JP7087845B2 - 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制御装置が知られている。例えば特許文献１では、２つのマイコンのうちの１つによりモータの駆動が制御され、モータの駆動制御に用いられているマイコンに異常が生じた場合、モータの駆動制御に用いるマイコンを他のマイコンに切り替える。

特開２０１８－４０４６２号公報

ところで、複数の制御部の間での通信が行われない完全独立の場合、または、制御部間の通信に異常が生じた場合、シフトレンジの切り替え制御に用いる制御部を適切に選択できない虞がある。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、適切にシフトレンジを切り替え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）と、出力軸（１５）とを備えるシフトレンジ切替システム（１）において、モータの駆動を制御することでシフトレンジを切り替えるものであって、モータ巻線ごとに設けられる複数の制御部（５１、５２）を備える。モータは、複数組のモータ巻線（１１、１２）を有し、モータ巻線への通電によりおモータ軸（１０５）が回転する。出力軸には、モータ軸の回転が伝達される。

それぞれの制御部は、モータ回転角信号取得部（５１１、５２１）と、出力軸信号取得部（５１２、５２２）と、駆動制御部（５１３、５２３）と、異常判定部（５１６、５２６）と、を有する。モータ回転角信号取得部は、モータの回転位置を検出するモータ回転角センサ（１３１、１３２、１３３）から、モータ回転角信号を取得する。出力軸信号取得部は、出力軸の回転位置を検出する出力軸センサ（１６１、１６２）から出力軸信号を取得する。駆動制御部は、モータ巻線への通電を制御する。異常判定部は、モータ回転角センサの異常を判定する。

モータ巻線と、対応する制御部との組み合わせを系統とする。駆動制御部は、モータ回転角センサが正常である場合、モータ回転角信号を用いて自系統のモータ巻線の通電を制御する。

駆動制御部は、モータ回転角センサに異常が生じている場合であって、待機時間が経過する前に出力軸が回転していると判定された場合、自系統のモータ巻線への通電を行わない。また、駆動制御部は、モータ回転角センサに異常が生じている場合であって、待機時間が経過しても出力軸が回転していないと判定された場合、モータ回転角信号を用いずに自系統のモータ巻線への通電を行う。これにより、モータ回転角センサに異常が生じた場合であっても、適切にシフトレンジを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実施形態によるモータおよびモータドライバを示す回路図である。 第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。 第１実施形態による切替制御選択処理を説明するフローチャートである。 第１実施形態によるフィードバック制御でのレンジ切り替えを説明するフローチャートである。 第１実施形態によるオープン制御でのレンジ切り替えを説明するフローチャートである。 第１実施形態による遊びを説明する模式図である。 第１実施形態おいて、２系統ともが正常である場合のモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第１実施形態において、一方の系統にエンコーダ異常が生じている場合のモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第１実施形態において、両系統のエンコーダ異常が生じている場合のモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第２実施形態において、エンコーダ異常時における第１系統のモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第２実施形態において、エンコーダ異常時における第２系統のモータ駆動制御を説明するタイムチャートである。 第３実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。

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。

（第１実施形態）
第１実施形態を図１～図１１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。

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。

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１３１、１３２は、図示しないロータの回転位置を検出する。エンコーダ１３１、１３２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１３１、１３２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。

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１６１、１６２が設けられる。本実施形態の出力軸センサ１６１、１６２は、例えばポテンショメータである。

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、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、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。

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。

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～図４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、４２、および、制御部としてのマイコン５１、５２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。

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。

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。バッテリ４５の高電位側には、バッテリ電圧Ｖを検出する電圧センサ４８が設けられる。

ＥＣＵ５０は、スイッチング素子４１１～４１６、４２１～４２６のオンオフ作動を制御し、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、マイコン５１、５２等を有し、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。

図４に示すように、第１マイコン５１は、第１エンコーダ１３１から第１エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１を取得し、第１出力軸センサ１６１から第１出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１を取得する。第１マイコン５１は、第１モータドライバ４１のスイッチング素子４１１～４１６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、第１モータドライバ４１に出力する。制御信号に基づいてスイッチング素子４１１～４１６のオンオフ作動を制御することで、第１モータ巻線１１の通電が制御される。

第２マイコン５２は、第２エンコーダ１３２から第２エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ２を取得し、第２出力軸センサ１６２から第２出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ２を取得する。第２マイコン５２は、第２モータドライバ４２のスイッチング素子４２１～４２６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、第２モータドライバ４２に出力する。制御信号に基づいてスイッチング素子４２１～４２６のオンオフ作動を制御することで、第２モータ巻線１２の通電が制御される。以下、第１モータ巻線１１、および、第１モータ巻線１１の通電制御に係る第１マイコン５１等の組み合わせを第１系統とする。また、第２モータ巻線１２、および、第２モータ巻線１２の通電制御に係る第２マイコン５２等の組み合わせを第２系統とする。以下適宜、第１系統の係る構成および値に添え字の「１」を付し、第２系統に係る値に添え字の「２」を付す。

第１マイコン５１は、角度演算部５１１、信号取得部５１２、駆動制御部５１３、および、異常判定部５１６等を有する。角度演算部５１１は、エンコーダ１３１から出力されるエンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１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θｅｎ１を演算する。信号取得部５１２は、出力軸センサ１６１から出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１を取得する。

駆動制御部５１３は、ディテントローラ２６が目標シフトレンジに応じた凹部２２、２３に嵌まり合うように、モータ１０の駆動を制御する。駆動制御部５１３は、エンコーダ１３１が正常である場合、エンコーダカウント値θｅｎ１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θｃｍｄ１となるように、フィードバック制御によりモータ１０の駆動を制御する。また、駆動制御部５１３は、エンコーダ１３１が異常である場合、エンコーダカウント値θｅｎ１を用いず、所定時間ごとに通電相を切り替えるオープン制御により、モータ１０を駆動可能である。異常判定部５１６は、エンコーダ１３１の異常を判定する。

第２マイコン５２は、角度演算部５２１、信号取得部５２２、駆動制御部５２３、および、異常判定部５２６等を有する。角度演算部５２１は、エンコーダ１３２から出力されるエンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ２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θｅｎ２を演算する。信号取得部５２２は、出力軸センサ１６２から出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ２を取得する。

駆動制御部５２３は、ディテントローラ２６が目標シフトレンジに応じた凹部２２、２３に嵌まり合うように、モータ１０の駆動を制御する。駆動制御部５２３は、エンコーダ１３２が正常である場合、エンコーダカウント値θｅｎ２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θｃｍｄ２となるように、フィードバック制御によりモータ１０の駆動を制御する。また、駆動制御部５２３は、エンコーダ１３２が異常である場合、エンコーダカウント値θｅｎ２を用いず、所定時間ごとに通電相を切り替えるオープン制御により、モータ１０を駆動可能である。異常判定部５２６は、エンコーダ１３２の異常を判定する。

エンコーダカウント値θｅｎ１、θｅｎ２は、モータ１０の回転位置に応じた値である。本実施形態のフィードバック制御では、モータ角度としてのエンコーダカウント値θｅｎ１、θｅｎ２が目標回転位置としての目標カウント値θｃｍｄ１、θｃｍｄ２となるようにモータ１０の駆動を制御する。第１マイコン５１および第２マイコン５２の制御構成は略同じであるので、以下、制御の詳細は、第１マイコン５１を中心に説明する。なお、第２マイコン５２での演算に用いる値は、適宜第２系統のものに読み替える。

ここで、一方の系統にてエンコーダ異常が発生したとしても、他方の系統のエンコーダが正常であれば、正常系統でのフィードバック制御にてモータ１０を駆動可能である。例えば第２系統にてエンコーダ異常が生じ、第１系統にてエンコーダ異常が生じていない場合、第１系統にてフィードバック制御を継続可能である。そのため、第２系統では、オープン制御を行う必要がない。また、第１系統にてフィードバック制御を行っている状態にて、第２系統にてオープン制御を行うと、第１系統のフィードバック制御を阻害し、正常なレンジ切り替えができない虞がある。そのため、マイコン５１、５２では、他系統の異常状態を把握した上で、オープン制御に移行する必要がある。しかしながら、マイコン５１、５２が完全独立であってマイコン間での情報のやり取りがない場合、または、通信異常等により異常情報が共有できない場合、マイコン５１、５２は、他系統の異常情報を取得することができない。

そこで本実施形態では、エンコーダ異常が生じた場合、オープン制御開始にディレイを設け、制御対象である出力軸１５が他系統にて動かされているかを判定し、出力軸１５が動いていなければ、他系統でもエンコーダ異常が生じているとみなして、オープン制御を開始する。

本実施形態の切替制御選択処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、マイコン５１、５２のそれぞれにて、所定の周期（例えば１［ｍｓ］）で実行される。以下、ステップＳ１００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。ここでは、第１マイコン５１での処理として説明する。

Ｓ１００では、異常判定部５１６は、自系統のエンコーダ異常が生じているか否かを判断する。ここでいうエンコーダ異常とは、エンコーダ１３１そのもの異常に限らず、配線の断線等を含み、正常な第１エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１を取得できない状態を意味する。エンコーダ異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ２００へ移行し、フィードバック制御でのレンジ切り替えとする。エンコーダ異常が生じていると判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）Ｓ３００へ移行し、オープン制御でのレンジ切り替えとする。図中、フィードバックを「Ｆ／Ｂ」と記載する。

フィードバック制御でのレンジ切り替えを図６のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ２０１では、駆動制御部５１３は、シフトレンジ切替要求があるか否かを判断する。シフトレンジ切替要求がないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２０２の処理を行わず、本ルーチンを終了する。シフトレンジ切替要求があると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行し、フィードバック制御によりモータ１０の駆動を開始する。

オープン制御でのレンジ切り替えを図７のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ３０１では、Ｓ２０１と同様、駆動制御部５１３は、シフトレンジ切替要求があるか否かを判断する。シフトレンジ切替要求がないと判断された場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、Ｓ３０２以降の処理を行わず、本ルーチンを終了する。シフトレンジ切替要求があると判断された場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、Ｓ３０２へ移行する。

Ｓ３０２では、回転判定部５１７は、出力軸センサ１６１から取得される出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１に基づき、出力軸角度θｓ１が変化したか否かを判断する。出力軸角度θｓ１が変化したと判断された場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、Ｓ３０３へ移行する。Ｓ３０３では、第２系統によりモータ１０が駆動されているので、駆動制御部５１３は、オープン制御に移行せず、自系統でのレンジ切り替えをキャンセルする。出力軸角度θｓ１が変化していないと判断された場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、Ｓ３０４へ移行する。

Ｓ３０４では、駆動制御部５１３は、待機時間Ｔｗが経過したか否かを判断する。待機時間Ｔｗが経過していないと判断された場合（Ｓ３０４：ＮＯ）、Ｓ３０５の処理を行わず、本ルーチンを終了する。待機時間Ｔｗが経過していないと判断された場合（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、Ｓ３０５へ移行し、オープン制御によりモータ１０の駆動を開始する。

ここで、待機時間Ｔｗを図８に基づいて説明する。図８では、「遊び」の概念を模式的に示しており、出力軸１５と減速機１４とが一体となっており、モータ軸１０５が減速機１４の遊びの範囲で移動可能であるものとして記載している。なお、モータ軸１０５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」が存在しているように構成しても差し支えない。ここでは、モータ軸１０５と出力軸１５との間の「遊び」は、減速機１４のギアとモータ軸１０５との間に存在するものを中心に説明するが、「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、モータ軸１０５と出力軸１５との間の遊びやガタの合計を、「ガタＧ」とする。

ここでは、シフトレンジをＰレンジからｎｏｔＰレンジに切り替える例について説明する。図８では、モータ１０が回転することで、ディテントローラ２６が凹部２３から凹部２２へ移動する様子を模式的に示している。図８においては、モータ１０および出力軸１５の回転方向を紙面左右方向として説明する。実際には、ディテントプレート２１が出力軸１５と一体に回転することで、ディテントローラ２６が凹部２２、２３間を移動するが、図８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。

図８に示すように、モータ軸１０５と出力軸１５との間には、減速機１４が設けられており、モータ軸１０５と出力軸１５との間のギアバックラッシュを含む遊びが存在している。例えばモータ１０がＤＣブラシレスモータの場合、モータ１０への通電が停止されているとき、コギングトルクの影響により、遊びの範囲内にてモータ軸１０５が回転し、モータ軸１０５と減速機１４とが離間することがある。

また、矢印Ｙｇで示すように、モータ軸１０５と減速機１４とが離間している状態にてモータ１０が回転する場合、モータ軸１０５と減速機１４とが当接するまでの間、モータ１０は空走状態となり、出力軸１５は回転しない。そのため、モータ１０が駆動されていても、ガタＧをモータ軸１０５が空走する間は、出力軸１５は回転せず、出力軸センサ１６１、１６２の検出値は変化しない。そこで本実施形態では、他系統側の状態の誤判定を防ぐべく、待機時間Ｔｗを、モータ軸１０５がガタＧの一端側から他端側への空走に要する時間であるガタ空走時間Ｔｇ以上に設定する。以下、進行方向側にてモータ軸１０５と減速機１４とが当接する位置を、「ガタ詰まり位置」とする。

本実施形態のモータ駆動制御を図９～図１１のタイムチャートに基づいて説明する。図９～図１１では、共通時間軸を横軸とし、上段から、制御モード、シフトレンジの切替要求、および、角度を示す。角度は、エンコーダカウント値θｅｎ１を実線、目標カウント値θｃｍｄ１を一点鎖線、出力軸角度θｓ１を破線で示した。エンコーダカウント値θｅｎ１および目標カウント値θｃｍｄ１は、出力軸角度θｓ１と整合するよう、ギア比換算した値とする。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。後述の図１２および図１３も同様である。

図９には、２系統ともが正常である場合を示す。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。マイコン５１、５２では、モータ１０の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θｃｍｄ１が設定される。

時刻ｔ１０にてモータ１０が駆動されても、ガタ詰まり位置となる時刻ｔ１１まで、出力軸１５は回転しないので、出力軸角度θｓ１は変化しない。また、モータ１０の駆動が開始されてから、ガタ詰まり位置に到達するまでに要する時間は、待機時間Ｔｗより短い。

時刻ｔ１１にてモータ１０がガタ詰まり位置まで駆動されると、その後、モータ軸１０５と出力軸１５とが一体となって回転する。ディテントローラ２６がディテントプレート２１の凹部２２、２３間の頂点２１５（図８参照。）に到達する時刻ｔ１２までは、モータ軸１０５が先行し、頂点２１５を超えると、ディテントスプリング２５のスプリング力にて出力軸１５が先行する。エンコーダカウント値θｅｎ１が目標カウント値θｃｍｄ１を含む所定範囲内に到達した時刻ｔ１３では、制御モードを停止モードに切り替え、モータ１０を停止させるための停止制御を行う。停止制御が完了した時刻ｔ１４にて、制御モードをスタンバイモードに切り替える。

図１０には、一方の系統においてエンコーダ異常が生じており、他方の系統が正常である場合を示す。ここでは、第１系統が正常であり、第２系統にエンコーダ異常が生じているものとして説明する。

時刻ｔ２０にて要求シフトレンジが切り替わると、時刻ｔ１０と同様、切替要求がオンになる。第１マイコン５１では、モータ１０の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θｃｍｄ１が設定される。時刻ｔ２０～時刻ｔ２４の制御等は、時刻ｔ１０～時刻ｔ１４と同様であって、２系統でのフィードバック制御時よりもトルクが低下するため、２系統駆動時よりも長い時間を要する。

時刻ｔ２０にてモータ１０の駆動が開始されても、ガタ詰まり位置となる時刻ｔ２１まで、出力軸１５は回転しないので、出力軸角度θｓ１は変化しない。この例では、１系統でのフィードバック制御によりモータ１０が駆動されおり、ガタ詰まり位置に到達するまでに要する時間は、２系統駆動時よりも長くなるが、待機時間Ｔｗよりは短い。すなわち、２系統フィードバック制御時のガタ空走時間をＴｇ＿ｆ２、１系統フィードバック制御時のガタ空走時間をＴｇ＿ｆ１とすると、待機時間Ｔｗとの関係は、式（１）となる。

Ｔｇ＿ｆ２＜Ｔｇ＿ｆ１≦Ｔｗ ・・・（１）

ここで、第２系統ではエンコーダ異常が生じているので、第２マイコン５２では、スタンバイモードからオープンモードに切り替わるが、待機時間Ｔｗが経過するまでの間、オープン制御による第２モータ巻線１２への通電を行わない。また、第１系統によるフィードバック制御が開始されているので、待機時間Ｔｗが経過する前のタイミングである時刻ｔ２１にて出力軸１５が動き始めるため、第２マイコン５２では、オープン制御を行わず、切り替えをキャンセルする。これにより、第１系統でのフィードバック制御が阻害されることなく、モータ１０を適切に駆動可能である。

図１１は、両系統にてエンコーダ異常が生じている場合を示す。時刻ｔ３０にて要求シフトレンジが切り替わると、切替要求がオンになる。マイコン５１では、モータ１０の制御モードがスタンバイモードからオープンモードに切り替わるが、待機時間Ｔｗが経過するまでの間、オープン制御による第１モータ巻線１１への通電を行わない。

この例では、第２系統でもエンコーダ異常が生じているので、待機時間Ｔｗが経過しても、出力軸１５が駆動されない。そのため、待機時間Ｔｗが経過した時刻ｔ３２にて、オープン制御を開始し、所定時間ごとに通電相を切り替え、目標シフトレンジに応じた設計値までモータ１０を駆動させる。時刻ｔ３３にてディテントプレート２１の頂点２１５を超えるまではモータ軸１０５が先行し、頂点２１５を超えると、出力軸１５が先行する。時刻ｔ３４にて設計値までモータ１０を回転させた後、停止モードにて停止制御を行い、停止制御が完了した時刻ｔ３５にて、制御モードをスタンバイモードに切り替える。

オープン制御時はフィードバック制御時よりゆっくりモータ１０を回転させるため、フィードバック制御時よりもレンジ切替に長い時間を要する。なお、図１１では、説明のため、エンコーダカウント値θｅｎ１および目標カウント値θｃｍｄ１を記載しているが、エンコーダ異常が生じている場合、実際にはエンコーダカウント値θｅｎ１は検出されない。後述の図１２および図１３のエンコーダカウント値θｅｎ２および目標カウント値θｃｍｄ２ｓも同様である。

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と出力軸１５とを備えるシフトバイワイヤシステム１において、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ものである。モータ１０は、複数組のモータ巻線１１、１２を有し、モータ巻線１１、１２への通電によるモータ軸１０５が回転する。出力軸１５には、モータ軸１０５の回転が伝達される。シフトレンジ制御装置４０は、モータ巻線１１、１２ごとに設けられる複数のマイコン５１、５２を備える。マイコン５１、５２は、同様の構成を備えるので、以下、第１マイコン５１について言及する。

マイコン５１は、角度演算部５１１と、信号取得部５１２と、駆動制御部５１３と、異常判定部５１６と、を備える。角度演算部５１１は、モータの回転位置を検出するエンコーダ１３１からエンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１を取得する。信号取得部５１２は、出力軸１５の回転位置を検出する出力軸センサ１６１からの出力軸信号ＳＧＮ＿ｓ１を取得する。駆動制御部５１３は、モータ巻線１１への通電を制御する。異常判定部５１６は、エンコーダ１３１の異常を判定する。

ここで、モータ巻線１１、１２と、対応するマイコン５１、５２との組み合わせを系統とする。具体的には、第１モータ巻線１１と、対応する第１マイコン５１との組み合わせが第１系統であり、第２モータ巻線１２と、対応する第２マイコン５２との組み合わせが第２系統である。

駆動制御部５１３は、エンコーダ１３１が正常である場合、エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１を用いて自系統のモータ巻線１１の通電を制御する。エンコーダ１３１に異常が生じている場合であって、待機時間Ｔｗが経過する前に出力軸１５が回転していると判定された場合（図７中のＳ３０２：ＹＥＳ）、駆動制御部５１３は、自系統のモータ巻線１１への通電を行わない。すなわち待機時間Ｔｗが経過する前に、出力軸１５が回転している場合、他系統でのフィードバック制御が行われていると判定し、自系統でのオープン制御をキャンセルする。

また、エンコーダ１３１に異常が生じている場合であって、待機時間Ｔｗが経過しても出力軸１５が回転していないと判定された場合（Ｓ３０２：ＮＯ、かつ、Ｓ３０４：ＹＥＳ）、エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１を用いずに自系統のモータ巻線１１の通電を制御する。

本実施形態では、エンコーダ異常が生じた場合、待機時間Ｔｗが経過した後、エンコーダカウント値θｅｎ１、θｅｎ２を用いない制御であるオープン制御によりモータ１０の駆動を開始することで、エンコーダ１３１、１３２に異常が生じた場合であっても、モータ１０を駆動し、シフトレンジを切り替えることができる。また、待機時間Ｔｗを設けることで、マイコン５１、５２間にてエンコーダ異常に係る情報が共有できない場合であっても、待機時間Ｔｗが経過するまでに制御対象である出力軸１５が回転していれば、他系統にてフィードバック制御が行われているとみなし、オープン制御への移行を適切にキャンセルすることができる。換言すると、他系統にてフィードバック制御が可能ある状態にて、オープン制御に移行することにより他系統のフィードバック制御を阻害するのを防ぐことができる。

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。待機時間Ｔｗは、モータ１０の駆動開始から出力軸１５の駆動開始までに要する時間であるガタ空走時間Ｔｇ以上に設定される。ガタ空走状態を、エンコーダ異常であると誤判定するのを防ぐことができる。

本実施形態では、シフトバイワイヤシステム１が「シフトレンジ切替システム」、マイコン５１、５２が「制御部」、角度演算部５１１、５２１が「モータ回転角信号取得部」、信号取得部５１２、５２２が「出力軸信号取得部」、エンコーダ１３１、１３２が「モータ回転角センサ」に対応する。また、エンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅ１、ＳＧＮ＿ｅ２が「モータ回転角信号」、ガタ空走時間が「空走時間」に対応する。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１２および図１３に示す。第１実施形態で説明したように、両系統ともにエンコーダ異常が生じた場合、待機時間Ｔｗが経過した後にオープン制御へ移行する。ここで、例えばレンジ切替要求を認識するタイミングが第１マイコン５１と第２マイコン５２とでずれた場合、系統間でオープン制御を開始するタイミングがずれる虞がある。

そこで本実施形態では、第１マイコン５１での第１待機時間をＴｗ１、第２マイコン５２での第２待機時間をＴｗ２とし、第１マイコン５１と第２マイコン５２とで、オープン制御を開始するまでの待機時間を異ならせる。すなわち、第１マイコン５１ではＳ３０４での判定に第１待機時間Ｔｗ１を用い、第２マイコン５２ではＳ３０４での判定に第２待機時間Ｔｗ２を用いる。本実施形態では、ここでは、Ｔｗ１＜Ｔｗ２として説明する。

第１待機時間Ｔｗ１は、第１実施形態の待機時間Ｔｗと同様、１系統でのフィードバック制御によるガタ空走時間Ｔｇ＿ｆ１以上に設定される。第２待機時間Ｔｗ２は、第１待機時間Ｔｗ１および１系統でのオープン制御によるガタ空走時間Ｔｇ＿ｏ１に応じて設定される。待機時間Ｔｗ１、Ｔｗ２を、式（２）、（３）に示す。

Ｔｗ１≧Ｔｇ＿ｆ１ ・・・（２）
Ｔｗ２≧Ｔｗ１＋Ｔｇ＿ｏ１ ・・・（３）

図１２に示すように、第２系統にてエンコーダ異常が生じている場合、および、両系統にエンコーダ異常が生じた場合、時刻ｔ４０にて、要求シフトレンジが切り替わり、モータ１０の制御モードがオープンモードに切り替わる。第１マイコン５１では、第１待機時間Ｔｗ１が経過するまでの間、オープン制御による第１モータ巻線１１への通電を行わない。また、第１待機時間Ｔｗ１が経過しても出力軸１５が駆動されないので、第１待機時間Ｔｗ１が経過した時刻ｔ４２にて、第１系統によるオープン制御により、モータ１０の駆動が開始される。ここで、Ｔｗ１＜Ｔｗ２であるので、第２マイコン５２では、自系統でのレンジ切替をキャンセルし（図７中のＳ３０３）、オープン制御を行わない。

図１３に示すように、両系統にエンコーダ異常が生じ、かつ、第１系統でのオープン制御による駆動ができない場合、待機時間Ｔｗ２が経過しても出力軸１５が駆動されないので、待機時間Ｔｗ２が経過した時刻ｔ５１にて、第２系統によるオープン制御により、モータ１０の駆動が開始される。時刻ｔ４１以降および時刻ｔ５１以降の制御等は、いずれも１系統でのオープン駆動であり、図１１中の時刻ｔ３１以降の制御等と同様である。

エンコーダカウント値θｅｎ１、θｅｎ２をトリガとして通電相を切り替えるフィードバック制御に対し、オープン制御では、系統間にて通電切替タイミングの同期を取るのが難しい。そのため、例えばレンジ切替要求を認識するタイミングが系統毎にずれたりし、オープン制御を開始するタイミングがずれると、モータ１０を適切に駆動することができず、シフトレンジの切り替えに失敗する虞がある。

そこで本実施形態では、エンコーダ異常が生じた場合、一方の系統を優先的に用い、優先する系統でのオープン制御が可能であれば、他方の系統でのオープン制御を行わないようにすることで、オープン制御時は１系統にてモータ１０を駆動する。これにより、オープン制御の開始タイミングのずれに起因する不整合を防ぐことができ、適切にシフトレンジを切り替えることができる。

本実施形態では、待機時間Ｔｗ１、Ｔｗ２は、マイコン５１、５２ごとに異なる値に設定される。詳細には、第２マイコン５２における待機時間Ｔｗ２は、第１マイコン５１における待機時間Ｔｗ１に、ガタ空走時間Ｔｇ＿ｏ１を加えた時間以上に設定される。これにより、エンコーダ異常が生じた場合、１系統でのオープン制御となり、系統間の制御タイミングのずれに起因する不整合が生じないので、エンコーダ異常時においても、シフトレンジを適切に切り替えることができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

本実施形態では、第１マイコン５１が「第１の制御部」、第２マイコン５２が「第２の制御部」に対応する。なお、制御部が３つ以上の場合、例えば図示しない第３マイコンを「第２の制御部」、第２マイコン５２を第３マイコンに対する「第１の制御部」と捉え、第３マイコンの待機時間を、第２マイコン５２の待機時間Ｔｗ２にガタ空走時間Ｔｇ＿ｏ１を加算した時間以上とする、といった具合に、待機時間は、制御部ごとに、ガタ空走時間Ｔｇ＿ｏ１ずつ長くなっていくように設定することが好ましい。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１４に示す。図１４に示すように、本実施形態では、１つのエンコーダ１３３が設けられており、エンコーダ１３３からのエンコーダ信号ＳＧＮ＿ｅが、第１マイコン５１および第２マイコン５２に共通に入力される。この場合、エンコーダ１３３に異常が発生した場合、第１系統および第２系統にて同時にエンコーダ故障状態となるため、他系統のフィードバック駆動を待つ必要がない。そこで本実施形態では、第１待機時間Ｔｗ１を０に設定する。また、第２待機時間Ｔｗ２は、式（３）にて設定される。

本実施形態では、エンコーダ１３３が複数のマイコン５１、５２にて共用されており、１つの制御部である第１マイコン５１の待機時間Ｔｗ１を０とする。これにより、エンコーダ異常時において、レンジ切替開始までの時間を短縮することができる。また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータは、ＤＣブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、ＤＣブラシレスモータ以外のものでもよい。上記実施形態では、駆動回路であるモータドライバは、３相インバータである。他の実施形態では、駆動回路を、モータ巻線の通電を切替可能などのような回路構成としてもよい。上記実施形態では、モータ駆動制御系統が２系統設けられている。他の実施形態では、モータ駆動制御系統を３系統以上設けてもよい。

上記実施形態では、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、出力軸の回転を検出可能なものであれば、どのようなものであってもよい。

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。

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
１５・・・出力軸 １６・・・出力軸センサ
１１、１２・・・モータ巻線
５１、５２・・・マイコン（制御部）
１３１～１３３・・・エンコーダ（モータ回転角センサ）
５１１・・・角度演算部（モータ回転角信号取得部）
５１２・・・信号取得部（出力軸信号取得部）
５１３・・・駆動制御部 ５１６・・・異常判定部

Claims (5)

1. 複数組のモータ巻線（１１、１２）を有し前記モータ巻線への通電によりモータ軸（１０５）が回転するモータ（１０）と、前記モータ軸の回転が伝達される出力軸（１５）とを備えるシフトレンジ切替システム（１）において、前記モータ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制御装置であって、
   前記モータ巻線ごとに設けられる複数の制御部（５１、５２）を備え、
   それぞれの前記制御部は、
   前記モータの回転位置を検出するモータ回転角センサ（１３１、１３２、１３３）から、モータ回転角信号を取得するモータ回転角信号取得部（５１１、５２１）と、
   前記出力軸の回転位置を検出する出力軸センサ（１６１、１６２）から出力軸信号を取得する出力軸信号取得部（５１２、５２２）と、
   前記モータ巻線への通電を制御する駆動制御部（５１３、５２３）と、
   前記モータ回転角センサの異常を判定する異常判定部（５１６、５２６）と、
   を有し、
   前記モータ巻線と、対応する前記制御部との組み合わせを系統とすると、
   前記駆動制御部は、
   前記モータ回転角センサが正常である場合、前記モータ回転角信号を用いて自系統の前記モータ巻線の通電を制御し、
   前記モータ回転角センサに異常が生じている場合であって、
   待機時間が経過する前に前記出力軸が回転していると判定された場合、自系統の前記モータ巻線への通電を行わず、
   前記待機時間が経過しても前記出力軸が回転していないと判定された場合、前記モータ回転角信号を用いずに自系統の前記モータ巻線の通電を制御するシフトレンジ制御装置。
2. 前記モータ軸と前記出力軸との間には、遊びが形成されており、
   前記待機時間は、前記モータの駆動開始から前記出力軸の駆動開始までに要する時間である空走時間以上に設定される請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
3. 前記待機時間は、前記制御部ごとに異なる値に設定される請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。
4. 第２の前記制御部における前記待機時間は、第１の前記制御部における前記待機時間に前記空走時間を加えた時間以上に設定される請求項３に記載のシフトレンジ制御装置。
5. 前記モータ回転角センサ（１３３）が複数の前記制御部にて共用されている場合、
   １つの前記制御部の前記待機時間を０とする請求項４に記載のシフトレンジ制御装置。

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