JP2004328807A

JP2004328807A - ステッピングモータ制御装置

Info

Publication number: JP2004328807A
Application number: JP2003115603A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takahashi; 一夫高橋
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】複雑な処理を追加することなく、入力変化量が大きい場合でもステッピングモータの脱調を防止し、かつ、指針を滑らかに移動させることのできるステッピングモータ制御装置を提供する。
【解決手段】ステッピングモータ制御装置１は、入力信号（例えば車速）の平均値を求める平均化処理手段２と、入力信号を指針の指示角度へ変換する角度変換手段３と、前回の入力信号に基づく指示角度と今回の入力信号に基づく指示角度との変化量が予め設定した許容値（例えば２．５度）を超えている場合には、変化量が許容値となるように今回の入力信号に基づく指示角度を制限する入力変化量制限手段４と、変化量が制限された指示角度に基づいて所定時間毎の指示角度の目標値を算出してステッピングモータの駆動出力を制御する駆動制御手段５とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータを用いてアナログ指針式メータの指針を駆動制御するステッピングモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピードメータ、タコメータ、燃料計、水温計などの車両用のメータ（指示計器）として、ステッピングモータを用いたアナログ指針式のものがある。例えば、ステッピングモータを用いたアナログ指針式のスピードメータの場合、入力される速度データの変化に応じてステッピングモータのロータの回転を制御することによってスピードメータの指針の指示位置（指示角度）を決定するようになっている。
【０００３】
このようなステッピングモータを用いたアナログ指針式のスピードメータにおいて、速度データに応じた入力データをスピードメータの指針の指示角度に相当する複数ビットの振れ角データへ変換し、この振れ角データを一時的に保持した後、デジタル遅延回路にて積分し、その積分出力を三角関数変換回路によって三角関数データへ変換し、三角関数データに応じた電流量を駆動回路からメータ本体のステッピングモータの電磁コイルに供給する構成にすることで、ステッピングモータの脱調を防止するとともに、指針のスムーズな動きを実現するようにしたメータ装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
また、ステッピングモータの起動時に最初の相励磁パターンの１周期の期間だけは、通常制御時の通電時間よりも長い時間の通電を行なうことで、確実に駆動トルクを発生させ、次の周期以降は加速制御を実行することにより、起動トルクの確保と加速応答性を両立した制御を行なえるようにしたステッピングモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
さらに、ステッピングモータの励磁コイルに、三角関数波または擬似三角関数波電流を流すことにより、１ステップ角間に細分化した多数の平衡点を形成し、ロータ回転の分解能を高めて回転を滑らかにするマイクロステップ駆動方式は従来から知られている（例えば、特許文献４および５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−００９１３０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２７９９３号公報
【特許文献３】
特開平０１−２５９７９３号公報
【特許文献４】
特開平０７−１４３７９７号公報
【特許文献５】
特開２００２−２７２１８９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および２に記載されたメータ装置は、振れ角データに応じて積分された値を出力する積分回路を有するデジタル遅延回路を備えることで、入力信号が急変したとしても、その直後における指針の指示角度の変化を小さくできる。これにより、脱調を防止することができる。しかしながら、デジタル遅延回路は複数段の積分回路（ローパスフィルタ）を有する構成であるため、回路規模が大きい。また、デジタル遅延回路の機能をソフトウェア処理で実現する場合にも、その処理量が大きくなる。
【０００８】
また、特許文献３に記載されているように、ステッピングモータの起動時に駆動周波数を下げることでトルクを確保することができるが、ステッピングモータの駆動周波数を下げることで駆動音が顕著になり、異音等の発生につながる虞れがある。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、複雑な処理を追加することなく、入力変化量が大きい場合でもステッピングモータの脱調を防止し、かつ、指針を滑らかに移動させることのできるステッピングモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係るステッピングモータ制御装置は、ステッピングモータを用いてアナログ指針式メータの指針を駆動制御するものであって、入力信号を指針の指示角度へ変換する角度変換手段と、前回の入力信号に基づく指示角度と今回の入力信号に基づく指示角度との変化量が予め設定した許容値を超えている場合には、変化量が予め設定した許容値となるように今回の入力信号に基づく指示角度を制限する入力変化量制限手段と、入力変化量制限手段によって変化量が制限された指示角度に基づいて所定時間毎の指示角度の目標値を算出し、算出した指示角度の目標値に基づいてステッピングモータの駆動出力を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
入力変化量制限手段は、指示角度の変化量が許容値を超えている場合には、指示角度の変化量を許容値に制限する。したがって、入力信号が急激に変動している場合でも、脱調することなく指針を滑らかに移動させることができる。
【００１２】
なお、許容値は、ステッピングモータのステップ角度とステップ応答時間とに基づいて設定することで、入力信号が急激に変動している場合でも脱調を確実に防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置を備えたメータ装置のブロック構成図である。図１に示すステッピングモータ制御装置１は、アナログ指針式の各車両用指示計器（スピードメータ本体１０、タコメータ本体２０、燃料残量メータ本体３０、エンジン冷却水温メータ本体４０）の指針を駆動制御するもので、マイクロコンピュータシステムを用いて構成される。このステッピングモータ制御装置１は、平均化処理手段２と、角度変換手段３と、入力変化量制限手段４と、駆動制御手段５とを備える。
【００１５】
磁気抵抗素子等を用いて構成された車速センサ１１の出力信号は波形整形部１２で波形整形される。カウンタ部１３は、波形整形された車速センサ１１の出力信号の周期（または周波数）を測定し、車速データ１３ａを出力する。この車速データ１３ａは、ステッピングモータ制御装置１に供給される。ステッピングモータ制御装置１は、車速データ１３ａに基づいて指針の指示角度を求め、モータ駆動部１４を介してステッピングモータ１５を駆動し、スピードメータ本体１０の指針を車速に対応する角度に動かす。
【００１６】
エンジン回転数センサ２１の出力信号（またはイグニッションコイルの１次側パルス信号）は、波形整形部２２で波形整形される。カウンタ部２３は、波形整形されたエンジン回転数センサ２１の出力信号の周期（または周波数）を測定し、エンジン回転数データ２３ａを出力する。このエンジン回転数データ２３ａは、ステッピングモータ制御装置１に供給される。ステッピングモータ制御装置１は、エンジン回転数データ２３ａに基づいて指針の指示角度を求め、モータ駆動部２４を介してステッピングモータ２５を駆動し、タコメータ本体２０の指針をエンジン回転数に対応する角度に動かす。
【００１７】
燃料残量センサ３１から出力される燃料残量に対応した電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部３２で燃料残量データ３２ａに変換されてステッピングモータ制御装置１に供給される。ステッピングモータ制御装置１は、燃料残量データ３２ａに基づいて指針の指示角度を求め、モータ駆動部３３を介してステッピングモータ３４を駆動し、燃料残量メータ本体３０の指針を燃料残量に対応する角度に動かす。
【００１８】
温度センサ４１から出力されるエンジン冷却水温に対応した電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部４２で冷却水温データ４２ａに変換されてステッピングモータ制御装置１に供給される。ステッピングモータ制御装置１は、冷却水温データ４２ａ基づいて指針の指示角度を求め、モータ駆動部４３を介してステッピングモータ４４を駆動し、エンジン冷却水温メータ本体４０の指針を燃料残量に対応する角度に動かす。
【００１９】
図２は本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、スピードメータとしての動作について説明する。ステッピングモータ制御装置１内の平均化処理手段２は、時系列的に連続する複数個の車速データ１３ａを算術平均することで平均化された車速データを求め、求めた車速データを角度変換手段３へ供給する。平均化処理手段２は、予め設定した時間間隔で新たな車速データを求め、求めた車速データを角度変換手段３へ供給する（ステップＳ１）。
【００２０】
角度変換手段３は、車速データをスピードメータ本体１０の指針の指示角度データに変換する（ステップＳ２）。この指示角度データは、入力変化量制限手段４へ供給される。
【００２１】
入力変化量制限手段４は、前回の指示角度と今回の指示角度との変化量を算出し、その変化量が予め設定した許容値（例えば２．５度）以下である場合には、今回の指示角度をそのまま駆動制御手段５へ供給する。入力変化量制限手段４は、変化量が予め設定した許容値（例えば２．５度）を超えている場合には、前回の指示角度に許容値（例えば２．５度）を加算または減算した値を今回の指示角度として駆動制御手段５へ供給する（ステップＳ３）。ここで、前回の指示角度よりも今回の指示角度が許容値（例えば２．５度）を超えて増加している場合は、前回の指示角度に許容値（例えば２．５度）を加算した値が今回の指示角度となる。前回の指示角度よりも今回の指示角度が許容値（例えば２．５度）を超えて減少している場合は、前回の指示角度から許容値（例えば２．５度）を減算した値を今回の指示角度とする。
【００２２】
図３は変化量制限処理の一例を示すグラフである。図３において横軸は時間、縦軸は指示角度である。例えば時刻ｔ０で指示角度が許容値（例えば２．５度）を大幅に超えて増加した場合、指示角度の変化量の最大値は許容値（例えば２．５度）に制限される。この結果、駆動制御手段５へ供給される指示角度は、特性Ａで示すように、変化量の最大値が許容値（例えば２．５度）に制限される。
【００２３】
駆動制御手段５は、入力変化量制限手段４から供給される指示角度に基づいて所定時間毎（例えば２ミリ秒毎）の指示角度の目標値を算出し、算出した指示角度の目標値に基づいてステッピングモータの駆動出力を制御する（ステップＳ４）。また、駆動制御手段５は、停止状態にあるステッピングモータを起動させる場合には、起動時の回転速度を低くして起動させた後にステッピングモータを高速回転させるよう制御する。さらに、駆動制御手段５は、高速回転状態からステッピングモータを停止させる場合には、回転速度を徐々に低下させながら停止させるように制御する。これにより、ステッピングモータの起動時および停止時の脱調を防止することができる。
【００２４】
図４はメータ指示角度の変化特性（モータ出力特性）の一例を示すグラフである。図４において横軸は時間、縦軸は指示角度である。図３で示した特性Ａに対して、ステッピングモータの起動時および停止時の処理が追加されることで、メータ指示角度の変化特性（モータ出力特性）は特性Ｂで示すようになる。すなわち、入力信号が急激に変動している場合でも、脱調することなく指針を滑らかに移動させることができる。
【００２５】
ステッピングモータ制御装置１は、車速データ１３ａに基づくスピードメータ本体１０の駆動処理と、エンジン回転数データ２３ａに基づくタコメータ本体２０の駆動処理と、燃料残量データ３２ａに基づく燃料残量メータ本体３０の駆動処理と、冷却水温データ４２ａ基づくエンジン冷却水温メータ本体４０の駆動処理とを所定の順序で繰り返す。なお、スピードメータ本体１０の駆動処理とタコメータ本体２０の駆動処理とは短い周期で繰り返し実行するが、燃料残量メータ本体３０の駆動処理およびエンジン冷却水温メータ本体４０の駆動処理は、例えば数百ミリ秒〜数秒の間隔で行なうようにしてもよい。また、駆動制御手段５は、各メータ項目毎に指針の移動速度を異ならしめるようにしてもよい。
【００２６】
入力変化量制限処理は、指示角度データに変換する以前の車速データ１３ａやエンジン回転数データ２３ａなどの入力データそのものに対して行なってもよい。しかしながら、入力データそのものに対してその変化量を制限するには、各入力データ項目毎に許容値をそれぞれ設定することになる。すなわち、車速変化量の許容値、エンジン回転数変換量の許容値等をそれぞれ設定することになる。これに対して、角度変換後の指示角度の変化量を制限する場合には、許容値を共通にすることができる。すなわち、いずれのメータの駆動処理であっても、１種類の入力変化量制限処理を共通に利用することができる。これにより、制御プログラムのサイズを小さくできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るステッピングモータ制御装置は、指示角度の変化量が許容値を超えている場合には指示角度の変化量を許容値に制限する入力変化量制限手段を備える構成としたので、入力信号が急激に変動している場合でも、脱調することなく指針を滑らかに移動させることができる。すなわち、複雑な処理を追加することなく、ステッピングモータの初動特性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置を備えたメータ装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置の変化量制限処理の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係るステッピングモータ制御装置のメータ指示角度の変化特性（モータ出力特性）の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ステッピングモータ制御装置
２平均化処理手段
３角度変換手段
４入力変化量制限手段
５駆動制御手段
１０スピードメータ本体
１１車速センサ
１２，２２波形整形部
１３，２３カウンタ部
１４，２４，３３，４３モータ駆動部
１５，２５，３４，４４ステッピングモータ
２０タコメータ本体
２１エンジン回転数センサ
３０燃料残量メータ本体
３１燃料残量センサ
３２，４２Ａ／Ｄ変換部
４０エンジン冷却水温メータ本体
４１温度センサ

Claims

ステッピングモータを用いてアナログ指針式メータの指針を駆動制御するステッピングモータ制御装置であって、
入力信号を指針の指示角度へ変換する角度変換手段と、
前回の入力信号に基づく指示角度と今回の入力信号に基づく指示角度との変化量が予め設定した許容値を超えている場合には、前記変化量が予め設定した許容値となるように前記今回の入力信号に基づく指示角度を制限する入力変化量制限手段と、
前記入力変化量制限手段によって変化量が制限された指示角度に基づいて所定時間毎の指示角度の目標値を算出し、算出した指示角度の目標値に基づいて前記ステッピングモータの駆動出力を制御する駆動制御手段とを備えることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
前記許容値は、前記ステッピングモータのステップ角度とステップ応答時間とに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ制御装置。