JP2016183523A - 開閉体制御装置および開閉体制御方法 - Google Patents

開閉体制御装置および開閉体制御方法 Download PDF

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一孝 窪田
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Abstract

【課題】 電動の開閉体に対して使用者の操作が行われているか否かに応じて、開閉体の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御装置を提供する。
【解決手段】 開閉体30の開閉を電動モータMにより制御する開閉体制御装置10であって、電動モータに接続されるスイッチング素子SWを含むブリッジ回路12と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御部11と、を備え、制御部は、開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、ブリッジ回路が回生状態となるようにスイッチング素子のオンオフを制御し、開閉体に対して人の操作が行われている場合は、ブリッジ回路が回生状態とならないようにスイッチング素子のオンオフを制御する開閉体制御装置。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電動により開閉可能な開閉体の制御装置および制御方法に関する。
従来から、ブリッジ回路を備えて電動開閉体に対して駆動および回生制動の制御を行う技術は知られている。例えば、特許文献1は、電動モータの回生制動力を高めて開閉体の目標速度への追従性を高めることを目的として、車両用自動開閉装置を開示する。この車両用自動開閉装置は、スライドドアを開閉駆動する電動モータをHブリッジ回路に接続し、このHブリッジ回路により電動モータの駆動制御と回生制動制御とを行い、また、Hブリッジ回路のスイッチング素子をPWM制御(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)してスライドドアを目標速度と一致するように速度制御を行う。スライドドアの開閉速度が目標速度よりも速くなったときには電動モータを回生制動させるとともに、PWM信号のキャリア周波数を電動モータを駆動するときよりも低く設定したり、デューティ比を高めるなどし、電動モータの回生制動力を向上させる(他、同等の技術として、特許文献2および特許文献3を参照)。
また、特許文献4は、手動可能な操作状態における開閉体が急激に移動することを防止することを目的とした開閉体制御装置を開示する。この開閉体制御装置は、ドア開閉制御装置は、スライドドアと、スライドドアを駆動するドア開閉モータとを備えており、スライドドアの駆動時にドア開閉モータに電力を供給し、スライドドアの停止時にドア開閉モータに供給される電力を遮断する。そして、この開閉体制御装置は、ドア開閉モータを制御するモータ制御回路と、モータ制御回路によりドア開閉モータへの電力が遮断されている際に、スライドドアが操作されることで生じる回生電力を用いてドア開閉モータに制動をかけるブレーキ制御回路とを備える。
また、特許文献5は、快適な操作フィーリングを目的としたパワーアシストドアを開示する。このパワーアシストドアは、ドアの移動を検知し、その移動方向にドアの移動をモータの動力で支援するパワーアシストドアであって、モータに流れる電流とドア移動速度変化とに基づいてモータへの給電量を調節する。このパワーアシストドアは、速度変化が速度変化閾値の範囲内であるときはモータへの給電量を維持する定常制御を行い、電流値に関して昇順に大きい第一電流値閾値と第二電流値閾値とを設定し、電流値が第一電流値閾値より小さいときは加速制御を行い、電流値が第二電流値閾値より大きいときは減速制御を行う。
また、特許文献6は、快適な操作フィーリングを目的としたパワーアシストドアを開示する。このパワーアシストドアは、ドアの移動をモータの動力で支援するパワーアシストドアであって、ドアの移動の操作を検知するためドアハンドル近傍に設けられた検知手段と、ドアが全閉位置もしくは全開位置で停止状態にあって検知手段によりドアの移動操作が検知されるとモータへ一定電圧を付与する初動制御を行い、モータに流れる電流に基づいてモータへの給電量を調節する通常制御を行う制御部と、を有する。
また、特許文献7は、ドアを自動開閉動作する車載ドアの動作システムにおいて、たとえば雪などが積もりドア重量は増加した場合に、不測の動作を防止することを目的とした車載ドアの動作システムを開示する。この動作システムは、駆動機構により自動操作される状態から、マニュアル操作可能な駆動解除状態へ切替えた後、バックドアが落下した場合に、駆動機構を断続的に働かせてブレーキ動作を実行する。
特開2008−005656号公報 特開2008−184740号公報 特開平10−246061号公報 特開2013−174077号公報 特開2011−236697号公報 特開2012−107387号公報 特開2004−027824号公報
本発明では、電動の開閉体に対して人の操作が行われているか否かに応じて、開閉体の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御装置を提供する。
上記課題を解決するために、開閉体の開閉を電動モータにより制御する開閉体制御装置であって、電動モータに接続されるスイッチング素子を含むブリッジ回路と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、を備え、制御部は、開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、ブリッジ回路が回生状態となるようにスイッチング素子のオンオフを制御し、開閉体に対して人の操作が行われている場合は、ブリッジ回路が回生状態とならないようにスイッチング素子のオンオフを制御する、開閉体制御装置が提供される。
これによれば、開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は回生状態となるようにスイッチング素子を制御し、開閉体に対して人の操作が行われている場合は回生状態とならいようにスイッチング素子を制御することで、電動の開閉体に対して人の操作が行われているか否かに応じて、開閉体の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御装置を提供できる。
さらに、制御部が開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合とは、制御部が開閉体の全閉または全開を行う速度を制御している場合であることを特徴としてもよい。
これによれば、開閉体の全閉または全開を行う速度を制御している場合に回生状態となるようにスイッチング素子を制御することで、開閉体に対して人の操作が行われている場合は開閉体の駆動制御と回生制動制御についてより最適化され、使い勝手を向上させることができる。
上記課題を解決するために、開閉体の開閉を電動モータにより制御する開閉体制御方法であって、開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、駆動制御および回生制動制御を行い、開閉体に対して人の操作が行われている場合は、回生制動制御を行わない、開閉体制御方法が提供される。
これによれば、開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は駆動制御および回生制動制御を行い、開閉体に対して人の操作が行われている場合は回生制動制御を行わないことで、電動の開閉体に対して人の操作が行われているか否かに応じて、開閉体の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御方法を提供できる。
以上説明したように、本発明によれば、電動の開閉体に対して人の操作が行われているか否かに応じて、開閉体の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御装置および開閉体制御方法を提供できる。
本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置の回路図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における制御方法を示すフローチャート。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第1駆動モードの駆動制御時の説明回路図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第1駆動モードの回生制動制御時の説明回路図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第2駆動モードの駆動制御時の説明回路図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第2駆動モードの駆動制御時以外のときの説明回路図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第1駆動モードの制御チャート図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における第2駆動モードの制御チャート図。 本発明に係る第一実施例の開閉体制御装置における、(A)第1駆動モードにおける目標速度と実速度の関係を示す説明図、(B)第2駆動モードにおける目標電流と実電流との関係を示す説明図。
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
<第一実施例>
図1を参照し、本実施例における開閉体制御装置10を説明する。開閉体制御装置10は、電動モータMに接続されるブリッジ回路12と、ブリッジ回路12に接続されブリッジ回路12を制御する制御部11とを備える。
ブリッジ回路12は、それぞれが電界効果トランジスタ(FET)である4つのスイッチング素子SW1〜SW4を備える。このブリッジ回路12は、一端が電動モータMの一方の端子T1に接続され、他端が電源BATの正極に接続される第1の正転用スイッチング素子SW1と、一端が電動モータMの他方の端子T2に接続され他端が電源BATの負極に接続される第2の正転用スイッチング素子SW4と、一端が電動モータMの他方の端子T2に接続され他端が電源BATの正極に接続される第1の逆転用スイッチング素子SW2と、一端が電動モータMの一方の端子T1に接続され他端が電源BATの負極に接続される第2の逆転用スイッチング素子SW3を備える。つまり、ブリッジ回路12は4つのスイッチング素子SW1〜SW4を電動モータMにブリッジ接続して構成されている。
電動モータMは、車両1の側部のスライドドアや後部のパワーテールゲートなどの開閉体30を自動的に開閉するための開閉体駆動機構20の動力源である。電動モータMは、開閉体30を開閉両方向に駆動するため、後述するように、その回転方向を正転と逆転とに切り替えられ、またPWM制御により回転速度を制御される。なお、開閉体駆動機構20は、電動モータMにより駆動され、開閉体30を開閉するために必要な機械的な機構を言う。
制御部11は、上記4つのスイッチング素子SW1〜SW4を所定の組み合わせで通電状態または遮断状態に切り替える(オンオフする)ことにより、電動モータMの回転方向(正転と逆転)と回転速度を制御する。例えば、2つの正転用スイッチング素子SW1とSW4をオンにし、2つの逆転用スイッチング素子SW2とSW3をオフにすることにより、スイッチング素子SW1とSW4を介して電動モータMの両端子間に電流を流して電動モータMを正転させることができる。逆に、2つの逆転用スイッチング素子SW2とSW3をオンにし、2つの正転用スイッチング素子SW1とSW4をオフにすることにより正転時とは逆向きの電流を端子間に流して電動モータMを逆転させることができる。
また、第2の正転用スイッチング素子SW4と第2の逆転用スイッチング素子SW3、または第1の正転用スイッチング素子SW1と第1の逆転用スイッチング素子SW2をオンにすることにより、これらのスイッチング素子を介して電動モータMの両端子を短絡させて電動モータMを回生制動させることができる。
スイッチング素子SW1〜SW4は、通常、FET(電界効果トランジスタ)等の半導体スイッチが用いられる。制御部11は、制御手段として、CPU(中央演算処理装置)、ドライバICやメモリ等を備えたマイクロコンピュータが用いられる。当該メモリは、スイッチング素子SW1〜SW4の正転用の制御方法、逆転用の制御方法、それぞれ電動モータMの回転速度、すなわち開閉体30の開閉速度を制御する制御方法、詳細には以下に述べる制御方法を格納している。制御部11は、これらの制御方法に従って制御信号を各スイッチング素子SW1〜SW4へ送出し、所定の組み合わせで駆動する。
制御部11は、ブリッジ回路12を用いて電動モータMの駆動制御と回生制動制御とを行う。また、制御部11は、ブリッジ回路12のスイッチング素子SW1〜SW4をPWM制御(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)して、スライドドアやパワーテールゲートなどの開閉体30の駆動速度を目標速度と一致させるように速度制御を行う。図5(A)に示すように、通常、スライドドアなどは、全開位置および全閉位置付近では遅く、中間位置では速くなるように制御される。制御部11は、開閉体30がそのよう制御されるべく目標速度(点線)に追随するように、PWM制御を行いながら駆動制御と回生制動制御を適宜行い、可能な限り目標速度(点線)に実際の速度(実線)を近づけるよう制御する。
たとえば、制御部11は、開閉体30を全閉位置から全開位置にする場合、最初は遅い速度で開き始めて(正転させて)徐々に速度を速めるようにデューティ比を変更しながら(高めながら)PMW制御を行い駆動制御を行う。制御部11は、中間位置では一定の速度になるように目標速度が予め定められており、デューティ比を一定にして電動モータMを駆動制御する。しかし、制御部11は、開閉体30の開速度が目標速度より速くなった場合(本図の矢印で示される時間帯)は、電動モータMの回生制動制御を行い、またその場合においてもPWM制御を行うなどし、開閉体30の開速度を目標速度に追随するように制御する。開閉体30が全開位置に近づくと徐々に正転の速度を遅くするようにデューティ比を変更しながら(低くしながら)PMW制御を行い駆動制御を行う。なお、開閉体30を全開位置から全閉位置にする場合も、逆転させて同様な制御を行う。
本発明は、開閉体30に対する使用者の閉操作または開操作を検知した場合には、図5(B)が示すように、開閉体30の開速度が目標速度より速くなった場合であっても電動モータMに対して回生制動制御を行わない。その結果、使用者の操作する力を打ち消す方向に働く回生制動を回避し、使用者の閉操作または開操作を補助するように電動モータMの閉動作または開動作を制御する。
図2を参照し、開閉体制御装置10の制御部11の制御方法を説明する。なお、フローチャートにおけるSは、ステップを意味する。制御部11は、S100において、車両1の使用者が車両1の開閉体30を開閉等するために使用するリモコン等で、開閉体30を全開または全閉にする操作が行われているまたは行われたこと(ON操作)を監視し続けている。制御部11は、このON操作が行われたことを検知した場合、すなわち、開閉体30を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、S102において、自らを後述する回生制動を行う第1駆動モードに設定する。
制御部11は、このON操作が行われたことを検知しない場合、S104において、使用者による開閉体30に対する閉操作または開操作を検知するか否かを監視する。たとえば、開閉体30の停止状態の時に閉動作または開動作させるように使用者が閉操作または開操作が行われているか否かを監視する。この監視は,電動モータの回転を検出するセンサからの出力値の有無および出力値の回転方向により行う。制御部11は、開閉体30に対して使用者の操作が行われていることを検知した場合、S106において、自らを後述する回生制動を行わない第2駆動モードに設定する。なお、制御部11は、開閉体30に対して使用者の操作が行われていることを検知しなかった場合、特に何も行わない。
図3および図4を参照して、制御部11のより詳しい制御方法を説明する。図3A、図3Bおよび図4Aは、第1駆動モードを説明する図であり、図3C、図3Dおよび図4Bは、第2駆動モードを説明する図である。
第1駆動モードでは、各スイッチング素子を次のように制御する。スイッチング素子SW1およびSW3をPWM駆動制御する。この制御中、スイッチング素子SW1がONのときは、スイッチング素子SW3はOFFである。逆に、スイッチング素子SW1がOFFのときは、スイッチング素子SW3はONである。そして、スイッチング素子SW2については常時OFF状態となるよう制御する。さらに、スイッチング素子SW4については常時ON状態となるよう制御する。
図3Aでは、制御部11は、電動モータMを正転させるための、ブリッジ回路12のスイッチング素子SW1をPWM制御を行う状態(PWM)とし、スイッチング素子SW4をON状態とする。また、制御部11は、電動モータMを逆転させるための、スイッチング素子SW2をOFF状態とし、スイッチング素子SW3をPWM制御を行う状態(PWM)とする。そして、本図は、PWM制御において、スイッチング素子SW1がON(PWM=ON)であり、スイッチング素子SW3がOFF(PWM=OFF)である時を示している。そうすると、ブリッジ回路12には点線で示すような電流が流れ電動モータMを正転させ(矢印方向)、制御部11は、スイッチング素子SW1に対するデューティ比に従い、電動モータMの回転速度すなわち開閉体30の開速度を制御する。
図3Bは、図5(A)で説明したような回生制動を行う第1駆動モードにおける回生状態を示す。回生状態においては、制御部11は、PWM制御しながら、電動モータMの正転(矢印方向)に伴い、スイッチング素子SW1がOFF(PWM=OFF)であり、スイッチング素子SW3がON(PWM=ON)である。このとき、電動モータMにはブリッジ回路12には点線で示すような正転時とは逆向きに電流が流れ、制御部11は、スイッチング素子SW3に対するデューティ比に従い、電動モータMの回転速度すなわち開閉体30の開速度を減ずるように回生制動制御する。
図4Aでは、デューティ比が約0.5の場合の、第1駆動モードにおけるスイッチング素子SW1〜SW4の制御チャートを示す。上述したように、スイッチング素子SW1とSW3がPWM制御されて交互にONとOFFが繰り返されており、スイッチング素子SW2は常にOFF、スイッチング素子SW4は常にONである。なお、デューティ比の0.5は例示であり、電動モータMを正転で駆動する場合はスイッチング素子SW1のデューティ比が大きくなるように制御し、電動モータMを回生制動する場合はスイッチング素子SW3のデューティ比が大きくなるように制御する。なお、回生制動時には、ブリッジ回路12内の経路が短く、そのインピーダンスが小さくなり負電流を流し易いため制動がかかり易いと共に、消費電力が小さく、発熱も小さい。
第2駆動モードでは、各スイッチング素子を次のように制御する。スイッチング素子SW1をPWM駆動制御する。そして、スイッチング素子SW2については常時OFF状態となるよう制御する。また、スイッチング素子SW3については常時OFF状態となるよう制御する。さらに、スイッチング素子S4については常時ON状態となるよう制御する。
図3Cでは、制御部11は、電動モータMを正転させるためのブリッジ回路12のスイッチング素子SW1をPWM制御を行う状態(PWM)とし、スイッチング素子SW4をON状態とし、スイッチング素子SW2とSW3をOFF状態とする。そして、本図は、PWM制御において、スイッチング素子SW1がON(PWM=ON)である時を示している。そうすると、ブリッジ回路12には点線で示すような電流が流れ電動モータMを正転させ(矢印方向)、制御部11は、スイッチング素子SW1に対するデューティ比に従い、電動モータMの回転速度すなわち開閉体30の開速度を制御する。
図3Dでは、図5(B)で説明したような回生制動を行わない第2駆動モードの状態を示す。このとき、スイッチング素子SW1がOFF状態である。スイッチング素子SW1には寄生ダイオードが存在するため、スイッチング素子SW1がOFF状態でも逆向きに電流が流れようとする。そうすると、ブリッジ回路12には二点鎖線で示すような電流が流れようとする。しかし、この二点鎖線に示す経路では、電源BATの電圧がかかっていると共に、経路が長いのでインピーダンスが大きく逆向きの電流すなわち負電流が流れにくく、そのため、電動モータMの制動がかかりにくい。開閉体30に対して使用者の操作が行われていることを検知した場合、自らを回生制動を行わない第2駆動モードに設定することで、使用者の閉操作または開操作の力を打ち消す方向に働く回生制動を回避することができる。なお、使用者の開閉操作は、開閉体30の動作パルスを検出することで検知することができる。
図4Bでは、デューティ比が0.5の場合の、第2駆動モードにおけるスイッチング素子SW1〜SW4の制御チャートを示す。上述したように、スイッチング素子SW1がPWM制御されてONとOFFが繰り返されており、回生制動を起こりにくくするためにスイッチング素子SW3は常にOFF、正転のためスイッチング素子SW2は常にOFF、スイッチング素子SW4は常にONである。
上述したように、開閉体制御装置10は、電動モータMに接続されるスイッチング素子SW1〜SW4を含むブリッジ回路12と、スイッチング素子SW1〜SW4のオンオフを制御する制御部11と、を備え、制御部11は、開閉体30を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、ブリッジ回路12が回生状態となるようにスイッチング素子SW1〜SW4のオンオフを制御し、開閉体30に、開閉体30に対して使用者の操作が行われている場合は、ブリッジ回路12が回生状態とならないようにスイッチング素子SW1〜SW4のオンオフを制御する。なお、回生状態とは、制御部11が回生制動を行っている状態を言う。
このようにすることで、開閉体30に対して使用者の操作が行われていることを検知しない場合には、駆動制御と回生制動制御を行うことで目標速度に対して追随性の高い開閉体の開閉制御が行えると共に、開閉体30に対して使用者の操作が行われていることを検知した場合、回生制動を行わないようにすることで使用者の閉操作または開操作の力を打ち消す方向に働く回生制動を回避することができる。その結果、電動の開閉体30に対して使用者の操作が行われているか否かに応じて、開閉体30の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使用者の閉操作または開操作を補助して使い勝手を向上させ、開閉体の目標速度に対する追随性と人の開閉操作の行い易さの両立を図った開閉体制御装置を提供することができる。
また、上述した内容は、開閉体30の開閉を電動モータMにより制御する開閉体制御方法と捉えることもできる。すなわち、この方法は、開閉体30を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、駆動制御および回生制動制御を行い、開閉体30に対して人の操作が行われている場合は回生制動制御を行わない開閉体制御方法である。これによれば、このようにすることで、電動の開閉体30に対して使用者の操作が行われているか否かに応じて、開閉体30の駆動制御と回生制動制御について最適化を行い、使い勝手を向上させた開閉体制御方法を提供できる。
また、制御部11が開閉体30を全閉または全開を行う制御を行っている場合とは、制御部11が開閉体30の全閉または全開を行う速度を制御している場合であってもよい。すなわち、制御部11が開閉体30を全閉または全開を行う過程においてPWM制御により速度を制御している最中にブリッジ回路12が回生状態とならないようにスイッチング素子SW1〜SW4のオンオフを制御してもよい。これによれば、PWM駆動制御を行っている場合であって、開閉体30に対して人の操作が行われている場合においても、開閉体30の駆動制御と回生制動制御についてより最適化され、使い勝手を向上させることができる。
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、適用例、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
たとえば、上記実施例では、車両のドアやパワーテールゲートなどの開閉体を例に説明したが、本発明は、建物におけるシャッターなどの開閉体に適用することも可能である。
1 車両
10 開閉体制御装置
11 制御部
12 ブリッジ回路
SW スイッチング素子
M 電動モータ
BAT 電源
20 開閉体駆動機構
30 開閉体

Claims (3)

  1. 開閉体の開閉を電動モータにより制御する開閉体制御装置であって、
    前記電動モータに接続されるスイッチング素子を含むブリッジ回路と、
    前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、前記ブリッジ回路が回生状態となるように前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
    前記開閉体に対して人の操作が行われている場合は、前記ブリッジ回路が回生状態とならないように前記スイッチング素子のオンオフを制御する、
    開閉体制御装置。
  2. 前記制御部が前記開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合とは、前記制御部が前記開閉体の全閉または全開を行う速度を制御している場合であることを特徴とする請求項1に記載の開閉体制御装置。
  3. 開閉体の開閉を電動モータにより制御する開閉体制御方法であって、
    前記開閉体を全閉または全開を行う制御を行っている場合は、駆動制御および回生制動制御を行い、
    前記開閉体に対して人の操作が行われている場合は、回生制動制御を行わない、
    開閉体制御方法。
JP2015064896A 2015-03-26 2015-03-26 開閉体制御装置および開閉体制御方法 Pending JP2016183523A (ja)

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