JP4870524B2 - シフトポジション検出装置 - Google Patents

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    • F16H59/105Range selector apparatus comprising levers consisting of electrical switches or sensors

Description

本発明は、シフトポジション検出装置に関し、特に、検出すべきポジション数よりも少数のセンサを用いてフェールセーフ機能およびセンサの故障診断機能をも併せ持つように構成されたシフトポジション検出装置に関するものである。
在来のマニュアルトランスミッションを操作するシフトレバーの動きをポジションセンサで検出し、ポジションセンサからの信号に基づいてコンピュータ制御によるアクチュエータでクラッチ操作および変速操作を行うようにしたオートメーテッド・マニュアル・トランスミッション(AMT)システムが知られている。
この変速システムにおいては、シフトレバーの操作位置を電気信号に置き換えるポジションセンサが必須であり、従来、磁界を発生する永久磁石と、磁界で覆われるように配置した複数のホール素子とからなるものが知られている(特許文献1を参照されたい)。
特表2004−516996号公報
しかるに、上記従来の磁石とセンサとの配置によると、ニュートラル位置では全てのセンサが磁界に覆われるため、センサがオン状態(Lレベル出力)で故障していた場合にはそれを判別できず、シフトレバーを動かしても正しいシフトポジションを検出できないことがあり得た。また1つのセンサが故障しただけでシフトポジションの検出が行えず、走行不能な状況となった。
センサの配置や磁石の着磁パターン等によってフェールセーフ機能およびセンサの故障診断機能が得られるように構成することも考えられるが、センサの配置が複雑になるとその支持基盤が大型化し、また磁石の着磁パターンが複雑になると製造工程が煩雑になるという不都合がある。
本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、設置スペースの拡大や製造工程の煩雑化を招かずに構成し得るフェールセーフ機能および故障診断機能を備えたシフトポジション検出装置を提供することにある。
このような課題を解決するため、本発明の請求項1は、車両用変速機のシフトレバー11の操作状況を検出すべく、少なくとも十字状をなすシフトパターン上に配されたシフトポジション((R)、N、D、+、−、A)を検出するためのシフトポジション検出装置を、所定の正方形の各頂角に配されたセンサ手段(2〜5)と、前記所定の正方形より大きな正方形をなし、前記シフトレバーと連動して移動する被検出手段(磁石13)とを有し、前記被検出手段は、各シフトポジションにて複数のセンサ手段を覆うものとし、1頂角にあるセンサ手段を中心とし、該センサ手段の対角に位置するセンサ手段と点対称位置に配されたセンサ手段(1)をさらに有するものとした。
そして請求項は、上記構成において、ニュートラルポジション(N)での各センサ手段の出力に基づいて各センサ手段の故障診断を行うものとした。
請求項では、特に、前記センサ手段をホール素子とし、前記被検出手段を永久磁石とするものとした。
このような本発明の請求項1によれば、正方形の各頂角に配された4つのセンサ(2〜5)により、十字状に配された5つのポジション(例えば、N、D、+、−、A)のそれぞれを、2つのセンサで検出するように構成することができるので、ポジション数より少ないセンサ数で冗長回路を構成することができ、一方のセンサが故障しても、ポジション検出に支障を生ずることがない。また、十字を基本としたパターンに対してさらにポジション数(例えばRポジション)を増やす必要が生じた場合にも、既存のセンサーの対角線の延長線上に対応するセンサ(1)を設けることで簡単に対応することができる。さらに請求項によれば、走行に必要なセンサの故障診断を始動時に行えるので、高いフェールセーフ機能が得られると共に、故障センサの特定が可能となる。特に請求項によれば、センサユニットをIC基板で構成することができるので、装置を大型化せずに済む上、磁石のセンサとの対向面が単極で良いので、着磁設備や工程が複雑にならずに済む。
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図1は、本発明が適用されたシフトレバーとポジションセンサとの概略構成図である。シフトレバー11は、従来周知の変速機の操作レバーと同様に、十字あるいはH字のパターンに従って前後、左右に傾動可能なように、センタコンソールあるいはインストルメントパネルに例えばボールジョイント12で支持されている。
シフトレバー11には、適宜なガイド手段およびクリック手段(図示せず)が設けられており、その傾動パターン並びに傾動角度が規定されている。
シフトレバー11の下端には、適宜な平面上を前後、左右にスライド移動可能なように支持された永久磁石13が連結されている。この永久磁石12の磁極面と対向する位置に、ホール素子からなる複数のセンサを設けたセンサ基板14が配設されている。
シフトパターンは、例えば図2に示すように、十字の中心に配されたドライブポジション(D)、ドライブポジション(D)の前方のシフトアップポジション(+)、ドライブポジション(D)の後方のシフトダウンポジション(−)、ドライブポジション(D)の右方の自動変速ポジション(A)、ドライブポジション(D)の左方のニュートラルポジション(N)、及びニュートラルポジション(N)の前方のリバースポジション(R)からなっている。
センサ基板14上には、図3に示すように、上述のシフトパターンと点対称形に、5つのセンサ1〜5が配設されている。これらのうち4つのセンサ2〜5は、正方形の各頂角に配置されている。そして1頂角のセンサ2を中心とし、このセンサの対角に位置するセンサ5と点対称位置に1つのセンサ1が配設されている。
永久磁石13は、4つのセンサ2〜5が配された正方形よりも大きな正方形をなしており、その発する磁界15が4つのセンサの上方を同時に覆えるように設けられている。
これらのセンサ1〜5は、磁石13と対向すると、磁界15の影響を受けてLレベル信号(ON)を出力し、磁石13から外れると、Hレベル信号(OFF)を出力するようになっている。
図3に示すように、ニュートラルポジション(N)では、磁石13(=磁界15)の位置により、第2及び第4センサがON出力し、その他はOFF出力となる。同様にリバースポジション(R)では、第2及び第1センサがON出力し、その他はOFF出力となる。
以下同様に、Dポジションでは、第2〜第5センサがON出力し、その他(第1のみ)はOFF出力となり、+ポジションでは、第2及び第3センサがON出力し、その他はOFF出力となり、−ポジションでは、第4及び第5センサがON出力し、その他はOFF出力となり、Aポジションでは、第3及び第5センサがON出力し、その他はOFF出力となる。
つまり正常な状態では、Dポジション以外のポジションで2つのセンサが同時にONする(Dポジションでは4つのセンサが同時にON)。
次に、Nポジョンでのセンサ故障診断フローについて図4を併せて参照して説明する。
Nポジションでは、シフトレバー11に機械的なロックがかかり、その状態でないとメイン電源が投入されないようにインターロックを掛けとおく。このようにすれば、メイン電源の投入は必ずNポジションで行われる。
Nポジションでメイン電源が投入されたならば、各センサに直列に電流を流す。センサが正常ならば、Nポジションでは第2及び第4センサがON出力で他はOFF出力であるから、各センサの出力を順に追えば、どのセンサが故障しているかを特定することができる。
以下、順に説明すると、第1センサがON出力ならば、第1センサは異常と判断できる。各センサの出力を順にチエックし、その結果、第2センサ:ON、第3センサ:OFF、第4センサ:ON、第5センサ:OFFならば、第1センサのみが故障と確定できる。
次に、第1センサがOFF出力で第2センサもOFF出力ならば、第2センサは異常と判断できる。各センサの出力を順にチエックし、その結果、第3センサ:OFF、第4センサ:ON、第5センサ:OFFならば、第2センサのみが故障と確定できる。
次に、第1センサがOFF出力、第2センサがON出力、第3センサがON出力ならば、第3センサは異常と判断できる。残りの各センサの出力を順にチエックし、その結果、第4センサ:ON、第5センサ:OFFならば、第3センサのみが故障と確定できる。
次に、第1センサがOFF出力、第2センサがON出力、第3センサがOFF出力、第4センサがOFF出力ならば、第4センサは異常と判断できる。残りの第5センサの出力をチエックし、その結果、第5センサ:OFFならば、第4センサのみが故障と確定できる。
次に、第1センサがOFF出力、第2センサがON出力、第3センサがOFF出力、第4センサがON出力、第5センサがON出力ならば、即座に第5センサは故障と確定できる。
そして第1センサがOFF出力、第2センサがON出力、第3センサがOFF出力、第4センサがON出力、第5センサがOFF出力ならば、全てのセンサが正常と判断できる。
ここで第2、第4センサ以外のセンサが1つでも故障と診断された場合、警告灯の点灯や警告音の吹鳴を行うと共に、故障センサの表示を行うと良い。なお、同一ポジションの全てのセンサが故障と診断された場合は、前進時、後退時共にポジションの判断ができなくなるので、エンジンの始動を禁止するように、点火回路あるいは燃料供給を切断すればよい。
この故障診断フローにおいては、第2及び第4センサがON固着であった場合、あるいは第1、第3、及び第5センサがOFF固着であった場合は、Nポジションでは的確な故障診断ができない。しかし、仮に第2センサのみがON固着であり、その他は正常であった場合は、Rポジション、Dポジション、及び+ポジションでは正常時の出力と同じになり、これがフェールセーフ機能として働くので、問題なく制御可能である。
この観点から、第2センサのみがON固着であった場合、−ポジション及びAポジションでは、第2センサのON出力が余計なものとなるが、このポジションでは第2センサのON信号を無視するように条件付けしておけば、変速制御自体は支障なく行える。従って、−ポジション及びAポジションで第2センサのON信号が検出された時は、第2センサの異常警報を発するようにしておけばよい。
同様に、第4センサのみがON固着の場合は、Rポジション、+ポジション、及びAポジションで第4センサのON信号を無視するように条件付けしておけばよい。
第2及び第4センサが共にON固着であり、他のセンサが正常である場合は、第2、第4両センサのON出力を無視することで正常時と同様に制御可能である。但し、DポジションからAポジションへの移行を判別することはできなくなる。この異常は、運転者が確実に判別でき、しかもDポジションでの走行には支障がないので、緊急度は低い。
第1センサのみがOFF固着で他は正常であった場合は、Rポジション以外は第1センサの出力は無関係なので、Rポジションでの対応だけが問題となる。この場合は、第3、第4、及び第5センサが全てOFF出力ならば、第2、第1両センサのいずれかのON出力でRポジションであることと判断するように条件付けしておけば対応できる。
第3センサのOFF固着で問題となるのは、Dポジション、Aポジション、及び+ポジションである。Dポジションについては、第3、第1両センサが同時にOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第3センサの出力を無視してDポジションと判断しても支障はない。またAポジションについては、第3、第4、第2、及び第1センサが同時にOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第3センサの出力を無視してAポジションと判断しても支障はない。そして+ポジションについては、第3、第5、第4、及び第1センサが同時にOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第3センサの出力を無視して+ポジションと判断しても支障はない。
第5センサのOFF固着で問題となるのは、Dポジション、Aポジション、及び−ポジションである。Dポジションについては、第5、第1両センサが同時にOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第5センサの出力を無視してDポジションと判断しても支障はない。またAポジションについては、第5、第4、第2、及び第1センサが同時にOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第5センサの出力を無視してAポジションと判断しても支障はない。そして+ポジションについては、第5、第3、第2、及び第1センサがOFF出力になるポジションはあり得ないので、他のセンサが正常であれば、第5センサの出力を無視して−ポジションと判断しても支障はない。
もしもNポジションを検出する第2、第4両センサが共にON固着していた場合は、Nポジションではこれらの故障を確定できない。しかし、仮に第2、第4両センサが共にON固着していたとすると、Rポジションに切り換えても第4センサがOFF出力しないので、Rポジションへの切換は認識されない。またDポジションに切り換えてシフトアップ、シフトダウン操作しても、条件が満たされないので操作が認識されず、変速は行われない。さらにAポジションに切り換えても、第2、第4両センサがOFF出力しないので、Aポジションへの切換は認識されない。つまり、第2、第4両センサが共にON固着していると実質的に走行不能となるので、信頼性は確保される。
第1、第3、及び第5センサが共にOFF固着していた場合も、Nポジションではこれらの故障を確定できない。しかし、仮に第1センサがOFF固着していたとすると、Rポジションに切り換えても第1センサがON出力しないので、Rポジションへの切換は認識はされない。またDポジションに切り換えても、第3、第5両センサがON出力しないので、Dポジションへの切換は認識されない。つまり第1、第3、及び第5センサが共にOFF固着していると実質的に走行不能となるので、信頼性は確保される。
以上詳述した通り、走行に支障があるセンサはニュートラルポジションで故障診断することができ、ニュートラルポジションで故障を診断できないセンサは、1つだけならばよしんば故障していても走行することはできるので、信頼性が高く、且つ故障したセンサを特定することができるので、修理の際の不便を最低限に抑えられる。
さらに、走行中や停車中に、あるポジションを検出するための全センサが故障した場合は、そのセンサが故障であることを特定できるので、走行中はDポジションの信号を、停車中はNポジションの信号を、それぞれコンピュータが自動的に設定するように構成しておけば、走行状態の維持、および発進、停止制御を継続することができる。
上記実施形態は、永久磁石とホール素子との組み合わせを例示したが、センサとして反射型光電センサを用い、磁石に替えて反射板を用いることもできる。またセンサに機械式のリミットスイッチを用い、正方形の平板からなるストライカでリミットスイッチを作動させるように構成しても良い。さらに、電磁式近接センサを用い、磁石に替えて強磁性体の板材としても良い。
本発明装置の概略構成図である。 シフトパターンの一例を示す説明図である。 センサと磁界との位置関係を示す説明図である。 ニュートラルポジションでのセンサ故障診断フロー図である。
符号の説明
1〜5 センサ
11 シフトレバー
13 磁石
15 磁界
R リバースポジション
N ニュートラルポジション
D ドライブポジション
+ シフトアップポジション
− シフトダウンポジション
A 自動変速ポジション

Claims (3)

  1. 車両用変速機のシフトレバーの操作状況を検出すべく、少なくとも十字状をなすシフトパターン上に配されたシフトポジションを検出するためのシフトポジション検出装置であって、
    所定の正方形の各頂角に配されたセンサ手段と、前記所定の正方形より大きな正方形をなし、前記シフトレバーと連動して移動する被検出手段とを有し、
    前記被検出手段は、各シフトポジションにて複数のセンサ手段を覆うものであり、
    1頂角にあるセンサ手段を中心とし、該センサ手段の対角に位置するセンサ手段と点対称位置に配されたセンサ手段をさらに有することを特徴とするシフトポジション検出装置。
  2. ニュートラルポジションでの各センサ手段の出力に基づいて各センサ手段の故障診断を行うことを特徴とする請求項に記載のシフトポジション検出装置。
  3. 前記センサ手段はホール素子であり、前記被検出手段は永久磁石であることを特徴とする請求項1若しくは2に記載のシフトポジション検出装置。
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