JP6488585B2

JP6488585B2 - 車両用制御装置

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Publication number: JP6488585B2
Application number: JP2014161743A
Authority: JP
Inventors: 竜一舘石
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: JP2016037180A

Description

本発明は、車載モータを制御する車両用制御装置に関する。

ヘッドランプの光軸調整用アクチュエータ又はシャッター等の動力源には主としてモータが用いられる。これらのモータが作動中に、ヘッドランプ又はシャッター等の被駆動部材が異物等に接触すると、動力源であるモータの動作が妨げられ、意図通りの制御が困難になる。また、モータが作動していない場合であっても、被駆動部材であるシャッターがこじ開けられた場合、又はヘッドランプの光軸が外力により曲げられた場合には、モータの出力軸の実際の位置と、モータを制御する指令信号が示す出力軸の位置とに差異が生じ、意図通りの制御が困難になる。

特許文献１には、モータの出力軸と同期して回転する巻軸にトルクセンサを設け、トルクセンサが検知した巻軸のトルクの変化から、シャッター等の被駆動部材に外力が作用していることを検知する開閉装置の発明が開示されている。

特開２００４−２３２３８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の開閉装置は、巻軸のトルクの変化によって、シャッターに外力が作用したことを検知できるが、外力の作用で巻軸の実際の位置が、指令信号の位置とどの程度ずれたのかを明らかにすることができないという問題点があった。また、巻軸のトルクの変化に基づく判定では、シャッター等の被駆動部材に外力が作用した場合の巻軸のトルクの変化と、モータに何らかの異常が発生した場合の巻軸のトルクの変化とを明確に区別できないという問題点もあった。

一般に、出力軸の位置の遷移の検知には、ホールＩＣ等の回転を検知するセンサが用いられる。例えば、ホールＩＣが検知したモータの出力軸の実際の位置と、指令信号が示す出力軸の位置とを比較し、両者に差異が生じた場合に、何らかの異常が発生したと判定することができる。また、ホールＩＣによって検知した出力軸の実際の位置と、指令信号が示す出力軸の位置との差を算出することで、モータの出力軸の実際の位置が、指令信号が示す出力軸の位置からどの程度ずれたのかを明らかにすることができる。

しかしながら、ホールＩＣによって検知した出力軸の実際の位置と指令信号が示す出力軸の位置との差は、モータ自体の動作の異常によって生じたものなのか、モータの出力軸に外力が作用した結果生じたものなのかを区別できないという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、モータの動作の異常又はモータの出力軸に外力が作用した場合の異常を各々判別して検知できる車両用制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１記載の車両用制御装置は、減速部を介した出力軸の回転により、被駆動部材を駆動するモータと、前記出力軸の端部に設けられたセンサマグネットの前記出力軸の回転に応じた磁界の変化から前記出力軸の回転角度を検知する回転角度検知部と、上位制御装置からの指令信号に基づいた制御により前記モータが回転を停止した際の前記回転角度検知部が検知した前記出力軸の回転角度を記憶する記憶部と、前記上位制御装置からの回転角度の指令信号に基づいて前記モータの回転角度を制御すると共に、前記モータの回転中に、前記回転角度の指令信号が示す位置と前記回転角度検知部が検知した回転角度との相違が所定範囲を超えた場合に前記モータの異常と判定し、前記モータが停止中に前記回転角度検知部が検知した現在の回転角度と前記記憶部に記憶された回転角度との相違が所定範囲を超えた場合に外力の作用による前記出力軸の異常と判定する制御部と、を含む。

この車両用制御装置によれば、制御部は、モータが作動中の場合は、指令信号が示す出力軸の回転角度と回転角度検知部が検知した出力軸の回転角度との相違が所定範囲を超えた場合にモータが異常と判定する。さらに、制御部は、モータが停止中の場合には、記憶部に記憶されている回転角度と回転角度検知部が検知した出力軸の回転角度との相違が所定範囲を超えた場合に外力の作用による出力軸の異常と判定する。その結果、モータの動作の異常又はモータの出力軸に外力が作用した場合の異常を各々判別して検知できる。

請求項２記載の車両用制御装置は、請求項１記載の車両用制御装置において、前記制御部は、判定した結果を前記上位制御装置に出力する。

この車両用制御装置によれば、モータの動作の異常又はモータの出力軸に外力が作用した場合の異常を各々判別して上位制御装置に出力することにより、当該モータを用いた製品の異常な動作の原因究明に資することができる。

請求項３記載の車両用制御装置は、請求項１又は２記載の車両用制御装置において、前記回転角度検知部はホール素子及びシュミットトリガを有するホールＩＣであり、前記ホール素子は前記出力軸に設けられた永久磁石の前記出力軸の回転角度に応じて変化する磁界を検知し該磁界の変化に応じた信号を出力し、前記シュミットトリガを含む回路は前記ホール素子が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。

この車両用制御装置によれば、モータの動作の異常又はモータの出力軸に外力が作用した場合の異常を各々判別するために検知する出力軸の回転角度を、汎用部品であるホールＩＣを用いて検知することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用制御装置の構成の一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係るモータのホールＩＣの位置を示す概略図である。図２に示されたＡ−Ａ線に沿ってモータを切断した断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る車両用制御装置の回転角度検知部の回路構成の一例を示した概略図である。本発明の実施の形態に係る車両用制御装置の回転角度検知部が出力したホールＩＣ信号の一例を示したグラフである。本発明の実施の形態に係る車両用制御装置の制御の一例を示したフローチャートである。

図１は、本実施の形態に係る車両用制御装置１０の構成の一例を示す概略図である。車両用制御装置１０は、被駆動部材５０を出力軸３６の回転力で駆動するモータ１８を制御する装置である。図１に示した被駆動部材５０は、一例として車両のヘッドランプであり、モータ１８は、モータ制御回路２０の制御に基づいて回転し、ヘッドランプの光軸を調整する。

本実施の形態に係る車両用制御装置１０は、モータ１８を制御するモータ制御回路２０と、モータ１８の出力軸３６の回転角度を検知する回転角度検知部４０とを含んでいる。モータ制御回路２０は、車両の主ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の上位ＥＣＵから受信した指令信号に基づいてモータ１８が回転するように、ドライバ回路２８を制御するマイクロコンピュータ２６を含む。マイクロコンピュータ２６には、電源である車載のバッテリの略１２Ｖの電力を５Ｖに調整する５Ｖレギュレータ２４が接続されており、マイクロコンピュータ２６は、５Ｖレギュレータ２４を介して供給された電力によって動作する。

ドライバ回路２８は、モータ１８を作動させるための電圧（電流）をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって生成してモータ１８に供給する。モータ１８がブラシレスＤＣモータであれば、ドライバ回路２８は、スイッチング素子に電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用した三相インバータ回路を含み、マイクロコンピュータ２６の制御によって、所定のデューティ比の電圧を出力する。

回転角度検知部４０のホールＩＣ４２は、５Ｖレギュレータ２４を介して供給された電力で動作して出力軸３６と同軸に設けられたセンサマグネット６８の磁界を検出し、検出した磁界の変化に応じた信号をマイクロコンピュータ２６に出力する。マイクロコンピュータ２６は、検出された磁界に基づいて出力軸３６の回転角度を算出すると共に、算出した回転角度と、上位ＥＣＵから受信した指令信号の回転角度の指令値とを比較し、比較した結果を上位ＥＣＵに状態返信として送信する。

本実施の形態では、マイクロコンピュータ２６は、前回のモータ１８の作動時にホールＩＣ４２が出力した信号に基づいて算出した回転角度の値を記憶した前回値格納ＲＡＭ（Random Access Memory）２６Ａを含む。前回値格納ＲＡＭ２６Ａが記憶する回転角度の値は、例えば、上位ＥＣＵからの指令信号に基づいたマイクロコンピュータ２６の制御により、前回のモータ１８の作動時においてモータ１８が作動を停止した時にホールＩＣ４２が検知した回転角度である。本実施の形態では、マイクロコンピュータ２６は、モータ１８が作動していない場合に、ホールＩＣ４２で検知した回転角度と、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている回転角度と、を比較し、両者に差異がある場合に、被駆動部材５０であるヘッドランプに何らかの外力が作用して、ヘッドランプの光軸が変化したと判定する。ホールＩＣ４２で検知した回転角度と、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている回転角度とに差異がある場合とは、両者の相違が所定範囲を超えた場合である。また、ホールＩＣ４２で検知した回転角度と、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている回転角度の相違は、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている回転角度とホールＩＣ４２で検知した回転角度との差、又は比である。

なお、前回値格納ＲＡＭ２６Ａは、モータ１８が作動を停止した時にホールＩＣ４２が検知した出力軸３６の回転角度を記憶する際に、以前に記憶した回転角度の情報を、新たな回転角度の情報で上書き保存してもよい。

図２は、本実施の形態に係るモータ１８のホールＩＣ４２の位置を示す概略図である。図２に示したように、モータ１８は、永久磁石で構成されたロータ８８の周方向に回転磁界を発生させるコイル８６が隣接している。ロータ８８から延びるロータシャフト８８Ａの端部にはウォーム２２Ａが形成され、ウォーム２２Ａは、出力軸３６と一体に形成されたウォームホイール２２Ｂと噛み合っている。本実施の形態では、ウォーム２２Ａとウォームホイール２２Ｂとで、減速機構２２を構成する。出力軸３６の一端にはセンサマグネット６８が取り付けられており、センサマグネット６８に対向してホールＩＣ４２が設けられている。

図３は、図２に示されたＡ−Ａ線に沿ってモータ１８を切断した断面を示す断面図である。ウォーム２２Ａは、ロータシャフト８８Ａの軸方向に沿って螺旋状に形成されている。また、ウォームホイール２２Ｂは、円盤状に形成されていると共に、その周方向に沿って平歯状の歯溝が形成されている。ウォーム２２Ａの螺旋状の歯溝とウォームホイール２２Ｂの歯溝とが噛み合うことによって、ロータ８８の回転を所定の減速比で減速して出力軸３６に伝達することが可能となっている。なお、出力軸３６の端部に相当するウォームホイール２２Ｂの底面中心にはセンサマグネット６８が取り付けられている。

上部ハウジング７８Ａ内の減速機構２２の直下には、本実施の形態に係る車両用制御装置１０の基板７６が設けられている。基板７６は、下部ハウジング７８Ｂによって覆われることにより保護され、基板７６には、モータ制御回路２０を構成する素子等が実装されている。また、基板７６において、出力軸３６の端部に設けられたセンサマグネット６８に対向する部分には、出力軸３６の回転に従って変化するセンサマグネット６８の磁界を検知し、当該磁界の変化を示す信号を出力するホールＩＣ４２が実装されている。

図４は、本実施の形態に係る車両用制御装置１０の回転角度検知部４０の回路構成の一例を示した概略図である。本実施の形態に係る回転角度検知部４０は、磁界の変化をホールＩＣ４２が検出したことによる回転角度検知部４０の回路の電流Ｉの変化を、磁気検出の信号としている。回路全体の電流Ｉは、シャント抵抗Ｒ１と増幅器６０とによって検出される。

ホールＩＣ４２は、シャント抵抗Ｒ１を介して図１に示した５Ｖレギュレータ２４からの電源電圧（Ｖｃｃ）が電源端子４２Ａに印加されると共に、接地端子４２Ｄは接地されている。ホールＩＣ４２は、電源端子４２Ａに、電圧Ｖｃｃが印加されているときに磁界を検出すると、いわゆるホール効果により、印加されている電圧Ｖｃｃ及び磁界とは直交する方向に起電力が生じるホール素子を含んでいる。また、ホールＩＣ４２は、磁界の検出によってホール素子に生じた起電力の変化をシュミットトリガ等（図示せず）の回路によってデジタル信号化して、出力端子４２Ｂと出力端子４２Ｃとの間でハイレベル又はローレベルとして示される電位差として出力する。ホールＩＣ４２の出力段は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタになっており、当該バイポーラトランジスタのコレクタは前述の出力端子４２Ｃであり、同ベースにはホール素子及びシュミットトリガを含む回路が接続され、同エミッタは接地されている。

ホールＩＣ４２の出力端子４２Ｂには抵抗Ｒ２の一端が接続されている。そして、抵抗Ｒ２の他端は電源端子４２Ａに接続されている。また、コンデンサＣ１の一端は電源端子４２Ａに接続され、他端は接地されている。コンデンサＣ１は、Ｖｃｃから過電圧が出力端子４２Ｂに印加されるおそれがある場合に、過電圧を蓄えて接地領域に逃がすための素子である。回路の過電圧が問題にならない場合は、コンデンサＣ１を省略してもよい。

本実施の形態では、ホール素子が磁界を検出したことで出力端子４２Ｂ，４２Ｃの電位が変化すると、回転角度検知部４０の回路全体の電流Ｉが変化する。例えば、出力端子４２Ｂ，４２Ｃの電位がローレベルの場合、Ｖｃｃから電流がホールＩＣ４２の出力端子４２Ｂに流れやすくなり、電流Ｉは大きくなる。また、出力端子４２Ｂ，４２Ｃの電位がハイレベルの場合、Ｖｃｃから電流がホールＩＣ４２の出力端子４２Ｂに流れにくくなり、電流Ｉは小さくなる。本実施の形態では、かかる電流Ｉの変化をシャント抵抗Ｒ１及び増幅器６０で検出する。

図５は、本実施の形態に係る車両用制御装置１０の回転角度検知部４０が出力したホールＩＣ信号の一例を示したグラフである。本実施の形態で用いたホールＩＣは、前述のように、アナログ信号をデジタル信号に変換するシュミットトリガ等の回路を備えているので、回転角度検知部４０が出力する信号は、横軸に示した出力軸の位置（回転角度）に応じてハイレベルとローレベルとに変化する矩形波となる。

なお、回転角度検知部４０が、図４に示したように、回路の電流値の変化を出力するタイプであれば、図５に示したホールＩＣ信号は、回転角度検知部４０の回路の電流値の変化を示す矩形波である。本実施の形態では、回転角度検知部４０を図４のような構成にせず、ホールＩＣ４２の出力端子４２Ｂ，４２Ｃから出力された信号をホールＩＣ信号としてマイクロコンピュータ２６に出力してもよい。かかる場合であれば、図５に示したホールＩＣ信号は、ホールＩＣ４２の出力端子４２Ｂ，４２Ｃの電位差を示す矩形波である。

図６は、本実施の形態に係る車両用制御装置１０の制御の一例を示したフローチャートである。ステップ６００では、マイクロコンピュータ２６は、車両用制御装置１０の全異常をリセットする。

ステップ６０２では、上位ＥＣＵからモータ１８を作動させる指令信号が入力されたか否かを判定する。ステップ６０２で肯定判定の場合には、ステップ６０４で回転角度検知部４０から出力されたホールＩＣ信号が示す出力軸の位置（回転角度）が、指令信号が示す位置と一致するか否かを判定する。ステップ６０４では、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と指令信号が示す位置を中心値との相違が所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と指令信号が示す位置との相違は、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と指令信号が示す位置との差又は比である。例えば、両者の差に基づいて判定するのであれば、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置が指令信号が示す位置を中心値とした所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。所定範囲は、一例として、中心値に対して±１０度である。また、両者の比に基づいて判定するのであれば、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置の指令信号が示す位置に対する比（％）が所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。所定範囲は、一例として、指令信号が示す位置に対して±１〜２％である。

ステップ６０４で肯定判定の場合には、手順をステップ６０２に戻す。ステップ６０４で否定判定の場合は、モータ１８に何らかの異常が生じ、出力軸３６の位置が指令信号が示す位置と差異が生じているので、ステップ６０６で「モータ異常」の判定結果を上位ＥＣＵに出力して処理を終了する。

ステップ６０２で否定判定の場合、すなわち、モータ１８を作動させる指令信号が入力されていない場合には、ステップ６０８で、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置が、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置と一致するか否かを判定する。ステップ６０８では、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置との相違が所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置との相違は、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置と前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置との差又は比である。例えば、両者の差に基づいて判定するのであれば、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置が前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置を中心値とした所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。所定範囲は、一例として、中心値に対して±１０度である。また、両者の比に基づいて判定するのであれば、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置の前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置に対する比（％）が所定範囲内の場合に両者が一致すると判定する。所定範囲は、一例として、前回値格納ＲＡＭ２６Ａに記憶されている出力軸の位置に対して±１〜２％である。

ステップ６０８で肯定判定の場合には、手順をステップ６０２に戻す。ステップ６０８で否定判定の場合は、被駆動部材５０に何らかの外力が加えられた場合なので、ステップ６１０で「外力異常」の判定結果を上位ＥＣＵに出力して処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態では、ホールＩＣ信号が示す出力軸の位置が、モータ１８が作動する場合には指令信号が示す出力軸の位置と一致するか否か、モータが作動しない場合には前回作動時の出力軸の位置と一致するか否か、各々判定する。かかる判定により、モータの動作の異常又はモータの出力軸に外力が作用した場合の異常を各々判別して検知できる。

さらに、モータ１８の動作の異常又はモータ１８の出力軸３６に外力が作用した場合の異常を各々判別して上位ＥＣＵに出力することにより、モータ１８を用いた製品の異常な動作の原因究明に資することができる。

１０…車両用制御装置、１８…モータ、２０…モータ制御回路、２２…減速機構、２２Ａ…ウォーム、２２Ｂ…ウォームホイール、２４…５Ｖレギュレータ、２６…マイクロコンピュータ、２６Ａ…前回値格納ＲＡＭ、２８…ドライバ回路、３６…出力軸、４０…回転角度検知部、４２…ホールＩＣ、４２Ａ…電源端子、４２Ｂ，４２Ｃ…出力端子、４２Ｄ…接地端子、５０…被駆動部材、６０…増幅器、６８…センサマグネット、７６…基板、７８Ａ…上部ハウジング、７８Ｂ…下部ハウジング、８６…コイル、８８…ロータ、８８Ａ…ロータシャフト

Claims

減速部を介した出力軸の回転により、被駆動部材を駆動するモータと、
前記出力軸の端部に設けられたセンサマグネットの前記出力軸の回転に応じた磁界の変化から前記出力軸の回転角度を検知する回転角度検知部と、
上位制御装置からの指令信号に基づいた制御により前記モータが回転を停止した際の前記回転角度検知部が検知した前記出力軸の回転角度を記憶する記憶部と、
前記上位制御装置からの回転角度の指令信号に基づいて前記モータの回転角度を制御すると共に、前記モータの回転中に、前記回転角度の指令信号が示す位置と前記回転角度検知部が検知した回転角度との相違が所定範囲を超えた場合に前記モータの異常と判定し、前記モータが停止中に前記回転角度検知部が検知した現在の回転角度と前記記憶部に記憶された回転角度との相違が所定範囲を超えた場合に外力の作用による前記出力軸の異常と判定する制御部と、
を含む車両用制御装置。
前記制御部は、判定した結果を前記上位制御装置に出力する請求項１記載の車両用制御装置。
前記回転角度検知部はホール素子及びシュミットトリガを有するホールＩＣであり、前記ホール素子は前記出力軸に設けられた永久磁石の前記出力軸の回転角度に応じて変化する磁界を検知し該磁界の変化に応じた信号を出力し、前記シュミットトリガを含む回路は前記ホール素子が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する請求項１又は２記載の車両用制御装置。