JP7067382B2 - Shift range controller - Google Patents
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Description
本発明は、シフトレンジ制御装置に関する。 The present invention relates to a shift range control device.
従来、運転者からのシフトレンジ切り替え要求に応じてモータ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制御装置が知られている。例えば特許文献1では、モータ速度が目標モータ速度以上となるまでの間、最大デューティでモータを駆動している。
Conventionally, a shift range control device for switching a shift range by controlling a motor in response to a shift range switching request from a driver has been known. For example, in
例えば、低速回転時のデューティが大きいと、電流が大きくなり、駆動回路等が故障する虞がある。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、過電流を抑制可能なシフトレンジ制御装置を提供することにある。 For example, if the duty at low speed rotation is large, the current becomes large and there is a risk that the drive circuit or the like will break down. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a shift range control device capable of suppressing an overcurrent.
本発明のシフトレンジ制御装置は、モータ巻線(11、12)を有するモータ(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ものであって、駆動回路(41、42)と、制御部(50)と、を備える。駆動回路は、モータ巻線の通電を切り替えるスイッチング素子(411~416、421~426)を有する。 The shift range control device of the present invention controls the switching of the shift range by controlling the drive of the motor (10) having the motor windings (11, 12), and controls the switching of the shift range with the drive circuit (41, 42). , A control unit (50). The drive circuit includes switching elements (411 to 416, 421 to 426) for switching the energization of the motor winding.
制御部は、モータ角度演算部(51)、駆動制御部(53)、および、デューティ制限部(55)を有する。モータ角度演算部は、モータの回転位置を検出する回転角センサ(13)から取得される信号に基づき、モータ角度を演算する。駆動制御部は、モータ角度が目標シフトレンジに応じた目標回転角度となるように、モータの駆動を制御する。デューティ制限部は、所定期間におけるスイッチング素子のオン時間の割合であるデューティを制限するデューティ制限値を、モータ角度に応じて決定する。これにより、過電流を抑制可能である。 The control unit includes a motor angle calculation unit (51), a drive control unit (53), and a duty limiting unit (55). The motor angle calculation unit calculates the motor angle based on the signal acquired from the rotation angle sensor (13) that detects the rotation position of the motor. The drive control unit controls the drive of the motor so that the motor angle becomes the target rotation angle according to the target shift range. The duty limiting unit determines a duty limiting value that limits the duty, which is the ratio of the on-time of the switching element in a predetermined period, according to the motor angle. As a result, overcurrent can be suppressed.
以下、本発明による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。 Hereinafter, the shift range control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, in a plurality of embodiments, substantially the same configurations are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
(第1実施形態)
第1実施形態を図1~図6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。
(First Embodiment)
The first embodiment is shown in FIGS. 1 to 6. As shown in FIGS. 1 and 2, the shift-by-
モータ10は、図示しない車両に搭載されるバッテリ45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、永久磁石式のDCブラシレスモータである。
The
図3に示すように、モータ10は、図示しないステータに巻回される2組のモータ巻線11、12を有する。第1モータ巻線11は、U1コイル111、V1コイル112、および、W1コイル113を有する。第2モータ巻線12は、U2コイル121、V2コイル122、および、W2コイル123を有する。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、モータ回転角センサとしてのエンコーダ13は、ロータ105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、B相およびC相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する3相エンコーダである。
As shown in FIG. 2, the
減速機14は、モータ10のモータ軸と出力軸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15には、出力軸15の角度を検出する出力軸センサ16が設けられる。本実施形態の出力軸センサ16は、例えばポテンショメータである。
The
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、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。
As shown in FIG. 1, the shift
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。
The
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。
The
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、2つの凹部22、23が設けられる。本実施形態では、ディテントスプリング25の基部に近い側を凹部22、遠い側を凹部23とする。本実施形態では、凹部22がPレンジ以外のNotPレンジに対応し、凹部23がPレンジに対応する。
Two
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が凹部22、23間を移動する。ディテントローラ26が凹部22、23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、凹部22に嵌まり込み、Pレンジのとき、凹部23に嵌まり込む。
The
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。
The
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。
The
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。
The
図2および図3に示すように、シフトレンジ制御装置40は、駆動回路としてのモータドライバ41、42、および、ECU50等を備える。図3に示すように、第1モータドライバ41は、第1モータ巻線11の通電を切り替える3相インバータであって、スイッチング素子411~416がブリッジ接続される。対になるU相のスイッチング素子411、414の接続点には、U1コイル111の一端が接続される。対になるV相のスイッチング素子412、415の接続点には、V1コイル112の一端が接続される。対になるW相のスイッチング素子413、416の接続点には、W1コイル113の一端が接続される。コイル111~113の他端は、結線部115で結線される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the shift
第2モータドライバ42は、第2モータ巻線12の通電を切り替える3相インバータであって、スイッチング素子421~426がブリッジ接続される。対になるU相のスイッチング素子421、424の接続点には、U2コイル121の一端が接続される。対になるV相のスイッチング素子422、425の接続点には、V2コイル122の一端が接続される。対になるW相のスイッチング素子423、426の接続点には、W2コイル123の一端が接続される。コイル121~123の他端は、結線部125で結線される。本実施形態のスイッチング素子411~416、421~426は、MOSFETであるが、IGBT等の他の素子を用いてもよい。
The
図2および図3に示すように、モータドライバ41とバッテリ45との間には、モータリレー46が設けられる。モータドライバ42とバッテリ45との間には、モータリレー47が設けられる。モータリレー46、47は、イグニッションスイッチ等である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、47がオンされているとき、バッテリ45からモータ10側へ電力が供給され、オフされているとき、バッテリ45からモータ10側への電力が遮断される。バッテリ45の高電位側には、バッテリ電圧を検出する電圧センサ48が設けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
図2に示すように、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。
As shown in FIG. 2, the
ECU50は、スイッチング素子411~416のオンオフ作動を制御し、図示しないシフトレバー等の操作により入力されるドライバ要求シフトレンジと、シフトレンジ切替機構20におけるシフトレンジとが一致するように、モータ10の駆動を制御する。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。
The
ECU50は、角度演算部51、駆動制御部53、および、デューティ制限部55等を有する。角度演算部51は、エンコーダ13から出力されるエンコーダ信号の各相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。
The
駆動制御部53は、エンコーダカウント値θenが、目標シフトレンジに応じて設定される目標カウント値θcmdとなるように、モータ10の駆動を制御する。本実施形態では、エンコーダカウント値θenに基づいて、通電相を切り替えていくことで、モータ10を回転させる。例えば通電相がUV相であれば、U相の上アーム素子であるスイッチング素子411、421をオン、V相の下アーム素子であるスイッチング素子415、425を設定されたデューティDにてオンオフする。デューティDは、1周期中におけるオン時間の割合であり、本実施形態では、加速時を正、減速時を負として定義する。デューティ制限部55は、デューティDを制限するデューティ制限値Dlimを設定する。
The
ここで、モータ回転数、トルク、および、モータ電流の関係を図4に示す。図4は、横軸をトルク、縦軸をモータ回転数およびモータ電流とする。図4に示すように、モータ回転数が小さい状態にて大きなトルクを出力する場合、モータ電流が大きくなる。また、モータ電流Imが上限値Ilimを超えると、モータドライバ41、42の故障に至る虞がある。
Here, the relationship between the motor rotation speed, the torque, and the motor current is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents torque, and the vertical axis represents motor rotation speed and motor current. As shown in FIG. 4, when a large torque is output in a state where the motor rotation speed is small, the motor current becomes large. Further, if the motor current Im exceeds the upper limit value Ilim, the
参考例として、レンジ切替時間が短くなるよう応答性を向上させるべく、モータ駆動初期の加速域におけるデューティを100%とすると、モータ低速時には、モータ電流Imが上限値Ilimを超え、モータドライバ41、42を破壊する虞がある。これを回避するための対策として、電流制限回路を設けることもできるが、当該機能を実現するための部品が別途必要となり、部品点数の増加および基板上の実装面積が増加してしまう。また、ソフトウェアで電流制限機能を入れる場合、スイッチング素子のオン時間の所定タイミングでのAD変換等、ハイスペックな演算性能が要求される。また、電流制限回路またはソフトウェアでの電流制限を行うと、最大トルクが低下するため、応答性が低下する。
As a reference example, if the duty in the acceleration range at the initial stage of motor drive is set to 100% in order to improve the responsiveness so that the range switching time is shortened, the motor current Im exceeds the upper limit value Illim at low speed of the motor, and the
そこで本実施形態では、エンコーダカウント値θen応じてデューティ制限値Dlimを可変させることで、回路変更等を行うことなく、応答性を犠牲にすることもなく、過電流を防ぎ、モータドライバ41、42を保護する。
Therefore, in the present embodiment, by varying the duty limit value Dlim according to the encoder count value θen, overcurrent can be prevented without changing the circuit, without sacrificing responsiveness, and the
本実施形態のデューティ制限値演算処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、レンジ切替中において、デューティ制限部55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。
The duty limit value calculation process of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is executed by the
デューティ制限値演算処理の説明に先立ち、駆動カウントθAおよび残りカウントθBについて説明する。目標シフトレンジが切り替わったとき、モータ10の駆動を開始する前のエンコーダカウント値である駆動開始時のエンコーダカウント値θen_initが図示しない記憶部に保持される。現在のエンコーダカウント値θenと駆動開始時のエンコーダカウント値θen_initとの差の絶対値を駆動カウントθAとする(式(1)参照)。
Prior to the description of the duty limit value calculation process, the drive count θA and the remaining count θB will be described. When the target shift range is switched, the encoder count value θen_init at the start of driving, which is the encoder count value before starting driving of the
θA=|θen-θen_init| ・・・(1) θA = | θen-θen_init | ... (1)
また、目標シフトレンジが切り替わると、目標シフトレンジに応じた目標カウント値θcmdが設定される。目標カウント値θcmdと現在のエンコーダカウント値θenとの差の絶対値を残りカウントθBとする(式(2)参照)。 Further, when the target shift range is switched, the target count value θcmd corresponding to the target shift range is set. The absolute value of the difference between the target count value θcmd and the current encoder count value θen is defined as the remaining count θB (see equation (2)).
θB=|θcmd-θen| ・・・(2) θB = | θcmd-θen | ... (2)
図5中のS101では、デューティ制限部55は、駆動カウントθAが1より小さいか否かを判断する。駆動カウントθAが1より小さいと判断された場合(S101:YES)、S102へ移行し、デューティ制限値Dlimを50%とする。駆動カウントθAが1以上であると判断された場合(S101:NO)、S103へ移行する。
In S101 in FIG. 5, the
S103では、デューティ制限部55は、駆動カウントθAが2より小さいか否かを判断する。駆動カウントθAが2より小さいと判断された場合(S103:YES)、S104へ移行し、デューティ制限値Dlimを60%とする。駆動カウントθAが2以上であると判断された場合(S103:NO)、S105へ移行する。
In S103, the
S105では、デューティ制限部55は、駆動カウントθAが3より小さいか否かを判断する。駆動カウントθAが3より小さいと判断された場合(S105:YES)、S106へ移行し、デューティ制限値Dlimを70%とする。駆動カウントθAが3以上であると判断された場合(S105:NO)、S107へ移行する。
In S105, the
S107では、デューティ制限部55は、駆動カウントθAが4より小さいか否かを判断する。駆動カウントθAが4より小さいと判断された場合(S107:YES)、S108へ移行し、デューティ制限値Dlimを80%とする。駆動カウントθAが4以上であると判断された場合(S107:NO)、S109へ移行する。
In S107, the
S109では、デューティ制限部55は、駆動カウントθAが5より小さいか否かを判断する。駆動カウントθAが5より小さいと判断された場合(S109:YES)、S110へ移行し、デューティ制限値Dlimを90%とする。駆動カウントθAが5以上であると判断された場合(S109:NO)、S111へ移行する。
In S109, the
S111では、デューティ制限部55は、残りカウントθBが2より小さいか否かを判断する。残りカウントθBが2より小さいと判断された場合(S111:YES)、S112へ移行し、デューティ制限値Dlimを50%とする。残りカウントθBが2以上であると判断された場合(S111:NO)、S113へ移行する。
In S111, the
S113では、デューティ制限部55は、残りカウントθBが3より小さいか否かを判断する。残りカウントθBが3より小さいと判断された場合(S113:YES)、S114へ移行し、デューティ制限値Dlimを60%とする。残りカウントθBが3以上であると判断された場合(S113:NO)、S115へ移行する。
In S113, the
S115では、デューティ制限部55は、残りカウントθBが4より小さいか否かを判断する。残りカウントθBが4より小さいと判断された場合(S115:YES)、S116へ移行し、デューティ制限値Dlimを70%とする。残りカウントθBが4以上であると判断された場合(S115:NO)、S117へ移行する。
In S115, the
S117では、デューティ制限部55は、残りカウントθBが5より小さいか否かを判断する。残りカウントθBが5より小さいと判断された場合(S117:YES)、S118へ移行し、デューティ制限値Dlimを80%とする。残りカウントθBが4以上であると判断された場合(S117:NO)、すなわち、駆動カウントθAが5以上であり、かつ、残りカウントθBが5以上の場合、デューティ制限を行わず、本処理を終了する。
In S117, the
図5では、駆動初期のデューティ制限値Dlimを50%とし、エンコーダカウント値θenが1カウント変わるごとに、デューティ制限値Dlimを10%ずつ増やし、5カウント以上、モータ10が駆動された場合、デューティ制限を解除している。また、目標カウント値θcmdまで残り4カウントとなったときのデューティ制限値Dlimを80%とし、エンコーダカウント値θenが1カウント変わるごとに、デューティ制限値Dlimを10%ずつ減らし、目標カウント値θcmdまで残り1カウントでのデューティ制限値Dlimを50%としている。図5にて示したデューティ制限値Dlimおよびデューティ制限値Dlimを切り替えるカウント幅等は、一例であって、任意に設定可能である。 In FIG. 5, the duty limit value Dlim at the initial stage of driving is set to 50%, and the duty limit value Dlim is increased by 10% each time the encoder count value θen changes by 1 count. The restriction has been lifted. Further, the duty limit value Dlim is set to 80% when the remaining 4 counts are reached up to the target count value θcmd, and the duty limit value Dlim is reduced by 10% each time the encoder count value θen changes by 1 count to reach the target count value θcmd. The duty limit value Dlim in the remaining 1 count is set to 50%. The duty limit value Dlim and the count width for switching the duty limit value Dlim shown in FIG. 5 are examples and can be set arbitrarily.
本実施形態の駆動制御処理を図6のタイムチャートに示す。図6では、横軸を共通時間軸とし、上段から、シフトレンジ切替要求、角度、デューティ、回転数、モータ電流を示す。角度は、エンコーダカウント値θenを実線、目標カウント値θcmdを一点鎖線で示した。また、Pレンジに対応するエンコーダカウント値を(P)、notPレンジに対応する角度を(notP)と記載した。また、本実施形態では、実際のデューティDを実線、デューティ制限値Dlimを二点鎖線で示し、加速時を正、減速時を負と定義する。すなわち、正負が異なっていても、絶対値が同じであれば、所定期間におけるオン時間の比は同じであり、デューティ制限値Dlimは、絶対値が等しい正負両側の値に設定される。ここでは、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。図7、図9および図10も同様とする。 The drive control process of this embodiment is shown in the time chart of FIG. In FIG. 6, the horizontal axis is a common time axis, and the shift range switching request, the angle, the duty, the rotation speed, and the motor current are shown from the upper stage. As for the angles, the encoder count value θen is shown by a solid line, and the target count value θcmd is shown by a alternate long and short dash line. Further, the encoder count value corresponding to the P range is described as (P), and the angle corresponding to the notP range is described as (notP). Further, in the present embodiment, the actual duty D is indicated by a solid line, the duty limit value Dlim is indicated by a two-dot chain line, and acceleration is defined as positive and deceleration is defined as negative. That is, even if the positive and negative values are different, if the absolute values are the same, the ratio of the on-time in a predetermined period is the same, and the duty limit value Dlim is set to both positive and negative values having the same absolute value. Here, a case of switching from the P range to the notP range will be described as an example. The same applies to FIGS. 7, 9 and 10.
図6に示すように、時刻t10にて、要求シフトレンジがPレンジからnotPレンジに切り替わると、切替要求がオンになる。また、制御モードがスタンバイモードからフィードバックモードに切り替わり、目標カウント値θcmdが設定される。本実施形態では、時刻t10から時刻t12までを加速域、時刻t12から時刻t13までを定速域、時刻t13から時刻t15までを減速域とする。また、時刻t15にて、エンコーダカウント値θenが目標カウント値θcmdを含む所定範囲内(例えば±2カウント)となると、フィードバックモードから停止モードに切り替える。停止制御では、所定デューティでの固定相通電を行い、モータ10を確実に停止させる。なお、停止制御は固定相通電に限らず、どのような制御であってよい。所定時間に亘って停止制御を行った後、時刻t16にてスタンバイモードに切り替える。
As shown in FIG. 6, when the required shift range is switched from the P range to the notP range at time t10, the switching request is turned on. Further, the control mode is switched from the standby mode to the feedback mode, and the target count value θcmd is set. In the present embodiment, the acceleration region is from time t10 to time t12, the constant speed region is from time t12 to time t13, and the deceleration region is from time t13 to time t15. Further, at time t15, when the encoder count value θen falls within a predetermined range including the target count value θcmd (for example, ± 2 counts), the feedback mode is switched to the stop mode. In the stop control, the fixed phase energization is performed with a predetermined duty, and the
ここで、図7に示す参考例のように、駆動開始直後の低速回転時において、デューティ制限を行わず、例えばデューティ100%にてモータ10を駆動すると、時刻tx1から時刻tx2の期間、上限値Ilimを超えるモータ電流Imが流れる。また、減速時においても、デューティ制限を行わず、例えばデューティ-100%にてモータ10を駆動すると、時刻ty1から時刻ty2の期間、上限値Ilimを超える電流が流れる。
Here, as in the reference example shown in FIG. 7, when the
シフトレンジを切り替える際、切替要求に応じてモータ10の駆動を開始し、目標シフトレンジに応じた目標カウント値θcmdにてモータ10を停止させる。そのため、駆動カウントθAおよび残りカウントθBが小さいとき、モータ10が低速回転しておりモータ電流Imが大きくなる虞があるので、デューティ制限値Dlimを小さく設定する。これにより、モータドライバ41、42を保護可能である。一方、駆動カウントθAおよび残りカウントθBが大きいとき、モータ10はある程度以上の高速回転しておりモータ電流Imが小さくなるため、デューティ制限をしない。これにより、トルクを抑制せず、応答性を確保可能である。
When switching the shift range, the
具体的には、図6に示すように、時刻t10では、駆動カウントθA=0であるので、デューティ制限値Dlimを50%とする。また、駆動カウントθAが1カウント増えるごとに、モータ10の回転速度が大きくなるので、デューティ制限値Dlimを、60%、70%、80%、90%と段階的に引き上げていく。時刻t11にて、駆動カウントθAが5以上となると、デューティ制限値Dlimを100%とし、デューティ制限を解除する。また、残りカウントθBが5となるまでの間、デューティ制限が行われていない状態を継続する。
Specifically, as shown in FIG. 6, at time t10, the drive count θA = 0, so the duty limit value Dlim is set to 50%. Further, since the rotation speed of the
時刻t14にて、残りカウントθBが4になると、デューティ制限値Dlimを80%とする。また、残りカウントθBが1カウント減るごとに、モータ10の回転速度が小さくなるので、デューティ制限値Dlimを70%、60%、50%と引き下げていく。これにより、シフトレンジ切替開始から完了までの間のモータ電流Imを、上限値Ilim未満に抑えることができる。
When the remaining count θB reaches 4 at time t14, the duty limit value Dlim is set to 80%. Further, since the rotation speed of the
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、モータ巻線11、12を有するモータ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ものであって、モータドライバ41、42と、ECU50と、を備える。モータドライバ41、42は、モータ巻線11、12の通電を切り替えるスイッチング素子411~416、421~426を有する。
As described above, the shift
ECU50は、モータ角度演算部51、駆動制御部53、および、デューティ制限部55を有する。モータ角度演算部51は、モータ10の回転位置を検出するエンコーダ13から取得されるエンコーダ信号に基づき、エンコーダカウント値θenを演算する。駆動制御部53は、エンコーダカウント値θenが目標シフトレンジに応じた目標カウント値θcmdとなるように、モータ10の駆動を制御する。デューティ制限部55は、所定期間におけるスイッチング素子411~416、421~426のオン時間の割合であるデューティDを制限するデューティ制限値Dlimを、エンコーダカウント値θenに応じて決定する。
The
本実施形態では、容易にモニタ可能な情報であるエンコーダカウント値θenに基づいてデューティ制限値Dlimを可変にすることで、回路変更等を行うことなく、過電流を抑制してモータドライバ41、42を保護可能であるとともに、レンジ切替応答性を確保することができる。
In the present embodiment, the duty limit value Dlim is made variable based on the encoder count value θen, which is easily monitorable information, so that overcurrent is suppressed without changing the circuit, and the
デューティ制限部55は、モータ加速時において、モータ10の駆動開始時のエンコーダカウント値θen_initと、現在のエンコーダカウント値θenとの差である駆動カウントθAが大きくなるほど、デューティ制限値Dlimが大きくなるように、デューティ制限値Dlimを決定する。これにより、モータ始動時の低速回転時の過電流を防ぐことができる。
The
デューティ制限部55は、モータ減速時において、目標カウント値θcmdと、現在のエンコーダカウント値θenとの差である残りカウントθBg小さくなるほど、デューティ制限値Dlimが小さくなるように、デューティ制限値Dlimを決定する。これにより、モータ停止前の低速回転時の過電流を防ぐことができる。
The
本実施形態では、モータドライバ41、42が「駆動回路」、ECU50が「制御部」、エンコーダ13が「回転角センサ」に対応する。また、エンコーダカウント値θenが「モータ角度」、目標カウント値θcmdが「目標回転角度」に対応する。
In this embodiment, the
(第2実施形態)
第2実施形態を図8~図10に示す。本実施形態では、エンコーダカウント値θenに応じたデューティ制限により、ロック電流による過電流を防ぐ。本実施形態のデューティ制限値演算処理を図8のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、目標シフトレンジが切り替わってから停止制御を開始するまでの期間に所定の周期で実行されるものであって、図5にて説明したデューティ制限値演算処理と並行して実施可能である。
(Second Embodiment)
The second embodiment is shown in FIGS. 8 to 10. In the present embodiment, the overcurrent due to the lock current is prevented by the duty limit according to the encoder count value θen. The duty limit value calculation process of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This processing is executed in a predetermined cycle during the period from the switching of the target shift range to the start of the stop control, and can be executed in parallel with the duty limit value calculation processing described with reference to FIG. be.
S201では、デューティ制限部55は、エンコーダカウント値θenが変化したか否かを判断する。エンコーダカウント値θenが変化したと判断された場合(S201:YES)、S202へ移行し、継続カウント値Ctをクリアし、本ルーチンを終了する。エンコーダカウント値θenが変化していないと判断された場合(S201:NO)、S203へ移行する。S203では、デューティ制限部55は、エンコーダカウント値θenが切り替わっていない時間を計時する継続カウント値Ctをインクリメントする。
In S201, the
S204では、デューティ制限部55は、推定回転数Neを算出する。推定回転数Neは、モータ10が正常に回転しているときの値であって、駆動カウントθAに基づくマップ演算等により算出される。
In S204, the
S205では、推定回転数Neに基づき、継続判定時間T_thを設定する。継続判定時間T_thは、推定回転数Neにてモータ10が回転しているときに、同一の通電相が継続される時間である同一通電相継続時間Te以上の値に設定される。また、継続判定時間T_thに相当するカウント値を判定カウント値Ct_thとする。
In S205, the continuation determination time T_th is set based on the estimated rotation speed Ne. The continuation determination time T_th is set to a value equal to or greater than the same energized phase continuation time Te, which is the time during which the same energized phase is continued when the
S206では、継続カウント値Ctが判定カウント値Ct_th以上か否かを判断する。継続カウント値Ctが判定カウント値Ct_th未満であると判断された場合(S206:NO)、S207の処理を行わず、本ルーチンを終了する。継続カウント値Ctが判定カウント値Ct_th以上であると判断された場合(S206:YES)、S207へ移行し、デューティ制限値Dlimを50%とする。ここで設定されるデューティ制限値Dlimは、ロック通電時にモータ電流Imが上限値Ilimを超えず、かつ、正常時に通電相を切替可能な任意の値とする。 In S206, it is determined whether or not the continuous count value Ct is equal to or greater than the determination count value Ct_th. When it is determined that the continuous count value Ct is less than the determination count value Ct_th (S206: NO), the process of S207 is not performed and this routine is terminated. When it is determined that the continuous count value Ct is equal to or greater than the determination count value Ct_th (S206: YES), the process proceeds to S207, and the duty limit value Dlim is set to 50%. The duty limit value Dlim set here is an arbitrary value in which the motor current Im does not exceed the upper limit value Ilim when the lock is energized and the energized phase can be switched when the lock is energized.
ここで参考例による駆動制御処理を図10に示す。時刻t10から時刻t11までの処理は第1実施形態と同様であって、時刻t11にて、デューティ制限が解除され、以降、デューティ制限値Dlim=100%となる。正常時、通電相が順次切り替わっていれば、電流が小さくなる(図6参照)。一方、正常時に定速域となる時刻t12より前のタイミングである時刻tz1にて、モータ10が停止する異常が発生した場合、同じ通電相にロック通電されると、上限値Ilimより大きいモータ電流Imが流れる虞がある。デューティ制限されないモータ電流Imが流れ続けると、異常確定までの間に、モータドライバ41、42の回路故障に至る虞がある。
Here, the drive control process according to the reference example is shown in FIG. The processing from the time t10 to the time t11 is the same as that of the first embodiment, and the duty limit is released at the time t11, and thereafter, the duty limit value Dlim = 100%. Under normal conditions, if the energized phases are switched in sequence, the current will decrease (see FIG. 6). On the other hand, if an abnormality occurs in which the
そこで本実施形態では、図9に示すように、駆動カウントθAに基づいて、推定回転数Neを算出する。そして、モータ10が推定回転数Neにて回転しているときの同一通電相継続時間Teを割り出し(図8中のS204)、継続判定時間T_thを設定する(S205)。例えば、推定回転数Neが4000[rpm]のとき、0.625[ms]で通電相が切り替わる計算であれば、継続判定時間T_thを1[ms]に設定する、といった具合である。そして、モータ10が停止する異常が発生した時刻tz1から、継続判定時間T_thが経過した時刻tz2にて、デューティ制限値Dlimを50%とする(S207)。また、異常発生から所定時間が経過した時刻tz3にて、異常確定し、フェイルモードに移行する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the estimated rotation speed Ne is calculated based on the drive count θA. Then, the same energized phase duration time Te when the
これにより、モータ10が停止する異常が発生している場合であっても、異常確定前に上限値Ilimを超えるモータ電流Imが流れないので、モータドライバ41、42の回路故障を防ぐことができる。
As a result, even if an abnormality occurs in which the
本実施形態では、デューティ制限部55は、モータ10の駆動制御中において、エンコーダカウント値θenが変化しない状態が継続判定時間T_thに亘って継続した場合、デューティ制限値Dlimを通常時よりも小さくする。これにより、モータ10が停止する故障が生じた場合の過電流が抑制され、モータドライバ41、42を保護することができる。
In the present embodiment, the
継続判定時間T_thは、モータ駆動開始時のエンコーダカウント値θen_initと、現在のエンコーダカウント値θenとの差である駆動カウントθAに基づいて推定される推定回転数Neに応じて設定される。これにより、モータ10が停止する故障が発生した場合において、デューティ制限を適切に行うことができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
The continuation determination time T_th is set according to the estimated rotation speed Ne estimated based on the drive count θA, which is the difference between the encoder count value θen_init at the start of motor drive and the current encoder count value θen. As a result, the duty can be appropriately limited when a failure occurs in which the
(他の実施形態)
第1実施形態では、駆動カウントθAおよび残りカウントθBに応じてデューティ制限を行う。他の実施形態では、例えば減速域において、デューティ制限を行わなくてもモータ電流が上限値を超えない場合、残りカウントθBに応じたモータ減速時のデューティ制限を省略してもよい。また上記実施形態では、(1)加速時のデューティ制限、(2)減速時のデューティ制限、(3)モータが停止する故障が生じたときのデューティ制限について説明した。他の実施形態では、上記(1)~(3)のうちの一部を省略してもよい。第2実施形態では、駆動カウントに応じて継続判定時間を可変とする。他の実施形態では、駆動カウントによらず、継続判定時間を固定としてもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment, the duty is limited according to the drive count θA and the remaining count θB. In another embodiment, for example, in the deceleration region, if the motor current does not exceed the upper limit value without performing the duty limit, the duty limit at the time of motor deceleration according to the remaining count θB may be omitted. Further, in the above embodiment, (1) the duty limit during acceleration, (2) the duty limit during deceleration, and (3) the duty limit when a failure occurs in which the motor stops are described. In other embodiments, some of the above (1) to (3) may be omitted. In the second embodiment, the continuation determination time is variable according to the drive count. In another embodiment, the continuation determination time may be fixed regardless of the drive count.
上記実施形態では、モータ巻線およびモータドライバが2組設けられる。他の実施形態では、モータ巻線およびモータドライバは1組であってもよいし、3組以上であってもよい。 In the above embodiment, two sets of motor windings and motor drivers are provided. In another embodiment, the motor winding and the motor driver may be one set or three or more sets.
上記実施形態では、モータの回転角を検出するモータ回転角センサは、3相エンコーダである。他の実施形態では、モータ回転角センサは、2相エンコーダであってもよいし、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、出力軸センサとしてポテンショメータを例示した。他の実施形態では、出力軸センサは、どのようなものであってもよい。また、出力軸センサを省略してもよい。 In the above embodiment, the motor rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor is a three-phase encoder. In another embodiment, the motor rotation angle sensor may be a two-phase encoder, and not limited to the encoder, any resolver or the like may be used. In the above embodiment, a potentiometer is exemplified as an output shaft sensor. In other embodiments, the output shaft sensor may be any. Further, the output shaft sensor may be omitted.
上記実施形態では、ディテントプレートには2つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は2つに限らず、例えばレンジ毎に凹部が設けられていてもよい。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。 In the above embodiment, the detent plate is provided with two recesses. In other embodiments, the number of recesses is not limited to two, and for example, recesses may be provided for each range. Further, the shift range switching mechanism, the parking lock mechanism, and the like may be different from those in the above embodiment.
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。 In the above embodiment, a speed reducer is provided between the motor shaft and the output shaft. Although the details of the speed reducer are not mentioned in the above embodiment, for example, cycloid gears, planetary gears, spur gears that transmit torque from a speed reduction mechanism substantially coaxial with the motor shaft to the drive shaft, and these Any configuration may be used, such as a combination of the above. Further, in another embodiment, the speed reducer between the motor shaft and the output shaft may be omitted, or a mechanism other than the speed reducer may be provided. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
10・・・モータ
11、12・・・モータ巻線
13・・・エンコーダ(モータ回転角センサ)
40・・・シフトレンジ制御装置
41、42・・・モータドライバ(駆動回路)
411~416、421~426・・・スイッチング素子
50・・・ECU(制御部)
51・・・角度演算部
53・・・駆動制御部
55・・・デューティ制限部
10 ...
40 ... Shift
411 to 416, 421 to 426 ... Switching
51 ...
Claims (5)
前記モータ巻線の通電を切り替えるスイッチング素子(411~416、421~426)を有する駆動回路(41、42)と、
前記モータの回転位置を検出する回転角センサ(13)から取得される信号に基づき、モータ角度を演算するモータ角度演算部(51)、前記モータ角度が目標シフトレンジに応じた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(53)、および、所定期間における前記スイッチング素子のオン時間の割合であるデューティを制限するデューティ制限値を、前記モータ角度に応じて決定するデューティ制限部(55)を有する制御部(50)と、
を備えるシフトレンジ制御装置。 A shift range control device that controls switching of a shift range by controlling the drive of a motor (10) having motor windings (11, 12).
A drive circuit (41, 42) having a switching element (411 to 416, 421 to 426) for switching the energization of the motor winding, and a drive circuit (41, 42).
The motor angle calculation unit (51) that calculates the motor angle based on the signal acquired from the rotation angle sensor (13) that detects the rotation position of the motor, and the motor angle becomes the target rotation angle according to the target shift range. As described above, the drive control unit (53) that controls the drive of the motor and the duty limit value that limits the duty, which is the ratio of the on-time of the switching element in a predetermined period, are determined according to the motor angle. A control unit (50) having a limiting unit (55) and
A shift range control device.
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