JP6848513B2 - 開閉体駆動モータ及び開閉体駆動システム - Google Patents

開閉体駆動モータ及び開閉体駆動システム Download PDF

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Description

本発明は、パワーウインドやスライドルーフ、スライドドア等の自動開閉を行う開閉体駆動モータ及び開閉体駆動システムに関する。
車両の開閉体駆動システムとしてのパワーウインドシステムにおいて、搭乗者が車両から降車した状況でウインドガラスが全閉状態でないと、スピーカやディスプレイ等で警告報知する機能が備えられている車両がある(例えば特許文献1参照)。
特開2005−336831号公報
ところで、本発明者は、パワーウインドモータの駆動によるウインドガラスの所定の開閉作動を搭乗者等に報知することを検討していた。この報知に関して、ウインドガラスの開閉作動に直接的に関与するパワーウインドモータで何かできないかを合わせて検討していた。また、このようなパワーウインドシステムのみならず、スライドルーフやスライドドアを自動開閉するシステムにおいても同様である。
本発明の目的は、開閉体の所定の開閉作動を自身を以て発音報知することができる開閉体駆動モータ及び開閉体駆動システムを提供することにある。
上記課題を解決する開閉体駆動モータは、車両の開閉体を自動開閉するためのモータ本体と、該モータ本体に駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動電力をPWM制御により調整し前記モータ本体を通じて前記開閉体の作動態様を変更可能に制御する制御回路とを備える開閉体駆動モータであって、前記制御回路のPWM制御部は、前記駆動回路のスイッチング素子をオン固定として前記開閉体を通常速度で作動させるよりもオンオフ駆動させて低速作動させる区間において、前記PWM制御における制御周波数に可聴域の周波数を含ませて前記モータ本体を可聴域で振動させることによる発音動作を行わせる。
この構成によれば、PWM制御の調整により駆動回路のスイッチング素子をオンオフ駆動させて開閉体を低速作動させる区間において、PWM制御の制御周波数に可聴域の周波数を含ませてモータ本体を可聴域で振動させることで発音動作が行われる。このモータ本体による発音にて、開閉体の所定の開閉作動を搭乗者等に報知することが可能である。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、前記開閉体の低速作動と共に前記発音動作させる区間は、閉作動させる前記開閉体の全閉側の区間である。
この構成によれば、閉作動させる開閉体の全閉側の区間での発音報知は、開閉体の全閉状態の確認や開閉体による異物挟持の注意喚起等を行うことが可能となる。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、前記PWM制御部は、前記発音動作させる前記区間において、前記PWM制御の制御周波数の可聴域と非可聴域との切り替えを少なくとも2以上繰り返す。
この構成によれば、発音動作させる区間においてモータ本体による発音が2以上繰り返されるため、モータ本体による発音を気付き易くすることが可能である。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、前記制御回路は、前記開閉体の位置検出の初期設定時において、前記開閉体を一旦全開位置としてから全閉位置まで開閉作動させることを要件としているものであり、前記PWM制御部は、前記開閉体の前記全開位置と前記全閉位置とをそれぞれ認識可能とすべくその全開位置と全閉位置とにおいて局所的に前記PWM制御の制御周波数を可聴域に切り替える。
この構成によれば、開閉体の全開位置と全閉位置とにおいて局所的にPWM制御の制御周波数が可聴域に切り替えられて、開閉体の全開位置と全閉位置とがそれぞれ認識可能に発音報知がなされる。これにより、制御回路での開閉体の位置検出の初期設定時において、開閉体を一旦全開位置としてから全閉位置まで開閉作動させる際に、簡易で確実に開閉体を各位置に配置することが可能である。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、前記モータ本体の開閉対象である前記開閉体は、車両ドアに備えられるウインドガラスである。
この構成によれば、車両ドアに備えられるウインドガラスを自動開閉するパワーウインドモータにおいて、モータ本体による発音が行われる。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、モータ本体は、ブラシ付きモータである。
この構成によれば、ブラシ付きモータによる発音が行われる。
また、上記の開閉体駆動モータにおいて、モータ本体は、ブラシレスモータである。
この構成によれば、ブラシレスモータによる発音が行われる。
また、上記課題を解決する開閉体駆動システムは、車両の開閉体を自動開閉するためのモータ本体を含む開閉体駆動モータと、前記モータ本体に駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動電力をPWM制御により調整し前記モータ本体を通じて前記開閉体の作動態様を変更可能に制御する制御回路とを備える開閉体駆動システムであって、前記制御回路のPWM制御部は、前記駆動回路のスイッチング素子をオン固定として前記開閉体を通常速度で作動させるよりもオンオフ駆動させて低速作動させる区間において、前記PWM制御における制御周波数に可聴域の周波数を含ませて前記モータ本体を可聴域で振動させることによる発音動作を行わせる。
この構成においても、モータ本体による発音にて、開閉体の所定の開閉作動を搭乗者等に報知することが可能である。
本発明の開閉体駆動モータ及び開閉体駆動システムによれば、開閉体の所定の開閉作動を自身を以て発音報知することができる。
一実施形態におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 同実施形態における動作を説明するための動作説明図。 変形例における動作を説明するための動作説明図。 変形例における動作を説明するための動作説明図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。 変形例におけるパワーウインドモータを含むシステムの概略構成図。
以下、開閉体駆動システムとしてのパワーウインドシステムの一実施形態について説明する。
図1に示すように、車両に搭載されるパワーウインドシステム10は、車両ドアDRのウインドガラスWGの自動開閉を行うために各ドアDR内に取り付けられるパワーウインドモータ11と、各ドアDR毎のパワーウインドモータ11と通信可能に接続されるボディECU(Electric Control Unit:電子制御装置)21とを備える。
パワーウインドモータ11は、モータ本体12と、駆動回路13と、パワーウインドECU(P/WECU)14とが一体に組み付けられて構成されている。
モータ本体12は、駆動回路13からの駆動電力の供給に基づいて回転駆動し、ウインドレギュレータ(図示略)を介してウインドガラスWGを上下方向に開閉作動させる。
駆動回路13は、リレー回路13aと、FET(Field effect transistor)13bとを備える。リレー回路13aは、車両搭載のバッテリBTからの電力供給を受けてモータ本体12に対する正逆転駆動のための駆動電力の供給及び停止を行う回路である。また、半導体スイッチング素子であるFET13bは、PWM(Pulse Width Modulation)制御が行われ、リレー回路13aから出力する駆動電力の調整を行う。つまり、リレー回路13aは、モータ本体12の正転又は逆転駆動とその駆動停止、即ちウインドガラスWGの開又は閉方向への作動とその作動停止を行い、FET13bは、モータ本体12の回転速度の変更、即ちウインドガラスWGの作動速度の変更を行う。リレー回路13a及びFET13bは、P/WECU14にて制御される。
P/WECU14は、PWM制御部14aと、位置速度検出部14bと、挟み込み処理部14cとを備える。P/WECU14は、これらPWM制御部14a、位置速度検出部14b、及び挟み込み処理部14c等を用い、ウインドガラスWGの開閉作動に係る各種制御を行う。ここで、各種制御を行うに際し、P/WECU14には、モータ本体12の回転に同期した回転パルス信号が回転センサ15から入力される。また、P/WECU14には、車両ドアDR等に備えられる開閉スイッチ20からの開又は閉指令信号が入力される。
P/WECU14は、開指令信号の入力の場合にはリレー回路13aに対してモータ本体12を例えば正転させるための給電方向で、閉指令信号の入力の場合にはモータ本体12を例えば逆転させるための給電方向で、それぞれ給電可能な状態(ON)に切り替える。またこの場合、P/WECU14のPWM制御部14aは、FET13bの制御端子にPWM制御信号を出力し、FET13bがオン固定(デューティ100%)、若しくは所定周波数でオンオフ駆動(デューティ可変)するように切り替える。開閉指令信号の入力が無くなると、P/WECU14は、リレー回路13aに対してモータ本体12への給電を停止(OFF)し、PWM制御部14aは、PWM制御信号を通じてFET13bをオフに切り替える。
位置速度検出部14bは、モータ本体12の回転に同期した回転パルス信号に基づいて、具体的にはパルス信号のエッジのカウントに基づいて、モータ本体12の回転位置、即ちウインドガラスWGの位置検出を行う。ウインドガラスWGの位置情報は、P/WECU14内のメモリ(図示略)に都度記憶される。また、同じく回転パルス信号に基づいて、具体的にはパルス信号の周期の長短に基づいて、位置速度検出部14bは、モータ本体12の回転速度(ウインドガラスWGの作動速度)の検出を行う。モータ本体12の回転速度が遅くなる程、回転パルス信号の周期は長くなる。
挟み込み処理部14cは、ウインドガラスWGを閉作動しているモータ本体12の回転速度が基準速度以下に低下した場合、閉作動中のウインドガラスWGと車両ドアDRとの間で異物の挟み込みが生じたと判定する。この場合、ウインドガラスWGの作動速度をウインドガラスWGの位置等に応じて途中で変更させている場合では、挟み込みを判定するための基準速度も適宜変更される。そして、挟み込みが生じたと判定した場合、挟み込み処理部14cは、挟み込んだ異物を解放可能とすべくウインドガラスWGを例えば所定量開作動させるようにリレー回路13a及びFET13bを制御する。尚、挟み込み処理部14cにて、開作動中のウインドガラスWGと車両ドアDRとの間で生じる異物の巻き込みの判定を行ってもよく、この場合、挟み込み処理部14cは、巻き込んだ異物を解放可能とすべくウインドガラスWGを例えば所定量閉作動させるようにリレー回路13a及びFET13bを制御する。
P/WECU14は、上位ECUであるボディECU21と車両通信システムを介して通信可能に接続されている。車両通信システムとしては、LIN(Local Interconnect Network)通信や、CAN(Controller Area Network)通信等がある。P/WECU14は、必要な各種の車両情報をボディECU21から取得する。
次に、パワーウインドシステム10の動作(作用)について説明する。
P/WECU14は、ウインドガラスWGの開閉位置を認識しつつ、駆動回路13からモータ本体12に供給する駆動電力(モータ印加電圧)をFET13bのPWM制御にて調整しウインドガラスWGの開閉作動の速度制御を行っている。その内、ウインドガラスWGを閉作動させる場合において、P/WECU14は、図2に示すように(ウインドガラスWGの位置を窓位置と表記)、全閉付近になると通常速度から所定態様で減速するスローストップ制御を行っている。
ウインドガラスWGの開閉作動の全工程の内で、全閉位置Pxを含む約1/3の全閉付近の区間がスローストップ区間A1に設定されている。スローストップ区間A1は、スローストップを開始するスロー開始位置P0から全閉位置Pxまでの区間である。また、スローストップ区間A1の内で、スロー開始位置P0寄りの所定位置(スローストップ区間A1の約1/4の位置)が第1位置P1、全閉位置Px寄りの所定位置(スローストップ区間A1の約1/6の位置)が第2位置P2として設定されている。
そして、スローストップ区間A1より手前でウインドガラスWGが通常速度で閉作動させるのに対し、ウインドガラスWGがスロー開始位置P0となると次の第1位置P1まで減速区間A2とし、ウインドガラスWGの作動速度を通常速度から所定低速度まで漸次減速する。ウインドガラスWGが第1位置P1となると次の第2位置P2を通過した全閉位置Pxまで低速一定区間A3とし、ウインドガラスWGの作動速度を所定低速度一定とする。
上記態様の速度制御を行うにあたり、先ず、スローストップ区間A1の手前でウインドガラスWGを通常速度で閉作動する場合においては、PWM制御部14aは、FET13bをオン固定(デューティ100%)としている。つまり、PWM制御部14aは、モータ本体12に対するモータ印加電圧をバッテリ電圧Vb(約12[V])とする。尚、FET13bをオン固定(デューティ100%)とする場合でも、PWM制御の制御周波数は約20[kHz]に設定されている。
次いで、スローストップ区間A1において通常速度よりも低速とする場合では、PWM制御部14aは、デューティを100%から下側で調整し、FET13bをオンオフ駆動させる。スロー開始位置P0から第1位置P1までの減速区間A2では、PWM制御部14aは、デューティを100%からα%(例えば50%)まで次第に低下させる。つまり、PWM制御部14aは、モータ印加電圧をバッテリ電圧Vb(約12[V])から低速駆動電圧Va(例えば6[V])まで次第に低下するように制御する。第1位置P1から全閉位置Pxまでの低速一定区間A3では、PWM制御部14aは、デューティをα%で固定とする。つまり、PWM制御部14aは、モータ印加電圧を低速駆動電圧Va(例えば6[V])で一定に制御する。
このようにスローストップ区間A1を設定したウインドガラスWGの全閉位置Pxを含む全閉付近では、先ずその全閉位置Pxが機械的ロック位置でもあるため、通常速度で閉め切るよりも低速とすることで、全閉位置PxにてウインドガラスWGが機械的にロックされる際の衝撃の軽減が図られている。また、閉作動中のウインドガラスWGでは、車両ドアDRとの間で異物挟持も懸念されるため、スローストップ区間A1を設けてウインドガラスWGの閉作動を低速とすることで、その異物挟持が生じ難い状況としている。
また、本発明者は、上記したウインドガラスWGの全閉付近において、全閉までの閉め切りや異物挟持し得る状況等を搭乗者等に発音報知させたいと考えている。その一方で、発音報知のためにパワーウインドモータ11(P/WECU14)を既存の車載スピーカ等に接続することは煩雑であり、また発音装置を別途車両に搭載することは避けたい。
そこで、スローストップ区間A1をPWM制御によりFET13bをオンオフ駆動していることに着目し、本実施形態では、スロー開始位置P0から全閉位置Pxの手前の第2位置P2までの区間においてPWM制御部14aの制御周波数に例えば可聴域の約1[kHz]が用いられ、この区間を発音動作区間A4としている。
具体的には、発音動作区間A4では、PWM制御部14aは、制御周波数を1[kHz]→20[kHz]→・・・→1[kHz]→20[kHz]と切り替える。1[kHz]とする期間は例えば50[ms]、20[kHz]とする期間は例えば150[ms]とし、発音動作区間A4で2以上の複数回繰り返される。これによりモータ本体12に生じる振動としては、1[kHz]の期間ではこれに準じた周波数の振動となり、20[kHz]の期間ではこれに準じた周波数の振動となる。
つまり、モータ本体12の振動は、制御周波数が1[kHz]の期間では人の可聴域内の音となり、20[kHz]の期間では非可聴域となるため人には音として聞こえない。そして、発音動作区間A4において、1[kHz]から20[kHz]への制御周波数の切り替えが複数回繰り返されるため、1[kHz]の期間となる度に発音が生じる。このように本実施形態では、ウインドガラスWGの速度変更を行うべくPWM制御する区間を利用して、パワーウインドモータ11(モータ本体12)自身で発音動作が行われ、搭乗者等への報知が行われる。
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)PWM制御の調整により駆動回路13のFET13bをオンオフ駆動させてウインドガラスWGを低速作動させる区間A4において、PWM制御の制御周波数に可聴域の周波数(例えば1[kHz])を含ませてモータ本体12を可聴域で振動させることで発音動作が行われる。このモータ本体12による発音にて、ウインドガラスWGの所定の閉作動(区間4での閉作動)を搭乗者等に報知することができる。また、閉作動させるウインドガラスWGの全閉側の区間A4での発音報知は、ウインドガラスWGによる異物挟持の注意喚起等となり、またウインドガラスWGの全閉までの閉作動を確認することに用いることもできる。
(2)発音動作区間A4においてモータ本体12による発音が2以上繰り返されるため、モータ本体12による発音を気付き易くすることができる。
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・閉作動中のPWM制御時におけるウインドガラスWGの位置P0〜P2の区間A4にて発音報知を行ったが、これは一例であり、適宜変更してもよい。
例えば、図3に示すように、全閉位置Pxを含む第2位置P2からその全閉位置Pxまでの全閉区間A5において、PWM制御の制御周波数を可聴域の周波数(例えば1[kHz])に切り替えてもよい。この場合、例えばPWM制御の制御周波数を可聴域の周波数で固定とし、区間A5中では発音報知し続けるようにしてもよい。このようにすれば、ウインドガラスWGの全閉状態の確認等に用いることができる。
また、図4に示すように、開作動中のPWM制御時(低速作動時)においてもウインドガラスWGの全開位置Pyを含む手前位置Py1からその全開位置Pyまでの全開区間A6において、PWM制御の制御周波数を可聴域の周波数(例えば1[kHz])に切り替えてもよい。この場合においても、例えばPWM制御の制御周波数を可聴域の周波数で固定とし、区間A6中では発音報知し続けるようにしてもよい。このようにすれば、ウインドガラスWGの全開状態の確認等に用いることができる。
また、P/WECU14においてウインドガラスWGの位置検出の初期設定を行う際、ウインドガラスWGを一旦全開位置Pyとしてから全閉位置Pxまで開閉作動させることを要件としている場合、図4及び図3の態様のように、ウインドガラスWGの全開位置Pyと全閉位置Pxとで局所的にPWM制御の制御周波数を可聴域に切り替えて各位置Py,Pxを認識可能に発音報知すれば、簡易で確実にウインドガラスWGを各位置Py,Pxに配置でき、上記の初期設定を簡易且つ確実に行うことができる。
・PWM制御周波数、位置P0〜P2、電圧Va,Vb、デューティ比α等で用いた数値は一例であり、適宜変更してもよい。
・駆動回路13をリレー回路13aとFET13bとで構成したが、駆動回路の構成はこれに限らず、例えばFET等の半導体スイッチング素子を4個用いたフルブリッジ型駆動回路、半導体スイッチング素子を2個用いたハーフブリッジ型駆動回路を用いてもよい。
・開閉対象はウインドガラスWGでありそれを開閉するパワーウインドモータ11(パワーウインドシステム10)に適用したが、車両の他の開閉体駆動モータ(開閉体駆動システム)、例えばスライドルーフやスライドドアを駆動するモータ(システム)に適用してもよい。
・パワーウインドモータ11に駆動回路13とP/WECU14とを一体に設ける構成としたが、例えば図5に示すパワーウインドシステム10aのように、開閉スイッチ20側に駆動回路13とP/WECU14とを一体に設けていてもよい。因みに、パワーウインドモータ11側は、駆動回路13とP/WECU14とを省略した構成となる。
また、例えば図6に示すパワーウインドシステム10bのように、車両ドアDRに関する電装品を統合制御するドア統合ECU22を備えるものにおいて、該ドア統合ECU22に駆動回路13とP/WECU14とを一体に設けていてもよい。この場合も、パワーウインドモータ11側は簡略構成となる。因みに、ドア統合ECU22は、パワーウインド制御のみならず例えばドアミラー25の各種制御も行っており、制御対象毎にリレー回路23及びモータ24を介して制御を行っている。
・ウインドガラスWGの位置速度検出をモータ本体12の回転情報を得る回転センサ15にて行う構成としたが、例えば図7に示すパワーウインドシステム10cのように、モータ本体12の電流リップルを検出可能な電流センサ16を設け、該電流センサ16を通じてウインドガラスWGの位置速度検出(挟み込み検出含む)を行ってもよい。因みに、図7の構成は、図5の構成をベースに構成されている。
また、例えば図8に示すパワーウインドシステム10dのように、ウインドガラスWGの全閉位置を検出可能なタッチセンサ17(ウインドガラスWGが全閉位置にてドアフレームとの接触を検知するセンサ)を設け、該タッチセンサ17を通じてウインドガラスWGの全閉位置検出を行ってもよい。因みに、図8の構成も、図5の構成をベースに構成されている。
・特に言及しなかったが、パワーウインドモータ11のモータ本体12には、ブラシ付きモータやブラシレスモータが用いられる。例えば図9及び図10に示すパワーウインドシステム10e,10fでは、モータ本体12にブラシレスモータが用いられ、駆動回路13がFETのフルブリッジ等よりなるインバータ回路にて構成される。尚、図9のシステム10eは、駆動回路13及びP/WECU14をパワーウインドモータ11側に一体に設ける構成(図1の構成がベース)、図10のシステム10fは、駆動回路13及びP/WECU14を開閉スイッチ20側に一体に設ける構成(図5の構成がベース)としている。
・上記実施形態及び上記変形例は、それぞれ適宜組み合わせを変更してもよい。
11…パワーウインドモータ(開閉体駆動モータ)、12…モータ本体(開閉体駆動モータ)、13…駆動回路、13b…FET(スイッチング素子)、14…パワーウインドECU(制御回路)、14a…PWM制御部、DR…車両ドア、WG…ウインドガラス(開閉体)、A1,A4,A5,A6…区間、Px…全閉位置、Py…全開位置。

Claims (8)

  1. 車両の開閉体を自動開閉するためのモータ本体と、該モータ本体に駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動電力をPWM制御により調整し前記モータ本体を通じて前記開閉体の作動態様を変更可能に制御する制御回路とを備える開閉体駆動モータであって、
    前記制御回路のPWM制御部は、前記駆動回路のスイッチング素子をオン固定として前記開閉体を通常速度で作動させるよりもオンオフ駆動させて低速作動させる区間において、前記PWM制御における制御周波数に可聴域の周波数を含ませて前記モータ本体を可聴域で振動させることによる発音動作を行わせることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  2. 請求項1に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記開閉体の低速作動と共に前記発音動作させる区間は、閉作動させる前記開閉体の全閉側の区間であることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  3. 請求項1又は2に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記PWM制御部は、前記発音動作させる前記区間において、前記PWM制御の制御周波数の可聴域と非可聴域との切り替えを少なくとも2以上繰り返すことを特徴とする開閉体駆動モータ。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記制御回路は、前記開閉体の位置検出の初期設定時において、前記開閉体を一旦全開位置としてから全閉位置まで開閉作動させることを要件としているものであり、
    前記PWM制御部は、前記開閉体の前記全開位置と前記全閉位置とをそれぞれ認識可能とすべくその全開位置と全閉位置とにおいて局所的に前記PWM制御の制御周波数を可聴域に切り替えることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記モータ本体の開閉対象である前記開閉体は、車両ドアに備えられるウインドガラスであることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記モータ本体は、ブラシ付きモータであることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  7. 請求項1〜5の何れか1項に記載の開閉体駆動モータにおいて、
    前記モータ本体は、ブラシレスモータであることを特徴とする開閉体駆動モータ。
  8. 車両の開閉体を自動開閉するためのモータ本体を含む開閉体駆動モータと、前記モータ本体に駆動電力を供給する駆動回路と、前記駆動電力をPWM制御により調整し前記モータ本体を通じて前記開閉体の作動態様を変更可能に制御する制御回路とを備える開閉体駆動システムであって、
    前記制御回路のPWM制御部は、前記駆動回路のスイッチング素子をオン固定として前記開閉体を通常速度で作動させるよりもオンオフ駆動させて低速作動させる区間において、前記PWM制御における制御周波数に可聴域の周波数を含ませて前記モータ本体を可聴域で振動させることによる発音動作を行わせることを特徴とする開閉体駆動システム。
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