WO2018047911A1 - シフトレンジ制御装置 - Google Patents

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WO2018047911A1
WO2018047911A1 PCT/JP2017/032327 JP2017032327W WO2018047911A1 WO 2018047911 A1 WO2018047911 A1 WO 2018047911A1 JP 2017032327 W JP2017032327 W JP 2017032327W WO 2018047911 A1 WO2018047911 A1 WO 2018047911A1
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microcomputer
control
motor
actuator
shift range
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PCT/JP2017/032327
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English (en)
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Inventor
神尾 茂
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • F16H2061/326Actuators for range selection, i.e. actuators for controlling the range selector or the manual range valve in the transmission

Definitions

  • the present invention relates to a shift range control device.
  • a shift range switching device that switches a shift range by controlling a motor in response to a shift range switching request from a driver is known.
  • a switched reluctance motor is used as a drive source for the shift range switching mechanism.
  • the switched reluctance motor is referred to as “SR motor”.
  • Patent Document 1 driving of a motor is controlled by one ECU. Therefore, if an abnormality occurs in the ECU, the motor cannot be driven and the shift range may not be switched.
  • An object of the present disclosure is to provide a shift range control device capable of continuing range switching control even when an abnormality occurs in some control units.
  • the shift range control device switches a shift range of a vehicle by controlling driving of an actuator, and includes a plurality of control units and a plurality of monitoring units.
  • the control unit can control driving of the actuator.
  • the monitoring unit is provided corresponding to the control unit, and monitors the abnormality of the corresponding control unit.
  • the actuator is driven and controlled by one of the normal control units. When an abnormality occurs in the control unit used for actuator drive control, the control unit used for actuator drive control is switched to one of the other control units.
  • the shift range control device of the present disclosure includes a plurality of control units, if at least one of the control units is normal, the drive control of the actuator can be continued, and the range switching control can be continued. it can. Therefore, even if an abnormality occurs in any of the control units, the retreat travel performance can be ensured.
  • the efficiency of the actuators may be reduced due to a difference in command output timing from each control unit. In the present disclosure, it is possible to appropriately control without reducing the efficiency of the actuator by using one control unit for driving control of the actuator.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a shift-by-wire system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a shift-by-wire system according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a motor and a motor driver according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating motor control processing according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a time chart for explaining switching of the microcomputer in use according to the embodiment.
  • the shift-by-wire system 1 includes a motor 10 as an actuator, a shift range switching mechanism 20, a parking lock mechanism 30, a shift range control device 40, and the like.
  • the motor 10 rotates when power is supplied from a battery 45 (see FIG. 3) mounted on a vehicle (not shown), and functions as a drive source for the shift range switching mechanism 20.
  • the motor 10 can change the magnitude of the current by feedback control and can change the command for each phase.
  • the motor 10 of this embodiment is a permanent magnet type DC brushless motor.
  • the motor 10 has two winding sets 11 and 12.
  • the first winding set 11 includes a U1 coil 111, a V1 coil 112, and a W1 coil 113.
  • the second winding set 12 includes a U2 coil 121, a V2 coil 122, and a W2 coil 123.
  • the encoder 13 detects the rotational position of a rotor (not shown) of the motor 10.
  • the encoder 13 is, for example, a magnetic rotary encoder, and includes a magnet that rotates integrally with the rotor, a Hall IC for magnetic detection, and the like.
  • the encoder 13 outputs A-phase and B-phase pulse signals at every predetermined angle in synchronization with the rotation of the rotor.
  • the reducer 14 is provided between the motor shaft of the motor 10 and the output shaft 15, and decelerates the rotation of the motor 10 and outputs it to the output shaft 15. Thereby, the rotation of the motor 10 is transmitted to the shift range switching mechanism 20.
  • the output shaft 15 is provided with an output shaft sensor 16 that detects the angle of the output shaft 15.
  • the output shaft sensor 16 is, for example, a potentiometer.
  • the shift range switching mechanism 20 includes a detent plate 21, a detent spring 25, and the like.
  • the rotational driving force output from the speed reducer 14 is converted into a manual valve 28 and a parking lock mechanism 30.
  • the detent plate 21 is fixed to the output shaft 15 and is driven by the motor 10.
  • the direction in which the detent plate 21 moves away from the base portion of the detent spring 25 is defined as the forward rotation direction, and the direction approaching the base portion is defined as the reverse rotation direction.
  • the detent plate 21 is provided with a pin 24 that protrudes in parallel with the output shaft 15.
  • the pin 24 is connected to the manual valve 28.
  • the shift range switching mechanism 20 converts the rotational motion of the motor 10 into a linear motion and transmits it to the manual valve 28.
  • the manual valve 28 is provided on the valve body 29.
  • a hydraulic pressure supply path to a hydraulic clutch (not shown) is switched, and the shift range is changed by switching the engagement state of the hydraulic clutch.
  • On the detent spring 25 side of the detent plate 21 four concave portions 22 are provided for holding the manual valve 28 at a position corresponding to each range.
  • the recess 22 corresponds to each of the D, N, R, and P ranges from the base side of the detent spring 25.
  • the detent spring 25 is an elastically deformable plate-like member, and a detent roller 26 is provided at the tip.
  • the detent roller 26 is fitted into one of the recesses 22.
  • the detent spring 25 biases the detent roller 26 toward the rotation center side of the detent plate 21.
  • the detent spring 25 is elastically deformed and the detent roller 26 moves in the recess 22.
  • the swing of the detent plate 21 is restricted, the axial position of the manual valve 28 and the state of the parking lock mechanism 30 are determined, and the automatic transmission 5 The shift range is fixed.
  • the parking lock mechanism 30 includes a parking rod 31, a cone 32, a parking lock pole 33, a shaft portion 34, and a parking gear 35.
  • the parking rod 31 is formed in a substantially L shape, and one end 311 side is fixed to the detent plate 21.
  • a conical body 32 is provided on the other end 312 side of the parking rod 31.
  • the cone 32 is formed so as to decrease in diameter toward the other end 312 side.
  • the parking lock pole 33 is in contact with the conical surface of the cone 32 and is provided so as to be able to swing around the shaft portion 34.
  • a convex portion that can mesh with the parking gear 35. 331 is provided on the parking gear 35 side of the parking lock pole 33.
  • the parking gear 35 is provided on an axle (not shown) and is provided so as to be able to mesh with the convex portion 331 of the parking lock pole 33.
  • rotation of the axle is restricted.
  • the shift range is a notP range that is a range other than P
  • the parking gear 35 is not locked by the parking lock pole 33, and the rotation of the axle is not hindered by the parking lock mechanism 30.
  • the shift range is the P range
  • the parking gear 35 is locked by the parking lock pole 33 and the rotation of the axle is restricted.
  • the shift range control device 40 includes motor drivers 41 and 42, microcomputers 51 and 52 as control units, and monitoring ICs 56 and 57 as monitoring units.
  • the motor driver 41 is a three-phase inverter that switches energization of the first winding set 11, and the switching elements 411 to 416 are bridge-connected.
  • One end of the U1 coil 111 is connected to a connection point between the U-phase switching elements 411 and 414 that form a pair.
  • One end of the V1 coil 112 is connected to a connection point between the paired V-phase switching elements 412 and 415.
  • One end of the W1 coil 113 is connected to a connection point between the paired W-phase switching elements 413 and 416.
  • the other ends of the coils 111 to 113 are connected by a connection part 115.
  • the motor driver 42 is a three-phase inverter that switches energization of the second winding set 12, and switching elements 421 to 426 are bridge-connected.
  • One end of the U2 coil 121 is connected to a connection point between the U-phase switching elements 421 and 424 that form a pair.
  • One end of the V2 coil 122 is connected to a connection point between the paired V-phase switching elements 422 and 425.
  • One end of the W2 coil 123 is connected to a connection point between the paired W-phase switching elements 423 and 426.
  • the other ends of the coils 121 to 123 are connected by a connection part 125.
  • the switching elements 411 to 416 and 421 to 426 of the present embodiment are MOSFETs, but other elements such as IGBTs may be used.
  • a motor relay 46 is provided between the motor driver 41 and the battery 45.
  • a motor relay 47 is provided between the motor driver 42 and the battery 45.
  • the motor relays 46 and 47 are turned on when a start switch such as an ignition switch is turned on, and power is supplied to the motor 10 side. Further, the motor relays 46 and 47 are turned off when the start switch is turned off, and the supply of electric power to the motor 10 side is cut off.
  • a voltage sensor 48 for detecting the battery voltage V is provided on the high potential side of the battery 45.
  • the motor drivers 41 and 42 are provided with a current sensor (not shown) that detects the motor current Im.
  • the transmission ECU 7 controls the drive of the shift hydraulic control solenoid 6 based on the vehicle speed, the accelerator opening, the driver request shift range, and the like.
  • the gear position is controlled by controlling the shift hydraulic control solenoid 6.
  • the number of shift hydraulic control solenoids 6 is provided according to the number of shift stages. In the figure, the transmission ECU 7 is described as “TCU”.
  • the first microcomputer 51 and the second microcomputer 52 can generate command signals for controlling the on / off operations of the switching elements 411 to 416 and 421 to 426 based on the vehicle speed, the accelerator opening, the driver request shift range, and the like.
  • the driving of the motor 10 is controlled by controlling on / off of the switching elements 411 to 416 and 421 to 426 based on the command signal.
  • the microcomputers 51 and 52 control the motor 10 by feedback control so as to improve responsiveness when the microcomputers 51 and 52 are away from the target position where the motor 10 is stopped.
  • the target speed Msp * is set based on the difference between the actual angle ⁇ of the motor 10 and the target angle ⁇ *, and control is performed so that the difference between the target speed Msp * and the actual speed Msp becomes zero.
  • Speed feedback control Note that the actual speed Msp to be fed back may be appropriately subjected to phase advance processing or the like.
  • the microcomputers 51 and 52 switch from feedback control to fixed phase energization control in order to reliably stop the motor 10 at the target position.
  • the control method of the motor 10 may be whatever.
  • the first microcomputer 51 is monitored for abnormality by the first monitoring IC 56.
  • the second microcomputer 52 is monitored for abnormality by the second monitoring IC 57.
  • the microcomputers 51 and 52 are independently monitored by the corresponding monitoring ICs 56 and 57, respectively, and mutual monitoring between the microcomputers 51 and 52 is not performed.
  • the first microcomputer 51 is described as “microcomputer 1”, the second microcomputer 52 as “microcomputer 2”, the first monitoring IC 56 as “monitoring IC1”, and the second monitoring IC 57 as “monitoring IC2”.
  • the drive control of the motor 10 can be continued using the other microcomputer.
  • both the microcomputers 51 and 52 are normal, when the command signals relating to the driving of the motor 10 are output from the respective microcomputers 51 and 52, the efficiency of the motor 10 is increased due to, for example, a deviation in the output timing of the command signals May decrease. Therefore, in the present embodiment, during normal operation, the driving of the motor 10 is controlled by a single microcomputer.
  • a microcomputer used for drive control of the motor 10 is referred to as “used microcomputer”, and a microcomputer not used for drive control of the motor 10 is referred to as “unused microcomputer”.
  • the motor control process according to the present embodiment will be described based on the flowchart of FIG. This process is executed when the start switch of the vehicle is turned on.
  • the start switch is an ignition switch, and is hereinafter referred to as “IG” as appropriate.
  • the trip from when the IG is turned on to when it is turned off is defined as one trip.
  • the first microcomputer 51 is the “own microcomputer” and the second microcomputer 52 is the “other microcomputer”.
  • the processing in the second microcomputer 52 may be performed by replacing the second microcomputer 52 with “own microcomputer” and the first microcomputer 51 with “other microcomputer”.
  • step” in step S101 is omitted, and is simply referred to as “S”. The same applies to the other steps.
  • the first microcomputer 51 determines whether or not the microcomputer used in the previous trip was the own microcomputer. If it is determined that the microcomputer used in the previous trip is not the microcomputer, the process proceeds to S108. When it is determined that the microcomputer used in the previous trip is the own microcomputer (S101: YES), the process proceeds to S102.
  • the first microcomputer 51 determines whether or not the other microcomputer is abnormal in the previous trip. When it is determined that the other microcomputer is abnormal in the previous trip (S102: YES), the process proceeds to S108. If it is determined that the other microcomputer is not abnormal in the previous trip (S102: NO), the process proceeds to S103. In S103, the first microcomputer 51 sets the microcomputer used in the current trip as another microcomputer, that is, the second microcomputer 52.
  • the first microcomputer 51 determines whether or not an abnormality notification from another microcomputer has been received. If it is determined that an abnormality notification from another microcomputer has been received (S104: YES), the process proceeds to S106. When it is determined that an abnormality notification from another microcomputer has not been received (S104: NO), the process proceeds to S105. In S105, the first microcomputer 51 determines whether or not the IG is turned off. When it is determined that the IG is turned off (S105: YES), this process ends. If it is determined that the IG is not turned off (S105: NO), the process returns to S104, and the standby state for receiving an abnormality notification from another microcomputer is continued.
  • the process proceeds to the case where an abnormality notification is received from another microcomputer (S104: YES), the first microcomputer 51 sets an abnormality flag.
  • the abnormality flag is described as “X_FAIL”, the state where the flag is set is “1”, and the state where the flag is not set is “0”.
  • the abnormality flag is stored in a memory (not shown) and is retained even after the IG is turned off.
  • the abnormality flag is set, for example, it is assumed that the state in which the abnormality flag is set is continued without being reset until repair is performed at a repair shop or the like.
  • the first microcomputer 51 turns on a warning lamp on an instrument panel, for example, and warns the user that an abnormality has occurred in the shift-by-wire system 1.
  • the warning method for the user is not limited to lighting the warning lamp, and any method such as voice guidance may be used. As a result, it is urged to bring it to a repair shop or the like.
  • the first microcomputer 51 uses the microcomputer to be used as its own microcomputer, calculates a command value for driving the motor 10, and based on the command value, the motor 10 To control.
  • the first microcomputer 51 determines whether or not it is normal. Here, the determination is made based on the monitoring result of the first monitoring IC 56. When it is determined that the first microcomputer 51 is abnormal (S109: NO), the process proceeds to S112. When it is determined that the first microcomputer 51 is normal (S109: YES), the process proceeds to S110. In S110, the first microcomputer 51 determines whether or not the IG is turned off. When it is determined that the IG is not turned off (S110: NO), the process returns to S108 and the drive control of the motor 10 by the microcomputer is continued. When it is determined that the IG is turned off (S110: YES), the process proceeds to S111.
  • the first microcomputer 51 stores in the memory (not shown) information indicating that the microcomputer used in the trip this time is its own microcomputer.
  • the information stored here is retained even while the IG is off.
  • the microcomputer used in the trip is the own microcomputer, it is possible to determine whether or not the microcomputer used in the previous trip was the own microcomputer in S101 when the IG is turned on next time. .
  • the information may be deleted.
  • the first microcomputer 51 when the microcomputer is determined to be abnormal (S109: NO), the first microcomputer 51 has an abnormality in the first microcomputer 51 with respect to the second microcomputer 52, which is another microcomputer. To be notified. In S113, the first microcomputer 51 sets an abnormality flag. In S114, the first microcomputer 51 turns off its own microcomputer.
  • FIG. 5 shows the IG on / off state, the motor angle, the on / off state of the first microcomputer 51, the on / off state of the second microcomputer 52, the microcomputer in use, and the abnormality flag, with the common time axis as the horizontal axis. Note that the time scale is changed as appropriate and does not match the actual time scale.
  • the microcomputers 51 and 52 are turned on. It is assumed that the microcomputer used is the first microcomputer 51 in the trip starting from the time x1. Therefore, the motor 10 is controlled based on the command value calculated by the first microcomputer 51. In the present embodiment, the drive of the motor 10 is controlled so that the actual angle ⁇ of the motor 10 becomes the target angle ⁇ * determined according to the required shift range.
  • the microcomputer used is the first microcomputer 51 during the trip. continue.
  • the second microcomputer 52 is turned on when IG is turned on, but does not output a command value related to driving of the motor 10.
  • the command value may be calculated by the second microcomputer 52, or the command value is not calculated until the first microcomputer 51 becomes abnormal. Also good.
  • the microcomputers 51 and 52 are turned on. Since the microcomputer used is the first microcomputer 51 in the previous trip, the second microcomputer 52 is used as the microcomputer used in this trip. Therefore, the motor 10 is controlled based on the command value calculated by the second microcomputer 52. Reliability is ensured by using the microcomputers 51 and 52 alternately for each trip.
  • an abnormality flag is set, and a transition is made to the failsafe mode.
  • the microcomputer used is switched to the first microcomputer 51, and the motor 10 is controlled based on a command value calculated by the first microcomputer 51.
  • the second microcomputer 52 in which an abnormality has occurred is turned off. Then, the user is warned that an abnormality has occurred.
  • IG is turned off at time x5, and IG is turned on again at time x6.
  • the microcomputer used at the end of the previous trip is the first microcomputer 51.
  • the second microcomputer 52 is abnormal in the previous trip.
  • One microcomputer 51 is assumed. That is, in the present embodiment, once the abnormality flag is set, the fail safe mode is continued by setting the abnormality flag regardless of whether the IG is turned on or off, for example, until repair is completed. A certain second microcomputer 52 is not returned. Further, even during a trip from time x6, the warning to the user is continued to prompt early repair.
  • the second microcomputer 52 corresponds to the “abnormal control unit”
  • the first microcomputer 51 corresponds to the “normal control unit”.
  • the first microcomputer 51 corresponds to the “abnormal control unit”
  • the second microcomputer 52 corresponds to the “normal control unit”.
  • the shift range control device 40 of the present embodiment switches the shift range of the vehicle by controlling the driving of the motor 10, and includes a plurality of microcomputers 51 and 52, a plurality of monitoring ICs 56, 57.
  • the microcomputers 51 and 52 can control the driving of the motor 10.
  • the monitoring ICs 56 and 57 are provided corresponding to the microcomputers 51 and 52, and monitor the abnormality of the corresponding microcomputers 51 and 52.
  • the first monitoring IC 56 is provided corresponding to the first microcomputer 51 and monitors the abnormality of the first microcomputer 51.
  • the second monitoring IC 57 is provided corresponding to the second microcomputer 52 and monitors the second microcomputer 52 for abnormality.
  • the motor 10 is driven and controlled by one of the normal microcomputers 51 and 52.
  • the microcomputer used for driving control of the motor 10 is switched to one of the other microcomputers.
  • the microcomputer used for driving control of the motor 10 is switched to the second microcomputer 52.
  • the second microcomputer 52 is used for driving control of the motor 10 and an abnormality occurs in the second microcomputer 52, the microcomputer used for driving control of the motor 10 is switched to the first microcomputer 51.
  • the shift range control device 40 includes a plurality of microcomputers 51 and 52. Therefore, if at least one of the microcomputers 51 and 52 is normal, the drive control of the motor 10 can be continued, and the range switching is performed. Control can be continued. Therefore, even if an abnormality occurs in either of the microcomputers 51 and 52, the retreat travel performance can be ensured. Further, if the driving of one actuator (the motor 10 in this embodiment) is controlled using a plurality of microcomputers 51 and 52, the efficiency of the actuator may be reduced due to a difference in command output timing from each of the microcomputers 51 and 52. There is. In the present embodiment, even if the plurality of microcomputers 51 and 52 are normal, it is possible to appropriately control without reducing the efficiency of the actuator by using one microcomputer for driving control of the actuator.
  • the shift range control device 40 switches the microcomputers 51 and 52 used for driving control of the motor 10 each time the vehicle IG is turned on. Thereby, the reliability when the microcomputer used is switched can be ensured.
  • the drive of the motor 10 is controlled by the normal first microcomputer 51.
  • the second microcomputer 52 is not returned and the drive control of the motor 10 by the first microcomputer 51 is continued.
  • the microcomputer in which the abnormality is detected is not restored, and the notification to the user is continued. This can prompt the user for early repairs.
  • control units and two monitoring units are provided. In another embodiment, three or more control units and monitoring units may be provided. If all the control units are normal, it is preferable from the viewpoint of ensuring reliability that the control units used for each trip are used in turn.
  • the trip from when the start switch is turned on to when it is turned off is defined as one trip, and the controller used for actuator drive control is switched for each trip.
  • a period from IG on to off may be regarded as one period, and a plurality of periods may be regarded as one trip. The number of periods for one trip may be fixed, or may be variable according to the travel distance, for example.
  • the fail-safe state when an abnormality occurs in the control unit, the fail-safe state is continued, the control unit in which the abnormality has occurred is not returned, and the control unit is not used for drive control of the actuator.
  • the fail-safe state when an abnormal microcomputer returns to normal by restarting the microcomputer by turning on and off the start switch, the fail-safe state may be canceled and used for motor drive control.
  • the motor is a permanent magnet type three-phase brushless motor. In other embodiments, any motor such as an SR motor may be used as the motor. In the above embodiment, the motor is provided with two winding sets. In another embodiment, the number of winding sets of the motor may be one or more than three.
  • the actuator is a motor. In other embodiments, an actuator other than the motor may be used as the actuator.
  • an encoder is used as a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor. In another embodiment, the rotation angle sensor is not limited to an encoder, and any other device such as a resolver may be used.
  • the detent plate is provided with four recesses.
  • the number of recesses is not limited to four and may be any number.
  • the shift range switching mechanism, the parking lock mechanism, and the like may be different from those in the above embodiment.
  • this indication is not limited to the said embodiment at all, and can be implemented with a various form in the range which does not deviate from the meaning.

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Abstract

シフトレンジ制御装置(40)は、アクチュエータ(10)の駆動を制御することで車両のシフトレンジを切り替えるものである。複数の制御部(51、52)は、アクチュエータ(10)の駆動を制御可能である。複数の監視制御部(56、57)は、制御部(51、52)に対応して設けられ、対応する制御部(51、52)の異常を監視する。アクチュエータ(10)は、正常である制御部(51、52)のうちの1つにより駆動制御される。また、アクチュエータ(10)の駆動制御に用いられている制御部に異常が生じた場合、アクチュエータ(10)の駆動制御に用いる制御部を、他の制御部のうちの1つに切り替える。

Description

シフトレンジ制御装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2016年9月9日に出願された特許出願番号2016-176277号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
 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切替装置が知られている。例えば特許文献1では、シフトレンジ切替機構の駆動源として、スイッチトリラクタンスモータを用いている。以下、スイッチトリラクタンスモータを「SRモータ」という。
特許第4385768号
 特許文献1では、1つのECUによりモータの駆動を制御している。そのため、このECUに異常が生じた場合、モータを駆動できず、シフトレンジを切り替えられなくなる虞がある。
 本開示の目的は、一部の制御部に異常が生じた場合であっても、レンジ切替制御を継続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。
 本開示のシフトレンジ制御装置は、アクチュエータの駆動を制御することで車両のシフトレンジを切り替えるものであって、複数の制御部と、複数の監視部と、を備える。
 制御部は、アクチュエータの駆動を制御可能である。監視部は、制御部に対応して設けられ、対応する制御部の異常を監視する。
 アクチュエータは、正常である制御部のうちの1つにより駆動制御される。アクチュエータの駆動制御に用いられている制御部に異常が生じた場合、アクチュエータの駆動制御に用いる制御部を、他の制御部のうちの1つに切り替える。
 本開示のシフトレンジ制御装置は、複数の制御部を備えているので、制御部のうちの少なくとも1つが正常であれば、アクチュエータの駆動制御を継続可能であり、レンジ切替制御を継続することができる。したがって、制御部のいずれかに異常が生じた場合であっても、退避走行性能を確保することができる。
 また、複数の制御部を用いて1つのアクチュエータを制御すると、各制御部からの指令出力タイミングのずれ等により、アクチュエータの効率が低下する虞がある。本開示では、アクチュエータの駆動制御に用いる制御部を1つとすることで、アクチュエータの効率を低下させることなく、適切に制御することができる。
 本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、一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り、 図2は、一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り、 図3は、一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り、 図4は、一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り、 図5は、一実施形態による使用マイコンの切り替えを説明するタイムチャートである。
 以下、シフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。
   (一実施形態)
 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、アクチュエータとしてのモータ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である。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、2組の巻線組11、12を有する。第1巻線組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巻線組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、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。
 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。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、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、N、R、P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。ディテントプレート21が逆回転方向に揺動すると、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が逆回転方向に回転し、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、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、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、および、監視部としての監視IC56、57等を有する。
 図3に示すように、モータドライバ41は、第1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、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。
 モータドライバ42は、第2巻線組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。
 また、モータドライバ41、42には、モータ電流Imを検出する図示しない電流センサが設けられる。
 図2に示すように、トランスミッションECU7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。図中、トランスミッションECU7を「TCU」と記載した。
 第1マイコン51および第2マイコン52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、スイッチング素子411~416、421~426のオンオフ作動を制御する指令信号を生成可能である。指令信号に基づいてスイッチング素子411~416、421~426のオンオフを制御することで、モータ10の駆動が制御される。
 本実施形態では、マイコン51、52は、モータ10を停止させる目標位置から離れているときは応答性を向上させるべく、フィードバック制御によりモータ10を制御する。フィードバック制御では、例えば、モータ10の実角度θと目標角度θ*との差に基づいて、目標速度Msp*を設定し、目標速度Msp*と実速度Mspとの差が0になるように制御する速度フィードバック制御とする。なお、フィードバックする実速度Mspは、適宜、位相進み処理等を行ってもよい。
 また、マイコン51、52は、モータ10の実角度θが目標角度θ*に近づいた場合、モータ10を目標位置にて確実に停止させるべく、フィードバック制御から固定相通電制御に切り替える。
 これにより、応答性を向上させつつ目標位置にてモータ10を確実に停止させることができるので、シフトレンジを適切に切り替えることができる。
 なお、モータ10の制御方法は、どのようであってもよい。
 第1マイコン51は、第1監視IC56により異常監視される。
 第2マイコン52は、第2監視IC57により異常監視される。
 本実施形態では、マイコン51、52は、それぞれ対応する監視IC56、57にて独立に監視されており、マイコン51、52間での相互監視を行っていない。
 図中、第1マイコン51を「マイコン1」、第2マイコン52を「マイコン2」、第1監視IC56を「監視IC1」、第2監視IC57を「監視IC2」と記載する。
 本実施形態では、モータ10を制御可能なマイコンを2つ備えているので、一方が異常になった場合であっても、他方のマイコンを用いて、モータ10の駆動制御を継続可能である。また、マイコン51、52が共に正常である場合、それぞれのマイコン51、52からモータ10の駆動に係る指令信号が出力されると、例えば指令信号の出力タイミングのずれ等により、モータ10の効率が低下する虞がある。そこで本実施形態では、通常時には、1つのマイコンによりモータ10の駆動を制御するようにしている。以下、モータ10の駆動制御に使用するマイコンを「使用マイコン」、モータ10の駆動制御に使用しないマイコンを「未使用マイコン」とする。
 本実施形態によるモータ制御処理を図4のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、車両の始動スイッチがオンされているときに実行される。なお、監視IC56、57による監視処理は、本処理とは別途に行われているものとする。本実施形態では、始動スイッチをイグニッションスイッチとし、以下適宜、「IG」と記す。本実施形態では、IGがオンされてからオフされるまでを1回のトリップとする。
 以下、第1マイコン51が「自マイコン」、第2マイコン52が「他マイコン」であって、第1マイコン51での処理として説明する。第2マイコン52での処理は、第2マイコン52を「自マイコン」、第1マイコン51を「他マイコン」とすればよく、処理内容は同様であるので、説明を省略する。以下、ステップS101の「ステップ」を省略し、単に記号「S」と記す。他のステップについても同様である。
 最初のS101では、第1マイコン51は、前回のトリップでの使用マイコンが自マイコンであったか否かを判断する。前回のトリップでの使用マイコンが自マイコンではなかったと判断された場合(S101:NO)、S108へ移行する。前回のトリップでの使用マイコンが自マイコンであったと判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。
 S102では、第1マイコン51は、前回のトリップにて他マイコンが異常であったか否かを判断する。前回のトリップにて他マイコンが異常であったと判断された場合(S102:YES)、S108へ移行する。前回のトリップにて他マイコンが異常ではなかったと判断された場合(S102:NO)、S103へ移行する。
 S103では、第1マイコン51は、今回のトリップでの使用マイコンを他マイコン、すなわち第2マイコン52とする。
 S104では、第1マイコン51は、他マイコンからの異常通知を受信したか否かを判断する。他マイコンからの異常通知を受信したと判断された場合(S104:YES)、S106へ移行する。他マイコンからの異常通知を受信していないと判断された場合(S104:NO)、S105へ移行する。
 S105では、第1マイコン51は、IGがオフされたか否かを判断する。IGがオフされたと判断された場合(S105:YES)、本処理を終了する。IGがオフされていないと判断された場合(S105:NO)、S104へ戻り、他マイコンからの異常通知の受信待機状態を継続する。
 他マイコンからの異常通知を受信した場合(S104:YES)に移行するS106では、第1マイコン51は、異常フラグをセットする。図中、異常フラグを「X_FAIL」と記載し、フラグがセットされている状態を「1」、セットされていない状態を「0」とする。異常フラグは、図示しないメモリに記憶され、IGオフ後も保持される。異常フラグがセットされると、例えば修理工場等での修理が行われるまでリセットされず、異常フラグがセットされている状態が継続されるものとする。
 S107では、第1マイコン51は、例えばインスツルメンタルパネルのウォーニングランプを点灯させ、シフトバイワイヤシステム1に異常が生じていることをユーザに警告する。ユーザへの警告方法は、ウォーニングランプの点灯に限らず、音声での案内等、どのような方法でもよい。これにより、修理工場等への持ち込みを促す。
 前回のトリップでの使用マイコンが他マイコンであった場合(S101:NO)、前回トリップにて他マイコンが異常であった場合(S102:YES)、または、他マイコンからの異常通知を受信した場合(S104:YES、S106、S107)に続いて移行するS108では、第1マイコン51は、使用マイコンを自マイコンとし、モータ10の駆動に係る指令値を演算し、当該指令値に基づいてモータ10を制御する。
 S109では、第1マイコン51は、自身が正常であるか否かを判断する。ここでは、第1監視IC56の監視結果に基づいて判断する。第1マイコン51が異常であると判断された場合(S109:NO)、S112へ移行する。第1マイコン51が正常であると判断された場合(S109:YES)、S110へ移行する。
 S110では、第1マイコン51は、IGがオフされたか否かを判断する。IGがオフされていないと判断された場合(S110:NO)、S108へ戻り、自マイコンでのモータ10の駆動制御を継続する。IGがオフされたと判断された場合(S110:YES)、S111へ移行する。
 S111では、第1マイコン51は、今回トリップでの使用マイコンが自マイコンであった旨の情報を図示しないメモリに記憶させる。ここで記憶される情報は、IGオフ中も保持されるものとする。今回トリップでの使用マイコンが自マイコンであることを保持しておくことで、次回IGがオンされたとき、S101にて、前回トリップでの使用マイコンが自マイコンであったか否かを判別可能である。S101での判定後には、当該情報は消去してもよい。
 自マイコンが異常であると判断された場合(S109:NO)に移行するS112では、第1マイコン51は、他マイコンである第2マイコン52に対し、第1マイコン51にて異常が生じたことを通知する。
 S113では、第1マイコン51は、異常フラグをセットする。
 S114では、第1マイコン51は、自マイコンをオフにする。
 本実施形態の使用マイコンの切り替えを図5のタイムチャートに基づいて説明する。図5は、共通時間軸を横軸とし、上段から、IGのオンオフ状態、モータ角度、第1マイコン51のオンオフ状態、第2マイコン52のオンオフ状態、使用マイコン、異常フラグを表している。なお、タイムスケールは適宜変更しており、実際のタイムスケールとは一致しない。
 図5に示すように、時刻x1にてIGがオンされると、マイコン51、52がオンされる。時刻x1から始まるトリップでは、使用マイコンが第1マイコン51であるものとする。したがって、モータ10は、第1マイコン51にて演算される指令値に基づいて制御される。本実施形態では、モータ10の実角度θが、要求シフトレンジに応じて決定される目標角度θ*となるようにモータ10の駆動が制御される。
 時刻x1にIGがオンされてから時刻x2にてIGがオフされるまでの間に、第1マイコン51に異常が生じなければ、当該トリップ中は、使用マイコンが第1マイコン51である状態を継続する。第2マイコン52は、IGオンによりオンされるが、モータ10の駆動に係る指令値の出力は行わない。なお、第1マイコン51の異常に備えて、第2マイコン52にて指令値の演算を行っていてもよいし、第1マイコン51が異常となるまでは指令値の演算を行わないようにしてもよい。
 時刻x3にて、再びIGがオンされると、マイコン51、52がオンされる。前回のトリップでは、使用マイコンが第1マイコン51であったので、今回のトリップでは、第2マイコン52を使用マイコンとする。したがって、モータ10は、第2マイコン52にて演算される指令値に基づいて制御される。
 トリップごとに交互にマイコン51、52を使用することで、信頼性が確保される。
 時刻x4にて、第2マイコン52に異常が生じると、異常フラグをセットし、フェイルセーフモードに移行する。具体的には、使用マイコンを第1マイコン51に切り替え、第1マイコン51にて演算される指令値に基づいてモータ10を制御する。これにより、一方のマイコンに異常が生じた場合であっても、モータ10の駆動を継続可能であるので、正常時と同様にシフトレンジを切り替え可能であり、退避走行性能を確保することができる。
 また、異常が生じた第2マイコン52をオフにする。そして、異常が生じたことをユーザに警告する。
 時刻x5にてIGがオフされ、時刻x6にてIGが再度オンされる。時刻x6からのトリップでは、前回のトリップ終了時の使用マイコンは第1マイコン51であるが、前回トリップにて第2マイコン52に異常が生じているので、今回のトリップにおいても、使用マイコンを第1マイコン51とする。すなわち本実施形態では、一旦、異常フラグがセットされたら、例えば修理等が完了するまで、IGのオンオフによらず、異常フラグをセットし続けることでフェイルセーフモードを継続し、異常が生じたマイコンである第2マイコン52を復帰させない。また、時刻x6からのトリップにおいても、ユーザへの警告を継続し、早期の修理を促す。
 図5の例では、第2マイコン52が「異常制御部」、第1マイコン51が「正常制御部」に対応する。
 同様に、第1マイコン51に異常が生じた場合においても、フェイルセーフモードを継続し、第1マイコン51を復帰させず、第2マイコン52によるモータ10の駆動制御を継続する。この場合、第1マイコン51が「異常制御部」、第2マイコン52が「正常制御部」に対応する。
 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車両のシフトレンジを切り替えるものであって、複数のマイコン51、52と、複数の監視IC56、57と、を備える。マイコン51、52は、モータ10の駆動を制御可能である。監視IC56、57は、マイコン51、52に対応して設けられ、対応するマイコン51、52の異常を監視する。具体的には、第1監視IC56は、第1マイコン51に対応して設けられ、第1マイコン51の異常を監視する。第2監視IC57は、第2マイコン52に対応して設けられ、第2マイコン52に異常を監視する。
 モータ10は、正常であるマイコン51、52のうちの1つにより駆動制御される。また、モータ10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10の駆動制御に用いるマイコンを、他のマイコンのうちの1つに切り替える。具体的には、第1マイコン51がモータ10の駆動制御に用いられているときに、第1マイコン51に異常が生じた場合、モータ10の駆動制御に用いるマイコンを、第2マイコン52に切り替える。また、第2マイコン52がモータ10の駆動制御に用いられているときに、第2マイコン52に異常が生じた場合、モータ10の駆動制御に用いるマイコンを、第1マイコン51に切り替える。
 本実施形態では、シフトレンジ制御装置40は、複数のマイコン51、52を備えているので、マイコン51、52の少なくとも1つが正常であれば、モータ10の駆動制御を継続可能であり、レンジ切替制御を継続することができる。したがって、マイコン51、52のいずれかに異常が生じた場合であっても、退避走行性能を確保することができる。
 また、複数のマイコン51、52を用いて1つのアクチュエータ(本実施形態ではモータ10)の駆動を制御すると、各マイコン51、52からの指令出力タイミングのずれ等により、アクチュエータの効率が低下する虞がある。本実施形態では、複数のマイコン51、52が正常であっても、アクチュエータの駆動制御に用いるマイコンを1つとすることで、アクチュエータの効率を低下させることなく、適切に制御することができる。
 シフトレンジ制御装置40は、車両のIGをオンするごとに、モータ10の駆動制御に用いるマイコン51、52を切り替える。これにより、使用マイコンを切り替えたときの信頼性を確保することができる。
 また、マイコン51、52は、2つであって、一方のマイコン52に異常が生じ、他方のマイコン51が正常である場合、正常である第1マイコン51によりモータ10の駆動が制御される。また、IGがオフされた後、再度オンされたとき、第2マイコン52を復帰させず、第1マイコン51によるモータ10の駆動制御を継続する。本実施形態では、一旦、異常が検出された場合、異常が検出されたマイコンを復帰させず、ユーザへの発報を継続している。これにより、ユーザに早期の修理を促すことができる。
   (他の実施形態)
 上記実施形態では、制御部および監視部は2つずつ設けられる。他の実施形態では、制御部および監視部を3つ以上設けてもよい。全ての制御部が正常であれば、トリップごとに用いる制御部を順番に交代して用いることが、信頼性確保の面から好ましい。
 上記実施形態では、始動スイッチがオンされてからオフされるまでを1トリップとし、1トリップごとにアクチュエータの駆動制御に用いる制御部を切り替える。他の実施形態では、例えば、IGオンからオフまでを1期間とし、複数期間を1トリップとみなしてもよい。1トリップとする期間数は、固定でもよいし、例えば走行距離等に応じて可変としてもよい。
 上記実施形態では、制御部に異常が生じた場合、フェイルセーフ状態を継続し、異常が生じた制御部を復帰させず、当該制御部をアクチュエータの駆動制御に使用しない。他の実施形態では、始動スイッチのオンオフによるマイコンの再起動により、異常であったマイコンが正常復帰した場合、フェイルセーフ状態を解除し、モータの駆動制御に用いるようにしてもよい。
 上記実施形態では、モータは、永久磁石式の3相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータは、SRモータ等、どのようなものを用いてもよい。また、上記実施形態では、モータに2組の巻線組が設けられる。他の実施形態では、モータの巻線組は、1組でもよいし3組以上であってもよい。また、上記実施形態では、アクチュエータはモータである。他の実施形態では、モータ以外のものをアクチュエータとして用いてもよい。
 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として、エンコーダを用いる。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、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。
 以上、本開示は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、そ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。
 本開示は、実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (3)

  1.  アクチュエータ(10)の駆動を制御することで車両の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、
     前記アクチュエータの駆動を制御可能である複数の制御部(51、52)と、
     前記制御部に対応して設けられ、対応する前記制御部の異常を監視する複数の監視部(56、57)と、
     を備え、
     前記アクチュエータは、正常である前記制御部のうちの1つにより駆動制御され、
     前記アクチュエータの駆動制御に用いられている前記制御部に異常が生じた場合、前記アクチュエータの駆動制御に用いる前記制御部を、他の前記制御部のうちの1つに切り替えるシフトレンジ制御装置。
  2.  前記車両の始動スイッチをオンするごとに、前記アクチュエータの駆動制御に用いる前記制御部を切り替える請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
  3.  前記制御部は2つであって、一方の前記制御部に異常が生じ、他方の前記制御部が正常である場合、異常が生じた前記制御部を異常制御部、正常である前記制御部を正常制御部とすると、
     前記車両の始動スイッチがオフされた後、再度オンされたとき、前記異常制御部を復帰させず、前記正常制御部による前記アクチュエータの駆動制御を継続する請求項1に記載のシフトレンジ制御装置。
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