JP4385768B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転軸に減速機構等の回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動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、特許文献１（特開２００２−３２３１２７号公報）に示すように、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、モータの回転軸に減速機構を介して出力軸を連結し、この出力軸によってレンジ切換機構を駆動して自動変速機のレンジを切り換えるようにしている。この場合、モータには、回転角を検出するエンコーダを搭載し、レンジ切換時には、このエンコーダの出力パルスのカウント値に基づいてモータを目標のレンジに相当する目標回転角（目標カウント値）まで回転させることで、レンジ切換機構を目標のレンジに切り換えるようにしている。
特開２００２−３２３１２７号公報（第３頁〜第４頁等）

ところで、モータの回転量（回転角）は、減速機構等の回転伝達系を介して出力軸の回転量（レンジ切換機構の操作量）に変換されるが、回転伝達系を構成する部品間には、遊び（ガタ）が存在する。例えば、減速機構の歯車間に遊び（バックラッシ）があり、また、減速機構の回転軸の先端部に形成した断面非円形（角形、Ｄカット形状等）の連結部を出力軸の嵌合穴に嵌め込んで連結する構成では、両者の嵌め込み作業を容易にするためのクリアランスが必要となる。このように、モータの回転量を制御対象の操作量に変換する回転伝達系には、遊び（ガタ）が存在するため、仮に、回転角センサの検出値に基づいてモータの回転角を正確に制御できたとしても、出力軸の回転角（レンジ切換機構の操作量）には回転伝達系の遊び（ガタ）分の誤差が生じてしまい、レンジ切換機構の操作量を精度良く制御することができない。

そこで、本発明者らは、特願２００２−１７７７３９号の明細書に示すように、モータをレンジ切換機構の可動範囲の限界位置（壁）に突き当たるまで回転させて、回転伝達系の遊び量を学習し、この学習値に基づいて目標回転角を補正することを提案している。

しかし、回転伝達系の遊び量を学習して目標回転角を補正しても、その後、モータを補正後の目標回転角に駆動する過程で、モータの回転角と出力軸の回転角（レンジ切換機構の操作量）との関係が回転伝達系の遊び量の範囲内でずれてしまうことがあり、このずれ分の制御誤差を生じてしまうことがある。しかも、レンジ切換機構の可動範囲の限界位置（壁）に突き当てる学習処理は、機械系の各部に負担が掛かり、故障原因になりかねない。更には、レンジ切換動作前に、この学習処理を行うため、レンジ切換動作（制御対象の操作）が遅れてしまうという欠点もある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モータと制御対象との間の回転伝達系に遊び（ガタ）が存在するシステムにおいて、制御対象の駆動開始前に学習処理を行わなくても、回転伝達系の遊びの影響を受けずに制御対象の操作量を精度良く制御することができ、制御精度向上、耐久性向上、制御対象の迅速な駆動を実現することができるモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１乃至３に係る発明は、前記回転伝達系には遊びが存在するものであって、モータの回転角に関する情報を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構等の回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動すると共に、前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角を目標モータ回転角に一致させるように前記モータを駆動するモータ制御装置において、出力軸の回転角に関する情報を検出する出力軸回転角検出手段を設け、この出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて前記目標モータ回転角を目標モータ回転角補正手段により補正することを共通の技術的特徴としている。

このようにすれば、モータと制御対象との間の回転伝達系に遊び（ガタ）が存在するシステムにおいて、制御対象の駆動開始前に学習処理を行わなくても、制御対象の駆動開始後に出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて目標モータ回転角を回転伝達系の遊び量に応じて補正することができ、しかも、モータの駆動中に新たなずれが生じても、随時、出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて目標モータ回転角を補正することができる。これにより、制御対象の駆動開始前に学習処理を行わなくても、回転伝達系の遊びの影響を受けずに制御対象の操作量を精度良く制御することが可能となり、制御精度向上と耐久性向上を実現できると共に、駆動要求に応じて制御対象の駆動を速やかに立ち上げることができる。

この場合、出力軸回転角検出手段は、出力軸の回転角に関する情報として、出力軸回転角を検出しても良いし、出力軸と一体的に駆動される制御対象の操作量を検出するようにしても良い。従って、各請求項において、「出力軸回転角」と「目標出力軸回転角」という用語は、それぞれ「制御対象の操作量」と「制御対象の目標操作量」も含む概念を表している。

また、請求項１のように、出力軸回転角検出手段を、検出出力軸回転角が出力軸の回転角に応じてリニアに変化するように構成し、モータの駆動開始から出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が所定値以上変化したときに該検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差に基づいて目標モータ回転角を補正するようにしても良い。つまり、出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差が分かれば、実際に出力軸を目標出力軸回転角まで回転させるのに必要な出力軸回転量ひいてはモータ回転量が分かるため、検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差に基づいて目標モータ回転角を補正すれば、その補正後の目標モータ回転角までモータを回転させることで、出力軸を目標出力軸回転角まで回転させることができる。

この場合、請求項１に係る発明では、モータの駆動開始から出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が所定値以上変化したときに該検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差に基づいて目標モータ回転角を補正するようにしているが、この理由は次の通りである。モータの駆動開始直後に、回転伝達系の遊び（ガタ）によってモータのみが回転して出力軸（制御対象）が回転しない場合がある。このような場合、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始めるまでは、両者の位置関係が不明であるため、検出出力軸回転角から目標モータ回転角を正しく補正することはできないが、その後、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始めるようになれば、両者の位置関係が一義的に決まるため、検出出力軸回転角から目標モータ回転角を正しく補正することが可能となる。また、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始めると、出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が変化し始めるため、この変化を検出することで、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始める時期を検出することができる。従って、モータの駆動開始から出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が所定値以上変化したか否かで、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始めたか否かを判定して、目標モータ回転角を補正すれば、出力軸（制御対象）がモータと一体的に回転し始めたときに目標モータ回転角を精度良く補正できると共に、目標モータ回転角の補正回数（演算回数）を最小限にすることができ、目標モータ回転角の演算処理負荷を軽減することができる利点がある。

また、本発明は、請求項２のように、出力軸回転角検出手段を、オン領域が異なる複数のスイッチ部から構成し、いずれのスイッチ部がオンするかを判別することによって出力軸回転角を検出するようにしても良い。この場合、出力軸回転角検出手段は、各スイッチ部のオン信号の立ち上がりや立ち下がりのエッジ（つまり各スイッチ部のオン領域の両端位置）でのみ出力軸回転角を正確に検出でき、それ以外の位置では出力軸回転角を正確に検出できない。このような事情を考慮して、出力軸回転角検出手段の各スイッチ部のオン信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりのエッジの検出タイミングで出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角と目標出力軸回転角とに基づいて目標モータ回転角を補正するようにすれば良い。このようにすれば、出力軸回転角検出手段を複数のスイッチ部から構成する場合でも、各スイッチ部のオン信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりのエッジの検出タイミングで目標モータ回転角を精度良く補正できる。

また、モータ回転角と出力軸回転角と回転伝達系の減速比の関係を考慮して、請求項３のように、出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差に回転伝達系の減速比Ｋg を乗算した値を、モータ回転角検出手段の検出モータ回転角θ1 に加算して得られた値を新たな目標モータ回転角θ1tg に設定するようにすると良い。
θ1tg ＝（θ2 −θ2tg ）×Ｋg ＋θ1
このようにすれば、簡単な演算処理により目標モータ回転角θ1tg を正確に計算することができる。

また、請求項４のように、モータ回転角検出手段の出力信号に基づいて通電相を順次切り換えて駆動する同期モータを駆動源とする各種の位置切換装置に本発明を適用することが可能である。

更に、請求項５のように、車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構をモータで駆動するシステムに適用しても良い。これにより、信頼性の高いモータ駆動式のレンジ切換機構を構成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した実施例１〜４を説明する。

本発明をレンジ切換機構のモータ駆動システムに適用した実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。まず、図１及び図２に基づいてレンジ切換機構１１の構成を説明する。レンジ切換機構１１は、自動変速機１２のレンジを、パーキングレンジ（Ｐ）、リバースレンジ（Ｒ）、ニュートラルレンジ（Ｎ）、ドライブレンジ（Ｄ）に切り換えるためのものである。このレンジ切換機構１１の駆動源となるモータ１３は、例えばスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）等の同期モータにより構成され、減速機構１４（図２参照）を内蔵し、この減速機構１４の回転軸に嵌合連結された出力軸１５の回転角を検出する出力軸センサ１６（出力軸回転角検出手段）が設けられている。

この出力軸１５には、自動変速機１２の油圧回路のマニュアルバルブ１７を切り換えるためのディテントレバー１８が固定されている。このディテントレバー１８にはＬ字形のパーキングロッド１９が固定され、このパーキングロッド１９の先端部に設けられた円錐体２０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２０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２３をロック／ロック解除するようになっている。このパーキングギヤ２３は、自動変速機１２の出力軸に設けられ、このパーキングギヤ２３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。

また、ディテントレバー１８には、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４が連結され、モータ１３によって出力軸１５と一体にディテントレバー１８を回動させることで、マニュアルバルブ１７の操作量（スプール弁２４の位置）を切り換えて、自動変速機１２のレンジを、Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジのいずれかに切り換える。ディテントレバー１８には、スプール弁２４を上記各レンジに対応する位置に保持するための４個の凹部２５が形成されている。

一方、ディテントレバー１８を各レンジに対応する位置に保持するためのディテントバネ２６がマニュアルバルブ１７に固定され、このディテントバネ２６の先端に設けられた係合部２７がディテントレバー１８の目標レンジの凹部２５に嵌まり込むことで、ディテントレバー１８が目標レンジの回転角で保持されて、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の位置が目標レンジの位置で保持されるようになっている。

Ｐレンジでは、パーキングロッド１９がロックレバー２１に接近する方向に移動して、円錐体２０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２３に嵌まり込んでパーキングギヤ２３をロックした状態となり、それによって、自動変速機１２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１９がロックレバー２１から離れる方向に移動して、円錐体２０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１２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。

本実施例１では、出力軸センサ１６は、モータ１３の減速機構１４の出力軸１５の回転角に応じて出力電圧がリニアに変化する回転角センサ（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現在の出力軸１５の回転角、ひいては現在のレンジが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。

モータ１３には、ロータの回転角を検出するためのエンコーダ３１（モータ回転角検出手段）が設けられている。このエンコーダ３１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１３のロータの回転に同期してＡ相、Ｂ相、Ｚ相のパルス信号をレンジ切換制御装置３２に出力するように構成されている。レンジ切換制御装置３２のＥＣＵ３３（制御部）は、エンコーダ３１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、そのエンコーダカウント値に応じてモータドライバ３４，３５によってモータ１３の通電相を所定の順序で切り換えることでモータ１３を回転駆動する。

この際、Ａ相信号とＢ相信号の発生順序によってロータ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１３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１３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１３の回転角を検出して、その回転角に対応した相の巻線に通電してモータ１３を回転駆動する。尚、エンコーダ３１のＺ相信号は、ロータの基準回転角を検出するのに用いられる。

次に、本実施例１のモータ１３のフィードバック制御（以下「Ｆ／Ｂ制御」という）系の概要を図３を用いて説明する。モータ１３のＦ／Ｂ制御系は、２系統のＦ／Ｂ制御系からなり、第１のＦ／Ｂ制御系は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて次の（１）式により目標モータ回転角θ1tg を演算する。
θ1tg ＝（θ2 −θ2tg ）×Ｋg ＋θ1 ……（１）
ここで、Ｋg は回転伝達系（減速機構１４）の減速比、θ1 はエンコーダ３１の検出モータ回転角である。

要するに、第１のＦ／Ｂ制御系は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を補正するサブＦ／Ｂ制御系である。

一方、第２のＦ／Ｂ制御系は、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 （エンコーダカウント値）に基づいてモータ１３の通電相を順次切り換えることでモータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動するモータＦ／Ｂ制御を実行するメインＦ／Ｂ制御系である。

以上説明した２系統のＦ／Ｂ制御系によるモータ１３の制御例を図４に基づいて説明する。運転者が自動変速機１２のシフトレバーを例えばＰレンジからＤレンジに操作した時点ｔ1 で、ＥＣＵ３３は、そのシフトレバーの操作で切り換えられた目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ2tg をテーブル等により設定し、その時点ｔ1 の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を演算してモータ１３の駆動を開始する。

このモータ１３の駆動開始直後は、モータ１３が回転伝達系の遊び（減速機構１４のバックラッシや嵌合部のガタ）分だけ回転するまで、モータ１３のみが回転して出力軸１５は回転しないため、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 は変化しないが、モータ１３の回転に伴ってエンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が変化するため、この検出モータ回転角θ1 の変化に応じて目標モータ回転角θ1tg も変化する。

その後、モータ１３が回転伝達系の遊び（減速機構１４のバックラッシや嵌合部のガタ）分だけ回転した時点ｔ2 で、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始めて、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が変化し始める。これ以後、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転して、目標モータ回転角θ1tg が一定に維持される。その後、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点ｔ3 で、モータ１３を停止させる。これにより、レンジの切り換えが完了する。

以上説明したモータ１３のＦ／Ｂ制御は、ＥＣＵ３３によって図５乃至図７のルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

図５のメインルーチンは、ＥＣＵ３３の電源オン期間中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１００で、図６の目標モータ回転角設定ルーチンを実行して目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後、ステップ１１０に進み、図７のモータＦ／Ｂ制御ルーチンを実行して、モータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動する。

一方、上記ステップ１００で、図６の目標モータ回転角設定ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、現在の目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ2tg をテーブル等により設定する。この後、ステップ１０２に進み、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 を読み込み、次のステップ１０３で、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 を読み込む。この後、ステップ１０４に進み、前記（１）式を用いて目標モータ回転角θ1tg を算出して、本ルーチンを終了する。本ルーチンは、特許請求の範囲でいう目標モータ回転角補正手段として機能する。

また、図５のステップ１１０で、図７のモータＦ／Ｂ制御ルーチンが起動されると、まずステップ１１１で、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致しているか否かを判定し、検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致していなければ、ステップ１１２に進み、検出モータ回転角θ1 に応じてモータ１３の通電相を設定した後、ステップ１１３に進み、ＥＣＵ３３からモータドライバ３４，３５に駆動信号を出力して、上記ステップ１１２で設定した通電相の巻線に通電してモータ１３を駆動する。

その後、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点で、上記ステップ１１１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１４に進み、モータ１３を停止させる。これにより、レンジの切り換えが完了する。

以上説明した本実施例１では、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を設定するようにしたので、モータ１３と制御対象（レンジ切換機構１１）との間の回転伝達系に遊び（ガタ）が存在するシステムにおいて、レンジ切換動作開始前に回転伝達系の遊び量の学習処理を行わなくても、レンジ切換動作開始後に出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 を用いて目標モータ回転角θ1tg を回転伝達系の遊び量に応じて補正することができる。しかも、本実施例１では、目標モータ回転角θ1tg を設定する処理を所定周期で繰り返すようにしたので、モータ１３の駆動中に新たなずれが生じても、随時、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 を用いて目標モータ回転角θ1tg を補正することができる。これにより、レンジ切換動作開始前に回転伝達系の遊び量の学習処理を行わなくても、回転伝達系の遊びの影響を受けずにレンジ切換機構１１のマニュアルバルブ１７の操作量を精度良く制御することが可能となり、制御精度向上と耐久性向上を実現できると共に、レンジ切換要求に応じて速やかにレンジを切り換えることができる。

尚、本実施例１では、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差とエンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 を用いて前記（１）式により目標モータ回転角θ1tg を算出するようにしたが、予め、検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg の偏差と検出モータ回転角θ1 をパラメータとする目標モータ回転角θ1tg のマップを作成してＥＣＵ３３のメモリに記憶しておき、このマップを検索して、検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg の偏差と検出モータ回転角θ1 に応じた目標モータ回転角θ1tg を設定するようにしても良い。

また、本実施例１では、出力軸センサ１６で出力軸１５の回転角を検出するようにしたが、例えば、ディテントレバー１８の回転角を検出したり、マニュアルバルブ１７のスプール弁２４の操作量を検出するようにしても良く、要は、出力軸１５の回転角又は制御対象のうちの出力軸１５と一体的に駆動される部品の操作量（回転角、移動量等）を検出するようにすれば良い。

上記実施例１では、ＥＣＵ３３の電源オン期間中に出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を設定する処理を所定周期で繰り返すようにしたが、モータ１３の駆動開始後に、モータ１３が回転伝達系の遊び（ガタ）分だけ回転して出力軸１５がモータと一体的に回転し始めるまでは、両者の位置関係が不明であるため、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 から目標モータ回転角θ1tg を正しく補正することはできない。その後、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始めるようになれば、両者の位置関係が一義的に決まるため、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 から目標モータ回転角θ2tg を正しく補正することが可能となる。また、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始めると、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が変化し始めるため、この変化を検出することで、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始める時期を検出することができる。

そこで、図８及び図９に示す本発明の実施例２では、モータ１３の駆動開始後は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化するまで、目標モータ回転角θ1tg を補正せずに一定値に維持し、その後、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化したときのみに、該検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を補正し、この後は、この目標モータ回転角θ1tg を一定に維持するようにしている。

本実施例２のモータ１３の制御例を図８に基づいて説明する。運転者が自動変速機１２のシフトレバーを例えばＰレンジからＤレンジに操作した時点ｔ1 で、ＥＣＵ３３は、そのシフトレバーの操作で切り換えられた目標レンジに対応する目標出力軸回転角θ2tg を設定し、その時点ｔ1 の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を演算してモータ１３の駆動を開始する（１回目の目標モータ回転角θ1tg の設定）。

この後、モータ１３が回転伝達系の遊び分だけ回転した時点ｔ2 で、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始めて、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が変化し始める。これ以後、出力軸１５がモータ１３と一体的に回転して、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化した時点ｔ3 で、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を再設定する（２回目の目標モータ回転角θ1tg の設定）。

この後は、目標モータ回転角θ1tg を一定に維持して、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点ｔ4 で、モータ１３を停止させる。これにより、レンジの切り換えが完了する。

以上説明した本実施例２においても、図５のメインルーチンを実行し、そのステップ１００で、図９の目標モータ回転角設定ルーチンを実行して目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後、ステップ１１０に進み、図７のモータＦ／Ｂ制御ルーチンを実行して、モータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動する。

上記ステップ１００で、図９の目標モータ回転角設定ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、目標レンジが切り換えられたタイミング（図８のｔ1 ）であるか否かを判定し、目標レンジが切り換えられたタイミング（図８のｔ1 ）であれば、ステップ２０２に進み、現在の出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 を、モータ１３の駆動開始時の検出出力軸回転角初期値θ2sとして記憶する。この後、ステップ２０３〜２０６の処理を実行して、前記図６のステップ１０１〜１０４の処理と同様の方法で、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて目標モータ回転角θ1tg を設定する（１回目の目標モータ回転角θ1tg の設定）。

この後は、本ルーチンが起動される毎に、ステップ２０１で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ２０７に進み、２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定したか否かを判定し、まだ２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定していなければ、ステップ２０８に進み、モータ１３の駆動開始からの出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 の変化量｜θ2 −θ2s｜が所定の判定値Ｍov以上であるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。これにより、モータ１３の駆動開始から出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化するまでは、１回目の目標モータ回転角θ1tg が維持される。

その後、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化した時点で、ステップ２０８で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ２０４〜２０６の処理を実行し、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 と目標出力軸回転角θ2tg との偏差（θ2 −θ2tg ）に基づいて２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後は、目標レンジが切り換えられるまで、この目標モータ回転角θ1tg が一定に維持される。

以上説明した本実施例２によれば、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施例２では、モータ１３の駆動中は、出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化したときのみに、目標モータ回転角θ1tg を補正（設定）するだけであるため、目標モータ回転角θ1tg の補正回数を最小限にすることができ、目標モータ回転角θ1tg の演算処理負荷を軽減することができる利点がある。

尚、目標モータ回転角の補正方法の他の実施例として、モータ１３の駆動開始から出力軸センサ１６の検出出力軸回転角θ2 が所定の判定値Ｍov以上変化するまでのモータ１３の回転角θov（図８参照）を検出して、回転伝達系の遊び量（減速機構１４のバックラッシや嵌合部のガタ）を学習し、次回のモータ１３の駆動時に、目標レンジに応じて設定した目標モータ回転角を遊び量の学習値に基づいて補正するようにしても良い。
遊び量の学習値＝θov−Ｍov×Ｋg

次に、本発明の実施例３を図１０乃至図１３を用いて説明する。
前記実施例１，２では、出力軸センサ１６は、出力軸１５の回転角に応じて出力電圧がリニアに変化するポテンショメータ等により構成したが、本実施例３では、図１０及び図１１に示すように、出力軸センサは、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各レンジに対応する回転角範囲でＯＮ（オン）する４個のスイッチ部ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSWにより構成し、いずれのスイッチ部がオン状態であるかを判別することによって現在のレンジ（出力軸回転角）を検出するようにしている。その他のハードウエア構成は、前記実施例１と同じである。

この場合、出力軸センサは、各スイッチ部ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSWのＯＮ信号の立ち上がりや立ち下がりのエッジ（つまり各スイッチ部ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSWのＯＮ領域の両端位置）でのみ出力軸回転角を正確に検出でき、それ以外の位置では出力軸回転角を正確に検出できない。

このような事情を考慮して、本実施例３では、出力軸センサの各スイッチ部ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSWのＯＮ信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりのエッジを検出したときに、図１３の目標モータ回転角設定マップを用いて、その検出エッジ（出力軸センサの検出出力軸回転角）と目標レンジ（目標出力軸回転角）に応じて目標モータ回転角θ1tg を補正（設定）するようにしている。図１３の目標モータ回転角設定マップの「検出エッジ」の欄において、各スイッチ部ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSWの「ＯＦＦ」は、ＯＮ信号の立ち下がりエッジであり、「ＯＮ」は、ＯＮ信号の立ち上がりエッジである。

図１０に示すように、目標レンジが例えばＰレンジからＤレンジに切り換わると、その時点ｔ1 で、検出レンジ（出力軸センサの検出出力軸回転角）と目標レンジ（目標出力軸回転角）に基づいてマップ等により目標モータ回転角θ1tg を演算してモータ１３の駆動を開始する（１回目の目標モータ回転角θ1tg の設定）。

この後、出力軸センサの最初のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジ（図１０の例ではＰレンジのスイッチ部ＰswのＯＮ信号の立ち下がりエッジ）を検出した時点ｔ3 で、図１３の目標モータ回転角設定マップを用いて、その検出エッジ（出力軸センサの検出出力軸回転角）と目標レンジ（目標出力軸回転角）に応じて目標モータ回転角θ1tg を再設定する（２回目の目標モータ回転角θ1tg の設定）。

この後は、目標モータ回転角θ1tg を一定に維持して、エンコーダ３１の検出モータ回転角θ1 が目標モータ回転角θ1tg に一致した時点ｔ4 で、モータ１３を停止させる。これにより、レンジの切り換えが完了する。

この場合、モータ１３の駆動開始から出力軸センサの最初のスイッチ部のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジ（図１０の例ではＰレンジのスイッチ部ＰswのＯＮ信号の立ち下がりエッジ）を検出するまでの期間（ｔ1 〜ｔ3 ）におけるモータ１３の回転角（回転量）は、一般に回転伝達系の遊び分よりも大きいため、この期間（ｔ1 〜ｔ3 ）の途中で出力軸１５がモータ１３と一体的に回転し始めるようになる。従って、最初のスイッチ部のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出した時点ｔ3 で、２回目の目標モータ回転角θ1tg の設定を行えば、前記実施例２と同様の効果を得ることができる。

以上説明した本実施例３においても、図５のメインルーチンを実行し、そのステップ１００で、図１２の目標モータ回転角設定ルーチンを実行して目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後、ステップ１１０に進み、図７のモータＦ／Ｂ制御ルーチンを実行して、モータ１３を目標モータ回転角θ1tg まで駆動する。

上記ステップ１００で、図１２の目標モータ回転角設定ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、目標レンジが切り換えられたタイミング（図１０のｔ1 ）であるか否かを判定し、目標レンジが切り換えられたタイミング（図１０のｔ1 ）であれば、ステップ３０２に進み、出力軸センサのいずれのスイッチ部がオン状態であるかを判別することによって現在のレンジ（出力軸回転角）を検出する。この後、ステップ３０３に進み、現在の検出レンジと目標レンジに基づいてマップ等により１回目の目標モータ回転角θ1tg を設定する。

この後は、本ルーチンが起動される毎に、ステップ３０１で「Ｎｏ」と判定されて、ステップ３０４に進み、２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定したか否かを判定し、まだ２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定していなければ、ステップ３０５に進み、出力軸センサの最初のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出したか否かを判定する。その結果、最初のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出したと判定されれば、ステップ３０６に進み、図１３の目標モータ回転角設定マップを用いて、その検出エッジと目標レンジに応じて２回目の目標モータ回転角θ1tg を設定する。この後は、目標レンジが切り換えられるまで、この目標モータ回転角θ1tg が維持される。

以上説明した本実施例３によれば、前記実施例２と同様の効果を得ることができる。

上記実施例３では、モータ１３の駆動開始後は、出力軸センサの最初のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出したときのみ、その検出エッジと目標レンジに応じて目標モータ回転角θ1tg を設定し、この後は、目標モータ回転角θ1tg を一定に維持するようにしたが、図１４に示す本発明の実施例４では、モータ１３の駆動中に、出力軸センサの各スイッチ部のＯＮ信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりのエッジを検出する毎に、その都度、目標モータ回転角θ1tg を設定し直すようにしている。

図１４の目標モータ回転角設定ルーチンは、図１２のステップ３０４〜３０６の代わりに、ステップ３０７、３０８の処理を実行するものであり、その他のステップの処理は、図１２の各ステップの処理と同じである。目標レンジが切り換えられてモータ１３が駆動されている期間は、ステップ３０１で「Ｎｏ」と判定されてステップ３０７に進み、出力軸センサの各スイッチ部のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出したか否かを判定する。これにより、モータ１３の駆動中は、出力軸センサの各スイッチ部のＯＮ信号の立ち上がり又は立ち下がりのエッジを検出を検出する毎に、その都度、ステップ３０８に進み、図１３の目標モータ回転角設定マップを用いて、その時点の検出エッジと目標レンジに応じて目標モータ回転角θ1tg を設定し直す。

以上説明した本実施例４によれば、モータ１３の駆動中に新たなずれが生じても、出力軸センサの各スイッチ部のＯＮ信号のエッジを検出を検出する毎に、その都度、目標モータ回転角θ1tg を補正することができる。

尚、前記実施例１〜４のレンジ切換装置は、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄの各レンジに切り換えるようにしたが、これに加えて、セカンドレンジ（２）やローレンジ（Ｌ）を追加しても良く、或は、ＰレンジとＮｏｔＰレンジの２つのレンジのみ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モータ等の同期モータを駆動源とする各種の装置に適用して実施できることは言うまでもない。

実施例１のレンジ切換装置を示す斜視図である。 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。 モータＦ／Ｂ制御系の構成を示すブロック図である。 実施例１の制御例を示すタイムチャートである。 実施例１〜３のメインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の目標モータ回転角設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１〜３のＦ／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の制御例を示すタイムチャートである。 実施例２の目標モータ回転角設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３の制御例を示すタイムチャートである。 実施例３の出力軸センサの出力（ＰSW，ＲSW，ＮSW，ＤSW）のＯＮ領域を説明する図である。 実施例３の目標モータ回転角設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 目標モータ回転角設定マップの一例を示す図である。 実施例４の目標モータ回転角設定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…レンジ切換機構、１２…自動変速機、１３…モータ、１４…減速機構、１５…出力軸、１６…出力軸センサ（出力軸回転角検出手段）、１７…マニュアルバルブ、１８…ディテントレバー、１９…パーキングロッド、２１…ロックレバー、２３…パーキングギヤ、２６…ディテントバネ、３１…エンコーダ（モータ回転角検出手段）、３３…ＥＣＵ（目標モータ回転角補正手段）

Claims (5)

1. モータの回転角に関する情報を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構からなる回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動すると共に、前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角を目標モータ回転角に一致させるように前記モータを駆動するモータ制御装置において、
   前記回転伝達系には遊びが存在するものであって、
   前記出力軸の回転角に関する情報を検出する出力軸回転角検出手段と、
   前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて前記目標モータ回転角を補正する目標モータ回転角補正手段とを備え、
   前記出力軸回転角検出手段は、検出出力軸回転角が前記出力軸の回転角に応じてリニアに変化するように構成され、
   前記目標モータ回転角補正手段は、前記モータの駆動開始から前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角が所定値以上変化したときに該検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差に基づいて前記目標モータ回転角を補正することを特徴とするモータ制御装置。
2. モータの回転角に関する情報を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構からなる回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動すると共に、前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角を目標モータ回転角に一致させるように前記モータを駆動するモータ制御装置において、
   前記回転伝達系には遊びが存在するものであって、
   前記出力軸の回転角に関する情報を検出する出力軸回転角検出手段と、
   前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて前記目標モータ回転角を補正する目標モータ回転角補正手段とを備え、
   前記出力軸回転角検出手段は、オン領域が異なる複数のスイッチ部を有し、いずれのスイッチ部がオンするかを判別することによって前記出力軸の回転角を検出するように構成され、
   前記目標モータ回転角補正手段は、前記出力軸回転角検出手段の各スイッチ部のオン信号の立ち上がり及び／又は立ち下がりのエッジの検出タイミングで前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角と目標出力軸回転角とに基づいて前記目標モータ回転角を補正することを特徴とするモータ制御装置。
3. モータの回転角に関する情報を検出するモータ回転角検出手段を備え、前記モータの回転軸に減速機構からなる回転伝達系を介して出力軸を連結し、この出力軸によって制御対象を駆動すると共に、前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角を目標モータ回転角に一致させるように前記モータを駆動するモータ制御装置において、
   前記回転伝達系には遊びが存在するものであって、
   前記出力軸の回転角に関する情報を検出する出力軸回転角検出手段と、
   前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角を用いて前記目標モータ回転角を補正する目標モータ回転角補正手段とを備え、
   前記目標モータ回転角補正手段は、前記出力軸回転角検出手段の検出出力軸回転角と目標出力軸回転角との偏差に前記回転伝達系の減速比を乗算した値を前記モータ回転角検出手段の検出モータ回転角に加算して得られた値を新たな目標モータ回転角に設定することを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記モータは、前記モータ回転角検出手段の出力信号に基づいて通電相を順次切り換えて駆動する同期モータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記制御対象は、車両の自動変速機のレンジを切り換えるレンジ切換機構であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。

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