CN1256249C - 开闭体的夹入检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了开闭体的夹入检测装置，在发生夹入的情况时可以正确判定夹入，以期提高夹入检测装置的可靠性。采用电机转动数传感器7检测驱动开闭体22的电机2的转动，根据所检测的电机转动数求出电机2的实际速度。然后，通过比较实际速度和速度阈值，进行开闭体动作中的夹入检测，当检测到开闭体22的夹入时，反向控制电机2的控制装置1，根据驱动电机2的驱动电压推测电机转动数(S2)、根据实际速度和给定时间前的推测速度之间的差(S5)校正推测速度(S6)，根据校正后的推测速度和实际速度之间的差进行夹入判定(S7)。

Description

开闭体的夹入检测装置

技术领域

本发明涉及一种相对于固定部件开闭体进行开闭动作的开闭体的夹入检测装置，特别涉及夹入检测装置的控制。

背景技术

近年来，在车辆中采用电机让所谓敞蓬车顶和玻璃窗升降器的开闭窗(开闭体)动作时，设置了一种检测有无异物等夹入的，如果检测到有夹入，让开闭体停止闭动作，或者通过反向驱动电机，让开闭体在与闭方向相反的开方向上动作的安全机构。

在这样进行夹入的检测的方法中，已知有根据电机的转动状态进行检测的方法。该方法，利用霍耳元件等的转动检测传感器检测驱动开闭体的电机的电机转动状态的变化，根据转动检测传感器的脉冲信息，进行夹入检测。

例如，在特开平6-280446号公报中，公开了一种如果开闭体驱动用的电机的驱动速度和驱动加速度在对开闭体的驱动速度或驱动加速度设定的给定阈值以下，则判定发生了夹入的开闭控制装置。在该公报所示的装置中，由电机位置检测传感器检测驱动开闭体的电机的转动，计算电机转动速度以及电机转动加速度。然后，如果电机转动速度的变化正常时将电机转动速度与速度阈值进行比较，如果电机转动速度的变化不正常时将电机转动加速度与加速度阈值进行比较，进行电机的反向控制。这时，这些阈值根据驱动电压和开闭体的滑动阻抗等进行校正。

但是，将上述公报所示的装置适用于车辆上时，会产生以下问题。即，在车辆中对装置的电源供给，通常是从蓄电池(例如直流12V)供给。为此，根据与蓄电池连接的负载状态，电压发生变动。如果由电压发生变动的蓄电池驱动用于驱动开闭体的电机，电机电压的变动造成电机速度的变动。在通过将蓄电池电压发生变动的电机的电机速度与给定速度阈值进行比较来检测夹入的方法中，由于电机速度的变动，有可能引起在开闭体的移动中误检测到夹入的情况。

为此，为了防止由于电机速度的变动引起夹入的误检测的情况，采用将判定的阈值降低(即朝不容易判定夹入的方向校正)方法，但是如果仅仅采用将判定的阈值降低的方法，阈值降低后，会延长从产生夹入到实际检测到夹入之间的时间。由于该原因，延迟了夹入检测的判定时间，产生夹入时夹入物体的承受负荷(夹入负荷)增加。为此，降低了装置的可靠性。

为此，本发明正是针对上述问题的发明，其目的在于在发生夹入的情况时可以正确判定夹入，以期提高夹入检测装置的可靠性。

发明内容

为解决上述课题所构成的技术装置，本发明提供了开闭体的夹入检测装置，包括电机、速度检测模块和控制模块，所述电机对开闭体进行开闭驱动，所述速度检测模块检测该电机的转动状态，所述控制模块根据该速度检测模块所获得的信息进行所述开闭体驱动中的夹入检测，当检测到所述开闭体的夹入时，对所述电机进行反向驱动。

所述夹入检测装置还包括：电压检测模块，其检测向所述电机施加的驱动所述电机的驱动电压；实际速度确定模块，其根据所述速度检测模块求出所述电机的转动的实际速度；推测速度运算模块，其根据所述驱动电压，计算所述电机转动的推测速度；推测速度存储模块，其在时间上保存所述推测速度；推测速度校正模块，其根据所述实际速度和给定时间前的推测速度的差，校正所述推测速度；和夹入判定模块，其根据校正后的推测速度和所述实际速度之间的差的变化状态，判定所述开闭体的夹入状态。

依据上述装置，由速度检测模块检测电机的转动状态(例如电机转动数、电机速度等)。然后，根据向电机施加的驱动电压求出电机的转动速度。当求出电机的转动速度后，计算电机的推测速度，按时间保存所运算的推测速度。然后，求出由速度检测模块求出的实际速度、和所保存的给定时间前的推测速度之间的差，根据其差校正推测速度，在考虑驱动电压的变动后根据校正后的推测速度和实际速度之间的差的变化状态(例如变化量、变化率)，判定开闭体处于夹入状态。

即使电机的驱动电压变化，由于根据驱动电压的变化，求出考虑了驱动电压的电机的速度的推测速度，可以提高推测速度的精度。又，由于根据电机的实际速度和给定时间前的推测速度，校正推测速度，根据在给定时间前(例如电机启动时的上升中由延迟时间和一时延迟等确定的时间)的稳定状态下推测的推测速度，对推测速度实施校正。根据该电机的实际速度和给定时间前的推测速度的差进行的推测速度的校正，只是在对电机施加驱动电压的初次时进行。因此，由于提高了根据该推测求出的电机的推测速度的精度，在将推测速度用于夹入的判定时，可以正确进行夹入检测。

这时，夹入判定模块，当校正后的推测速度和实际速度之间的差超过给定阈值时，判定处于夹入状态，通过将校正后的推测速度和实际速度之间的差与给定阈值进行简单比较就可以检测夹入状态。由于不需要改变检测夹入的阈值，和现有技术相比，判定不会延迟。为此，当发生开闭体的夹入时，可以防止由于判定延迟而引起的增大夹入负载的情况。

又，夹入判定模块，如果对校正后的推测速度和实际速度之间的差实施高通滤波处理，根据高通滤波后的滤波值，当滤波值超过给定阈值时，判定处于夹入状态，通过对校正后的推测速度和实际速度之间的差实施高通滤波处理，可以防止其差偏离零点(偏置)，可以高精度进行夹入的判定，提高夹入检测装置的可靠性。

附图说明

图1表示在本新技术的一实施方案中将开闭体的夹入检测装置适用于车辆的敝蓬车顶中时在车辆上的安装图。

图2表示图1所述夹入检测装置的系统构成图。

图3表示图2所示CPU进行的夹入判定处理的流程图。

图4表示电机驱动电压和电机转动数的关系曲线。

图5表示电机驱动时电机的无效时间和偏置校正的说明图。

图6表示电机的驱动电压和电机转动速度之间的关系中温度状态的曲线。

图7表示图6所示夹入判定的曲线。

符号说明

1-控制装置(控制模块)、2-电机、4-输入I/F、5-CPU(控制模块、实际速度确定模块、推测速度计算模块、推测速度保存模块、推测速度校正模块、夹入判定模块、电压检测模块)、7-电机转动数传感器(速度检测模块)、10-敝蓬装置(夹入检测装置)、22-敝蓬车顶(开闭体)。

具体实施方案

以下参照附图说明本发明的一实施方案。

在以下所示的实施方案中，作为一例虽然是对将开闭体的夹入检测装置适用于车辆的敞蓬装置中的情况进行说明，但并不限定于此。例如，开闭体的夹入检测装置，也可以适用于在车辆领域的让窗户上下移动的玻璃窗升降装置、让侧门在车辆的前后方向上滑动自动进行开闭的滑动门装置、在建筑物中的自动门装置等中。又，在本实施方案中，以敞蓬车顶22、夹入检测装置构成敞蓬装置10为例，对开闭体进行说明。

图1表示在车辆20上安装具有夹入检测功能的敞蓬装置(称为本装置)10时的安装图，在该图1中，在车辆20的车顶21中设置呈长方形状的开口21a，作为开口21a的盖件设置敞蓬车顶(成为车顶玻璃)22。该车顶玻璃22采用周知的滑动机构在车辆前后方向上滑动，采用周知的摇动机构在车辆的上下方向上进行摇动动作。

驱动车顶玻璃22的驱动单元23，配置在开口21a的前方的车顶内，驱动单元23由电机2和齿轮组25一体构成。在结构上，齿轮组25的输出轴与滑动机构以及摇动机构连接，如果采用图2所示的控制装置1驱动控制电机2，车顶玻璃22动作，进行滑动动作和摇动动作等一系列动作。

图2表示让车顶玻璃22动作的控制装置1的外部连接状态的系统构成图。驱动车顶玻璃22的控制装置1，是指示车顶玻璃22的开闭动作的装置，从根据车顶玻璃22的位置动作的位置检测开关9以及让车顶玻璃22动作的开闭操作开关8输入信号，根据这些信号的状态，向电机2输出驱动信号。车顶玻璃22根据控制装置1输出的驱动信号动作。

进一步，在本装置10中，当在车顶玻璃22和车辆的开口21a之间夹入了物体(例如人手指或者物体)时，妨碍电机2的转动而让转动数减少，以此为着眼点，在车顶玻璃22向闭方向动作时利用电机2的转动状态进行夹入检测，当夹入发生时，立即让车顶玻璃22停止向闭方向的动作，方向驱动电机让其向开方向动作，从安全性的角度附加有这样的夹入检测功能。

实施车顶玻璃22的控制以及夹入检测的控制的控制装置1，在内部主要由包括保存程序的ROM、保存程序处理中所需要的数值的RAM、输出与电机2的转动同步的脉冲的电机转动传感器7、进行周期检测的定时器、以及将所输入的蓄电池电压等的模拟值变换成数字值的A/D转换器等的CPU5、让输入信号与CPU5之间电匹配的输入接口(输入I/F)4、当车顶玻璃22滑动时具有切换开闭方向上的动作的功能、让电机2正向转动(开方向)或者方向转动(闭方向)的继电器6、从车辆的蓄电池BAT供给电源(通常为12V)，形成稳定的恒定电压(例如5V)的电源电路3、所构成。电源电路3所形成的恒定电压向CPU5供给。又，向控制装置1的输入I/F 4供给蓄电池电压，向电机2供给蓄电池电压。

在控制装置1中，输入从采用霍耳元件检测设置在电机2的输出轴上的图中未画出的磁铁(例如N极和S极成对设置)每转动1周产生一个脉冲的周期信息的电机转动数传感器7输出的信号、从检查车顶玻璃22的位置的位置检测开关输出的信号、从让车顶玻璃22开闭的手动操作开关8输出的信号。所输入的信号通过输入接口I/F电路4向CPU5输入。来自电机转动数传感器7的信号是与电机转动同步、反复交互ON/OFF的脉冲输出，向CPU5输入。CPU5从所输入的脉冲信号与信号电平进行比较，检测脉冲沿。

CPU5具有指示电机控制的功能，这是根据从传感器7以及开关8、9输入的信号，向继电器6输出驱动电机2的信号，通过切换继电器6的通电状态以及通电方向，让电机2停止，或者让电机2正向/反向转动，

以下，参照图3所示的流程图对控制装置1中夹入判定处理进行说明。在以下所示的说明中，程序的步骤简称为「S」。又，在以下所示的说明中，对于通过开闭操作开关8的开关操作进行的通常的车顶玻璃22的开闭控制，由于采用的是周知的采用开关状态驱动电机的方法，在此省略其说明。

图3所示的夹入判定处理，在给定周期内(例如数ms)运行一次，在S1，CPU5从电机转动数传感器7输入传感器信号，同时输入电机驱动电压。在此，电机2由于由蓄电池电压驱动，在电机驱动电压的输入中，该时刻的蓄电池电压的输入通过输入I/F 4进行。根据电机转动数传感器7输出的脉冲(例如，正旋波，矩形波等)，CPU5计算电机转动速度。在此所谓电机转动速度，例如作为一例利用电机转动速度与电机驱动电压成正比的静态特性，从图4所示的曲线中求出。又，电机2的实际速度，例如通过检测出电机的上升沿或者下降沿，在给定时间内检测到几个脉冲沿的方式求出。在本实施方案中，电机转动速度、虽然由电机转动数传感器7检测，但并不限定于此，也可以利用光反射的光学方法、利用声音反射的音响方法等进行检测，或者也可以通过速度传感器直接检测电机2的转动状态(例如电机转动数、电机速度)。

在S1中求出电机转动速度后，然后，在S2进行为求出电机2的推测速度的推测电机速度运算。在该推测电机速度运算中，通过运算从电机转动速度推测电机速度，并作为推测电机速度。在此，假定电机转动速度为mv、驱动电机2的一方端子电压为Vb、比例增益为a、偏置为b0，则一般下式成立。

【式1】

mv＝α×V_b+b₀

一般，如图5(a)所示，当向电机2施加步进输入时，电机的转动速度，在施加步进输入的时刻，如(b)所示，延迟一定时间后开始上升，一次延迟后逐渐上升。又，这时，如果采用二次、三次和高次模型化，虽然可以更加提高精度，但在本实施方案中，作为一例只考虑一次模型化的情况。

对该电压变化的动态电机转动数的特性，如果考虑时间常数Ts和无效时间dly，则由下式表示。

【式2】

$\mathrm{mv}=\frac{a}{T_s\·S+1}{e}^{-\mathrm{dly}\·s}\·V_b+b_0$

但是，电机2的特性，如图2所示的直线，如图6所示那样，会随温度上下变动。即，在电机特性上，电机2，随着温度的变化，虽然增益(图4的斜率)a不变动，但车顶玻璃22在车顶21的开口内滑动时，如果电机2的温度是高温，由于在开口部密封车顶玻璃22和车顶21的图中未画出的密封部件变软，提高滑动性。其结果会加速电机转动速度。与此相反，如果电机2的温度变低，由于密封部件变硬，滑动性变差，电机转动速度变慢。为此，如果电机2的温度变化，将改变调整误差的偏置b0

这样，如果加入偏置b0的考虑，改写式2后，由下式表示。又，Δb表示偏置的偏差。

【式3】

$\mathrm{mv}=\frac{a}{T_s\·S+1}{e}^{-\mathrm{dly}\·s}\·V_b+(b_0+\mathrm{\Δb})$

在此，为了减少式2的运算的误差，在本实施方案中，在S4中，根据与电机2的实际速度的比较校正Δb。在进行该校正时，如S3所示那样，电机2的转动稳定经过一定时间后，例如，只是在向电机2施加驱动电压的初次时进行。电机2，如图5(a)所示，开始驱动时，如图5(b)所示具有一定延迟后开始上升，然后，经过一定延时而上升后，这时，如S3所示，一定时间是指从指示电机2的驱动开始到电机转动速度稳定为止的时间Ta，根据是否经过该时间Ta进行判定即可。在没有经过该时间Ta(例如数msec)的期间，由于电机转动不稳定，不进行偏置校正。

然后，根据电机2的脉冲输出的实际速度，从电机驱动后经过一定时间后处于稳定状态，在S5获取电机2的实转动速度(实际速度)rmv和推测转动速度(推测速度)emv之间的差err(速度偏差)，以该速度偏差err作为偏置校正值：Δb(＝rmv-emv)(参见图5(b))。

该偏置校正值Δb，如上所述，虽然可以根据在某一给定时间(定点时间)对电机2的实际速度rmv和推测速度emv之间的速度偏差err的运算求出，但并不限定于此，当需要精确校正偏置校正值Δb时，也可以采用某一时间间隔的速度偏差err的平均值，或者对某一时间间隔的速度偏差err进行让给定频率以下通过的周知的低通滤波器处理。

然后，在S6中，对校正后的推测速度，进行让给定频率以上通过的高通滤波器后，在S7进行夹入判定。在此的夹入判定，根据推测速度和实际速度的差，通过运算校正后的推测速度和实际速度之间的差，判定夹入。这时，推测速度由于根据电机驱动电压求出，会跟随电机驱动电压的变动而变化。在此，车顶玻璃22在闭动作中限制移动动作，其结果降低电机2的实际速度时，相对于推测电机转动速度降低电机2的实际速度。其结果，当该速度偏差err超过预先设定的给定阈值时，CPU5则判定在车顶玻璃22的动作中出现夹入而限制了电机转动。这时，CPU5虽然通过速度偏差err的滤波后的值的变化状态判定夹入，这里所示的变化状态，也可以是变化量、变化率。又，也可以利用速度偏差err的微分检测速度偏差err的变化状态，由此CPU5判定夹入。

根据这样的理由进行夹入判定的结果，如图7所示。图7的(a)表示电机2的驱动电压，(b)表示电机2的实际速度和通过运算获得的推测电机转动速度。根据这2条曲线表明，推测速度跟随电机的驱动电压。又，(c)表示速度偏差err和对速度偏差err进行高通滤波处理后的曲线。该曲线表明，进行周知的高通滤波处理后，除去通常的偏置，高通滤波后的值接近零点。进一步，根据该滤波后的值，当滤波后的值在被认作为夹入的给定阈值以上时，可以判定车顶玻璃22在闭动作中发生了夹入。

依据该判定方法，由于夹入的阈值预先设定，而且可以不随电机驱动电压等变化，没有夹入判定的时间延迟。因此，在发生夹入时，所夹入的物体承受的夹入负载如(d)所示，虽然增加，但由于判定不会延迟，因而可以防止夹入负载的增加。

根据以上的说明表明，在本实施方案中，CPU5不仅是进行夹入的控制的控制装置，而且还包括施加到电机2的电压的电压检测模块、确定实际速度的实际速度确定模块、进行推测速度的运算的推测速度运算模块、保存推测速度的推测速度存储模块、进行推测速度的校正的推测速度校正模块、判定夹入状态的夹入判定模块的功能。

发明的效果

依据本发明，根据驱动电压进行电机转动数的推测，运算电机的推测速度，根据电机实际速度和给定时间前的推测速度之间的差，可以校正推测速度。因此，即使电机的驱动电压变化，由于在考虑驱动电压的变动后进行电机转动数的推测，可以提高电机的推测速度的运算精度。又，由于根据电机实际速度和给定时间前的推测速度之间的差，对通过运算求出的推测速度进行校正，根据在电机转动稳定后的状态下推测的推测速度，对推测速度进行校正。因此，可以提高根据该推定求出的电机的推测速度的精度。因此，采用推测速度进行夹入的判定时，可以正确检测夹入。

这时，夹入判定模块，当校正后的推测速度和实际速度之间的差超过给定阈值时，判定是夹入状态，通过将校正后的推测速度和实际速度之间的差与给定阈值进行简单比较就可以检测夹入状态。由于不需要改变检测夹入的阈值，和现有技术相比，判定不会延迟。为此，当发生夹入时，可以防止由于判定延迟而引起的增大夹入负载的情况。

又，控制模块，如果对校正后的推测速度和实际速度之间的差实施高通滤波处理，根据高通滤波后的滤波值，当滤波值超过给定阈值时，判定是夹入状态，通过对校正后的推测速度和实际速度之间的差实施高通滤波处理，可以防止其差偏离零点(偏置)，可以高精度进行夹入的判定，提高夹入检测装置的可靠性。

Claims (3)

1.一种开闭体的夹入检测装置，包括电机、速度检测模块和控制模块，所述电机对开闭体进行开闭驱动，所述速度检测模块检测该电机的转动状态，所述控制模块根据该速度检测模块所获得的信息进行所述开闭体驱动中的夹入检测，当检测到所述开闭体的夹入时，对所述电机进行反向驱动，其特征在于，所述夹入检测装置还包括：

电压检测模块，其检测向所述电机施加的驱动所述电机的驱动电压；

实际速度确定模块，其根据所述速度检测模块求出所述电机的转动的实际速度；

推测速度运算模块，其根据所述驱动电压，计算所述电机转动的推测速度；

推测速度存储模块，其在时间上保存所述推测速度；

推测速度校正模块，其根据所述实际速度和给定时间前的推测速度的差，校正所述推测速度；和

夹入判定模块，其根据校正后的推测速度和所述实际速度之间的差的变化状态，判定所述开闭体的夹入状态。

2.根据权利要求1所述的开闭体的夹入检测装置，其特征是所述夹入判定模块，当校正后的推测速度和所述实际速度之间的差超过给定阈值时，判定处于夹入状态。

3.根据权利要求1所述的开闭体的夹入检测装置，其特征是所述夹入判定模块，对校正后的推测速度和所述实际速度之间的差进行高通滤波处理，根据通过高通滤波器后的滤波值，当滤波值超过给定阈值时，判定处于夹入状态。

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