JP2002234333A - 自動車の空調装置のフラップアクチュエータを制御する方法 - Google Patents

自動車の空調装置のフラップアクチュエータを制御する方法

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JP2002234333A
JP2002234333A JP2002016667A JP2002016667A JP2002234333A JP 2002234333 A JP2002234333 A JP 2002234333A JP 2002016667 A JP2002016667 A JP 2002016667A JP 2002016667 A JP2002016667 A JP 2002016667A JP 2002234333 A JP2002234333 A JP 2002234333A
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flap
drive frequency
step motor
motor
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JP2002016667A
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Christophe Bruzy
ブリュジィ クリストフ
Philippe Richardot
リシャルド フィリップ
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Valeo Climatisation SA
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
    • H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 フラップを駆動している間、フラップを
移動させるために、ステップモータにより供給される必
要トルクの関数として、ステップモータの駆動周波数を
低下させる。フラップを移動させるために、ステップモ
ータにより供給される必要トルクを示す情報を連続的に
収集し、必要トルクの増加を検出すると、駆動周波数を
低下させ、駆動周波数が所定の最大駆動周波数よりも低
い時に、必要トルクの減少を検出すると、駆動周波数を
増加させるようになっている。このように、必要トルク
の瞬間ピーク値に対応するとともに、アクチュエータの
電力を制限することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の空調装置
において、空気を分配、混合、または再循環（吸気）さ
せるフラップアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の空調装置においては、フラップ
は、換気、周囲温度調節、除曇、除氷等を開始したり終
了したりするために、中央制御ユニットにより発生させ
られる駆動コマンドに応答して、ギヤダウンモータによ
り移動される。
【０００３】フラップを、必要に応じてできるだけ迅速
に作動させたり、特別な状況、例えば、空気の汚染を検
出した場合でも動作させるようにするためには、フラッ
プを、最短時間で所望の位置へ移動させるようにするの
が望ましい。
【０００４】そのため、一般にはステップモータである
減速モータは、あらゆる状況の下で、すなわち電源電圧
や必要トルクが変動しても、フラップを最高速度で駆動
させるのに必要な動力を出力しうるようになっている。
必要トルクは、フラップの型式や駆動特性、さらに、換
気力、所望の動作と反対方向にフラップにかかる背圧、
温度等の瞬間的な状況に基づいて変化する。
【０００５】従って、公知の空調装置に用いられている
ギヤダウンモータは、必要トルクを供給させるために、
大きな出力を有するものとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
一般に用いられているものよりも出力の小さいギヤダウ
ンモータを使用することにより、空調装置のコストを下
げ、かつ、駆動コマンドの実行速度を遅らせることな
く、必要トルクを供給できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の方法によると、
フラップを駆動させている間、ステップモータの駆動周
波数を、フラップを移動させるためにステップモータに
より供給される必要トルクに対応するように調節して、
アクチュエータのステップモータを制御することによ
り、上述した目的を達成することができる。
【０００８】フラップを移動させるためにステップモー
タにより供給される必要トルクを示す情報を連続的に収
集し、必要トルクが増加したことを検出すると、駆動周
波数を低下させ、かつ駆動周波数が所定の最大駆動周波
数よりも小さい時に、必要トルクが減少したと検出する
と、駆動周波数を増加させることにより、駆動周波数を
調整するようになっている。
【０００９】駆動コマンドに対応して、ステップモータ
を、所定の最大駆動周波数で初期作動させるようになっ
ているのが好ましい。
【００１０】検出された必要トルクの変動に基づいて連
続的に、または、検出された必要トルクが閾値と交差す
ることにより段階的に、駆動周波数を変化させることが
できる。
【００１１】本発明の方法によれば、必要トルクに基づ
いて、駆動周波数、すなわちステップモータの速度を変
化させることにより、電力を最適に利用することができ
る。フラップが移動する相における過渡期間中に、必要
トルクのピーク値を発生するような過電力を用いなくて
済む。過渡期間中にモータが低速になっても、全駆動期
間に影響を及ぼすことがないように、上述した過渡期間
は、通常、フラップの全駆動時間の２０％以下とされて
いる。
【００１２】ステップモータの駆動期間を制限すること
により、ステップモータを過熱することなく、大出力で
の動作モードに対応する電圧を印加して、過電力モード
でステップモータを機能させることができる。安全のた
めに、過熱制限温度を超えた時に、ステップモータを停
止させることができるようになっている。
【００１３】ステップモータにより供給される必要トル
クは、トルク量、例えば、ステップモータの１つの相に
おける電圧、ステップモータの巻線に流れる電流、また
はステップモータの瞬間回転速度を、直接的または間接
的に測定することにより検出される。瞬間回転速度を測
定する場合には、ステップモータの速度が所定の値を下
回ったか否か、すなわち、駆動周波数がトルクの閾値と
交差したか否かが検出される。
【００１４】本発明の他の目的は、上述した方法を実現
するアクチュエータを提供することにある。
【００１５】この目的は、フラップを駆動させるステッ
プモータと、ステップモータのための電源回路と、制御
入力部と、制御入力部を介して受け取られた駆動コマン
ドに対応して、所定の周波数で電源電圧をステップモー
タへ供給する電源回路と制御入力部とに接続された制御
ユニットとを備えており、 −フラップを移動させるためにステップモータが供給す
るべき必要トルクを示す情報を、制御ユニットに送る手
段を備え、かつ −制御ユニットは、必要トルクを示す前記情報に基づい
て、ステップモータの駆動周波数を調節する手段を備え
ているフラップアクチュエータにより達成される。
【００１６】本発明による他の目的は、上述したアクチ
ュエータを少なくとも１つ備える空調装置を提供するこ
とにある。
【００１７】次に、図面を用いて説明する本発明の非限
定的な実施例から、本発明をより明らかに理解しうると
思う。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、自動車の空調装置の線図
である。この空調装置は、通常のもののように、制御パ
ネル（１２）により制御され、所望の機能、すなわち、
換気、客室温度調節、除曇、除氷等を行うために、空気
混合フラップや空気分配フラップの動作を制御する複数
のアクチュエータ（１０）（図１には、そのうちの２つ
だけを示してある）を備えている。
【００１９】アクチュエータ（１０）、制御パネル（１
２）及び温度プローブ（１４）は、車両のバッテリ電圧
を供給する電力バス（１６）と情報バス（１８）とに接
続されている。
【００２０】部材数が増加すると、空調装置はより複雑
となるので、大型の導電ワイヤハーネスを用いなくてす
むように、情報バス（１８）が設けられているのが好ま
しい。情報バス（１８）は、中央制御ユニット（２０）
に接続されている。
【００２１】中央制御ユニット（２０）は、フラップの
位置に関する情報のような状態情報を、制御パネル（１
２）、温度プローブ（１４）及びアクチュエータ（１
０）から受け取り、かつ、制御情報であるフラップ駆動
コマンドを、特定のアドレスを有するアクチュエータ
（１０）へ、アドレス指定して送る。
【００２２】図２に詳細に示すように、アクチュエータ
（１０）は、バスインタフェース（１０２）を介して情
報バス（１８）に接続されたマイクロプロセッサベース
の制御ユニット（１００）を備えている。
【００２３】電力バス（１６）に接続されている電源回
路（１０４）は、論理供給電圧Ｖccを制御ユニット（１
００）へ、またモータ供給電圧Ｖをアナログインタフェ
ース（１０６）へ供給する、電圧調整、保護及び濾波回
路を備えている。
【００２４】空気混合用または空気分配用のフラップ
（図示しない）に接続されたギヤダウンモータ（１１
０）は、ステップモータ（１１２）を備えている。ステ
ップモータ（１１２）には、アナログインタフェース
（１０６）が接続された制御ユニット（１００）の制御
により、アナログインタフェース（１０６）から、パル
ス列電圧Ｖが所定の駆動周波数で印加される。
【００２５】データインタフェース（１０８）は、ギヤ
ダウンモータ（１１０）及び制御ユニット（１００）に
接続され、例えば、フラップが移動端へ到達したことを
示す状態データである位置データを、制御ユニット（１
００）へ送る。
【００２６】上述した空調装置及びアクチュエータは、
当業者に公知であるので、これ以上の詳細については説
明しない。
【００２７】本発明によれば、アクチュエータ（１０）
は、フラップを移動させるために、ステップモータ（１
１２）により供給される必要トルクを示す情報を送る必
要トルク検出回路（１２０）をも備えており、制御ユニ
ット（１００）は、必要トルク検出回路（１２０）によ
り供給され、データインタフェース（１０８）を介して
送られる情報に基づいて、ステップモータ（１１２）の
駆動周波数を、適宜変更するようにプログラムされてい
る。
【００２８】必要トルク検出回路（１２０）の詳細を、
図４及び図６を参照して、後で説明する。
【００２９】トルクを調節するために、駆動周波数は、
フラップの駆動期間中に、必要トルクの関数として調節
される。各駆動周波数には、制限トルクが設定されてい
る。制限トルクは、フラップを移動させるために、ステ
ップモータから供給される最大必要トルクのことであ
る。必要トルクが増加すると、制御ユニット（１００）
により駆動周波数が低下され、それにより、制限トルク
を増加させることができる。必要トルクが減少すると、
制御ユニット（１００）により駆動周波数が再び増加さ
れ、制限トルクが減少させられる。
【００３０】例えば、図３に示すように、制御ユニット
（１００）により、ステップモータ（１１２）の駆動周
波数が管理される。
【００３１】ステップ（１３１）において、駆動コマン
ドがバスインタフェース（１０２）を介して送られる。
ステップ（１３２）では、ステップモータ（１１２）
が、最大駆動周波数ｆmaxと等しい駆動周波数ｆで作動
される。最大駆動周波数ｆmaxは、好ましくは過電力方
式により、最大速度でステップモータを回転させ始める
ような値に選択されている。ここで、過電力方式とは、
ステップモータの定格電力よりも大きい電力での作動モ
ードのことであり、このことは、フラップ駆動の相の間
での作動期間を短くすることにより実現され、かつ電力
は最適に利用されるようになる。
【００３２】ステップ（１３３）において、必要トルク
検出回路（１２０）からの情報に基づいて、ステップモ
ータ（１１２）から送られた必要トルクが所定の閾値
（Ｓ1）を越えたと検出されると、ステップ（１３４）
において、フラップが最終位置へ到達したかが検出され
る。
【００３３】もし最終位置へ到達した場合には、ステッ
プモータ（１１２）は停止させられ（ステップ（１３
５））、到達していない場合には、駆動周波数は小さい
値Δｆだけ減少させられ、ｆ＝ｆ−Δｆとされる（ステ
ップ（１３６））。
【００３４】駆動周波数ｆがｆ−Δｆとされた後に、ス
テップ（１３７）において、必要トルクが所定の閾値Ｓ
2よりも小さくなったと検出されると、ステップ（１３
８）において、駆動周波数ｆは、Δｆだけ増加される。
小さくなっていない場合、処理はステップ（１３３）に
戻る。
【００３５】駆動周波数ｆがｆ＋Δｆとされた（ステッ
プ（１３８））後に、ステップ（１３９）において、そ
の値がｆmaxに到達したかが検出され、到達した場合に
は、処理はステップ（１３３）に戻り、到達していない
場合には、ステップ（１３７）に戻る。
【００３６】ステップ（１３３）において、駆動周波数
ｆが閾値Ｓ1と交差しない場合には、最大駆動周波数ｆ
maxが保たれる。ステップ（１４０）において、フラッ
プが最終位置に到達していないと検出されると、処理は
ステップ（１３３）に戻り、最終位置に到達したと検出
されると、ステップ（１４１）において、ステップモー
タ（１１２）は停止させられる。
【００３７】フラップが最終位置に到達したことは、制
御ユニット（１００）が、この最終位置に対応する状態
情報（例えば移動端に到達したことを示す）を受け取る
ことにより認識される。
【００３８】図３の処理において、駆動周波数ｆを比較
的小さい値Δｆで増加させることにより、駆動周波数を
必要トルクにほぼ連続的に対応させることができる。例
えば、６００Ｈｚ〜１２００Ｈｚの間で、駆動周波数ｆ
を５Ｈｚずつ増加させることができる。
【００３９】ステップ（１４２）において、駆動周波数
ｆが最小駆動周波数ｆminであると検出されると、ステ
ップ（１４３）において、ステップモータ（１１２）を
停止させるように、安全面にも配慮されている。
【００４０】図４は、公知の必要トルク検出回路（１２
０）の例を示し、図３の処理を実行できるようになって
いる。
【００４１】ステップモータ（１１２）のコイル（３
０）の端子電圧Ｖbは、ツェナーダイオード（３２）に
よる固定基準電圧Ｖrefと、コンパレータ（３１）で比
較される。基準電圧Ｖrefは、ステップモータ（１１
２）が、駆動周波数と対応する定格トルクを供給する時
に、コイル（３０）の端子に発生する通常の電圧よりも
高い電圧に固定されている。
【００４２】端子電圧Ｖbが基準電圧Ｖrefを越えると、
すなわち、必要トルクが増加すると、コンパレータ（３
１）は、カウンタ（３３）に時間を計測させ始める。カ
ウンタ（３３）により計測された値は、データインタフ
ェース（１０８）を介して、制御ユニット（１００）に
送られる。
【００４３】閾値Ｓ1は、必要トルクの増加の長さを示
す時間の値に固定されている。
【００４４】駆動周波数ｆが閾値Ｓ1よりも減少する
と、カウンタ（３３）は、アナログインタフェース（１
０６）を介して、制御ユニット（１００）により０にリ
セットされる。
【００４５】閾値Ｓ2は、閾値Ｓ1よりも小さい時間の値
に固定されている。
【００４６】図５は、ステップモータの駆動周波数を管
理する他の方法のフローチャートであり、連続的ではな
く、段階的に管理される。駆動周波数は、３つの値、例
えば、最大駆動周波数ｆmax、中間駆動周波数ｆint及び
最小駆動周波数ｆminに設定される。６００Ｈｚ〜１２
００Ｈｚまで、上述した周波数の増加を繰り返し、最大
駆動周波数ｆmaxを１２００Ｈｚ、中間駆動周波数ｆint
を９００Ｈｚ、最小駆動周波数ｆminを６００Ｈｚに設
定することができる。また、必要トルク検出回路（１２
０）により送られる情報は、瞬間トルク値を示してい
る。
【００４７】ステップ（１５１）において、駆動コマン
ドが発生すると、ステップ（１５２）において、ステッ
プモータ（１１２）は最大駆動周波数ｆmaxで始動す
る。
【００４８】ステップ（１５３）において、瞬間トルク
が第１の閾値ｃｐ1を越えたと検出されると、ステップ
（１５４）において、駆動周波数ｆは、中間駆動周波数
ｆin tに減少させられる。越えていない場合には、ステ
ップ（１５５）において、ステップモータ（１１２）が
最終位置に到達したかが検出される。最終位置に到達し
た場合には、ステップ（１５６）においてステップモー
タ（１１２）は停止させられ、到達していない場合に
は、処理はステップ（１５３）に戻る。
【００４９】ステップモータ（１１２）が中間周波数ｆ
intに設定されると、ステップ（１５７）において、瞬
間トルクが第２の閾値ｃｐ2を越えたかが検出される。
越えた場合には、ステップ（１５８）において、周波数
が最小駆動周波数ｆminに減少させられる。
【００５０】次に、ステップ（１６０）において、トル
クが第３の閾値ｃｐ3を越えたか否かが検出され、越え
た場合には、ステップ（１６１）において、ステップモ
ータ（１１２）は停止させられる。
【００５１】トルクが第３の閾値ｃｐ3を越えていない
場合には、ステップ（１６２）において、瞬間トルクが
閾値ｃｐ’2より小さいか否かが検出される。小さい場
合には、ステップ（１５４）において、駆動周波数ｆは
中間駆動周波数ｆintに設定される。そうでない場合に
は、ステップ（１６４）において、フラップが最終位置
にあるかが検出され、最終位置にある場合には、ステッ
プ（１６５）において、ステップモータは停止させら
れ、最終位置にない場合には、処理はステップ（１６
２）に戻る。
【００５２】ステップ（１５７）において、トルクが第
２の閾値ｃｐ2を越えていないと検出されると、ステッ
プ（１６６）において、フラップが最終位置にあるか否
かが検出される。最終位置にある場合には、ステップ
（１６９）において、ステップモータ（１１２）は停止
させられる。最終位置にない場合には、ステップ（１６
７）において、トルクが閾値ｃｐ’1よりも小さいか否
かが検出される。小さい場合には、ステップ（１６８）
において、駆動周波数ｆは最大駆動周波数ｆmaxに増加
され、そうでない場合には、処理はステップ（１５７）
に戻る。
【００５３】ステップ（１６８）において、駆動周波数
ｆが最大駆動周波数ｆmaxに設定されると、処理はステ
ップ（１５５）に進む。
【００５４】図６は、公知の必要トルク検出回路（１２
０）の回路図であり、図３の処理を実行できるようにな
っている。
【００５５】ステップモータ（１１２）のコイル（３０
ａ）（３０ｂ）または（３０ｃ）を流れる電流に伴う電
圧Ｖfは、コイル（この場合はコイル（３０ａ））と直
列接続されて、分圧器を構成する２つの抵抗（３６）
（３７）の中点に発生する。この電圧Ｖfは、Ａ／Ｄコ
ンバータ（３８）によりディジタル化され、データイン
タフェース（１０８）を介して、制御ユニット（１０
０）に送られる。
【００５６】電圧Ｖfは、ステップモータが回転してい
る間に発生される逆起電力である。ステップモータ（１
１２）の回転速度が低下すると、トルクの増加を示す電
圧Ｖ fは低下する。すなわち、電圧Ｖfは、ステップモー
タにより供給されるトルクと反比例している。
【００５７】図５の実施例において、閾値ｃｐ1、ｃ
ｐ2、ｃｐ3は、周波数ｆmax、ｆint、ｆminの制限トル
ク、より詳しく言うと、制限トルクよりもやや小さいト
ルクの関数として選択されている。
【００５８】図７は、吸気フラップが駆動している間に
おける、ステップモータ（１１２）により供給されるト
ルクの変動を示すグラフである。必要トルクが瞬間的に
増加することが示されている。
【００５９】トルクの閾値ｃｐ1、ｃｐ2、ｃｐ3は、周
波数ｆmax、ｆint、ｆminと対応する制限トルクｃｂ1、
ｃｂ2、ｃｂ3として示されている。
【００６０】また、トルクの閾値ｃｐ’1、ｃｐ’2が示
されている。不安定性を取り除くために、閾値ｃ
ｐ’1、ｃｐ’2は、それぞれ、閾値ｃｐ1、ｃｐ2よりも
やや小さく選択されている。
【００６１】時間（ｔ0）（開始時）と時間（ｔ1）（閾
値ｃｐ1との交差時）との間、及び時間（ｔ4）（閾値ｃ
ｐ’1との交差時）と時間（ｔ5）（フラップの最終位置
への到達時）との間では、フラップは、最大駆動周波数
ｆmaxにより最高速度で駆動される。
【００６２】時間（ｔ1）と時間（ｔ2）（閾値ｃｐ2と
の交差時）との間、及び時間（ｔ3）（閾値ｃｐ’2との
交差時）と時間（ｔ4）との間では、フラップは、中間
駆動周波数ｆintにより中間速度で駆動される。時間
（ｔ2）と時間（ｔ3）との間では、フラップは、最小駆
動周波数により最低速度で駆動される。
【００６３】図３において、駆動周波数を段階的に制御
するようにしてもよく、また、図５において、駆動周波
数を連続的に制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用の空調装置の線図である。
【図２】図１に示す空調装置のアクチュエータの詳細な
図である。
【図３】図２に示すアクチュエータの速度を管理する処
理のフローチャートである。
【図４】図２に示す必要トルク検出回路の回路図であ
る。
【図５】図２に示すアクチュエータの速度を管理する処
理のフローチャートである。
【図６】図２に示す必要トルク検出回路の回路図であ
る。
【図７】２つの位置間をフラップが移動する際の、時間
に対するステップモータのトルク変化を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
１０ アクチュエータ １２ 制御パネル １４ 温度プローブ １６ 電力バス １８ 情報バス ２０ 中央制御ユニット ３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ コイル ３１ コンパレータ ３２ ツェナーダイオード ３３ カウンタ ３６、３７ 抵抗 ３８ Ａ／Ｄコンバータ １００ 制御ユニット １０２ バスインタフェース １０４ 電源回路 １０６ アナログインタフェース １０８ データインタフェース １１０ ギヤダウンモータ １１２ ステップモータ １２０ 必要トルク検出回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車の空調装置のフラップアクチュエ
    ータのステップモータを制御する方法において、 フラップを駆動している間、フラップを移動させるため
    に、ステップモータ（１１２）により供給される必要ト
    ルクを示す情報を連続的に収集し、 必要トルクの増加を検出すると、駆動周波数を低下さ
    せ、 駆動周波数が所定の最大駆動周波数よりも低い時に、必
    要トルクの減少を検出すると、駆動周波数を増加させる
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 駆動コマンドに対応して、ステップモー
    タを所定の最大駆動周波数で初期作動させることを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 駆動周波数を、検出された必要トルクの
    変動の関数として、ほぼ連続的に変化させることを特徴
    とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 駆動周波数を、検出された必要トルクが
    閾値を交差するのに対応して、段階的に変化させること
    を特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 ステップモータに、過電力を供給するこ
    とを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 ステップモータにより供給される瞬間ト
    ルクを検出することにより、必要トルクを示す情報を収
    集することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 フラップを駆動させるステップモータ
    （１１２）と、ステップモータの電源回路（１０４）
    と、制御入力部（１０２）と、制御入力部（１０２）を
    介して受け取られた駆動コマンドに対応する所定の周波
    数で電源電圧をステップモータ（１１２）に供給する電
    源回路（１０４）と制御入力部（１０２）とに接続され
    た制御ユニット（１００）とを備える自動車の空調装置
    のフラップアクチュエータにおいて、 −フラップを移動させるためにステップモータ（１１
    ２）が供給すべき必要トルクを示す情報を、制御ユニッ
    ト（１００）に送る手段（１２０）を設け、 −制御ユニット（１００）は、必要トルクを示す前記情
    報に基づいて、ステップモータ（１１２）の駆動周波数
    を調節する手段を備えていることを特徴とするフラップ
    アクチュエータ。
  8. 【請求項８】 制御ユニット（１００）は、必要トルク
    の増加を検出すると、駆動周波数を低下させ、駆動周波
    数が所定の最大駆動周波数よりも低い時に、必要トルク
    の減少を検出すると、駆動周波数を増加させるように、
    必要トルクを示す前記情報を受け取ると作動する手段を
    備えている、請求項７に記載のフラップアクチュエー
    タ。
  9. 【請求項９】 請求項７または８に記載のアクチュエー
    タを、少なくとも１つ備えている自動車の空調装置。
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