JP2010229621A - 車両用開閉体の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの電圧と角速度と角加速度とからモータの負荷を推定して挟み込み判定を行うものにおいて振動外乱に対して確実な挟み込み判定を可能とする。
【解決手段】振動外乱の影響を受けて振動波形となった負荷推定値に対して、その波形における隣り合う最小値および最大値の平均値を負荷基準値とし、負荷基準値から最小値を減算した負荷減少量より最大値から負荷基準値を減算した負荷増加量の方が大きい場合の負荷増加量と負荷減少量との偏差が所定の挟み込み判定用閾値より大きい場合に挟み込みが生じたと判定する。パワーウィンドウ装置においてウィンドウの変位に応じてガイド部材などとの間の摺動抵抗が増大するような場合、摺動抵抗の増大分に応じて負荷基準値も増大し得るため、そのような摺動抵抗の増大による影響を排除することができ、正確な挟み込み判定を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータで車両用開閉体としての窓やスライドドアなどを駆動する車両用開閉体の制御装置に関するものである。

従来、自動車の窓やスライドドアなどの車両用開閉体をモータで駆動制御する車両用開閉体の制御装置が知られている。そのような車両用開閉体の制御装置では、開閉体による物体の挟み込みがあった場合にモータの回転を停止または反転する等している。そのような挟み込みの検知には、モータの負荷を検出し、負荷に異常な上昇が生じることを判断することにより可能である。そのモータの負荷において、モータの電圧と角速度と角加速度とからモータの負荷を推定し、負荷推定値が所定の挟み込み判定値を越えた状態が所定時間（マスク時間とも言う）以上続いた場合に異物の挟み込みがあると判定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献では、負荷推定値Ｐは次式により求められる。
Ｐ＝Ｂm（ω0−ω）＋（Ｔm−Ｔm0）−Ｊm・ｄω…（１）
ここで、Ｂmはモータ内部負荷の粘性係数、ωは角速度、ω0は外部無負荷時の角速度定常値、Ｔmはモータトルク、Ｔm0は外部無負荷時のモータトルク、Ｊmはモータを含む装置（例えばウィンドウ開閉装置）の慣性モーメント、ｄωは角加速度である。

この式でＴmを電圧Ｖと角速度ωとに分解して次式で表すことができる。
Ｔm＝−ａ・ω＋ｂ・Ｖ＋ｃ…（２）
ここでａ、ｂ、ｃはモータに固有の定数であり、式（２）はモータ毎に関数化したり、マップにしたりして、ＲＯＭなどのメモリに記憶しておくことができる。

式（１）及び（２）から負荷推定値Ｐを次のように表すこともできる。
Ｐ＝（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）＋ｂ（Ｖ−Ｖ0）−Ｊm・ｄω…（３）
式（３）中で、（Ｂm＋ａ）（ω0−ω）を角速度差演算項、ｂ（Ｖ−Ｖ0）を電圧差演算項、Ｊm・ｄωを角加速度演算項（または慣性項）と呼ぶこともある。なお、Ｖ0は外部無負荷時の電圧である。

特開２００４−２４２４２５号公報

上記のような負荷推定値に基づいた挟み込み判定では、例えば窓の開閉装置としてのパワーウィンドウで開閉操作を行う場合、閉動作中に例えば車両が凹凸の多い悪路を走行しているときのような振動外乱が加わると、モータの角速度ωや角加速度ｄωが大きく変動して負荷推定値Ｐが大きく変動し、それによって実際に異物が挟まっていないのに挟まっていると誤判定する虞がある。そのような悪路走行などの周期的な振動外乱による誤検知を防止するために、例えば図４（ａ）に示されるように、所定の負荷基準値Ｐｒに対して算出された負荷推定値Ｐが実線に示されるように上下に変動（振動）する場合には、負荷基準値Ｐｒに対して負荷推定値Ｐが減少した時の最大減少量Ｐｄを退避（記憶）し、続けて増大した時の負荷基準値Ｐｒに対する最大増大量Ｐｕから最大減少量Ｐｄを減算する。その減算により最大増大量Ｐｕと最大減少量Ｐｄとが相殺され、その減算結果の負荷上昇値ΔＰを予め設定されている挟み込み判定値Ｐｓと比較して挟み込み判定を行うことにより、振動外乱に影響されることなく挟み込み判定を行うことができる。

一方、図４（ｂ）に示されるように、負荷推定値の変動波形が振動しながら上昇側に徐々に大きくなっていく場合がある。この場合の負荷基準値の上昇側への変化の原因としては、例えば開閉体のゴム製ガイド部材（ウェザーストリップなど）との間における摺動抵抗が一定ではないことにより、変位に応じて増加することが考えられる。

しかしながら、上記図４（ａ）と同様に負荷基準値Ｐｒを一定として判断すると、図４（ｂ）の上昇側に大きく変化した負荷推定値の波形の場合には負荷基準値Ｐｒに対する増加量が大きくなり、挟み込み判定値Ｐｓよりも大きな負荷増加量となって、挟み込みであるとしてしまうという問題がある。

このような課題を解決して、モータの電圧と角速度と角加速度とからモータの負荷を推定して挟み込み判定を行うものにおいて振動外乱に対して確実な挟み込み判定を可能とするために本発明に於いては、モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、前記モータの回転速度と回転加速度と駆動電圧とから負荷推定値を算出する負荷推定値算出手段と、前記開閉体による物体の挟み込みの判定を行う基準となる負荷基準値を設定する負荷基準値設定手段とを有し、前記負荷基準値設定手段は、前記負荷推定値が変動する場合の当該変動による波形において互いに隣り合う前記負荷推定値の最小値と最大値とに基づいて算出された平均値を前記負荷基準値とするものとした。

特に、前記挟み込みの判定が、前記負荷基準値から前記最小値を減算した負荷減少量より前記最大値から前記負荷基準値を減算した負荷増加量の方が大きい場合であってかつ当該負荷増加量と当該負荷減少量との偏差が所定の挟み込み判定用閾値より大きい場合に行われると良い。また、前記車両用開閉体の制御装置はさらに、前記負荷基準値設定手段が設定する負荷基準値と前記負荷推定値算出手段が算出する負荷推定値とを比較し、前記負荷推定値が前記負荷基準値よりも大きい場合に前記モータの動作を停止させる判定部を有すると良い。

このように本発明によれば、例えばパワーウィンドウに適用した場合に、悪路走行時等の閉動作時に振動外乱により負荷推定値が大きく変動し、さらに変位に応じてガイド部材などとの間の摺動抵抗が増大するような場合であっても、挟み込みを誤検知することがない。負荷推定値の変動に対して、その変動における最小値と最大値との平均値を負荷基準値とすることから、上記摺動抵抗の増大分に応じて負荷基準値も増大し得るため、そのような摺動抵抗の増大による影響を排除することができ、正確な挟み込み判定を行うことができる。

挟み込みの判定としては、負荷基準値から最小値を減算した負荷減少量より最大値から負荷基準値を減算した負荷増加量の方が大きい場合の負荷増加量と負荷減少量とを比較し、負荷増加量と負荷減少量との偏差が所定の挟み込み判定用閾値より大きい場合に挟み込みが生じたと判定することで可能である。この場合の負荷基準値が上記最小値と最大値との平均値から求められることから、摺動抵抗の変化に対して平均値が追従し得るため、このような挟み込み判定において好適である。

本発明に基づく自動車用パワーウィンドウ装置のブロック図である。 図である。 本発明に基づく制御要領を示すフロー図である。 （ａ）は振動外乱による挟み込み判定の誤検知を回避し得る処理を示す図であり、（ｂ）はさらに開閉体の変位に伴う負荷抵抗が増大する場合の（ａ）に対応する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に基づく車両用開閉体の制御装置の好適実施例として、本発明を自動車用パワーウィンドウ装置に適用した場合を示すブロック図である。

図に示されるように、制御部１には、運転席などに設けられたオート操作スイッチ２ａ及びマニュアル操作スイッチ２ｂからの各開閉操作信号の入力に応じて自動または手動の各開閉制御信号を出力する開閉信号制御回路１ａと、その開閉制御信号に応じて直流モータ３を正逆転駆動制御するための駆動回路４と、モータ３の駆動電圧を検出する電圧検出回路５と、モータ３の回転に連動する回転センサ（またはロータリエンコーダ）６からのパルス信号の間隔に基づいてモータ３の回転速度としての角速度を算出する角速度算出回路７と、制御部１の主制御を行うＣＰＵ８とが設けられている。

ＣＰＵ８には、上記角速度算出回路７からの角速度信号に基づいて回転加速度としての角加速度を算出する角加速度算出部８ａと、駆動電圧と角速度と角加速度とに基づいてモータ３の外部負荷である負荷推定値Ｐを推定する負荷推定値算出部８ｂと、負荷推定値Ｐに基づいて挟み込みの判定を行う挟み込み判定手段としての判定部８ｃとが設けられている。なお、角加速度算出部８ａと負荷推定値算出部８ｂと判定部８ｃとは、ＣＰＵ８内でのプログラム処理で行われるものであって良い。

そして、駆動回路４からの駆動信号に応じてモータ３が正逆転して、例えばモータ３にリンクまたはワイヤなどを介して連結された開閉体としてのウィンドウ９が開閉動作する。なお、開閉信号制御回路１ａでは、オート操作スイッチ２ａの開／閉の信号が入力された場合には連続した開／閉制御信号を出力し、マニュアル操作スイッチ２ｂの開／閉信号が入力された場合には操作されている間だけ開／閉制御信号を出力する。またモータ３の制御としてはモータ３を一定の速度で駆動する定電圧制御やモータ３の駆動速度を可変に制御可能なＰＷＭ制御を用いることができる。

ＣＰＵ８には更に、角速度算出回路７からの角速度信号とモータの回転方向とから全閉から全開に至るウィンドウ９の位置を算出する位置算出部８ｄが設けられている。位置算出部８ｄの機能もＣＰＵ８内でのプログラム処理で実現される。尚、ウィンドウ９の位置は回転センサ６からのパルスカウントによって、例えば全閉位置を０カウントとし、全閉と全開との間は、全閉から開動作時にパルスを加算していき、その加算カウント値により開位置を表すことができる。

更に、ＣＰＵ８には負荷基準値設定部８ｅと負荷増減量算出部８ｆとが設けられている。負荷基準値設定部８ｅは、負荷推定値算出部８ｂで算出された負荷推定値Ｐが変動する場合に、その負荷推定値Ｐの変化を示す波形の互いに隣り合う谷と山との各ピークとなる最小値Ｐｄと最大値Ｐｕとの平均値［（Ｐｄ＋Ｐｕ）／２］を算出して負荷基準値Ｐｒとして設定し、その負荷基準値Ｐｒを判定部８ｃに出力する。

負荷基準値Ｐｒの算出について、図２の上段の実線に示されるように負荷推定値Ｐが変動する場合について説明する。変動前または動作初期のように負荷推定値Ｐが一定状態である場合には、谷と山とが現れないため一定状態の負荷推定値Ｐが負荷基準値Ｐｒ０となる。動作中に振動外乱が加わって、負荷推定値Ｐの変動波形に谷と山とが現れたら、その波形の隣り合う谷の最小値Ｐｄ１と山の最大値Ｐｕ１との平均値を負荷基準値Ｐｒ１とする。以後最小値と最大値とがＰｄ２・Ｐｕ２、Ｐｄ３・Ｐｕ３、…と変化していく場合に、それぞれの値から対応する各負荷基準値Ｐｒ２・Ｐｒ３、…を算出していく。

負荷増減量算出部８ｆは、図２の下段に示されるように、上記負荷基準値Ｐｒに対して負側となる波形を負荷基準値Ｐｒに対して鏡像のように処理して正側に移し（図の二点鎖線）、負荷基準値Ｐｒに対して正側となる波形（図の一点鎖線）の最大値Ｐｕの増大量（Ｐｕ−Ｐｒ）が最小値Ｐｄの低減量（Ｐｒ−Ｐｄ）より大きい場合には、その増加分を、変動の影響を排除した負荷上昇値ΔＰとして求め、その負荷上昇値ΔＰを判定部８ｃに出力する。

判定部８ｃでは、予め設定されている挟み込み判定用閾値Ｐｓと負荷上昇値ΔＰとを比較し、負荷上昇値ΔＰの方が大きい場合には挟み込みが生じたとして、挟み込み判定信号を駆動回路４と開閉信号制御回路１ａとに出力する。

次に、このようにして構成された車両用開閉体の制御装置における制御要領について図３のフロー図を参照して以下に示す。なお、挟み込み判定における処理となるため、動作方向は特に断らない限りウィンドウ９を閉じる方向である。

まず、ステップＳＴ１では、モータ３の起動に伴って算出される負荷推定値Ｐが減少しているか否かを判別し、減少していない場合にはステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では、負荷推定値Ｐが増加しているか否かを判別し、増加していない場合にはステップＳＴ３に進み、ステップＳＴ３では負荷が安定しているか否かを判別する。ここで、負荷が安定しているとは負荷推定値Ｐが変動波形であっても収束傾向である場合であり、波形の山のピーク値が低減していることで判断できる。

ステップＳＴ３で負荷が安定していると判定された場合には負荷基準値Ｐｒを記憶（退避）する。この場合の負荷基準値Ｐｒは、上記したように負荷推定値Ｐが一定状態である場合にはその値であり、負荷推定値Ｐが変動している場合には山と谷との各ピーク値の平均値であって良い。負荷推定値Ｐが収束する場合には、そのようにして算出された平均値と収束していく値とはほぼ一致する。このようにステップＳＴ１〜ステップＳＴ３、さらにステップＳＴ３１を経た場合には図２に示される負荷基準値Ｐｒ０が負荷基準値設定部８ｅにまず記憶される。

次にモータ３の駆動中に悪路走行などにより振動外乱が発生した場合には、ステップＳＴ１では負荷減少として、ステップＳＴ２では負荷増加として検出される。まず、ステップＳＴ１で負荷推定値Ｐが減少していると判定された場合にはステップＳＴ１１に進む。そのステップＳＴ１１では、変動波形の隣り合う谷と山とにおける最小値と最大値との平均値を算出し、その算出結果を負荷基準値とする。なお、最初の負荷基準値Ｐｒ０に対する最初の減少側波形（図２のＰｄ１）だけの場合には負荷基準値は算出されない。減少側波形と増加側波形とが検出されて、後記するステップＳＴ１６で負荷最小値（図２のＰｄ１）が記憶され、かつステップＳＴ２３で負荷最大値（図２のＰｕ１）が記憶された場合には、両値Ｐｄ１・Ｐｕ１を用いて負荷基準値Ｐｒ１が算出される。それまでは初期の負荷基準値Ｐｒ０を用いる。

次のステップＳＴ１２では負荷基準値を例えば負荷基準値設定部８ｅ内のメモリに記憶（退避）し、次のステップＳＴ１３では負荷基準値からの負荷減少量を算出し、負荷増減量算出部８ｆ内のメモリに記憶して、ステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ１４では今回のサイクルで算出された今回負荷減少量が前回のサイクルで算出された前回負荷減少量以上であるか否かを判別する。今回負荷減少量が前回負荷減少量以上、すなわち負荷推定値Ｐが減少方向に進んでいると判定された場合にはステップＳＴ１５に進む。ステップＳＴ１５では負荷基準値Ｐｒ１からの負荷減少量の最大値をメモリに記憶（退避）する。したがって、負荷減少量最大値は、後のサイクルで大きな値が算出された場合には更新される。次のステップＳＴ１６では負荷推定値Ｐの最小値（最初の場合には図２におけるＰｄ１）をメモリに記憶（退避）する。

ステップＳＴ１６の次、または上記ステップＳＴ１４で今回負荷減少量が前回負荷減少量より小さいと判定された場合にはステップＳＴ１７に進む。今回負荷減少量が前回負荷減少量より小さいということは、負荷推定値Ｐが波形の谷底部分から上昇傾向に移ったということである。ステップＳＴ１７では、負荷推定値Ｐの増加量のメモリをクリアして本ルーチンを終了する。なお、負荷推定値Ｐの増加量は後記するステップＳＴ２１で算出される。

ステップＳＴ２で負荷推定値Ｐが増加していると判定された場合にはステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ２１では負荷基準値からの負荷増加量を算出し、負荷増減量算出部８ｆ内のメモリに記憶して、ステップＳＴ２２に進む。この場合の負荷増加量は、具体的には図２の二点鎖線で示される負荷基準値Ｐｒ０・Ｐｒ１…より上の波形部分であり、Ｐｕ１に対応する山波形の場合には負荷基準値Ｐｒ０に対する増加分となり、Ｐｕ２に対応する山波形の場合には負荷基準値Ｐｒ１に対する増加分となる。

ステップＳＴ２２では今回のサイクルで算出された今回負荷増加量が前回のサイクルで算出された前回負荷増加量以上であるか否かを判別する。今回負荷増加量が前回負荷増加量以上、すなわち負荷増加量が増加方向に進んでいると判定された場合にはステップＳＴ２３に進む。ステップＳＴ２３では、例えば最初の場合には負荷最大値Ｐｕ１をメモリに記憶（退避）し、次に谷と山とが現れた波形に対する処理を行った場合には負荷増大値Ｐｕ２を記憶し、以下同様に処理する。ステップＳＴ２３の次、またはステップＳＴ２２で今回負荷増加量が前回負荷増加量より小さいと判定された場合には負荷推定値Ｐが上昇から下降に転じたとしてステップＳＴ２４に進む。

ステップＳＴ２４ではステップＳＴ２１で算出された負荷増加量からステップＳＴ１５で記憶された負荷減少量最大値を減算して、ステップＳＴ２５に進む。ステップＳＴ２５では、ステップＳＴ２４で減算されて正の値として算出された結果（負荷上昇値ΔＰ）が挟み込み判定用閾値Ｐｓ以上か否かを判別する。負荷上昇値ΔＰが挟み込み判定用閾値Ｐｓ以上の場合にはステップＳＴ２６に進み、挟み込み判定用閾値Ｐｓ未満の場合にはステップＳＴ２７に進む。ステップＳＴ２７では負荷推定値Ｐの減少量のメモリをクリアして本ルーチンを終了する。

そして、上記ステップＳＴ２から進んだステップＳＴ３では、負荷が安定しているか否かを判別する。ステップＳＴ３１の次、またはステップＳＴ３で負荷が安定していないと判定された場合には本ルーチンを終了する。

このように処理することにより、実施形態におけるパワーウィンドウ装置において、ウィンドウ９の変位に応じてウェザーストリップなどのガイド部材との間に生じる摺動抵抗が増大するような場合でも、その増大分を相殺することができ、正確な挟み込み判定を行うことが可能となる。

図４（ｂ）と図２との各負荷推定値の波形が同じであるものとして図示しているが、負荷基準値Ｐｒが一定のままの図４（ｂ）の場合には３つ目の波形の山で、負荷上昇値ΔＰが挟み込み判定用閾値Ｐｓ以上となってしまい、挟み込みの判定を行ってしまう。それに対して、図２の場合には、負荷基準値がＰｒ０〜Ｐｒ３で示されるように、ウィンドウ９の変位に伴う負荷抵抗の増大を含む負荷推定値の全体的な上昇変化に合わせて再設定されていくため、同じ３つめの波形の山でも負荷上昇値ΔＰは挟み込み判定用閾値Ｐｓより小さく、挟み込みの誤判定とならない。

なお、上記実施の形態では開閉体としてウィンドウについて示したが、スライドドアやその他の自動で開閉するものにも適用可能である。

１ 制御部
１ａ 開閉信号制御回路
３ モータ
４ 駆動回路
５ 電圧検出回路
６ 回転センサ
７ 角速度算出回路
８ ＣＰＵ
８ａ 角加速度算出部
８ｂ 負荷推定値算出部
８ｃ 判定部
８ｄ 位置算出部
８ｅ 負荷基準値設定部
８ｆ 負荷増減量算出部
９ ウィンドウ

Claims (3)

1. モータで開閉体を駆動する車両用開閉体の制御装置であって、
   前記モータの回転速度と回転加速度と駆動電圧とから負荷推定値を算出する負荷推定値算出手段と、
   前記開閉体による物体の挟み込みの判定を行う基準となる負荷基準値を設定する負荷基準値設定手段とを有し、
   前記負荷基準値設定手段は、前記負荷推定値が変動する場合の当該変動による波形において互いに隣り合う前記負荷推定値の最小値と最大値とに基づいて算出された平均値を前記負荷基準値とすることを特徴とする車両用開閉体の制御装置。
2. 前記挟み込みの判定が、前記負荷基準値から前記最小値を減算した負荷減少量より前記最大値から前記負荷基準値を減算した負荷増加量の方が大きい場合であってかつ当該負荷増加量と当該負荷減少量との偏差が所定の挟み込み判定用閾値より大きい場合に行われることを特徴とする請求項１に記載の車両用開閉体の制御装置。
3. 前記車両用開閉体の制御装置はさらに、
   前記負荷基準値設定手段が設定する負荷基準値と前記負荷推定値算出手段が算出する負荷推定値とを比較し、前記負荷推定値が前記負荷基準値よりも大きい場合に前記モータの動作を停止させる判定部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用開閉体の制御装置。

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