JP5513014B2 - 指針式表示ユニット - Google Patents

Description

本発明は、指針を回転駆動することにより情報を表示する指針式表示ユニットに関する。

従来、指針をステッピングモータやクロスコイル式ムーブメントで回転させて文字板上の目盛りのうち計測値に応じた箇所を指示して表示する指針式表示ユニットとして、車両の速度を表示するスピードメータ、エンジンの回転数を表示するタコメータなどがある（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載された指針式表示ユニットは、指示角度算出手段と、制御信号生成手段と、制御量変更手段と、で構成されている。前記指示角度算出手段は、入力された指示情報に基づき指針の指示角度を算出する。前記制御信号生成手段は、前記指示角度算出手段により算出された指示角度と現指示角度の差に基づき、指針を駆動する第１制御信号を生成する。前記制御量変更手段は、指針の制御量を大きくするための第２制御信号を出力する。

前述した構成の指針式表示ユニットは、前記指示角度算出手段により、周期毎に走行センサからのパルス信号により車両の走行速度を算出するとともに、この算出した走行速度に対応した指針の指示角度を算出する。そして、前記制御信号生成手段により、制御の繰り返し毎に、次の周期における指針角度（指針位置）を算出し、この算出した制御角度に相当する駆動信号を生成して指針を駆動する。また、前記制御量変換手段により、目標となる指示角度とその時点での指針の現指針角度とを比較し、その差が予め定められた規定値以上であった場合には、加重平均処理を用いて制御角度を算出し、その差が規定値未満であった場合には、指示角度を重み付けした加重平均処理を用いて制御角度を算出する。

特開平８−３３４３８３号公報

前述した特許文献１に記載された従来の指針式表示ユニットは、指針を指示角度（指示位置）に速やかに到達させるために、加重平均処理を用いて制御角度を算出している。その加重平均処理は、最新パルス周期に過去のパルス列（過去のデータ）を演算して処理を行うため、指針角度を算出する計算処理に要する時間が長くなってしまうといった問題があった。

従来のクロスコイル式ムーブメントにおいては、例えば、速度変化率が一定という条件の下で、指針の角速度が速度変化より速い場合、指針が速度に追いついてしまい指針がスムーズに動かないという問題点があった。

また、従来のステッピングモータ式ムーブメントにおいても、例えば、速度変化率が一定という条件の下で、指針の移動ステップ数と速度変化が略同一となったとき、指針はステップ動作となってしまい指針がスムーズに動かないという問題点が生じる。このため、指針の位置は実速度に対して一定の遅れをもたせてムーブメントを駆動する必要があるが、指針が目標位置にいつまでも収束しないという問題があった。

従って、本発明は、上記のような問題点に着目し、過去のデータを用いることなく指針角度を算出する計算処理時間を短くして速度変化に応じたスムーズな指針駆動を行うことができる指針式表示ユニットを提供することを課題とする。

上記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の指針式表示ユニット１０は、図１の基本構成図に示すように、入力された指示情報に基づき指針１２の目標指示位置を検出する目標指示位置検出手段５０ａを備えた指示位置検出装置５０と、所望の起動時間毎に起動されたときにステッピングモータの駆動を制御して、前記目標指示位置検出手段５０ａにより検出された目標指示位置に向けて指針１２を移動させる指針制御装置６０と、を有する指針式表示ユニットにおいて、前記指針制御装置６０は、前記起動時における指針１２の現在位置から前記目標指示位置検出手段５０ａにより検出された目標指示位置まで、前記指針を移動させる前記ステッピングモータのステップ数を算出するステップ数算出手段６０ａと、前記ステップ数算出手段６０ａが算出したステップ数を動作させる時間が一定となるように、前記ステッピングモータの駆動を制御する指針制御手段６０ｂと、前記ステップ数算出手段６０ａにより算出されたステップ数が、予め定めた所望のステップ数以下の場合には、前記予め定めた所望のステップ数だけステッピングモータの駆動を制御する強制指針制御手段６０ｃと、を有することを特徴としている。

上記請求項１に記載した本発明の指針式表示ユニットによれば、指針制御装置６０において、ステップ数算出手段６０ａにより、起動時における指針１２の現在位置から前記目標指示位置検出手段５０ａにより検出された目標指示位置まで、前記指針１２を移動させる前記ステッピングモータのステップ数が算出される。そして、指針制御手段６０ｂよって、前記ステップ数算出手段６０ａが算出したステップ数を動作させる時間が一定となるように、前記ステッピングモータの駆動が制御される。

また、上記請求項１に記載した本発明の指針式表示ユニットによれば、前記ステップ数算出手段６０ａにより算出されたステップ数が、予め定めた所望のステップ数以下の場合、強制指針制御手段６０ｃによって、前記予め定めた所望のステップ数だけステッピングモータの駆動が制御される。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、指針式表示ユニットの指針制御装置は、起動時における指針の現在位置から目標指示位置まで、指針を移動させるステッピングモータのステップ数を動作させる時間が一定となるように、ステッピングモータの駆動を制御する構成としている。このため、過去のデータを用いることなく、速度変化に応じて指針を目標指示位置までスムーズに移動させることが可能である。さらに、過去のデータを用いていないので、指針を制御する処理時間を短くして指針動作の応答性を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、予め定めた所望のステップ数以下の場合には、その予め定めた所望のステップ数だけステッピングモータの駆動を制御する構成としているので、指針が目標指示位置にいつまでも収束しないという問題を解決することができる。つまり、指針の現在位置から目標指示位置までの残りのステップ数が、一定の数（例えば、１、２ステップ等）になったとき、強制的に目標指示位置まで指針が移動するように、ステッピングモータを駆動しているので、指針の位置を実速度に対して一定の遅れをもたせてステッパモータ式のムーブメントを駆動する場合でも、指針を目標指示位置に収束させることが可能である。

指針式表示ユニットの基本構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る指針式表示ユニットの一例を示す外観図である。 本発明の一実施形態に係る指針式表示ユニットの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る指針式表示ユニットにおける作動原理を説明するための図である。 図３中のＣＰＵが実行するメイン処理を示すフローチャートである。 図３中のＣＰＵが実行する制動割込み処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る指針式表示ユニットの動作を説明するための図である。 図７中の指針式表示ユニットにおける指針の状態を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る指針式表示ユニット１０を、図１ないし図８を参照して説明する。

指針式表示ユニット１０は、図２に示すように、車両の速度を表示するスピードメータ１００等に用いられる。スピードメータ１００は、表面に目盛、数字、文字又は記号などの指標が形成された文字板１１と、この文字板１１の表面に配置される指針１２と、見返し板１３などを備えている。

図３に示すように、指針式表示ユニット１０は、ステッピングモータ１と、このステッピングモータ１により駆動される指針１２と、ステッピングモータ１の回転を制御する制御部２と、制御部３に接続された書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ４と、で構成されている。

ステッピングモータ１は、２つの励磁コイル１ａと、マグネットロータ１ｂと、ギア１ｃと、当接片１ｄと、ストッパ１ｅと、を備えている。２つの励磁コイル１ａは、制御部２に接続されており、制御部２から出力される周期的な駆動信号の供給を受けて、励磁状態が周期的に変化する。マグネットロータ１ｂは、Ｎ極およびＳ極が交互に５極ずつ着磁され、２つの励磁コイル１ａの励磁状態の変化に応じて回転する。ギア１ｃは、マグネットロータ１ｂの駆動力を指針１２に伝える。当接片１ｄは、マグネットロータ１ｂの回転に連動し、被駆動部材として用いられる。ストッパ１ｅは、当接片１ｄとの当接によって、マグネットロータ１ｂの回転を機械的に停止させる。

制御部２は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、および、ＲＡＭ２３から構成されている。ＣＰＵ２１は、動作プログラムに従って所定の処理動作を実行するいわゆる中央制御装置として機能する。なお、本実施形態では、ＣＰＵ２１は、指示位置検出プログラムを有する指示位置検出装置５０、および、指針制御プログラムを有する指針制御装置６０、として機能する。

また、制御部２は、複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成され互いに位相が９０度異なる２つの周期的な駆動信号、すなわちＣＯＳ電流およびＳＩＮ電流を、ステッピングモータ１の２つの励磁コイル１ａに供給する。１電気サイクルは、例えば、均等に割り当てられた３２の励磁ステップから構成される。

ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１の動作プログラムや予め与えられる規定値などが保持された記憶手段として構成されており、装置の動作時において、その保持内容がＣＰＵ２１により参照される。ＲＯＭ２２には、制御部２から出力される駆動信号の回転トルクを設定するための複数の駆動テーブルが予め記憶されている。

また、ＲＯＭ２２は、図１に示す指示位置検出装置５０および指針制御装置６０としてＣＰＵ２１を機能させるための指示位置検出プログラムおよび指針制御プログラムをそれぞれ記憶している。

ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１の動作時において必要な情報を一時保持する読み書き可能な記憶手段として構成されている。ＲＡＭ２３は、指針１２の現在位置等を記憶する。

ＥＥＰＲＯＭ４は、ステッピングモータ１の初期化動作のトルク制御に関連するトルク制御パラメータを予め記憶している。

走行センサ４は、例えばトランスミッションシャフトに取り付けられており、このトランスミッションシャフトが回転した場合、その回転速度に応じた所定の周期で速度情報を出力する。そして、この出力された速度情報は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）４１にて整形された後に制御部２のＣＰＵ２１に取り込まれ、ＲＡＭ２３に格納される。

以上の構成を有する指針式表示ユニット１０において、制御部２のＣＰＵ２１は、車載バッテリ（図示せず）からの電源投入が行われると、前記指示位置検出プログラムや前記指針制御プログラムなどの動作プログラムに従って初期化動作を開始し、ＲＡＭ２３に格納された指針１２の現在位置を読み出す。この指針１２の現在位置は、当然、当接片１の現在位置にも相当する。

そして、制御部２は、その読み出した現在位置に応じて、ステッピングモータ１を駆動するための駆動信号をステッピングモータ１に周期的に出力する。その駆動信号により、ステッピングモータ１内部の励磁コイル１ａの励磁状態が変化し、励磁コイル１ａに囲まれたマグネットロータ１ｂに回転トルクが発生し、ステッピングモータが回転し指針が移動する。

次に、図４を参照して本発明の作動原理について説明する。本発明は、図４に示すように、指針式表示ユニット１０において、指針の現在位置β（現在ステップ数μ）から目標の指示位置γ（目標ステップ数θ）までの到達する時間を常に一定に保つように、ステッピングモータ１を駆動させ指針１２を制御する。

つまり、本発明の指針式表示ユニット１０は、現在ステップ数μと目標ステップ数θとの差分であるステップ数（θ−μ）に応じて、目標ステップ数θに到達する時間が一定となるように、ステッピングモータ１を駆動させ指針１２を制御する。

次に、上述した構成を有する具体的な動作について、図５および図６のフローチャートを参照して説明する。つまり、上述したＣＰＵ２１が指示位置検出プログラム（メイン処理）および指針制御プログラム（制動割込み処理）を実行したときの処理概要の一例を、以下に説明する。なお、指示位置検出プログラムおよび指針制御プログラムは、ＣＰＵ２１で並列に動作する。

最初に、図５において、メイン処理の一例を説明する。ＣＰＵ２１の電源がＯＮされると、図５に示すステップＳ５１において、走行センサ４から入力されたスピード（速度）が入力される。そして、ステップＳ５２に進み、その入力されたスピードから目標の指示位置までの目標ステップ数θを計算する。

次に、図６において、制動割込み処理の一例を説明する。ここで、本実施形態において、制動割込み処理は、タイマー割込みで処理が行われる。まず、設定した所定の時間で制動割込み処理が実行されると、図６に示すステップＳ６１において、メイン処理で算出された目標ステップ数θおよび現在ステップ数μに基づいて、予め定めた所望のステップ数ｎ（例えば、ｎ＝１、２）以下であるか否かを判断する。つまり、指針１２の現在位置からその目標指示位置までのステップ数が、所望の値ｎ以下であるか否かを判断する。

ｎ以下だった場合（Ｓ６１でＹ）、ステップＳ６２に進み、ｎステップだけステッピングモータ１を動作させる。そして、ステップＳ６５に進み、次回の制動割込み処理までの所定時間、例えば、１ｍｓｅｃをＣＰＵ２１のＲＡＭ２３に設定し、処理を終了する。

一方、指針１２の現在位置からその目標指示位置までのステップ数が、予め定めたステップ数ｎ以上だった場合（Ｓ６１でＮ）、ステップＳ６３に進み、指針１２の現在位置から目標指示位置までの到達する時間を常に一定に保つように、目標ステップ数θおよび現在ステップ数μとからステップ送り速度、すなわち、指針１２の到達時間を演算する。

そして、ステップＳ６４に進み、ステップＳ６３で演算された演算結果に基づいて、ステッピングモータを駆動させて、指針１２を制御する。その後、ステップＳ６５に進み、上述したように、次回の制動割込み処理までの所定時間、例えば、１ｍｓｅｃをＣＰＵ２１のＲＡＭ２３に設定し処理を終了する。

ここで、本実施形態では、制動割込み処理が行われる所定時間を一定時間毎（１ｍｓｅｃ毎）としたが、制動割込み処理を行う時間を変動させることも可能である。具体的には、制動割込み処理を行う時間を、（現在ステップ数μから目標ステップ数θまでの到達時間）−ｍ、あるいは、（現在ステップ数μから目標ステップ数θまでの到達時間）×ｎとしても動作させることが可能である（ｍ、ｎは、一定定数）。また、もっと複雑に目標ステップ数θに近づくにつれて、制動割込み処理時間を小さくなるように変動させることもできる。

以上説明した図１に示す指示位置検出装置５０におけるメイン処理を制御部２（ＣＰＵ２１）が実行することで、請求項中の目標指示位置検出手段５０ａ等の各種手段として制御部２が機能することになる。そして、メイン処理における図５のフローチャート中のステップＳ５２が目標指示位置検出手段５０ａに相当する。

また、図１に示す指針制御装置６０における制動割込み処理を制御部２（ＣＰＵ２１）が実行することで、ステップ数算出手段６０ａ、指針制御手段６０ｂ、強制指針制御手段６０ｃ等の各種手段として制御部２が機能することになる。そして、制動割込み処理における図６のフローチャート中のステップＳ６１がステップ数算出手段６０ａ、ステップＳ６２が強制指針制御手段６０ｃ、ステップＳ６３およびステップＳ６４が指針制御手段６０ｂ、にそれぞれ相当する。

次に、本発明の指針式表示ユニットの動作（作用）の一例を、図７および図８を参照して説明する。なお、図７に示すように、目標ステップ数を一定とした場合について説明する。

図７に示す時間ｔ₁おいて、上述した制動割込み処理が実行されると、図８の（Ａ）に示すように、現在位置αから目標指示位置βまでのステップ数ａが、所望の値ｎ以下であるか否かが判断される（ステップＳ６１）。

ｎ以下だった場合には、ｎステップだけステッピングモータを動作させて（ステップＳ６２）、次回の制動割込み処理までの時間ｔ₂をＣＰＵ２１のＲＡＭ２３に設定し処理が終了する（ステップＳ６５）。

一方、ｎ以上だった場合には、指針１２の現在位置αから目標指示位置βまでを動作させる時間が常に一定となるように、目標指示位置βの目標ステップ数および現在位置αの現在ステップ数とからステップ送り速度が算出され（ステップＳ６３）、その算出されたステップ送り速度に基づいて、指針１２が制御される（ステップＳ６４）。

そして、上述したように、次回の制動割込み処理までの時間ｔ₂をＣＰＵ２１のＲＡＭ２３に設定し処理が終了する（ステップＳ６５）。

その後、ＣＰＵ２１のＲＡＭ２３に設定した時間ｔ₂で、上述した制動割込み処理が実行され、上述に述べた処理を繰り返す。つまり、時間ｔ₂におけるステップ数ｂ（すなわち、図８の（Ｂ）に示す現在位置α′から目標指示位置βまでのステップ数ｂ）が、所定の値ｎ以下であるか否かが判断され、ｎ以下だった場合には、ｎステップだけステッピングモータを動作させ、指針１２を強制的に目標指示位置に制御する。そして、ｎ以上だった場合には、ステップ数ｂを動作させる時間が、ステップ数ａを動作させる時間と等しくなるように、ステップ送り速度が算出され、その算出された速度に基づいて指針１２が制御される。

以上、説明した指針式表示ユニット１０によれば、起動時における指針の現在位置から目標指示位置まで、指針を移動させるステッピングモータのステップ数を動作させる時間が一定となるように、ステッピングモータの駆動を制御する構成としているので、過去のデータを用いることなく、速度変化に応じてスムーズな指針駆動を行うことができる。また、過去のデータを用いていないので、指針を制御する処理時間を短くして指針動作の応答性を向上させることができる。

さらに、予め定めた所望のステップ数以下の場合には、その予め定めた所望のステップ数だけステッピングモータの駆動を制御する構成としているので、指針が目標指示位置にいつまでも収束しないという問題を解決することができる。

このように上述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１０ 指針式表示ユニット
１２ 指針
５０ 指示位置検出装置
６０ 指針制御装置
５０ａ 目標指示位置検出手段
６０ａ ステップ数算出手段
６０ｂ 指針制御手段
６０ｃ 強制指針制御手段

Claims (1)

1. 入力された指示情報に基づき指針の目標指示位置を検出する目標指示位置検出手段を備えた指示位置検出装置と、所望の起動時間毎に起動されたときにステッピングモータの駆動を制御して、前記目標指示位置検出手段により検出された目標指示位置に向けて指針を移動させる指針制御装置と、を有する指針式表示ユニットにおいて、
   前記指針制御装置は、
   前記起動時における指針の現在位置から前記目標指示位置検出手段により検出された目標指示位置まで、前記指針を移動させる前記ステッピングモータのステップ数を算出するステップ数算出手段と、
   前記ステップ数算出手段が算出したステップ数を動作させる時間が一定となるように、前記ステッピングモータの駆動を制御する指針制御手段と、
   前記ステップ数算出手段により算出されたステップ数が、予め定めた所望のステップ数以下の場合には、前記予め定めた所望のステップ数だけステッピングモータの駆動を制御する強制指針制御手段と、
   を有することを特徴とする指針式表示ユニット。

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