JP6690576B2

JP6690576B2 - シフトレンジ制御装置

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Publication number: JP6690576B2
Application number: JP2017029653A
Authority: JP
Inventors: 神尾　茂; 神尾　　茂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2037-02-21
Also published as: CN110337780A; JP2018135919A; US20190353242A1; DE112018000927T5; WO2018155332A1; CN110337780B; US10948073B2

Description

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

永久磁石を用いないＳＲモータは、構成が簡素である。また、例えばＤＣブラシレスモータのような永久磁石を用いるモータは、ＳＲモータと比較し、応答性がよい反面、モータを停止させるときに、オーバーシュートが生じる虞がある。
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、シフトレンジの切り替えに係るモータの駆動を適切に制御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シフトレンジを切り替えるものであって、第１切替制御部（７１）と、反転判定部（７６）と、第２切替制御部（７７）と、を備える。
第１切替制御部は、モータを停止させる目標角度と実角度との差が角度判定閾値より小さくなった場合、フィードバック制御から固定デューティでの制御に切り替える。
反転判定部は、モータが反転したことを判定する。
第２切替制御部は、モータが反転したと判定された場合、固定デューティでの制御からモータの固定相に通電する固定相通電制御に切り替える。

これにより、応答性を高めるとともに、オーバーシュートを抑制し、目標位置にて適切にモータを停止させることができる。

本発明の第１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。本発明の第１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。本発明の第１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る。本発明の第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を示すブロック図である。本発明の第１実施形態による目標速度設定を説明する説明図である。本発明の第１実施形態によるＦＦデューティを説明する説明図である。本発明の第１実施形態による固定デューティを説明する説明図である。本発明の第１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る。本発明の第１実施形態によるモード判定処理を説明するフローチャートである。本発明の第１実施形態によるＰＷＭ制御処理を説明するフローチャートである。本発明の第１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。本発明の第２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る。本発明の第３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。

以下、本発明によるシフトレンジ制御装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるシフトレンジ制御装置を図１〜図１１に示す。
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、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が用いられる。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、ＥＣＵ５０等を有する。
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。

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、シフトレンジ制御装置４０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。

ＥＣＵ５０は、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のオンオフ作動を制御することで、モータ１０の駆動を制御する。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。

図４に示すように、ＥＣＵ５０は、角度演算部５１、速度演算部５２、角度偏差演算部５３、フィードバック制御部６０、急ブレーキデューティ演算部７０、第１切替制御部７１、固定相通電制御部７５、反転判定部７６、および、第２切替制御部７７等を備え、マイコン等を主体として構成される。ＥＣＵ５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置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。

角度演算部５１は、エンコーダ１３から出力されるＡ相およびＢ相のパルスに基づき、エンコーダ１３のカウント値である実カウント値Ｃｅｎを演算する。実カウント値Ｃｅｎは、モータ１０の実際の機械角および電気角に応じた値である。
速度演算部５２は、実カウント値Ｃｅｎに基づき、モータ１０の回転速度であるモータ速度Ｍｓｐを演算する。
角度偏差演算部５３は、図示しないシフトレバー等の操作により入力されるドライバ要求シフトレンジに応じた目標カウント値Ｃｅｎ^*と実カウント値Ｃｅｎとの差を演算する。以下、目標カウント値Ｃｅｎ^*と実カウント値Ｃｅｎと差の絶対値を角度偏差ｅとする。
本実施形態では、実カウント値Ｃｅｎを「実角度」、目標カウント値Ｃｅｎ^*を「目標角度」とする。

フィードバック制御部６０は、目標速度設定部６２、フィードバック値設定部６３、速度偏差演算部６４、制御器６５、フィードフォワード補正値演算部６６、および、フィードフォワード項補正部６７等を有する。以下適宜、フィードバックを「ＦＢ」、フィードフォワードを「ＦＦ」と記載する。

目標速度設定部６２は、角度偏差ｅに基づき、モータ１０の目標速度である目標モータ速度Ｍｓｐ^*を演算する。目標モータ速度Ｍｓｐ^*は、例えば図５に示すマップに基づき、角度偏差ｅが所定値ｅａ以下の場合、角度偏差ｅが大きいほど大きくなるように設定され、角度偏差ｅが所定値ｅａより大きい場合、所定の最大値とする。また、角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈにて設定速度ｓｐ１（例えば１０００ｒｐｍ）となるようにする。
目標モータ速度Ｍｓｐ^*は、バッテリ電圧Ｖが大きくなるほど大きくなるように設定される。

ＦＢ値設定部６３は、モータ１０の制御状態が後述のモード２またはモード３、すなわち定常制御または減速制御のとき、モータ速度Ｍｓｐの位相を進ませる位相進み補償を行い、速度位相進み値Ｍｓｐ＿ｐｌを速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとする。また、ＦＢ値設定部６３は、モータ１０の制御状態がモード１、すなわち加速制御のとき、位相進み補償を行わず、モータ速度Ｍｓｐを速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとする。速度位相進み値Ｍｓｐ＿ｐｌについても、「モータ速度」の概念に含まれるものとする。

速度偏差演算部６４は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*と速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとの速度偏差ΔＭｓｐを演算する。
制御器６５は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*と速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとを一致させるべく、速度偏差ΔＭｓｐが０となるように、例えばＰ制御やＰＩ制御等により、ＦＢデューティＤ＿ｆｂを演算する。

ＦＦ補正値演算部６６は、モータ１０の制御状態に応じたＦＦデューティＤ＿ｆｆを演算する。
加速制御時のＦＦデューティＤ＿ｆｆは、図６（ａ）に示すマップ等に基づいて演算される最大加速デューティであって、モータ速度Ｍｓｐが大きくなるほど大きくなる。本実施形態では、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*以上となるまでの間、最大デューティとなるように、ＦＦデューティＤ＿ｆｆが演算される。
定常制御時のＦＦデューティＤ＿ｆｆは、図６（ｂ）に示すマップ等に基づいて演算される速度維持デューティとする。速度維持デューティは、無負荷時にモータ速度Ｍｓｐを維持するためのデューティであって、モータ速度Ｍｓｐが大きくなるほど大きくなる。
減速制御時のＦＦデューティＤ＿ｆｆは、図６（ｃ）に示すマップ等に基づいて演算される減速補正デューティとする。減速補正デューティは、目標モータ速度Ｍｓｐ^*を実現するための補正デューティである。減速補正デューティは、モータ１０が正方向に回転している場合は負の値であって、モータ速度Ｍｓｐが大きくなるほど小さくなる。すなわち、減速補正デューティは、モータ速度Ｍｓｐが大きくなるほど、絶対値としては大きい値となる。

なお、図６は、モータ１０が正方向に回転している場合であって、モータ１０が負方向に回転する場合、ＦＦデューティＤ＿ｆｆの値の正負を反転させる。後述の固定デューティＤｂも同様である。本実施形態では、モータ速度Ｍｓｐに基づいてＦＦデューティＤ＿ｆｆを演算するものとして説明したが、モータ速度Ｍｓｐに替えて、目標モータ速度Ｍｓｐ^*に基づいてＦＦデューティＤ＿ｆｆを演算してもよい。

ＦＦ項補正部６７は、ＦＢデューティＤ＿ｆｂをＦＦデューティＤ＿ｆｆで補正し、デューティ指令値を演算する。本実施形態のＦＦ項補正部６７は加算器であって、ＦＢデューティＤ＿ｆｂにＦＦデューティＤ＿ｆｆを加算し、補正後ＦＢデューティＤａを演算する。

本実施形態のフィードバック制御では、ＰＷＭ制御等によりデューティを変更することで、コイル１１１〜１１３、１２１〜１２３に流れる電流およびトルクの大きさを変更可能である。
本実施形態では、１２０°通電による矩形波制御により、モータ１０の駆動を制御する。１２０°通電による矩形波制御では、第１相の高電位側のスイッチング素子と、第２相の低電位側のスイッチング素子をオンする。また、第１相および第２相の組み合わせを電気角６０°ごとに入れ替えていくことで、通電相が切り替わる。これにより、巻線組１１、１２に回転磁界が発生し、モータ１０が回転する。本実施形態では、出力軸１５を正回転方向に回転させるときのモータ１０の回転方向を正方向とする。また、モータ１０が正のトルクを出力するときのデューティを正、負のトルクを出力するときのデューティを負とし、取り得るデューティ範囲を−１００［％］〜１００［％］とする。すなわち、モータ１０を正回転させるとき、デューティを正とし、逆回転させるとき、デューティを負とする。なお、正回転しているモータ１０を停止させるべく、ブレーキトルク（すなわち負トルク）を発生させるとき、モータ１０の回転方向は正回転方向であるが、デューティは負となる。同様に、逆回転しているモータ１０を停止させるべく、ブレーキトルクを発生させるとき、デューティは正となる。

急ブレーキデューティ演算部７０は、急ブレーキ制御時のデューティである固定デューティＤｂを、急ブレーキ制御開始時、すなわち角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さくなったときのモータ速度Ｍｓｐである突入速度Ｍｓｐ＿ｉに応じて演算する。図７に示すように、モータ１０が正回転しているときの固定デューティＤｂは、負の値であって、突入速度Ｍｓｐ＿ｉが所定速度ｓｐ２より小さい場合、突入速度Ｍｓｐ＿ｉが大きいほど絶対値が大きく、所定速度ｓｐ２以上の場合、−１００［％］とする。

第１切替制御部７１は、信号生成に用いるデューティを、補正後ＦＢデューティＤａとするか、固定デューティＤｂとするかを切り替える。本実施形態では、角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈ以上の場合、補正後ＦＢデューティＤａ、角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さい場合、固定デューティＤｂを、信号生成に用いるデューティとして選択し、電圧補正部７２に出力する。
電圧補正部７２は、選択された補正後ＦＢデューティＤａまたは固定デューティＤｂを、バッテリ電圧Ｖにて補正し、デューティ指令値を演算する。
ＰＷＭ信号生成部７３は、デューティ指令値および実カウント値Ｃｅｎに基づき、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のスイッチングに係る指令信号Ｓｐｗｍを生成する。また、モータ電流Ｉｍが電流制限値Ｉｍ＿ｍａｘを超えないように指令信号Ｓｐｗｍを調整する。

固定相通電制御部７５は、固定相通電制御を行う。固定相通電制御は、モータ１０の回転を停止させるための制御であって、電気角に応じた固定相を選択し、選択された固定相の所定方向に電流が流れるように、スイッチング素子４１１〜４１６、４２１〜４２６のスイッチングに係る指令信号Ｓｆｉｘを生成する。これにより、励磁相が固定される。励磁相が固定されると、モータ１０は、励磁相に応じた所定の電気角にて停止する。固定相通電制御部７５は、現在のロータ位置から最も近い電気角でモータ１０を停止させるように、実カウント値Ｃｅｎに基づいて固定相および通電方向を選択する。
また、固定相通電制御では、固定相通電制御開始からデューティ固定時間Ｔｆ経過後、デューティを徐変する。具体的には、固定相通電継続時間Ｔａ経過後のモータ電流Ｉｍが０となるように、デューティの絶対値を減少させる。

反転判定部７６は、実カウント値Ｃｅｎに基づき、モータ１０の回転が反転したか否かを判定する。
第２切替制御部７７は、モータドライバ４１、４２に出力される信号を切り替える。本実施形態では、モータ１０が、要求シフトレンジに応じた回転方向に回転している場合、すなわち反転前である場合、ＰＷＭ信号生成部７３にて生成された指令信号Ｓｐｗｍを選択し、モータ１０が反転した場合、固定相通電制御部７５にて生成される指令信号Ｓｆｉｘを選択する。選択された指令信号は、モータドライバ４１、４２に出力される。

ここで、モータ１０の制御モードをまとめておく。モード１は「加速制御」であって、モータ１０の回転を加速させる。モード２は「定常制御」であってモータ１０の回転速度を略一定に保持する。モード３は「減速制御」であって、モータ１０の回転を減速させる。モード４は「急ブレーキ制御」であって、モータ１０の回転に急ブレーキをかける。モード５は「固定相通電制御」であって、モータ１０を停止させる。モード０は「通電オフ」であって、モータ１０への通電を停止する。

モータ制御処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、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期間に、ＥＣＵ５０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。他のステップについても同様である。

最初のＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、ドライバにより図示しないシフトレバーが操作され、ドライバ要求シフトレンジが変化したか否かを判断する。ドライバ要求シフトレンジが変化していないと判断された場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行する。ドライバ要求シフトレンジが変化したと判断された場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ５０は、モータ１０への通電フラグをオンにする。また、ＥＣＵ５０は、制御状態を加速制御であるモード１とする。
Ｓ１０３では、ＥＣＵ５０は、通電フラグがオンされているか否かを判断する。通電フラグがオフであると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１１２へ移行する。通電フラグがオンであると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。
Ｓ１０４では、目標速度設定部６２は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*をセットする。
Ｓ１０５では、ＥＣＵ５０は、モード判定処理を行う。

モード判定処理を図９に基づいて説明する。
Ｓ１５１では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード１か否かを判断する。制御モードがモード１ではないと判断された場合（Ｓ１５１：ＮＯ）、Ｓ１５４へ移行する。制御モードがモード１であると判断された場合（Ｓ１５１：ＹＥＳ）、Ｓ１５２へ移行する。

Ｓ１５２では、ＥＣＵ５０は、目標モータ速度Ｍｓｐ^*が現在のモータ速度Ｍｓｐより小さいか否かを判断する。目標モータ速度Ｍｓｐ^*が現在のモータ速度Ｍｓｐ以上であると判断された場合（Ｓ１５２：ＮＯ）、モード１を継続する。目標モータ速度Ｍｓｐ^*が現在のモータ速度Ｍｓｐより小さいと判断された場合（Ｓ１５２：ＹＥＳ）、Ｓ１５３へ移行する。
Ｓ１５３では、ＥＣＵ５０は、制御モードを定常制御であるモード２とする。

制御モードがモード１ではないと判断された場合（Ｓ１５１：ＮＯ）に移行するＳ１５４では、ＥＣＵ５０は、制御モードをモード２か否かを判断する。制御モードがモード２ではないと判断された場合（Ｓ１５４：ＮＯ）、Ｓ１５７へ移行する。制御モードがモード２であると判断された場合（Ｓ１５４：ＹＥＳ）、Ｓ１５５へ移行する。

Ｓ１５５では、ＥＣＵ５０は、目標モータ速度の今回値Ｍｓｐ^*（ｎ）が、前回値Ｍｓｐ^*（ｎ−１）より小さいか否かを判断する。目標モータ速度のＭｓｐ^*（ｎ）が、前回値Ｍｓｐ^*（ｎ−１）以上であると判断された場合（Ｓ１５５：ＮＯ）、モード２を継続する。目標モータ速度のＭｓｐ^*（ｎ）が、前回値Ｍｓｐ^*（ｎ−１）より小さいと判断された場合（Ｓ１５５：ＹＥＳ）、Ｓ１５６へ移行する。
Ｓ１５６では、ＥＣＵ５０は、制御モードを減速制御であるモード３とする。

制御モードがモード１、２ではないと判断された場合（Ｓ１５４：ＮＯ）に移行するＳ１５７では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード３か否かを判断する。制御モードがモード３ではないと判断された場合（Ｓ１５７：ＮＯ）、Ｓ１６０へ移行する。制御モードがモード３であると判断された場合（Ｓ１５７：ＹＥＳ）、Ｓ１５８へ移行する。

Ｓ１５８では、ＥＣＵ５０は、角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さいか否かを判断する。角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈ以上であると判断された場合（Ｓ１５８：ＮＯ）、モード３を継続する。角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さいと判断された場合（Ｓ１５８：ＹＥＳ）、Ｓ１５９へ移行する。
Ｓ１５９では、ＥＣＵ５０は、制御モードを急ブレーキ制御であるモード４とする。

制御モードがモード１〜３ではないと判断された場合（Ｓ１５７：ＮＯ）に移行するＳ１６０では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード４か否かを判断する。制御モードがモード４ではないと判断された場合（Ｓ１６０：ＮＯ）、Ｓ１６３へ移行する。制御モードがモード４であると判断された場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、Ｓ１６１へ移行する。

Ｓ１６１では、ＥＣＵ５０は、反転判定部７６は、モータ１０が反転したか否かを判断する。ここで、シフトレンジの切り替え前後のレンジに基づいて決定される回転方向とは逆方向にモータ１０が回転したら、モータ１０が反転したと判断する。モータ１０が反転していないと判断された場合（Ｓ１６１：ＮＯ）、モード４を継続する。モータ１０が反転したと判断された場合（Ｓ１６１：ＹＥＳ）、Ｓ１６２へ移行する。
Ｓ１６２では、ＥＣＵ５０は、制御モードを固定相通電制御であるモード５とする。

制御モードがモード１〜４ではないと判断された場合（Ｓ１６０：ＮＯ）に移行するＳ１６３では、制御モードはモード５であって、ＥＣＵ５０は、固定相通電制御の継続時間を計時するタイマのカウント値であるタイマ値Ｔｃをインクリメントする。
Ｓ１６４では、ＥＣＵ５０は、タイマ値Ｔｃが継続時間判定閾値Ｔｔｈ１より大きいか否かを判断する。継続時間判定閾値Ｔｔｈ１は、固定相通電制御を継続する固定相通電継続時間Ｔａ（例えば１００ｍｓ）に応じて設定される値である。タイマ値Ｔｃが継続時間判定閾値Ｔｔｈ１以下であると判断された場合（Ｓ１６４：ＮＯ）、モード５を継続する。タイマ値Ｔｃが継続時間判定閾値Ｔｈ１より大きいと判断された場合（Ｓ１６４：ＹＥＳ）、Ｓ１６５へ移行する。
Ｓ１６５では、ＥＣＵ５０は、制御モードを通電オフ制御であるモード０とする。

図８に戻り、モード判定処理に続いて移行するＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード１〜４のいずれかであるか否かを判断する。制御モードがモード１〜４のとき、モータ１０はＰＷＭ制御されている。制御モードがモード１〜４以外であると判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、Ｓ１０８へ移行する。制御モードがモード１〜４のいずれかであると判断（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、Ｓ１０７へ移行する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ５０は、ＰＷＭ制御によりモータ１０の駆動を制御する。
ＰＷＭ制御処理を図１０に基づいて説明する。
Ｓ１７１では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード１〜３のいずれかであるか否かを判断する。制御モードがモード１〜３のとき、モータ１０はフィードバック制御される。制御モードがモード１〜３ではない、すなわちモード４であると判断された場合（Ｓ１７１：ＮＯ）、Ｓ１７８へ移行する。制御モードがモード１〜３のいずれかであると判断された場合（Ｓ１７１：ＹＥＳ）、Ｓ１７２へ移行する。

Ｓ１７２では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード１か否かを判断する。制御モードがモード１であると判断された場合（Ｓ１７２：ＹＥＳ）、Ｓ１７３へ移行する。制御モードがモード１ではない、すなわちモード２またはモード３であると判断された場合（Ｓ１７２：ＮＯ）、Ｓ１７４へ移行する。

Ｓ１７３では、フィードバック値設定部６３は、モータ速度Ｍｓｐを速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとして、速度偏差演算部６４に出力する。
Ｓ１７４では、フィードバック値設定部６３は、モータ速度Ｍｓｐの位相進み補償値Ｍｓｐ＿ｐｌを速度フィードバック値Ｍｓｐ＿ｆｂとして、速度偏差演算部６４に出力する。

Ｓ１７５では、制御器６５は、フィードバックデューティＤ＿ｆｂを演算する。
Ｓ１７６では、フィードフォワード補正値演算部６６は、制御モードに応じたフィードフォワードデューティＤ＿ｆｆを演算する。
Ｓ１７７では、フィードフォワード項補正部６７は、フィードバックデューティＤ＿ｆｂとフィードフォワードデューティＤ＿ｆｆとを加算し、補正後フィードバックデューティＤａを演算する。

制御モードがモード４であると判断された場合（Ｓ１７１：ＮＯ）に移行するＳ１７８では、急ブレーキデューティ演算部７０は、突入速度Ｍｓｐ＿ｉに応じて固定デューティＤｂを設定する。固定デューティＤｂが設定されている場合は、設定済みの値を維持する。
Ｓ１７９では、ＰＷＭ信号生成部７３は、演算された補正後フィードバックデューティＤａまたは固定デューティＤｂに基づいて指令信号Ｓｐｗｍを生成する。ＥＣＵ５０は、生成された指令信号Ｓｐｗｍに基づいてモータ１０の駆動を制御する。

図８に戻り、制御モードが１〜４以外であると判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）に移行するす１０８では、ＥＣＵ５０は、制御モードがモード５か否かを判断する。制御モードがモード５ではない、すなわちモード０であると判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、Ｓ１１２へ移行する。制御モードがモード５であると判断された場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、Ｓ１０９へ移行する。

Ｓ１０９では、ＥＣＵ５０は、タイマ値Ｔｃが固定判定閾値Ｔｔｈ２より大きいか否かを判断する。固定判定閾値Ｔｔｈ２は、固定相通電にて、最大デューティを継続するデューティ固定時間Ｔｆ（例えば２０ｍｓ）に応じて設定される。デューティ固定時間Ｔｆは、固定相通電継続時間Ｔａより短い。タイマ値Ｔｃが固定判定閾値Ｔｔｈ２以下であると判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、Ｓ１１０へ移行する。タイマ値Ｔｃが固定判定閾値Ｔｔｈ２より大きいと判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ１１１へ移行する。

Ｓ１１０では、固定相通電制御部７５は、実カウント値Ｃｅｎに応じた固定相に最大デューティで通電する指令信号Ｓｆｉｘを生成する。ＥＣＵ５０は、生成された指令信号Ｓｆｉｘに基づいてモータ１０の駆動を制御する。
Ｓ１１１では、固定相通電制御部７５は、固定相通電継続時間Ｔａが経過したときの電流を０とすべく、電流が徐々に小さくなるように設定されるデューティにて、実カウント値Ｃｅｎに応じた固定相に通電する指令信号Ｓｆｉｘを生成する。ＥＣＵ５０は、生成された指令信号Ｓｆｉｘに基づいてモータ１０の駆動を制御する。

通電フラグがオフであると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、または、制御モードが１〜５ではない、すなわち制御モードがモード０であると判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）に移行するＳ１１２では、ＥＣＵ５０は、モータ１０への通電をオフにする。モータ１０の通電がオフされている場合はオフ状態を継続する。また、通電フラグをオフにする。

モータ制御処理を図１１に示すタイムチャートに基づいて説明する。図１１は、共通時間軸を横軸とし、（ａ）がドライバ要求シフトレンジ、（ｂ）が通電フラグ、（ｃ）がモータ１０の角度、（ｄ）がモータ速度、（ｅ）がデューティ、（ｆ）がモータ電流、（ｇ）が制御モードを示す。図１１では、モータ１０の角度をエンコーダ１３のカウント値で示す。図１３も同様である。

図１１に示すように、時刻ｘ１以前において、ドライバ要求シフトレンジがＰレンジで維持されている場合、モータ１０の制御状態をモード０の通電オフ制御とする。
時刻ｘ１にて、ドライバ要求シフトレンジがＰレンジからＤレンジに変化すると、通電フラグがオンされ、制御状態をモード１の加速制御に切り替える。また、ドライバ要求シフトレンジに応じ、目標カウント値Ｃｅｎ^*が設定される。加速制御では、ＥＣＵ５０は、最大デューティでのＰＷＭ制御にて、モータ１０を駆動する。また、加速制御では、位相進み補償を行っていないモータ速度Ｍｓｐをフィードバックする。

時刻ｘ２にて、モータ速度Ｍｓｐが目標モータ速度Ｍｓｐ^*より大きくなると、制御状態をモード２の定常制御に切り替える。定常制御では、位相進み補償を行った値である位相進み補償値Ｍｓｐ＿ｐｌをフィードバックする。
時刻ｘ３にて、目標モータ速度Ｍｓｐ^*が低下に転じると、制御状態をモード３の減速制御に切り替える。
本実施形態では、回転角の検出遅れや検出の分解能に起因し、ハンチングが生じやすい定常状態および減速状態にて、位相進み補償を行った位相進み補償値Ｍｓｐ＿ｐｌをフィードバックする。これにより、定常状態および減速状態におけるハンチングが抑制される。

角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さくなる時刻ｘ４では、制御モードをモード４の急ブレーキ制御に切り替える。急ブレーキ制御時は、突入速度Ｍｓｐ＿ｉに応じて設定される固定デューティＤｂに基づいてモータ１０の駆動が制御される。急ブレーキ制御を行うことで、オーバーシュートを抑制することができる。
なお、時刻ｘ１から固定相通電制御に移行する時刻ｘ５までの期間は、ＰＷＭ制御によりモータ１０の駆動が制御される。

時刻ｘ５にて、モータ１０の反転が判定されると、制御モードをモード５の固定相通電制御に切り替える。本実施形態では、時刻ｘ５から、固定相通電継続時間Ｔａが経過する時刻ｘ７までの間、固定相通電制御を継続する。これにより、モータ１０を適切に停止させることができる。

ところで、モータ１０はバネマス系であるため、図１１（ｅ）に二点鎖線で示すように、固定相通電継続時間Ｔａに亘って、最大デューティにて固定相通電を継続した後、時刻ｘ７にて通電をオフにすると、モータ軸が急に解放されることで、振動が発生する。この振動によってモータ軸が駆動されると、出力軸１５も駆動される虞がある。

そこで本実施形態では、固定相通電開始からデューティ固定時間Ｔｆが経過する時刻ｘ６までの第１期間は、最大デューティにて固定相通電を行う。また、固定相通電制御にてデューティ固定時間Ｔｆが経過してから固定相通電継続時間Ｔａとなるまで、すなわち時刻ｘ６から時刻ｘ７までの第２期間は、固定相通電継続時間Ｔａが終了する時刻ｘ７におけるモータ電流Ｉｍが０となるように、デューティを０まで徐変させる。図１１では、線形的にデューティを徐変させているが、非線形的に徐変させてもよいし、ステップ的に徐変させてもよい。
これにより、固定相通電から通電オフに切り替える際のモータ軸の振動が抑制され、通電オフ時において、モータ軸および出力軸１５が停止した状態を適切に維持することができる。

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シフトレンジを切り替えるものであって、第１切替制御部７１と、反転判定部７６と、第２切替制御部７７と、を備える。
第１切替制御部７１は、目標カウント値Ｃｅｎ^*と実カウント値Ｃｅｎの差である角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さくなった場合、フィードバック制御から固定デューティＤｂでの制御に切り替える。本実施形態の固定デューティＤｂは、モータ１０の回転を停止させるような、急ブレーキデューティである。詳細には、フィードバック制御の開始後の加速制御または定常制御のときのデューティが正であれば、固定デューティＤｂは負であるといった具合に、固定デューティＤｂは、要求シフトレンジの切り替え方向に応じてモータ１０を回転させるときのデューティとは正負が反対のデューティである。

反転判定部７６は、モータ１０が反転したことを判定する。
第２切替制御部７７は、モータ１０が反転したと判定された場合、固定デューティＤｂでの制御から、モータ１０の固定相に通電する固定相通電制御に切り替える。
これにより、応答性を高めるとともに、オーバーシュートを抑制し、目標位置にて適切にモータ１０を停止させることができる。

固定デューティＤｂは、角度偏差ｅが角度判定閾値ｅ＿ｔｈより小さいと判定されたときのモータ１０の回転速度である突入速度Ｍｓｐ＿ｉに応じて設定される。これにより、モータ速度Ｍｓｐに応じて、オーバーシュートを抑制し、目標位置にて適切にモータ１０を停止させることができる。

シフトレンジ制御装置４０は、固定相通電制御を開始してから固定相通電継続時間Ｔａが経過した場合、通電をオフにする。
固定相通電時間Ｔ１に亘って固定相通電制御を継続することで、モータ１０を確実に停止させることができる。また、固定相通電継続期間Ｔａ経過後は、通電オフとすることで、消費電力を低減することができる。

固定相通電制御が継続される期間のうち、所定時間であるデューティ固定時間Ｔｆが経過するまでの第１期間におけるデューティを一定とし、デューティ固定時間Ｔｆが経過してから固定相通電制御を終了するまでの第２期間において、モータ１０の電流が０に近づくように、デューティを徐変させる。
これにより、固定相通電制御から通電オフに切り替えた際のモータ軸の振動を抑制することができ、通電オフ時においても、所望の位置にて出力軸１５が停止した状態を維持することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１２および図１３に示す。本実施形態では、固定相通電制御が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明し、その他の点についての説明は省略する。
図１２は、本実施形態のモータ制御処理を説明するフローチャートである。図１２は、Ｓ１０９に続いて移行するＳ１１０およびＳ１１１に替えて、Ｓ２１０およびＳ２１１とする点を除き、図８と同様である。

Ｓ１０９にて、タイマ値Ｔｃが固定判定閾値Ｔｔｈ２以下であると判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、Ｓ２１０へ移行する。
Ｓ２１０では、固定相通電制御部７５は、実カウント値Ｃｅｎに応じた固定相に第１デューティＤ１で通電する指令信号Ｓｆｉｘを生成する。本実施形態では、第１デューティＤ１は、例えば最大デューティである−１００［％］とする。ＥＣＵ５０は、生成された指令信号Ｓｆｉｘに基づいてモータ１０の駆動を制御する。

Ｓ１０９にて、タイマ値Ｔｃが固定判定閾値Ｔｔｈ２より大きいと判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ２１１へ移行する。
Ｓ２１１では、固定相通電制御部７５は、デューティ固定時間Ｔｆ経過前よりも電流を低減すべく、第１デューティＤ１と符号が等しく絶対値が小さい第２デューティＤ２にて、実カウント値Ｃｅｎに応じた固定相に通電する指令信号Ｓｆｉｘを生成する。第２デューティＤ２は、任意の所定値（例えば−３０［％］）である。ＥＣＵ５０は、生成された指令信号Ｓｆｉｘに基づいてモータ１０の駆動を制御する。

図１３は、本実施形態のモータ制御処理を説明するタイムチャートである。時刻ｘ６までの処理は、第１実施形態と同様である。
図１３（ｅ）に示すように、固定相通電制御にて、デューティ固定時間Ｔｆが経過する時刻ｘ６までの第１期間は、最大デューティである第１デューティＤ１にて固定相通電を行う。また、固定相通電制御にてデューティ固定時間Ｔｆが経過してから固定相通電継続時間Ｔａとなるまで、すなわち時刻ｘ６から時刻ｘ７までの第２期間は、第１デューティＤ１よりも絶対値が小さい第２デューティＤ２にて固定相通電制御を行う。第１デューティＤ１から第２デューティＤ２に変更することで、図１３（ｆ）に示すように、第２期間のモータ電流Ｉｍは、第１期間と比較して小さくなるので、第１デューティＤ１での通電を継続する場合と比較し、通電オフに切り替えた際のモータ軸の振動を抑制することができる。

本実施形態では、固定相通電制御が継続される期間のうち、所定時間であるデューティ固定時間Ｔｆが経過するまでの第１期間におけるデューティを第１デューティＤ１とし、デューティ固定時間Ｔｆが経過してから固定相通電制御を終了するまでの第２期間において、第１デューティＤ１よりも絶対値が小さい第２デューティＤ２とする。
これにより、固定相通電制御から通電オフに切り替えた際のモータ軸の振動を抑制することができ、通電オフ時においても、所望の位置にて出力軸１５が停止した状態を維持することができる。

（他の実施形態）
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、フィードバック制御と固定相通電制御とを切り替え可能なものであれば、どのようなモータを用いてもよい。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。
上記実施形態では、フィードバック制御において、１２０°通電による矩形波制御を行う。他の実施形態では、フィードバック制御において、１８０°通電による矩形波制御としてもよい。また矩形波制御に限らず、三角波比較方式や瞬時ベクトル選択方式によるＰＷＭ制御としてもよい。

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。また、エンコーダのカウント値に替えて、モータの回転角に換算可能なエンコーダカウント値以外の値をフィードバックしてもよい。固定相通電制御における固定相の選択についても同様である。

上記実施形態では、速度状態が定常制御または減速制御のとき、位相進みフィルタ処理を行った位相進み値をフィードバックする。他の実施形態では、速度状態が加速制御のときにも位相進みフィルタ処理を行った値をフィードバックしてもよい。また、定常状態および減速状態の少なくとも一方における位相進みフィルタ処理を省略してもよい。
また、速度状態の判定は、例えばモータ速度の微分値を用いて判定する等、判定方法は上記実施形態の方法に限らず、どのような方法であってもよい。

上記実施形態では、１つの角度判定閾値を用いてフィードバック制御から固定デューティでの急ブレーキ制御への切り替えを判定する。他の実施形態では、角度判定閾値は、例えば、モータ速度が大きくなるほど、角度判定閾値を大きくする、といった具合に、モータ速度に応じて可変としてもよい。
上記実施形態では、急ブレーキ制御における固定デューティは、突入速度に応じて設定される。他の実施形態では、固定デューティは、突入速度によらず、所定値（例えば最大デューティ）であってもよい。

上記実施形態では、固定相通電制御では、デューティ固定時間が経過するまでのデューティは、最大デューティである。他の実施形態では、固定相通電制御におけるデューティ固定時間が経過するまでのデューティは、最大デューティでなくてもよい。また、他の実施形態では、固定相通電制御におけるデューティ変更処理を省略し、固定相通電中のデューティが一定であってもよい。

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
１０・・・モータ
２０・・・シフトレンジ切替機構
４０・・・シフトレンジ制御装置
５０・・・ＥＣＵ
７１・・・第１切替制御部
７６・・・反転判定部
７７・・・第２切替制御部

Claims

モータ（１０）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制御装置であって、
前記モータを停止させる目標角度と実角度との差が角度判定閾値より小さくなった場合、フィードバック制御から固定デューティでの制御に切り替える第１切替制御部（７１）と、
前記モータが反転したことを判定する反転判定部（７６）と、
前記モータが反転したと判定された場合、前記固定デューティでの制御から前記モータの固定相に通電する固定相通電制御に切り替える第２切替制御部（７７）と、
を備えることを特徴とするシフトレンジ制御装置。
前記固定デューティは、前記目標角度と前記実角度との差が前記角度判定閾値より小さいと判定されたときの前記モータの回転速度に応じて設定される請求項１に記載のシフトレンジ制御装置。
前記固定相通電制御を開始してから固定相通電継続時間が経過した場合、通電をオフにする請求項１または２に記載のシフトレンジ制御装置。
前記固定相通電制御が継続される期間のうち、所定時間が経過するまでの第１期間におけるデューティを第１デューティとし、前記所定期間が経過してから前記固定相通電制御を終了するまでの第２期間において、前記第１デューティよりも絶対値が小さい第２デューティとする請求項３に記載のシフトレンジ制御装置。
前記固定相通電制御が継続される期間のうち、所定時間が経過するまでの第１期間におけるデューティを一定とし、前記所定時間が経過してから前記固定相通電制御を終了するまでの第２期間において、前記モータの電流が０に近づくようにデューティを徐変させる請求項３に記載のシフトレンジ制御装置。