自動變速器的擋位切換裝置及其切換方法與流程

本發明涉及利用被電氣驅動控制的致動器進行自動變速器的擋位切換的擋位切換裝置及其切換方法。

背景技術：
以往，已知根據駕駛員的換擋操作來驅動致動器，進行自動變速器的擋位切換的擋位切換裝置(例如參照專利文獻1)。在該專利文獻1中，公開了學習各擋位的控制目標位置的技術，在通過鎖止機構進行了定位的狀態下，根據通過電位計檢測出的擋位切換軸的角度(谷底位置角度)，學習該擋位的目標角度。此外，專利文獻2記載了一種換擋控制系統，其使鎖止板與鎖止彈簧的滾子接觸，檢測該接觸位置，將工作范圍的極限位置(壁位置)作為基準值進行學習，從而將編碼器的輸出值校正為絕對位置。在該專利文獻2中，根據輸出軸角度的當前位置與目標位置的偏差實施反饋控制。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2004-092851號公報專利文獻2:日本特開2004-308752號公報

技術實現要素：
發明欲解決的課題另外，在這種擋位切換裝置和換擋控制系統中，通常會重視換擋響應性以使得電動致動器的控制常數匹配。然而，鎖止機構是在形成有與擋位對應的槽部的鎖止板上，通過鎖止彈簧壓緊滾子以進行定位的結構，因此在滾子向對應于擋位的槽部移動時，在越過山形部部分而落入槽部的谷底位置時，會作用有鎖止彈簧的回彈力，在到達目標谷底位置時會發生碰撞聲音。因此，存在在靜音性高的車輛、例如EV(ElectricVehicle：電動車輛)等中成為噪聲源而使得商品性降低的課題。本發明就是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠減輕由鎖止機構發生的碰撞聲音的自動變速器的擋位切換裝置及其切換方法。用于解決課題的手段關于本發明的自動變速器的擋位切換裝置，該自動變速器具有鎖止機構，該鎖止機構通過彈簧將滾子按壓于槽部，使該滾子在多個槽部之間移動來定位變速器的擋位，該自動變速器是利用致動器驅動該鎖止機構來變更變速器的擋位位置，該自動變速器的擋位切換裝置的特征在于，在變更所述變速器的擋位位置的情況下，計算基于重視響應性的控制的制動力，計算出與通過所述彈簧推入到槽部內的谷底位置的力相當的制動力，將前述的計算出的制動力相加，根據相加結果來反轉驅動所述致動器，從而根據所述彈簧產生的向槽部內的推入力對所述致動器進行制動。此外，關于本發明的自動變速器的擋位切換裝置，該自動變速器具有鎖止機構，該鎖止機構通過彈簧將滾子按壓于槽部，使該滾子在多個槽部之間移動來定位變速器的擋位，該自動變速器是利用致動器驅動該鎖止機構來變更變速器的擋位位置，該自動變速器的擋位切換裝置的特征在于，利用致動器驅動所述鎖止機構，根據所述彈簧產生的向槽部內的推入力對所述致動器進行制動，所述致動器的制動是：求出所述致動器的驅動速度，估計在當前的輸出軸角度處使致動器作用最大制動力時的到達目標谷底位置時的速度，在估計速度滿足條件時使所述致動器作用最大制動力。此外，關于本發明的自動變速器的擋位切換方法，該自動變速器具有鎖止機構，該鎖止機構通過彈簧將滾子按壓于槽部，使該滾子在多個槽部之間移動來定位變速器的擋位，該自動變速器是利用致動器驅動該鎖止機構來變更變速器的擋位位置，該自動變速器的擋位切換方法的特征在于，包括：利用致動器驅動所述鎖止機構；以及根據所述彈簧產生的向槽部內的推入力對所述致動器進行制動，對所述致動器進行制動是指驅動所述致動器反轉，驅動所述致動器反轉包括：計算出基于重視響應性的控制的制動力；計算出與通過所述彈簧推入到槽部內的谷底位置的力相當的制動力；以及將前述的計算出的制動力相加，驅動所述致動器反轉是根據相加結果來反轉驅動所述致動器。此外，關于本發明的自動變速器的擋位切換方法，該自動變速器具有鎖止機構，該鎖止機構通過彈簧將滾子按壓于槽部，使該滾子在多個槽部之間移動來定位變速器的擋位，該自動變速器是利用致動器驅動該鎖止機構來變更變速器的擋位位置，該自動變速器的擋位切換方法的特征在于，包括：利用致動器驅動所述鎖止機構；以及根據所述彈簧產生的向槽部內的推入力對所述致動器進行制動，對所述致動器進行制動包括：求出所述致動器的驅動速度；以及估計在當前的輸出軸角度處使致動器作用最大制動力時的到達目標谷底位置時的速度，對所述致動器進行制動是在估計速度滿足條件時使所述致動器作用最大制動力。發明的效果根據本發明，在變更變速器的擋位位置的情況下，根據彈簧產生的向槽部內的推入力對致動器進行制動，從而能夠將滾子到達目標停止位置時的動能控制為接近零，因此能夠減輕滾子與鎖止板的槽部碰撞時發生的碰撞聲音。附圖說明圖1是表示本發明的實施方式的自動變速器的擋位切換裝置的系統結構圖。圖2是表示圖1中的被虛線包圍的區域的結構例的立體圖。圖3是提取表示圖2的從致動器到鎖止機構的動力傳遞路徑的圖。圖4是用于說明本發明的實施方式的自動變速器的擋位切換裝置的致動器的第1控制例的圖。圖5是表示輸出軸角度與響應時間的關系的特性圖。圖6是對比表示現有的和本發明的實施方式的自動變速器的擋位切換裝置的輸出軸角度和操作量的測定結果的特性圖。圖7是表示控制目標位置為槽部的下限位置的近前的情況下的鎖止板與滾子的關系的示意圖。圖8是表示控制目標位置為上次停止位置的情況下的鎖止板與滾子的關系的示意圖。圖9是用于說明本發明的實施方式的自動變速器的擋位切換裝置的致動器的第2控制例的圖。具體實施方式以下，參照附圖說明本發明的實施方式。圖1所示的自動變速器的擋位切換裝置中，搭載于車輛的自動變速器1安裝有用于驅動擋位切換閥的PBW(ParkByWire：電線駐車)用的致動器(ACTR)(電動機(M))3。致動器3基于駕駛員的換擋操作、例如從D擋位(前進擋位)等的非駐車擋位(NotP擋位)向駐車擋位(P擋位)的操作而將車輛設定為駐車鎖定狀態，并基于從P擋位向NotP擋位的換擋操作而將車輛設定為可行駛狀態。即，具備機械鎖定變速器/減速機或解除鎖定的作用。在致動器3的輸出軸上設置有減速齒輪機構4，經過該減速齒輪機構4而對擋位切換軸5進行旋轉驅動。在擋位切換軸5安裝有鎖止機構6、電位計7和斷路開關8等。鎖止機構6將擋位切換軸5定位于與P擋位和NotP擋位分別對應的角度。此外，電位計7連續檢測擋位切換軸5的角度，斷路開關8檢測自動變速器1被切換到了P擋位和NotP擋位中的哪一方。并且，設置有在由駕駛員進行了換擋操作時，輸出與各擋位位置P(駐車擋位)、R(倒車擋位)、N(空擋擋位)、D(前進擋位)、2、1對應的擋位位置信號的擋位選擇開關9。從電位計7輸出的與擋位切換軸5的旋轉角對應的信號、從斷路開關8輸出的表示切換到了P擋位還是NotP擋位中的哪一方的信號、以及從擋位選擇開關9輸出的擋位位置信號分別被輸入到A/T控制單元(A/TC/U)10。而且，在A/T控制單元10，基于根據擋位選擇開關9的擋位位置信號進行判斷的擋位切換請求，對致動器3進行驅動控制。具體而言，進行與從擋位選擇開關9請求的擋位切換軸5的目標角度和通過電位計(輸出軸角度傳感器)7檢測出的實際角度的偏差對應的PI(比例、積分)控制，對致動器3供給驅動信號(以高頻接通和切斷電源供給的占空比驅動信號)來進行反饋控制。圖2表示圖1中被虛線包圍出的區域2的結構例。鎖止機構6由鎖止板6-1以及鎖止彈簧(彈簧)6-2構成，鎖止板6-1固定于擋位切換軸5上且與其一體旋轉，在鎖止板6-1的周緣部與P擋位和NotP擋位對應地形成有槽部6a、6b，該鎖止彈簧(彈簧)6-2支承與槽部6a、6b卡合的滾子(輥)6c，并且對該滾子6c向槽部6a、6b的谷底位置按壓施力。而且，鎖止機構6將擋位切換軸5定位于與P擋位和NotP擋位中的任意一方對應的角度。在L字型的桿11的一端安裝有鎖止板6-1，在該桿11的另一端安裝有凸輪13。駐車桿12被支承為能夠擺動，并通過與凸輪13的滑動接觸而被擺動驅動。當從NotP擋位向P擋位進行換擋操作時，滾子6c會從槽部6b移動至槽部6a并卡合。此時，桿11被向箭頭A方向按壓，凸輪13的錐形部將駐車桿12向箭頭B方向頂起，從而駐車桿12的爪12a嚙合于駐車齒輪14的凹部14a，駐車齒輪14被固定。圖3提取表示圖2中的從致動器3向鎖止機構6的動力傳遞路徑，(a)是正視圖，(b)是從(a)的鎖止板側觀察到的側視圖。致動器(ACTR)3的驅動力通過花鍵15而被傳遞至擋位切換軸5，擋位切換軸5進行轉動，從而鎖止板6-1如箭頭C所示轉動。由此，滾子6c在形成于鎖止板6-1上的與P擋位對應的槽部6a和與NotP擋位對應的槽部6b之間進行往復動作。這里，滾子6c被鎖止彈簧6-2向槽部6a、6b的谷底位置按壓施力，例如在從P擋位變更為NotP擋位時，滾子6c會從槽部6a越過山形部而向槽部6b移動。此外，在花鍵15與擋位切換軸5的連結部，沿著旋轉方向而設置有規定的游隙量。此外，在鎖止板6-1的兩側部設置有限制該鎖止板6-1的轉動的止擋16-1、16-2。[第1控制例]接著，在上述結構的擋位切換裝置中，根據圖4進一步詳細說明致動器3的控制。(a)示意性表示滾子6c與鎖止板6-1的接觸部。這里，舉例說明從P擋位向NotP擋位進行換擋操作的情況。滾子6c被鎖止彈簧6-2向槽部6a的下限位置(谷底位置)沿下方向按壓施力。在滾子6c位于與P擋位對應的槽部6a的谷底位置時，如果設擋位切換軸5的角度(輸出軸角度)為Dp[deg(度)]，則只要處于±ΔD[deg]的范圍內，則借助于鎖止彈簧6-2的按壓，即使停止了致動器3的驅動也能夠將滾子6c自動推入至鎖止板6-1的槽部6a的谷底位置處(自動推入范圍)。此外，與NotP擋位對應的槽部6b的下限位置(谷底位置)例如是輸出軸角度為Dnp[deg]的位置，將該谷底位置設定為控制目標位置(目標停止位置)，并控制為輸出軸角度在Dnp[deg]時滾子6c的速度、換言之是動能為零。NotP擋位與P擋位同樣地也具有±ΔD[deg]的自動推入范圍。此外，止擋16-1配置于輸出軸角度為Dp-ΔS[deg]的位置處，止擋16-2配置于輸出軸角度為Dnp+ΔS[deg]的位置處。在駕駛員例如從P擋位向D擋位(NotP擋位)進行換擋操作時，致動器3的操作量如(b)所示，最初急劇上升(時刻t0)，隨著滾子6c的移動而逐漸變小。該控制使用PI控制，使得重視了致動器的響應性的控制常數匹配。在滾子6c越過山形部而向槽部6b的谷底下降時，例如在時刻t1的時機對致動器3施加制動(brake)。接下來，在到達自動推入范圍時(時刻t2)，考慮鎖止彈簧6-2的推入的力，將操作量與相當于在時刻t2、t3間劃斜線的區域的量的制動力相加。即，滾子6c從谷底位置脫出時最需要力，此后逐漸降低驅動力。而且，在變成一定程度的下坡的時刻t1驅動致動器3反轉來進行制動。此時，考慮到鎖止彈簧6-2的回彈力，從中途(時刻t2)起將制動力與鎖止彈簧6-2的推入的力相加。關于制動的時機，例如求出致動器3的驅動速度(根據輸出軸角度的變化量計算)，估計在當前的輸出軸角度處使致動器3作用最大制動力時的到達目標谷底位置時的速度，在估計速度滿足了條件時使致動器3作用最大制動力。該條件指的是到達目標谷底位置(輸出軸角度＝Dnp[deg])時的速度幾乎為零，或者到達目標谷底位置時的速度為零后轉變為正時。此外，致動器3的驅動力和制動力根據致動器3的電源電壓和溫度而變化，因此滾子6c的動作會變化。于是，根據致動器3的電源電壓和溫度校正到達目標谷底位置時的速度估計。具體而言，在致動器3的電源電壓高的情況下增大制動力，在電源電壓低的情況下減小制動力。并且，在致動器3的溫度高時增大制動力，在溫度低時減小制動力。這樣，在考慮致動器3的電源電壓和溫度造成的變動量的情況下校正制動力。鎖止機構6中，利用鎖止板6-1的結構和鎖止彈簧6-2的回彈力，在滾子6c進入自動推入范圍時，鎖止彈簧6-2的回彈力產生強大的作用。于是，在本第1控制例中，除了重視響應性的PI控制之外，還考慮了通過鎖止彈簧6-2推入至槽部內的谷底位置的力的量，并將其與制動力相加。這樣，通過使制動力增強與將滾子6c推入谷底位置6b的力相當的量，從而如(c)的實線V1所示，到達目標谷底位置時的速度實質上接近零，安靜地停止于谷底位置6b處。此外，通過考慮致動器3的電源電壓和溫度造成的變動量來校正制動力，能夠更高精度地控制制動力。此外，若不考慮鎖止彈簧6-2的回彈力，則如實線V2所示，到達目標谷底位置時會殘留動能，因此會產生碰撞聲音。圖5表示從P擋位向D擋位進行換擋操作時的輸出軸角度與響應時間的關系，實線L1表示本實施方式的輸出軸角度與響應時間的關系，單點劃線L2表示重視換擋響應性并使控制常數匹配的情況下的輸出軸角度與響應時間的關系，虛線L3表示重視靜音性并使控制常數匹配的情況下的輸出軸角度與響應時間的關系。如果重視換擋響應性，則如單點劃線L2所示，在越過(超程)目標位置(NotP擋位)后在較短時間內收斂。然而，在超程時會產生碰撞聲音。另一方面，在重視靜音性的PI控制中，如虛線L3所示，輸出軸角度的變化緩和而不易產生碰撞聲音，但是響應時間變長。對此，如實線L1所示，在滾子6c越過山形部后，通過考慮鎖止彈簧6-2向槽部6b內的推入力而對致動器3施加制動，既能夠緩和輸出軸角度的變化而抑制碰撞聲音的發生，又能夠抑制響應時間變長。由此，能夠兼顧靜音性和響應性。圖6中，關于輸出軸角度與操作量的關系，對比示出了重視換擋響應性而使控制常數匹配的情況(現有技術)和本發明的實施方式的第1控制例的測定結果。如(a)所示，現有例中，100％響應的時間T1較短，而此后，在輸出軸角度產生了超程，在經過了100％響應的時間T1后還進行操作，在經過了時間后操作量變為零。另一方面，如(b)所示，在本實施方式中，100％響應的時間T2稍微變長，然而輸出軸角度不會發生超程，在經過了100％響應的時間T2后操作量幾乎為零。＜變形例＞上述第1控制例中，說明了控制目標位置(目標停止位置)為槽部的下限位置(谷底位置)的情況，而圖7和圖8分別示出控制目標位置不同的變形例。這里，舉例說明從P擋位向NotP擋位進行換擋操作的情況。圖7和圖8中，(a)示意性示出換擋操作前的狀態，(b)示出換擋操作后的控制目標位置。圖7中，將控制目標位置設定為與NotP擋位對應的槽部6b的谷底位置的略微近前處(自動推入范圍內)。即，如果設與P擋位對應的槽部6a的谷底位置的輸出軸角度為Dp[deg]，則對控制目標位置控制為在輸出軸角度(Dnp[deg]-X)使得滾子6c的速度實質上為零。這里“X＜ΔD[deg]”。而且，在從停止位置到谷底位置的范圍，通過鎖止彈簧6-2的回彈力進行自動推入。即使控制為在NotP擋位的谷底位置的近前處滾子6c的速度、換言之是動能實質上為零，也能夠利用基于鎖止彈簧6-2的回彈力的自動推入而使滾子6c安靜地移動至槽部6b的谷底位置，能夠減輕鎖止機構6向槽部6b移動時的碰撞聲音。圖8示出另一個變形例，將控制目標位置設定為上次停止位置。即，學習致動器3的從驅動向制動的切換時機以及制動力的設定值，下次根據學習到的設定值進行控制。根據上次從驅動向制動的切換時機和停止位置、到達目標谷底位置時的速度和自目標谷底位置起的超程量(角度)等學習制動力。該學習值可以以致動器3的電源電壓、致動器3的溫度中的至少任意一方作為參數存儲。而且，以到達控制目標位置時的滾子6c的速度或動能實質上為零的方式進行控制。由于存在花鍵15的齒隙造成的游隙，因此即使滾子6c停止于槽部6b的谷底位置處，仍會存在輸出軸角度無法正確成為Dnp[deg]的可能性，因此實際上以上次停止的位置作為目標。由此，能夠減少在從致動器3到鎖止機構6的動力傳遞路徑上存在的游隙和經時變化造成的磨損等的影響，能夠提升精度。[第2控制例]圖9所示的致動器3的第2控制例中中，對致動器3進行最大驅動，此后施加最大制動。(a)示意性示出滾子6c與鎖止板6-1的接觸部。這里，與圖4(a)同樣，舉例說明從P擋位向NotP擋位進行換擋操作的情況。滾子6c被鎖止彈簧6-2向槽部6a、6b的谷底位置按壓施力，在滾子6c位于P擋位的槽部6a的谷底位置時，如果設擋位切換軸5的角度(輸出軸角度)為Dp[deg]，則只要在±ΔD[deg]的范圍內，通過鎖止彈簧6-2的按壓，滾子6c被自動推入鎖止板6-1的槽部6a的谷底位置處(自動推入范圍)。此外，與NotP擋位對應的槽部6b的谷底位置例如是輸出軸角度為Dnp[deg]的位置，且與P擋位同樣地具有±ΔD[deg]的自動推入范圍。止擋16-1配置于輸出軸角度為Dp-ΔS[deg]的位置處，止擋16-2配置于輸出軸角度為Dnp+ΔS[deg]的位置處。在駕駛員從P擋位向D擋位(NotP擋位)進行換擋操作時，致動器3的操作量如(b)所示會急劇上升，此后對致動器3進行最大驅動。而且，根據此時的速度變化估計到達目標位置時(時刻t1)的速度，并根據估計速度判斷開始制動動作的輸出軸角度。在到達了開始制動動作的輸出軸角度時(時刻t2)，施加最大制動，并使其在目標位置處停止。此時，根據致動器3的溫度速度變更(校正)用于速度估計的減速度。而且，以到達目標位置時的速度、換言之是動能為零的方式，對致動器3進行反轉驅動(制動)。作為控制目標位置，圖9中示出了時刻t2的情況，也可以如上述變形例所示設定為NotP擋位的谷底的下限的近前(自動推入范圍內)或上次停止位置處。根據本第2控制例，既能夠抑制碰撞聲音的發生，又能夠縮短響應時間。此外，在上述第1、第2控制例和變形例中，說明了容易聽到碰撞聲音的從停止狀態起步的情況、即從P擋位向NotP擋位進行換擋操作的情況，然而在如EV等那樣靜音性高的車輛中，在從NotP擋位向P擋位進行換擋操作的情況下當然也可以進行同樣的控制。標號說明1：自動變速器，3：致動器(電動機)，6：鎖止機構，6-1：鎖止板，6-2：鎖止彈簧(彈簧)，6a、6b：槽部，6c：滾子。