切り替えるシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置に関する。

エンジン（内燃機関）を搭載した車両において、エンジンが発生するトルク及び回転速度を車両の走行状態に応じて適切に駆動輪に伝達する変速機として、エンジンと駆動輪との間の変速比を自動的に最適設定する自動変速機が知られている。

車両に搭載される自動変速機としては、例えば、クラッチ及びブレーキと遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する遊星歯車式変速機や、変速比を無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）がある。

遊星歯車式の自動変速機が搭載された車両においては、車速とスロットル開度（またはアクセル開度）に応じた最適なギヤ段を得るための変速線（ギヤ段の切り替えライン）を有する変速マップがＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等に記憶されており、車速及びスロットル開度に基づいて変速マップを参照して目標ギヤ段を算出し、その目標ギヤ段に基づいて、摩擦係合要素であるクラッチ、ブレーキ及びワンウェイクラッチなどを、所定の状態に係合または解放することによってギヤ段（変速段）を自動的に設定している。

また、ベルト式無段変速機は、プーリ溝（Ｖ溝）を備えたプライマリプーリ（入力側プーリ）とセカンダリプーリ（出力側プーリ）とにベルトを巻き掛け、一方のプーリのプーリ溝の溝幅を拡大すると同時に、他方のプーリのプーリ溝の溝幅を狭くすることにより、それぞれのプーリに対するベルトの巻き掛け半径（有効径）を連続的に変化させて変速比を無段階に設定するように構成されている。

このような自動変速機を制御する制御装置として、自動変速機のシフトレンジの位置をセンサによって電気的に検出し、この検出信号に基づいてシフト切替用の電動モータを駆動して自動変速機のマニュアルバルブを切り替えることにより、例えば、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）などのシフトポジションを切り替える、いわゆるシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置がある。

そして、このようなシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置によれば、一般的なシフト切替装置つまり自動変速機のシフトレンジを運転者によるシフトレバー操作によって直接切り替える方式のシフト切替装置のように、シフトレバーとシフトレンジ切替機構とを機械的に接続する必要がないので、これらの各部を車両に搭載する際のレイアウト上に制限がなく、設計の自由度を高めることができる。また、車両への組み付け作業も簡単に行うことができるという利点がある。

シフト切替装置に適用される電動モータとして、構造が簡単で安価なスイッチトリアクタンスモータ（ＳＲモータ）等のブラシレス型のモータがある。また、シフト切替装置に適用されるモータには、ロータの回転に同期してパルス信号を出力するエンコーダが搭載され、このエンコーダのパルス信号をカウントし、そのカウント値に基づいてロータの回転位置を検出して通電相を順次切り替えていくことでロータを回転駆動するタイプのものがある。このようなエンコーダ付きのモータは、起動後のエンコーダカウント値に基づいてロータの回転位置を検出することができるので、フィードバック制御系（Ｆ／Ｂ制御系）によりロータを目標位置まで回転させることが可能である。

ところで、シフトバイワイヤ方式のシフト切替装置において、シフト切替用の電動モータが故障した場合、シフトレンジの切り替えができなくなることが懸念されるため、フェールセーフを実施する必要がある。モータ故障に関する技術として下記の特許文献１及び２に記載の技術がある。

特許文献１に記載の技術では、シフト切替装置の駆動源である電動モータの各相の巻線に流れる電流から断線・短絡故障を判定し、故障判定時には、その故障の旨を警告ランプの点灯等により乗員に報知している。特許文献２に記載の技術では、２つの抵抗からなる断線検出回路を、電動モータの各相の巻線の通電ラインに設けることで、各相の巻線の断線を相毎に検出している。
特開２０００−１７０９０５号公報 特開２００４−１２９４５０号公報 特開２００６−３３６７１０号公報

ところで、シフトバイワイヤ方式のシフト切替装置において、電動モータ（例えば３相交流モータ）の１相がグランド短絡した場合、故障相が常に通電状態となり、その故障相が他の２相を引き摺るため、電動モータのロータの回転を立ち上げることはできない。これに対し、断線故障である場合、ロータの回転を立ち上げることが可能な場合がある。すなわち、３相のうち１相の巻線が断線した場合、その断線した１相の巻線に電流を流せなくなるが、他の２相の巻線に電流を流すことでロータを回転させることができる。このように断線故障の場合、電動モータを回転させてシフトレンジの切り替えを継続することが可能になる場合があり、その実現が望まれている。

しかし、従来の故障検出手段（上記した特許文献１及び２に記載の技術も含む）では、断線故障と短絡故障とを区別することができないため、断線故障時であってもモータ駆動によるシフトレンジの切り替えを実施していないのが現状である。すなわち、断線故障と短絡故障とを区別できない状況で、電動モータの駆動コイルに通電を行うと、モータ故障が短絡故障である場合、故障相の通電ラインに過電流が流れるおそれがあるので、これを回避するために、断線・短絡故障が発生したときには、断線故障または短絡故障に関わらず駆動コイルへの通電を停止している。

なお、短絡検出用のセンサを設けて、断線・短絡を判別することが考えられるが、この場合、部品点数が多くなり、コストアップを招くという問題がある。また、センサを用いてグラント短絡を検出するシステムを実現することは容易ではない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、自動変速機のシフトレンジを電動モータによって切り替えるシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置において、センサ等の部品を追加することなく、電動モータの故障時に断線・短絡を判定することが可能な技術の提供を目的とする。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、シフトバイワイヤ方式のシフト切替装置において、電動モータが断線・短絡故障したときに故障相を判定し、その故障相以外の正常相を用いて電動モータの作動を試み、電動モータが作動したときには断線故障と判定し、電動モータが作動しないときには短絡故障と判定する。このような判定処理により、短絡検出用のセンサなどの部品を追加することなく、電動モータの故障時に断線・短絡を判定することができる。

−解決手段−
具体的に、本発明は、自動変速機のシフトレンジを電動モータによって切り替えるシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置を前提としている。そして、このようなシフト切替装置において、前記電動モータの各相の通電ラインの故障を相毎に判定する故障相判定手段と、前記故障相判定手段にて「故障」と判定された相を使用せずに正常相のみで電動モータのオープンループ制御を実施する故障時モータ制御手段とを備え、前記電動モータのオープンループ制御を実施した際に、当該電動モータが作動しないときには通電ラインの故障を「短絡故障」と判定することを特徴としている。

以上の特定事項により、電動モータに故障が発生した際にはその故障相を判定することができる。ただし、この故障相判定では、断線・短絡故障を特定することができない。そこで、本発明では、電動モータの故障した際には、故障相を使用せずに正常相のみを用いて当該電動モータのオープンループ制御を実施して、断線故障と短絡故障とを判定する。

具体的には、例えば電動モータが３相交流モータであり、その３相のうちの１相の通電ラインの断線・短絡を検出した場合、故障相（例えばＵ相）への通電は行わずに、他の２相（例えばＶ相、Ｗ相）の巻線への通電を行って、電動モータのオープンループ制御を実施する。ここで、電動モータの各相のうちの１相が短絡（グランド短絡）している場合、上記した電動モータのオープンループ制御を実施すると、故障相が他の２相を引き摺るので電動モータは作動（回転）しない。これに対し、電動モータの各相のうちの１相の巻線が断線している場合、他の２相への通電により発生するトルクによって電動モータが作動（回転）する。

従って、上記した電動モータのオープンループ制御を実施した際に、電動モータが作動するか否かを判定し、電動モータが作動したときには断線故障と判定し、電動モータが作動しないときには短絡故障と判定することができる。このように、本発明では、短絡検出用のセンサ等の部品を追加することなく、電動モータの故障が短絡故障または断線故障のいずれの故障であるのかを判定することができる。

電動モータの作動を検出する具体的な方法として、電動モータの回転角度を検出する角度検出手段（エンコーダ）を設け、その角度検出手段の検出値が変化したときには「断線故障」であると判定し、角度検出手段の検出値が変化しないときに「短絡故障」であると判定するという方法を挙げることができる。また、自動変速機のシフトレンジ位置を検出するシフトレンジ位置検出手段（ＮＳＷセンサ）を設け、そのシフトレンジ位置検出手段の検出値が変化したときには「断線故障」であると判定し、シフトレンジ位置検出手段の検出値が変化しないときに「短絡故障」であると判定するという方法を挙げることができる。

そして、電動モータの故障が断線故障である場合、上記した故障時のオープンループ制御（例えば正常相（２相）の通電制御）の実施により電動モータを回転させることが可能であるので、シフトレンジの切り替えを継続することができる。一方、電動モータの故障が断線故障である場合、例えばモータリレーＯＦＦ等によって電動モータへの電力供給を遮断することで、故障相に過電流が流れることを防止することができる。

本発明において、電動モータとして３相交流モータを用いる場合、その３相交流モータの１相の巻線が「故障」と判定したときに、他の２相で３相交流モータのオープンループ制御を実施する。

また、電動モータとしては、スイッチトリアクタンスモータ（ＳＲモータ）を挙げることができる。ＳＲモータは、ステータとロータが共に突極構造を持つモータで、永久磁石が不要で構造が簡単であるという利点がある。さらに、電動モータとして、２系統の駆動コイルを有するコイル２重系のモータ（図６参照）を用いてもよい。

本発明によれば、短絡検出用のセンサ等の部品を追加することなく、電動モータの故障が短絡故障または断線故障のいずれの故障であるのかを判定することができる。そして、その判定結果が断線故障（１相の断線故障）である場合、故障相以外の正常な相（２相）の巻線への通電により電動モータを回転駆動することが可能になるので、電動モータの故障時においてシフトレンジの切り替えを継続することができる。一方、短絡故障である場合、電動モータと電源（車載バッテリ）との接続を遮断することで、電動モータの故障相に過電流が流れることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はシフト切替装置の一例を示すブロック図である。

この例のシフト切替装置１は、車両に搭載された自動変速機２のシフトレンジを切り替える装置であって、車両電源スイッチ１１、Ｐスイッチ１２、シフトスイッチ１３、表示部１４、メータ１５、シフトレンジ切替機構１００、このシフトレンジ切替機構１００を駆動するモータ１０１、エンコーダ１０３、ＮＳＷ（非接触ニュートラルスイッチ）センサ１０４、及び、ＳＢＷ＿ＥＣＵ（Ｓｈｉｆｔ ｂｙ Ｗｉｒｅ＿ＥＣＵ）２００などを備えている。シフト切替装置１は、電気制御により自動変速機２のシフトレンジを切り替えるシフトバイワイヤ装置として機能する。

車両電源スイッチ１１は車両電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのスイッチである。車両電源スイッチ１１は、特に限定されるものではないが、例えばイグニッションスイッチである。車両電源スイッチ１１が運転者などのユーザから受け付けた指示はＳＢＷ＿ＥＣＵ２００に伝達される。そして、車両電源スイッチ１１がＯＮに操作されると、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）から電力が供給されてシフト切替装置１が起動する。

Ｐスイッチ１２は、シフトレンジをパーキング以外のレンジ（非Ｐレンジ）からパーキングレンジ（Ｐレンジ）へ切り替えるためのスイッチであって、スイッチの状態を運転者に示すためのインジケータ１２ａ、及び、運転者からの指示を受け付ける入力部１２ｂなどを備えており、運転者による入力部１２ｂの操作（ＯＮ操作）により、シフトレンジをＰレンジに入れる指示を入力することができる。この入力部１２ｂの操作による指示（Ｐレンジに入れる指示）はＳＢＷ＿ＥＣＵ２００に入力される。なお、入力部１２ｂとしては、例えばモーメンタリスイッチを挙げることができる。

シフトスイッチ１３は、運転者によって操作されるスイッチであって、このシフトスイッチ１３の操作により、自動変速機２のシフトレンジを、リバースレンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、ドライブレンジ（Ｄレンジ）に切り替えことができる。また、シフトレンジがＰレンジに入っているときには、そのＰレンジの解除を行うことができる。シフトスイッチ１３が運転者によって操作されたときには、その操作情報がＳＢＷ＿ＥＣＵ２００に入力される。

表示部１４は運転者に対する指示や警告などを表示する。メータ１５は車両の機器の状態やシフトレンジの状態などを表示する。これら表示部１４及びメータ１５の各表示はＳＢＷ＿ＥＣＵ２００によって制御される。

ＮＳＷセンサ１０４は、後述するシフトレンジ切替機構１００の出力軸１２１（図２参照）の回転角度に応じて出力信号（出力電圧）がリニアに変化する回転角度センサ（例えばポテンショメータ）によって構成されており、その出力電圧によって現在の出力軸１２１の回転角度（後述するディテントレバー１２２の回転角度）検出することができる。また、ＮＳＷセンサ１０４の出力信号からシフトレンジ位置を検出することができる。ＮＳＷセンサ１０４にて検出された回転角度はＳＢＷ＿ＥＣＵ２００に入力される。なお、モータ１０１及びエンコーダ１０３については後述する。

そして、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、シフト切替装置１の動作を統括的に管理する。例えば、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、シフトレンジをＰレンジと非Ｐレンジとの間で切り替えるために、シフトレンジ切替機構１００（図２）のモータ１０１を駆動制御するとともに、現在のシフトレンジの状態をインジケータ１２ａに表示する。具体的には、例えば、シフトレンジが非Ｐレンジであるときに、運転者が入力部１２ｂを操作（スイッチＯＮ）すると、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、シフトレンジをＰレンジに切り替えるとともに、インジケータ１２ａに現在のシフトレンジがＰレンジである旨を表示する。

また、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、運転者によるシフトスイッチ１３の操作にて指示されたシフトレンジに応じて、自動変速機２のシフトレンジを切り替える制御（モータ１０１の駆動制御）を行なうとともに、現在のシフトレンジの状態をメータ１５に表示する。さらに、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は運転者に対する指示や警告などを表示部１４に表示する。

以上のシフト切替装置１において、自動変速機２は、ＣＶＴなどの無段変速機または遊星歯車式変速機などの有段変速機のいずれであってもよい。

−シフトレンジ切替機構−
次に、シフトレンジ切替機構１００について図２を参照して説明する。

この例のシフトレンジ切替機構１００は、自動変速機２のシフトレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジに切り替える機構である。このシフトレンジ切替機構１００の駆動源となるモータ１０１は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等の同期モータであって、減速機構１０２が設けられている。減速機構１０２の回転軸には出力軸１２１が嵌合連結されており、この出力軸１２１の回転角度を検出するＮＳＷセンサ１０４が設けられている。

出力軸１２１には、自動変速機２の油圧制御回路のマニュアルバルブ２１を切り替えるためのディテントレバー１２２が固定されている。

ディテントレバー１２２には、マニュアルバルブ２１のスプール弁２２が連結されており、モータ１０１によって出力軸１２１と一体にディテントレバー１２２を回動させることで、マニュアルバルブ２１の操作量（スプール弁２２の位置）を切り替えて、自動変速機２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替える。

ディテントレバー１２２には、マニュアルバルブ２１のスプール弁２２を、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジの各レンジに対応する位置に保持するための４個の凹部１２２ａが形成されている。

ディテントレバー１２２の上方にディテントスプリング（板ばね）１２３が配置されている。ディテントスプリング１２３はマニュアルバルブ２１に片持ち支持で固定されている。ディテントスプリング１２３の先端部にはローラ１２４が取り付けられている。ローラ１２４はディテントスプリング１２３の弾性力によってディテントレバー１２２に押圧されている。そして、ローラ１２４がディテントレバー１２２の目標シフトレンジの凹部１２２ａに嵌まり込むことで、ディテントレバー１２２が目標シフトレンジの回転角度で保持されて、マニュアルバルブ２１のスプール弁２２の位置が目標シフトレンジの位置で保持されるようになっている。

一方、ディテントレバー１２２には、Ｌ字形のパーキングロッド１２５が固定されている。パーキングロッド１２５の先端部には円錐テーパ状のカム１２６が設けられており、このカム１２６の外周面（カム面）にロックレバー１２７が当接している。ロックレバー１２７はカム１２６の位置に応じて回転軸１２８を中心にして上下動し、その上下動によってロックレバー１２７のロック爪１２７ａがパーキングギヤ１２９に係合し、または、パーキングギヤ１２９からロック爪１２７ａが外れることにより、パーキングギヤ１２９の回転をロック／ロック解除するように構成されている。そして、パーキングギヤ１２９は、自動変速機２の出力軸に設けられており、このパーキングギヤ１２９がロックレバー１２７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。

以上のシフトレンジ切替機構１００において、Ｐレンジでは、パーキングロッド１２５がロックレバー１２７に接近する方向に移動して、カム１２６の大径部分がロックレバー１２７を押し上げてロックレバー１２７のロック爪１２７ａがパーキングギヤ１２９に嵌まり込んでパーキングギヤ１２９をロックした状態となり、これによって自動変速機２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レンジ以外のシフトレンジでは、パーキングロッド１２５がロックレバー１２７から離れる方向に移動し、この移動に伴って、ロックレバー１２７のカム１２６への接触部分が大径部分から小径部分に移動してロックレバー１２７が下降する。これによってロックレバー１２７のロック爪１２７ａがパーキングギヤ１２９から外れてパーキングギヤ１２９のロックが解除され、自動変速機２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。

−モータ−
次に、シフトレンジ切替機構１００の駆動源であるモータ１０１について図３及び図４を参照して説明する。

この例のモータ（ＳＲモータ）１０１は、ステータ１１１とロータ１１２が共に突極構造を持つモータで、永久磁石が不要で構造が簡単であるという利点がある。

円筒状のステータ１１１の内周部には、例えば１２個の突極１１１ａが等間隔に形成されている。一方、ロータ１１２の外周部には、例えば８個の突極１１２ａが等間隔に形成されており、このロータ１１２の回転に伴い、ロータ１１２の各突極１１２ａがステータ１１１の各突極１１１ａと微小ギャップを介して順番に対向するようになっている。ステータ１１１の１２個の突極１１１ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合計１２個の巻線１１３が順番に巻回されている。なお、ステータ１１１の突極１１１ａ及びロータ１１２の突極１１２ａの数は特に限定されず、適宜変更してもよい。

図３に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合計１２個の巻線１１３の巻回順序は、ステータ１１１の１２個の突極１１１ａに対して、例えば、Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相の順序で巻回されている。

また、図４に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の合計１２個の巻線１１３がＹ結線され（各相Ｕ，Ｖ，Ｗの４個の巻線１１３はそれぞれ直列に接続され）、１系統の駆動コイル１１０が構成されている。この駆動コイル１１０は、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）を電源としてモータドライバ２１０によって駆動される。なお、図４に示すモータドライバ２１０の回路構成例では、各相Ｕ，Ｖ，Ｗ毎にスイッチングトランジスタ２１１を１個ずつ設けたユニポーラ駆動方式の回路構成としているが、各相Ｕ，Ｖ，Ｗ毎にスイッチングトランジスタを２個ずつ設けたバイポーラ駆動方式の回路構成を採用してもよい。

そして、この例では、駆動コイル１１０の中性点を、バッテリの正極（電圧Ｖｂ）側に接続し、駆動コイル１１０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線１１３の一端をモータドライバ２１０の各スイッチングトランジスタ２１１に接続した構成となっている。モータドライバ２１０の各スイッチングトランジスタ２１１のＯＮ／ＯＦＦは、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１によって制御される。また、駆動コイル１１０の中性点とバッテリの正極（電圧Ｖｂ）との間にモータリレー２３０が接続されている。このモータリレー２３０は、常時ＯＮであって、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１からの指令信号によってＯＦＦに設定される。具体的には、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００が後述する「短絡故障」を判定したときにＯＦＦに設定される。

＜断線・短絡検出＞
次に、モータ１０１の断線・短絡検出について説明する。

この例においては、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線１１３の故障（断線・短絡）を検出するために、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線１１３の通電ラインにそれぞれ故障検出回路２２０を設けている。

故障検出回路２２０は、直流電源電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ）側とグラウンド側との間に直列接続された２つの抵抗２２１，２２２を有し、それら２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点を各相Ｕ，Ｖ，Ｗの通電ラインに接続するとともに、２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点を信号線を介してＣＰＵ２０１の各入力ポートに接続し、２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点の電圧レベル（各相Ｕ，Ｖ，Ｗの通電ラインの電圧レベル）を各入力ポートを介して検出信号としてＣＰＵ２０１に読み込むようになっている。なお、直流電源電圧Ｖｃｃ側の抵抗２２１の抵抗値Ｒ１と、グラウンド側の抵抗２２２の抵抗値Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすように設定されている。

以上の構造の故障検出回路２２０において、巻線１１３の通電ラインが正常（断線・短絡なし）である場合、スイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにすると、故障検出回路２２０の２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点の電圧レベルが巻線１１３を介して印加されるバッテリ電圧Ｖｂによって上昇して、故障検出回路２２０の検出信号がハイレベルとなる。また、スイッチングトランジスタ２１１をＯＮにすると、故障検出回路２２０の２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点がスイッチングトランジスタ２１１を介してグラウンド側に導通した状態となり、検出信号がローレベルとなる。

これに対し、巻線１１３の通電ラインが故障している場合、例えば図４に示す箇所（Ｕ相）で故障が生じている場合、スイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしても、故障検出回路２２０の２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点にはバッテリ電圧Ｖｂが印加されないため、Ｕ相の故障検出回路２２０の検出信号がローレベルに維持され、ハイレベルには反転しない。なお、他のＶ相、Ｗ相についても、同様な箇所で故障が生じている場合、スイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしても、故障検出回路２２０の検出信号がローレベルに維持される。

このような関係から、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００（ＣＰＵ２０１）は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしたときに、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの故障検出回路２２０の検出信号がハイレベルになれば、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線１１３の通電ラインが正常（断線なし）と判定する。一方、各相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしたときに、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの故障検出回路２２０の検出信号がローレベルのまま変化しなければ、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線１１３の通電ラインが故障（断線・短絡）していると判定する。

ただし、図４に示す回路構成では、モータ１０１の故障相を特定することができるが、断線と短絡とを区別することができない。すなわち、例えば図４に示す箇所（Ｕ相）の故障が断線である場合、及び、その箇所の故障がグランド短絡である場合のいずれの場合でも、故障検出回路２２０の２つの抵抗２２１，２２２の中間接続点にはバッテリ電圧Ｖｂが印加されないので、スイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしても、故障検出回路２２０の検出信号がローレベルとなる。このため、巻線１１３の通電ラインに故障が発生した場合に、その故障が断線または短絡のいずれの故障であるのかを判別することができない。

なお、図４に示す回路構成では、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００の回路基板に、モータドライバ２１０及び各相Ｕ，Ｖ，Ｗの故障検出回路２２０を搭載しているが、これに限定されることなく、モータドライバ２１０及び故障検出回路２２０のいずれか一方または双方をＳＢＷ＿ＥＣＵ２００の外部に設けてもよい。

−モータの駆動制御−
この例のモータ１０１には、ロータ１１２の回転角度を検出するエンコーダ１０３（図１及び図２参照）が設けられている。エンコーダ１０３は、例えば磁気式のロータリエンコーダであって、モータ１０１のロータ１１２の回転に同期してＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号をＳＢＷ＿ＥＣＵ２００に出力するように構成されている。

ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、エンコーダ１０３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２１０によってモータ１０１の通電相を所定の順序で切り替えることでモータ１０１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１１２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。これによって、モータ１０１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１０１の回転角度との対応関係が維持されるので、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１０１の回転角度を検出して、その回転角度に対応した相の巻線１１３に通電してモータ１０１を回転駆動する。なお、エンコーダ１０３のＺ相信号は、ロータ１１２の基準回転角度を検出するのに用いられる。

そして、以上の構成のシフト切替装置１において、運転者がシフトスイッチ１３を操作すると、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、シフトスイッチ１３ので選択されたシフトレンジに対応する目標回転角度（エンコーダカウント値の目標値）を設定して、モータ１０１への通電を開始し、モータ１０１の検出回転角度（エンコーダカウント値）が目標回転角度と一致する位置で停止するようにモータ１０１をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）する。さらに、ＳＢＷ＿ＥＣＵ２００は、ＮＳＷセンサ１０４の出力信号を読み込んで、その出力信号に基づいて、現在の出力軸１２１の回転角度（マニュアルバルブ２１の操作量）、つまり、現在のシフトレンジが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、シフトレンジの切り替えが正常に行われたか否かを確認する。

−フェールセーフ制御等−
まず、シフト切替装置１の駆動源であるモータ１０１において、例えば図４に示す箇所（Ｕ相の巻線１１３とスイッチングトランジスタ２１１との間の通電ライン）で故障が発生し、その故障がグランド短絡である場合、Ｕ相が常に通電状態となり、このＵ相が他の２相（Ｖ相、Ｗ相）を引き摺るため、モータ１０１のロータ１１２の回転を立ち上げることはできない。

これに対し、断線故障である場合、１つの相の巻線１１３の通電ラインが断線していても、それ以外の相の巻線１１３を用いてロータ１１２の回転を立ち上げることができる。すなわち、断線した相（Ｕ相）の巻線１１３に電流を流せなくなっても、他の正常な相（Ｖ相、Ｗ相）の巻線１１３に電流を流すことにより、モータ１０１のロータ１１２を回転させることができ、シフトレンジ切替機構１００を動作させることができる。こうした故障時のモータ駆動を実現するには、モータ１０１の故障時に断線故障であることを特定する必要があるが、上記したように図４に示す故障検出回路２２０では断線・短絡を判別することはできない。なお、短絡を判定する方法としては、短絡検出用のセンサを設けて、断線・短絡を判別することが考えられるが、この場合、部品点数が多くなり、コストアップを招くという問題がある。

このような点を考慮し、この例では、短絡検出用のセンサなどの部品を追加することなく、モータ１０１の故障時に断線・短絡を判定することができ、その判定結果に対応した処置を実行することが可能なフェールセーフ制御を実行する点に特徴がある。

その具体的な制御の一例を図５のフローチャート、及び、図１〜図４を参照して説明する。図５の制御ルーチンはＳＢＷ＿ＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。

ステップＳＴ１において、シフトスイッチ１３やＰスイッチ１２からの信号に基づいてシフトレンジの切替要求があるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（シフトレンジ切替要求がない場合）はこのルーチンを一旦抜ける。ステップＳＴ１の判定結果が肯定判定である場合（シフトレンジ切替要求がある場合）はステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２では、シフトレンジの切り替えが可能であるか否かを判定する。具体的には、現在のシフトレンジと切替要求のシフトレンジ（目標シフトレンジ）とを比較し、現在のシフトレンジと目標シフトレンジとが異なる場合はシフトレンジの切り替えが可能であると判定してステップＳＴ３に進む。一方、現在のシフトレンジと目標シフトレンジとが同じである場合はシフトレンジの切り替えが不可であると判定してこのルーチンを一旦抜ける。

なお、ステップＳＴ２の判定処理において、車速が速い場合、フットブレーキＯＮ、あるいは、シフトバイワイヤ装置が異常である場合、上記の判定に関わらず、シフトレンジの切り替えが不可であると判定する。

ステップＳＴ３では、シフトレンジ切替機構１００のモータ１０１の回転角度の検出値（実際のエンコーダカウント値）が、上記目標シフトレンジに対応する目標回転角度（エンコーダカウント値の目標値）に一致するように、モータ１０１をフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）する。次に、ステップＳＴ４においてモータ１０１が停止したか否かを判定する。具体的には、モータ１０１のフィードバック制御を開始した後、エンコーダ１０３のカウント値、または、ＮＳＷセンサ１０４のセンサ値が変化していないときには、モータ１０１が停止していると判定してステップＳＴ１１に進む。

ステップＳＴ４の判定結果が否定判定である場合、モータ１０１のフィードバック制御を継続し、目標シフトレンジ位置までの切り替えが完了した時点（ステップＳＴ５の判定結果が肯定判定となった時点）で、モータ１０１のフィードバック制御を終了して、このルーチンを一旦抜ける。なお、目標シフトレンジ位置への切替完了は、ＮＳＷセンサ１０４の出力信号に基づいて判定する。

ステップＳＴ４の判定結果が肯定判定である場合つまりモータ１０１が何らかの理由により停止した場合、モータ１０１の駆動制御をフィードバック制御からオープンループ制御に切り替える（ステップＳＴ１１）。すなわち、この例のモータ１０１はエンコーダ付きＳＲモータであるので、フィードバック制御を実施したときにモータ１０１が停止すると、モータ１０１の励磁相とエンコーダ１０３のカウント値との間の位置関係がずれてしまい、フィードバック制御を実行できなくなるのでモータ１０１の駆動制御をオープンループ制御に切り替える。

次に、ステップＳＴ１２においてモータ１０１が作動（回転）したか否かを判定する。具体的には、モータ１０１のオープンループ制御を開始した後、エンコーダ１０３のカウント値、または、ＮＳＷセンサ１０４のセンサ値が変化しているときには、モータ１０１が作動していると判定する。

このステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合、シフトレンジの切り替えが可能であるので、モータ１０１のオープンループ制御を継続し、目標シフトレンジ位置までの切り替えが完了した時点（ステップＳＴ１３の判定結果が肯定判定となった時点）で、このルーチンを一旦抜ける。なお、目標シフトレンジ位置への切替完了は、ＮＳＷセンサ１０４の出力信号に基づいて判定する。

一方、ステップＳＴ１２の判定結果が否定判定である場合（オープンループ制御の実施でモータ１０１が作動しなかった場合）、モータ１０１のオープンループ制御を停止し（ステップＳＴ２１）、ステップＳＴ２２において、モータ１０１の断線・短絡検出を実施して故障が発生している故障相を判定する。

具体的には、図４に示す各相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチングトランジスタ２１１をＯＦＦにしたときの各故障検出回路２２０の検出信号を監視し、その故障検出回路２２０の検出信号がローレベルである相を故障相と判定する。例えば、図４に示す箇所で故障が発生している場合、Ｕ相の通電ラインに設けた故障検出回路２２０の検出信号がローレベルとなるので、Ｕ相に断線・短絡故障が発生していると判定する。

以上の故障判定後、ステップＳＴ２３において、故障相（Ｕ相）への通電は行わずに、他の正常な２相（Ｖ相、Ｗ相）への通電を行って、モータ１０１のオープンループ制御を実施する。ここで、モータ１０１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの１相がグランド短絡している場合、正常相を用いたモータ１０１のオープンループ制御を実施しても、短絡が生じている故障相が他の２相を引き摺るためモータ１０１のは作動（回転）しない。これに対し、モータ１０１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの１相の巻線１１３が断線している場合、正常相（２相）への通電により発生するトルクによってモータ１０１が作動（回転）する。従って、上記したモータ１０１のオープンループ制御（ステップＳＴ２３）を実施した際に、モータ１０１の作動・非作動を判定することにより、断線故障と短絡故障とを区別することができる。

そこで、この例では、故障時のオープンループ制御によってモータ１０１が作動（回転）したか否かを判定する（ステップＳＴ２４）。具体的には、エンコーダ１０３のカウント値、または、ＮＳＷセンサ１０４のセンサ値が変化しているときにはモータ１０１が作動していると判定する。

そして、モータ１０１が作動している場合（ステップＳＴ２４の判定結果が肯定判定である場合）、シフトレンジの切り替えが可能であるので、モータ１０１のオープンループ制御（正常相（２相）への通電制御）を継続し、目標シフトレンジ位置までの切り替えが完了した時点（ステップＳＴ２５の判定結果が肯定判定となった時点）で、このルーチンを一旦抜ける。なお、目標シフトレンジ位置への切替完了は、ＮＳＷセンサ１０４の出力信号に基づいて判定する。

一方、故障時のオープンループ制御によってモータ１０１が作動（回転）しなかった場合（ステップＳＴ２４の判定結果が否定判定である場合）モータ１０１の故障が短絡であると判断し、図４に示すモータリレー２３０をＯＦＦにして、駆動コイル１１０とバッテリとを遮断する（ステップＳＴ２６）。

以上のように、この例のシフト切替制御によれば、短絡検出用のセンサ等の部品を追加することなく、モータ１０１の故障が短絡故障または断線故障のいずれの故障であるのかを判定することができる。そして、モータ１０１の故障が断線故障（１相の断線故障）である場合、故障相以外の正常な相（２相）の巻線１１３への通電を行ってロータ１１２を回転駆動しているので、モータ１０１の故障時においてもシフトレンジの切り替えを継続することができる。一方、モータ１０１の故障が短絡故障である場合、モータリレー２３０をＯＦＦにして駆動コイル１１０とバッテリ電圧Ｖｂとの接続を遮断するので、モータ１０１の故障相に過電流が流れることを防止することができる。

−他の実施形態−
以上の例では、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各シフトレンジに切り替えるシフトレンジ切替機構に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えばＰ，Ｒ，Ｎ，Ｄに、セカンドレンジ（２）やローレンジ（Ｌ）が付加されたシフトレンジ切替機構などの他の任意のシフトレンジ切替機構にも適用可能である。また、ディテントレバー１２２の回動動作に連動してＰレンジと非Ｐレンジの２つのレンジを選択的に切り替えるシフトレンジ切替機構にも本発明は適用可能である。

以上の例では、出力軸の回転角度（ディテントレバー１２２の回転角度）をＮＳＷセンサ１０４で検出しているが、これに替えて、例えばマニュアルバルブ２１のスプール弁２２の操作量など、出力軸１２１と一体的に駆動される部品の操作量（回転角度、移動量等）を検出するようにしてもよい。

以上の例では、電動モータとしてＳＲモータを用いているが、これに限定されず、エンコーダの出力信号のカウント値に基づいてロータの回転位置を検出してモータの通電相を順次切り替える他のブラシレス型のモータを用いてもよい。

また、電動モータとして、例えば図６に示すように、巻線３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗからなる駆動コイル（巻線部）３１０ａと、巻線３１１Ｕ′，３１１Ｖ′，３１１Ｗ′からなる駆動コイル（巻線部）３１０ｂの２系統の駆動コイルを有するコイル２重系のモータ３０１を用いてもよい。そして、このようなコイル２重系のモータ３０１を使用する場合であっても、図４に示した故障検出回路２２０あるいは電流検出回路を各相Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′の通電ラインに設けて故障（断線・短絡）を検出するようにしてもよい。

なお、図６に示すモータ３０１の各駆動コイル３１０ａ，３１０ｂは、車両に搭載されたバッテリ５００を電源としてモータドライバ４１０ａ，４１０ｂによって駆動される。また、図６に示すモータドライバ４１０ａ，４１０ｂの回路構成は、コレクタがバッテリ５００の正極側に接続されたトランジスタ４１１と、そのトランジスタ４１１のエミッタにコレクタが接続され、エミッタがバッテリ５００の負極側に接続されたトランジスタ４１２とが、各相Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′毎に設けられたバイポーラ駆動方式の回路構成となっている。

以上の例では、磁気式のエンコーダを用いているが、これに限定されず、例えば光学式のエンコーダやブラシ式のエンコーダを用いてもよい。

以上の例では、電動モータ（ＳＲモータ）の各相の通電ラインの電圧レベルを検出して故障（断線・短絡）を判定しているが、これに限定されず、電動モータの各相の通電ラインに電流検出回路を設け、その電流検出値に基づいて巻線故障（断線・短絡）を判定するようにしてもよい。

本発明のシフト切替装置の制御系の構成を示すブロック図である。 シフトレンジ切替機構の概略構成を示す斜視図である。 シフトレンジ切替機構の駆動源に用いるモータの構成を模式的に示す図である。 シフトレンジ切替機構の駆動源に用いるモータを駆動する駆動回路の回路構成図である。 シフト切替制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 コイル２重系のモータの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ シフト切替装置
１１ 車両電源スイッチ
１２ Ｐスイッチ
１３ シフトスイッチ
１００ シフトレンジ切替機構
１０１ モータ（ＳＲモータ）
１１１ ステータ
１１２ ロータ
１１３ 巻線
１０２ 減速機構
１０３ エンコーダ（角度検出手段）
１０４ ＮＳＷセンサ（シフトレンジ位置検出手段）
１２１ 出力軸
１２２ ディテントレバー
１２３ ディテントスプリング
１２４ ローラ
２００ ＳＢＷ＿ＥＣＵ
２０１ ＣＰＵ
２１０ モータドライバ
２１１ スイッチングトランジスタ
２２０ 故障検出回路
２３０ モータリレー
２ 自動変速機
２１ マニュアルバルブ

Claims (7)

1. 自動変速機のシフトレンジを電動モータによって切り替えるシフトバイワイヤ方式のシフト切替装置であって、
   前記電動モータの各相の通電ラインの故障を相毎に判定する故障相判定手段と、前記故障相判定手段にて「故障」と判定された相を使用せずに正常相のみで電動モータのオープンループ制御を実施する故障時モータ制御手段とを備え、前記電動モータのオープンループ制御を実施した際に、当該電動モータが作動しないときには通電ラインの故障を「短絡故障」と判定することを特徴とするシフト切替装置。
2. 請求項１記載のシフト切替装置において、
   前記通電ラインの故障を「短絡故障」と判定したときには、当該電動モータへの電力供給を遮断することを特徴とするシフト切替装置。
3. 請求項１記載のシフト切替装置において、
   前記電動モータのオープンループ制御を実施した際に、当該電動モータが作動したときには、前記電動モータのオープンループ制御を継続して前記自動変速機シフトレンジの切り替えを行うことを特徴とするシフト切替装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載のシフト切替装置において、
   前記電動モータの回転角度を検出する角度検出手段、または、前記自動変速機のシフトレンジ位置を検出するシフトレンジ位置検出手段の少なくとも一方の検出手段を備え、前記電動モータのオープンループ制御を実施した際に、前記角度検出手段またはシフトレンジ位置検出手段の検出値が変化しないときには「短絡故障」と判定し、前記角度検出手段またはシフトレンジ位置検出手段の検出値が変化したときには「断線故障」と判定することを特徴とするシフト切替装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載のシフト切替装置において、
   前記電動モータが３相交流モータであり、その３相交流モータの１相の通電ラインを「故障」と判定したときに、他の２相で３相交流モータのオープンループ制御を実施することを特徴とするシフト切替装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載のシフト切替装置において、
   前記電動モータが、スイッチトリアクタンスモータであることを特徴とするシフト切替装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載のシフト切替装置において、
   前記電動モータが、コイル２重系のモータであることを特徴とするシフト切替装置。

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