JP6933594B2 - シフトレンジ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、シフトレンジ制御装置に関する。

従来、モータを駆動することでシフトレンジを切り替えるレンジ切換機構が知られている。例えば特許文献１では、出力軸センサの角度を用いて目標モータ回転角を設定している。

特許第４３８５７６８号

特許文献１のように、モータの目標角度の設定に出力軸センサを用いる場合、出力軸センサのセンサ信号にノイズが生じたり、センサに異常が生じたりすると、モータの目標角度が誤った位置に設定される虞がある。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シフトレンジを適切に切替可能であるシフトレンジ制御装置を提供することにある。

本発明のシフトレンジ制御装置は、モータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ切替システム（１）を制御するものであって、モータ角度演算部（５１）と、出力軸信号取得部（５１）と、目標角度設定部（５４）と、駆動制御部（５５）と、を備える。

モータ角度演算部は、モータの回転を検出するモータ回転角センサ（１３）からモータの回転位置に応じたモータ回転角信号を取得し、モータ回転角信号に基づいてモータ角度を演算する。出力軸信号取得部（５２）は、モータの回転が伝達される出力軸（１５）の回転位置を検出する出力軸センサ（１６）から、出力軸の回転位置に応じた出力軸信号を取得する。目標角度設定部は、目標シフトレンジおよび出力軸信号に基づいて目標回転角度を設定する。駆動制御部は、モータ角度が目標回転角度となるように、モータの駆動を制御する。

目標角度設定部は、出力軸信号に基づいて設定された目標回転角度が、切替前後のシフトレンジに応じた設定される目標制限値よりも回転方向奥側まで回転させる値である場合、目標回転角度を目標制限値とする。これにより、例えば出力軸信号の異常により、誤った目標回転角度が設定されたとしても、目標回転角度を目標制限値に持ち替えることで、シフトレンジを適切に切り替えることができる。

第１実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す斜視図である。 第１実施形態によるシフトバイワイヤシステムを示す概略構成図である。 第１実施形態による目標カウント値の設定を説明するタイムチャートである。 第１実施形態による目標カウント値の設定を説明する模式図である。 出力軸信号の異常時における目標カウント値の誤設定を説明するタイムチャートである。 出力軸信号の異常時における目標カウント値の誤設定を説明する模式図である。 第１実施形態による目標カウント値の設定を説明するタイムチャートである。 第１実施形態による目標角度設定処理を説明するフローチャートである。 第１実施形態による目標角度設定処理を説明するフローチャートである。 第１実施形態によるモータ制御処理を説明する模式図である。 第２実施形態によるモータ制御処理を説明する模式図である。

（第１実施形態）
シフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１〜図１０に示す。図１および図２に示すように、シフトレンジ切替システムとしてのシフトバイワイヤシステム１は、モータ１０、シフトレンジ切替機構２０、パーキングロック機構３０、および、シフトレンジ制御装置４０等を備える。

モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリから電力が供給されることで回転し、シフトレンジ切替機構２０の駆動源として機能する。本実施形態のモータ１０は、スイッチトリラクタンスモータであるが、ＤＣモータ等、どのような種類のものを用いてもよい。

図２に示すように、モータ回転角センサであるエンコーダ１３は、モータ１０の図示しないロータの回転位置を検出する。エンコーダ１３は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータと一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ等により構成される。エンコーダ１３は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとにＡ相およびＢ相のパルス信号を出力する。以下、エンコーダ１３からの信号をモータ回転角信号ＳＧＮ＿ｅｎとする。減速機１４は、モータ１０のモータ軸１０５（図４等参照）と出力軸１５との間に設けられ、モータ１０の回転を減速して出力軸１５に出力する。これにより、モータ１０の回転がシフトレンジ切替機構２０に伝達される。

出力軸センサ１６は、第１センサ部１６１、および、第２センサ部１６２を有し、出力軸１５の回転位置を検出する。本実施形態の出力軸センサ１６は、後述する回転部材としてのディテントプレート２１に設けられるターゲット２１５（図１参照）の磁界の変化を検出する磁気センサであり、ターゲット２１５の磁界を検出可能な箇所に取り付けられる。図中、第１センサ部１６１を「センサ１」、第２センサ部１６２を「センサ２」と記載する。

センサ部１６１、１６２は、ターゲット２１５の磁界の変化を検出する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する、いわゆるＭＲセンサである。第１センサ部１６１は、ターゲット２１５の回転位置に応じた磁界を検出し、出力軸信号Ｓｇ１を後述のＥＣＵ５０に出力する。第２センサ部１６２は、ターゲット２１５の回転位置に応じた磁界を検出し、出力軸信号Ｓｇ２をＥＣＵ５０に出力する。本実施形態の出力軸センサ１６は、２つのセンサ部１６１、１６２を有しており、それぞれ独立に出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１、ＳＧＮ＿ｓ２２をＥＣＵ５０に送信している。すなわち、出力軸センサ１６は、２重系となっている。以下、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１、ＳＧＮ＿ｓ２をまとめて単に出力軸信号ＳＧＮ＿ｓとする。

図１に示すように、シフトレンジ切替機構２０は、ディテントプレート２１、および、付勢部材としてのディテントスプリング２５等を有し、減速機１４から出力された回転駆動力を、マニュアルバルブ２８、および、パーキングロック機構３０へ伝達する。ディテントプレート２１は、出力軸１５に固定され、モータ１０により駆動される。本実施形態では、ディテントプレート２１がディテントスプリング２５の基部から離れる方向を正回転方向、基部に近づく方向を逆回転方向とする。

ディテントプレート２１には、出力軸１５と平行に突出するピン２４が設けられる。ピン２４は、マニュアルバルブ２８と接続される。ディテントプレート２１がモータ１０によって駆動されることで、マニュアルバルブ２８は軸方向に往復移動する。すなわち、シフトレンジ切替機構２０は、モータ１０の回転運動を直線運動に変換してマニュアルバルブ２８に伝達する。マニュアルバルブ２８は、バルブボディ２９に設けられる。マニュアルバルブ２８が軸方向に往復移動することで、図示しない油圧クラッチへの油圧供給路が切り替えられ、油圧クラッチの係合状態が切り替わることでシフトレンジが変更される。

ディテントプレート２１のディテントスプリング２５側には、第１谷部２２１、第２谷部２２２、２２２、および、２つの谷部２２１、２２２の間に形成される山部２２５が設けられる（図５参照）。本実施形態では、ディテントスプリング２５の基部に近い側を第２谷部２２２、遠い側を第１谷部２２１とする。本実施形態では、谷部２２１がＰレンジに対応し、谷部２２２がＰレンジ以外のｎｏｔＰレンジに対応する。また、ディテントプレート２１には、ディテントローラ２６の谷部２２１、２２２の外側方向への移動を制限する壁部２２６、２２７が設けられる。以下適宜、Ｐレンジ側の壁部を第１壁部２２６、ｎｏｔＰレンジ側の壁部を第２壁部２２７とする。

ディテントプレート２１には、出力軸１５の回転に応じて磁界が変化するように、ターゲット２１５が設けられる。ターゲット２１５は、磁性体にて形成される。ターゲット２１５は、ディテントプレート２１と別部材であってもよいし、ディテントプレート２１が磁性体であれば、例えばディテントプレート２１にプレス加工等を施すことで形成してもよい。ターゲット２１５は、出力軸１５の回転位置に応じて、出力軸センサ１６の出力軸信号ＳＧＮ＿ｓである出力電圧が、ステップ状に変化するように形成される。

図４等に示すように、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓは、Ｐレンジに対応する値Ｖ１、ｎｏｔＰレンジに対応する値Ｖ３、および、中間値Ｖ２の３段階の値を取る。ｎｏｔＰレンジは、Ｐレンジ以外のレンジを意味する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓの取り得る値Ｖ１、値Ｖ２、値Ｖ３は、離散しており、各値の中間値は取らない。また、値Ｖ１と値Ｖ２、値Ｖ２と値Ｖ３との差は、センサ誤差等と比較して、十分に大きい値となるように設定される。すなわち本実施形態では出力軸信号ＳＧＮ＿ｓは、値がステップ的に変化する。補足として、本実施形態では、出力軸１５の回転に伴い、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが、連続とみなせない程度に異なる値に切り替わっており、これを「値がステップ的に変化する」ものとする。なお、値Ｖ１と値Ｖ２との差、および、値Ｖ２と値Ｖ３との差は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。以下適宜、値の切り替わりを「エッジ」とする。

図１に示すように、ディテントスプリング２５は、弾性変形可能な板状部材であり、先端に係合部材としてのディテントローラ２６が設けられる。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６をディテントプレート２１の回動中心側に付勢する。ディテントプレート２１に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング２５が弾性変形し、ディテントローラ２６が谷部２２１、２２２間を移動する。ディテントローラ２６が谷部２２１、２２２のいずれかに嵌まり込むことで、ディテントプレート２１の揺動が規制され、マニュアルバルブ２８の軸方向位置、および、パーキングロック機構３０の状態が決定され、自動変速機５のシフトレンジが固定される。ディテントローラ２６は、シフトレンジがｎｏｔＰレンジのとき、谷部２２２に嵌まり込み、Ｐレンジのとき、谷部２２１に嵌まり込む。本実施形態では、シフトレンジに応じ、ディテントスプリング２５の付勢力にてディテントローラ２６が嵌まり込む箇所を、谷部２２１、２２２の最底部とする。

パーキングロック機構３０は、パーキングロッド３１、円錐体３２、パーキングロックポール３３、軸部３４、および、パーキングギア３５を有する。パーキングロッド３１は、略Ｌ字形状に形成され、一端３１１側がディテントプレート２１に固定される。パーキングロッド３１の他端３１２側には、円錐体３２が設けられる。円錐体３２は、他端３１２側にいくほど縮径するように形成される。ディテントプレート２１が逆回転方向に揺動すると、円錐体３２がＰ方向に移動する。

パーキングロックポール３３は、円錐体３２の円錐面と当接し、軸部３４を中心に揺動可能に設けられる、パーキングロックポール３３のパーキングギア３５側には、パーキングギア３５と噛み合い可能な凸部３３１が設けられる。ディテントプレート２１が逆回転方向に回転し、円錐体３２がＰ方向に移動すると、パーキングロックポール３３が押し上げられ、凸部３３１とパーキングギア３５とが噛み合う。一方、ディテントプレート２１が正回転方向に回転し、円錐体３２がｎｏｔＰ方向に移動すると、凸部３３１とパーキングギア３５との噛み合いが解除される。

パーキングギア３５は、図示しない車軸に設けられ、パーキングロックポール３３の凸部３３１と噛み合い可能に設けられる。パーキングギア３５と凸部３３１とが噛み合うと、車軸の回転が規制される。シフトレンジがｎｏｔＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によりロックされず、車軸の回転は、パーキングロック機構３０により妨げられない。また、シフトレンジがＰレンジのとき、パーキングギア３５はパーキングロックポール３３によってロックされ、車軸の回転が規制される。

図２に示すように、シフトレンジ制御装置４０は、モータドライバ４１、および、ＥＣＵ５０等を有する。モータドライバ４１は、モータ１０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）への通電に係る駆動信号を出力する。モータドライバ４１とバッテリとの間には、モータリレー４６が設けられる。モータリレー４６は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチがオンされているときにオンされ、モータ１０側へ電力が供給される。また、モータリレー４６は、始動スイッチがオフされているときにオフされ、モータ１０側への電力の供給が遮断される。また、モータリレー４６のオンオフを制御することで、モータ１０への給電または遮断を切り替える。

ＥＣＵ５０は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。

ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジ、ブレーキスイッチからの信号および車速等に基づいてモータ１０の駆動を制御することで、シフトレンジの切り替えを制御する。また、ＥＣＵ５０は、車速、アクセル開度、および、ドライバ要求シフトレンジ等に基づき、変速用油圧制御ソレノイド６の駆動を制御する。変速用油圧制御ソレノイド６を制御することで、変速段が制御される。変速用油圧制御ソレノイド６は、変速段数等に応じた本数が設けられる。本実施形態では、１つのＥＣＵ５０がモータ１０およびソレノイド６の駆動を制御するが、モータ１０を制御するモータ制御用のモータＥＣＵと、ソレノイド制御用のＡＴ−ＥＣＵとを分けてもよい。以下、モータ１０の駆動制御を中心に説明する。

ＥＣＵ５０は、モータ角度演算部５１、出力軸信号取得部５２、目標角度設定部５４、および、駆動制御部５５等を有する。モータ角度演算部５１は、エンコーダ１３から取得されるモータ回転角信号ＳＧＮ＿ｅｎに基づき、Ａ相信号およびＢ相信号のパルスエッジをカウントし、エンコーダカウント値θｅｎを演算する。エンコーダカウント値θｅｎは、モータ１０の回転位置に応じた値であって、「モータ角度」に対応する。出力軸信号取得部５２は、出力軸センサ１６から出力軸信号ＳＧＮ＿ｓを取得する。

目標角度設定部５４は、目標シフトレンジおよび出力軸信号ＳＧＮ＿ｓに基づき、モータ１０を停止させる目標カウント値θｃｍｄを設定する。本実施形態では、目標カウント値θｃｍｄが「目標回転角度」に対応する。駆動制御部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなるように、フィードバック制御等によりモータ１０の駆動を制御する。モータ１０の駆動制御の詳細は、どのようであってもよい。

目標カウント値θｃｍｄの設定について、図３および図４に基づいて説明する。図３は、共通時間軸を横軸とし、上段から、目標レンジ、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ、モータ角度を示している。モータ角度はエンコーダカウント値θｅｎとする。以下、レンジ切替開始時におけるエンコーダカウント値θｅｎをθｅｎ＿０とする。また、第２壁部２２７を「ｎｏｔＰ壁」と記載した。後述の図５等についても同様である。

図４では、モータ１０の回転軸であるモータ軸１０５、出力軸１５、および、ディテントプレート２１の関係を模式的に示している。図４に示すように、モータ軸１０５と出力軸１５との間には、遊びが形成されている。図４では、減速機１４と出力軸１５とが一体となっており、モータ軸１０５と減速機１４との間に「遊び」が形成されているが、モータ軸１０４と減速機１４とが一体となっており、減速機１４と出力軸１５との間に「遊び」が形成されていてもよい。「遊び」とはモータ軸１０５と出力軸１５との間に存在する遊びやガタ等の合計と捉えることができる。以下適宜、モータ軸１０５と出力軸１５との間に設けられる遊びの合計に相当する角度をガタ角度θｇとする。また、遊びの合計のことを、単に「ガタ」という。

図４では、モータ１０の回転方向を紙面左右方向とし、出力軸１５の回転に伴って、ディテントローラ２６が谷部２２１、２２２間を移動していく状態を示している。実際には、ディテントプレート２１が回転することで、ディテントローラ２６が谷部２２１、２２２間を移動するが、図４では、説明のため、ディテントローラ２６が出力軸１５とともに移動するものとして図示した。後述の図６等についても同様である。

以下、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合を例に説明する。時刻ｘ１０にて目標シフトレンジがＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替わると、目標カウント値θｃｍｄとして仮目標値θｔ１が設定され、モータ１０の駆動が開始される。本実施形態では、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合に仮設定される値を仮目標値θｔ１、ｎｏｔＰレンジからＰレンジに切り替える場合に仮設定される値を仮目標値θｔ２とする。仮目標値θｔ１、θｔ２は、ディテントローラ２６が山部２２５を超えられる程度の任意の値に設定される。

時刻ｘ１１にて、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わると、目標カウント値θｃｍｄを目標補正値θａに変更する。目標補正値θａは、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが切り替わったときのエンコーダカウント値θｅｎと設計値Ｋ１、Ｋ２とから演算される。式（１−１）は、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合の値であり、式（１−２）は、シフトレンジをｎｏｔＰレンジからＰレンジに切り替える場合の値である。

θａ＝θｅｎ＿ｅｄｇ＋Ｋ１ ・・・（１−１）
θａ＝θｅｎ＿ｅｄｇ＋Ｋ２ ・・・（１−２）

式（１−１）、（１−２）中のθｅｎ＿ｅｄｇは、エッジ検出タイミングのエンコーダカウント値である。設計値Ｋ１は、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わる位置から谷部２２２の最底部までの角度に応じた値である。設計値Ｋ２は、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ３から値Ｖ２に切り替わる位置から谷部２２１の最底部までの角度に応じた値である。設計値Ｋ１、Ｋ２は、いずれもエンコーダカウント値θｅｎに換算した値であり、回転方向に応じて正負が設定される。本実施形態では、Ｋ１が正の値であり、Ｋ２が負の値である。

出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが正常であれば、エッジ検出時に目標カウント値θｃｍｄを補正することで、ディテントローラ２６を谷部２２２の最底部にて停止させることができる。なお、ここでは、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わるタイミングにて目標カウント値θｃｍｄを補正しているが、例えば値Ｖ２から値Ｖ３に切り替わるタイミングにて目標カウント値θｃｍｄを補正してもよいし、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓに応じ、目標カウント値θｃｍｄを複数回の補正を行うようにしてもよい。

出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが異常である場合を図５および図６に基づいて説明する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓの異常には、電気的なノイズ等により生じる異常、および、出力軸センサ１６の組み付け異常等が含まれる。

図５および図６に示すように、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わるタイミングが遅れる異常が生じた場合、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジ検出タイミングである時刻ｘ１２にて、式（１−１）の補正を行うと、目標補正値θａが第２壁部２２７よりも奥側に設定される虞がある。目標カウント値θｃｍｄが、壁部２２６、２２７よりも奥側に設定されると、正常なレンジ切替ができない虞がある。また、ディテントローラ２６が壁部２２６、２２７に高速で衝突すると、シフトレンジ切替機構２０が破損する虞がある。また、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出するエッジ検出ウィンドウを設ける場合、実際の公差を積み上げていくと、ウィンドウが広くなりすぎて成立しない虞がある。また、検出ウィンドウを設けたとしても、ウィンドウの端部でエッジを検出した場合、目標補正値θａが壁部２２６、２２７より奥側に設定される虞がある。

そこで本実施形態では、図７に示すように、目標補正値θａが壁部２２６、２２７よりも奥側に設定された場合、目標カウント値θｃｍｄを、予め計算された目標制限値θｌｉｍに持ち替えることで、駆動量を制限する。目標制限値θｌｉｍは、目標シフトレンジが切り替わったときのエンコーダカウント値θｅｎ、および、駆動制限量Ｋｌｉｍを用いて演算される。式（２−１）は、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合の値であり、式（２−２）は、シフトレンジをｎｏｔＰレンジからＰレンジに切り替える場合の値である。

θｌｉｍ＝θｅｎ＿０＋Ｋｌｉｍ ・・・（２−１）
θｌｉｍ＝θｅｎ＿０−Ｋｌｉｍ ・・・（２−２）

駆動制限量Ｋｌｉｍは、任意に設定可能であるが、本実施形態では、谷部２２１、２２２間の最底部間の角度である谷谷間角度θｖ、および、ガタ角度θｇを用い、式（３）にて設定される。出力軸１５の角度でいうと、谷谷間角度θｖは例えば２０°であり、ガタ角度θｇは例えば３．５°であるが、任意に設定可能である。また、目標カウント値θｃｍｄの設定に用いるとき、谷谷間角度θｖおよびガタ角度θｇは、いずれもエンコーダカウント値に換算した値とする。出力軸１５の角度とエンコーダカウント値θｅｎとは、ギア比に応じて換算可能である。

Ｋｌｉｍ＝θｖ＋θｇ ・・・（３）

本実施形態の目標角度設定処理を図８および図９のフローチャートに基づいて説明する。図８は、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合であり、図９は、シフトレンジをｎｏｔＰレンジからＰレンジに切り替える場合である。この処理は、目標角度設定部５４にて所定の周期で実行される。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。

図８に示すように、Ｓ１０１では、目標角度設定部５４は、目標シフトレンジがＰレンジからｎｏｔＰレンジへ変化したか否かを判断する。ここでは、レンジが切り替わった初回のみ肯定判断される。Ｓ２０１も同様である。目標シフトレンジがｎｏｔＰレンジへ変化していないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行する。目標シフトレンジがｎｏｔＰレンジへ変化したと判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、目標角度設定部５４は、目標カウント値θｃｍｄを仮目標値θｔ１に設定する。Ｓ１０３では、目標角度設定部５４は、現在のエンコーダカウント値θｅｎに駆動制限量Ｋｌｉｍを加算し、目標制限値θｌｉｍを演算する（式（１−１）参照）。

Ｓ１０４では、目標角度設定部５４は、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出したか否かを判断する。ここでは、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わったとき、肯定判断する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出していないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０５以降の処理を行わず、本ルーチンを終了する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出したと判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、目標角度設定部５４は、目標補正値θａを演算し（式（１−１）参照）、目標カウント値θｃｍｄを仮目標値θｔ１から目標補正値θａに変更する。

Ｓ１０６では、目標角度設定部５４は、目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより大きいか否かを判断する。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより大きい場合、目標カウント値θｃｍｄが壁部２２７よりも奥側に設定されている虞がある。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍ以下であると判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、Ｓ１０７の処理を行わない。したがって、目標カウント値θｃｍｄを目標補正値θａのままとする。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより大きいと判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、Ｓ１０７へ移行し、目標カウント値θｃｍｄを目標制限値θｌｉｍとする。

図９に示すように、Ｓ２０１では、目標角度設定部５４は、目標シフトレンジがｎｏｔＰレンジからＰレンジへ変化したか否かを判断する。目標シフトレンジがＰレンジへ変化していないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２０４へ移行する。目標シフトレンジがＰレンジに変化したと判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、目標角度設定部５４は、目標カウント値θｃｍｄを仮目標値θｔ２に設定する。Ｓ２０３では、目標角度設定部５４は、現在のエンコーダカウント値θｅｎから駆動制限量Ｋｌｉｍを減算し、目標制限値θｌｉｍを演算する（式（２−２）参照）。

Ｓ２０４では、目標角度設定部５４は、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出したか否かを判断する。ここでは、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ３から値Ｖ２に切り替わったとき、肯定判断する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出していないと判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０５以降の処理を行わず、本ルーチンを終了する。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓのエッジを検出したと判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。

Ｓ２０５では、目標角度設定部５４は、目標補正値θａを演算し（式（１−２）参照）、目標カウント値θｃｍｄを仮目標値θｔ１から目標補正値θａに変更する。

Ｓ２０６では、目標角度設定部５４は、目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより小さいか否かを判断する。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより小さい場合、目標カウント値θｃｍｄが壁部２２６よりも奥側に設定されている虞がある。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍ以上であると判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０７の処理を行わない。したがって、目標カウント値θｃｍｄを目標補正値θａのままとする。目標補正値θａが目標制限値θｌｉｍより小さいと判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行し、目標カウント値θｃｍｄを目標制限値θｌｉｍとする。駆動制御部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが設定された目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。

本実施形態のモータ制御処理を図１０に基づいて説明する。図１０では、第１壁部２２６の記載を省略した。ディテントスプリング２５の付勢力にて、ディテントローラ２６を谷部２２２に落とし込むことが可能な範囲である吸い込み範囲θｄは、谷部２２２の最底部から±θｇ以上の範囲であり、谷部２２２の最底部から第２壁部２２７までの角度である谷壁間角度θｖｗはガタ角度θｇ以上に設計される。

ディテントローラ２６が谷部２２１にあって、モータ軸１０５がガタ内の最もＰレンジ側にある状態から駆動される場合を「左詰めスタート」、最もｎｏｔＰレンジ側にある状態から駆動される場合を「右詰めスタート」とする。図１０では、上段に出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ、中段に左詰めスタートの場合、下段に右詰スタートの場合を示す。図中、左詰めスタート時のエンコーダカウント値をθｅｎ＿０Ｌ、右詰めスタート時のエンコーダカウント値をθｅｎ＿０Ｒとする。

図１０に示すように、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが正常である場合、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わるエッジ検出タイミングのエンコーダカウント値θｅｎ＿ｅｄｇおよび設計値Ｋ１に基づく目標補正値θａを目標カウント値θｃｍｄとするので、モータ軸１０５がガタ内のいずれの位置からスタートした場合であっても、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部にてモータ１０が停止する。そのため、モータ１０の停止後の振動を抑制することができる。

左詰めスタートの場合、目標制限値θｌｉｍは、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部にて停止する位置に設定される。右詰めスタートの場合、目標制限値θｌｉｍは、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部よりもガタ角度θｇの分、奥側まで回転する位置に設定されている。本実施形態では、谷壁間角度θｖｗがガタ角度θｇ以上に設計されているので、目標制限値θｌｉｍまでモータ１０を回転したとしても、ディテントローラ２６は壁部２２７の手前にて停止する。したがって、駆動開始時において、モータ軸１０５がガタ内のいずれの箇所にある場合であっても、ディテントローラ２６が第２壁部２２７に衝突するのを防ぐことができる。

また、吸い込み範囲θｄは、谷部２２２の最底部の両側にガタ角度θｇ以上となるように設計されている。そのため、右詰めスタートにて、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部よりも奥側となる目標制限値θｌｉｍまでモータ１０を回転させた場合であっても、ディテントスプリング２５の付勢力にて、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部に落とし込まれる。これにより、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが異常の場合であっても、シフトレンジを適切に切り替えることができる。

以上説明したように、本実施形態のシフトレンジ制御装置４０は、モータ１０の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトバイワイヤシステム１を制御するものであって、モータ角度演算部５１と、出力軸信号取得部５２と、目標角度設定部５４と、駆動制御部５５と、を備える。

モータ角度演算部５１は、モータ１０の回転を検出するエンコーダ１３からモータ１０の回転位置に応じたモータ回転角信号ＳＧＮ＿ｅｎを取得し、モータ回転角信号ＳＧＮ＿ｅｎに基づいてエンコーダカウント値θｅｎを演算する。出力軸信号取得部５２は、モータ１０の回転が伝達される出力軸１５の回転位置を検出する出力軸センサ１６から、出力軸１５の回転位置に応じた出力軸信号ＳＧＮ＿ｓを取得する。目標角度設定部５４は、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓに基づいて目標カウント値θｃｍｄを設定する。駆動制御部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。

目標角度設定部５４は、目標シフトレンジおよび出力軸信号ＳＧＮ＿ｓに基づいて設定された目標カウント値θｃｍｄが、切替前後のシフトレンジに応じて設定される目標制限値θｌｉｍよりも回転方向奥側まで回転させる値である場合、目標カウント値θｃｍｄを目標制限値θｌｉｍとする。これにより、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓの異常により、誤った目標カウント値θｃｍｄが設定されたとしても、目標カウント値θｃｍｄを目標制限値θｌｉｍに持ち替えることでシフトレンジを適切に切り替えることができる。

シフトバイワイヤシステム１は、複数の谷部２２１、２２２が形成され、出力軸１５と一体に回転するディテントプレート２１、シフトレンジに応じた谷部２２１、２２２に係合するディテントローラ２６、および、ディテントローラ２６を谷部２２１、２２２に嵌まり合う方向に付勢するディテントスプリング２５を有する。モータ１０の回転軸であるモータ軸１０５と出力軸１５との間には、遊びが形成される。遊びの合計に相当する角度をガタ角度θｇとする。

目標制限値は、切替前のシフトレンジに対応する谷部と目標シフトレンジに対応する谷部との間の角度、および、ガタ角度θｇに応じて設定される。これにより、レンジ切替機能を阻害することなく、シフトレンジを適切に切り替えることができる。

谷部には、一端側に設けられＰレンジに対応する第１谷部２２１、および、他端側に設けられＰレンジ以外のレンジに対応する第２谷部２２２が含まれる。ディテントプレート２１には、第１谷部２２１の一端側に設けられる第１壁部２２６、および、第２谷部２２２の他端側に設けられる第２壁部２２７が形成される。第１谷部２２１と第１壁部２２６との間の角度、および、第２谷部２２２と第２壁部２２７との間の角度は、ガタ角度θｇより大きい。

目標制限値θｌｉｍは、第１壁部２２６または第２壁部２２７よりもディテントローラ２６が手前側となる位置、かつ、ディテントスプリング２５の付勢力にてディテントローラ２６を目標シフトレンジに応じた谷部２２１、２２２に嵌め込み可能である吸い込み範囲内に設定される。これにより、ディテントローラ２６が壁部２２６、２２７に衝突することなく、シフトレンジを適切に切り替えることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１１に示す。図１１は、図１０と対応する図である。出力軸信号ＳＧＮ＿ｓが正常である場合の目標カウント値θｃｍｄの設定については、上記実施形態と同様であるので、省略する。本実施形態では、目標制限値θｌｉｍが上記実施形態と異なる。図１１では、ＰレンジからｎｏｔＰレンジへの切り替えについて説明する。ガタ角度θｇは、上記実施形態と同様、出力軸１５の角度で３．５°とする。

本実施形態では、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合、ディテントローラ２６が谷部２２２の最底部を中心とする制御範囲θｃ内となるように、モータ１０の駆動を制御する。制御範囲θｃは、出力軸１５の角度で、例えば谷部２２２の最底部から±１．５°とすると、制御範囲θｃは３°であり、ガタ角度θｇより小さい。制御範囲θｃについても、目標カウント値θｃｍｄの設定に用いられる場合は、エンコーダカウント値θｅｎに換算した値を用いる。本実施形態では、駆動制限量Ｋｌｉｍは、谷谷間角度θｖ、ガタ角度θｇ、および、制御範囲θｃに基づいて、式（４）にて設定される。目標角度設定処理の詳細は、上記実施形態と同様である。

Ｋｌｉｍ＝θｖ＋θｇ−（１／２）×θｃ ・・・（４）

図１１に示すように、左詰めスタートにてシフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える場合、目標制限値θｌｉｍは、ディテントローラ２６が制御範囲θｃ内の最も手前側に設定される。右詰めスタートの場合、目標制限値θｌｉｍは、ディテントローラ２６が制御範囲θｃ内の最も奥側に設定される。これにより、駆動開始時において、モータ軸１０５がガタ内のいずれの箇所にある場合であっても、ディテントローラ２６が第２壁部２２７に衝突するのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、右詰めスタートの場合であっても、谷部２２２中心から｛θｇ−（１／２）×θｃ｝よりも奥側までディテントローラ２６が回転されることがない。本実施形態の例では、｛θｇ−（１／２）×θｃ｝は、２°である。したがって、谷壁間角度θｖｗを｛θｇ−（１／２）×θｃ｝以上とすればよい。また、吸い込み範囲θｄを、谷部２２２の最底部から±｛θｇ−（１／２）×θｃ｝以上とすればよい。これにより、谷壁間角度θｖｗを小さくでき、シフトレンジ切替機構２０を小型化することができる。

目標制限値θｌｉｍは、谷部２２１、２２２にてディテントローラ２６を停止させる制御範囲θｃに応じて設定される。これにより、出力軸信号ＳＧＮ＿ｓに異常が生じた場合であっても、精度よくモータ１０を制御することができる。また、谷部２２１、２２２と壁部２２６、２２７との間の角度である谷壁間角度を小さくできるので、シフトレンジ切替機構２０を小型化することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ディテントプレートには２つの谷部が形成される。他の実施形態では、ディテントプレートに形成される谷部の数は、３以上であってもよい。例えば、ディテントプレートの谷部が４つであって、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）の各レンジに対応するようにしてもよい。この場合、Ｐレンジに対応する谷部が第１谷部、Ｄレンジに対応する谷部が第２谷部に対応し、両側に壁部が形成される。そのため、Ｐレンジへの切替時、および、Ｄレンジへの切替時において、出力軸信号による誤補正により、ディテントローラが壁部に衝突する虞があるので、目標制限値による制限を行う。また、ＲレンジまたはＮレンジへの切替時においても、同様に目標制限値による制限を行ってもよいし、当該レンジに対応する谷部は壁部に隣接していないため、目標制限値による制限を省略してもよい。また、シフトレンジ切替機構やパーキングロック機構等は、上記実施形態と異なっていてもよい。

第１実施形態では、目標制限値は、谷谷間角度およびガタ角度に基づいて決定される。第２実施形態では、目標制限値は、谷谷間角度およびガタ角度に加え、制限範囲に基づいて決定される。他の実施形態では、目標制限値は、シフトレンジを切替可能であって、ディテントローラが壁部に衝突しない範囲で任意に設定可能である。

上記実施形態では、出力軸信号の段階数は３である。他の実施形態では、出力軸信号の段階数は２でもよいし、４以上でもよい。また、出力軸信号は、ステップ状に変化する信号に限らず、例えば値がリニアに変化するもの等、出力軸の回転に応じて値が変化するものであれば、どのようなものであってもよい。また、出力軸センサは、磁気センサに限らず、例えばポテンショメータ等、出力軸の回転を検出可能などのようなものを用いてもよい。

上記実施形態では、モータは、ＳＲモータである。他の実施形態では、モータは、例えばＤＣブラシレスモータ等、どのようなモータであってもよい。上記実施形態では、モータの巻線組数については言及していないが、巻線組は１組でもよいし、複数組でもよい。上記実施形態では、モータ回転角センサは、エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、エンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。

上記実施形態では、モータ軸と出力軸との間に減速機が設けられる。減速機の詳細について、上記実施形態では言及していないが、例えば、サイクロイド歯車、遊星歯車、モータ軸と略同軸の減速機構から駆動軸へトルクを伝達する平歯歯車を用いたものや、これらを組み合わせて用いたもの等、どのような構成であってもよい。また、他の実施形態では、モータ軸と出力軸との間の減速機を省略してもよいし、減速機以外の機構を設けてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・シフトバイワイヤシステム（シフトレンジ切替システム）
１０・・・モータ １３・・・エンコーダ（モータ回転角センサ）
１５・・・出力軸 １６・・・出力軸センサ
２０・・・シフトレンジ切替機構
４０・・・シフトレンジ制御装置
５１・・・モータ角度演算部
５２・・・出力軸信号取得部
５４・・・目標角度設定部
５５・・・駆動制御部

Claims (4)

1. モータ（１０）の駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるシフトレンジ切替システム（１）を制御するシフトレンジ制御装置であって、
   前記モータの回転を検出するモータ回転角センサ（１３）から前記モータの回転位置に応じたモータ回転角信号を取得し、前記モータ回転角信号に基づいてモータ角度を演算するモータ角度演算部（５１）と、
   前記モータの回転が伝達される出力軸（１５）の回転位置を検出する出力軸センサ（１６）から、前記出力軸の回転位置に応じた出力軸信号を取得する出力軸信号取得部（５２）と、
   目標シフトレンジおよび前記出力軸信号に基づいて目標回転角度を設定する目標角度設定部（５４）と、
   前記モータ角度が前記目標回転角度となるように前記モータの駆動を制御する駆動制御部（５５）と、
   を備え、
   前記目標角度設定部は、前記出力軸信号に基づいて設定された前記目標回転角度が、切替前後のシフトレンジに応じて設定される目標制限値よりも回転方向奥側まで回転させる値である場合、前記目標回転角度を前記目標制限値とするシフトレンジ制御装置。
2. 前記シフトレンジ切替システムは、複数の谷部（２２１、２２２）が形成され前記出力軸と一体に回転する回転部材（２１）、シフトレンジに応じた前記谷部に係合する係合部材（２６）、および、前記係合部材を前記谷部に嵌まり合う方向に付勢する付勢部材（２５）を有し、前記モータの回転軸であるモータ軸（１０５）と前記出力軸との間には遊びが形成されており、前記遊びの合計に相当する角度をガタ角度とすると、
   前記目標制限値は、切替前のシフトレンジに対応する前記谷部と前記目標シフトレンジに対応する前記谷部との間の角度、および、前記ガタ角度に応じて設定される請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
3. 前記目標制限値は、前記谷部にて前記係合部材を停止させる制御範囲に応じて設定される請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。
4. 前記谷部には、一端側に設けられＰレンジに対応する第１谷部（２２１）、および、他端側に設けられＰレンジ以外のレンジに対応する第２谷部（２２２）が含まれ、
   前記回転部材には、前記第１谷部の一端側に設けられる第１壁部（２２６）、および、前記第２谷部の他端側に設けられる第２壁部（２２７）が形成され、
   前記第１谷部と前記第１壁部との間の角度、および、前記第２谷部と前記第２壁部との間の角度は、前記ガタ角度より大きく、
   前記目標制限値は、前記第１壁部または前記第２壁部よりも前記係合部材が手前側となる位置、かつ、前記付勢部材の付勢力にて前記係合部材を前記目標シフトレンジに応じた前記谷部に嵌め込み可能である吸い込み範囲内に設定される請求項２または３に記載のシフトレンジ制御装置。

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