JP3528503B2 - 開閉機構のモータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータで駆動さ
れる自動車の窓やサンルーフ等の開閉機構による異物等
の挟み込みを検出する開閉機構のモータ制御装置に関
し、特にトルクセンサ等を用いずに挟み込み検出できる
開閉機構のモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トルクセンサを用いずに挟み込み
検出できる開閉機構のモータ制御装置としては、例え
ば、特開平６−２５３５７０号公報に開示されているも
のがある。これは、モータの角加速度を考慮して、モー
タの駆動電流やモータの端子電圧、モータの角速度など
から、挟み込み力を算出し、その算出された挟み込み力
に基づき、４個のスイッチング素子で構成されるＨブリ
ッジ駆動法に従うＰＷＭパルスを用いたチョッパ動作で
モータに流れる電流を制御して、挟み込みが発生した時
の挟み力を低減し、安価で挟み込みを防止するようにし
たものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、例えば自動車の窓を開閉する場合、モータ電
流Ｉｍやモータ端子電圧Ｅｍ、モータ角速度ωからモー
タトルクＴｍを算出し、そのモータトルクＴｍから、モ
ータ角速度ωに比例する粘性抵抗Ｔｎと、予め定めた値
の動摩擦抵抗Ｔｄと、モータの角加速度ω’を考慮した
モータの慣性モーメントＴｋとを差し引いて、異物の挟
まり力Ｔｓを算出し、所定の判定値と比較して挟み込み
検出を行っている。それ故に、動摩擦抵抗Ｔｄの経年的
な変化や、温度的な変化があると演算誤差が増大する問
題があった。

【０００４】以下、上記従来の検出原理を式に基づいて
説明する。モータトルクＴｍは、モータ定数Ｋ１、モー
タ電流Ｉｍから、以下の式（１）で算出される。 Ｔｍ＝Ｋ１×Ｉｍ （１） もしくは、モータインピーダンスＺ、モータ定数Ｋ１、
モータ電圧Ｅｍから、以下の式（２）で算出される。 Ｔｍ＝〔Ｅｍ−（Ｋ１×ω）〕×Ｋ１／Ｚ （２） よって、モータトルクＴｍはモータ電流Ｉｍから、もし
くはモータ端子電圧とモータ角速度から求めることがで
きる。

【０００５】粘性抵抗Ｔｎはモータ角速度ωに比例する
ので、粘性抵抗係数Ｋ２から、以下の式（３）で算出さ
れる。 Ｔｎ＝Ｋ２×ω （３） また、粘性抵抗係数Ｋ２から算出される粘性抵抗Ｔｎの
値は挟み込み力Ｔｓに対して充分に小さいので、粘性抵
抗係数Ｋ２に経年的、温度的変化が生じても、演算誤差
の増大にはならない。

【０００６】モータの慣性モーメントＴｋはモータ角加
速度ω’と駆動系全体の慣性モーメントＭから、以下の
式（４）で算出される。モータ角加速度ω’はモータ角
速度ωを微分することで算出することができる。 Ｔｋ＝Ｍ×ω’ （４） よって、モータの慣性モーメントはモータ角加速度から
求めることができる。モータトルクＴｍは、粘性抵抗Ｔ
ｎ、動摩擦抵抗Ｔｄ、モータの慣性モーメントＴｋ、及
び挟み込み力Ｔｓと必ず釣り合っているので、以下の式
（５）が成り立つ。 Ｔｍ＝Ｔｎ＋Ｔｄ＋Ｔｋ＋Ｔｓ （５）

【０００７】挟み込み力Ｔｓは式（１）〜式（５）よ
り、以下の式（６）もしくは（７）で求められ、所定の
判定値と比較することによって挟み込み検出を行なう。 Ｔｓ＝Ｋ１／Ｚ×Ｅｍ−〔Ｋ１×Ｋ１／（Ｚ＋Ｋ２）〕×ω−Ｍ×ω’−Ｔｄ （６） Ｔｓ＝Ｋ１×Ｉｍ−Ｋ２×ω−Ｍ×ω’−Ｔｄ （７） よって、式（６）、式（７）に示すように、挟み込み力
Ｔｓはモータ電圧Ｅｍもしくはモータ電流Ｉｍとモータ
角加速度ωとモータ角加速度ω’と動摩擦抵抗Ｔｄから
求められるが、動摩擦抵抗Ｔｄの経年的な変化や、温度
的な変化がある一定値に収まらないと演算誤差が増大す
る。

【０００８】上記問題を解決する為に、挟み込みが発生
していない時の動摩擦抵抗値を記憶し、補正する方法が
提案されているが、自動車に使用する場合は、補正する
為に必要な基準の摺動抵抗をサンプリングする動作（以
下イニシャライズという）をどのように行なうかが、問
題となる。

【０００９】少なくともイニシャライズする時は、挟み
込み力以外の力が窓のガラスに加わっていない状態で窓
ガラスの昇降を実施するという制限がある。また走行中
などにイニシャライズしようとすると、窓ガラスに路面
からの振動による慣性力が働いたり、窓ガラスに乗員が
触れ、不要な摩擦力が働いたりして、誤った基準をサン
プリングする可能性がある。よって、イニシャライズは
車両の出荷時や、定期点検時等の点検サービス時に実施
するか、車両ユーザにイニシャライズ動作を周知徹底さ
せ、定期的にユーザが実施するかが保全上必要となると
いう問題がある。この発明は、上記従来の問題点に鑑
み、イニシャライズが不要で、動摩擦抵抗が経年変化し
ても、異物の挟み力を正確に検出でき、異物を挟み込ん
だときに確実に開放できる開閉機構のモータ制御装置を
提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明は、窓、扉等の開閉物体を開閉する開閉機構を駆
動するモータを制御するモータ制御装置において、前記
モータに流れる電流または前記モータの端子電圧を検出
するモータ電流検出手段と、該モータ電流検出手段の検
出値に比例した電圧を出力する第１のアンプと、前記モ
ータの角速度を検出するモータ角速度検出手段と、該モ
ータ角速度検出手段の検出値に比例した電圧を出力する
第２のアンプと、前記モータの角加速度を検出するモー
タ角加速度検出手段と、前記モータ電流検出手段により
検出されたモータ電流またはモータの端子電圧と前記モ
ータ角速度検出手段により検出されたモータ角速度と前
記モータ角加速度検出手段により検出されたモータ角加
速度に基づき、前記モータに加わる外乱トルクを演算す
る外乱トルク演算手段と、前記外乱トルク演算手段によ
り演算された外乱トルクを微分して、外乱トルクの変化
速度を演算する外乱トルク微分手段と、前記外乱トルク
微分手段により演算された外乱トルク変化速度を所定の
判定値と比較して、挟み込み判定を行い、挟み込みがあ
った場合に前記モータを反転制御する挟み込み検出手段
とを設けたものとした。

【００１１】そして、とくに、前記モータ角加速度検出
手段は、前記第２のアンプの出力電圧の微分値に比例し
た電圧を出力する第１のハイパスフィルタからなり、前
記外乱トルク演算手段は、前記第１のアンプの出力電圧
から前記第２のアンプの出力電圧、前記第１のハイパス
フィルタの出力電圧を差分して、前記モータに加わる外
乱トルクを出力する差動アンプからなり、前記外乱トル
ク微分手段は、前記差動アンプの出力電圧の微分値に比
例する電圧を出力する第２のハイパスフィルタからな
り、前記挟み込み検出手段は、前記第２のハイパスフィ
ルタの出力電圧を前記所定の判定値と比較して挟み込み
判定を行うものとしている。

【００１２】前記開閉機構のモータ制御装置において、
前記モータを、前記開閉機構が閉方向へ動作時に小さい
モータ電流から徐々に電流を増すように制御するソフト
スタート制御手段を付加することができる。前記判定値
を前記モータの角速度に基づいて作成することができ
る。前記ソフトスタート制御手段は、前記検出されたモ
ータの角速度が所定のモータ角速度最大値を超えないよ
うに制御することが望ましい。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、第１のアンプはモー
タの端子電圧に比例した電圧を出力し、第２のアンプは
モータの速度に比例した電圧を出力し、第１のハイパス
フィルタは第２のアンプの出力電圧の微分値に比例した
電圧を出力するから、それぞれのアンプの増幅係数を調
整して、モータの端子電圧、速度、加速度の検出値に係
数を持たせることができる。係数を持った端子電圧から
速度、加速度を差動アンプで差分すると外乱トルクの検
出値となる。この外乱トルク検出値はさらに第２のハイ
パスフィルタを通すことによって外乱トルクの変化速度
が求められ、挟み込み判定に用いるから、装置はアナロ
グ回路で構成することができ、演算速度がデジタル処理
より向上し、かつ低コストで構成することが期待でき
る。

【００１４】外乱トルクには、粘性抵抗、動摩擦抵抗、
モータの慣性モーメント、及び挟み込み力が含まれ、動
摩擦抵抗は経年変化しても、開閉機構が閉方向に駆動さ
れているときに、挟み込みがないのに途中で引っかかる
ような動きをしない構造であれば、動摩擦抵抗の変化速
度はほぼ０であるため、外乱トルクの変化速度に占める
成分は小さい。また、粘性抵抗は挟み込み力に対して充
分に小さいので、経年的、温度的変化が生じても、演算
誤差の増大にはならないので、外乱トルクの変化速度は
挟み込み力の変化速度だけを反映し、所定の判定値と比
較して、経年的な摩擦力変化による誤検出が生じずるこ
となく挟み込み判定を行なうことができる。挟み込みが
あったと判定された場合は、モータを反転制御するよう
にしたから、異物への挟み力が最小限にとどめることが
できるとともに、異物を開閉装置から引き離すこともで
きる。

【００１５】そして、前記モータを、前記開閉機構が閉
方向に動作時に小さい速度から徐々に速度を増すように
制御するソフトスタート制御手段を設けた場合、モータ
電流の変化速度を所定値以下に抑えることができ、モー
タのインダクタンス成分により、モータ電流の変化速度
に比例して発生するモータの起動時のラッシュカレント
による演算誤差で挟み込みの誤検知を防止することがで
き、開閉機構が閉方向へ駆動され始めた直後でも挟み込
み検出が可能となる。

【００１６】また、前記判定値を前記モータ角速度に基
づいて作成する場合は、挟み込んだ異物のばね定数を考
慮した挟み込み力の検出ができ、より精度の高い挟み込
み検出が可能である。

【００１７】なお、前記モータ角速度が所定のモータ角
速度最大値を超えないように制御すると、前記モータ角
速度が大きくなるに従って増加する演算誤差の最大値を
一定値に抑えることができる。また制御系の遅れに起因
して発生する前記モータ角速度が大きくなるに従って増
大する挟み込み力の最大値も一定値に抑え、より精度の
高い挟み込み検出が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を車両
のパワーウィンドの開閉に適用した実施例により説明す
る。第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す図で
ある。パワーウィンド１００を駆動するモータ１は、リ
レー２を介して１２Ｖの電源と駆動回路に接続される。
駆動回路には駆動ＦＥＴ３が設けられており、制御回路
１０が出力するＦＥＴ駆動信号によりモータ１に流れる
電流を制御できる。

【００１９】制御回路１０は、モータ電圧検出部６と、
リップル検出部７と、Ｆ／Ｖ変換部８と、１チップマイ
コン１１と、リレードライバ９を含み、１チップマイコ
ン１１には、逆流防止ダイオード４を通して１２Ｖの電
源に接続されたレギュレータ５によって５Ｖに電圧調整
されて電源が供給される。１チップマイコン１１には、
乗員により操作され、窓ガラスの昇降、停止を切り換え
るパワーウィンド（Ｐ／Ｗ）スイッチ１３と窓ガラスが
上限に到達したことを検出するリミットスイッチ１４が
接続されている。

【００２０】モータ電圧検出部６はモータ１の端子電圧
であるモータ電圧Ｅｍを検出する。リップル検出部７は
リレー２内の抵抗２’から電圧をとり、リップル周波数
を検出してリップルパルスを出力し、Ｆ／Ｖ変換部８は
リップルパルスの周波数に応じて電圧変換を行なう。抵
抗２’はモータ１の電源回路に駆動回路に直列に接続さ
れているので、リップル周波数はモータ角速度ωに比例
して発生し、変換された電圧はモータ角速度ωの検出値
となる。

【００２１】また、Ｆ／Ｖ変換部８の入力はモータの回
転を直接測定できるエンコーダのパルスを使用しても良
い。さらにＦ／Ｖ変換部８を用いず、エンコーダのパル
スやモータのリップルパルスを直接１チップマイコン１
１に入力し、１チップマイコン１１がそのパルスをカウ
ントしてモータ角速度ωを算出してもよい。

【００２２】１チップマイコン１１は、Ｐ／Ｗスイッチ
１３の状態により、モータ１の回転方向を決定し、リレ
ードライブ９のリレードライバＡまたはリレードライバ
Ｂにリレー信号を出力する。これによりリレー２内のコ
イルが駆動され、接点が要求される位置に切り替わる。
駆動ＦＥＴ３にはＰＷＭ信号を出力し、窓を閉じる場合
は時間が経つに従ってパルス幅が０から徐々に大きくな
るＰＷＭ信号を出力し、モータ１に流れる電流を制御す
ることでソフトスタートを実現させている。

【００２３】一方、１チップマイコン１１は同時にモー
タ電圧検出部６、Ｆ／Ｖ変換部８からモータ電圧Ｅｍと
モータ角速度ωの検出値をそれぞれ入力し、モータ角速
度ωを微分してモータ角加速度ω’を求め、外乱トルク
Ｔを推測し、外乱トルクＴの微分値である外乱トルクの
変化速度Ｔ’を算出する。算出した外乱トルクの変化速
度Ｔ’を判定値と比較することによって、異物の挟み込
みを判定し、挟み込みがあった場合にモータ１を反転制
御してパワーウィンド１００を一旦開方向に所定距離駆
動した後、停止させる。

【００２４】リミットスイッチ１４は窓ガラスが上限に
ありパワーウィンド１００が閉じた状態であることを検
出して上限信号を１チップマイコン１１に出力する。１
チップマイコン１１はその上限信号によってパワーウィ
ンド１００が閉状態にあることを判定し、挟み込みの検
出を行っても反転動作を行わない。これにより窓が完全
に閉じたときの誤動作が防止される。

【００２５】次に、１チップマイコン１１における挟み
込みの検出原理を式に基づいて説明する。まず、外乱ト
ルクＴは挟み込み力Ｔｓと動摩擦抵抗Ｔｄの和とするこ
とができるので、以下の式（８）が成り立つ。 Ｔ＝Ｔｓ＋Ｔｄ （８） これに、従来例で示した式（５）を用いて式変換する
と、式（９）が求められる。 Ｔ＝Ｔｍ−Ｔｎ−Ｔｋ （９）

【００２６】式（９）に、さらに従来例で示した式
（１）〜式（４）を用いて式変換すると、式（１０）、
式（１１）が求められる。 Ｔ＝Ｅｍ・Ｋ１／Ｚ−〔（Ｋ１・Ｋ１／Ｚ）＋Ｋ２）〕・ω−Ｍω’ （１０） Ｔ＝Ｉｍ・Ｋ１／Ｚ−Ｋ２・ω−Ｍω’ （１１） よって、式（１０）、式（１１）に示すように、外乱ト
ルクＴはモータ端子電圧Ｅｍもしくはモータ電流Ｉｍと
モータ角速度ω、角加速度ω’にしたがって変化しそれ
らの検出値から求めることができる。

【００２７】その外乱トルクＴをさらに微分演算して外
乱トルクの変化速度Ｔ’が求められ、式（８）より、式
（１２）が導かれる。 Ｔ’＝Ｔｓ’＋Ｔｄ’ （１２） ここで、Ｔｓ’は挟み込み力Ｔｓの微分値であるところ
の挟み込み力の変化速度であり、Ｔｄ’は動摩擦抵抗Ｔ
ｄの微分値であるところの動摩擦抵抗の変化速度であ
る。

【００２８】外乱トルクに含まれる動摩擦抵抗Ｔｄは経
年変化しても、開閉機構が閉方向に駆動されているとき
に、挟み込みがないのに途中で引っかかるような動きを
しない構造であれば、動摩擦抵抗の変化速度Ｔｄ’はほ
ぼ０に等しく、外乱トルクの変化速度Ｔ’に占める成分
は小さく、外乱トルクの微分値から挟み込み力の変化速
度Ｔｓ’を検出することができる。このように、外乱ト
ルクの変化速度Ｔ’を検出することは挟み込み力の変化
速度Ｔｓ’を検出することと同等であることを示してい
るので、外乱トルクの速度変化Ｔ’を所定の判定値と比
較して、挟み込みがあったかどうかを判定することがで
きる。それを式で表わすと、式（１３）、式（１４）の
ようになる。 Ｔｄ’＝０ （１３） Ｔ’＝Ｔｓ’ （１４）

【００２９】図２は１チップマイコン１１の機能を機能
ブロックで表現し、図１に示す第１の実施例の装置全体
の信号の流れ及び演算の手順を示すものである。乗員
は、Ｐ／Ｗスイッチ１３を操作して、その操作情報は１
チップマイコン１１に入力される。１チップマイコン１
１では、モータ駆動部２０がスイッチの操作状態によっ
て、窓が開くのか、閉じるのかの判断を行なって、リレ
ードライバ９を介してリレー２に駆動信号を出力し、モ
ータ１を対応する回転方向に設定する。さらに判断の結
果はソフトスタート制御部２１に出力される。

【００３０】ソフトスタート制御部２１は、モータ１の
電流の指令値をＰＷＭ発生部２２に出力する。モータ電
流の指令値はモータ１が窓を閉方向に駆動されるときに
モータ電流を徐々に上げるように設定されている。ＰＷ
Ｍ発生部２２はそれにより時間とともにパルス幅が大き
くなっていくパルス信号を駆動ＦＥＴ３に出力し、モー
タ１をソフトスタートさせる。モータ１の駆動によりパ
ワーウィンド１００が動作する。リミットスイッチ１４
はパワーウィンド１００が閉状態にあることを検出し、
検出信号を挟み込み判定部２６に出力する。

【００３１】一方、リップル検出部７はモータ１の駆動
電流からリップル周波数を検出し、リップル周波数に対
応するリップルパルスを出力する。そのリップルパルス
はＦ／Ｖ変換部８で電圧に変換される。その電圧はモー
タ１の角速度に比例するので、モータ角速度ωの検出値
となる。その検出値は減算部２３に出力されるととも
に、微分値演算部２４において微分演算されて、モータ
角加速度ω’として減算部２３に出力される。モータ電
圧検出部６はモータ１の端子電圧を検出し、検出値を減
算部２３に出力する。

【００３２】減算部２３では、モータ１の端子電圧Ｅ
ｍ、モータ角速度ω、モータ角加速度ω’から前記式
（１０）に基づきモータ１に加わった外乱トルクＴを算
出する。算出された外乱トルクＴは微分値演算部２５に
おいて微分演算され、外乱トルクの変換速度Ｔ’が算出
される。挟み込み判定部２６はその算出値を判定値と比
較することによって挟み込み判定を行なう。そして挟み
込みと判定して、かつリミットスイッチ１４から信号が
ない場合は、判定信号をモータ駆動部２０に出力する。
モータ駆動部２０は窓を閉駆動中に挟み込みの判定信号
があった場合は、一旦モータ１を所定距離開方向へ動作
させ、その後停止する。

【００３３】図３は第１の実施例のモータ１を閉方向に
駆動開始してから、挟み込みを検出するまでの各検出値
を電圧として表現した波形である。モータ電圧ＥｍはＰ
ＷＭ駆動によるソフトスタートで徐々に電圧が上昇す
る。しかし、パワーウィンド機構のバックラッシュ（減
速ギヤの遊び等による機械的なガタ）がなくなるまで、
駆動力が伝達されないので、モータが空回りをして、モ
ータ１の回転が上昇するが、窓ガラスは停止している。
よって、その期間は窓ガラスは動かないがモータ電圧Ｅ
ｍに比例してモータ角速度は上昇する。

【００３４】その後、バックラッシュがなくなりモータ
駆動力が窓ガラスに伝わり始めるが、静摩擦抵抗力が働
きモータの駆動力が静摩擦抵抗力を上回るまでは、まだ
窓ガラスは停止したままである。この期間では、窓ガラ
スとモータの駆動機構の間にショックアブソーバ（ゴム
ブッシュ等で構成され、トルクがかかるとたわんで過大
な力が窓ガラスや減速ギヤに加わらないよう保護するた
めにある緩衝機構）が入っているため、モータ１はゆっ
くりとほぼ一定値で回転をして、モータ角速度ωは横ば
いとなるが、ショックアブソーバが徐々に縮んで窓ガラ
スは停止している。

【００３５】モータ１の駆動力が静摩擦抵抗力を上回る
とはじめて窓ガラスが上昇し、モータ１の角速度ωは徐
々にモータ電圧Ｅｍに従って、モータ１の定常回転数に
なるまで上昇していく。異物の挟み込みが発生するとモ
ータ角速度ωは異物の発生する反力によって減少する。

【００３６】一方、モータ角加速度ω’は窓ガラスが上
昇し始めるまでは、ほぼ０付近であり、窓ガラスが動き
だした瞬間に上昇し、ソフトスタートによりほぼ定常の
加速値でモータは加速していくのでモータ角加速度はほ
ぼ横ばいとなる。モータ１の定常回転数に近づくにつれ
て、モータ回転の加速が鈍くなり、モータ角加速度ω’
は徐々に減少し、定常回転ではほぼ０になる。異物の挟
み込みが発生すると、モータ１は減速するので、モータ
角加速度ω’は負の値をとり、絶対値は時間とともに増
加していく。

【００３７】式（１０）に基づき、モータ電圧Ｅｍとモ
ータ角速度ωとモータ角加速度ω’から算出された外乱
トルクＴは、バックラッシュが無くなるまではモータ１
は空回りしているのでほぼ０であり、次の静摩擦抵抗力
により窓ガラスが停止している期間は、モータ電圧Ｅｍ
の上昇につれて、モータ１の駆動力が上がっていく状態
が検出される。静摩擦抵抗力にモータの駆動力が打ち勝
ち、窓ガラスが駆動し始めた瞬間に静摩擦抵抗力が動摩
擦抵抗力に切り替わる。必ず静摩擦抵抗力の最大値は動
摩擦抵抗力よりも大きいので、外乱トルクＴは瞬間的に
減少する。

【００３８】そのままモータ角速度ωが上昇し、モータ
１が定常回転状態になるまでの期間は、本来なら外乱ト
ルクＴはほぼ一定であるはずだが、粘性抵抗力Ｔｎの経
年変化、温度変化や演算で発生する計算誤差等により、
モータ角速度ωに比例して徐々に上昇、または下降する
場合がある。しかし、本件では検出した外乱トルクの変
化速度を挟み込み判定に用いているので、経時劣化や温
度変化に対しての誤差は問題にはならない。挟み込みが
発生すると異物の反力が検出され、外乱トルクＴが増加
する。

【００３９】一方、外乱トルクＴを微分した外乱トルク
の変化速度Ｔ’は、静摩擦抵抗力により窓ガラスが停止
している期間には、ＰＷＭ駆動によるモータ電圧の上昇
の傾き量に従ったある一定値を示す。この値はソフトス
タートによるＰＷＭ駆動の上昇値を調整することである
一定値に抑えることができる。挟み込みが発生するま
で、外乱トルクの変化速度Ｔ’の変化は微小であり無視
でき、挟み込みが発生した瞬間に急激に上昇する。よっ
て、その急激に上昇した外乱トルクの変化速度Ｔ’と所
定の判定値を比較することで挟み込み検出を行なう。

【００４０】その時、外乱トルクＴの増加量は硬いもの
ほど大きく、柔らかいものほど小さくなるので、急激に
上昇した外乱トルクの変化速度Ｔ’の最大値も硬いもの
ほど大きく、柔らかいものほど小さくなる。この方法で
はあまり柔らかいものは検出できないのではないかとい
う懸念が予想されるが、実際、柔らかい異物であって
も、いくら挟み込んでもいつまでも挟み込み反力が小さ
いものはなく、どこかの時点で反力が大きく増大して検
出できる。

【００４１】本実施例によれば、外乱トルクの変化速度
Ｔ’を検出対象としたため、外乱トルクＴに含まれる動
摩擦抵抗Ｔｄは経年変化しても、外乱トルクの変化速度
Ｔ’には反映されず、挟み込み検出が正確に行なえ、硬
いものから柔らかいものまで挟み込み力が大きくなる前
に安定して検出ができるという効果が得られる。

【００４２】図４は本発明の第２の実施例を示す。この
実施例は、図２に示す第１の実施例の機能ブロック図に
挟み込み判定基準作成部５０を加えたものである。挟み
込み判定基準作成部５０はＦ／Ｖ変換部８が出力するモ
ータ角速度ωの検出値に基づき、挟み込み判定の基準値
である判定値Ｋｗを作成する。挟み込み判定部２６’
は、作成された判定値Ｋｗと外乱トルクの変化速度Ｔ’
を比較し、挟み込んだ異物のばね係数を考慮した挟み込
みの判定を行う。その他については第１の実施例と同じ
である。

【００４３】以下にその検出原理を式で説明する。微小
時間△ｔでの異物の挟み込み反力の変化△Ｆと開閉機構
が挟み込む位置の変化△Ｘの関係に着目すると、挟み込
んだ異物は必ず挟み込む量に応じて反力を増加させるの
で、前記ばね定数をＫ３とすると、以下の式（１５）が
成り立つ。 △Ｆ＝Ｋ３×△Ｘ （１５）

【００４４】このとき、ばね定数Ｋ３は挟み込み量によ
って決まる一定値ではない正の値をとることになる。ま
た、前記挟み込み力の変化速度Ｔｓ’は、前記微小時間
△ｔ当たりの前記反力の変化△Ｆに等しいから、以下の
式（１６）が成り立つ。 Ｔｓ’＝△Ｆ／△ｔ （１６）

【００４５】また、前記モータ角速度ωは、前記微小時
間△ｔ当たりの前記位置の変化△Ｘに等しいから、以下
の式（１７）が成り立つ。 ω＝△Ｘ／△ｔ （１７） よって、式（１５）、（１６）、（１７）から、式（１
８）が求められる。 Ｔｓ’＝Ｋ３×ω （１８） また、式（１４）、（１８）から、式（１９）が導かれ
る。 Ｔ’＝Ｋ３×ω （１９）

【００４６】よって、検出した外乱トルクの変化速度
Ｔ’と、ばね定数Ｋ３の所定の判定値とモータ角速度ω
の積、すなわちモータ角速度ωに比例して決定される所
定の判定値とを比較して判別することで、挟み込んだ異
物のばね定数が所定の値を超えたとき、挟み込みが発生
したと検出することができる。

【００４７】挟み込み判定基準作成部５０は、図５のよ
うにモータ角速度ωに比例して増加する判定値Ｋｗを作
成する。ここで、モータ角速度ωがある一定値ａ以下の
時、大きな値となっているのは、図３の説明で述べたよ
うに、モータ１は回転しているが窓ガラスは停止したま
まの状態の期間に、誤った挟み込みの検出を行なうこと
を防止するためである。また、この判定値Ｋｗは、アナ
ログ回路による折れ線回路で構成したり、マイコンによ
るＲＯＭマップのテーブルルックアップ方式で求める構
成とすることができる。

【００４８】図６は図２からモータ電圧Ｅｍ、モータ角
速度ω、外乱トルクの変化速度Ｔ’の波形を取り出し
て、図５に従ってモータ角速度ωに対応して作成された
判定値Ｋｗがどうのようになるか示した図である。バッ
クラッシュや静摩擦抵抗力により、モータ１は回転して
いるが窓ガラスが停止している期間ではモータ角速度ω
は微小であり、その範囲では演算誤差が大きく外乱トル
クの変化速度Ｔ’がある一定値を示す。図５のようにモ
ータ角速度ωがある一定値ａ以下のとき、大きな値にな
っているので図６に示すように外乱トルクの変化速度
Ｔ’が判定値Ｋｗを上回ることはなく、演算誤差を補正
する。

【００４９】次に窓ガラスが駆動され始めると、モータ
角速度ωが増大していくにつれて、式（１９）に従って
判定値Ｋｗは徐々に増大し、モータ角速度ωに対しての
補正を行う。これにより、異物のばね定数を直接検出す
ることで、より正確は挟み込み検出を行ない、挟み込み
力の低減が図れる。

【００５０】また、上記バックラッシュや静摩擦抵抗力
により発生する演算誤差以外に、実際には制御回路の信
号処理の遅れによる挟み込み力の増大、開閉機構のたわ
みによる挟み込み力の違いなど、モータ角速度ωに従っ
て変化する、理論値に対する色々な誤差（以下、理論値
に対する誤差という）原因が考えられる。それら理論値
に対する誤差を考慮して、モータ角速度ωに応じた判定
値Ｋｗを作成して、理論値を補正することで、より安定
した挟み込み検出を行なう開閉機構のモータ制御装置を
提供できる。

【００５１】図７は本発明の第３の実施例を示す。この
実施例は、図２に示す第１の実施例の機能ブロック図に
速度フィードバック部４０を加えたものである。速度フ
ィードバック部４０はＦ／Ｖ変換部８が出力するモータ
角速度ωの検出値とソフトスタート制御部２１’が出力
するモータ電流の目標値に基づき、モータ角速度ωが所
定の最大値を超えないようなモータ電流の指令値をＰＷ
Ｍ発生部２２’に出力する。その他については第１の実
施例と同じである。

【００５２】ソフトスタート制御部２１’はモータ電流
の目標値を徐々に増加させてソフトスタート動作を行
う。速度フィードバック部４０はＦ／Ｖ変換部８が出力
するモータ角速度ωを監視しながら、モータ角速度ωが
所定の最大値を超えた場合には、入力されたモータ電流
の目標値に対して、出力するモータ電流の目標値を減少
させ、モータ角速度が所定の最大値を超えないようにフ
ィードバック制御を行う。この制御を加えることによ
り、動摩擦抵抗Ｔｄや粘性抵抗Ｔｎのばらつき、電源電
圧の変動により、モータ角速度ωの最大値が変化するこ
とがなくなる。よって、第２の実施例で説明したモータ
角速度ωに従って変化する理論値に対する誤差を、モー
タ角速度ωの最大値を制限することで一定値に収めるこ
とができ、より安定した挟み込み検出が可能となる。

【００５３】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図８はその構成を示す図である。この実施例は第
１の実施例における１チップマイコン１１の代わりにア
ナログ演算回路を用いて挟み込みを判定するものであ
り、モータの制御などは制御論理回路３０を組み、制御
が行なわれる。

【００５４】モータ電圧検出回路３１は、モータ１の端
子電圧であるＥｍを検出し、アンプ３２はモータ１の端
子電圧Ｅｍをゲイン増幅して差動アンプ３８のマイナス
端子に出力する。リップル検出回路３３はモータ１の駆
動電流からリップル周波数を検出し、周波数に対応する
リップルパルスを出力し、Ｆ／Ｖ変換回路３４はリップ
ルパルスをＦ／Ｖ変換してモータ角速度ωを検出する。
アンプ３５はモータ角速度ωをゲイン増幅して差動アン
プ３８のフ゜ラス端子に出力する。ハイパスフィルタ３６は
モータ角速度ωを微分してモータ角加速度ω’を検出
し、アンプ３７でのゲイン増幅を経て差動アンプ３８の
マイナス端子に出力する。

【００５５】また、前記式（１０）において、定数を簡
略化するために、Ｇ１＝Ｋ１／Ｚ、Ｇ２＝Ｋ１・Ｋ１／
Ｚ＋Ｋ２、Ｇ３＝Ｍとすると、以下の式（２０）が導か
れる。 Ｔ＝Ｇ１・Ｅｍ−Ｇ２・ω−Ｇ３・ω’ （２０） 上記式（２０）に基づき、アンプ３２、アンプ３５、ア
ンプ３７は増幅ゲインが調整され、アンプ３８はモータ
１に加わる外乱トルクＴを検出する。

【００５６】また、モータ電圧Ｅｍの代わりにモータ電
流Ｉｍを用いた場合、増幅ゲインは異なるが、同様に外
乱トルクＴを検出することができる。ハイパスフィルタ
３９は差動アンプの出力である外乱トルクＴを微分して
外乱トルクの変化速度Ｔ’を出力する。判定コンパレー
タ４０はその外乱トルクの変化速度Ｔ’が判定値になる
ことで異物の挟み込みを検出して挟み込み信号を制御論
理回路３０に出力する。

【００５７】制御論理回路３０は、パワーウィンドスイ
ッチ１３の操作状態によって、窓を開くか、閉じるかの
判断を行ない、リレー２に駆動信号を出力し、モータ１
を対応する回転方向に設定するとともに、窓を閉じる操
作の場合はソフトスタート回路３１にソフトスタート信
号を出力する。ソフトスタート回路３１は、時間が経つ
に従って幅が増大するＰＷＭ信号を駆動ＦＥＴ３に出力
し、モータ１をソフトスタートさせる。

【００５８】モータ１の駆動によりパワーウィンド１０
０が動作する。リミットスイッチ１４はパワーウィンド
１００が閉状態にあることを検出し、検出信号を制御論
理回路３０に出力する。制御論理回路３０はリミットス
イッチ１４の検出信号により挟み込みがあっても反転制
御を行なわない。本実施例によっても、第１の実施例と
同様の効果が得られるとともに、演算をアナログ演算で
行なうので、アナログ回路を使用することができ、演算
速度が向上し、装置が安価に構成できる効果が得られ
る。

【００５９】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、モータ電流ま
たはおよびモータ電圧と、モータ角速度と、モータ角加
速度を検出し、それらの検出値に基づいてモータに加わ
る外乱トルクを算出し、算出された外乱トルクからはさ
らに微分演算を施して外乱トルクの変化速度が求められ
るから、外乱トルクを検出するためのトルクセンサが不
要で、経年的、温度的に変化する摩擦力の変化が微分演
算によって、異物の挟み込み力と分離される。

【００６０】よって、外乱トルクの変化速度を用いて所
定の判定値と比較することによって、挟み込みを正確に
判定することができる。そして挟み込みが判定された場
合は、モータを反転制御することによって、異物への挟
み込み力を最小限にとどめることができ、また挟み込ん
でも開閉装置から引き離すことができる。これによって
装置を安価に構成することができるとともに、安定した
挟み込みの検出ができる効果が得られる。

【００６１】また、モータ電流またはおよびモータ電圧
と、モータ角速度から、モータ角加速度と外乱トルクと
外乱トルク変化速度を各アンプによるアナログ演算で求
め、アナログ回路を使用することができるので、演算速
度が向上し、装置が安価に構成できる効果が得られる。

【００６２】また、開閉機構が閉方向へ動作時に、モー
タ電流を徐々に増すように制御するソフトスタート制御
手段を設けることで、モータ電流の変化速度を所定値に
抑えることができ、モータのインダクタンス成分によ
り、モータ電流の変化速度に比例して発生するモータの
起動時のラッシュカレントによる演算誤差で挟み込み誤
検知をすることを防止することができ、開閉機構が閉方
向へ駆動され始めた直後でも挟み込み検出が可能となる
効果が得られる。

【００６３】そして、判定値を、モータ角速度に基づい
て作成する場合は、挟み込んだ異物のばね係数を考慮し
た挟み込みとなり、より安定した挟み込み検出を行なえ
るという効果が得られる。なお、モータ角速度が所定の
モータ角速度最大値を超えないように制御すると、摩擦
力のばらつき、電源電圧の変動にからモータ角速度の最
大値が変化することを防止することで、モータ角速度に
従って変化する理論値に対する誤差を一定値に収めるこ
とができ、より精度の高い挟み込み検出が可能となると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の構成を示す図である。

【図２】第１の実施例の信号の流れを示す図である。

【図３】駆動開始から挟み込みを検出するまでの各検出
値の電圧波形を示す。

【図４】第２の実施例の構成を示す図である。

【図５】判定値とモータ速度の関係を示す図である。

【図６】駆動開始から挟み込みを検出するまでの各検出
値の電圧波形を示す。

【図７】第３の実施例を示す図である。

【図８】第４の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ リレー ２’ 抵抗 ３ 駆動ＦＥＴ ４ 逆流防止ダイオード ５ レギュレータ ６ モータ電圧検出部 ７ リップル検出部 ８ Ｆ／Ｖ変換部 １０ 制御回路 １１ マイコン １３ パワーウインド（Ｐ／Ｗ）スイッチ １４ リミットスイッチ ２０ モータ駆動部 ２１ ソフトスタート制御部 ２２ ＰＷＭ発生部 ２３ 減算部 ２４、２５ 微分値演算部 ２６ 挟み込み判定部 ３０ 制御論理回路 ３１ ソフトスタート回路 ３２、３５、３７ アンプ ３３ リップル検出回路 ３４ Ｆ／Ｖ変換回路 ３６、３９ ハイパスフィルタ ３８ 作動アンプ ４０ 速度フィードバック部 ５０ 挟み込み判定基準作成部 １００ パワーウインド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 5/17 Ｂ６０Ｊ 1/17 Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 - 5/26 H02P 7/00 - 7/34 B60J 1/17 E05F 15/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窓、扉等の開閉物体を開閉する開閉機構
   を駆動するモータを制御するモータ制御装置において、 前記モータに流れる電流または前記モータの端子電圧を
   検出するモータ電流検出手段と、該モータ電流検出手段の検出値に比例した電圧を出力す
   る第１のアンプと、 前記モータの角速度を検出するモータ角速度検出手段
   と、該モータ角速度検出手段の検出値に比例した電圧を出力
   する第２のアンプと、 前記モータの角加速度を検出するモータ角加速度検出手
   段と、 前記モータ電流検出手段により検出されたモータ電流ま
   たはモータの端子電圧と前記モータ角速度検出手段によ
   り検出されたモータ角速度と前記モータ角加速度検出手
   段により検出されたモータ角加速度に基づき、前記モー
   タに加わる外乱トルクを演算する外乱トルク演算手段
   と、 前記外乱トルク演算手段により演算された外乱トルクを
   微分して、外乱トルクの変化速度を演算する外乱トルク
   微分手段と、該 外乱トルク微分手段により演算された外乱トルク変化
   速度を所定の判定値と比較して、挟み込み判定を行い、
   挟み込みがあった場合に前記モータを反転制御する挟み
   込み検出手段とを有し、 前記モータ角加速度検出手段は、前記第２のアンプの出
   力電圧の微分値に比例した電圧を出力する第１のハイパ
   スフィルタからなり、 前記外乱トルク演算手段は、前記第１のアンプの出力電
   圧から前記第２のアンプの出力電圧、前記第１のハイパ
   スフィルタの出力電圧を差分して、前記モータに加わる
   外乱トルクを出力する差動アンプからなり、 前記外乱トルク微分手段は、前記差動アンプの出力電圧
   の微分値に比例する電圧を出力する第２のハイパスフィ
   ルタからなり、 前記挟み込み検出手段は、前記第２のハイパスフィルタ
   の出力電圧を前記所定の判定値と比較して挟み込み判定
   を行うものである ことを特徴とする開閉機構のモータ制
   御装置。
2. 【請求項２】 前記開閉機構のモータ制御装置におい
   て、 前記モータを、前記開閉機構が閉方向へ動作時に小さい
   モータ電流から徐々に電流を増すように制御するソフト
   スタート制御手段を付加したことを特徴とする請求項１
   記載の開閉機構のモータ制御装置。