JP5789952B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを目標回転角度へ回転駆動する際に目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてからモータの回転速度を減速する機能を備えたモータ制御装置に関する発明である。

従来より、各種切換装置の駆動源として用いられるモータの制御は、フィードバック制御又はオープンループ制御によってモータを目標回転角度まで回転駆動することで切換装置を目標位置に切り換えるようにしている。このような切換装置の切換応答性を高めるには、モータの回転速度を高速化する必要があるが、モータの回転速度を高速化すると、駆動終了時にモータのロータが慣性により目標回転角度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度で停止させることが難しくなる。

そこで、特許文献１（特許第３８８８２７８号公報）では、モータを目標回転角度へ回転駆動する際に目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてから、モータの回転速度に応じてモータの通電相の位相進み量を補正することで、モータの回転速度を減速するようにしている。

特許第３８８８２７８号公報

ところで、モータの電源電圧が変動すると、モータの駆動電流が変動してモータの回転速度が変動するが、モータの回転速度が変動しても、モータを正確に目標回転角度で停止できれば、さほど問題にならない。しかし、実際には、モータを高速駆動してから減速して目標回転角度で停止させるため、モータの電源電圧が低下してモータの駆動電流が減少すると、減速中のモータの制動力が低下してモータが目標回転角度を越えてオーバーシュートしてしまい、停止位置精度が低下する（図９参照）。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータの電源電圧の変動や巻線温度の上昇等によってモータの駆動電流が変動しても、モータを精度良く目標回転角度で停止できるモータ制御装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、制御対象を回転駆動するモータと、前記モ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とを備え、前記エンコーダのパルス信号に基づいて前記モータの回転角度を検出して前記モータの通電相を順次切り換えることで前記モータを目標回転角度へ回転駆動し、前記モータの回転角度が前記目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてから前記モータの回転速度を減速する制御手段を備えたモータ制御装置において、前記モータの電源電圧を検出又は推定する電源電圧判定手段を備え、前記制御手段は、前記電源電圧判定手段で検出又は推定した電源電圧を前記モータの駆動電流の流れにくさの情報として用いて、前記電源電圧が低いほど減速中のモータの減速度合を設定する回転速度閾値を小さくするように設定している。このようにすれば、モータの駆動電流の流れにくさに応じて減速開始点を変更できるため、例えば、モータの駆動電流が減少して減速中のモータの制動力が低下する場合は、減速中のモータの回転速度を低くするという制御が可能となる。これにより、モータの駆動電流が変動しても、モータを精度良く目標回転角度で停止できる。
請求項１に係る発明では、電源電圧判定手段で検出又は推定した電源電圧をモータの駆動電流の流れにくさの情報として用いているが、この理由は、モータの電源電圧が低下するに従って、モータの駆動電流が減少するという関係があるためである。
また、請求項２のように、モータの巻線温度を検出又は推定する巻線温度判定手段を備え、前記巻線温度判定手段で検出又は推定した巻線温度を前記モータの駆動電流の流れにくさの情報として用いて、前記巻線温度が高いほど減速中のモータの減速度合を設定する回転速度閾値を小さくするように設定しても良い。モータの巻線温度が高くなるほど、巻線の抵抗値が大きくなって、モータの駆動電流が減少するという関係があるためである。

また、請求項３のように、モータとしてスイッチトリラクタンスモータを使用するようにしても良い。スイッチトリラクタンスモータは、永久磁石が不要で構造が簡単であるため、安価であり、温度環境等に対する耐久性・信頼性も高いという利点がある。

以上説明した請求項１〜３に係る発明は、スイッチトリラクタンスモータ等の同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に適用でき、例えば、請求項４のように、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を駆動するモータの制御装置に適用しても良い。これにより、信頼性の高いモータ駆動式のレンジ切換装置を構成することができる。

図１は本発明の実施例１の自動変速機の制御システム全体の構成を概略的に示す図である。 図２はレンジ切換機構を示す斜視図である。 図３はモータの構成を説明する図である。 図４はモータを駆動する回路構成を説明する図である。 図５は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。 図６はエンコーダのロータリマグネットの構成を説明する平面図である。 図７はエンコーダの側面図である。 図８（ａ）はエンコーダのＡ相信号とＢ相信号の波形を示すタイムチャート、同（ｂ）は通電相切り換えパターンを示すタイムチャートである。 図９は電源電圧変動時のレンジ切換動作特性を説明するタイムチャートである。 図１０は実施例１のＦ／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は実施例１の通電相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。 図１２は実施例１のロータ回転速度演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１３は実施例１の減速制御時速度位相進み補正量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。 図１４は実施例１の閾値Ｃ１，Ｃ２を設定するマップの一例を概念的に示す図である。 図１５は実施例２の減速制御時速度位相進み補正量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。 図１６は実施例２の減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２を設定するマップの一例を概念的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を車両のレンジ切換装置に適用して具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図１４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて自動変速システム全体の概略構成を説明する。
エンジン１１の出力軸（クランク軸）には自動変速機１２の入力軸が連結されている。この自動変速機１２内部の構成は図示しないが、エンジン１１の出力軸によって回転駆動されるトルクコンバータと、このトルクコンバータの出力軸（タービン軸）に連結された変速歯車機構と、この変速歯車機構を構成する複数の歯車の中から動力を伝達する歯車の組み合わせ（変速比）を切り換える摩擦係合装置と、この摩擦係合装置の動作状態を油圧で切り換える油圧制御回路等が自動変速機１２内に設けられている。また、油圧制御回路には、摩擦係合装置を構成するクラッチ、ブレーキ等の各摩擦係合要素に供給する油圧を制御する油圧制御弁１３と、シフトレバーのシフト操作に連動してモータ１４によって切り換えられるレンジ切換機構１５（図２参照）のスプール弁１６が設けられている。このスプール弁１６は、シフトレバーのシフト操作に連動して切り換えられるいわゆるマニュアルバルブとして機能する。

自動変速機１２の変速動作を制御する変速制御ＥＣＵ１７は、摩擦係合装置に供給する油圧を油圧センサ１８で検出して、その検出油圧と車速センサ１９の出力信号等に基づいて油圧制御回路の各油圧制御弁１３の開閉動作を制御して各摩擦係合要素に供給する油圧を制御することで変速段を目標変速段に切り換える。

一方、レンジ切換ＥＣＵ２０は、シフトレバーの操作位置を検出するシフトレンジ検出装置２１の出力信号に基づいてモータ１４を駆動制御することで、運転者のレンジ切換操作に応じてレンジ切換機構１５のスプール弁１６の切換動作を制御する。このレンジ切換ＥＣＵ２０と、変速制御ＥＣＵ１７と、エンジン１１の運転状態を制御するエンジンＥＣＵ２２と、表示装置４１の表示を制御するメータＥＣＵ４２は、車両に搭載されたバッテリ２３（電源）から電源ライン４７を介して電力が供給される。また、通信ライン２４を通じて、各ＥＣＵ２０，１７，２２，４２は、スロットル開度、点火時期など、必要な情報を相互に送受信する。エンジンＥＣＵ２２には、エンジン１１の運転状態を検出する各種センサ（例えばエンジン回転速度を検出するクランク角センサ４８等）が接続されている。

エンジン１１には、始動時にクランク軸を回転駆動（クランキング）するスタータ４３が設けられ、運転者がイグニッションキースイッチ４４をＯＮ位置（ＩＧ位置）からＳＴＡＲＴ位置に操作すると、エンジンＥＣＵ２２によってスタータリレー４５がオンされてバッテリ２３からスタータ４３に通電され、スタータ４３が回転してエンジン１１がクランキングされて始動され、その後、運転者がイグニッションキースイッチ４４をＳＴＡＲＴ位置からＯＮ位置に戻すと、スタータリレー４５がオフされ、スタータ４３への通電が停止される。

次に、図２に基づいてレンジ切換機構１５の構成を説明する。
レンジ切換機構１５は、自動変速機１２のシフトレンジを、例えばパーキングレンジ（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１５の駆動源となるモータ１４は、減速機構５０（図５参照）を内蔵し、この減速機構５０の回転軸に嵌合連結された出力軸２５の回転位置を検出する出力軸センサ４６が設けられ、この出力軸センサ４６の出力信号に基づいてシフトレンジが検出される。

このモータ１４の出力軸２５には、自動変速機１２の油圧制御回路のスプール弁１６を切り換えるためのディテントレバー２８が固定されている。このディテントレバー２８にはＬ字形のパーキングロッド２９が固定され、このパーキングロッド２９の先端部に設けられた円錐体３０がロックレバー３１に当接している。このロックレバー３１は、円錐体３０の位置に応じて軸３２を中心にして上下動してパーキングギヤ３３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３３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３３がロックレバー３１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２８には、スプール弁１６のスプール３４が連結され、モータ１４の出力軸２５によってディテントレバー２８を回動させることで、スプール弁１６の操作量（スプール３４の操作位置）を切り換えて、自動変速機１２のシフトレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジ等のいずれかに切り換える。ディテントレバー２８には、スプール弁１６のスプール３４を上記各レンジに対応する位置に保持するための複数の凹部３５が形成されている。

一方、ディテントレバー２８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３６がスプール弁１６に固定され、このディテントバネ３６の先端に設けられた係合部３７がディテントレバー２８の目標レンジの凹部３５に嵌まり込むことで、ディテントレバー２８が目標レンジの回転角で保持されて、スプール弁１６のスプール３４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２８とディテントバネ３６とからスプール弁１６の操作量（スプール３４の操作位置）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３８（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２９がロックレバー３１に接近する方向に移動して、円錐体３０の太い部分がロックレバー３１を押し上げてロックレバー３１の凸部３１ａがパーキングギヤ３３に嵌まり込んでパーキングギヤ３３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２９がロックレバー３１から離れる方向に移動して、円錐体３０の太い部分がロックレバー３１から抜け出てロックレバー３１が下降し、それによって、ロックレバー３１の凸部３１ａがパーキングギヤ３３から外れてパーキングギヤ３３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。

次に、図３及び図４に基づいてモータ１４の構成を説明する。本実施例１では、モータ１４として、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）が用いられている。このモータ１４は、ステータコア５１とロータ５２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。円筒状のステータコア５１の内周部には、例えば１２個の突極５１ａが等間隔に形成され、これに対して、ロータ５２の外周部には、例えば８個の突極５２ａが等間隔に形成され、ロータ５２の回転に伴い、ロータ５２の各突極５２ａがステータコア５１の各突極５１ａ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。ステータコア５１の１２個の突極５１ａには、２系統（ａ系統とｂ系統）の駆動コイル５３，５４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線が対称な位置に巻回されている。尚、ステータコア５１とロータ５２の突極５１ａ，５２ａの数は適宜変更しても良いことは言うまでもない。以下の説明では、一方の系統（ａ系統）の駆動コイル５３の「Ｕ相」、「Ｖ相」、「Ｗ相」をそれぞれ「Ｕａ相」、「Ｖａ相」、「Ｗａ相」と表記し、他方の系統（ｂ系統）の駆動コイル５４の「Ｕ相」、「Ｖ相」、「Ｗ相」をそれぞれ「Ｕｂ相」、「Ｖｂ相」、「Ｗｂ相」と表記する。

２系統の駆動コイル５３，５４の各相の巻線の巻回順序は、ステータコア５１の１２個の突極５１ａに対して、例えば、Ｕａ相→Ｖａ相→Ｗａ相→Ｕａ相→Ｖａ相→Ｗａ相→Ｕｂ相→Ｖｂ相→Ｗｂ相→Ｕｂ相→Ｖｂ相→Ｗｂ相の順序で巻回されている。図４に示すように、Ｕａ相、Ｖａ相、Ｗａ相の合計６個の巻線と、Ｕｂ相、Ｖｂ相、Ｗｂ相の合計６個の巻線は、２系統の駆動コイル５３，５４を構成するように結線されている。一方の駆動コイル５３は、Ｕａ相、Ｖａ相、Ｗａ相の合計６個の巻線をＹ結線して構成され（同じ相の２個の巻線はそれぞれ直列に接続されている）、他方の駆動コイル５４は、Ｕｂ相、Ｖｂ相、Ｗｂ相の合計６個の巻線をＹ結線して構成されている（同じ相の２個の巻線はそれぞれ直列に接続されている）。２つの駆動コイル５３，５４は、Ｕａ相とＵｂ相が同時に通電され、Ｖａ相とＶｂ相が同時に通電され、Ｗａ相とＷｂ相が同時に通電される。

図４に示すように、２系統の駆動コイル５３，５４は、車両に搭載されたバッテリ２３を電源として、それぞれ別個のモータドライバ５５，５６によって駆動される。このように、駆動コイル５３，５４とモータドライバ５５，５６をそれぞれ２系統ずつ設けることで、一方の系統が故障しても、他方の系統でモータ１２を回転させることができるようになっている。

図４に示すモータドライバ５５，５６の回路構成例では、各相毎にトランジスタ等のスイッチング素子５７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、各相毎にスイッチング素子を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良い。尚、本発明は、駆動コイルとモータドライバをそれぞれ１系統ずつ設けた構成としても良いことは言うまでもない。

モータ１４には、ロータ５２の回転位置を検出するためのエンコーダ６１（図５参照）が設けられている。このエンコーダ６１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、その具体的な構成は、図６及び図７に示すように、Ｎ極とＳ極が円周方向に交互に等ピッチで着磁された円環状のロータリマグネット６２がロータ５２の側面に同軸状に固定され、このロータリマグネット６２に対向する位置に、２個のホールＩＣ等の磁気検出素子６３，６４が配置された構成となっている。

本実施例１では、ロータリマグネット６２のＮ極とＳ極の着磁ピッチが７．５°に設定されている。このロータリマグネット６２の着磁ピッチ（７．５°）は、モータ１２の励磁１回当たりのロータ５２の回転角度と同じに設定されている。例えば、１−２相励磁方式でモータ１２の通電相の切り換えを６回行うと、全ての通電相の切り換えが一巡してロータ５２とロータリマグネット６２が一体的に７．５°×６＝４５°回転する。このロータリマグネット６２の４５°の回転角度範囲に存在するＮ極とＳ極の数は、合計６極となっている。

このロータリマグネット６２に対して２個の磁気検出素子６３，６４が次のような位置関係で配置されている。Ａ相信号を出力する磁気検出素子６３とＢ相信号を出力する磁気検出素子６４は、ロータリマグネット６２の着磁部分（Ｎ，Ｓ）に対向し得る位置の同一円周上に配置されている。Ａ相信号とＢ相信号を出力する２個の磁気検出素子６３，６４の間隔は、図８（ａ）に示すように、Ａ相信号とＢ相信号の位相差が、電気角で９０°（機械角で３．７５°）となるように設定されている。ここで、“電気角”はＡ相・Ｂ相信号の発生周期を１周期（３６０°）とした場合の角度で、“機械角”は機械的な角度（ロータ５２の１回転を３６０°とした場合の角度）であり、Ａ相信号の立ち下がり（立ち上がり）からＢ相信号の立ち下がり（立ち上がり）までにロータ５２が回転する角度がＡ相信号とＢ相信号の位相差の機械角に相当する。
各磁気検出素子６３，６４の出力は、Ｎ極と対向したときにハイレベル“１”となり、Ｓ極と対向したときにローレベル“０”となる。

本実施例１では、レンジ切換ＥＣＵ２０が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１４の通電相を切り換えることでロータ５２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５２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、ロータ５２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ロータ５２の回転位置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ロータ５２の回転角度（回転位置）を検出して、その回転角度に対応した相の巻線に通電してロータ５２を回転駆動する。

図８（ｂ）は、１−２相励磁方式でロータ５２を逆回転方向（Ｄレンジ→Ｐレンジの回転方向）に回転させたときのエンコーダ６１の出力波形と通電相の切換パターンを示している。逆回転方向（Ｄレンジ→Ｐレンジの回転方向）と正回転方向（Ｐレンジ→Ｄレンジの回転方向）のいずれの場合も、ロータ５２が７．５°回転する毎に１相通電と２相通電とを交互に切り換えるようになっており、ロータ５２が４５°回転する間に、例えば、Ｕ相通電→ＵＷ相通電→Ｗ相通電→ＶＷ相通電→Ｖ相通電→ＵＶ相通電の順序で通電相の切り換えを一巡するようになっている。この際、２系統の駆動コイル５３，５４の各相の巻線は、同時に通電される。

そして、この通電相の切り換え毎に、ロータ３２が７．５°ずつ回転して、Ａ相、Ｂ相信号用の磁気検出素子６３，６４に対向するロータリマグネット６２の磁極がＮ極→Ｓ極又はＳ極→Ｎ極に変化してＡ相信号とＢ相信号のレベルが交互に反転し、それによって、ロータ５２が７．５°回転する毎に、エンコーダカウント値が２ずつカウントアップ（又はカウントダウン）する。尚、本明細書では、Ａ相、Ｂ相信号がハイレベル“１”となることを、Ａ相、Ｂ相信号が出力されると言う場合がある。

このようなエンコーダ６１付きのモータ１４でレンジ切換制御を行う場合は、目標レンジがＰレンジからＤレンジ方向又はその反対方向に切り換えられる毎に、ロータ５２を回転駆動して、エンコーダカウント値に基づいてモータ１４の通電相を順次切り換えることでロータ５２を目標回転角度に向かって回転駆動するフィードバック制御（以下「Ｆ／Ｂ制御」と表記する）を実行し、エンコーダカウント値が目標回転角度に応じて設定された目標カウント値に到達した時点で、ロータ５２が目標回転角度に到達したと判断してＦ／Ｂ制御を終了し、ロータ５２を目標回転角度で停止させるようにしている。

この際、Ｆ／Ｂ制御中のロータ５２の回転速度を高速化すると、Ｆ／Ｂ制御終了時にロータ５２が慣性により目標回転角度を越えてオーバーシュートしやすくなり、ロータ５２を正確に目標回転角度で停止させることが難しくなる。

そこで、本実施例１では、Ｆ／Ｂ制御中に、ロータ５２の回転角度（エンコーダカウント値）と目標回転角度（目標カウント値）との差が所定値以下になった段階（つまり目標回転角度に対して所定角度以内に近付いた段階）で、減速制御に移行し、ロータ５２の回転速度に応じて該ロータ５２の回転位相に対する通電相の位相進み量を補正することで、ロータ５２の回転速度に応じた適度な制動力をロータ５２に作用させる。具体的には、減速制御時に、ロータ５２の回転速度が低下するに従って、ロータ５２に作用させる制動力を小さくする方向に通電相の位相進み量を補正する。これにより、減速制御時に、ロータ５２を目標位置に向かってスムーズに減速する。

更に、本実施例１では、減速制御時にロータ５２の回転速度の他に、ロータ５２の現在の回転角度（エンコーダカウント値）から目標回転角度（目標カウント値）までの回転角度も考慮して、通電相の位相進み量を補正するようにしている。このようにすれば、何等かの原因で、ロータ５２の減速が遅れた場合でも、目標回転角度の手前でロータ５２に作用させる制動力を増大させてロータ５２を確実に減速させることができ、ロータ５２を精度良く目標回転角度で停止させることができる。

ところで、図９に示すように、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）が通常電圧（１２Ｖ）から例えば１０Ｖに低下すると、モータ１４の駆動電流が減少してモータ１４の回転速度が少し低下するが、モータ１４の回転速度が少し低下しても、モータ１４を正確に目標回転角度で停止できれば、さほど問題にならない。しかし、実際には、モータ１４を高速駆動してから減速して目標回転角度で停止させるため、モータ１４の電源電圧が低下してモータ１４の駆動電流が減少すると、減速制御中のモータ１４の制動力が低下してモータ１４が目標回転角度を越えてオーバーシュートしてしまい、停止位置精度が低下する。

そこで、本実施例１では、モータ１４の回転角度が目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてからモータ１４の回転速度を減速する際に、モータ１４の駆動電流の流れにくさに応じて前記所定角度（減速開始点）を変更して、モータ１４を精度良く目標回転角度で停止させるのに必要な減速区間（制動距離）を確保するようにしている。

本実施例１では、モータ１４の駆動電流の流れにくさの情報としてモータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）を用いる。モータ１４の電源電圧が低下するに従って、モータ１４の駆動電流が減少するという関係があるためである。モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）は、電源電圧判定手段として設けた電圧センサ６５（図５参照）によって検出するようにしている。
以下、レンジ切換ＥＣＵ２０（制御手段）が実行する図１０乃至図１３のレンジ切換制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［Ｆ／Ｂ制御ルーチン］
図１０のＦ／Ｂ制御ルーチンは、ＡＢ相割り込み処理により実行され、Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立しているときに、ロータ５２の回転角度（エンコーダカウント値Ｎｃｎｔ）が目標回転角度（目標カウント値Ａｃｎｔ）から所定角度以内に到達するまで、エンコーダカウント値Ｎｃｎｔに基づいて通電相を切り換えてロータ５２を回転させる。ここで、エンコーダカウント値Ｎｃｎｔは、電源投入時の初期駆動により学習した初期位置ずれ学習値で補正した値を用いる（以下、同じ）。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＮにセットされているか否か（Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立しているか否か）を判定し、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＦＦ（Ｆ／Ｂ制御実行条件が不成立）であれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ１０１で、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＮにセットされていると判定されれば、ステップ１０２に進み、後述する図１１の通電相設定ルーチンを実行して、現在のエンコーダカウント値Ｎｃｎｔ等に基づいて通電相を設定し、次のステップ６０３で、通電処理を実行する。

［通電相設定ルーチン］
図１１の通電相設定ルーチンは、図１０のＦ／Ｂ制御ルーチンのステップ１０２で起動されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１１１で、目標回転角度への回転方向を指示する回転方向指示値Ｄが正回転（Ｐレンジ→Ｄレンジの回転方向）を意味する「１」であるか否かを判定する。その結果、回転方向指示値Ｄ＝１（正回転）と判定されれば、ステップ１１２に進み、ロータ５２の回転方向が回転方向指示に反して逆転したか否か（エンコーダカウント値Ｎｃｎｔが減少したか否か）を判定し、逆転していなければ、ステップ１１３に進み、現在のエンコーダカウント値Ｎｃｎｔ、正回転方向位相進み量Ｋ１、速度位相進み補正量Ｋｓを用いて通電相判定値Ｍｐｔｎを次式により更新する。

Ｍｐｔｎ＝Ｎｃｎｔ＋Ｋ１＋Ｋｓ
ここで、正回転方向位相進み量Ｋ１は、ロータ５２を正回転させるのに必要な通電相の位相進み量（ロータ５２の現在の回転位相に対する通電相の位相進み量）であり、例えばＫ１＝４に設定されている。

また、速度位相進み補正量Ｋｓは、ロータ５２の回転速度に応じて設定される位相進み補正量であり、例えば、低速域では、速度位相進み補正量Ｋｓが０に設定され、高速になるに従って、速度位相進み補正量Ｋｓが例えば１又は２に増加される。これにより、ロータ５２の回転速度に適した通電相となるように通電相判定値Ｍｐｔｎが補正される。

更に、Ｆ／Ｂ制御中に、ロータ５２の回転角度（エンコーダカウント値Ｎｃｎｔ）と目標回転角度（目標カウント値Ａｃｎｔ）との差が所定値以下になった段階で減速制御に移行すると、後述する図１３の減速制御時速度位相進み補正量設定ルーチンによってロータ５２の回転速度に応じて速度位相進み補正量Ｋｓが設定される。

一方、上記ステップ１１２で、ロータ５２の回転方向が回転方向指示に反して逆転したと判定された場合は、逆転防止のために通電相判定値Ｍｐｔｎを更新しない。この場合は、逆転直前の通電相（前回の通電相）に通電され、ロータ５２の逆転を抑制する方向に制動トルクが発生する。

また、上記ステップ１１１で、回転方向指示値Ｄ＝−１（逆回転）、つまりＤレンジ→Ｐレンジの回転方向と判定された場合は、ステップ１１４に進み、ロータ５２の回転方向が回転方向指示に反して逆転したか否か（エンコーダカウント値Ｎｃｎｔが増加したか否か）を判定し、逆転していなければ、ステップ１１５に進み、現在のエンコーダカウント値Ｎｃｎｔ、逆回転方向位相進み量Ｋ２、速度位相進み補正量Ｋｓを用いて通電相判定値Ｍｐｔｎを次式により更新する。

Ｍｐｔｎ＝Ｎｃｎｔ−Ｋ２−Ｋｓ
ここで、逆回転方向位相進み量Ｋ２は、ロータ５２を逆回転させるのに必要な通電相の位相進み量（ロータ５２の現在の回転位相に対する通電相の位相進み量）であり、例えばＫ２＝３に設定されている。速度位相進み補正量Ｋｓは正回転の場合と同じように設定される。

一方、上記ステップ１１４で、ロータ５２の回転方向が回転方向指示に反して逆転したと判定された場合は、逆転防止のために通電相判定値Ｍｐｔｎを更新しない。この場合は、逆転直前の通電相（前回の通電相）に通電され、ロータ５２の逆転を抑制する方向に制動トルクが発生する。

以上のようにして、今回の通電相判定値Ｍｐｔｎを決定した後、通電処理を実行し、Ｆ／Ｂ制御中は、通電相判定値Ｍｐｔｎに対応する通電相を選択し、その通電相の巻線に通電する。

尚、Ｆ／Ｂ制御中に、１相通電と２相通電とを交互に切り換える１−２相励磁方式で駆動しても良いし、１相通電のみで駆動する１相励磁方式、又は、２相通電のみで駆動する２相励磁方式を採用しても良い。

［ロータ回転速度演算ルーチン］
図１２のロータ回転速度演算ルーチンは、ＡＢ相割り込み処理により実行され、次のようにしてロータ５２の回転速度ＳＰを演算する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１２１で、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＮ（Ｆ／Ｂ制御実行中）であるか否かを判定し、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＦＦ（Ｆ／Ｂ制御禁止）であれば、ロータ５２の回転速度ＳＰに応じた通電相の位相進み補正を行わないため、ステップ１２４に進み、ロータ５２の回転速度ＳＰ，ＳＰａの記憶値をリセットして、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１２１で、Ｆ／Ｂ許可フラグがＯＮ（Ｆ／Ｂ制御実行中）と判定されれば、次のようにしてロータ５２の回転速度ＳＰを演算する。まず、ステップ１２２で、エンコーダ６１のＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりエッジ間の時間間隔ΔＴ(n) （すなわちエンコーダカウント値が増減する時間間隔）を計測して、その時間間隔ΔＴ(n) の過去Ｎ回分の平均値ΔＴａｖを算出する。そして、回転速度演算値ＳＰａを次式により算出する。

ＳＰａ＝６０／（ΔＴａｖ×Ｋｐ） ［ｒｐｍ］
ここで、Ｋｐは、ロータ５２の１回転当たりの時間間隔ΔＴ(n) の数（ロータ５２の１回転当たりのエンコーダカウント値の変化量）であり、図６の構成のエンコーダ６１の場合は、Ｋｐ＝９６となる。ΔＴａｖ×Ｋｐは、ロータ５２が１回転するのに要する時間［ｓｅｃ］である。

この後、ステップ１２３に進み、回転速度演算値ＳＰａを用いて、ロータ５２の回転速度ＳＰを次式によりなまし処理して求める。
ＳＰ(i) ＝ＳＰ(i-1) ＋｛ＳＰａ−ＳＰ(i-1) ｝／Ｒ
ここで、ＳＰ(i) は今回の回転速度、ＳＰ(i-1) は前回の回転速度、Ｒはなまし係数である。

［減速制御時速度位相進み補正量設定ルーチン］
図１３の減速制御時速度位相進み補正量設定ルーチンは、所定周期（例えば１ｍｓ周期）で起動され、減速制御時にロータ５２の回転速度ＳＰに応じて速度位相進み補正量Ｋｓを次のようにして設定する。

本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、電圧センサ６５で検出したモータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）を読み込み、次のステップ２０２で、図１４の閾値Ｃ１，Ｃ２設定マップを参照して、現在の電源電圧に応じた閾値Ｃ１，Ｃ２を設定する。この閾値Ｃ１，Ｃ２は、減速区間の長さを決める判定値であり、電源電圧が低下すると、減速制御中のモータ１４の制動力が低下してモータ１４が目標回転角度を越えてオーバーシュートしやすくなることを考慮して、電源電圧が所定電圧以下の領域では、電源電圧が低くなるほど、閾値Ｃ１，Ｃ２が大きくなって減速区間が長くなるように設定される。

この後、ステップ２０３に進み、目標カウント値Ａｃｎｔとエンコーダカウント値Ｎｃｎｔとの差の絶対値｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が閾値Ｃ１よりも小さいか否かで、ロータ５２の回転角度が目標回転角度に近付いたか否か（停止のための減速制御領域に入ったか否か）を判定する。その結果、｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が閾値Ｃ１以上（つまり減速制御領域ではない）と判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０３で、｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が閾値Ｃ１より小さいと判定された場合は、減速制御領域と判断して、ステップ２０４〜２０８の処理により、ロータ５２の回転速度ＳＰに応じて速度位相進み補正量Ｋｓを次のようにして設定する。まず、ステップ２０４、２０５で、ロータ５２の現在の回転速度ＳＰが高速領域（例えば１５００ｒｐｍ以上）、中速領域（例えば１５００〜５００ｒｐｍ）、低速領域（例えば５００ｒｐｍ以下）のいずれに該当するか判別し、高速領域（例えば１５００ｒｐｍ以上）であれば、ステップ２０６に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−２」に設定し、中速領域（例えば１５００〜５００ｒｐｍ）であれば、ステップ２０７に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−１」に設定し、低速領域（例えば５００ｒｐｍ以下）であれば、ステップ２０８に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「０」に設定する。これにより、減速制御時には、ロータ５２の回転速度ＳＰが高速領域→中速領域→低速領域へと速度低下するに従って、速度位相進み補正量Ｋｓの絶対値が小さくなり、ロータ５２に作用させる制動力が小さくなる。

この後、ステップ２０９に進み、ロータ５２の減速が遅れているか否かを判定する。具体的には、目標カウント値Ａｃｎｔとエンコーダカウント値Ｎｃｎｔとの差の絶対値｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が閾値Ｃ２よりも小さくなっている（つまりロータ５２の現在の回転角度が目標回転角度にかなり近付いている）にも拘らず、ロータ５２の回転速度ＳＰが高速領域（例えば１５００ｒｐｍ以上）であれば、ロータ５２の減速が遅れていると判断して、ステップ２１０に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−３」に設定して、ロータ５２に作用させる制動力を最大限に増大させて、ロータ５２の回転速度ＳＰを急速に低下させる。これにより、ロータ５２が慣性により目標回転角度を越えてオーバーシュートすることを防止する。

以上説明した本実施例１では、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じてモータ１４の駆動電流が変化して減速制御中のモータ１４の制動力が変化することを考慮して、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じて減速開始点（閾値Ｃ１，Ｃ２）を変更するようにしたので、例えば、モータ１４の電源電圧の低下によりモータ１４の駆動電流が減少して減速制御中のモータ１４の制動力が低下する場合は、減速開始点を早めて減速区間を長くするという制御が可能となる。これにより、モータ１４の電源電圧の変動によりモータ１４の駆動電流が変動しても、Ｆ／Ｂ制御終了時にロータ５２が慣性により目標回転角度を越えてオーバーシュートすることを防止できて、ロータ５２を精度良く目標回転角度で停止できる。

しかも、本実施例１では、減速制御中にロータ５２の回転速度に応じて通電相の位相進み量に対する速度位相進み補正量Ｋｓを設定するようにしたので、モータ１４の回転速度に応じてロータ５２に作用させる制動力を適度に変化させて、ロータ５２を目標回転角度に向かってスムーズに減速することができ、Ｆ／Ｂ制御終了時のオーバーシュートを防止する効果を高めることができる。

更に、本実施例１では、減速制御中に、ロータ５２の回転速度の他に、ロータ５２の現在の回転角度から目標回転角度までの回転角度（｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜）も考慮して、速度位相進み補正量Ｋｓを設定するようにしたので、何等かの原因で、モータ１４の減速が遅れた場合でも、目標回転角度の手前でロータ５２に作用させる制動力を増大させてロータ５２を確実に減速させることができ、Ｆ／Ｂ制御終了時のオーバーシュートを防止する効果を高めることができる。

ところで、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）が変化しなくても、モータ１４の巻線温度が変化すると、巻線の抵抗値が変化して、モータ１４の駆動電流が変化する。この点を考慮して、モータ１４の巻線温度を検出又は推定する巻線温度判定手段（温度センサ等）を設け、モータ１４の巻線温度に応じて減速開始点（閾値Ｃ１，Ｃ２）を変更するようにしても良い。

この場合、モータ１４の巻線温度が高くなるほど、巻線の抵抗値が大きくなって、モータ１４の駆動電流が減少するため、巻線温度が所定温度以上の領域で、巻線温度が高くなるほど、閾値Ｃ１，Ｃ２が大きくなって減速区間が長くなるように設定すれば良い。

前記実施例１では、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じて減速開始点（閾値Ｃ１，Ｃ２）を変更するようにしたが、本発明の実施例２では、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じて減速制御中のモータ１４の目標回転速度を変更するようにしている。

このような制御を実現するために、本実施例２では、図１３のルーチンに代えて、図１５の減速制御時速度位相進み補正量設定ルーチンを実行し、減速制御中の高速領域、中速領域、低速領域を判定する減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２をモータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じて変更することで、減速制御中のモータ１４の目標回転速度を変更するようにしている。その他の事項は、前記実施例１と同じである。

図１５の減速制御時速度位相進み補正量設定ルーチンは、所定周期（例えば１ｍｓ周期）で起動され、まず、ステップ３０１で、電圧センサ６５で検出したモータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）を読み込み、次のステップ３０２で、図１６の減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２設定マップを参照して、現在の電源電圧に応じた減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２を設定する。この減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２は、減速中のモータ１４の減速度合を設定する回転速度閾値に相当し、電源電圧が低下すると、減速制御中のモータ１４の制動力が低下してモータ１４が目標回転角度を越えてオーバーシュートしやすくなることを考慮して、電源電圧が所定電圧以下の領域では、電源電圧が低くなるほど、減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２が小さくなって減速制御中の回転速度が低くなるように設定される。

この後、ステップ３０３に進み、目標カウント値Ａｃｎｔとエンコーダカウント値Ｎｃｎｔとの差の絶対値｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が所定値（例えば１００）よりも小さいか否かで、ロータ５２の回転角度が目標回転角度に近付いたか否か（停止のための減速制御領域に入ったか否か）を判定する。その結果、｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が所定値以上（つまり減速制御領域ではない）と判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ３０３で、｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が所定値より小さいと判定された場合は、減速制御領域と判断して、ステップ３０４〜３０８の処理により、ロータ５２の回転速度ＳＰに応じて速度位相進み補正量Ｋｓを次のようにして設定する。まず、ステップ３０４、３０５で、ロータ５２の現在の回転速度ＳＰが閾値ＳＰ１以上の高速領域、閾値ＳＰ１〜ＳＰ２の中速領域、閾値ＳＰ２以下の低速領域のいずれに該当するか判別し、閾値ＳＰ１以上の高速領域であれば、ステップ３０６に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−２」に設定し、閾値ＳＰ１〜ＳＰ２の中速領域であれば、ステップ３０７に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−１」に設定し、閾値ＳＰ２以下の低速領域であれば、ステップ３０８に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「０」に設定する。これにより、減速制御時には、ロータ５２の回転速度ＳＰが高速領域→中速領域→低速領域へと速度低下するに従って、速度位相進み補正量Ｋｓの絶対値が小さくなり、ロータ５２に作用させる制動力が小さくなる。

この後、ステップ３０９に進み、ロータ５２の減速が遅れているか否かを判定する。具体的には、目標カウント値Ａｃｎｔとエンコーダカウント値Ｎｃｎｔとの差の絶対値｜Ａｃｎｔ−Ｎｃｎｔ｜が所定値（例えば５０）よりも小さくなっている（つまりロータ５２の現在の回転角度が目標回転角度にかなり近付いている）にも拘らず、ロータ５２の回転速度ＳＰが閾値ＳＰ１以上の高速領域であれば、ロータ５２の減速が遅れていると判断して、ステップ３１０に進み、減速制御時の速度位相進み補正量Ｋｓを例えば「−３」に設定して、ロータ５２に作用させる制動力を最大限に増大させて、ロータ５２の回転速度ＳＰを急速に低下させる。これにより、ロータ５２が慣性により目標回転角度を越えてオーバーシュートすることを防止する。

以上説明した本実施例２では、減速制御中の高速領域、中速領域、低速領域を判定する減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２をモータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に応じて変更するようにしたので、例えば、モータ１４の電源電圧の低下によりモータ１４の駆動電流が減少して減速制御中のモータ１４の制動力が低下する場合は、減速制御中のロータ５２の回転速度を低下させるという制御が可能となる。これにより、モータ１４の電源電圧の変動によりモータ１４の駆動電流が変動しても、Ｆ／Ｂ制御終了時にロータ５２が慣性により目標回転角度を越えてオーバーシュートすることを防止できて、ロータ５２を精度良く目標回転角度で停止できる。

尚、モータ１４の電源電圧（バッテリ２３の電圧）に代えて、モータ１４の巻線温度を検出又は推定する巻線温度判定手段（温度センサ等）を設け、モータ１４の巻線温度に応じて減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２を変更するようにしても良い。この場合、モータ１４の巻線温度が高くなるほど、巻線の抵抗値が大きくなって、モータ１４の駆動電流が減少するため、巻線温度が所定温度以上の領域で、巻線温度が高くなるほど、減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２が小さくなって減速制御中の回転角度が低くなるように設定すれば良い。

以上説明した実施例２を前記実施例１と組み合わせて実施しても良い。つまり、モータ１４の電源電圧（又は巻線温度）に応じて減速開始点（閾値Ｃ１，Ｃ２）と減速領域判定用の閾値ＳＰ１，ＳＰ２の両方を変更しても良い。

また、本発明に用いるエンコーダは、磁気式のエンコーダに限定されず、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良い。
また、本発明に用いるモータは、ＳＲモータに限定されず、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角度を検出してモータの通電相を順次切り換えるブラシレス型の同期モータであれば、ＳＲモータ以外の同期モータを用いても良い。

その他、本発明は、レンジ切換装置に限定されず、ＳＲモータ等のブラシレス型の同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に広く適用して実施できることは言うまでもない。

１１…エンジン、１２…自動変速機、１３…油圧制御弁、１４…モータ、１５…レンジ切換機構、１６…スプール弁、１７…変速制御ＥＣＵ、２０…レンジ切換ＥＣＵ（制御手段）、２１…シフトレンジ検出装置、２２…エンジンＥＣＵ、２３…バッテリ（電源）、２８…ディテントレバー、２９…パーキングロッド、３１…ロックレバー、３３…パーキングギヤ、３５…凹部、３６…ディテントバネ、３７…係合部、３８…ディテント機構、４３…スタータ、５１…ステータコア、５２…ロータ、５３，５４…駆動コイル、５５，５６…モータドライバ、６１…エンコーダ、６２…ロータリマグネット、６３…Ａ相信号用の磁気検出素子、６４…Ｂ相信号用の磁気検出素子、６５…電圧センサ（電源電圧判定手段）

Claims (4)

1. 制御対象を回転駆動するモータと、前記モ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とを備え、前記エンコーダのパルス信号に基づいて前記モータの回転角度を検出して前記モータの通電相を順次切り換えることで前記モータを目標回転角度へ回転駆動し、前記モータの回転角度が前記目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてから前記モータの回転速度を減速する制御手段を備えたモータ制御装置において、
   前記モータの電源電圧を検出又は推定する電源電圧判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記電源電圧判定手段で検出又は推定した電源電圧を前記モータの駆動電流の流れにくさの情報として用いて、前記電源電圧が低いほど減速中の前記モータの減速度合を設定する回転速度閾値を小さくするように設定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 制御対象を回転駆動するモータと、前記モ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とを備え、前記エンコーダのパルス信号に基づいて前記モータの回転角度を検出して前記モータの通電相を順次切り換えることで前記モータを目標回転角度へ回転駆動し、前記モータの回転角度が前記目標回転角度に対して所定角度以内に近付いてから前記モータの回転速度を減速する制御手段を備えたモータ制御装置において、
   前記モータの巻線温度を検出又は推定する巻線温度判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記巻線温度判定手段で検出又は推定した巻線温度を前記モータの駆動電流の流れにくさの情報として用いて、前記巻線温度が高いほど減速中の前記モータの減速度合を設定する回転速度閾値を小さくするように設定することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記モータは、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を駆動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
   

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