换挡挡位控制装置的制作方法

本申请基于2017年11月20日申请的日本专利申请第2017－222863号，这里引用其记载内容。

本申请涉及换挡挡位控制装置。

背景技术：

以往，已知有对应于来自驾驶员的换挡挡位切换要求对电机进行控制从而切换换挡挡位的换挡装置。例如在专利文献1中，通过利用在2个中间齿轮之间设置的规定量的空隙来对谷底的位置进行学习。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-75364号公报

技术实现要素：

专利文献1中，止动弹簧的施力是以使辊部落入谷部的方式起作用的力。换挡挡位切换系统中，当切换挡位时，随着辊部在峰谷间的移动，弹簧载荷在促进电机转矩的方向上作用的状态和在妨碍电机转矩的方向上作用的状态反复发生。

在作为驱动源而使用产生齿槽转矩的电机的情况下，产生由弹簧载荷引起的负荷转矩与由齿槽转矩及电机摩擦等引起的转矩相平衡的转矩平衡点。这里，在换挡挡位的切换中发生了变得无法驱动电机的电机关闭(off)故障的情况下，根据电机关闭故障发生时的电机位置，转矩平衡、输出轴停止在中间挡位这样的新课题被发现。如果输出轴停止在中间挡位，则无法在自动变速器中产生适当的液压，担心导致自动变速器的故障。本申请的目的在于，提供在产生了无法驱动电机的异常的情况下也能够保护自动变速器的换挡挡位控制装置。

本申请的换挡挡位控制装置，通过对电机的驱动进行控制而切换换挡挡位，具备异常监视部和转矩抑制指令部。异常监视部检测被传递电机的驱动的输出轴在保证各挡位的功能的挡位保证区域外即中间挡位区域中停止的中间挡位停止异常的发生。转矩抑制指令部在发生了中间挡位停止异常的情况下，指令抑制作用于自动变速器的转矩。由此，能够防止伴随中间挡位停止异常的发生的自动变速器的故障。

附图说明

本申请的上述目的及其他目的、特征及优点通过参照附图并通过下述的详细记载会更加明确。

图1是表示一实施方式的线控换挡系统的立体图。

图2是表示一实施方式的线控换挡系统的概略结构图。

图3是表示一实施方式的电机以及电机驱动器的电路图。

图4是说明一实施方式的止动机构的动作的说明图。

图5是说明一实施方式的施加于止动机构的转矩的说明图。

图6是表示一实施方式的通电时间与输出轴停止位置的关系的说明图。

图7是表示一实施方式中在规定时间通电后断开通电的情况下的实验结果的时序图。

图8是表示一实施方式的发生了中间挡位停止异常的状态的示意图。

图9是说明一实施方式的自动变速器保护处理的流程图。

具体实施方式

(一实施方式)

以下，根据附图说明换挡挡位控制装置。一实施方式的换挡挡位控制装置在图1～图9中示出。如图1以及图2所示，作为换挡挡位切换系统的线控换挡系统1具备电机10、换挡挡位切换机构20、驻车锁定机构30以及换挡挡位控制装置40等。

电机10通过被从在未图示的车辆中搭载的电池45(参照图3)供电而旋转，作为换挡挡位切换机构20的驱动源发挥功能。本实施方式的电机10是永磁体式的dc无刷电机，产生齿槽转矩。本说明书中，将在通电断开时也产生的齿槽转矩以及电机摩擦等所引起的转矩适当记载为“电机齿槽转矩”。

如图3所示，电机10具有2组绕组11、12。第1绕组11具有u1线圈111、v1线圈112以及w1线圈113。第2绕组12具有u2线圈121、v2线圈122以及w2线圈123。

如图2所示，编码器13检测电机10的未图示的转子的旋转位置即电机角度θm。编码器13例如是磁式旋转编码器，包括与转子一体地旋转的磁铁、和磁检测用的霍尔ic等。编码器13与转子的旋转同步地按每规定角度输出a相及b相的脉冲信号。

减速机14设置在电机10的旋转轴即电机轴105(参照图4)与输出轴15之间，将电机10的旋转减速并向输出轴15输出。由此，电机10的旋转被向换挡挡位切换机构20传递。在输出轴15，设有检测输出轴15的角度即输出轴角度θs的输出轴传感器16。输出轴传感器16例如是电位器。实施方式中，在电机轴105与输出轴15之间，存在齿轮间隙(gearbacklash)等游隙。以下，适当将电机轴105与输出轴15之间的游隙的合计设为“空隙”。

如图1所示，换挡挡位切换机构20具有止动板21以及止动弹簧25等，将从减速机14输出的旋转驱动力向手动阀28以及驻车锁定机构30传递。

止动板21被固定于输出轴15，被电机10驱动。在止动板21，设有与输出轴15平行地突出的销24。销24与手动阀28连接。止动板21被电机10驱动，从而手动阀28沿轴向往复移动。即，换挡挡位切换机构20将电机10的旋转运动转换为直线运动并向手动阀28传递。手动阀28设于阀体29。手动阀28沿轴向往复移动，从而向未图示的液压离合器的液压供给路被切换，液压离合器的卡合状态切换从而换挡挡位被变更。

如图1以及图5所示，在止动板21的止动弹簧25侧，设有用于将手动阀28保持在与各挡位对应的位置的4个谷部221～224。谷部221～224从止动弹簧25的前端侧起，按对应于p(驻车)挡位的p谷部221、对应于r(倒挡)挡位的r谷部222、对应于n(空挡)挡位的n谷部223、对应于d(前进挡)挡位的d谷部224的顺序排列。

作为施力部件的止动弹簧25是能够弹性变形的板状部件，在前端设有作为卡合部件的止动辊26。止动弹簧25将止动辊26向止动板21的转动中心侧施力。如果对止动板21施加规定以上的旋转力，则止动弹簧25弹性变形，止动辊26在谷部221～224间移动。例如，当从p挡位向d挡位切换时，止动板21向正转方向旋转，从而止动辊26从p谷部221向d谷部224移动，与d谷部224嵌合。通过使止动辊26嵌入谷部221～224的某个，从而止动板21的摆动被限制，手动阀28的轴向位置以及驻车锁定机构30的状态被确定，自动变速器5的换挡挡位被固定。

如图6所示，区域rp是从p谷部221的中心起比r谷部222侧的规定位置靠r谷部222相反侧的区域，是在止动辊26位于区域rp的输出轴角度时驻车锁定机构30的驻车锁定被保证的p锁定保证范围。区域rr是包含r谷部222的中心的规定范围，是在止动辊26位于区域rr的输出轴角度时通过自动变速器5保证r挡位的液压的r液压发生范围。区域rd是包含d谷部224的中心的规定范围，是在止动辊26位于区域rd的输出轴角度时通过自动变速器5保证d挡位的液压的d液压发生范围。区域rn是包含n谷部223的中心的规定范围，是在止动辊26位于区域rn的输出轴角度时在自动变速器5的油路中未图示的摩擦卡合要素不被卡合、保证液压不发生的范围。以下，适当地，将区域rp、rr、rn、rd设为挡位保证区域，将挡位保证区域以外设为中间挡位区域。

如图1所示，驻车锁定机构30具有驻车杆31、圆锥体32、驻车锁定杆33、轴部34以及驻车齿轮35。驻车杆31形成为大致l字形状，一端311侧被固定于止动板21。在驻车杆31的另一端312侧，设有圆锥体32。圆锥体32形成为随着朝向另一端312侧而缩径。如果止动板21向反转方向摆动，则圆锥体32向箭头p的方向移动。

驻车锁定杆33设置为，与圆锥体32的圆锥面抵接，能够以轴部34为中心摆动，在驻车锁定杆33的驻车齿轮35侧，设有能够与驻车齿轮35啮合的凸部331。如果止动板21向反转方向旋转，圆锥体32向箭头p方向移动，则驻车锁定杆33被推起，凸部331和驻车齿轮35啮合。另一方面，如果止动板21向正转方向旋转，圆锥体32向箭头非p(notp)方向移动，则凸部331与驻车齿轮35的啮合被解除。

驻车齿轮35设于未图示的车轴，能够与驻车锁定杆33的凸部331啮合地设置。如果驻车齿轮35与凸部331啮合，则车轴的旋转被限制。当换挡挡位为p以外的挡位即非p挡位时，驻车齿轮35不被驻车锁定杆33锁定，车轴的旋转不被驻车锁定机构30妨碍。此外，当换挡挡位为p挡位时，驻车齿轮35被驻车锁定杆33锁定，车轴的旋转被限制。

如图2以及图3所示，换挡挡位控制装置40具有电机驱动器41、42以及线控换挡ecu50等。以下，适当地将线控换挡ecu记作“sbw－ecu”。电机驱动器41是切换第1绕组11的通电的3相逆变器，开关元件411～416被桥接。在成对的u相的开关元件411、414的连接点，连接着u1线圈111的一端。在成对的v相的开关元件412、415的连接点，连接着v1线圈112的一端。在成对的w相的开关元件413、416的连接点，连接着w1线圈113的一端。线圈111～113的另一端在结线部115被连结。

电机驱动器42是切换第2绕组12的通电的3相逆变器，开关元件421～426被桥接。在成对的u相的开关元件421、424的连接点，连接着u2线圈121的一端。在成对的v相的开关元件422、425的连接点，连接着v2线圈122的一端。在成对的w相的开关元件423、426的连接点，连接着w2线圈123的一端。线圈121～123的另一端在结线部125被连结。本实施方式的开关元件411～416、421～426是mosfet，但也可以使用igbt等其他元件。

在电机驱动器41与电池45之间设有电机继电器46。在电机驱动器42与电池45之间设有电机继电器47。电机继电器46、47在作为点火开关等的启动开关接通时接通，向电机10侧供电。此外，电机继电器46、47在启动开关断开时断开，向电机10侧的供电被切断。在电池45的高电位侧，设有检测电池电压vb的电压传感器48。

sbw－ecu50对开关元件411～416、421～426的通断作动进行控制而对电机10的驱动进行控制，从而控制换挡挡位的切换。对自动变速器5进行控制的作为变速器控制部的变速器ecu60基于加速器开度、车速、发动机转速以及输出轴角度θs等，对变速用液压控制螺线管6的驱动进行控制。通过控制变速用液压控制螺线管6，来控制变速级。变速用液压控制螺线管6设有与变速级数等对应的根数。将变速器ecu适当地记作“tm－ecu”。

对发动机70进行控制的作为发动机控制部的发动机ecu75基于加速器开度等，对节气门装置71的节气门开度及未图示的燃料喷射阀的燃料喷射量等进行控制。

ecu50、60、75以微机等为主体而构成，在内部具备均未图示的cpu、rom、ram、i/o以及将这些结构连接的总线等。ecu50、60、75中的各处理可以是由cpu执行在rom等实体存储器装置(即，可读出非暂时性有形记录介质)中预先存储的程序而实现的软件处理，也可以是基于专用的电子电路的硬件处理。ecu50、60、75构成为，例如经由can(controllerareanetwork)等车辆通信网而能够相互收发信息。

sbw－ecu50具有驱动控制部51、异常监视部55以及转矩抑制指令部56等。驱动控制部51基于电机角度θm以及输出轴角度θs等，通过反馈控制等对电机10的驱动进行控制，以使电机角度θm停止在与要求换挡挡位对应地设定的电机角度目标值θcmd。电机10的驱动控制的详情是任意的。

异常监视部55对线控换挡系统1的异常进行监视。本实施方式中，对在挡位切换中发生电机10停止的电机关闭(off)故障从而止动辊26在中间挡位区域停止的中间挡位停止异常进行检测。转矩抑制指令部56在发生中间挡位停止异常的情况下，对作为外部装置的tm－ecu60以及发动机ecu75进行指令，以抑制作用于自动变速器5的转矩。

这里，基于图4说明换挡挡位切换时的止动机构的动作。图4中示意性地示出了“游隙”的概念，假设输出轴15与减速机14成为一体、电机轴105能够在减速机14的游隙的范围内移动而进行记载。另外，也可以构成为，电机轴105与减速机14成为一体，在减速机14与输出轴15之间存在“游隙”。这里，以电机轴105与输出轴15之间的“游隙”存在于减速机14的齿轮与电机轴105之间的情况为中心进行说明，但“游隙”能够理解为，存在于电机轴105与输出轴15之间的游隙、空隙等的合计。

以下，以从p挡位以外的挡位向p挡位切换换挡挡位的情况的例子为中心进行说明。图4中，示意性地示出了电机10旋转从而止动辊26从r谷部222向p谷部221移动的状态。图4中，将电机10以及输出轴15的旋转方向设为纸面左右方向进行说明，从上段到下段来表示止动辊26伴随电机10的旋转而移动的情况。实际上，止动板21与输出轴15一体地旋转，从而止动辊26在谷部221～224间移动，但图4中为了说明而设为止动辊26与输出轴15一起移动来进行图示。

在说明止动机构的动作之前，关于施加于止动机构的转矩，利用图5进行说明。如图5的上段所示，当使止动板21旋转时，由止动弹簧25的弹簧载荷sl产生的负荷转矩tl作为促进电机10的驱动转矩的正转矩起作用的状态、和作为妨碍电机10的驱动转矩的负转矩起作用的状态被反复。在将换挡挡位向p挡位方向切换的情况下，对于止动辊26，将作用于p方向的转矩定义为正转矩，将作用于d方向的转矩定义为负转矩。正转矩主要由电机10的驱动转矩、以及止动辊26的下降中的弹簧载荷sl产生。负转矩主要由止动辊26的爬升中的弹簧载荷sl产生。

如图4所示，在线控换挡系统1中，在换挡挡位切换机构20中，通过止动板21的旋转，止动辊26在谷部221～224间移动，从而换挡挡位被切换。本实施方式中，利用在电机轴105与输出轴15之间设置的空隙，通过弹簧载荷sl，使止动辊26落在与要求换挡挡位对应的谷部221～224中。

当使止动辊26从r谷部222向p谷部221移动时，如状态a所示，电机10在空隙内旋转，从而电机轴105与减速机14抵接，空隙被填塞。当成为空隙填塞状态，则电机轴105与输出轴15成为一体地旋转，止动辊26开始爬升。

如状态b所示，在止动辊26从r谷部222向峰部226移动的爬升状态时，电机10牵拉输出轴15。此时，弹簧载荷sl作为负转矩起作用。

如状态c所示，在止动辊26从峰部226的顶点向p谷部221移动的下降状态时，弹簧载荷sl作为正转矩起作用，输出轴15先于电机10而在空隙内被向p谷部221吸入。并且，如状态d所示，止动辊26落在p谷部221中。

本实施方式中，电机10使用具有永磁体的dc电机，如图5的下段所示，电机齿槽转矩tc_m周期性地产生。齿槽转矩的产生周期根据电机10的磁极数等而不同。此外，电机齿槽转矩tc_m对应于减速机14的齿轮比而被放大并被向输出轴15传递。以下，将被减速机14放大了的齿槽转矩设为输出轴齿槽转矩tc_s。

如图5中“×”所示，在爬升侧，产生负荷转矩tl与输出轴齿槽转矩tc_s平衡的转矩平衡点。特别是，在减速机14的齿轮比大、输出轴齿槽转矩tc_s的最大值大于止动弹簧25带来的负转矩的最大值的情况下，与输出轴齿槽转矩tc_s的最大值小于负转矩最大值的情况相比，转矩平衡点变多。另外，为避免繁琐，表示平衡点的“×”标记对一部分进行了记载。

这里，说明在挡位切换中发生了由于断线等而无法驱动电机10的异常即电机关闭故障的情况。在止动辊26的下降中发生了电机关闭故障的情况下，由于弹簧载荷sl作为正转矩起作用，所以如果将空隙设置得较大，则通过弹簧载荷sl，能够使止动辊26落入到谷中。

另一方面，在止动辊的爬升中发生了电机关闭故障的情况下，弹簧载荷sl作为负转矩起作用。因此，如果在转矩平衡点产生电机关闭故障，则止动辊26在爬升中途停止，成为中间挡位停止异常的新课题被发现(参照图8)。另外，在止动辊26停止在转矩平衡点的情况下，即使将空隙设置得较大，中间挡位停止异常也不被消除。此外，在例如开关磁阻电机等那样不使用永磁体的电机的情况下，由于不产生齿槽转矩，所以不产生转矩平衡点，止动辊26由于止动弹簧25的弹簧载荷sl而落入某个谷部221～224，所以不发生中间挡位停止异常。

图6中，示出了从止动辊26处于d谷部224的状态开始通电、到止动辊26到达p谷部221为止的、在某时间经过时断开通电的情况下的输出轴15的停止位置。即使在挡位切换中通电被断开，也根据通电断开定时，止动辊26由于弹簧载荷sl而落入某个谷部221～224。但是，如用双点划线包围而表示的那样，如果在止动辊26的爬升中通电被断开，则有在中间挡位区域停止的情况。

图7以及图8是将向电机10的通电时间设为xa时的实验结果，与图6中的点a对应。图7中，将共通时间轴作为横轴，从上段起，示出了驱动模式以及角度。图中的p、r、n、d与止动辊26处于谷部221～224的中心时的输出轴角度相对应。此外，通过输出轴换算而记载了电机角度θm以及电机角度目标值θcmd。

可知，如果从止动辊26处于d谷部224的状态起在通电了时间xa的期间后使通电断开，则电机角度θm不到达电机角度目标值θcmd，输出轴角度θs在r谷部222与p谷部221之间的中间挡位区域停止。

如果发生输出轴15在中间挡位区域停止的异常，则手动阀28在半途的位置停止，所以无法产生适当的液压，担心导致自动变速器5的故障。此外，由于发动机70的输出轴与自动变速器5的输入轴被连结，所以在中间挡位停止异常的状态下，如果从发动机70侧作用转矩，则担心自动变速器5损坏。

因此，在本实施方式中，由于换挡挡位切换中的电机关闭故障而在中间挡位停止的情况下，进行使发动机转矩不作用于自动变速器5的自动变速器保护处理。

基于图9的流程图说明自动变速器保护处理。该处理由sbw－ecu50以规定的周期执行。以下，省略步骤s101的“步骤”，简单记作记号“s”。其他步骤也同样。

s101中，异常监视部55判断止动辊26在中间挡位区域停止的时间即中间挡位停滞时间是否是停滞判定时间xth以上。停滞判定时间xth被设定为比挡位切换所需要的时间长的规定时间。停滞判定可以根据电机角度θm判定，也可以根据输出轴角度θs判定。在判断为中间挡位停滞时间比停滞判定时间xth短的情况下(s101：否)，向s102转移，将停滞判定标志x_fail重置。在判断为中间挡位停滞时间为停滞判定时间xth以上的情况下(s101：是)，向s103转移，设置停滞判定标志x_fail。图中，将标志被设置的状态设为1，被重置的状态设为0。

s104中，转矩抑制指令部56判断停滞判定标志x_fail是否被设置。在判断为停滞判定标志x_fail没有被设置的情况下(s104：否)，结束本例程。在判断为停滞判定标志x_fail被设置的情况下(s104：是)，向s105转移。

s105中，转矩抑制指令部56为了保护自动变速器5而输出使发动机转矩不作用于自动变速器5的转矩抑制指令。具体而言，作为转矩抑制指令，转矩抑制指令部56对于tm－ecu60进行空挡指示。tm－ecu60当取得来自sbw－ecu50的空挡指令，则对螺线管6进行控制，使自动变速器5的液压为空挡状态。此外，转矩抑制指令部56对于发动机ecu75，指示发动机转矩抑制。发动机ecu75当取得来自sbw－ecu50的发动机转矩抑制指令，则与加速器踏板开度无关地，以维持怠速状态的节气门开度的方式，对节气门装置71进行控制。向变速器ecu60的空挡指示或向发动机ecu75的转矩抑制指示中的一方可以省略。

由此，在作为线控换挡系统1的驱动源而使用产生齿槽转矩的电机的系统中，在产生了在中间挡位区域电机10无法驱动的异常的情况下，也能够防止自动变速器5的损坏。此外，由于不需要系统变更等，所以能够不提高成本地防止自动变速器5的损坏。

如以上说明的那样，本实施方式的换挡挡位控制装置40，通过控制电机10的驱动而切换换挡挡位，具备异常监视部55和转矩抑制指令部56。异常监视部55检测被传递电机10的驱动的输出轴15在保证各挡位的功能的挡位保证区域外即中间挡位区域中停止的中间挡位停止异常的发生。转矩抑制指令部56在发生了中间挡位停止异常的情况下，向tm－ecu60以及发动机ecu75做出指令，以抑制作用于自动变速器5的转矩。由此，能够不变更系统结构地防止伴随着中间挡位停止异常的发生的自动变速器5的故障。此外，由于不伴随大幅的系统变更，所以能够维持与以往同等的搭载性。

转矩抑制指令部56对tm－ecu60进行空挡指示。此外，转矩抑制指令部56对发动机ecu75进行发动机转矩抑制指示。由此，在中间挡位停止异常发生时，能够适当地抑制作用于自动变速器5的转矩。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，电机是dc无刷电机。在其他实施方式中，电机可以是任意的电机。在上述实施方式中，作为驱动电路的电机驱动器是3相逆变器。在其他实施方式中，驱动电路可以采用能够切换电机绕组的通电等的电路结构。在上述实施方式中，sbw－ecu、tm－ecu和发动机ecu分别地设置。在其他实施方式中，例如也可以是，在sbw－ecu和tm－ecu由1个ecu构成的情况下，在中间挡位停止异常时，内部性地指令转矩抑制。关于发动机ecu也是同样的。

在上述实施方式中，电机旋转角传感器是编码器。在其他实施方式中，电机旋转角传感器不限于编码器，可以是旋转变压器等任意部件。上述实施方式中，作为输出轴传感器而例示了电位器。其他实施方式中，输出轴传感器可以是任意的，例如，可以由在各挡位保证区域中被接通的开关构成，也可以使用非接触的磁传感器。此外，可以省略输出轴传感器。

上述实施方式中，在止动板设有4个谷部。其他实施方式中，谷部的数量不限于4个，是几个都可以。例如，可以设有与p挡位及p挡位以外的挡位即非p挡位对应的2个谷部。换挡挡位切换机构及驻车锁定机构等可以不同于上述实施方式。

上述实施方式中，在电机轴与输出轴之间设有减速机。减速机的详细内容在上述实施方式中未言及，例如，可以使用摆线齿轮、行星齿轮、从与电机轴大致同轴的减速机构向驱动轴传递转矩的正齿轮，也可以将它们组合使用等，可以是任意结构。此外，其他实施方式中，可以省略电机轴与输出轴之间的减速机，也可以设置减速机以外的机构。以上，本申请不由上述实施方式限定，在不脱离其主旨的范围内能够以各种形态实施。

本申请以实施方式为基准进行了记叙。然而，本申请不限于该实施方式以及构造。本申请也包括各种变形例以及均等范围内的变形。此外，各种组合以及形态、进而包含仅其一要素、其以上或以下的其他组合以及形态也落入本申请的范畴以及思想范围内。