JP2009046864A - 開閉体の挟み込み検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライドドアなどの開閉体による挟み込み検出までの時間を短縮することであり、特に、弾性を有する柔らかい物を挟み込んだ場合や、ゆっくり挟み込んだ場合でも挟み込みを早く検出することができること。また、経年劣化の影響を受けないで挟み込みの検出を可能とすること。
【解決手段】ＰＷＭ回路２３からの出力デューティとエンコーダ３２からの周波数データとの差を演算する演算部２５と、この演算部２５による演算結果が所定の閾値を超えている場合に挟み込みと判定する挟み込み判定部２７とを設ける。挟み込み発生時に増加する出力デューティから、挟み込み発生時に減少する周波数データを減ずることで、その変化量を大きな値で算出することができ、そのため、挟み込み検出の閾値を精度良く設定することが可能であり、また挟み込み検出までの時間を短縮することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動式のケーブル駆動機構により循環走行するケーブルにて車両のドアをスライドさせて開閉を行なうスライドドア等の開閉体の挟み込み検出装置に関するものである。

従来、この種の電動式のケーブル駆動機構により循環走行するケーブルにて車両のドアをスライドさせて開閉を行なうスライドドアの挟み込みを検出するものとして、例えば、以下の特許文献１〜３が挙げられる。

特開２００３−５６２５０号公報 特開２００５−３５１０４２号公報 特開２００６−１８３３９２号公報

上記特許文献１では、車両の振動の影響を受けないように、モータの回転数データに所定の積分時定数で計算を行なって、挟み込みの検出精度の向上を図っている。そして、最新の回転数データと所定分前の回転数データとを比較し、その差が基準値を超えた場合に、挟み込みと判定している。

また、上記特許文献２では、モータ駆動用のデューティを用いて、現在のデューティと所定周期前のデューティとの差を監視し、デューティを増加させても、デューティ差を監視して、デューティ差が基準値を超えれば、挟み込みと検出しているものである。

上記特許文献３では、モータの補正電流値により挟み込みを判定する第１挟込条件と、ドアの移動速度により挟み込みを判定する第２挟込条件と、モータの回転速度に応じて挟み込みを判定する第３挟込条件を備えていて、これらの第１〜第３挟込条件のすべての判定結果に基づいて挟み込みを判定したり、また、第２、第３挟込条件が成立していなくても第１挟込条件が成立している場合には、挟み込みと判定している。

しかしながら、これら特許文献１〜３における挟み込み検出を行なうパラメータは、モータの回転数の差、モータ駆動用のデューティの差、モータの電流、ドアの速度、モータの回転速度等であり、個々のパラメータから挟み込みの判定を行なっているため、挟み込み検出の所定の閾値に達するまでの時間が長くなるという問題を有している。

ところで、スライドドアの挟み込み検出を、スライドドアの移動量を同期して出力されるエンコーダのパルス周期を利用する場合、スライドドアの作動中に硬い物体を挟み込んだ場合にはスライドドアの移動が急激に止まるため、エンコーダからのパルス周期の変化を容易に検出できて、挟み込みの検出をスムーズに行なうことができる。

しかしながら、弾性を有する柔らかい物を挟み込んだ場合や、徐々に負荷のかかった挟み込みが発生した場合は、エンコーダからのパルス周期は、その周期の変化が現れにくく、挟み込みの検出に時間がかかるという問題を有している。
また、電動式のスライドドアでは、速度が遅くなるにつれてモータ出力を増加させるフィードバック制御を行なっているため、パルス周期に反映されにくくなり、挟み込み荷重の増加の要因となる。

上記特許文献１〜３の場合もそうであるが、挟み込み検出のためのパラメータを１つのみとした場合には、以下に示すような種々の問題点がある。
先ず、駆動モータ側に設けてあるエンコーダからのパルスのみによる挟み込み検出の場合には、以下の問題点がある。
（１）柔らかい物を挟み込んだときはエンコーダからのパルス周期は徐々に変化するため、パルス周期が挟み込み検出の閾値に達するまでに時間がかかる。この場合、閾値を小さくすることにより挟み込み検出までの時間を短縮することができるが、挟み込み以外の要因によりパルス周期が変化したときにも挟み込みと誤検出してしまう。
（２）モータのフィードバック制御により目標のパルス周期になるようにモータのデューティが変更されるため、パルス周期が変化しにくい。
（３）経年劣化を考慮したパルス周期を設定する必要がある。

また、モータを駆動制御するためのデューティのみによる挟み込み検出では以下の問題点がある。
（１）フィードバック制御のため、デューティが挟み込み検出の閾値に達するまでに時間がかかる。
（２）経年劣化を考慮したデューティを設定する必要がある。

本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、少なくとも以下の目的を持った開閉体の挟み込み検出装置を提供するものである。
（１）スライドドアなどの開閉体による挟み込み検出までの時間を短縮することであり、特に、弾性を有する柔らかい物を挟み込んだ場合や、ゆっくり挟み込んだ場合でも挟み込みを早く検出することができること。
（２）経年劣化の影響を受けないで挟み込みの検出を可能とすること。

そこで、本発明の請求項１に記載の開閉体の挟み込み検出装置では、スライド式の開閉体２と、ケーブルの巻き取り、送り出しにより前記開閉体２を開閉させる正逆転可能なモータ３１と、前記開閉体２を目標速度に開閉させるべく前記モータ３１を所定のデューティ比にて駆動制御するＰＷＭ回路２３と、前記モータ３１の回転速度に応じて周波数が変化するパルス周期を出力するエンコーダ３２と、前記ＰＷＭ回路２３からの出力デューティと前記エンコーダ３２からの周波数データとの差を演算する演算部２５と、前記演算部２５による演算結果が所定の閾値を超えている場合に挟み込みと判定する挟み込み判定部２７とを備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の開閉体の挟み込み検出装置では、前記演算部２５において、前記ＰＷＭ回路２３からの出力デューティと前記エンコーダ３２からの周波数データとの差の演算を外乱トルクとして算出し、前記開閉体２の作動に伴い変化する外乱トルクの変化をトルクの変化量として記憶し、前記外乱トルクの変化量を所定分だけ積分した積分値を演算したものを挟み込み検出のパラメータとし、
前記挟み込み検出パラメータが所定の閾値を超えた場合に挟み込みと認識するようにしていることを特徴としている。

請求項３に記載の開閉体の挟み込み検出装置では、前記エンコーダ３２からの周波数データをＰＷＭ回路２３側にフィードバックして、前記開閉体２の開閉速度と目標速度との差がゼロとなるフィードバック制御としていることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の開閉体の挟み込み検出装置によれば、ＰＷＭ回路２３からの出力デューティと前記エンコーダ３２からの周波数データとの差を演算し、この演算結果が所定の閾値を超えている場合に挟み込みと判定するようにしているので、挟み込み発生時に増加する出力デューティから、挟み込み発生時に減少する周波数データを減ずることで、その変化量を大きな値で算出することができ、そのため、挟み込み検出の閾値を精度良く設定することが可能であり、また挟み込み検出までの時間を短縮することができる。

請求項２に記載の開閉体の挟み込み検出装置によれば、ＰＷＭ回路２３からの出力デューティと前記エンコーダ３２からの周波数データとの差の演算を外乱トルクとして算出し、前記開閉体２の作動に伴い変化する外乱トルクの変化をトルクの変化量として記憶し、前記外乱トルクの変化量を所定分だけ積分した積分値を演算したものを挟み込み検出のパラメータとし、前記挟み込み検出パラメータが所定の閾値を超えた場合に挟み込みと認識するようにしているので、弾性を有する柔らかいものを挟み込んだ場合や、ゆっくり挟み込んだ場合でも、挟み込みを容易に検出することができる。また、積分計算により増加量を算出しているため、耐久、経年劣化等によりモータ３１の出力が低下した場合でも、挟み込み荷重の変化に影響を受けにくく、従来のように経年劣化を考慮してパルス周期やデューティ比を設定する必要がない。

請求項３に記載の開閉体の挟み込み検出装置によれば、フィードバック制御の場合でも、挟み込み検出までの時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１を参照してスライドドアの開閉システムの全体構成について説明する。車両１の側面にはスライドドア２が開閉自在に設けられており、このスライドドア２の前部の上下には、車両１の側面の上部及び下部にアッパーレールとロアレール（共に図示せず）が前後方向に配設されている。そして、このアッパーレールとロアレールにスライドドア２が摺動自在にガイドされる。
また、スライドドア２の後部の上下方向における中間部分には、車両１の後部の前後方向に設けられているセンターレール３によりスライドドア２が走行自在にガイドされるようになっている。

センターレール３の近傍には、スライドドア２を開閉駆動するケーブル駆動機構４が配設されており、また、このケーブル駆動機構４を駆動制御するコントローラとしての制御ユニット５が車両１のボディ側に設けられている。上記ケーブル駆動機構４は、センターレール３の前後に設けられ、ケーブルの方向転換を行なうプーリー６、７と、センターレール３の近傍に配設されているケーブル駆動ユニット１０と、前記プーリー６、７を介してケーブル駆動ユニット１０からセンターレール３にかけて配索されるコントロールケーブル１１とから構成されている。

前記プーリー６、７は、センターレール３の前後端近辺に配置され、ボディのインナーパネルに固定され、また、コントロールケーブル１１はアウターケーシングと、このアウターケーシングの内部に配索されているインナーケーブルとで構成されている。このコントロールケーブル１１のインナーケーブルがケーブル駆動ユニット１０の駆動力をスライドドア２に伝達するものであり、該インナーケーブルは、センターレール３内に摺動自在に収容され、インナーケーブルの端部に固着したケーブルエンドがボディ側に設けたローラアッセンブリー１２のエンドホルダーに係止されている。

また、スライドドア２を自動で開閉操作するための開閉スイッチ１４が運転席の近傍に設けてあり、スライドドア２側にも開閉スイッチ１４ａを設けるようにしても良い。かかる場合には、両開閉スイッチ１４、１４ａは回路的には並列の構成となる。また、スライドドア２を開閉操作するためのスイッチをキー側に設けて、該キーの操作によりワイヤレスでスライドドア２を開閉するようにしても良い。
また、スライドドア２が配置される車両１の開口部のピラー側にはカーテシスイッチ１５が設けられており、スライドドア２が全閉状態となったことを検出するものである。

なお、ケーブル駆動ユニット１０は、モータ、減速機、ドラム、クラッチ等で構成されており、このケーブル駆動ユニット１０はボディ側に設けられる場合や、スライドドア２側に設けられる場合もある。
スライドドア開閉システムの作用は周知なので詳述はしないが簡単に説明すると、ケーブル駆動ユニット１０のモータが、例えば正転駆動されることで、ケーブル駆動ユニット１０内のドラムでコントロールケーブル１１のインナーケーブルが巻き取り、送り出されてスライドドア２が開かれる。また、逆にモータが逆転駆動されてスライドドア２が閉められる。

図２は制御ユニット５及びケーブル駆動ユニット１０のブロック図を示しており、制御ユニット５は、制御部２１と、メモリ２２と、ＰＷＭ回路２３と、モータ駆動回路２４と、演算部２５と、記憶部２６及び挟み込み判定部２７等で構成されている。
また、ケーブル駆動ユニット１０は、コントロールケーブル１１の巻き取り、送り出しをしてスライドドア２を開閉させるための正転、逆転可能なモータ３１と、このモータ３１の出力軸の回転に応じてパルス信号を出力するエンコーダ３２等で構成されている。

上記制御部２１は、予め定められているプログラムの手順に基づいて全体の制御を行なうものであり、また、メモリ２２はプログラムを格納しておくＲＯＭやデータを一時的に保存するＲＡＭから構成されている。また、制御部２１からはスライドドア２を所望の速度で開閉すべくデューティ比となるように信号をＰＷＭ回路２３に出力しており、この制御部２１からの信号と内部で生成されている三角波あるいはノコギリ波とでパルス幅変調が行なわれて、ＰＷＭ回路２３からは所定のデューティ比のパルス信号が出力される。

モータ駆動回路２４は、スイッチング素子を用いたインバータ回路で構成され、ＰＷＭ回路２３からのパルス信号（ＰＷＭ信号）により上記スイッチング素子が所定のデューティ比にてスイッチングされて、ケーブル駆動ユニット１０のモータ３１を回転駆動する。なお、制御部２１からは、開閉スイッチ１４からのスライドドア２の開作動か閉作動かを判断してモータ駆動回路２４のスイッチング素子を選択し、モータ３１を正転、あるいは逆転となるように制御している。

上記モータ３１の回転に応じてエンコーダ３２からはパルス信号を出力しており、スライドドア２の位置に応じた数のパルスが出力される。また、モータ３１の回転速度に応じてエンコーダ３２から出力されるパルス周期（周波数データ）も変化し、モータ３１の回転速度が遅くなるに従いパルス周期が長くなる。つまりエンコーダ３２から出力されるパルス周期の周波数が低くなる。
このエンコーダ３２からの信号（パルス）が制御部２１にフィードバックされて、制御部２１ではスライドドア２の実際の速度（実速度）から目標の速度となるようにフィードバック制御を行なっている。

演算部２５は、外乱トルクとしてＰＷＭ回路２３から出力される出力デューティを反映させた挟み込み検出のパラメータを算出すると共に、スライドドア２の作動に伴い変化する外乱トルクの変化をトルクの変化量として記憶部２６に記憶し、その記憶した外乱トルク変化量を所定分だけ積分した積分値を演算するものであり、その積分値を演算したものを挟み込み検出のパラメータとしている。

挟み込み判定部２７では、演算部２５での演算結果により予め定めた閾値を超えているか否かを判断し、閾値を超えている場合には、スライドドア２が物を挟み込んでいると判定する。そして、挟み込み判定部２７は、挟み込みを検出した場合には制御部２１に信号を送り、制御部２１はＰＷＭ回路２３及びモータ駆動回路２４に信号を送ってモータ３１を反転駆動させる。

図３はスライドドア２の全開位置と全閉位置との間を開閉させる場合の位置に応じた目標速度を示すものであり、周知のように開作動の場合は徐々に速度を上げ、所定の位置からは一定の速度で開けていき、さらに所定の位置から速度を下げていく。また、閉作動の場合も同様であり、スライドドア２の位置に対応して、加減速域、定速域、加減速域の目標速度となっている。

スライドドア２の実速度が目標速度となるように上述の通りフィードバック制御を行なっており、図４は、かかるフィードバック制御の概略図を示している。制御部２１からの目標ドア速度の信号と、スライドドア２の実速度の信号との差の信号がアンプＡＭＰに入力され、このアンプＡＭＰの出力（信号）がＰＷＭ回路２３に入力され、さらにモータ駆動回路２４にてモータ３１を駆動して、目標ドア速度の信号と、実ドア速度の信号との差がゼロになるようにフィードバック制御される。

ここで、上記演算部２５における外乱トルクとして出力デューティを反映させた挟み込み検出のパラメータの算出方法について説明する。以下の計算式にて挟み込み検出に用いるパラメータを外乱トルクとして算出する。
Ｔ＝（ＫＶ＊Ｖbat ＊ＤＵＴＹ＿ＰＷＭ）−（ＫＤ＊ＤＥＬＴＡ＿ＰＬＳ）
Ｔ：外乱トルク
ＫＶ：デューティ比例係数
Ｖbat ：バッテリ電圧
ＤＵＴＹ＿ＰＷＭ：出力デューティ
ＫＤ：ＤＥＬＴＡ＿ＰＬＳの比例係数
ＤＥＬＴＡ＿ＰＬＳ：エンコーダ３２の周波数

上記の計算式を挟み込み検出パラメータに用いることで、ＰＷＭ回路２３の出力デューティを増加させて、エンコーダ３２からのパルス周期が変化しない状態が発生しても、パラメータの変化として表すことができる。
すなわち、挟み込みの発生時に増加する出力デューティから、挟み込み発生時に減少するパルス周期を減ずることにより、その変化量（外乱トルクＴ）を大きな値で算出することができることになる。そのため、挟み込み検出の閾値を精度良く設定することが可能であり、また、挟み込み検出までの時間を短縮することができる。

また、実際の挟み込み検出方法としては、演算部２５は、スライドドア２の作動に伴い変化する外乱トルクの変化をトルクの変化量として記憶部２６に記憶し、その記憶した外乱トルク変化量を所定分だけ積分した積分値を演算したものを挟み込み検出のパラメータとする。図５はドア位置とトルクとの関係を示しており、図中の斜線部分が積分値を示している。
そして、上記挟み込み検出パラメータが所定の閾値を超えることで、制御部２１が挟み込みと認識し、スライドドア２を作動方向とは逆方向に反転作動させる。ここで、図５に示すように、スライドドア２の全開位置Ｗ１から閉作動を開始し、Ｗ２から徐々に外乱トルクが増加していることから、Ｗ２の時点で挟み込みが発生し始めていることを表している。その後、外乱トルクの積分値が所定の閾値に達したＷ３の位置で挟み込みと認識し、モータ３１を停止させている。

図６は上記制御動作のフローチャートを示し、バッテリ電源が入力されると（ステップＳ１参照）、スライドドア２が閉状態かどうかを確認し（ステップＳ２参照）、閉状態であれば、イニシャライズされる（ステップＳ３参照）。その後、スライドドア２の閉作動において、演算部２５にはＰＷＭ回路２３とエンコーダ３２から出力デューティ（上記計算式のＤＵＴＹ＿ＰＷＭ）と、周波数データ（ＤＥＬＴＡ＿ＰＬＳ）が入力され（ステップＳ４参照）、該演算部２５では上記計算式から外乱トルクＴを計算し、その計算結果をトルクの変化量として記憶部２６に記憶する（ステップＳ５参照）。なお、この計算は所定の時間毎、例えば、ミリセコンドオーダーにて行なっている。

次に、ステップＳ６に示すように、演算部２５で記憶部２６から読み出した外乱トルク変化量を所定分だけ積分し、その積分した積分値が挟み込み判定部２７にて所定の閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ７参照）。積分値が閾値を超えた場合には挟み込み検出と判定し、スライドドア２を反転動作させる（ステップＳ８参照）。

このように本実施形態では、挟み込み発生時には増加する出力デューティから、挟み込み発生時に減少するエンコーダ３２からのパルスを減ずることで、弾性を有する柔らかいものを挟み込んだ場合や、ゆっくり挟み込んだ場合でも、挟み込みを容易に検出することができる。
また、積分計算により増加量を算出しているため、耐久、経年劣化等によりモータ３１の出力が低下した場合でも、挟み込み荷重の変化に影響を受けにくく、従来のように経年劣化を考慮してパルス周期やデューティ比を設定する必要がない。

また、エンコーダ３２からの周波数データをＰＷＭ回路２３側にフィードバックして、前記開閉体２の開閉速度と目標速度との差がゼロとなるフィードバック制御としているが、かかるフィードバック制御の場合でも、挟み込み検出までの時間を短縮することができる。

なお、上記の実施形態では、開閉体２をスライドドアの場合として説明したが、スライドドア２に限られるものではない。例えば、サンルーフやウインドガラスの場合にも適用できるものである。

本発明の実施の形態におけるスライドドアの開閉システムの概略構成図である。 本発明の実施の形態におけるブロック図である。 本発明の実施の形態におけるドア位置と目標速度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態におけるフィードバック制御の説明図である。 本発明の実施の形態におけるドア位置とトルクとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態における制御動作のフローチャートである。

符号の説明

２ スライドドア（開閉体）
２１ 制御部
２３ ＰＷＭ回路
２５ 演算部
２７ 挟み込み判定部
３１ モータ
３２ エンコーダ

Claims (3)

1. スライド式の開閉体（２）と、
   ケーブルの巻き取り、送り出しにより前記開閉体（２）を開閉させる正逆転可能なモータ（３１）と、
   前記開閉体（２）を目標速度に開閉させるべく前記モータ（３１）を所定のデューティ比にて駆動制御するＰＷＭ回路（２３）と、
   前記モータ（３１）の回転速度に応じて周波数が変化するパルス周期を出力するエンコーダ（３２）と、
   前記ＰＷＭ回路（２３）からの出力デューティと前記エンコーダ（３２）からの周波数データとの差を演算する演算部（２５）と、
   前記演算部（２５）による演算結果が所定の閾値を超えている場合に挟み込みと判定する挟み込み判定部（２７）と
   を備えていることを特徴とする開閉体の挟み込み検出装置。
2. 前記演算部（２５）において、前記ＰＷＭ回路（２３）からの出力デューティと前記エンコーダ（３２）からの周波数データとの差の演算を外乱トルクとして算出し、前記開閉体（２）の作動に伴い変化する外乱トルクの変化をトルクの変化量として記憶し、前記外乱トルクの変化量を所定分だけ積分した積分値を演算したものを挟み込み検出のパラメータとし、
   前記挟み込み検出パラメータが所定の閾値を超えた場合に挟み込みと認識するようにしていることを特徴とする請求項１に記載の開閉体の挟み込み検出装置。
3. 前記エンコーダ（３２）からの周波数データをＰＷＭ回路（２３）側にフィードバックして、前記開閉体（２）の開閉速度と目標速度との差がゼロとなるフィードバック制御としていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉体の挟み込み検出装置。

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