JP4981431B2 - 車両用開閉体の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のウィンドウやサンルーフ、スライドドアなどの車両用開閉体の制御装置に関し、特に、直流モータで開閉体を駆動し、異物の挟み込みを検知することが可能な車両用開閉体の制御装置に関するものである。

従来、車両のウィンドウやサンルーフ、スライドドアなどの車両用開閉体を直流モータで駆動制御する開閉体制御装置が知られている。そのような開閉体制御装置では、異物の挟み込みがあった場合にモータの回転を停止したり反転したりする必要がある。異物の挟み込みを検知するためにモータの負荷を検出することが考えられる。モータの負荷は、例えばモータの負荷電流から求めることができる（例えば特許文献１参照）。
特開平７−７１１６４号公報

一方、開閉体を途中停止させた状態から開閉させる場合に、上記特許文献１のものでは停止前に記憶された挟み込み負荷を用いて、再起動時の挟み込み負荷としてモータ負荷と比較することにより常に最新の更新された比較値に基づいて挟み込みの判定を行うようにしている。

しかしながら、ゴム材などの経年変化に対しては有効であるが、短い期間での環境温度の変化によりゴム材などの硬さが変化する場合があり、例えば途中停止状態が長時間続いて環境温度が大きく変化した場合などには開閉体が動作するのに必要な負荷が変化し、増大した場合には挟み込みと誤判定する可能性があるという問題があった。

このような課題を解決して、直流モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、前記直流モータを駆動制御するための駆動制御手段と、前記直流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記直流モータの駆動電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記回転速度及び前記駆動電圧に基づいて前記直流モータの負荷を推定する推定負荷算出手段と、推定負荷に基づいて物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段と、前記開閉体の開閉動作の度に前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を負荷基準値として記憶する負荷基準値記憶手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記負荷基準値に応じて前記挟み込み判定手段によって挟み込みを判定すると共に、前記回転速度の検出に基づいて前記直流モータが停止したと判定したことによる前記開閉体の停止状態が所定時間以上経過した場合にはその直後の開閉動作を操作者によるマニュアル開閉動作または前記直流モータによるオート開動作のみ許可し、前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作による前記開閉体の開閉動作に対して前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶するものとした。または、直流モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、前記直流モータを駆動制御するための駆動制御手段と、前記直流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記直流モータの駆動電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記回転速度及び前記駆動電圧に基づいて前記直流モータの負荷を推定する推定負荷算出手段と、推定負荷に基づいて物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段と、前記開閉体の開閉動作の度に前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を負荷基準値として記憶する負荷基準値記憶手段とを有し、前記駆動制御手段は、前記負荷基準値に応じて前記挟み込み判定手段によって挟み込みを判定すると共に、前記駆動制御手段への通電が絶たれたことによる前記開閉体の停止状態の場合にはその直後の開閉動作を操作者によるマニュアル開閉動作または前記直流モータによるオート開動作のみ許可し、前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作による前記開閉体の開閉動作に対して前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶すると良い。

特に、前記開閉体の停止状態は、前記開閉体の開閉途中位置であると良い。また、前記駆動制御手段は、前記開閉体の前記停止状態でない場合には開閉動作を前記手動操作および自動操作の両方を許可し、前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作および前記自動操作のいずれによる前記開閉体の開閉動作に対しても前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶すると良く、また、前記推定負荷算出手段による前記推定負荷の算出を、前記回転速度に基づく項と、前記駆動電圧に基づく項と、前記回転速度から求める回転加速度及び前記直流モータの慣性モーメントに基づく項とを用いると良く、また、前記挟み込み判定手段による挟み込みの判定処理が、前記開閉体の全閉位置の近傍では行われないように設定されていると良い。

このように本発明によれば、開閉体が停止した時に所定の停止条件を満たした場合には操作者によるマニュアル開閉動作または前記直流モータによるオート開動作のみを許可したことから、駆動制御手段が最新の環境状況（環境温度）を認識できなくなった場合でも、その後の再操作時における自動駆動による挟み込みの誤判定が生じることを防止し得る。そして、手動駆動による開閉動作に対して推定負荷を算出し、それにより負荷基準値を更新することから、その後の挟み込み判定を正確に行うことができる。

特に、開閉体の停止状態は前記開閉体の開閉途中位置であることにより、どのような開閉状態に対しても確実な挟み込み判定を行い得る。また、開閉体の停止条件は、前記開閉体の停止状態が所定時間以上経過するか、または制御装置への通電が絶たれたときであるであることにより、車両が長時間放置されて周辺の環境状況（環境温度）が変化したり、イグニッションスイッチがオフ等されて、駆動制御手段への通電が絶たれることによって、駆動制御手段が最新の環境変化を認識できなくなったりした場合でも同様に対応できる。また、開閉体の停止条件が満たされない場合には開閉動作を手動操作および自動駆動の両方を許可すると共に、開閉動作による負荷基準値の更新も行うことにより、正確な挟み込み判定を行うことができるため、挟み込み判定のための判定値（挟み込み荷重）をできるだけ低く設定することができ、より高精度な挟み込み判定を行うことができる。

また、請求項５によれば、直流モータの回転速度の変化と、駆動電圧の変化と、回転加速度及び直流モータの慣性モーメントに基づく慣性項とを加算するという簡単な式で推定負荷を求めることができ、負荷の推定を容易に行うことができる。また、請求項６によれば、全閉駆動において全閉位置近傍として全閉に至る僅かな領域にあってはウェザーストリップなどの影響を受けるため挟み込み判定を行わないようにして、外乱判定と挟み込み判定とを確実に行うようにすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に基づく車両用開閉体の制御装置の好適実施例として、本発明を自動車用パワーウィンドウ装置に適用した場合を示すブロック図である。

図に示されるように、制御部１には、運転席などに設けられたオート操作スイッチ２ａ及びマニュアル操作スイッチ２ｂの各開閉操作信号に応じて自動または手動開閉制御信号を出力するオート制御回路１ａと、その開閉制御信号に応じて直流モータ（以下、モータ）３を正逆転駆動するための駆動回路４と、モータ３の駆動電圧を検出する電圧検出回路５と、モータ３の回転に連動する回転速度検出手段としての回転センサ（またはロータリエンコーダ）６からのパルス信号の間隔に基づいてモータ３の回転速度を角速度として算出する角速度算出回路７と、制御部１の主制御を行う駆動制御手段としてのＣＰＵ８とが設けられている。なお、ＣＰＵ８によりイグニッションスイッチＩＧのオン／オフ状態から制御部１への通電状態が検出されるようになっている。

ＣＰＵ８には、上記角速度算出回路７からの角速度信号に基づいて角加速度を算出する角加速度算出部８ａと、駆動電圧と角速度と角加速度とに基づいてモータ３の外部負荷を推定する推定負荷算出手段としての推定負荷算出部８ｂと、推定負荷に基づいて挟み込みの判定を行う判定部８ｃとが設けられている。なお、角加速度算出部８ａと推定負荷算出部８ｂと判定部８ｃとは、ＣＰＵ８内でのプログラム処理で行われるものであって良い。

そして、駆動回路４からの駆動信号に応じてモータ３が正逆転して、例えばモータ３にリンクまたはワイヤなどを介して連結された被駆動体としてのウィンドウ９が開閉動作する。なお、オート制御回路１ａでは、オート操作スイッチ２ａの開／閉の信号が入力された場合には連続した開／閉制御信号を出力し、マニュアル操作スイッチ２ｂの開／閉信号が入力された場合には操作されている間だけ開／閉制御信号を出力する。またモータ３の制御としては定電圧制御やＰＷＭ制御を用いることができる。

ＣＰＵ８には更に、角速度算出回路７からの角速度信号とモータの回転方向とから全閉から全開に至るウィンドウ９の位置に対応するモータ３の位置を算出するモータ位置算出部８ｄが設けられている。モータ位置算出部８ｄの機能もＣＰＵ８内でのプログラム処理で実現される。尚、モータ位置は回転センサ６からのパルスカウントによって、例えば全開位置を２５００カウント、全閉位置を０カウントとし、全閉と全開の間は０カウントと２５００カウントの間のカウント値とすることで表すことができる。

このようにして構成されたパワーウィンドウ装置による閉動作時における挟み込み判定制御の好適実施例の概略フローを図２に示す。図２のフローは、例えば５ｍｓの一定周期でＣＰＵ８内のプログラム処理により行うものとすることができる。

まず、ステップＳＴ１ではモータ３の端子電圧Ｖ（実効値）を電圧検出回路５で検出してＡ／Ｄ変換し、ステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では、回転センサ６からの各パルス信号間の間隔から周期ｔを算出し、その値から角速度ω（＝２π／ｔ）を算出する。次のステップＳＴ３では、ステップＳＴ２で算出された角速度ωに基づいて角加速度ｄωを算出し、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４では、推定負荷算出部８ｂにて、端子電圧Ｖと角速度ωと角加速度ｄωとに基づいて、モータ３の外部負荷となる推定負荷Ｐを次式により求める。
Ｐ＝Ｂm（ω0−ω）＋（Ｔm−Ｔm0）−Ｊm・ｄω…（１）
ここで、Ｂmはモータ内部負荷の粘性係数、ωは角速度、ω0は外部無負荷時の角速度定常値、Ｔmはモータトルク、Ｔm0は外部無負荷時のモータトルク、Ｊmはモータを含む装置（例えばウィンドウ開閉装置）の慣性モーメント、ｄωは角加速度である。

この式で（Ｔm−Ｔm0）を電圧と角速度とに分解して次式で表すことができる。
Ｔm＝−ａ・ω＋ｂ・Ｖ＋ｃ…（２）
ここでａ、ｂ、ｃはモータに固有の定数であり、式（２）式はモータ毎に関数化したり、マップにしたりして、ＲＯＭなどのメモリに記憶しておくことができる。

式（１）及び（２）から推定負荷Ｐを次のように表すこともできる。
Ｐ＝（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）＋ｂ（Ｖ−Ｖ0）−Ｊm・ｄω…（３）
式（３）中で、（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）を角速度差演算項、ｂ（Ｖ−Ｖ0）を電圧差演算項、Ｊm・ｄωを角加速度演算項（または慣性項）と呼ぶこともある。

上記した式（１）または（３）において、上記したように角速度差演算項、電圧差演算項、角加速度演算項（または慣性項）を加算するという簡単な式で推定負荷Ｐを求めることができ、負荷の推定を容易に行うことができる。

なお、挟み込みがあったときの推定負荷Ｐは、モータのフリクション特性と挟み込みによる負荷増加とを合わせたものとなるが、モータのフリクション特性はモータ毎に異なり、また同一モータでも経年変化を生じ得る。そのため、外部無負荷時（即ち挟み込みがないとき）のモータ位置（ウィンドウ９の開閉位置）に対する負荷基準値としてのモータトルクの変化を示すモータトルクマップ（負荷基準値記憶手段）をウィンドウ９の開閉動作毎に作成することにより、上記したようなモータ特性の個体差や経年変化をモータトルクマップに反映することができる。それを式（１）または（３）から求められる推定負荷から減算したものを外部負荷とすることで、モータ特性の個体差や経年変化に影響されることなく、挟み込みによる負荷増加のみを検出して、挟み込み判定を精度良く行うことが可能となる。

次のステップＳＴ５では、モータトルクマップを作成するためのモータトルク（推定負荷Ｐ）の学習を行う。図２にモータトルクマップの閉動作時の一例を示す。図では、横軸に全閉（上記０カウント）から全開（上記２５００カウント）までを示し、縦軸にモータトルク（推定負荷Ｐ）を示している。したがって、閉動作時には図の横軸を左側に移動することになる。図示例では、全閉から全開までのウィンドウ９のストロークを所定のエッジ数毎に区切った複数の小エリアを設定し、基準温度（例えば２０度）における全開から全閉までの外部無負荷状態における各エリア毎にエリア内の平均モータトルクを記憶したものであり、図に示されるように階段状の波形となる。

次のステップＳＴ６ではモータ３が停止したか否かを判別する。この停止条件（停止状態を判定する条件）としては設定された所定時間内に回転センサ６からの次のパルスエッジが入力されなかったことであって良い。停止していない（開閉動作中）と判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。したがって、開閉動作が続いている間はステップＳＴ５で各エリアに対して新たな負荷を学習し、それによりモータトルクマップを最新のものに書き換えることができる。

ステップＳＴ６で停止していると判定された場合にはステップＳＴ７に進み、そこで例えばＣＰＵ８内のタイマ（図示せず）を起動（オン）する。このタイマの設定時間は環境温度が変化する虞がある長時間であり、例えば１時間程度とすると良い。次のステップＳＴ８ではそのタイマの設定時間が経過した（タイムアップ）か否か、またはイグニッションスイッチＩＧがオフ等されて制御部１への通電が遮断されたか否かを判別する。

ステップＳＴ８でタイムアップもイグニッションスイッチＩＧのオフもしていないと判定された場合にはステップＳＴ９に進み、モータによるオート開閉動作、または操作者によるマニュアル開閉動作を許可する。ステップＳＴ１０では、挟み込みによるものであるか否かを判別する。挟み込み判定にあっては、図３のモータトルクマップを用い、停止位置に対応する外部無負荷状態の負荷に対して停止判定時の推定負荷Ｐとの差が挟み込み判定値より大きいか否かであって良い。挟み込み判定値は予め一定値を決めておいて良い。モータ位置に応じて外部無負荷状態が変化するモータトルクマップを用いて挟み込み判定を行うことができることから、ウィンドウ９がどの位置にあっても挟み込みによる負荷増加分のみを適切に検出することができる。

ステップＳＴ１０で挟み込み有りと判定された場合には別フローであって良い挟み込み処理へ進み、例えば挟み込み時の処理としてモータ３の反転を行う。ステップＳＴ１０で挟み込み無しと判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。これにより、挟み込みが発生しない通常動作において、ステップＳＴ５で負荷の学習を行い、常にモータトルクマップを最新のものに更新する。

上記ステップＳＴ８でタイムアップまたは制御部１への通電が遮断されたと判定された場合にはステップＳＴ１１に進む。タイムアップによりステップＳＴ１１に進んだ場合は設定された長時間の停止状態が続いた場合であり、その場合には環境温度が大きく変化した可能性があることから、ステップＳＴ１１では操作者によるマニュアル開閉操作または直流モータによるオート開作動のみ受け付け、次のステップＳＴ１２ではマニュアル操作スイッチ２ｂの各開閉操作信号に応じた開閉駆動または直流モータによるオート開駆動を行う。このように、直流モータによるオート閉動作を禁止することから、長時間停止後の再起動時に環境温度の変化による外部負荷の増大が生じていたとしても、それによる挟み込みの誤判定が生じることがない。なお、本発明においては、開閉体の停止後の再操作時の閉動作は、操作者によるマニュアル閉操作時にのみ許可するようにしているが、それは、このときの操作は、操作者自身の意思によるものであるため、挟み込みの発生の可能性は少なく、また挟み込みに至った場合であっても直ちに停止または逆転操作可能であるということからである。

イグニッションスイッチＩＧがオフ等されて制御部１への通電が遮断された場合にＣＰＵ８がリセットされてメモリされていた環境温度のデータがクリアされてしまった場合も上記と同じ処理を行う。

なお、次のステップＳＴ１３でタイマをリセットしてステップＳＴ１に戻る。これにより、開閉体の長時間停止状態のタイマカウントがリセットされ、次のサイクルにおけるステップＳＴ５で再起動後の操作者によるマニュアル開閉動作または直流モータによるオート開動作時の負荷を学習し、開閉動作の停止まで上記したように負荷を学習してモータトルクマップを更新する。これにより、環境温度が変化した場合に対応し得るモータトルクマップが作成されるため、その後に挟み込みが生じた場合に最新の更新されたモータトルクマップを用いた正確な挟み込み判定を行うことができる。

上記処理はウィンドウ９がどの位置に停止していても適用可能である。途中停止はもちろん、全閉位置から開く場合も、その開動作により新たな負荷の学習を行い、次に閉動作させる場合の負荷基準値とすることができる。なお、ウィンドウ９を下降させる開動作に対して上昇させる閉動作の場合にはウィンドウ９の自重分の影響を受けるが、開動作時に学習された負荷基準値にウィンドウ９の自重分を考慮した係数を掛けるなどして補正することにより、更新された開動作時のモータトルクマップを用いた挟み込み判定を行うことができる。

なお、挟み込み判定処理にあっては、全閉動作時に全閉位置近傍から全閉に至るまでにあってはウェザーストリップの影響を受けて負荷が増大するため、それを挟み込みと誤判定しないように全閉に至る僅かな領域を挟み込み判定を禁止するマスク領域を設定すると良い。これにより、確実な挟み込み判定を行うことができる。

本発明にかかる車両用開閉体の制御装置は、長時間停止して環境温度が変化した場合の再起動時の正確な挟み込み判定が可能となり、ウィンドウに限られることなく種々の開閉体の制御装置として有用である。

本発明が適用された自動車用パワーウィンドウ装置のモータ駆動制御回路のブロック図である。 本発明に基づく制御フローを示す図である。 モータトルクマップを示す図である。

符号の説明

１ 制御部
２ａ オート操作スイッチ、２ｂ マニュアル操作スイッチ
３ モータ
４ 駆動回路
５ 電圧検出回路
６ 回転センサ
７ 角速度算出回路
８ ＣＰＵ
８ａ 角加速度算出部、８ｂ 推定負荷算出部、８ｃ 判定部、８ｄ 位置算出部
９ ウィンドウ

Claims (6)

1. 直流モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、
   前記直流モータを駆動制御するための駆動制御手段と、前記直流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記直流モータの駆動電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記回転速度及び前記駆動電圧に基づいて前記直流モータの負荷を推定する推定負荷算出手段と、推定負荷に基づいて物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段と、前記開閉体の開閉動作の度に前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を負荷基準値として記憶する負荷基準値記憶手段とを有し、
   前記駆動制御手段は、前記負荷基準値に応じて前記挟み込み判定手段によって挟み込みを判定すると共に、前記回転速度の検出に基づいて前記直流モータが停止したと判定したことによる前記開閉体の停止状態が所定時間以上経過した場合にはその直後の開閉動作を操作者によるマニュアル開閉動作または前記直流モータによるオート開動作のみ許可し、
   前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作による前記開閉体の開閉動作に対して前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶することを特徴とする車両用開閉体の制御装置。
2. 直流モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、
   前記直流モータを駆動制御するための駆動制御手段と、前記直流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記直流モータの駆動電圧を検出する電圧検出手段と、少なくとも前記回転速度及び前記駆動電圧に基づいて前記直流モータの負荷を推定する推定負荷算出手段と、推定負荷に基づいて物体の挟み込みを判定する挟み込み判定手段と、前記開閉体の開閉動作の度に前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を負荷基準値として記憶する負荷基準値記憶手段とを有し、
   前記駆動制御手段は、前記負荷基準値に応じて前記挟み込み判定手段によって挟み込みを判定すると共に、
   前記駆動制御手段への通電が絶たれたことによる前記開閉体の停止状態の場合にはその直後の開閉動作を操作者によるマニュアル開閉動作または前記直流モータによるオート開動作のみ許可し、
   前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作による前記開閉体の開閉動作に対して前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶することを特徴とする請求項１に記載の車両用開閉体の制御装置。
3. 前記開閉体の前記停止状態は、前記開閉体の開閉途中位置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用開閉体の制御装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記開閉体の前記停止状態でない場合には開閉動作を前記手動操作および自動操作の両方を許可し、
   前記負荷基準値記憶手段は、前記手動操作および前記自動操作のいずれによる前記開閉体の開閉動作に対しても前記推定負荷算出手段により算出される推定負荷を前記負荷基準値として記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両用開閉体の制御装置。
5. 前記推定負荷算出手段による前記推定負荷の算出を、前記回転速度に基づく項と、前記駆動電圧に基づく項と、前記回転速度から求める回転加速度及び前記直流モータの慣性モーメントに基づく項とを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用開閉体の制御装置。
6. 前記挟み込み判定手段による挟み込みの判定処理が、前記開閉体の全閉位置の近傍では行われないように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の車両用開閉体の制御装置。

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