JP6097056B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを制御対象の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して基準位置を学習するモータ制御装置に関する発明である。

近年、自動車においても、省スペース化、組立性向上、制御性向上等の要求を満たすために、機械的な駆動システムを、モータによって電気的に駆動するシステムに変更する事例が増加する傾向にある。その一例として、車両の自動変速機のレンジ切換機構をモータで駆動するようにしたものがある。このものは、モータの回転に同期して所定角度毎にパルス信号を出力するエンコーダを搭載し、レンジ切換時には、このエンコーダのパルス信号のカウント値に基づいてモータを目標レンジに相当する目標回転位置（目標カウント値）まで回転させることで、シフトレンジを目標レンジに切り換えるようにしている。

このようなシステムにおいては、例えば、特許文献１（特開２００４−３０８７５２号公報）に記載されているように、モータ（アクチュエータ）をレンジ切換機構の可動範囲の限界位置（Ｐ壁位置や非Ｐ壁位置）に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して、その限界位置を基準位置として学習し、この基準位置を基準にしてモータの回転量（回転角）を制御するようにしたものがある。

特開２００４−３０８７５２号公報

ところで、突き当て制御の際に、モータの各相に流れる電流を電圧に応じたデューティ比でデューティ制御するシステムでは、電圧が同じでも温度変化や経時変化等による巻線抵抗の変化によってモータの各相に流れる電流値が変化してモータのトルクが変化するため、その影響で基準位置の学習精度が低下する可能性がある。

そこで、本出願人は、モータの各相に流れる電流の和（例えば各相の巻線を接続した集合部に流れる電流）を検出する電流センサを設け、突き当て制御の際に、電流センサの出力に基づいてモータの各相に流れる電流の和を一定値に制御する定電流制御を行うことで、温度変化や経時変化等による各相の電流値の変化を抑制するシステムを研究している。しかし、定電流制御を行いながら１−２相通電方式（モータの各相のうちの１相に通電する１相通電と２相に通電する２相通電とを交互に切り換える通電方式）でモータの通電相を切り換えるシステムでは、通電相に流れる電流値が１相通電と２相通電の切り換え毎に変動して、それに伴ってモータのトルクが変動するため、その影響で基準位置の学習精度が低下する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、突き当て制御の際にモータのトルクをほぼ一定に制御することができ、基準位置の学習精度を向上させることができるモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、制御対象（１１）を回転駆動するモータ（１２）と、このモータ（１２）を制御対象（１１）の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して基準位置を学習する基準位置学習手段（４１）とを備えたモータ制御装置において、モータ（１２）に流れる電流を検出する電流センサ（４３）を備え、基準位置学習手段（４１）は、突き当て制御の際に、電流センサ（４３）の出力に基づいてモータ（１２）の各相に流れる電流の和を一定値に制御する定電流制御を行いながら、モータ（１２）の通電相を順次切り換えてモータ（１２）を回転駆動する際、モータ（１２）のトルク変動を抑えるように、同時に通電する通電相の数を一定にするようにしたものである。

この構成では、突き当て制御の際に、電流センサの出力に基づいてモータの各相に流れる電流の和を一定値に制御する定電流制御を行うことで、温度変化や経時変化等による各相の電流値の変化を抑制することができ、温度変化や経時変化等によるモータのトルク変化を抑制することができる。更に、定電流制御を行いながら、モータの通電相を順次切り換えてモータを回転駆動する際、モータのトルク変動を抑えるように、同時に通電する通電相の数を一定にすることで、通電相に流れる電流値を一定に維持することができ、通電相の切り換えによるモータのトルク変動を抑制することができる。これにより、突き当て制御の際にモータのトルクをほぼ一定に制御することができ、基準位置の学習精度を向上させることができる。

図１は本発明の実施例１におけるレンジ切換装置の斜視図である。 図２はレンジ切換装置の制御システム全体の構成を概略的に示す図である。 図３は比較例のモータの通電制御方法を説明するタイムチャートである。 図４は１−２相通電方式の通電相の切り換えパターンを説明する図である。 図５は実施例１のモータの通電制御方法を説明するタイムチャートである。 図６は１相通電方式の通電相の切り換えパターンを説明する図である。 図７は基準位置学習ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図８は実施例２のモータの通電制御方法を説明するタイムチャートである。 図９は２相通電方式の通電相の切り換えパターンを説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を自動変速機のレンジ切換装置に適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
図１に示すように、レンジ切換機構１１は、自動変速機２７（図２参照）のシフトレンジをＰレンジ（パーキングレンジ）とＲレンジ（リバースレンジ）とＮレンジ（ニュートラルレンジ）とＤレンジ（ドライブレンジ）との間で切り換える４ポジション式のレンジ切換機構である。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１２は、例えばスイッチトリラクタンスモータにより構成されている。このモータ１２は、減速機構２６（図２参照）が内蔵され、その出力軸１２ａ（図２参照）の回転位置を検出する出力軸センサ１０（図２参照）が設けられている。このモータ１２の出力軸１２ａには、マニュアルシャフト１３が接続され、このマニュアルシャフト１３に、ディテントレバー１５が固定されている。

ディテントレバー１５には、ディテントレバー１５の回転に応じて直線運動するマニュアルバルブ（図示せず）が接続され、このマニュアルバルブによって自動変速機２７の内部の油圧回路（図示せず）を切り換えることで、シフトレンジを切り換えるようになっている。

また、ディテントレバー１５にはＬ字形のパーキングロッド１８が固定され、このパーキングロッド１８の先端部に設けられた円錐体１９がロックレバー２１に当接している。このロックレバー２１は、円錐体１９の位置に応じて軸２２を中心にして上下動してパーキングギヤ２０をロック／ロック解除するようになっている。パーキングギヤ２０は、自動変速機２７の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２０がロックレバー２１によってロックされると、車両の駆動輪が回り止めされた状態（パーキング状態）に保持される。

一方、ディテントレバー１５をＰ、Ｒ、Ｎ、Ｄの各レンジに保持するためのディテントバネ２３が支持ベース１７に固定され、ディテントレバー１５には、Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄの各レンジ保持凹部２４（図１参照）が形成され、ディテントバネ２３の先端に設けられた係合部２３ａがディテントレバー１５の各レンジ保持凹部２４に嵌まり込んだときに、ディテントレバー１５が各レンジの位置に保持されるようになっている。これらディテントレバー１５とディテントバネ２３とからディテントレバー１５の回転位置を各レンジの位置に係合保持する（つまりレンジ切換機構１１を各レンジの位置に保持する）ためのディテント機構１４（節度機構）が構成されている。

Ｐレンジでは、パーキングロッド１８がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体１９の太い部分がロックレバー２１を押し上げてロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０に嵌まり込んでパーキングギヤ２０をロックした状態となり、それによって、自動変速機２７の出力軸（駆動輪）がロックされた状態（パーキング状態）に保持される。

一方、Ｐレンジ以外のレンジでは、パーキングロッド１８がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体１９の太い部分がロックレバー２１から抜け出てロックレバー２１が下降し、それによって、ロックレバー２１の凸部２１ａがパーキングギヤ２０から外れてパーキングギヤ２０のロックが解除され、自動変速機２７の出力軸が回転可能な状態（走行可能な状態）に保持される。

尚、前述した出力軸センサ１０は、モータ１２の減速機構２６の出力軸１２ａの回転角度に応じた電圧を出力する回転センサ（例えばポテンショメータ）によって構成され、その出力電圧によって実際のシフトレンジが、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを確認できるようになっている。また、出力軸センサ１０が無い場合においても、後述するエンコーダ４６によって実際のシフトレンジが、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれであるかを確認できるようになっている。

図２に示すように、モータ１２には、ロータの回転角（回転位置）を検出するためのエンコーダ４６が設けられている。このエンコーダ４６は、例えば磁気式のロータリエンコーダにより構成されており、モータ１２のロータの回転に同期して所定角度毎にＡ相、Ｂ相のパルス信号をレンジ切換制御装置４２（モータ制御装置）に出力するように構成されている。レンジ切換制御装置４２のマイコン４１は、エンコーダ４６から出力されるＡ相信号とＢ相信号の立ち上がり／立ち下がりの両方のエッジをカウントして、そのカウント値（以下「エンコーダカウント値」という）に応じてモータドライバ３７によってモータ１２の通電相を所定の順序で切り換えることでモータ１２を回転駆動する。尚、モータ１２の３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の巻線とモータドライバ３７の組み合わせを２系統設けて、一方の系統が故障しても、他方の系統でモータ１２を回転駆動できるようにしても良い。

モータ１２の回転中は、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってモータ１２の回転方向を判定し、正回転（Ｐレンジ→Ｄレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントアップし、逆回転（Ｄレンジ→Ｐレンジの回転方向）ではエンコーダカウント値をカウントダウンする。これにより、モータ１２が正回転／逆回転のいずれの方向に回転しても、エンコーダカウント値とモータ１２の回転角との対応関係が維持されるため、正回転／逆回転のいずれの回転方向でも、エンコーダカウント値によってモータ１２の回転位置を検出して、その回転位置に対応した相の巻線に通電してモータ１２を回転駆動できるようになっている。

レンジ切換制御装置４２には、シフトスイッチ４４で検出したシフトレバー操作位置の信号が入力される。これにより、レンジ切換制御装置４２のマイコン４１は、運転者のシフトレバー操作等に応じて目標レンジを切り換え、その目標レンジに応じてモータ１２を駆動してシフトレンジを切り換え、切り換え後の実際のシフトレンジをインストルメントパネル（図示せず）に設けられたレンジ表示部４５に表示する。

レンジ切換制御装置４２には、車両に搭載されたバッテリ５０（電源）から電源リレー５１を介して電源電圧が供給される。電源リレー５１のオン／オフは、電源スイッチであるＩＧスイッチ５２（イグニッションスイッチ）のオン／オフを手動操作することで切り換えられる。ＩＧスイッチ５２がオンされると、電源リレー５１がオンされてレンジ切換制御装置４２に電源電圧が供給され、ＩＧスイッチ５２がオフされると、電源リレー５１がオフされてレンジ切換制御装置４２への電源供給が遮断（オフ）される。また、レンジ切換制御装置４２には、モータ１２の各相に流れる電流の和（例えば各相の巻線を接続した集合部に流れる電流又はモータドライバ３７に供給される電流等）を検出する電流センサ４３が設けられている。

ところで、エンコーダカウント値は、マイコン４１のＲＡＭ（図示せず）に記憶されるため、レンジ切換制御装置４２の電源がオフされると、エンコーダカウント値の記憶値が消えてしまう。そのため、レンジ切換制御装置４２の電源投入直後のエンコーダカウント値は、実際のモータ１２の回転位置（通電相）に対応したものとならない。従って、エンコーダカウント値に応じて通電相を切り換えるためには、電源投入後にエンコーダカウント値と実際のモータ１２の回転位置とを対応させて、エンコーダカウント値と通電相とを対応させる必要がある。

そこで、マイコン４１は、電源投入後に初期駆動を行ってモータ１２の通電相とエンコーダカウント値との対応関係を学習する。この初期駆動では、オープンループ制御でモータ１２の通電相の切り換えを所定のタイムスケジュールで一巡させることで、いずれかの通電相でモータ１２の回転位置と該通電相とを一致させてモータ１２を回転駆動してエンコーダ４６のＡ相信号及びＢ相信号のエッジをカウントし、初期駆動終了時のエンコーダカウント値とモータ１２の回転位置と通電相との対応関係を学習する。

また、マイコン４１は、モータ１２の起動後のエンコーダカウント値に基づいてモータ１２の起動位置からの回転量（回転角）を検出できるだけであるため、電源投入後に何等かの方法で、モータ１２の絶対的な回転位置を検出しないと、モータ１２を正確に目標位置まで回転駆動することができない。

そこで、マイコン４１は、後述する図７の基準位置学習ルーチンを実行することで、初期駆動の終了後に、モータ１２をレンジ切換機構１１の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行して、その限界位置を基準位置として学習し、この基準位置のエンコーダカウント値を基準にしてモータ１２の回転量（回転角）を制御する。

この場合、例えば、ディテントバネ２３の係合部２３ａがレンジ切換機構１１の可動範囲のＰレンジ側の限界位置であるＰレンジ壁（Ｐレンジ保持凹部２４の側壁）に突き当たるまでモータ１２を回転させる“Ｐレンジ壁突き当て制御”を実施して、Ｐレンジ側の限界位置を基準位置として学習する。或は、ディテントバネ２３の係合部２３ａがレンジ切換機構１１の可動範囲のＤレンジ側の限界位置であるＤレンジ壁（Ｄレンジ保持凹部２４の側壁）に突き当たるまでモータ１２を回転させる“Ｄレンジ壁突き当て制御”を実施して、Ｄレンジ側の限界位置を基準位置として学習するようにしても良い。

ところで、突き当て制御の際に、モータ１２の各相に流れる電流を電圧に応じたデューティ比でデューティ制御するシステムでは、電圧が同じでも温度変化や経時変化等による巻線抵抗の変化によってモータ１２の各相に流れる電流値が変化してモータ１２のトルクが変化するため、その影響で基準位置の学習精度が低下する可能性がある。

そこで、本実施例では、突き当て制御の際に、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流（各相に流れる電流の和）を一定値に制御する定電流制御を行うことで、温度変化や経時変化等による各相の電流値の変化を抑制するようにしている。しかし、図３に示す比較例ように、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行いながら、モータ１２の各相のうちの１相に通電する１相通電と２相に通電する２相通電とを交互に切り換える１−２相通電方式（図４参照）でモータ１２の通電相を切り換えるシステムでは、通電相に流れる電流値が１相通電と２相通電の切り換え毎に変動して、それに伴ってモータ１２のトルクが変動するため、その影響で基準位置の学習精度が低下する可能性がある。

そこで、本実施例１では、図５に示すように、突き当て制御の際に、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行いながら、モータ１２の各相のうちの１相に通電する１相通電方式（図６参照）でモータ１２の通電相を順次切り換えてモータ１２を回転駆動することで、モータの通電相を順次切り換えてモータを回転駆動する際、モータのトルク変動を抑えるように、同時に通電する通電相の数を一定にするようにしている。

突き当て制御の際に、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行うことで、温度変化や経時変化等による各相の電流値の変化を抑制することができ、温度変化や経時変化等によるモータ１２のトルク変化を抑制することができる。更に、定電流制御を行いながら１相通電方式でモータ１２の通電相を順次切り換える（モータのトルク変動を抑えるように同時に通電する通電相の数を一定にする）ことで、通電相に流れる電流値を一定に維持することができ、通電相の切り換えによるモータ１２のトルク変動を抑制することができる。

また、本実施例１では、突き当て制御の際にモータ１２を確実に停止させた状態から回転駆動するために、突き当て制御を開始する際に、まず、１−２相通電方式（図４参照）においてモータ１２の現在の回転位置に対応する相に所定時間継続して通電することでモータ１２を停止保持するようにしている。

以上説明した本実施例１の基準位置学習は、レンジ切換制御装置４２のマイコン４１により図７の基準位置学習ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。

図７に示す基準位置学習ルーチンは、レンジ切換制御装置４２の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう基準位置学習手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、所定の学習実行条件が成立しているか否かを、例えば、初期駆動の終了後であるか否か、基準位置学習の完了前であるか否か等によって判定し、学習実行条件が不成立であると判定されれば、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、学習実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０２に進み、１−２相通電方式においてモータ１２の現在の回転位置に対応する相に通電することでモータ１２を停止保持する。

この後、ステップ１０３に進み、通電開始から所定時間が経過したか否か（つまり所定時間継続して通電したか否か）を判定し、所定時間が経過していないと判定されれば、上記ステップ１０２に戻り、モータ１２を停止保持する処理を継続する。

その後、上記ステップ１０３で、通電開始から所定時間が経過したと判定された時点で、ステップ１０４に進み、モータ１２をレンジ切換機構１１の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御（例えばＰレンジ壁突き当て制御又はＤレンジ壁突き当て制御）を実行する。この突き当て制御では、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行いながら、１相通電方式でモータ１２の通電相を順次切り換えてモータ１２を回転駆動する。

この後、ステップ１０５に進み、モータ１２の回転が停止したか否かを判定し、モータ１２の回転が停止していないと判定されれば、上記ステップ１０４に戻り、突き当て制御を継続する。

その後、上記ステップ１０５で、モータ１２の回転が停止したと判定された時点で、レンジ切換機構１１の可動範囲の限界位置に突き当たったと判断して、ステップ１０６に進み、その時点のエンコーダカウント値（限界位置に対応するエンコーダカウント値）を基準位置として学習（記憶）する。

以上説明した本実施例１では、突き当て制御の際に、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行うようにしたので、温度変化や経時変化等による各相の電流値の変化を抑制することができ、温度変化や経時変化等によるモータ１２のトルク変化を抑制することができる。更に、定電流制御を行いながら１相通電方式でモータ１２の通電相を順次切り換える（モータのトルク変動を抑えるように同時に通電する通電相の数を一定にする）ようにしたので、通電相に流れる電流値を一定に維持することができ、通電相の切り換えによるモータ１２のトルク変動を抑制することができる。これにより、突き当て制御の際にモータ１２のトルクをほぼ一定に制御することができ、基準位置の学習精度を向上させることができる。

また、本実施例１では、突き当て制御を開始する際に、１−２相通電方式においてモータ１２の現在の回転位置に対応する相に所定時間継続して通電することでモータ１２を停止保持するようにしたので、突き当て制御の際に、モータ１２を確実に停止させた状態からモータ１２を回転駆動することができる。しかも、１−２相通電方式は、１相通電方式や２相通電方式に比べて、モータ１２を停止保持可能な回転位置のピッチを細かくできるため、１−２相通電方式においてモータ１２の現在の回転位置に対応する相に所定時間継続して通電することで、それまでのモータ１２の回転位置により近い位置でモータ１２を停止保持することができる。

次に、図８及び図９を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、図８に示すように、突き当て制御の際に、電流センサ４３の出力に基づいてモータ１２の集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行いながら、モータ１２の各相のうちの２相に通電する２相通電方式（図９参照）でモータ１２の通電相を順次切り換えてモータ１２を回転駆動することで、モータの通電相を順次切り換えてモータを回転駆動する際、モータのトルク変動を抑えるように、同時に通電する通電相の数を一定にするようにしている。
以上説明した本実施例２においても、前記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

尚、上記各実施例１，２では、突き当て制御の際に、モータ１２の通電相の数を一定にする通電方式として１相通電方式又は２相通電方式でモータ１２の通電相を順次切り換えてモータ１２を回転駆動するようにしたが、これに限定されず、例えば、４相以上のモータを搭載したシステムでは、モータの通電相の数を一定にする通電方式として３相以上に通電する通電方式でモータの通電相を順次切り換えてモータを回転駆動するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、エンコーダ４６として磁気式のエンコーダを用いたが、これに限定されず、エンコーダ４６は、例えば、光学式のエンコーダやブラシ式のエンコーダを用いても良い。また、エンコーダ４６は、Ａ相信号とＢ相信号を出力するエンコーダに限定されず、Ａ相、Ｂ相信号に加え、補正用（インデックス用）のＺ相信号を出力するエンコーダを用いても良い。

また、上記各実施例１，２では、モータ１２としてスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）を用いたが、エンコーダの出力信号のカウント値に基づいてモータの回転位置を検出してモータの通電相を順次切り換えるブラシレス型の同期モータであれば、ＳＲモータに限定されず、他の種類のブラシレス型の同期モータであっても良い。

また、上記各実施例１，２では、シフトレンジをＰレンジとＲレンジとＮレンジとＤレンジの四つのレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、シフトレンジをＰレンジとＮｏｔＰレンジの二つのレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用しても良い。或は、シフトレンジを三つのレンジ間又は五つ以上のレンジ間で切り換えるレンジ切換機構を備えたシステムに本発明を適用しても良い。

また、自動変速機（ＡＴ、ＣＶＴ、ＤＣＴ等）に限定されず、電気自動車用の減速機のシフトレンジを切り換えるレンジ切換装置にも本発明を適用して実施できる。

その他、本発明は、レンジ切換装置に限定されず、ＳＲモータ等のブラシレス型の同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に適用しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

１１…レンジ切換機構（制御対象）、１２…モータ、４１…マイコン（基準位置学習手段）、４２…レンジ切換制御装置（モータ制御装置）、４３…電流センサ、４６…エンコーダ

Claims (1)

1. 自動変速機（２７）のシフトレンジを切り替えるレンジ切換機構（１１）と、
   前記レンジ切換機構（１１）を駆動するスイッチトリラクタンスモータであるモータ（１２）と、
   前記モータの回転に伴ってパルス信号を出力するエンコーダ（４６）と、
   前記モータ（１２）の各相の巻き線を接続した集合部に流れる集合部電流を、当該モータの各相に流れる電流の和として検出する電流センサ（４３）と、
   を備えた制御システムに適用され、
   前記モータ（１２）を前記レンジ切換機構（１１）の可動範囲の限界位置に突き当たるまで回転させる突き当て制御を実行し、前記エンコーダにより出力された前記パルス信号に基づいて基準位置を学習する基準位置学習手段（４１）を備え、
   前記基準位置学習手段（４１）は、
   前記モータ（１２）の各相のうちの１相に通電する１相通電と２相に通電する２相通電とを交互に切り換える１−２相通電方式において、前記突き当て制御を行う前に、前記モータ（１２）の現在の回転位置に対応する相に通電し、
   前記突き当て制御中においては、前記モータ（１２）の各相のうちの１相に通電する１相通電方式又は２相に通電する２相通電方式にて、当該モータ（１２）について同時に通電する通電相の数が一定になるように、前記モータ（１２）の通電相を順次切り替えて当該モータ（１２）を回転駆動させ、前記モータ（１２）に生じるトルク変動を抑えるように、前記電流センサ（４３）により検出された前記集合部電流を一定値に制御する定電流制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。

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