JP5390899B2 - 車両用開閉体の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用開閉体としての窓やスライドドアなどをモータで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、上記式（３）により求められた負荷推定値Ｐの最大値を更新しかつ所定の規定時間だけ判定用基準値として記憶しておき、記憶されている判定用基準値を負荷推定値Ｐが越えたら挟み込みの判定対象とすることができる。そして、負荷推定値Ｐが判定用基準値を超えたら、それ以降の負荷増加分と判定用閾値とを比較し、負荷増加分が判定用閾値を越えたら挟み込みと判定すると良い。

上記判定用基準値を用いた判定により、判定用基準値に至るまでの負荷増加分は挟み込み判定の対象とならないため、振幅が挟み込み判定閾値以下の状態から徐々に増加していくような振動に対して有効である。例えば図５に示されるように、負荷推定値Ｐに対して所定の制御サイクルｔｓで負荷平均値Ｐａを算出し、負荷平均値Ｐａが更新される度にその更新された値を最大値Ｐｘとして所定の規定時間ｔ２の間だけメモリに記憶しておき、負荷推定値Ｐが最大値Ｐｘ以上になった時（図のＴ１）以降で挟み込みの判定に移ることができる。この場合には、負荷推定値Ｐが最大値Ｐｘより低い間では挟み込み判定に移らないため、悪路走行により外乱振動が生じた場合などにおいて挟み込みの誤判定を防止することができる。

しかしながら、外乱振動の波形は一定ではないため、例えば図５の２番目の山のピークが一点鎖線のように突出した場合には負荷積算値が判定用基準値Ｐｄを越えてしまう。図示のように、２番目の山が突発的なもので、その後振幅が収束するような場合でも、上記判定用基準値Ｐｄを越えた時点で挟み込み判定へ移行してしまい、それにより挟み込み判定に用いられる負荷増加量ΔＰ（＝Ｐ−Ｐｄ）が挟み込み判定用の閾値ＰＤを越えて、挟み込み処理（反転等）に移行してしまうという問題があった。

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外乱振動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、車速を検出して走行中であることを判定する走行判定手段と、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判定用基準値を設定する判定用基準値設定手段と、前記負荷推定値が前記判定用基準値以上になったことが判定されたら前記挟み込みが生じたと判定する判定手段とを有し、前記判定用基準値設定手段は、前記走行判定手段により走行中でないと判定された場合に予め定められた第１の判定用基準値を設定し、前記走行判定手段により走行中であると判定された場合には、前記予め定められた第１の判定用基準値に所定の振幅規定値を加算した第２の判定用基準値を設定し、前記判定手段は、前記負荷推定値の前記第１または前記第２の判定用基準値以上の負荷増加量が挟み込み閾値を超えたことを規定回数以上連続して判定した場合に前記挟み込みが生じたと判定するものとした。

特に、前記判定用基準値は、前記モータの起動後に安定した時の前記負荷推定値に基づいて設定されると良い。

このように本発明によれば、負荷推定値の算出において悪路走行時の外乱振動の影響を受ける虞がある場合として走行中であると判定された場合には、負荷推定値と比較する判定用基準値を、走行中ではない場合の値よりも所定の振幅規定値を加算した値とし、その加算された判定用基準値を用いて判定することから、外乱振動による負荷推定値の増加部分が判定用基準値を即座に上回ることがなく、実際に挟み込みが生じて大きな増加が検出された場合に走行中の判定用基準値以上となり得るため、悪路走行時の外乱振動に対して挟み込みの誤判定をしてしまうことを防止することができる。また、走行中ではないと判定された場合には走行中の加算分が無い判定用基準値で判定することから、速やかな挟み込み判定を行うことができる。

また、請求項２によれば、モータの起動後に安定した時の負荷推定値に基づいて判定用基準値を設定することから、起動直後のモータ特性の不安定な部分を避けることにより、正確な挟み込み判定を行うことができる。

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。 本発明に基づく制御要領を示すメインフロー図である。 図２におけるサブフローを示す図である。 本発明に基づく制御要領を示す波形図である。 従来の制御要領を示す波形図である。

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の外部負荷を推定する上記した負荷推定値Ｐを算出する負荷推定値算出手段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。また、負荷推定値算出部８ｂで算出される負荷推定値Ｐは上記した式（３）により求められる。

そして、駆動回路４からの駆動信号応じてモータ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の制御としては定電圧制御や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が求められる。

更に、ＣＰＵ８には外部からの公知車速センサからの車速信号に基づいて所定の車速以上であることが検出された場合に走行中であると判定する車速判定部８ｅが設けられている。この走行中の判断としては、車速判定部８ｅにて車速信号を監視して、車速信号が入力されている場合として良い。なお、少しでも速度が出ている場合には走行中であるとしたが、ある程度車速が上がった場合に路面の凹凸による振動の影響を受けることが考えられるため、実験データ等から求められた任意の車速を設定しても良い。そして、車速判定部８ｅからは走行中であるとする走行中判定信号または走行中ではないとする非走行中判定信号が判定用基準値設定部８ｆに出力される。判定用基準値設定部８ｆは、各判定信号に応じて異なる判定用基準値Ｐｄを設定して判定部８ｃに出力する。判定用基準値設定部８ｆは、例えば車速判定部８ｅから受け取る走行中判定信号に応じて異なる判定用基準値Ｐｄを設定して判定部８ｃ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２のフロー図を参照して以下に示す。まず、ステップＳＴ１ではウィンドウ９が閉じている方向に作動しているか否かを判別し、閉作動ではない（開作動または停止）と判定された場合には本フローを終了する。ステップＳＴ１で閉作動であると判定された場合にはステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では負荷推定値Ｐをモータ３の角速度・角加速度・駆動電圧から上記式（３）により算出する。次のステップＳＴ３では起動時判定処理を行ってステップＳＴ４に進む。

ここで、ステップＳＴ３における起動時判定処理について図３を参照して説明する。図３に示されるように、まずステップＳＴ３１で起動時であるか否かを判別し、起動時では無い場合にはステップＳＴ４に進み、起動時であると判定された場合にはステップＳＴ３２に進む。この起動時の判定とは、モータ３が回転し始めて定格運転状態に至るまでにはモータの起動特性による負荷変動区間があり、その負荷変動区間の終了を判定することである。モータの起動特性による負荷変動は収束し得るため、設計上収束したとして良い時間（起動終了判定時間）を設定しておき、その時間経過により起動終了であると判定することができる。

ステップＳＴ３２では、今回の制御サイクルで算出された今回負荷推定値Ｐ(n)と前回の制御サイクルで算出された前回負荷推定値Ｐ(n-1)との差が規定値ΔＰｋ以下か否かを判別する。今回負荷推定値Ｐ(n)と前回負荷推定値Ｐ(n-1)との差が規定値ΔＰｋ以下であると判定された場合にはステップＳＴ３３に進み、規定値ΔＰｋより大きいと判定された場合にはステップＳＴ３４に進む。

ステップＳＴ３３ではステップＳＴ３３を規定回数経過したか否かを判別し、経過していない場合にはステップＳＴ３４に進み、規定回数経過した場合にはステップＳＴ３５に進む。この規定回数は、ステップＳＴ３２・３３を繰り返すことにより上記起動終了判定時間に相当する時間だけ経過したことに対応することであって良い。ステップＳＴ３４ではウィンドウ９が規定移動量移動したか否かを判別し、規定移動量以上移動したと判定された場合にはステップＳＴ３５に進み、規定移動量移動していないと判定された場合にはステップＳＴ３２に戻る。この規定移動量とは、通常駆動状態で上記起動終了判定時間に相当する時間だけ移動した場合の移動距離であって良い。

ステップＳＴ３５では、ステップＳＴ３３またはステップＳＴ３４を経た場合であり、それによりモータ３の起動終了処理を行う。例えば規定回数のカウントをリセットし、また移動量のメモリ値をリセットする。次のステップＳＴ３６では、起動終了処理時の負荷推定値Ｐをメモリに記憶し、ステップＳＴ３１〜３６による起動時判定処理フローを終了し、ステップＳＴ４に戻る。

ステップＳＴ４では、上記したようにして走行中であるか否かを判別し、走行中ではないと判定された場合にはステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５では、従来技術と同様にして所定の制御サイクル（例えば５０ｍｓ）毎に、その時間内の負荷推定値Ｐの平均値Ｐａを算出し、今回までの直近の所定の数だけ記憶されている平均値Ｐａの最大値Ｐｘを求め、ステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６では、最大値Ｐｘから振幅マージンＰｍを減算した第１の判定用基準値としての判定用基準値Ｐｄ（＝Ｐｘ−Ｐｍ）を算出し、その判定用基準値Ｐｄをメモリに記憶してステップＳＴ８に進む。

また、上記ステップＳＴ４で走行中であると判定された場合にはステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、上記ステップＳＴ３６で記憶された負荷推定値Ｐに所定の振幅基準値Ｐｗを加算して第１の判定用基準値よりも大きい値の第２の判定用基準値としての判定用基準値Ｐｄ２（＝Ｐ＋Ｐｗ）を求め、その判定用基準値Ｐｄ２をメモリに記憶してステップＳＴ８に進む。判定用基準値Ｐｄ２の大きさとしては、悪路走行時の外乱振動が発生した場合の振幅の半分に相当する程度であって良い。

ステップＳＴ８では、負荷推定値Ｐが判定用基準値Ｐｄ以上であるか否かを判別し、判定用基準値Ｐｄ以上であると判定された場合にはステップＳＴ９に進み、判定用基準値Ｐｄより小さいと判定された場合にはステップＳＴ１０に進む。ステップＳＴ９では、負荷増加量ΔＰ（＝Ｐ−Ｐｄ）を算出し、ステップＳＴ１０に進む。

ステップＳＴ１０では、負荷増加量ΔＰが挟み込み閾値ＰＤ以上であるか否かを判別し、挟み込み閾値ＰＤ以上であると判定された場合にはステップＳＴ１１に進み、挟み込み閾値ＰＤより小さいと判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。挟み込み閾値ＰＤは、挟み込みが起きたと判定し得る負荷増加に相当する値として設定されている。負荷推定値Ｐが一度だけ挟み込み閾値ＰＤを越えていただけで挟み込み処理を行うと誤判定が生じるため、ステップＳＴ１１で、ステップＳＴ１１を規定回数経過したか否かを判別し、経過していない場合にはステップＳＴ１に戻り、経過したと判定された場合にはステップＳＴ１２に進む。ステップＳＴ１２では挟み込み制御を行って、本フローを終了する。挟み込み制御としては、例えばモータ３の停止かつ反転制御を行う。

本発明は、悪路走行中にウィンドウを閉作動させた場合に悪路走行による振動の影響を受けて負荷推定値Ｐに変動が生じた場合、その変動を挟み込み時の変動であるとして挟み込みが生じたと誤って判定してしまうことを防止するためのものである。その誤判定については上記した図５で説明した通りである。

例えば図４に示されるように上記図５と同一波形となる負荷推定値Ｐの変動が生じた場合について説明する。操作スイッチ２ａ（２ｂ）の閉側オン信号の入力に応じて負荷推定値Ｐが算出開始される（ＳＴ２）。所定の起動処理時間ｔ１が経過して、走行中であると判定された場合には、起動処理時ｔ１経過時の負荷推定値Ｐ（例えば０）に振幅基準値Ｐｗを加算して、その加算された図の二点鎖線で示される値が判定用基準値Ｐｄとなる（ＳＴ７）。なお、走行中でない場合には図の一点鎖線で示される値が判定用基準値Ｐｄとなる（ＳＴ４・５）。

そして、悪路走行により負荷推定値Ｐが図の実線で示されるように振動した場合、負荷推定値Ｐが判定用基準値Ｐｄ（二点鎖線）以上にならないと挟み込み判定が生じたと判定されない。図では正側の一山目では挟み込みが生じたとは判定されず、二山目で判定用基準値Ｐｄ以上になったことにより挟み込みが生じたとする判定が行われ（ＳＴ８）、それに応じて負荷増加量ΔＰが算出される（ＳＴ９）。なお、負荷推定値Ｐが判定用基準値Ｐｄ以下になったら負荷増加量ΔＰはリセットされる。

三山目で負荷推定値Ｐが判定用基準値Ｐｄ以上になって負荷増加量ΔＰが算出され、さらに負荷増加量ΔＰが挟み込み閾値ＰＤ以上に増加したら挟み込みであるとして挟み込み処理を行う（ＳＴ１２）。

図５と同様に二山目で二点鎖線で示されるように大きな振動波形が生じた場合には負荷増加量ΔＰが二点鎖線に示されるように大きな山の波形となるが、加算された挟み込み閾値ＰＤを超える頻度は小さく、挟み込み処理に移行してしまうという誤判定を防止し得る。

上記判定用基準値Ｐｄの設定において、起動処理終了時の負荷推定値Ｐをそのまま用いたが、振動波形の山の最大値は慣性などにより実際の負荷よりも大きな値を示すことが考えられるため、その大きさ分を振幅マージンΔＰｍとして予め設定しておき、負荷推定値Ｐから振幅マージンΔＰｍを引いた値を判定用基準値Ｐｄ（＝Ｐ−ΔＰｍ）とすると良い。

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
８ｂ 負荷推定値算出部
８ｃ 判定部
８ｅ 車速判定部
８ｆ 判定用基準値設定部

Claims (2)

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、
   車速を検出して走行中であることを判定する走行判定手段と、
   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判定用基準値を設定する判定用基準値設定手段と、
   前記負荷推定値が前記判定用基準値以上になったことが判定されたら前記挟み込みが生じたと判定する判定手段とを有し、
   前記判定用基準値設定手段は、前記走行判定手段により走行中でないと判定された場合に予め定められた第１の判定用基準値を設定し、前記走行判定手段により走行中であると判定された場合には、前記予め定められた第１の判定用基準値に所定の振幅規定値を加算した第２の判定用基準値を設定し、
   前記判定手段は、前記負荷推定値の前記第１または前記第２の判定用基準値以上の負荷増加量が挟み込み閾値を超えたことを規定回数以上連続して判定した場合に前記挟み込みが生じたと判定することを特徴とする車両用開閉体の制御装置。
2. 前記判定用基準値は、前記モータの起動後に安定した時の前記負荷推定値に基づいて設定さ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。

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