JP3922100B2 - 駆動切替装置用アクチュエータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータへの通電を制御することによって車両の駆動状態を2輪駆動から4輪駆動、或いは4輪駆動から2輪駆動に切替える駆動切替装置のアクチュエータに関するものであり、特に、モータへの通電を制御する機構の故障の検出に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の駆動切替装置用アクチュエータとして、特開平8−223983号公報に開示される技術がある。この公報には、通電電流に応じた出力トルクを発生するモータと、軸方向に往復動するロッドと、モータの出力トルクを軸方向の推力に変換してロッドに伝達し、モータへの通電が停止するとロッドに掛る負荷によってモータを逆回転させる動力伝達機構と、モータへの通電を所定時間(1秒)に設定するとともに、モータに所定値以上の電流が流れると電流をPWM(パルス幅変調)制御して所定トルク以上の出力トルクとならないように通電電流を制限するモータ駆動回路とを備える推力アクチュエータを、2輪駆動と4輪駆動とを切替える切替装置のアクチュエータとして採用した技術が開示されている。
【0003】
この技術によると、モータに流れる通電電流が制限されてモータの出力トルクが抑えられるので、ロッドや動力伝達機構に大きな負荷が掛らなくなって、動力伝達機構や構成部品の小型化が可能になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示される形式の駆動輪切替装置用アクチュエータにおいて、モータ駆動回路中のリレー及びパワースイッチング素子が正常にオン・オフしているか否かを監視する場合には、モータへの非通電時に所定のタイミングでスイッチングパワー素子をオン・オフ制御して、監視回路によってスイッチングパワー素子が正常か否かを判断していた。
【0005】
しかしながら上記した監視回路は、スイッチングパワー素子が正常か否かを判断するため設けられた回路であり、監視回路を設けることによって部品点数が増加してしまう、という問題がある。
【0006】
そこで本発明は、上記の問題を解決すべく、部品点数をできるだけ増大させることなく、スイッチングパワー素子が正常か否かを判断することが可能な駆動切替装置用アクチュエータを提供することを技術的課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、通電電流に応じて回転駆動するモータと、該モータの出力軸の回転トルクを出力する出力機構と、該出力機構を介して前記モータの回転トルクに応じた推力が伝達されるとともに位置の変位に応じて車両の駆動状態を切替え可能な出力部材と、 車両の駆動状態を切替える要求があるか否かを検出する切替要求検出機構と、 該切替要求検出機構からの出力に基づいて前記モータの駆動を制御する制御機構と、を備える駆動切替装置用アクチュエータであって、 該制御機構は、バッテリーから供給される電圧を所定の駆動電圧に変換する電源回路と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電源回路と前記モータとの間に配設され前記モータの通電・非通電を切替可能な通電切替回路と、前記電流検出回路が検出する電流に基づいて前記モータを駆動するべく、前記通電切替回路を作動する演算処理装置とを備えており、前記通電切替回路は、リレーとスイッチングパワー素子を有し、該リレーと該スイッチングパワー素子とが共にオンのときにのみ前記モータが通電し、前記リレーと前記スイッチングパワー素子の少なくともいずれかがオフのときには前記モータが非通電となるように前記リレーとスイッチングパワー素子とが配設されており、前記電流検出回路と、前記リレーと、前記スイッチングパワー素子とは直列に接続され、前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の一方がオンとなり且つ前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の他方がオフとなるように指示し、前記リレーと、前記スイッチングパワー素子と、前記モータとを備える直列回路に流れる電流を、前記電流検出回路が検出した場合には、前記演算処理装置は、前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の他方が故障していると判断することを特徴とする、駆動切替装置用アクチュエータとした。
【0008】
請求項1における駆動切替装置用アクチュエータの作動について説明する。切替要求検出機構により駆動状態の切替えが要求されると、演算処理装置により通電切換回路が作動されてモータへの通電が行われ、出力軸から出力機構を介して出力部材に回転トルクを伝達する。このとき、駆動状態の切替えが円滑に行われずに、出力部材が作動しなくなったり過剰な負荷を受けながら作動したりする場合が考えられる。このような場合にモータへの通電を継続しているとモータが過剰に発熱してしまうが、本発明では、電流検出回路が検出する電流に基づいて演算処理装置がリレーやパワースイッチング素子をオン・オフ操作することで、モータへの通電電流が制限される。したがって、モータには過電流が流れることなく、モータの発熱が抑えられる。通電電流の制限について更に説明すると、リレーに対するスイッチングパワー素子のオン・オフ作動周期は非常に小さいため、駆動状態の切替途中の段階では、リレーはオン状態を維持した状態でスイッチングパワー素子のオン・オフを繰り返し切替えることにより、モータへの通電電流を制限する。そして、駆動状態の切替えが完了すると、リレーとスイッチングパワー素子の両方をオフするように通電切替回路が作動される。
【0009】
ここで、通電切替回路は、リレー及びスイッチングパワー素子が故障していなければ、リレー或いはスイッチングパワー素子のうち少なくとも一方がオフされたときにはモータに電流が流れない構成となっている。このような構成のアクチュエータに対して、リレー或いはスイッチングパワー素子の一方をオン、他方をオフにした状態でモータに電流が流れることが検出される場合には、リレー或いはスイッチングパワー素子の他方が、オンを維持したままオフに操作されない故障(以下、オン故障と称す)状態であるとみなすことができる。
【0010】
このように、請求項1によると、駆動状態の切替時におけるモータの通電制御のための通電切替回路にはリレーとスイッチングパワー素子が用いられており、このリレーとスイッチングパワー素子のオン・オフを操作することで、新たに監視回路を設けることなくリレー或いはスイッチングパワー素子のオン故障を検出することができ、これらの故障の検出に際して部品点数が増加することがない。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1に本実施の形態における駆動切換装置用アクチュエータを採用した駆動切換装置10の断面図を示す。図1では各構成が見難くならないように一部の構成を除いてハッチングを省略している。
【0012】
駆動切替装置10は変速機(図示せず)の出力である入力軸24と車両の前輪駆動軸12と後輪駆動軸11との間に配設されており、後述する駆動切替装置用アクチュエータの作動によって車両の駆動状態を2輪駆動、4輪駆動(センターデフロック)及び4輪駆動(センターデフフリー)の3つの状態に切替える装置であり、駆動切替装置用アクチュエータはアクチュエータ部30と制御機構40と、乗員による操作に応じて車両の駆動状態を切替える要求があるか否かを検出する切替要求検出機構としての手動スイッチ50とにより構成されている。尚、本実施の形態における駆動切替装置10は、これらの3つの状態に加え、減速機23によって4輪駆動時における終減速比をハイギヤとローギヤに切替可能な構成となっている。ハイ&ローシフトレバー20を運転席から手動で切替えることによってハイギヤとローギヤとの切替えが行われる。後輪駆動軸11には入力軸24を介して回転駆動力が伝達され、後輪駆動軸11の回転駆動力はセンターデフユニット13からサイレントチェーン19を介して前輪駆動軸12に伝達可能に構成されている。センターデフユニット13は前輪駆動軸12と後輪駆動軸11との間の回転数の差を吸収する装置であり、遊星歯車機構によって構成されている。
【0013】
駆動切替装置10の構成について説明する。駆動切替装置10は、駆動切替装置用アクチュエータのアクチュエータ部30の出力部材であるロッド33に連結される第1シャフト14と、第1シャフト14と並行に配設される第2シャフト15と、第1シャフト14及び第2シャフト15に対して所定の範囲内で軸方向に移動可能に配設される2駆−4駆切替シフトフォーク16及びセンターデフロックシフトフォーク17と、各シフトフォーク16、17の端部に固定されるスリーブ16A、17Aとを備えている。第1シャフト14及び第2シャフト15には、各シャフト14、15に対するシフトフォーク16、17の軸方向の移動可能な範囲を規定するために複数の大径部14A、15Aが形成され、第1シャフト14が軸方向へ移動して各シフトフォーク16、17が大径部14A、15Aに引っ掛かることでシフトフォーク16、17のそれぞれの軸方向位置が規定される。
【0014】
駆動切替装置10による駆動状態の切替について説明する。本実施の形態の駆動切替装置はロッド33の位置に応じて車両の駆動状態を2輪駆動、4輪駆動(センターデフロック)及び4輪駆動(センターデフフリー)の3つの状態に切替え、ロッド33の位置に応じて第1シャフト14が軸方向に移動されることで各シャフト14、15に配設される2駆−4駆切替シフトフォーク16及びセンターデフロックシフトフォーク17が軸方向に移動して、各シフトフォーク16、17の端部に設けられたスリーブ16A、17Aが軸方向に移動される。これによって車両の駆動状態が切替えられる。4輪駆動(センターデフフリー)状態では、前輪駆動軸12側の部材とセンターデフユニット13とが連結されて、遊星歯車機構の遊星歯車作用によって両駆動軸11、12の回転数の差を吸収しながら後輪駆動軸11の回転駆動力がサイレントチェーン19を介して前輪駆動軸12に伝達される。4輪駆動(センターデフロック)状態ではスリーブ17Aが図面上側の位置となってセンターデフユニット13の遊星歯車機構がロックされ、前輪駆動軸12と後輪駆動軸11とが直結状態となり、両駆動軸11、12は同じ回転数で回転駆動する。また、2輪駆動の状態では前輪駆動軸12側の部材とセンターデフユニット13が連結されずに、後輪駆動軸11のみに入力軸24の回転駆動力が伝達される。
【0015】
次に、駆動切替装置用アクチュエータを構成するアクチュエータ部30について詳細に説明する。図2は本実施の形態におけるアクチュエータ部30の断面図、図3は図2のA視図である。アクチュエータ部30は、通電電流に応じて回転駆動するモータ31と、モータ31の出力軸31Aの回転トルクを軸方向の推力に変換して出力する出力機構32と、出力機構32を介してモータ31の回転トルクに応じた推力が伝達され、伝達された推力に応じて位置が変位する出力部材としてのロッド33と、モータ31の出力軸31Aと出力機構32との間に配設されロッド33側から出力軸31A側へ伝達される動力により出力軸31Aが回転するのを禁止する逆転禁止機構としてのサイクロイドギヤ34と、サイクロイドギヤ34と出力機構32との間に配設され、モータ31の回転時且つロッド33の往復動不可時におけるモータ31の回転を吸収する回転吸収機構35と、回転吸収機構35と出力軸31Aとの間に配設され、出力軸31Aの回転角度を検出するリミットスイッチ36とをハウジング37内に配設している。尚、サイクロードギア34の代わりにウォームギアを用いてもよい。更に駆動切替装置用アクチュエータは、外部からの信号を入力して車両の駆動状態を選択し、選択された駆動状態となるべくモータ31への通電を出力する制御機構40をハウジング37の外部に備えている。制御機構40の回路構成を図4に示す。
【0016】
回転吸収機構35は、サイクロイドギヤ34を介してモータ31の出力軸31Aの回転を伝達可能なモータ側回転部材35Aと、一端がモータ側回転部材35Aに固定され且つモータ側回転部材35Aの回転方向に弾縮可能な弾性部材としてのスパイラルスプリング35Bと、スパイラルスプリング35Bの他端に固定されるとともに出力機構32に回転力を伝達可能な出力側回転部材35Cと、モータ側回転部材35Aと出力側回転部材35Cとの間に配設されるプレート35Dと、を備えている。
【0017】
リミットスイッチ36は4つの端子a、b、c、dを有し、出力軸31Aの回転角度に応じて各端子における接点の接触・非接触の組み合せが変化して出力軸31Aの回転角度を検出するものであり、3つの駆動状態に対応したロッド33の位置及び各位置の中間位置が検出可能である。表1はリミットスイッチ36の各端子a、b、c、dの接触状態と車両の駆動状態の設定位置との関係を示す表である。表1において○は接点の接触時を示し、空欄は非接触時を示している。
【0018】
【表1】
表1に示すように4つの端子a、b、c、dの接触状態が変化することでリミットスイッチ36の設定位置I〜Vを検出し、更に設定位置がI〜Vのどの位置にあるかによって車両の駆動状態の設定位置A〜C、及びそれらの中間位置が検出される。ここで、設定位置Aは2輪駆動、設定位置Bは4輪駆動(センターデフフリー)、設定位置Cは4輪駆動(センターデフロック)に対応するロッド33の軸方向位置を示している。尚、リミットスイッチ36の端子aはアースであり、常時接触している。
【0019】
アクチュエータ部30とともに駆動切換装置用アクチュエータを構成する制御機構40について説明する。制御機構40は、バッテリーBATから供給される電圧を所定の駆動電圧に変換する電源回路48と、モータ31に流れる電流を検出する電流検出回路45と、電源回路48とモータ31との間に配設されモータ31の通電・非通電を切替可能な通電切替回路42と、電流検出回路45が検出する電流に基づいてモータ31を駆動するべく、通電切替回路42を作動する演算処理装置としてのCPU41を備えている。
【0020】
通電切替回路42は、リレー43A、43Bとスイッチングパワー素子であるFET44を有しており、リレー43AとFET44とが共にオン、或いはリレー43BとFET44とが共にオンのときにのみモータ31が通電し、リレー43AとFET44の少なくともいずれかがオフのとき、或いはリレー43BとFET44の少なくともいずれかがオフのときにはモータ31が非通電となるようにリレー43A、43BとFET44とが配設されている。本実施の形態では、通電切換回路42は2つのリレー43A、43Bを有しているが、これは、モータ31を正転方向に回転させるときにオンするリレー43Aと、モータ31を逆転方向に回転させるときにオンするリレー43Bであり、駆動状態の切替時に2つのリレー43A、43Bが同時にオンすることはない。また、FET44はモータ31とアースとの間に設けられることにより、1つのFETで2つのリレー43A、43Bに対応した構造となっている。尚、図4に示す構成以外にも、リレー43Aとリレー43BとでそれぞれのFETが対応するようにFETを2個配設してもよい。
【0021】
電流検出回路45は、抵抗47に流れる電流をオペアンプ46にて基準電流値I0、第1所定電流値I1、第2所定電流値I2と比較することで、モータ31に流れる電流がこれら電流値に達しているか否かを検知している。尚、基準電流値I0は、CPU41が検出可能な電流のうち最も小さな値である。
【0022】
CPU41は、電源回路48、車速、手動スイッチ50のオン・オフ、リミットスイッチ36の各端子b、c、dの接触・非接触、及び電流検出回路が検出する電流を入力して、これら入力された信号に応じた駆動状態となるようにモータ31の回転方向及び通電電流を算出し、この算出された回転方向及び電流値を出力すべくリレー43A、43B及びFET44のオン・オフを出力する。モータ31に流れる電流に関しては、抵抗47に流れる電流をオペアンプ46にて各電流値と比較することで、モータ31に流れる電流が基準電流値I0、第1所定電流値I1、或いは第2所定電流値I2に達しているか否かを検知している。
【0023】
駆動切替装置用アクチュエータの故障の検出について、図5のフローチャートを用いて説明する。電源回路48からCPU41に電圧が供給されてイグニッションスイッチIGがオンされると図5のフローチャートがスタートする。先ず、ステップS10でリレー43Aをオンするとともにリレー43Bをオフする。そしてステップS11にてFET44をオフする。次に、ステップS12に進んでモータ31に流れる電流Iが基準電流値I0より大きいか否かを判断する。FET44がCPU41の指示通りにオフされていればモータ31には電流が流れないので、FET44がオン故障していない限り電流Iは基準電流値I0より大きくならない。FET44がオン故障しておらず、ステップS12で電流Iが基準電流値I0以下であると判断された場合にはステップS13に進み、リレー43Aをオフするとともにリレー43Bをオンする。そして、ステップS14にて、ステップS12と同様に電流Iが基準電流値I0より大きいか否かを判断する。ステップS14の実行時にはFET44がオフされているので、FET44がオン故障していない限り電流Iは基準電流値I0より大きくならない。FET44がオン故障しておらず、ステップS14で電流Iが基準電流値I0以下であると判断された場合にはステップS15に進む。
【0024】
ステップS16に進むとリレー43A、43Bをともにオフし、ステップS17にてFET44をオンする。そして、ステップS17に進み、ステップS12及びステップS14と同様に電流Iが基準電流値I0より大きいか否かを判断する。ステップS17の実行時にはリレー43A、43Bがともにオフされているため、リレー43A或いはリレー43Bのいずれかがオン故障していない限り、モータ31に電流は流れない。リレー43A、43Bがともにオン故障しておらず、ステップS17で電流Iが基準電流値I0以下であると判断されると、ステップS19に進んで後述する通常通電制御を実行する。
【0025】
ここで、FET44がオン故障している場合には、モータ31に電流が流れてステップS12にて電流Iが基準電流値I0より大きいと判断され、ステップS18に進む。FET44がオン故障している場合には、モータ31に電流が流れてステップS14にて電流Iが基準電流値I0より大きいと判断され、ステップS18に進む。また、リレー43A、43Bのいずれかがオン故障している場合にも、モータ31に電流が流れてステップS17にて電流Iが基準電流値I0より大きいと判断され、FET44のオン故障時と同様にステップS18に進む。ステップS18では、運転者による駆動状態の切替要求があってもモータ31に通電しないように、リレー43A、43B及びFET44をオフする。そして、リレー43A、43B或いはFET44がオン故障していることを運転者に知らせるべく、図示しないインジケータを点灯させる。
【0026】
次に、ステップS19の通常通電制御について、図6のフローチャート及び図7〜図10のタイムチャートを用いて説明する。本実施の形態では、車両の駆動状態が4輪駆動(センターデフフリー)から4輪駆動(センターデフロック)へ切替わるときの各構成の作動を用いて説明する。図7および図9はモータ31に流れる電流と時間、図8および図10はロッド33のストロークと時間の関係をそれぞれ示している。
【0027】
制御がスタートすると、先ずステップS100に進んで、駆動切替装置10に切替の要求があったか否かを判断すべく、手動スイッチ50がオンされたか否かを判定する。手動スイッチ50がオンされたと判定されると、切替要求有りと判断してYesと判定されてステップS110に進んでCPU41がリレー43A、43B及びFET44のオン・オフ信号を出力し、モータ31への通電を開始する(t0)。
【0028】
そして、ステップS120に進んで、モータ31への通電開始によりモータ31に流れる突入電流を意図的に抑える制御(突入制御)が完了したか否かを判断する。このステップS120では、実際にはステップS110でモータ31への通電が開始されてから所定の時間(t1)が経過したか否かを判定している。ステップS120は、時間(t1)が経過するまで繰り返し処理される。
【0029】
ステップS120でYesと判定されると、ステップS130に進んでモータ31を常時通電する制御を実行する。ステップS130の常時通電が開始すると、安定した電流I2がモータ31に流れて出力軸31Aが回転駆動し、出力機構32を介してロッド33が軸方向に変位する。時間t0〜t2まではロッド33の軸方向の変位は規制されることなく時間に比例してロッド33がストロークする。尚、時間t0〜t2の間でスパイラルスプリング35Bに作用する荷重は各部材の摺動抵抗だけである。
【0030】
次に、ステップS140にて、表1で示したリミットスイッチ36の設定位置に基づいて、ロッド33の移動が完了したか(ロッド33が所望の位置に移動したか)否かを判定する。ここで、ロッド33のストロークに伴うセンターデフロックシフトフォーク17の軸方向の変位に際して、スリーブ17Aの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット13に形成されたスプラインとが噛合うと、センターデフユニット13の遊星歯車機構が作用しないようにスリーブ17Aが遊星歯車機構を一体回転させてセンターデフロック状態となって、ロッド33の移動が完了する。しかしながら、スリーブ17Aが軸方向に変位してもセンターデフフリーの状態では遊星歯車機構が作用しているためにスリーブ17Aの内外周に形成されたスプラインとセンターデフユニット13に形成されたスプラインとは直ぐには噛合わず、スリーブ17Aのスプラインとセンターデフユニット13のスプラインとが噛合ってロッド33の移動が完了するまでは、スパイラルスプリング35Bが弾縮した状態(以下、待ち状態と称す)を保持している。この待ち状態には、ロッド33が軸方向に変位できない状態(第1状態)と、ロッド33が所定の負荷を受けながら軸方向に変位する状態(第2状態)の2つの状態があり、これらの状態の下では、モータ31に流れる電流値は徐々に大きくなる。
【0031】
ロッド33の移動が完了していないときにはステップS140でNoと判定されて、ステップS150に進む。ステップS150にて、モータ31に流れる電流が第2所定電流値I2以上であるか否かが判定される。上述した第1状態或いは第2状態の下ではスプラインが正常に噛合っていないためモータ31に負荷がかかり、モータ31に流れる電流は第2所定電流値I2以上になる。尚、第2所定電流値I2は、スプラインが正常に噛合った状態でロッド33が余分な負荷を受けることなく移動するときにモータ31に流れる電流値Isよりも若干大きい電流値に設定されており、電流値Isは、時間t1からt2の範囲においてモータ31に流れる電流値と同等の値である。
【0032】
モータ31に流れる電流が第2所定電流値I2以上であると、ステップS150でYesと判定されて、ステップS160に進む。ステップS160では、モータ31に流れる電流が第1所定電流値I1(I1>I2)より小さいか否かが判定される。尚、第1所定電流値I1は、モータ31への通電が行われているにもかかわらずスプラインが噛合わずにロッド33がロック状態となってロッド33が作動不可となる第1状態において、モータ31に流れる電流値となるように設定されている。つまり、第1所定電流値I1は、モータ31の出力軸31Aが回転できない状態でモータ31への通電が制限されないとき(常時通電時)に、モータ31を流れるであろうと推測される電流値である。
【0033】
ステップS160においてモータ31の電流が第1所定電流値I1以上である場合(図6の時間t3)には、ステップS160にてNoと判定され、ステップS180へと進む。この場合には、スプラインが噛合わずにロッド33がロック状態となってロッド33が作動不可となる第1状態と判断される(図7の時間t2からt5)。
【0034】
ステップS180に進むと、モータ31の発熱を抑えるべく、モータ31の通電電流を制限する。ステップS180では、PWM制御によりモータ31に流れる電流を第3所定電流I3(I1>I3>I2)に設定するとともにON・OFF制御により電流の通電・非通電を行うように設定されている。具体的には、一旦ステップS180が実行されると、PWM制御にてモータ31の電流を第3所定電流値I3とし、カウンタを1つインクリメントする。ステップS180が実行されるとステップS140に戻り、再びロッド33の移動が完了したか否かを判定する。ステップS180の処理はロッド33の移動が完了しないかぎり繰り返し実行され、カウンタの値がN1になるまでモータへの通電電流は第3所定電流値I3を維持し続ける。カウンタの値がN1になるとカウンタをクリアし、通電電流のON制御からOFF制御に切替わる。その後、ステップS180を実行するときにはモータ31への通電を停止するとともにカウンタを1つインクリメントする。ロッド33の移動が完了、或いはモータ31に流れる電流の値が変化しないかぎり更にステップS180が繰り返し実行され、カウンタの値がN2になるまでモータへの通電は行われない。そして、カウンタの値がN2になるとカウンタをクリアし、電流のOFF制御から再びON制御に切替わる。このように、ロッド33の移動が完了することなくステップS180が繰り返し(N1+N2以上)実行されると、モータ31への通電電流のPWM制御およびON・OFF制御が行われて、過電流によるモータ31の発熱を抑える。ここで、ステップS180の実行によって図6の時間t3〜t5であらわされるPWM制御及びON・OFF制御を併せて間欠通電制御1と称する。尚、出力軸31Aはサイクロイドギヤ34を介して回転吸収機構35に連結されているので、モータ31が非通電(OFF制御中)になっても出力軸31Aが逆方向に回転することはなく、電流の通電・非通電のON・OFF制御が可能になる。
【0035】
ステップS160においてモータ31の電流が第1所定電流値I1より小さい場合(図8の時間t3)には、ステップS160でYesと判定され、ステップS170へと進む。ステップS160でYesと判定されたときには、モータ31を流れる電流は第2所定電流値I2と第1所定電流値I1との間である。この場合には、ロッド33は作動しているが、モータ31の出力軸31Aには負荷がかかっている第2状態と判断される(図9の時間t3からt4)。この第2状態は、例えば、スプラインが完全には噛合っていないがモータ31の駆動により得られるロッド33の推力によってゆっくりとスプラインが噛合っていく場合や、遊星歯車機構の作動により遊星歯車機構のスプラインの側面とロッド33のスプラインの側面との摺接時の負荷が大きい場合などが考えられる。ステップS170では、ステップS150でYesと判定されてからの時間が、所定時間ts以上であるか否かを判定している。つまり、モータ31が第2状態になってからの時間が所定時間tsを経過したか否かを判定している。ステップS170における所定時間tsは、モータ31の第2状態が継続されたときのモータ31の発熱量が、モータ31の許容発熱量を越えない範囲となるようにあらかじめ設定されており、モータ31に流れる電流の値に応じて設定されている。モータ31が第2状態であるが所定時間tsを越えていなければ、ステップS170にてNoと判定され、ステップS130に戻りモータ31へ常時通電する。第2状態が所定時間ts以上継続されると(図8の時間t4)、ステップS170にてYesと判定され、ステップS190に進む。
【0036】
ステップS190に進むと、モータ31の発熱を抑えるべく、モータ31の通電電流を制限する。ステップS190では、PWM制御によりモータ31に流れる電流を第2所定電流I2に設定するとともにON・OFF制御により電流の通電・非通電を行うように設定されている。具体的には、一旦ステップS190が実行されると、PWM制御にて第2所定電流値I2を維持し、カウンタを1つインクリメントする。ステップS190が実行されるとステップS140に戻り、再びロッド33の移動が完了したか否かを判定する。ステップS190の処理はロッド33の移動が完了しないかぎり繰り返し実行され、カウンタの値がN3になるまでモータへの通電電流は第2所定電流値I2を維持し続ける。カウンタの値がN3になるとカウンタをクリアし、通電電流のON制御からOFF制御に切替わる。その後、ステップS190を実行するときにはモータ31への通電を停止するとともにカウンタを1つインクリメントする。ロッド33の移動が完了、或いはモータ31に流れる電流の値が変化しないかぎり更にステップS190が繰り返し実行され、カウンタの値がN4になるまでモータへの通電は行われない。そして、カウンタの値がN4になるとカウンタをクリアし、電流のOFF制御から再びON制御に切替わる。このように、ロッド33の移動が完了することなくステップS190が繰り返し(N3+N4以上)実行されると、モータ31への通電電流のPWM制御およびON・OFF制御が行われて、過電流によるモータ31の発熱を抑える。ここで、ステップS190の実行によって図8の時間t4〜t5であらわされるPWM制御及びON・OFF制御を併せて間欠通電制御2と称する。
【0037】
第1状態から間欠通電制御1を行った後にスリーブ17Aのスプラインとセンターデフユニット13のスプラインとが噛合ってロッド33が所望の位置に近づく、或いは第2状態から間欠通電制御2を行った後にロッド33が徐々に動作して所望の位置に近づくと、スパイラルスプリング35Bは弾縮状態から非弾縮状態に移行していくので、スパイラルスプリング35Bの荷重が小さくなる。したがって、モータ31の出力軸31Aにかかる負荷は小さくなり、モータ31を流れる電流は第3所定電流値I3或いは第2所定電流値I2より小さくなる(図6および図8の時間t5)。そしてモータ31を常時通電する制御を実行(時間t6)する。この状態で常時通電が開始されると安定した電流Isがモータ31に流れて出力軸31Aが回転駆動し、スリーブ17Aがスプラインに沿って駆動状態の切替え完了の位置まで変位する(時間t6からt7)。ロッド33の移動が完了するとリミットスイッチ36が所望の位置に切替えられるので、ステップS140にて、ロッド33の移動が完全に完了したと判断されて、ステップS220に進んでモータ31への通電を停止するとともに、本制御を一旦終了する。このように、上述した各ステップが実行されることで、モータ31の発熱を抑えながら駆動切替装置の4輪駆動(センターデフフリー)から4輪駆動(センターデフロック)への切替えが完了する。
【0038】
上述した実施の形態では、FET及びリレーのオン故障を検出してから通常通電制御を実行するようにしたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、これ以外にも以下のオン故障の検出が考えられる。一般的にスイッチング素子がオン・オフするのに要する時間は、リレーがオン・オフするのに要する時間に比べて非常に短い。したがって、例えば通常通電制御中に切替要求があった後、リレーがオンに移行するまでのリレーがオフとなっている間にスイッチング素子をオンすることで、リレーのオン故障を検出することができる。具体的には、ステップS110とステップS120との間に、ステップS15からS17の処理を実行するようにして達成される。これによると、駆動切替装置用アクチュエータの応答性を損なうことなく、且つ切替要求が有る度にリレーのオン故障を検出することができるので、好適である。
【0039】
更に、例えばFETのオン故障を検出する際に、リレー43A、2を同時にオンするとともにFETをオフし、モータ31に電流が流れていればFETのいずれかがオン故障していると判断するようにしてもよい。具体的にはステップS10でリレー43A、2を同時にオンし、ステップS13とステップS14を省略することで達成される。これによると、FETのオン故障の検出に要する処理が少なくなって、好適である。
【0040】
【発明の効果】
本発明によると、駆動状態の切替時におけるモータの通電制御に用いられているリレーとFETのオン・オフを操作することで、新たに監視回路を設けることなくリレー或いはFETのオン故障を検出することができ、これらの故障の検出に際して部品点数が増加することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における駆動切換装置の断面図である。
【図2】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータの断面図である。
【図3】図2のA視図である。
【図4】本実施の形態における制御機構の回路図である。
【図5】本実施の形態における制御機構による故障検出の処理を示すフローチャートである。
【図6】本実施の形態における制御機構による通常通電制御を示すフローチャートである。
【図7】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図8】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図9】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【図10】本実施の形態における駆動切替用アクチュエータに係るタイムチャートである。
【符号の説明】
10・・・駆動切替装置
30・・・アクチュエータ部
31・・・モータ
32・・・出力機構
33・・・ロッド(出力部材)
34・・・サイクロイドギヤ(逆転禁止機構)
35・・・回転吸収機構
36・・・リミットスイッチ
40・・・制御機構
41・・・CPU(演算処理装置)
42・・・通電切替回路
43A、43B・・・リレー
44・・・FET(FET)
45・・・電流検出回路
48・・・電源回路
50・・・手動スイッチ(切替要求検出機構)
BAT・・・バッテリー
Claims (6)
- 通電電流に応じて回転駆動するモータと、該モータの出力軸の回転トルクを出力する出力機構と、該出力機構を介して前記モータの回転トルクに応じた推力が伝達されるとともに位置の変位に応じて車両の駆動状態を切替え可能な出力部材と、 車両の駆動状態を切替える要求があるか否かを検出する切替要求検出機構と、 該切替要求検出機構からの出力に基づいて前記モータの駆動を制御する制御機構と、を備える駆動切替装置用アクチュエータであって、 該制御機構は、バッテリーから供給される電圧を所定の駆動電圧に変換する電源回路と、前記モータに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電源回路と前記モータとの間に配設され前記モータの通電・非通電を切替可能な通電切替回路と、前記電流検出回路が検出する電流に基づいて前記モータを駆動するべく、前記通電切替回路を作動する演算処理装置とを備えており、前記通電切替回路は、リレーとスイッチングパワー素子を有し、該リレーと該スイッチングパワー素子とが共にオンのときにのみ前記モータが通電し、前記リレーと前記スイッチングパワー素子の少なくともいずれかがオフのときには前記モータが非通電となるように前記リレーとスイッチングパワー素子とが配設されており、前記電流検出回路と、前記リレーと、前記スイッチングパワー素子とは直列に接続され、前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の一方がオンとなり且つ前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の他方がオフとなるように指示し、前記リレーと、前記スイッチングパワー素子と、前記モータとを備える直列回路に流れる電流を、前記電流検出回路が検出した場合には、前記演算処理装置は、前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子の他方が故障していると判断することを特徴とする、駆動切替装置用アクチュエータ。
- 前記演算処理装置が前記リレー或いは前記スイッチングパワー素子が故障していると判断した場合には、前記切替要求検出機構による車両の駆動状態の切替え要求が検出された場合であっても、前記モータへの通電を行わないことを特徴とする、請求項1に記載の駆動切替装置用アクチュエータ。
- 前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記リレーがオンとなり且つ前記スイッチングパワー素子がオフとなるように指示し、前記電流検出回路が電流を検出した場合には、前記スイッチングパワー素子の他方が故障していると判断し、 前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されると、前記リレーがオフとなり且つ前記スイッチングパワー素子がオンとなるように指示し、前記電流検出回路が電流を検出した場合には、前記演算処理装置は、前記リレーが故障していると判断することを特徴とする、請求項1あるいは請求項2に記載の駆動切替装置用アクチュエータ。
- 前記リレーは、前記モータを正転方向に回転させるときにオンする一のリレーと、前記モータを逆転方向に回転させるときにオンする他のリレーとを備え、前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記一のリレーもしくは前記他のリレーのいずれかをオンにしてもう一方をオフにし、かつ前記スイッチングパワー素子がオフとなるように指示し、この状態において、前記電流検出装置が前記直列回路に流れる電流を検出した場合は、前記演算処理装置は、前記スイッチングパワー素子が故障していると判断する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の駆動切替装置用アクチュエータ。
- 前記リレーは、前記モータを正転方向に回転させるときにオンする一のリレーと、前記モータを逆転方向に回転させるときにオンする他のリレーとを備え、前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記一のリレーと前記他のリレーの両方をオフであり、かつ前記スイッチングパワー素子がオンとなるように指示し、この状態において、前記電流検出装置が前記電流検出装置が前記直列回路に流れる電流を検出した場合は、前記演算処理装置は、前記スイッチングパワー素子が故障していると判断する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の駆動切替装置用アクチュエータ。
- 前記リレーは、前記モータを正転方向に回転させるときにオンする一のリレーと、前記モータを逆転方向に回転させるときにオンする他のリレーとを備え、前記演算処理装置は、前記切替要求検出機構により車両の駆動状態を切替える要求が検出されないときに、前記一のリレー及び他のリレーをオンにして、かつ前記スイッチングパワー素子がオフとなるように指示し、この状態において、前記電流検出装置が前記直列回路に流れる電流を検出した場合は、前記演算処理装置は、前記スイッチングパワー素子が故障していると判断する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の駆動切替装置用アクチュエータ。
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