JP7115339B2 - 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、運転者からのシフトレンジ切替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、目標カウント値と実カウント値の差である角度偏差が角度判定閾値より小さくなった場合、固定デューティでの急ブレーキ制御に切り替え、モータの反転が判定されると、固定相通電制御に切り替え、モータを停止させる。

特開２０１８－１３５９１９号公報

例えば、モータの回転角度を検出する検出器の分解能が粗い場合、モータの反転を検出したとき、すでに反対方向にかなり加速されている可能性があり、モータを停止させるのに要する通電量が多くなる虞がある。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、モータを目標位置にて適切に停止可能な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ものであって、角度演算部（５１）と、駆動制御部（５５）と、を備える。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）からの信号に基づいて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角度となるようにモータを駆動し、モータ角度が目標角度に到達したとき、固定相通電制御によりロータ（１０５）を停止させる。

駆動制御部は、固定相通電制御時、通電相に応じた停止位置に対してロータが振動する場合、振動中心から離れるときに発生するトルクであるブレーキトルクが振動中心へ向かうときに発生するトルクである加速トルクより大きい状態を維持しつつ、ブレーキトルクと加速トルクとの差に応じ、モータに通電する電流を低減させる。これにより、モータを目標位置にて適切に停止させることができる。

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駆動回路を示す回路図である。 第１実施形態による固定相通電時におけるモータ位相に応じて生じるトルクを説明する説明図である。 第１実施形態による固定相通電時の加速トルクおよびブレーキトルクを説明する説明図である。 第１実施形態による固定相通電制御を説明するタイムチャートである。 第１実施形態によるモータ制御処理を説明するフローチャートである。 第１実施形態による固定相通電時のデューティ値演算マップである。 第１実施形態によるモータ制御処理を説明するタイムチャートである。 第２実施形態によるモータ制御処理を説明するタイムチャートである。 第２実施形態による固定相通電時のデューティを説明するタイムチャートである。 参考例による固定相通電制御を説明するタイムチャートである。 参考例による固定相通電制御を説明するタイムチャートである。 参考例による固定相通電制御を説明するタイムチャートである。

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。

（第１実施形態）
第１実施形態を図１～図９に示す。図１および図２に示すように、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（図３参照）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。モータ１０は、フィードバック制御により電流の大きさを変更可能であって、かつ、相ごとに指令を変更可能なものが用いられる。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および図４に示すように、モータ１０は、ステータ１０１、ロータ１０５、および、巻線組１１を有する。巻線組１１は、Ｕ相コイル１１１、Ｖ相コイル１１２およびＷ相コイル１１３を有し、ステータ１０１の突極１０２に巻回される。ロータ１０５には永久磁石が設けられる。本実施形態では、ステータ１０１の突極数が１０、ロータ１０５の磁極数が８である。

図２に示すように、エンコーダ１３は、モータ１０のロータ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１０５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１０５の回転に同期して、所定角度ごとにＡ相およびＢ相のパルス信号であるエンコーダ信号を出力する。

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１６が設けられる。出力軸センサ１６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。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、マニュアルバルブ２８を各レンジに対応する位置に保持するための４つの凹部２２が設けられる。凹部２２は、ディテントスプリング２５の基部側から、Ｄ（ドライブ）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リバース）、Ｐ（パーキング）の各レンジに対応している。

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。ディテントローラ２６は、凹部２２のいずれかに嵌まり込む。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を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２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。

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。ディテントローラ２６がＰレンジに対応する凹部に嵌まり込む方向にディテントプレート２１が回転すると、円錐体３２が矢印Ｐの方向に移動する。

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の回転により、円錐体３２が矢印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、円錐体３２が矢印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Ｐ以外のレンジである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４１、および、ＥＣＵ５０等を備える。駆動回路４１は、巻線組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、Ｕ相コイル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、Ｖ相コイル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、Ｗ相コイル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。

駆動回路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。モータリレー４６がオンされることで、バッテリ４５からモータ１０側への給電が許容され、オフされることで、バッテリ４５からモータ１０側への給電が遮断される。電圧センサ４８は、バッテリ４５の電圧であるバッテリ電圧を検出する。

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。

図２に示すように、ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジに応じたシフト信号、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、角度演算部５１、および、駆動制御部５５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。本実施形態では、エンコーダ１３が「回転角センサ」に対応し、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。

駆動制御部５５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の駆動制御に係る駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、駆動回路４１に出力される。駆動信号に応じてスイッチング素子４１１～４１６のオンオフを切り替えることで、モータ１０の駆動が制御される。本実施形態では、目標カウント値θｃｍｄが「目標角度」に対応する。

駆動制御部５５は、目標シフトレンジが変更されると、フィードバック制御により、モータ１０を駆動し、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θｃｍｄ±２カウント）となると、フィードバック制御から停止制御に切り替え、モータ１０を停止させる。以下適宜、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む所定範囲内となることを、「目標に到達した」とする。また、図中、フィードバックを「Ｆ／Ｂ」と記載する。

本実施形態では、停止制御として、１相の上側のスイッチング素子、および、他の１相の下側のスイッチング素子をオンにすることで、２相への固定相通電制御を行う。例えば、スイッチング素子４１１、４１５をオンにすることで、スイッチング素子４１１、Ｕ相コイル１１１、結線部１１５、Ｖ相コイル１１２、スイッチング素子４１５の経路に電流が流れるＵＶ相通電となる。

図４は、ＵＶ相に固定相通電した場合に発生するトルクを説明するものである。図４では、ステータ１０１およびロータ１０５が磁力により引き合う力を破線の矢印、発生するトルクを一点鎖線の矢印で示した。

ＵＶ相へ固定相通電すると、Ｕ相コイル１１１が巻回されている突極１０２のロータ１０５側がＳ極となり、Ｖ相コイル１１２が巻回されている突極１０２のロータ１０５側がＮ極となる。そのため、理想的には、図４の紙面中央に示すように、Ｕ相コイル１１１が巻回されている突極１０２にＮ極が対向し、Ｖ相コイル１１２が巻回されている突極１０２にＳ極が対向している状態にて、ロータ１０５が停止する。この状態のロータ１０５の位相を０°とする。

本実施形態では、モータ１０としてＤＣブラシレスモータを用いており、ロータ１０５が永久磁石を有しているので、磁石の作用反作用の力により、位相０°を中心にロータ１０５が振動する。以下適宜、図４の紙面中央に示す位相０°を振動中心とする。ロータ１０５が振動中心にあるとき、トルクは発生しない。図４の紙面左側に位相が－２２．５°の状態を示し、紙面右側に位相２２．５°の状態を示す。なお、位相が±４５°のとき、Ｓ極となっているＵ相とロータ１０５のＳ極とが対向し、Ｎ極となっているＶ相とロータ１０５のＮ極とが対向して反発し、トルクは発生しない。

図４の紙面左側に示すように、モータ位相が負であるとき、正回転方向のトルクが発生する。そのため、ロータ１０５が負方向に回転しているとき、トルクはロータ１０５の振動を止めようとする力として働き、ロータ１０５が正方向に回転しているとき、トルクはロータ１０５を加速させようとする力として働く。

また、紙面右側に示すように、モータ位相が正であるとき、負回転方向のトルクが発生する。そのため、ロータ１０５が正方向に回転しているとき、トルクはロータ１０５の振動を止めようとする力として働き、ロータ１０５が負方向に回転しているとき、トルクはロータ１０５を加速させようとする力として働く。

すなわち、ロータ１０５が振動中心から離れる方向に動いているとき、トルクはロータの振動を止めようする力として作用し、振動中心に向かって動いているとき、トルクはロータ１０５を加速させようとする力として作用する。以下、振動を止めようとする力として作用するトルクをブレーキトルクＴｂ、振動させようとする力として作用するトルクを加速トルクＴａとする。

図５に示すように、ロータ１０５が正方向に回転するとき、位相が－４５°から０°の範囲では、ロータ１０５は振動中心に向かう方向に回転しており、このときのトルクは加速トルクとなる。また、位相が０°から４５°の範囲では、ロータ１０５は振動中心から離れる方向に回転しており、このときのトルクはブレーキトルクとなる。ブレーキトルクは、逆起電力で発生する。また、固定相通電時において、ブレーキトルクは加速トルクより大きいので、その差の分、振動エネルギが小さくなる。

図１２は、参考例として、一定デューティにて固定相通電制御を行った場合を示している。図１２では、共通時間軸を横軸とし、上段から、デューティ、モータ位相、トルク、モータ回転数、および、エネルギ差分を示している。図６、図１０、図１３および図１４は、エネルギ差分を図示していない点を除いて同様である。

時刻ｘ１０にて、エンコーダカウント値θｅｎが目標に到達すると、フィードバック制御としてＰＷＭ制御を行っている状態から、固定相通電制御に切り替える。また、固定相通電開始から、判定時間Ｘ＿ｔｈ経過後の時刻ｘ１９にて固定相通電を終了し、モータ１０への通電をオフにする。

図１２等では、固定相通電制御開始時点のロータ１０５の位相を０°とし、振動中心する。時刻ｘ１０から時刻ｘ１１の間、ロータ１０５が振動中心から離れる方向に回転しているので、ロータ１０５にはブレーキトルクが発生する。時刻ｘ１１から時刻ｘ１２の間、ロータ１０５が振動中心に向かう方向に回転しているので、ロータ１０５には加速トルクが発生する。また、モータ回転数は、位相が０のときにピークとなり、ロータ１０５の回転方向が切り替わるときに０となる。

時刻ｘ１２から時刻ｘ１３の間、ブレーキトルクが発生し、時刻ｘ１３から時刻ｘ１４の間、加速トルクが発生する、といった具合に、ロータ１０５の振動に応じ、ブレーキトルクと加速トルクとが交互に発生する。

また、トルクを示すチャートにおいて、時刻ｘ１０から時刻ｘ１１までのブレーキトルクに応じた面積がブレーキエネルギに対応し、時刻ｘ１１から時刻ｘ１２までの加速トルクに応じた面積が加速エネルギに対応する。エネルギ差分は、時刻ｘ１０から時刻ｘ１１までのブレーキエネルギから、時刻ｘ１１から時刻ｘ１２までの加速エネルギを引いた差分を、時刻ｘ１０から時刻ｘ１２までのエネルギ差分として梨地の四角で模式的に示した。同様に、時刻ｘ１２から時刻ｘ１３までのブレーキエネルギから、時刻ｘ１３から時刻ｘ１４までの加速エネルギを引いた差分を、時刻ｘ１２から時刻ｘ１４のエネルギ差分とする。

図１２に示すように、固定相通電制御において、デューティを一定とした場合、ブレーキトルクが加速トルクよりも大きいので、その差分によりロータ１０５の振動は収束する。しかしながら、デューティを一定とすると、比較的大きなブレーキトルクおよび加速トルクが発生し続けるため、振動が収束するのに時間がかかってしまう。

一方、図１３および図１４に示す参考例のように、固定相通電制御において、デューティを急激に小さくしてしまうと、通電相に応じた所定位置にてロータ１０５を保持することができない。このとき、モータ回転数が０にならず、脱調してしまう。図１３は、目標カウント値θｃｍｄを超えてオーバーシュートする場合の例であり、図１４は、目標カウント値θｃｍｄから戻る方向にアンダーシュートする場合の例である。なお、図１２～図１４では、固定相通電に切り替わる直前のフィードバック制御時のデューティが一定であるものとして記載した。

本実施形態では、ブレーキエネルギから加速エネルギの差であるエネルギ差分（図１２参照）の分だけ、与える電流を時間的に減少させても、ロータ１０５が通電相に応じた所定位置から脱調しないことを利用し、図６に示すように、固定相通電制御において、電流を減少させるべく、デューティを漸減させる。デューティの減少割合は、ブレーキエネルギおよび加速エネルギに応じて設定される。詳細には、脱調を避けるべく、電流低減量が、エネルギ差分に応じたトルクの発生に要する通電量を超えないように、モータ特性に応じて設定される。これにより、通電相に応じた所定の停止位置から脱調することなく、かつ、速やかにロータ１０５の振動を収束させることができる。また、トルク振動の振幅が、モータ１０のコギングトルクＴｃの振幅以下となれば、通電をオフにしても、コギングトルクＴｃによりモータ１０が所定位置にて停止する。なお説明簡略化のため、図６および図１２にて、振動周期を同じとしているが、異なっていてもよい。後述の図１０についても同様である。

本実施形態のモータ制御処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０にて所定の周期（例えば１［ｍｓ］）で実行される。なお、ここでは、駆動モードの選定および駆動制御を一連の処理として記載しているが、図７に係る処理の一部を別処理として実行してもよい。また、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ると、マイコン初期化後、スタンバイモードとする。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。

Ｓ１０１では、ＥＣＵ５０は、駆動モードがスタンバイモードか否かを判断する。駆動モードがスタンバイモードではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。駆動モードがスタンバイモードであると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行し、デューティ値を０％とし、スイッチング素子４１１～４１６をオフとする。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ５０は、目標シフトレンジが切り替わったか否かを判断する。目標シフトレンジが切り替わっていないと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４の処理を行わず、スタンバイモードを継続する。目標シフトレンジが切り替わったと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行し、駆動モードをフィードバックモードに切り替える。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ５０は、駆動モードがフィードバックモードか否かを判断する。駆動モードがフィードバックモードではないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわち駆動モードが停止モードである場合、Ｓ１０９へ移行する。駆動モードがフィードバックモードであると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。Ｓ１０６では、駆動制御部５５は、フィードバック制御によりモータ１０を駆動する。このときのデューティ値は、速度フィードバック制御に従う。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ５０は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄに到達したか否かを判断する。ここでは、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む所定範囲内となった場合に肯定判断する。エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄに到達していないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０８の処理を行わず、フィードバックモードを継続する。エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄに到達したと判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行し、駆動モードを停止モードに切り替える。また、停止モード開始からの経過時間Ｘを計時する。

駆動モードが停止モードである場合に移行するＳ１０９では、駆動制御部５５は、固定相通電開始からの経過時間Ｘに応じ、固定相通電制御におけるデューティ値Ｄｆを演算する。本実施形態では、経過時間Ｘに応じ、例えば図８のマップに基づいてデューティ値Ｄｆを演算する。中間値については、線形あるいは非線形にて補間する。また、デューティ値Ｄｆを式（１）または式（２）にて演算してもよい。式（１）では０＜ａ＜１とし、式（２）ではｂ＞１とする。演算式は、モータ特性に応じて選択すればよい。Ｓ１１０では、駆動制御部５５は、Ｓ１０９にて演算されたデューティ値Ｄｆにて、固定相通電制御を行う。

Ｄｆ＝ａ^X ・・・（１）
Ｄｆ＝ｂ^(1/X) ・・・（２）

Ｓ１１１では、ＥＣＵ５０は、停止制御開始からの経過時間Ｘが判定時間Ｘ＿ｔｈを経過したか否かを判断する。判定時間Ｘ＿ｔｈは、モータ１０への通電により生じるトルクがコギングトルクＴｃ以下になるのに要する時間に応じて設定される。また、本実施形態では、停止制御開始から判定時間Ｘ＿ｔｈが経過したとき、「モータへの通電により生じるトルクがコギングトルクＴｃ以下になった」とみなす。停止制御開始からの経過時間Ｘが判定時間Ｘ＿ｔｈを経過していないと判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、Ｓ１１２の処理を行わず、停止モードを継続する。停止制御開始からの経過時間Ｘが判定時間Ｘ＿ｔｈを経過したと判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行し、駆動モードをスタンバイモードに切り替え、全てのスイッチング素子４１１～４１６をオフとし、モータ１０への通電をオフにする。

本実施形態のモータ制御処理を図９のタイムチャートに基づいて説明する。図９では、共通時間軸を横軸とし、上段から、目標レンジ、通電フラグ、モータ角度、モータ速度、デューティ、モータ電流、および、制御モードとする。モータ角度は、エンコーダカウント値θｅｎを実線、目標カウント値θｃｍｄを一点鎖線で示す。また、モータ速度ＳＰは、モータ回転数とし、実際の値を実線、目標速度ＳＰｃｍｄを一点鎖線で示した。本実施形態では、フィードバック制御には、加速制御、定常制御および減速制御が含まれる。デューティは、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、モータ１０を正転させるときの通電順での値を正、逆転させるときの通電順での値を負として定義する。

時刻ｘ１にて目標レンジがＰレンジからＤレンジに切り替わると、制御モードをフィードバックモードとする。本実施形態では、ＰＷＭ制御によりモータ１０を駆動する。時刻ｘ１から時刻ｘ２では、モータ速度ＳＰが目標速度ＳＰｃｍｄとなるように、加速制御にてモータ１０を加速させる。時刻ｘ２にてモータ速度ＳＰが目標速度ＳＰｃｍｄとなると、定常制御にて、モータ速度ＳＰを維持する。また、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄに近づくと、時刻ｘ３にて、減速制御に切り替え、モータ１０を減速させる。

時刻ｘ４にて、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む所定範囲内となると、駆動モードをフィードバックモードから停止モードに切り替え、固定相通電にてモータ１０を停止させる。

本実施形態では、停止モードに突入したときのモータ１０の運動エネルギおよび振動エネルギを消費できるよう、逆起電力特性に応じて、デューディの徐変傾きが決定される。なお、本実施形態では、減速制御から、モータ１０を反転させることなく、固定相通電に移行する。また、減速制御終了時のデューティよりも、固定相通電開始時のデューティの方が大きい。なお、固定相通電開始時のデューティ値Ｄｆは、固定相通電にて通電可能な上限電流に応じ、１００％より低い任意の値（例えば４０％）に設定される。そして、デューティ値Ｄｆを指数関数的に減少させることで、モータ電流が指数関数的に減少する。固定相通電開始から判定時間Ｘ＿ｔｈが経過した時刻ｘ５では、制御モードを停止モードからスタンバイモードに切り替え、モータ１０への通電をオフにする。

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ものであって、角度演算部５１と、駆動制御部５５と、を備える。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からの信号に基づいてエンコーダカウント値θｅｎを演算する。駆動制御部５５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を駆動し、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄに到達したとき、固定相通電制御によりロータ１０５を停止させる。

駆動制御部５５は、固定相通電制御時、通電相に応じた停止位置に対してロータ１０５が振動する場合、振動中心から離れるときに発生するトルクであるブレーキトルクＴｂが振動中心へ向かうときに発生するトルクである加速トルクＴａより大きい状態を維持しつつ、ブレーキトルクＴｂと加速トルクＴａとの差に応じ、モータ１０に通電する電流を低減させる。本実施形態では、デューティを徐変させることで、電流を低減させる。これにより、速やかに、かつ、適切に、ロータ１０５を狙った停止位置に停止させることができる。

ロータ１０５は、永久磁石を有している。駆動制御部５５は、固定相通電制御において、モータ１０への通電により生じるトルクが、コギングトルクＴｃ以下となるように電流を低減し、コギングトルクＴｃ以下となった後に固定相通電制御を終了し、モータ１０への通電をオフにする。モータ１０への通電により生じるトルクをコギングトルクＴｃ以下とすることで、コギングトルクＴｃによりモータ位相を保持可能となるため、モータ１０を適切な位置にて停止させることができる。

駆動制御部５５は、固定相通電制御において、指数関数的に電流を低減させる。これにより、固定相通電に要する時間を短縮可能であるとともに、モータ１０を停止させるのに要する消費電力を低減可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１０および図１１に示す。図１１は、フィードバック制御から停止制御への移行前後のデューティを拡大して記載したものである。図１０および図１１に示すように、本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む所定範囲内に到達したとき、一定デューティ期間Ｐｓは、デューティを一定にし、一定デューティ期間Ｐｓ経過後の徐変デューティ期間Ｐｇにおいて、デューティを徐変させる。

一定デューティ期間Ｐｓのデューティは、停止モード突入時のモータ１０の運動エネルギを消費可能なモータ電流に応じて設定される。本実施形態では、固定相通電にて通電可能な上限電流に設定される。また、一定デューティ期間Ｐｓの長さは、停止制御突入時のモータ１０の運動エネルギを消費できるように、停止制御突入時の運動エネルギおよびデューティに応じて設定される。また、徐変デューティ期間Ｐｇにおけるデューティ傾きは、ロータ１０５の振動エネルギを消費できるように設定される。

本実施形態では、駆動制御部５５は、固定相通電制御において、一定デューティにて通電する一定デューティ制御の後、デューティを徐変させることで、電流を低減させる。また、一定デューティ制御におけるデューティおよび期間の少なくとも一方は、停止制御突入時の運動エネルギに応じて設定される。これにより、モータ１０を狙った位置にて確実に停止させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、モータ角度が目標角度となるように、速度フィードバック制御によりモータを駆動する。他の実施形態では、モータ角度を目標角度まで駆動する制御手法は、どのようであってもよい。

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、例えばスイッチトリラクタンスモータ等、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、上記実施形態では、モータ巻線および駆動回路が１組設けられる。他の実施形態では、モータ巻線および駆動回路を複数組設けてもよい。

上記実施形態では、モータの回転角を検出する回転角センサは、エンコーダである。他の実施形態では、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、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。

上記実施形態では、ディテントプレートには４つの凹部が設けられる。他の実施形態では、凹部の数は４つに限らず、いくつであってもよい。例えば、ディテントプレートの凹部を２つとし、ＰレンジとｎｏｔＰレンジとを切り替えるものとしてもよい。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。

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。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。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
１０・・・モータ １０５・・・ロータ
１３・・・エンコーダ（回転角センサ）
４０・・・シフトレンジ制御装置
５１・・・角度演算部
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制御装置であって、
   前記モータの回転位置を検出する回転角センサ（１３）からの信号に基づいてモータ角度を演算する角度演算部（５１）と、
   前記モータ角度が目標シフトレンジに応じた目標角度となるように前記モータを駆動し、前記モータ角度が前記目標角度に到達したとき、固定相通電制御によりロータ（１０５）を停止させる駆動制御部（５５）と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、
   前記固定相通電制御時、通電相に応じた停止位置に対して前記ロータが振動する場合、振動中心から離れるときに発生するトルクであるブレーキトルクが前記振動中心へ向かうときに発生するトルクである加速トルクより大きい状態を維持しつつ、前記ブレーキトルクと前記加速トルクとの差に応じ、前記モータに通電する電流を低減させるシフトレンジ制御装置。
2. 前記ロータは、永久磁石を有しており、
   前記駆動制御部は、前記固定相通電制御において、前記モータへの通電により生じるトルクが、コギングトルク以下となるように電流を低減し、コギングトルク以下となった後に前記固定相通電制御を終了し、前記モータへの通電をオフにする請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
3. 前記駆動制御部は、前記固定相通電制御において、一定デューティにて通電する一定デューティ制御の後、デューティを徐変させることで、電流を低減させる請求項１または２に記載のシフトレンジ制御装置。
4. 前記駆動制御部は、前記固定相通電制御において、指数関数的に電流を低減させる請求項１～３のいずれか一項に記載のシフトレンジ制御装置。

Images