JP6950545B2 - 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切替機構が知られている。例えば特許文献１では、エンコーダおよび出力軸センサの検出値に基づいてモータの駆動を制御している。

特許第４３８５７６８号

特許文献１では、出力軸センサが故障すると、目標モータ回転角を適切に設定することができない。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、出力軸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替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）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切替システム（１）を制御するものであって、モータ角度演算部（５１）と、出力軸信号取得部（５２）と、異常判定部（５３）と、目標角度設定部（５４）と、駆動制御部（５５）と、を備える。

モータ角度演算部は、モータの回転を検出するモータ回転角センサ（１３）から、モータの回転位置に応じたモータ回転角信号を取得し、モータ回転角信号に基づいてモータ角度を演算する。出力軸信号取得部は、モータの回転が伝達される出力軸（１５）の回転位置を検出するものであってモータ回転角センサとは別途に設けられる出力軸センサ（１６）から、出力軸の回転位置に応じた出力軸信号を取得する。異常判定部は、出力軸センサの異常を判定する。目標角度設定部は、目標シフトレンジに応じた目標回転角度を設定する。駆動制御部は、モータ角度が目標回転角度となるように、モータの駆動を制御する。

目標角度設定部は、出力軸センサが正常である場合と、出力軸センサが異常である場合とで、目標回転角度を異なる値に設定する。これにより、出力軸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替可能である。

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る。 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る。 一実施形態によるディテントプレートおよびディテントローラ、ならびに、ディテントローラの位置に応じた負荷トルクおよび出力軸信号を説明する説明図である。 一実施形態による異常判定処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による目標角度設定処理を説明するフローチャートである。 一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。

（一実施形態）
シフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態によるシフトレンジ制御装置を図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。モータ１０は、図示しない車両に搭載されるバッテリ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、ＳＲモータであるが、例えば永久磁石式のＤＣブラシレスモータ等、どのようなモータを用いてもよい。

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、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。以下、エンコーダ１３からの信号をモータ回転角信号ＳｇＥとする。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。

出力軸センサ１６は、第１センサ部１６１、および、第２センサ部１６２を有し、出力軸１５の回転位置を検出する。本実施形態の出力軸センサ１６は、後述する回転部材としてのディテントプレート２１に設けられるターゲット２１５（図１参照）の磁界の変化を検出する磁気センサであり、ターゲット２１５の磁界を検出可能な箇所に取り付けられる。図中、第１センサ部１６１を「センサ１」、第２センサ部１６２を「センサ２」と記載する。

センサ部１６１、１６２は、ターゲット２１５の磁界の変化を検出する磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する、いわゆるＭＲセンサである。第１センサ部１６１は、ターゲット２１５の回転位置に応じた磁界を検出し、出力軸信号Ｓｇ１を後述のＥＣＵ５０に出力する。第２センサ部１６２は、ターゲット２１５の回転位置に応じた磁界を検出し、出力軸信号Ｓｇ２をＥＣＵ５０に出力する。本実施形態の出力軸センサ１６は、２つのセンサ部１６１、１６２を有しており、それぞれ独立に出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２をＥＣＵ５０に送信している。すなわち、出力軸センサ１６は、２重系となっている。

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、付勢部材としての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２２１、２２２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２２２、遠い側を凹部２２１とする。本実施形態では、凹部２２１がＰレンジに対応し、凹部２２２がＰレンジ以外のＮｏｔＰ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、先端に係合部材としてのディテントローラ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２２１、２２２間を移動する。ディテントローラ２６が凹部２２１、２２２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２２２に嵌まり込み、Ｐレンジのとき、凹部２２１に嵌まり込む。本実施形態では、シフトレンジに応じ、ディテントスプリング２５のスプリング力にてディテントローラ２６が嵌まり込む箇所を、凹部２２１、２２２の最底部とする。

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、および、ＥＣＵ５０等を有する。モータドライバ４１は、モータ１０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）への通電に係る駆動信号を出力する。モータドライバ４１とバッテリとの間には、モータリレー４６が設けられる。モータリレー４６は、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。また、モータリレー４６のオンオフを制御することで、モータ１０への給電または遮断を切り替える。

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。

ＥＣＵ５０は、ドライバ要求シフトレンジ、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、モータ角度演算部５１、出力軸信号取得部５２、異常判定部５３、目標角度設定部５４、および、駆動制御部５５等を有する。モータ角度演算部５１は、エンコーダ１３から取得されるモータ回転角信号ＳｇＥに基づき、Ａ相信号およびＢ相信号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。

出力軸信号取得部５２は、出力軸センサ１６から出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を取得する。異常判定部５３は、出力軸センサ１６の異常を判定する。なお、エンコーダ１３の異常監視は別途行われており、本実施形態では、エンコーダ１３が正常であるものする。

目標角度設定部５４は、目標シフトレンジおよび出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２に基づき、モータ１０を停止させる目標カウント値θｃｍｄを設定する。本実施形態では、目標カウント値θｃｍｄが「目標回転角度」に対応する。駆動制御部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなるように、フィードバック制御等によりモータ１０の駆動を制御する。モータ１０の駆動制御の詳細は、どのようであってもよい。

図３では、上段に負荷トルク、中段にディテントプレート２１およびディテントローラ２６、下段に出力軸信号を示す。本実施形態の出力軸センサ１６は、Ｐレンジに対応する値Ｖ１、ＮｏｔＰレンジに対応する値Ｖ３、および、中間値Ｖ２の３段階の値を出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２として出力する。出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２の取り得る値Ｖ１、値Ｖ２、値Ｖ３は、離散しており、各値の中間値は取らない。また、値Ｖ１と値Ｖ２、値Ｖ２と値Ｖ３との差は、分解能やセンサ誤差と比較して、十分に大きい値となるように設定される。すなわち本実施形態では出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は、値がステップ的に変化する。補足として、本実施形態では、出力軸１５の回転に伴い、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が、連続とみなせない程度に異なる値に切り替わっており、これを「値がステップ的に変化する」ものとする。なお、値Ｖ１と値Ｖ２との差、および、値Ｖ２と値Ｖ３との差は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。

ここで、出力軸センサ１６の検出値が値Ｖ１から値Ｖ２、または、値Ｖ２から値Ｖ１に切り替わるときの出力軸角度を角度θ２とする。また、出力軸センサ１６の検出値が値Ｖ２から値Ｖ３、または、値Ｖ３から値Ｖ２に切り替わるときの出力軸角度を角度θ６とする。以下、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２は、正常時、誤差等を除けば同様に変化するので、出力軸信号Ｓｇ２を適宜省略する。

また、ディテントローラ２６が、凹部２２１の最底部に位置するときの出力軸角度を角度θ１、山部２２３の頂点に位置するときの出力軸角度を角度θ４、凹部２２２の最底部に位置するときの出力軸角度を角度θ８とする。さらにまた、ディテントローラ２６が、Ｐレンジ側の回転限界位置である壁部２２６に当接するまで回転させたときの出力軸角度を角度θ０、ＮｏｔＰレンジ側の回転限界位置である壁部２２７に当接するまで回転させたときの出力軸角度を角度θ９とする。実際には、角度θ０、θ９は、ディテントローラ２６の大きさに応じて内側にずれるが、ここでは詳細を省略した。

以下、シフトレンジをＰレンジからＮｏｔＰレンジに切り替える場合を中心に説明するが、ＮｏｔＰレンジからＰレンジへの切り替えについても同様である。シフトレンジをＰレンジからＮｏｔＰレンジに切り替える場合、ディテントローラ２６を、凹部２２１から凹部２２２へ移動させる。図３では、レンジ切替完了時にディテントローラ２６が嵌まり合う凹部２２２の最底部をＰＢ、後述する吸い込み範囲の中心をＰＣとする。また、図３の上段に示す負荷トルクは、ディテントスプリング２５のスプリング力にてディテントローラ２６にかかるトルクであって、モータ１０の回転によるトルクと同方向の場合を正、反対方向の場合を負とする。

モータ１０の回転により、ディテントローラ２６が凹部２２１に嵌まり込んでいる状態から抜け出し、山部２２３に到達するまでの間、負荷トルクは負となる。また、ディテントローラ２６が山部２２３の頂点に向かうにしたがって、負荷トルクは０に近づき、ディテントローラ２６が山部２２３の頂点に位置するとき、負荷トルクが０となる。

ディテントローラ２６が山部２２３の頂点を超えると、負荷トルクは、モータ１０によるトルクと同じ方向となるので、負荷トルクが正の値となり、ディテントローラ２６が凹部２２２の中心に落とし込まれるまで、負荷トルクは増大する。ディテントローラ２６が凹部２２２に嵌まり込むと、負荷トルクの正負が反転する。すなわち、負荷トルクは出力軸角度に応じて変化する。一方、モータフリクションは、出力軸角度によらず、略一定である。

ディテントスプリング２５のスプリング力による負荷トルクが、モータ１０等にて生じるフリクションより大きければ、モータ１０をオフしたとき、ディテントスプリング２５のスプリング力によりディテントローラ２６を凹部２２１、２２２のいずれかに落とし込むことが可能である。すなわち、出力軸角度が角度θ５より大きい場合、ディテントスプリング２５のスプリング力にてディテントローラ２６を凹部２２２に落とし込むことができる。また、出力軸角度が角度θ３より小さい場合、ディテントスプリング２５のスプリング力にてディテントローラ２６を凹部２２１に落とし込むことができる。本実施形態では、出力軸角度が角度θ０以上、角度θ３未満の範囲を、「Ｐ吸い込み範囲」とし、出力軸角度が角度θ６より大きく角度θ９以下の範囲を「ＮｏｔＰ吸い込み範囲」とする。ここで、吸い込み範囲とは、モータ１０をオフしたときに、ディテントスプリング２５のスプリング力にて、ディテントローラ２６が凹部２２１、２２２のいずれかに戻される範囲である。本実施形態では、ディテントプレート２１の形状が非対称であって、特に凹部２２２では、吸い込み範囲の中心と、最底部とが異なっている。ディテントプレート２１を非対称形状とすることで、ディテントローラ２６が凹部２２１から抜けにくくすることができる。

本実施形態では、出力軸信号Ｓｇ１が変化する出力軸位置である角度θ２とディテントローラ２６が凹部２２２の最底部に嵌まり込んでいるときの出力軸位置である角度θ８との間の角度を補正量Ａとして設定しておく。出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わったタイミングにおけるエンコーダカウント値θｅｎと補正量Ａとに基づいて目標カウント値θｃｍｄを補正することで、ディテントローラ２６が凹部２２２に嵌まり込む位置まで、モータ１０を適切に回転させることができる。ディテントローラ２６が凹部２２２に嵌まり込んでいれば、モータ１０をオフしても、出力軸１５は動かない。

ここで、出力軸センサ１６に異常が生じた場合、誤った信号に基づいて目標カウント値θｃｍｄが補正され、目標カウント値θｃｍｄが吸い込み範囲よりも手前側に設定されると、レンジ切り替えができない虞がある。また、誤った信号に基づいて目標カウント値θｃｍｄが補正され、目標カウント値θｃｍｄが壁部２２７より奥側に設定されると、ディテントローラ２６が壁部２２７に衝突し、最悪の場合、シフトレンジ切替機構２０が破損する虞がある。

そこで本実施形態では、出力軸センサ１６が正常であれば、出力軸センサ１６の検出値に基づいて目標カウント値θｃｍｄを補正する。一方、出力軸センサ１６の異常が検出された場合、吸い込み位置の中間位置である角度θ７を狙ってモータ１０を駆動する。本実施形態では、出力軸センサ１６が異常である場合、レンジ切替前にディテントローラ２６が凹部２２１に嵌まり合っているときの出力軸位置である角度θ１と角度θ７との間の角度を初期値Ｂとして設定しておき、初期値Ｂの分、モータ１０を回転させることで、ディテントローラ２６が吸い込み範囲内ある位置にてモータ１０を停止させる。この場合、モータ１０をオフした後に出力軸１５が回転する可能性があるものの、最低限のシフトレンジ切替動作は保証され、退避走行を確保することができる。補正量Ａおよび初期値Ｂは、エンコーダ１３のカウント数に対応する値とする。

本実施形態の異常判定処理を図４のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、異常判定部５３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。

Ｓ１０１では、異常判定部５３は、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２がともに正常範囲内か否かを判断する。詳細には、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が、正常下限値ＴＨ１より大きく、正常上限値ＴＨ２より小さい場合、正常範囲内であるとする。出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２の少なくとも一方が正常範囲内ではないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行する。出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が共に正常範囲内であると判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、異常判定部５３は、第１出力軸信号Ｓｇ１と第２出力軸信号Ｓｇ２との差の絶対値が、偏差異常判定閾値ＴＨｄより小さいか否かを判断する。第１出力軸信号Ｓｇ１と第２出力軸信号Ｓｇ２との差の絶対値が偏差異常判定閾値ＴＨｄ以上であると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２に偏差異常が生じていると判定し、Ｓ１０４へ移行する。第１出力軸信号Ｓｇ１と第２出力軸信号Ｓｇ２との差の絶対値が偏差異常判定閾値ＴＨｄ未満であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。

Ｓ１０３では、異常判定部５３は、出力軸センサ１６には異常が生じていないと判定し、異常フラグをリセットする。Ｓ１０４では、異常判定部５３は、出力軸センサ１６に異常が生じていると判定し、異常フラグをセットする。図中、フラグがセットされていない状態を「０」、セットされている状態を「１」とする。

本実施形態の目標角度設定処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０にて所定の周期で実行される。Ｓ２０１では、ＥＣＵ５０は、目標シフトレンジが変化したか否かを判断する。目標シフトレンジが変化していないと判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、Ｓ２０４へ移行する。目標シフトレンジが変化したと判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。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場合について説明する。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ５０は、通電フラグをセットする。通電フラグがセットされると、モータ１０への通電が開始され、ディテントローラ２６が目標シフトレンジに応じた凹部に移動するように、モータ１０が駆動される。

Ｓ２０３では、目標角度設定部５４は、目標カウント値θｃｍｄを現在のエンコーダカウント値θｅｎ＿０に初期値Ｂを加算した値とする（式（１）参照）。初期値Ｂは、切替後のレンジであるＮｏｔＰレンジに対応する凹部２２２の吸い込み範囲の中央までの角度に対応するエンコーダ１３のカウント数である。この例では、θｅｎ＿０＋Ｂが「第２目標値」に対応する。換言すると、第２目標値は、レンジ切替前のモータ角度に、レンジ切替前の凹部の最底部と吸い込み範囲の中心との間の角度を加算した値である。なお、回転方向が逆方向であれば、レンジ切替前の凹部の最底部と吸い込み範囲の中心との間の角度を負の値とし、回転方向に応じて正負を設定すればよい。

θｃｍｄ＝θｅｎ＿０＋Ｂ ・・・（１）

Ｓ２０４では、目標角度設定部５４は、通電フラグがセットされているか否かを判断する。通電フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、本ルーチンを終了する。通電フラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。

Ｓ２０５では、目標角度設定部５４は、異常フラグがセットされているか否かを判断する。異常フラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６およびＳ２０７の処理を行わず、Ｓ２０８へ移行する。異常フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２０６へ移行する。

Ｓ２０６では、目標角度設定部５４は、出力軸センサ１６の出力が変化したか否かを判断する。ここでは、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が値Ｖ１から値Ｖ２に変化したときに肯定判断する。出力軸センサ１６の出力が変化していないと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０８へ移行し、式（１）の目標カウント値θｃｍｄにてモータ１０を制御する。出力軸センサ１６の出力が変化したと判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行する。

Ｓ２０７では、目標角度設定部５４は、目標カウント値θｃｍｄを補正する（式（２）参照）。式中のθｅｎ＿１は、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が値Ｖ１から値Ｖ２に変化したときのエンコーダカウント値であり、補正量Ａは、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２が変化する位置から、ＮｏｔＰレンジに対応する凹部２２２の最底部までの角度に対応するエンコーダ１３のカウント数である。この例では、θｅｎ＋Ａが「第１目標値」に対応する。換言すると、第１目標値は、出力軸信号の値が切り替わったタイミングのモータ角度に、出力軸信号の値が切り替わる位置から目標シフトレンジに対応する凹部の最底部との間の角度を加算した値である。回転方向が逆方向のときの考え方は、第２目標値と同様である。

θｃｍｄ＝θｅｎ＿１＋Ａ ・・・（２）

Ｓ２０８では、ＥＣＵ５０は、モータ１０の停止制御が完了したか否かを判断する。モータ１０の停止制御は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄを含む制御範囲内となったとき、固定相通電によりモータ１０を停止させる制御である。固定相通電を開始してから、モータ１０を停止させるのに十分な時間である所定時間が経過した場合、停止制御が完了したと判定する。モータ１０の停止制御が完了していないと判断された場合（Ｓ２０８：ＮＯ）、Ｓ２０９の処理を行わず、本ルーチンを終了する。モータ１０の停止制御が完了したと判断された場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、Ｓ２０９へ移行し、通電フラグをリセットする。

本実施形態のモータ制御処理を図６のタイムチャートに基づいて説明する。図６では、共通時間軸を横軸とし、上段にモータ角度、下段に出力軸信号を示す。モータ角度は、エンコーダ１３のカウント値で記載する。また、出力軸センサ１６が正常である場合を実線、異常である場合を一点鎖線で示す。

時刻ｔ１にて、目標シフトレンジがＰレンジからＮｏｔＰレンジに変化すると、モータ駆動前のエンコーダカウント値θｅｎ＿０に初期値Ｂを加算した値が目標カウント値θｃｍｄとして設定される。駆動開始から初期値Ｂの分、モータ１０を回転させると、ディテントローラ２６が凹部２２２の吸い込み範囲の中心となる位置まで出力軸１５が回転する。

時刻ｔ２にて、出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わると、出力軸センサ１６が正常であれば、時刻ｔ２のときのエンコーダカウント値θｅｎ＿１に補正量Ａを加算した値を目標カウント値θｃｍｄとする。出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わったタイミングから補正量Ａの分、モータ１０を回転させると、ディテントローラ２６が凹部２２２の最底部に嵌まり合う位置まで出力軸１５が回転する。これにより、モータ１０をオフしたとき、出力軸１５の回転や、出力軸１５の回転に伴う振動を抑制することができる。

本実施形態では、出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ１から値Ｖ２に切り替わるタイミングにて、目標カウント値θｃｍｄを補正しているが、例えば出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ２から値Ｖ３に切り替わるタイミングにて、目標カウント値θｃｍｄを再補正する、といった具合に、レンジ切替中に複数回、目標カウント値θｃｍｄを補正するようにしてもよい。

一方、出力軸センサ１６が異常である場合、出力軸センサ１６の検出値を用いた補正は行わず、ディテントローラ２６が凹部２２２の吸い込み範囲の中心となるように、モータ１０を制御する。固定相通電による停止制御終了後、モータ１０をオフすると、ディテントスプリング２５のスプリング力にて、ディテントローラ２６が凹部２２２の最底部に落とし込まれる。ここで、モータ１０が停止している状態から、初期値Ｂだけモータ１０を回転させた位置が吸い込み範囲の中心付近であれば、誤差等の影響により吸い込み範囲の中心から多少ずれていたとしても、十分に吸い込み範囲内である蓋然性が高い。したがって、ディテントローラ２６を凹部２２２の最底部に確実に落とし込むことができ、最低限のレンジ切り替え動作を保障可能である。これにより、退避走行性能が向上する。なお、図６では、出力軸信号Ｓｇ１が値Ｖ１に固着する異常を示しているが、異常の種類は問わない。

特に、本実施形態では、凹部２２２の吸い込み範囲の中心が凹部２２２の最底部よりも回転方向手前側であって、第２目標値を凹部２２２の最底部よりも回転方向手前側に設定しているので、ディテントローラ２６は、凹部２２２の最底部よりも奥側まで回転することがなく、壁部２２７には当接しない。また、出力軸センサ１６に基づいて誤った補正がなされることがないので、目標カウント値θｃｍｄが壁部２２７よりも奥側に設定されてディテントローラ２６が壁部２２７に衝突するのを防ぐことができる。

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シフトバイワイヤシステム１を制御するものであって、モータ角度演算部５１と、出力軸信号取得部５２と、異常判定部５３と、目標角度設定部５４と、駆動制御部５５と、を備える。

モータ角度演算部５１は、モータ１０の回転を検出するエンコーダ１３から、モータ１０の回転位置に応じたモータ回転角信号ＳｇＥを取得し、モータ回転角信号ＳｇＥに基づいてエンコーダカウント値θｅｎを演算する。出力軸信号取得部５２は、モータ１０の回転が伝達される出力軸１５の回転位置を検出する出力軸センサ１６から、出力軸１５の回転位置に応じた出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２を取得する。異常判定部５３は、出力軸センサ１６の異常を判定する。目標角度設定部５４は、目標シフトレンジに応じた目標カウント値θｃｍｄを設定する。駆動制御部５５は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ１０の駆動を制御する。

目標角度設定部５４は、出力軸センサ１６が正常である場合と、出力軸センサ１６が異常である場合とで、目標カウント値θｃｍｄを異なる値に設定する。これにより、出力軸センサ１６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替可能である。

シフトバイワイヤシステム１は、ディテントプレート２１と、ディテントローラ２６と、ディテントスプリング２５と、を備える。ディテントプレート２１は、複数の凹部２２１、２２２および凹部２２１、２２２の間の山部２２３が形成され、出力軸１５と一体に回転する。ディテントローラ２６は、シフトレンジに応じた凹部２２１、２２２に係合可能である。ディテントスプリング２５は、ディテントローラ２６が凹部２２１、２２２に嵌まり込むように、ディテントローラ２６を付勢する。

目標角度設定部５４は、出力軸センサ１６が正常であるとき、ディテントローラ２６が目標シフトレンジに応じた凹部２２１、２２２の最底部に嵌まり合う状態となるときの出力軸１５の回転位置に応じた値である第１目標値を目標カウント値θｃｍｄとする。また、目標角度設定部５４は、出力軸センサ１６が異常であるとき、モータ１０をオフしたときにディテントローラ２６が凹部２２１、２２２の最底部に移動可能である吸い込み範囲内となるときの出力軸１５の回転位置に応じた値である第２目標値を目標カウント値θｃｍｄとする。

これにより、出力軸センサ１６が正常である場合、ディテントローラ２６が凹部２２１、２２２の最底部となる位置まで、モータ１０を適切に回転させることができるので、モータ１０をオフしたときに出力軸１５が動かず、モータオフ時の振動を抑制することができる。また、出力軸センサ１６が異常である場合であっても、ディテントローラ２６が吸い込み範囲内であれば、ディテントローラ２６を凹部２２１、２２２の最底部に落とし込むことができるので、シフトレンジ切替の動作を保障可能であり、退避走行性能が向上する。

目標角度設定部５４は、目標シフトレンジが切り替わると、第２目標値を目標カウント値θｃｍｄに設定し、出力軸センサ１６が正常である場合、出力軸信号Ｓｇ１、Ｓｇ２に基づいて目標カウント値θｃｍｄを第１目標値に補正し、出力軸センサ１６が異常である場合、目標カウント値θｃｍｄが第２目標値である状態を維持する。これにより、目標カウント値θｃｍｄを適切に設定することができる。

吸い込み範囲は、ディテントスプリング２５による負荷トルクがモータ１０のフリクションより大きく、かつ、凹部２２１、２２２の一方にディテントローラ２６の移動限界である壁部２２６、２２７がある場合、壁部２２６、２２７までの範囲である。これにより、出力軸センサ１６の異常時においても、ディテントスプリング２５のスプリング力により、ディテントローラ２６を凹部２２１、２２２に落とし込むことができる。また、凹部２２１、２２２の一方に壁部２２６、２２７がある場合、壁部２２６、２２７よりも奥側に目標カウント値θｃｍｄが設定されることがないので、ディテントローラ２６の壁部２２６、２２７への衝突を防ぐことができる。

特に本実施形態では、ディテントプレート２１は、凹部２２２の最底部と吸い込み範囲の中心とが異なる形状に形成されており、第２目標値は、ディテントローラ２６が吸い込み範囲の中心に位置するときの出力軸１５の回転位置に応じた値である。ここで、吸い込み範囲の中心とは、厳密に中心に限らず、誤差程度は許容される。また、モータ軸と出力軸との間にガタが存在する場合、モータ始動時のモータ軸がガタ内のどの位置にあるか不明であるため、実際に設定される第２目標値は、最大でガタ分のずれは発生しうる。

第２目標値を、吸い込み範囲の中心に設定することで、モータ１０がオフされたときに、ディテントローラ２６を確実に凹部２２１、２２２の最底部まで移動させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第２目標値は、吸い込み範囲の中心に設定される。他の実施形態では、第２目標値は、吸い込み範囲内であれば、吸い込み範囲の中心からずれていてもよい。

上記実施形態では、モータ回転角センサは、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、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。すなわち、モータ角度は、エンコーダカウント値に限らず、モータ角度に換算可能などのような値であってもよい。

上記実施形態では、出力軸センサとしてＭＲセンサが用いられ、出力軸信号が３段階に変化する。他の実施形態では、出力軸信号は、例えばＰレンジに対応する値とＮｏｔＰレンジに対応する値の２段階に変化するようにしてもよい。また出力軸信号は、４段階以上に値が切り替わるようにしてもよい。

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く、例えばＭＲセンサ以外の磁気センサを用いてもよい。また例えば、ポテンショメータのように、出力軸の回転に応じて値がリニアに変化するものを用いてもよい。また、各レンジに対応する出力軸位置のときにオンオフするスイッチ式のものを用いてもよい。

上記実施形態では、出力軸センサから、２つの独立した出力軸信号が出力される２重系となっている。他の実施形態では、出力軸センサから出力される出力軸信号数は、１でもよいし、３以上でもよい。換言すると、出力軸センサは、１重系であってもよいし、３重系以上の多重系であってもよい。また、モータ回転角センサが多重系であってもよい。

上記実施形態では、回転部材がディテントプレートであり、係合部材がディテントローラである。他の実施形態では、回転部材および係合部材は、ディテントプレートおよびディテントローラに限らず、形状等、どのようなものであってもよい。また他の実施形態では、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、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、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の数が４つであって、それぞれの凹部がＰ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）の各レンジに対応するようにしてもよい。この場合、ＲレンジおよびＮレンジに対応する凹部には、両側ともに壁部がないので、吸い込み範囲はディテントスプリングの負荷トルクとモータフリクションにて規定される。

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
１３・・・エンコーダ（モータ回転角センサ）
１５・・・出力軸 １６・・・出力軸センサ
４０・・・シフトレンジ制御装置
５１・・・モータ角度演算部
５２・・・出力軸信号取得部
５３・・・異常判定部
５４・・・目標角度設定部
５５・・・駆動制御部

Claims (5)

1. 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シフトレンジ切替システム（１）を制御するシフトレンジ制御装置であって、
   前記モータの回転を検出するモータ回転角センサ（１３）から、前記モータの回転位置に応じたモータ回転角信号を取得し、前記モータ回転角信号に基づいてモータ角度を演算するモータ角度演算部（５１）と、
   前記モータの回転が伝達される出力軸（１５）の回転位置を検出するものであって前記モータ回転角センサとは別途に設けられる出力軸センサ（１６）から、前記出力軸の回転位置に応じた出力軸信号を取得する出力軸信号取得部（５２）と、
   前記出力軸センサの異常を判定する異常判定部（５３）と、
   目標シフトレンジに応じた目標回転角度を設定する目標角度設定部（５４）と、
   前記モータ角度が前記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（５５）と、
   を備え、
   前記目標角度設定部は、前記出力軸センサが正常である場合と、前記出力軸センサが異常である場合とで、前記目標回転角度を異なる値に設定するシフトレンジ制御装置。
2. 前記シフトレンジ切替システムは、
   複数の凹部（２２１、２２２）および前記凹部の間の山部（２２３）が形成され、前記出力軸と一体に回転する回転部材（２１）と、
   シフトレンジに応じた前記凹部に係合可能である係合部材（２６）と、
   前記係合部材が前記凹部に嵌まり込むように前記係合部材を付勢する付勢部材（２５）と、
   を備え、
   前記目標角度設定部は、
   前記出力軸センサが正常であるとき、前記係合部材が目標シフトレンジに応じた前記凹部の最底部に嵌まり合う状態となるときの前記出力軸の回転位置に応じた値である第１目標値を前記目標回転角度とし、
   前記出力軸センサが異常であるとき、前記モータをオフしたときに前記係合部材が前記凹部の最底部に移動可能である吸い込み範囲内となるときの前記出力軸の回転位置に応じた値である第２目標値を前記目標回転角度とする請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
3. 前記目標角度設定部は、前記目標シフトレンジが切り替わると、前記第２目標値を前記目標回転角度に設定し、前記出力軸センサが正常である場合、前記出力軸信号に基づいて前記目標回転角度を前記第１目標値に補正し、前記出力軸センサが異常である場合、前記目標回転角度が前記第２目標値である状態を維持する請求項２に記載のシフトレンジ制御装置。
4. 前記吸い込み範囲は、前記付勢部材による負荷トルクが前記モータのフリクションより大きく、かつ、前記凹部の一方に前記係合部材の移動限界である壁部（２２６、２２７）がある場合、前記壁部までの範囲である請求項２または３に記載のシフトレンジ制御装置。
5. 前記回転部材は、前記凹部の最底部と前記吸い込み範囲の中心とが異なる位置となる形状に形成されており、
   前記第２目標値は、前記係合部材が前記吸い込み範囲の中心に位置するときの前記出力軸の回転位置に応じた値である請求項２〜４のいずれか一項に記載のシフトレンジ制御装置。

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