JP5138960B2 - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のワイパシステム等に使用されるモータの制御技術に関し、特に、モータ動作角度の検出精度向上を図ったモータ制御装置及び制御方法に関する。

自動車などの車両用ワイパ装置では、モータの動作制御に際し、ワイパアームの反転動作や格納動作をスムーズに行うため、ワイパアームの位置や速度の検出が必要となる。このため、このようなモータでは、モータ軸の角度や角速度を検出し、その検出値に基づいてワイパアームの位置や速度の算出を行っている。モータ軸の角度検出方式としては、従来より、モータ軸の動きに連動したパルス数を積算し、その累積数によりモータの作動角度を算出するものが知られている。例えば、特許文献１のようなシステムでは、ワイパアーム位置や速度の検出は、モータの回転に連動して発生するモータ回転パルスを用いて行われる。

特許文献１のシステムでは、モータ回転軸に取り付けられた多極着磁マグネットと、それに対向して配置されたホールＩＣ等の磁気センサによってモータ回転パルスが形成される。多極着磁マグネットは、モータが作動すると回転軸と共に回転し、それに伴って磁気センサに対向する磁極も変化する。磁気センサからは、磁極が変化する毎にパルス信号が出力され、この出力信号が制御装置に入力されモータ回転パルスとして使用される。そして、このモータ回転パルスの加減算によって、ワイパアームの位置検出が行われる。

一方、ＭＲ(Magnetoresistance)センサやレゾルバを用いて、モータ軸の動作角度を検出する方式も多く用いられている。ＭＲセンサ等を用いた方式では、検出信号はアナログ出力（電圧）にて出力され、その電圧値に基づいてモータ回転角が算出される。この場合、センサの出力電圧値は、モータ回転角に１対１で対応しており、センサからの検出信号によってモータ軸の絶対回転角度位置、すなわち、ワイパアームの絶対座標を検出することができる。
特開平11−301409号公報 特表2004-521004号公報

ところが、前述のパルス積算方式の角度検出は、検出位置のバラツキが少なく検出精度も高いが、電源投入時のモータ回転位置が検出できない。すなわち、パルス積算方式では、相対的な角度変化は精度良く検出できるものの、始動時におけるモータ回転位置は把握できない。このため、ワイパ装置のように、完全に電源が遮断され、起動時の位置が不定となるシステムでは、起動時におけるワイパアームの絶対座標が把握できず、絶対位置取得のための仕組みが別途必要となる。

これに対し、ＭＲセンサ等を用いた方式では、絶対位置が取得可能ではあるが、ＭＲセンサ等のセンサにはリニアリティエラーがあり、さらに、センサ個々にもバラツキがあるため、位置精度を保証することが難しいという問題がある。図３は、ＭＲセンサ等のアナログ出力センサの信号出力状態を示す説明図である。図３に示すように、センサの出力値は、本来的には実線にて示したような特性（理論値）が想定されており、電圧と角度との関係もこの理論値に基づいて算出される。

しかしながら、実際のセンサには、リニアリティエラーが存在し、しかも、破線や一点鎖線にて示したようにセンサ個体ごとにもバラツキがあるため、センサ出力から正確な動作角度を検出できないという問題が生じる。例えば、図３のように、センサ信号がある電圧値Ｖ０の場合、制御上は、理論値に基づいて算出した角度Ｘ０をモータ作動角度と判断する。ところが、リニアリティエラーや製品ごとのバラツキにより、電圧値Ｖ０時の実際のモータ作動角度は、製品ＡではＸ１、製品ＢではＸ２となっており、制御側の算出値と実際の角度が相違してしまう。

このため、例えば、特許文献２のシステムでは、ＭＲセンサを用いてのモータの制御を行っているが、前述のようなエラー等により制御形態にバラツキが生じ、ワイパ反転精度等に影響を及ぼすおそれがある。特に、格納機能付きのワイパにこの方式を適用した場合、製品によって下反転位置が異なってしまうおそれがあり、その対策が求められていた。

本発明の目的は、ＭＲセンサ等のアナログ出力センサのリニアリティエラーを補償し、モータ軸の絶対回転角度位置検出における個体バラツキを低減し、制御精度の向上を図ることにある。

本発明のモータ制御装置は、モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサと、予め回転角度位置が把握されている前記モータの第１回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第１電圧値と、前記モータを前記第１回転角度位置から回転させたとき前記パルス信号発生手段から所定数の前記パルス信号が出力された角度位置に設定された第２回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第２電圧値と、前記第１回転角度位置と前記第２回転角度位置との間に前記パルス信号発生手段から出力される前記パルス信号のパルス積算数とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記第１及び第２電圧値と前記パルス積算数との関係を参照し、前記アナログ出力センサのリニアリティエラーを補償しつつ、前記アナログ信号と前記パルス信号に基づいて前記モータの回転角度位置を算出する角度位置算出部と、前記角度位置算出部にて算出した前記モータの回転角度位置に基づいて、前記モータの動作を制御するモータ駆動制御部とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、複数の所定回転角度位置におけるアナログ信号の電圧値と、所定回転角度位置間に出力されるパルス信号のパルス積算数との関係を記憶する記憶手段を設けることにより、アナログ出力センサの特性を予め把握しておくことができ、アナログ出力センサにリニアリティエラーがあったり、個々のセンサに特性のバラツキがあったりしても、モータの絶対回転角度位置を精度良く検出することができる。このため、当該制御装置を使用したモータを自動車等のワイパ装置に適用すれば、アナログ出力センサによる電源投入時のワイパ位置検出が可能であると共に、製品ごとのワイパ動作のバラツキが抑えられる。

前記モータ制御装置において、該制御装置に前記モータの制御情報が格納された制御マップをさらに設け、前記モータ駆動制御部は、前記モータの回転角度位置と前記制御マップに基づいて、前記モータを駆動するためのＰＷＭ Duty値を算出し、該ＰＷＭ Duty値に基づいて前記モータの動作を制御するようにしても良い。

また、前記モータをワイパ装置の駆動源として使用し、前記角度位置算出部は、前記第１及び第２電圧値に基づいて前記ワイパ装置に設けられたワイパアームの絶対位置を検出し、前記パルス信号のパルス積算数に基づいて前記ワイパアームの現在位置を算出するようにしても良い。さらに、前記第１回転角度位置を前記ワイパ装置の格納位置に対応させ、前記第２回転角度位置を前記ワイパ装置の下反転位置に対応させても良い。これにより、格納機能付きワイパ装置の下反転位置が安定し、車両ごとのバラツキが抑えられ、個別調整等も不要となる。

さらに、前記モータの組付工程にて、前記アナログ信号の電圧値と前記パルス信号のパルス数との関係を前記記憶手段に格納するようにしても良い。なお、当該制御装置を使用したモータをワイパ装置の駆動源として使用する場合、モータを車両に取り付ける際に前記関係を記憶手段に格納しても良い。

一方、本発明のモータ制御方法は、モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサとを有してなるモータの制御方法であって、予め回転角度位置が把握されている前記モータの第１回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第１電圧値と、前記モータを前記第１回転角度位置から回転させたとき前記パルス信号発生手段から所定数の前記パルス信号が出力された角度位置に設定された第２回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第２電圧値と、前記第１回転角度位置と前記第２回転角度位置との間に前記パルス信号発生手段から出力される前記パルス信号のパルス積算数とを記憶し、記憶された前記第１及び第２電圧値と前記パルス積算数との関係を参照し、前記アナログ出力センサのリニアリティエラーを補償しつつ、前記アナログ信号と前記パルス信号に基づいて前記モータの回転角度位置を算出し、算出した前記モータの回転角度位置に基づいて、前記モータの動作を制御することを特徴とする。

本発明にあっては、複数の所定回転角度位置におけるアナログ信号の電圧値と、所定回転角度位置間に出力されるパルス信号のパルス積算数との関係を記憶することにより、アナログ出力センサの特性を予め把握しておくことができ、アナログ出力センサにリニアリティエラーがあったり、個々のセンサに特性のバラツキがあったりしても、モータの絶対回転角度位置を精度良く検出することができる。このため、当該制御方法を使用したモータを自動車等のワイパ装置に適用すれば、アナログ出力センサによる電源投入時のワイパ位置検出が可能であると共に、製品ごとのワイパ動作のバラツキが抑えられる。

前記モータ制御方法において、前記モータの回転角度位置と前記モータの制御情報が格納された前記制御マップに基づいて、前記モータを駆動するためのＰＷＭ Duty値を算出し、該ＰＷＭ Duty値に基づいて前記モータの動作を制御するようにしても良い。

また、前記モータをワイパ装置の駆動源として使用し、前記第１及び第２電圧値に基づいて前記ワイパ装置に設けられたワイパアームの絶対位置を検出し、前記パルス信号のパルス積算数に基づいて前記ワイパアームの現在位置を算出しても良い。さらに、前記第１回転角度位置を前記ワイパ装置の格納位置に対応させ、前記第２回転角度位置を前記ワイパ装置の下反転位置に対応させても良い。これにより、格納機能付きワイパ装置の下反転位置が安定し、車両ごとのバラツキが抑えられ、個別調整等も不要となる。

さらに、前記アナログ信号の電圧値と前記パルス信号のパルス数との関係を、前記モータの組付工程にて前記記憶手段に格納するようにしても良い。なお、当該制御方法を使用したモータをワイパ装置の駆動源として使用する場合、モータを車両に取り付ける際に前記関係を記憶手段に格納しても良い。

本発明のモータ制御装置によれば、モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサと、モータに複数設定された所定の回転角度位置におけるアナログ信号の電圧値と所定回転角度位置間に出力されるパルス信号のパルス積算数との関係を記憶する記憶手段とを設け、記憶手段に記憶された電圧値とパルス積算数との関係を用いてモータを駆動するようにしたので、アナログ出力センサの特性を予め把握しておくことができ、アナログ出力センサにリニアリティエラーがあったり、個々のセンサに特性のバラツキがあったりしても、モータの絶対回転角度位置を精度良く検出することが可能となる。

本発明のモータ制御方法によれば、モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサとを有してなるモータにて、複数の所定回転角度位置におけるアナログ信号の電圧値と所定回転角度位置間に出力されるパルス信号のパルス積算数との関係を記憶し、これらの記憶された電圧値とパルス数との関係を用いてモータを駆動制御するようにしたので、アナログ出力センサの特性を予め把握しておくことができ、アナログ出力センサにリニアリティエラーがあったり、個々のセンサに特性のバラツキがあったりしても、モータの絶対回転角度位置を精度良く検出することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。ワイパモータ１（以下、モータ１と略記する）は、自動車のワイパシステムの駆動源として使用され、バッテリ２から電源が供給される。モータ１は、フラッシュマイコン３，パルス信号発生手段４，アナログ出力センサ５及びＲＯＭ６を備えた図１のモータ制御システム１０によって駆動制御される。モータ１のパルス信号発生手段４には、モータ１のアーマチュアシャフトに固定されたマグネットとホールＩＣの組み合わせが用いられている。また、アナログ出力センサ５としては、ＭＲセンサとマグネットが使用されている。

パルス信号発生手段４からは、モータ１の回転に伴ってパルス信号（モータパルス）が出力されフラッシュマイコン３に送られる。一方、アナログ出力センサ５からは、モータ１の回転に伴って電圧値が増減するセンサ信号が出力されフラッシュマイコン３に送られる。フラッシュマイコン３では、アナログ出力センサ５から送られてきたセンサ信号によって、モータ１の絶対回転角度位置、すなわち、ワイパアームの絶対座標を検出する。また、フラッシュマイコン３は、パルス信号発生手段４からのモータパルスを積算して、モータ１の相対的な回転角度（ワイパアームの相対的動作角度）を算出すると共に、パルス周波数からモータ１の回転数（ワイパアームの動作速度）を算出する。このように、フラッシュマイコン３では、アナログ出力センサ５によって電源投入時のワイパ位置検出が可能であると共に、その後のワイパ位置も、モータパルスの積算によって正確に把握できるようになっている。

フラッシュマイコン３には、モータ回転周波数に基づいてモータ１をフィードバック制御するモータ駆動制御部（駆動制御手段）７が設けられている。モータ１に対しては、印加電圧のパルス幅のオン／オフ比率を変化させて駆動制御を行うＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）が実行され、電源電圧をオン／オフさせることにより印加電圧を実効的に変化させてモータ１への供給電流量を制御する。ＰＷＭ制御に際し、モータ駆動制御部７はパルス電圧のオン期間の時比率（Duty）を設定し、駆動出力回路８に制御信号を送出する。駆動出力回路８は、この制御信号を受けて、設定されたDutyのパルス電圧をモータ１に印加し、これによりモータ１の回転数が適宜制御される。

フラッシュマイコン３にはまた、パルス信号発生手段４からのモータパルスを検出するパルス検出部１１と、アナログ出力センサ５からのセンサ信号の電圧値を検出するセンサ電圧検出部１２が設けられている。パルス検出部１１は、パルス信号発生手段４と接続されており、モータ１の回転に伴って、パルス信号発生手段４からパルス信号が入力される。また、センサ電圧検出部１２は、アナログ出力センサ５と接続されており、モータ１の回転に伴って、アナログ出力センサ５からセンサ信号（電圧値）が入力される。

ここで、モータ制御システム１０では、パルス検出部１１及びセンサ電圧検出部１２の後段に、センサ電圧の個々の特性を予め学習し、ワイパ制御上のバラツキを抑えるため、イニシャルデータ記憶部（記憶手段）１３が設けられている。イニシャルデータ記憶部１３はフラッシュメモリにて構成されており、専用のフラッシュライタ等により、その中の内容を適宜書き換えられるようになっている。前述のように、ＭＲセンサ等にはリニアリティエラーが存在し、センサ個体ごとにもバラツキがある。そこで、当該モータ制御システム１０では、その特性をモータ組付工程や車両取付時など、実際の使用に先んじてモータ個々で学習・記憶させ、制御上のバラツキを抑えている。

図２は、モータ制御システム１０におけるイニシャルデータ記憶処理の一例を示す説明図である。図２に示すように、ここで使用されているアナログ出力センサ５には、実線にて示した理論値に対して、一点鎖線にて示したようなリニアリティエラーが存在する。従来、かかるセンサにおいても、理論値での制御が行われていたため、実際の角度との間に際が生じて想定通りのワイパ動作制御が行えない場合があった。これに対し、本実施例のモータ制御システム１０においては、物理的に絶対位置が確認しやすい格納位置（第１回転角度位置）を基準とし、まず、その位置でのセンサ電圧（Ｖ１：第１電圧値）を取得し、記憶する。次に、モータを作動させ（手動でも良い）、モータパルスをカウントしつつ下反転位置（第２回転角度位置）まで回転させる。この際、下反転位置の精度は、モータパルスカウントによって保証される。

モータを下反転位置相当の角度まで回転させた後、その位置でのセンサ電圧（Ｖ２：第２電圧値）を取得し、記憶する。つまり、センサ電圧Ｖ１,Ｖ２とモータパルス積算数との関係を、モータ使用に先立って、イニシャルデータ記憶部１３に予め格納する。これにより、アナログ出力センサ５の特性がモータ制御システム１０に記憶され、以後は、この特性に基づいてモータ１の制御を行う。このため、モータ１を使用したワイパ装置では、理論値制御のようなズレが生じることがなく、何れの車両においても、格納位置と下反転位置の関係がほぼ一定となる。すなわち、当該ワイパ装置では、アナログ出力センサを使用しながら、ワイパアームの絶対座標検出時におけるセンサ個体差を抑えることが可能となる。また、電源投入時におけるワイパ角度位置（多くの場合、格納位置）の検出精度も向上する。

イニシャルデータ記憶部１３の後段には、検出したモータパルスやセンサ電圧値から、イニシャルデータを参照してワイパアームの位置を算出するワイパ角度位置算出部（角度位置算出部）１４が設けられている。ワイパ角度位置算出部１４では、イニシャルデータ記憶部１３の情報を参照しつつ、センサ電圧値からワイパアームの絶対位置（絶対座標）を検出すると共に、モータパルス累積数によってワイパアームの現在位置を算出する。なお、ワイパ角度位置算出部１４では、モータパルスの周波数に基づいて、ワイパアームの現在速度の算出も行う。

ワイパ角度位置算出部１４にて算出したワイパアームの位置や速度など情報は、ワイパ角度位置算出部１４の後段に設けられたモータ駆動制御部７に送られる。モータ駆動制御部７では、ＲＯＭ６内に格納された制御マップ１５を参照してＰＷＭ Duty値を算出する。制御マップ１５には、左右のワイパアーム間の角度差や、アーム位置ごとの目標速度、負荷に応じたDuty値などが格納されており、この制御マップ１５に基づいてＰＷＭ Duty値が設定される。モータ駆動制御部７は、求めたＰＷＭ Duty値を駆動出力回路８に送り、駆動出力回路８は設定されたDutyのパルス電圧をモータ１に印加し、モータを作動させる。

このように、本発明によるモータ制御システム１０では、モータの使用に先立って、フラッシュマイコン上のフラッシュメモリに、アナログ出力センサ５の特性を予め記憶させておくことにより、アナログ出力センサ５の個体バラツキの少ないモータの絶対回転角度位置検出が可能となる。このため、当該モータ１を使用したワイパ装置では、アナログ出力センサ５による電源投入時のワイパ位置検出が可能である一方、製品ごとのワイパ動作のバラツキが抑えられる。特に、格納機能付きワイパ装置において本実施例のようなイニシャルデータ記憶処理を行うと、ワイパアームの下反転位置が安定し、車両ごとのバラツキが抑えられる。このため、車両ごとの個別調整等も不要となり、その分、工数削減が図られる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、パルス信号発生手段４からのモータパルスを用いてイニシャルデータ記憶処理を行っているが、モータ外部からのパルスを用いてイニシャルデータ記憶処理やモータ動作制御を行っても良い。また、イニシャルデータ記憶処理に格納位置と下反転位置を用いた例を示したが、他の基準位置、例えば、下限位置と下反転位置、上限位置と上反転位置などを用いて処理を行っても良く、格納位置と下反転位置の２点のみならず、上反転位置などを加えた多点データを記憶させても良い。さらに、前述の実施例では、本発明を自動車のワイパ装置用モータに適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、窓やドアを駆動するモータ、或いは他の車載モータや、ポンプ等に使用されるモータなど、種々のモータに適用可能である。

本発明の一実施例であるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 モータ制御システムにおけるイニシャルデータ記憶処理の一例を示す説明図である。 ＭＲセンサ等のアナログ出力センサの信号出力状態を示す説明図である。

符号の説明

１ ワイパモータ
２ バッテリ
３ フラッシュマイコン
４ パルス信号発生手段
５ アナログ出力センサ
６ ＲＯＭ
７ モータ駆動制御部
８ 駆動出力回路
１０ モータ制御システム
１１ パルス検出部
１２ センサ電圧検出部
１３ イニシャルデータ記憶部（記憶手段）
１４ ワイパ角度位置算出部（角度位置算出部）
１５ 制御マップ
Ｖ１ センサ電圧（第１電圧）
Ｖ２ センサ電圧（第２電圧）

Claims (8)

1. モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、
   前記モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサと、
   予め回転角度位置が把握されている前記モータの第１回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第１電圧値と、前記モータを前記第１回転角度位置から回転させたとき前記パルス信号発生手段から所定数の前記パルス信号が出力された角度位置に設定された第２回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第２電圧値と、前記第１回転角度位置と前記第２回転角度位置との間に前記パルス信号発生手段から出力される前記パルス信号のパルス積算数とを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶された前記第１及び第２電圧値と前記パルス積算数との関係を参照し、前記アナログ出力センサのリニアリティエラーを補償しつつ、前記アナログ信号と前記パルス信号に基づいて前記モータの回転角度位置を算出する角度位置算出部と、
   前記角度位置算出部にて算出した前記モータの回転角度位置に基づいて、前記モータの動作を制御するモータ駆動制御部とを有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御装置はさらに、前記モータの制御情報が格納された制御マップを有し、
   前記モータ駆動制御部は、前記モータの回転角度位置と前記制御マップに基づいて、前記モータを駆動するためのＰＷＭ Duty値を算出し、該ＰＷＭ Duty値に基づいて前記モータの動作を制御することを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１又は２記載のモータ制御装置において、
   前記モータはワイパ装置の駆動源として使用され、
   前記角度位置算出部は、前記第１及び第２電圧値に基づいて前記ワイパ装置に設けられたワイパアームの絶対位置を検出し、前記パルス信号のパルス積算数に基づいて前記ワイパアームの現在位置を算出することを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項３記載のモータ制御装置において、前記第１回転角度位置は前記ワイパ装置の格納位置に対応し、前記第２回転角度位置は前記ワイパ装置の下反転位置に対応することを特徴とするモータ制御装置。
5. モータの回転に従ってパルス信号を出力するパルス信号発生手段と、前記モータの回転角度に応じてアナログ信号を出力するアナログ出力センサとを有してなるモータの制御方法であって、
   予め回転角度位置が把握されている前記モータの第１回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第１電圧値と、前記モータを前記第１回転角度位置から回転させたとき前記パルス信号発生手段から所定数の前記パルス信号が出力された角度位置に設定された第２回転角度位置における前記アナログ信号の電圧値を示す第２電圧値と、前記第１回転角度位置と前記第２回転角度位置との間に前記パルス信号発生手段から出力される前記パルス信号のパルス積算数とを記憶し、
   記憶された前記第１及び第２電圧値と前記パルス積算数との関係を参照し、前記アナログ出力センサのリニアリティエラーを補償しつつ、前記アナログ信号と前記パルス信号に基づいて前記モータの回転角度位置を算出し、
   算出した前記モータの回転角度位置に基づいて、前記モータの動作を制御することを特徴とするモータ制御方法。
6. 請求項５記載のモータ制御方法において、前記モータの回転角度位置と前記モータの制御情報が格納された前記制御マップに基づいて、前記モータを駆動するためのＰＷＭ Duty値を算出し、該ＰＷＭ Duty値に基づいて前記モータの動作を制御することを特徴とするモータ制御方法。
7. 請求項５又は６記載のモータ制御方法において、前記モータはワイパ装置の駆動源として使用され、前記第１及び第２電圧値に基づいて前記ワイパ装置に設けられたワイパアームの絶対位置を検出し、前記パルス信号のパルス積算数に基づいて前記ワイパアームの現在位置を算出することを特徴とするモータ制御方法。
8. 請求項７記載のモータ制御方法において、前記第１回転角度位置は前記ワイパ装置の格納位置に対応し、前記第２回転角度位置は前記ワイパ装置の下反転位置に対応することを特徴とするモータ制御方法。
   

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