CN110295819B

CN110295819B - 移动部件的移动量控制装置

Info

Publication number: CN110295819B
Application number: CN201910217000.XA
Authority: CN
Inventors: 山崎贵史
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: CN110295819A; JP7069914B2; JP2019170020A

Abstract

移动量控制装置对通过具有电刷的电动机的驱动来移动的窗板的移动量进行控制。纹波频率检测部对在电动机中流动的电流的检测波形进行频率分析来检测峰值频率，并将该峰值频率检出为在电流中产生的纹波的频率即纹波频率。移动控制部根据纹波频率来检测电动机的旋转状态，并控制窗板的移动量。在峰值频率存在多个的情况下，纹波频率检测部根据窗板在检测波形的检测时的移动方向而选择检出为纹波频率的峰值频率。

Description

移动部件的移动量控制装置

技术领域

本发明涉及通过电动机的驱动来移动的移动部件的移动量控制装置。

背景技术

以往，作为掌握电动机的旋转状态的方法，已知有对由电刷噪声产生的电流波形(纹波波形)的周期进行计数而检测旋转量的方法。

例如，在下述专利文献1中公开了一种有刷电机的速度控制装置，其构成为，包括：电机，该电机具备电刷；电机控制单元，该电机控制单元控制向电机供给的电力；电流检测单元，该电流检测单元检测在电机中流动的电流；以及速度检测单元，该速度检测单元进行检测出的电流波形的频率分析，进而检测从电刷部分发出的纹波频率来检测电机的转速，并且，电机控制单元进行控制以使得速度检测单元检测出的转速成为目标转速，由此无需如编码器那样的外部检测单元地进行难以受到温度、电机的差异的影响的高精度的控制。

另外，在下述专利文献2中公开了一种电动机的旋转信息检测方法，其目的在于，降低噪声的影响而高精度地检测电动机的旋转信息。更详细而言，对在电动机中流动的电流的时序波形数据进行频率分析，将处于所得到的频谱的低频域的具有极大值的频率作为基本频率候补Fb，在基本频率候补Fb中的具有最大振幅的频率Fbm上乘以根据电动机的换向器数和在电动机中流动的电流的变化特性而预先设定的系数，从而算出纹波频率候补Frb。将在频谱中位于纹波频率候补Frb的左右近邻的具有极大值的频率追加作为纹波频率候补Frr、Frl。在这些纹波频率候补Frb、Frr、Frl的最大振幅为规定的阈值以上的情况下，将该具有最大振幅的纹波频率候补Frl推定为纹波频率。根据该纹波频率来检测电动机的旋转信息。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2004-080921号公报

专利文献2日本特开2013-212028号公报

发明内容

在车辆的电动车窗、电动滑动门等中，基于电动机的旋转状态来识别移动部件(窗板、门板等)的位置，进行防夹入控制等。

但是，在电动机电源中混杂有由车辆产生的周期性噪声的情况下，存在有时无法准确地捕获纹波波形这样的问题。

根据本发明的实施方式，移动部件的移动量控制装置即使在由于产生电噪声而难以准确地掌握电动机的旋转状态的情况下也恰当地控制移动部件的状态。

根据本发明的实施方式，移动部件的移动量控制装置是一种通过具有电刷的电动机的驱动来移动的移动部件的移动量控制装置，所述移动部件的移动量控制装置具备：电流检测部，该电流检测部检测在所述电动机中流动的电流；纹波频率检测部，该纹波频率检测部对所述电流的检测波形进行频率分析来检测峰值频率，并将所述峰值频率检出为纹波频率，该纹波频率是在所述电流中产生的纹波的频率；以及移动控制部，该移动控制部根据所述纹波频率来检测所述电动机的旋转状态，并控制所述移动部件的移动量，在所述峰值频率存在多个的情况下，所述纹波频率检测部根据所述移动部件在所述检测波形的检测时的移动方向而选择检出为所述纹波频率的所述峰值频率。

另外，所述移动部件也可以是对开口部进行开闭的开闭部件，也可以是，在所述检测波形的检测时是所述开闭部件的封闭时的情况下，所述纹波频率检测部将最低频侧的所述峰值频率设为所述纹波频率；在所述检测波形的检测时是所述开闭部件的开放时的情况下，所述纹波频率检测部将最高频侧的所述峰值频率设为所述纹波频率。

另外，所述开口部也可以是车辆的窗开口，所述开闭部件也可以是对所述窗开口进行开闭的窗板。

发明的效果

根据本发明的实施方式的移动部件的移动量控制装置，在起因于电噪声等而检测出多个峰值频率的情况下，根据移动部件在检测波形的检测时的移动方向而选择检出为纹波频率的峰值频率，因此在即使无法准确地掌握移动部件的位置的情况下也恰当地控制移动部件的状态方面变得有利。

另外，如果在检测波形的检测时是开闭部件的封闭时的情况下将最低频侧的峰值频率设为纹波频率、在检测波形的检测时是开闭部件的开放时的情况下将最高频侧的峰值频率设为纹波频率，则在开闭部件的封闭位置侧设定有规定的控制不灵敏区的情况下避免误检测为开闭部件位于不灵敏区，进而在可靠地实施规定的控制方面变得有利。

另外，若将开闭车辆的窗开口的窗板设为开闭部件，则在车辆的电动车窗系统中在使防夹入功能可靠地工作方面变得有利。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的电动车窗系统10的结构的图。

图2是表示窗板位置检测部320的详细结构的框图。

图3是表示各种波形的曲线图。

图4是示意性地表示纹波频率检测方法的说明图。

图5是示意性地表示防夹入功能中的不灵敏区的说明图。

图6是示意性地表示窗板16的封闭时(上方移动时)的说明图。

图7是示意性地表示窗板16的开放时(下方移动时)的说明图。

符号说明

10 电动车窗系统

12 门部件

14 窗开口

16 窗板

18 门窗框

20 车窗调节器

28 电池

30 移动量控制装置

34 电流检测部

40 电动机

320 窗板位置检测部

322 倾向修正部

326 频率分析部

328 纹波频率检测部

330 滤波器设计部

332 滤波处理部

334 脉冲处理部

336 移动控制部

340 防夹入功能部

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明所涉及的移动部件的移动量控制装置的优选实施方式。

在本实施方式中，对车辆的电动车窗系统中的窗位置控制、即作为电动机的移动对象物的移动部件是对车辆的窗开口(开口部)进行开闭的窗板的情况进行说明。

图1是表示实施方式所涉及的电动车窗系统10的结构的图。

电动车窗系统10是通过电动机40来使窗板16的位置移动的机构，窗板16用于对设置于车辆的门部件12的窗开口14进行开闭。

如图1所示，在门部件12的内部具备门窗框18，在门窗框18中升降自如(开闭自如)地支承有窗板16。在门部件12的门面板的内部配置有车窗调节器20，窗板16由车窗调节器20驱动而进行升降(开闭驱动)。

更详细而言，在车窗调节器20设置有电动机40，通过电动机40的驱动，经由驱动齿轮22、升降臂24、从动臂26来对窗板16进行升降驱动(开闭驱动)。

窗板16的移动量(开放量)通过车辆的乘员操作车室内的操作开关32来确定。操作开关32与窗板16的移动量控制装置30连接，当操作开关32被操作，则移动量控制装置30向电动机40输出驱动控制信号。电动机40基于驱动控制信号而进行驱动，车窗调节器20工作，由此窗板16移动至所希望的位置。

电动机40是具备电刷和换向器的DC(直流)电动机。电动机40与电池28连接，通过从电池28供给的电流驱动电动机40。在电动机40中流动的电流(以下称为“电机电流”)由电流检测部34检测，检测值输出至移动量控制装置30。

移动量控制装置30具备窗板位置检测部320和防夹入功能部340。

窗板位置检测部320检测电动机40的旋转状态(转速等)，并基于该旋转状态来检测窗板16的位置。使用图2来对窗板位置检测部320的详情进行说明。

防夹入功能部340为了防止物体夹入窗板16与窗框之间而执行防夹入控制。防夹入控制是指，检测电动机40在窗板16封闭时的旋转速度，在旋转速度为规定值以下的情况下判定为发生了夹入，使电动机40的旋转反转来使窗板16向开放方向移动。

在此，电动机40的旋转速度的降低不仅在发生了夹入时产生，而且在窗板16到达了窗框的上端位置及下端位置(移动极限位置)时也产生。如果在这样的情况下也使移动方向反转，则就无法恰当地保持窗板16的位置。

因此，防夹入功能部340如图5所示将距窗框的上端位置规定距离以内作为不灵敏区，在窗板16的上端位置位于不灵敏区时即使检测到电动机40的旋转速度降低，也不使防夹入功能工作。

图5示意性地表示窗板16和窗开口14。

如上所述，窗板16能够通过车窗调节器20的工作而上下移动。窗开口14具有开口上端位置F1和开口下端位置F2，窗板16的上端位置T0能够在开口上端位置F1与开口下端位置F2之间移动。

在此，如果在窗板16正在向上方移动时(窗封闭时)物体夹入到窗板16的上端位置T0与开口上端位置F1之间，则窗板16的移动(电动机40的转速)变慢。在发生了这样的电动机40的转速的降低时，防夹入功能部340使电动机40的动作反转而将窗板16的移动方向变更为下方(窗开放方向)。

在从开口上端位置F1向下方距离d的范围设定有不灵敏区D。这是因为，如果在窗板16到达了开口上端位置F1时进行上述反转控制，则无法完全地封闭车窗。

因此，防夹入功能部340在窗板16的上端位置T0位于不灵敏区D时不实施反转控制，在窗板16的上端位置T0位于作为不灵敏区D以外的区域的反转区域E时实施反转控制。

这样，为了使防夹入功能恰当地发挥作用，需要通过移动量控制装置30来掌握窗板16的位置。

接着，使用图2来对窗板位置检测部320的详情进行说明。

窗板位置检测部320具备：倾向修正部322、频率分析部326、纹波频率检测部328、滤波器设计部330、滤波处理部332、脉冲处理部334、移动控制部336。

倾向修正部322对由电流检测部34检测出的电机电流的时序波形数据的倾向进行修正。更详细而言，倾向修正部322通过最小二乘法而用二次函数来近似如图3的(A)所示的电机电流的时序波形数据，进而算出近似数据。然后，从电机电流的时序波形数据的各值中减去近似数据的各值，进而修正电机电流的时序波形数据的倾向。此外，在图3的(A)的波形中包含噪声成分。

频率分析部326通过FFT(高速傅立叶变换)来对倾向修正后的电机电流的时序波形数据(电流的检测波形)进行频率分析。由此，将图3的(A)所示那样的电机电流的时序波形数据变换为例如图3的(B)所示那样的频谱(频率单位的波形数据)。

纹波频率检测部328根据频率分析部326的分析结果来检测峰值频率，将该峰值频率检测为在电流中产生的纹波的频率即纹波频率。

图4是示意性地表示纹波频率检测方法的说明图。

图4的(A)是没有噪声等的理想的电机电流的时序波形数据，左图表示电动机40的旋转比较慢的情况下的波形，右图表示电动机40的旋转比较快的情况下的波形。

电机电流随着电动机40的旋转而出现由电刷噪声引起的纹波波形。由于纹波波形是周期性的波形，因此进行频率分析时取得突出的峰值。即，在如图4的(A)左图那样电动机40的旋转慢的情况下，如图4的(B)左图所示，在低频侧出现峰值，在如图4的(A)右图那样电动机40的旋转快的情况下，如图4的(B)右图那样在高频侧出现峰值。

这样，通过检测进行了频率分析的电机电流的峰值频率，从而能够检测出纹波频率。

另一方面，如图3的(A)所示，在实际的电机电流的波形中混杂有由车辆产生的噪声。当对这样的波形进行频率变换时，如图3的(B)所示，存在出现多个峰值频率的情况。例如，在图3的(B)中检测出两个峰值频率P1、P2。

像这样在频率分析后的波形中存在多个峰值频率的情况下，纹波频率检测部328根据窗板16(移动部件)在电机电流的检测波形检测时的移动方向来选择检出为纹波频率的峰值频率。

更详细而言，在电机电流(检测波形)的检测时是窗板16进行封闭时的情况下，纹波频率检测部328将最低频侧的峰值频率设为纹波频率，在电机电流(检测波形)的检测时是窗板16进行开放时的情况下，纹波频率检测部328将最高频侧的峰值频率设为纹波频率。

这是因为，即使在已选择的峰值频率是错误的情况下，也能够可靠地发挥防夹入功能。

例如在如图3的(B)那样出现了两个峰值频率的情况下，一个峰值频率成为真正的纹波频率，另一个峰值频率成为起因于噪声的峰值。在采用了两个峰值频率中的一个作为纹波频率的情况下，如果能够选择真正的纹波频率，则能够正确地算出实际的电动机的旋转量即窗板16的位置，但在采用了起因于噪声的峰值的情况下，无法正确地算出窗板16的位置。

例如，在真正的纹波频率为P1的情况下，当将位于高频侧的峰值P2设为纹波频率时，与实际相比，窗板16的移动量就会被计算得较大。另外，在真正的纹波频率为P2的情况下，当将位于低频侧的峰值P1设为纹波频率时，与实际相比，窗板16的移动量就会被计算得较小。

图6是示意性地表示窗板16的封闭时(上方移动时)的说明图，图6的(A)表示采用了与实际的纹波频率相比位于高频侧的峰值作为纹波频率的情况，图6的(B)表示采用了与实际的纹波频率相比位于低频侧的峰值作为纹波频率的情况。

在图6的(A)中，实线所示的是实际的窗板16的位置，虚线所示的是在采用了与实际的纹波频率相比位于高频侧的峰值作为纹波频率的情况下的误检测的窗板16的位置。如上所述，在将与实际相比位于高频侧的峰值设为纹波频率的情况下，与实际相比，窗板16的移动量被算出得较大。因此，误检测的窗板16的上端位置T1成为比实际的窗板16的上端位置T0高的位置。

在该情况下，尽管实际的上端位置T0位于反转区域E，但判断为误检测的上端位置T1处于不灵敏区D，有时防夹入功能不起作用。

另外，在图6的(B)中，实线所示的是实际的窗板16的位置，虚线所示的是在采用了与实际的纹波频率相比位于低频侧的峰值作为纹波频率的情况下的误检测的窗板16的位置。如上所述，在将与实际相比位于低频侧的峰值设为纹波频率的情况下，与实际相比，窗板16的移动量被算出得较小。因此，误检测的窗板16的上端位置T2成为比实际的窗板16的上端位置T0低的位置。

在该情况下，即使在实际的上端位置T0处于不灵敏区D的情况下，也判断为误检测的上端位置T2处于反转区域E，防夹入功能进行工作。其结果是，在窗框的开口上端位置F1处窗板16反转，虽然存在无法完全封闭窗户的可能性，但能够防止物体的夹入。

因此，当频率分析后的波形存在多个峰值频率时，纹波频率检测部328在电机电流(检测波形)的检测时是窗板16的封闭时的情况下将最低频侧的峰值频率设为纹波频率。

图7是示意性地表示窗板16的开放时(下方移动时)的说明图，图7的(A)表示采用了与实际的纹波频率相比位于高频侧的峰值作为纹波频率的情况，图7的(B)表示采用了与实际的纹波频率相比位于低频侧的峰值作为纹波频率的情况。

在图7的(A)中，实线所示的是实际的窗板16的位置，虚线所示的是在采用了与实际的纹波频率相比位于高频侧的峰值作为纹波频率的情况下的误检测的窗板16的位置。如上所述，在将与实际相比位于高频侧的峰值设为纹波频率的情况下，与实际相比，窗板16的移动量被算出得较大。因此，误检测的窗板16的上端位置T3成为比实际的窗板16的上端位置T0低的位置。

在该情况下，即使在实际的上端位置T0处于不灵敏区D的情况下，也判断为误检测的上端位置T3处于反转区域E，例如在当使窗板16的移动方向反转了时在窗开口14内存在有物体的情况等下，防夹入功能进行工作。

另外，在图7的(B)中，实线所示的是实际的窗板16的位置，虚线所示的是在采用了与实际的纹波频率相比位于低频侧的峰值作为纹波频率的情况下的误检测的窗板16的位置。如上所述，在将与实际相比位于低频侧的峰值设为纹波频率的情况下，与实际相比，窗板16的移动量被算出得较小。因此，误检测的窗板16的上端位置T4成为比实际的窗板16的上端位置T0高的位置。

在该情况下，尽管实际的上端位置T0处于反转区域E，但判断为误检测的上端位置T1处于不灵敏区D，例如在当使窗板16的移动方向反转了时在窗开口14内存在有物体的情况等下，有时防夹入功能不进行工作。

因此，在频率分析后的波形中存在多个峰值频率的情况下，纹波频率检测部328在电机电流(检测波形)的检测时是窗板16的封闭时的情况下将最低频侧的峰值频率设为纹波频率。

这样，纹波频率检测部328在电机电流(检测波形)的检测时是窗板16的开放时的情况下将最高频侧的峰值频率设为纹波频率。

返回至图2的说明，滤波器设计部330根据由纹波频率检测部328检测出的纹波频率而分别设定低频域侧和高频域侧的边缘频率。更详细而言，将使纹波频率增减规定比率C％而得的值分别设为高频域侧和低频域侧的边缘频率。

然后，根据低频域侧和高频域侧的边缘频率来算出带通滤波器系数。更详细而言，对基于窗函数法的一般的FIR(有限长单位冲激响应)滤波器进行设计而算出各滤波器系数。

滤波处理部332使用由滤波器设计部330设计的滤波器来对电机电流的时序波形数据进行滤波处理，进而提取纹波电流的时序波形数据。其结果是，能够从如图3的(A)所示的包含噪声的电机电流的时序波形数据中提取如图3的(C)所示的只有纹波电流的时序波形数据。

脉冲处理部334对如图3的(C)所示的纹波电流的时序波形数据进行二值化处理，生成如图3的(D)所示的矩形波的纹波脉冲信号。

移动控制部336根据纹波频率(更详细而言是由脉冲处理部334生成的纹波脉冲信号)来检测电动机40的旋转状态，控制窗板16的移动量。

移动控制部336检测电动机40的转速和旋转角等旋转信息，算出窗板16的当前位置(例如窗板16的上端位置T0)。然后，基于窗板16的当前位置来控制电动机40的旋转量，由此控制窗板16的移动量。

此外，电动机40的转速例如基于电动机40的换向器数和每单位时间的脉冲数来算出，或者算出一个脉冲的宽度的倒数。另外，电动机40的旋转角例如基于从基点起的脉冲数来算出。

在本实施方式中示出的波形的运算方法是一个例子，能够应用各种变形例。例如，在本实施方式中，虽然示出了频率分析部326利用FFT对电机电流的时序波形数据进行频率分析的例子，但也可以利用例如DFT(离散傅里叶变换)等其他算法来进行频率分析。

另外，在本实施方式中，示出了如下的例子：根据纹波频率对基于窗函数法的FIR滤波器进行设计而算出带通滤波器系数，再通过FIR滤波器运算来从电机电流的时序数据中提取纹波脉冲电流的时序数据，但也可以通过除此以外的基于纹波频率的信号处理方法来从电机电流的时序数据中提取纹波脉冲电流的时序数据。

如以上所说明的，根据实施方式所涉及的移动量控制装置30，在起因于电噪声等而检测出多个频率分析后的峰值频率的情况下，根据窗板16在检测波形的检测时的移动方向来选择检出为纹波频率的峰值频率，因此在即使无法准确地掌握窗板16的位置的情况下也恰当地控制窗板16的状态方面变得有利。

另外，根据移动量控制装置30，在检测波形的检测时是窗板16的封闭时的情况下将最低频侧的峰值频率设为纹波频率、在检测波形的检测时是窗板16的开放时的情况下将最高频侧的峰值频率设为纹波频率，因此，在窗板16的封闭位置侧设定有防夹入功能的不灵敏区的情况下，避免误检测为窗板16位于不灵敏区，从而在可靠地实施防夹入功能上变得有利。

此外，在本实施方式中，对在窗板16的封闭位置侧(开口上端位置F1侧)设定有防夹入功能的不灵敏区的情况进行了说明，但也可以考虑例如在窗板16的开放位置侧(开口下端位置F2侧)设定有规定的控制不灵敏区的情况。

在该情况下，纹波频率检测部在检测波形的检测时是开闭部件的封闭时的情况下将最高频侧的峰值频率设为纹波频率、在检测波形的检测时是开闭部件的开放时的情况下将最低频侧的峰值频率设为纹波频率即可。

另外，在本实施方式中，虽然示出了将电动机40应用于电动车窗系统的例子，但本发明也能够应用于除此以外的需要具有电刷的电动机的旋转信息的各种装置例如车辆的电动滑动门系统等。

Claims

1.一种移动部件的移动量控制装置，该移动部件通过具有电刷的电动机的驱动来移动，所述移动部件的移动量控制装置的特征在于，具备：

电流检测部，该电流检测部检测在所述电动机中流动的电流；

纹波频率检测部，该纹波频率检测部对所述电流的检测波形进行频率分析来检测峰值频率，并将所述峰值频率检出为纹波频率，该纹波频率是在所述电流中产生的纹波的频率；以及

移动控制部，该移动控制部根据所述纹波频率来检测所述电动机的旋转状态，并控制所述移动部件的移动量，

在所述峰值频率存在多个的情况下，所述纹波频率检测部根据所述移动部件在所述检测波形的检测时的移动方向而选择检出为所述纹波频率的所述峰值频率。

2.根据权利要求1所述的移动部件的移动量控制装置，其特征在于，

所述移动部件是对开口部进行开闭的开闭部件，

在所述检测波形的检测时是所述开闭部件的封闭时的情况下，所述纹波频率检测部将最低频侧的所述峰值频率设为所述纹波频率；在所述检测波形的检测时是所述开闭部件的开放时的情况下，所述纹波频率检测部将最高频侧的所述峰值频率设为所述纹波频率。

3.根据权利要求2所述的移动部件的移动量控制装置，其特征在于，

所述开口部是车辆的窗开口，

所述开闭部件是对所述窗开口进行开闭的窗板。