JP5466497B2 - 車両用開閉体の制御装置 - Google Patents
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Description
この場合、推定負荷foの増加が振動荷重による外乱であるか否かを検出するには、挟み込みによる推定負荷の変化と、振動による推定負荷の変化との間で違いが生じるまでの時刻t2まで待つ必要がある。そして、挟み込みによる変化と、振動による変化とで違いが生じる時刻t3において、挟み込み検出が行われる。このとき、推定負荷foは負荷fh1に達している。
この車両用開閉体の制御装置では、推定負荷算出部が、モータの推定負荷foを算出する。また、振動負荷算出部が、車両(例えば、モータ制御回路の基板や、ECU(Electronic Control Unit)等)に取り付けた加速度センサにより検出した加速度検出信号pから、所定の伝達関数H(s)を用いてモータの振動負荷fを算出する。そして、振動除去負荷算出部は、推定負荷算出部により算出された推定負荷foの算出値を、振動負荷算出部により算出された振動負荷fの算出値により補正する。
このように、モータの推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)を除外することにより、早期に挟み込み検出が可能になり、かつ挟み込みを判定するための検知荷重を小さく設定することができる。
これにより、加速度検出信号pと伝達関数H(s)とに基づいて、モータの振動負荷fを高い精度で算出することができる。
この車両用開閉体の制御装置では、伝達関数H(s)として、車両と、車両用開閉体と、駆動機構とを構成要素とするバネ(弾性)系、マス(質量)系、およびダンパ(減衰)系が連結したn次の伝達関数を用いる。
これにより、加速度検出信号pとn次の遅れ伝達関数とに基づいてモータの振動負荷fを高精度で算出することができる。このため、モータの推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)を高精度でキャンセルすることができる。
また、請求項3に係わる発明は、請求項2に記載の車両用開閉体の制御装置であって、前記伝達関数は、前記構成要素に含まれる車両と車両用開閉体と駆動機構とそれぞれの質量、及び、前記構成要素間の減衰係数を用いて前記車両の振動が前記モータに至るまでの機械系の遅れを表す伝達関数であることを特徴とする。
この車両用開閉体の制御装置では、バネ(弾性)系、マス(質量)系、およびダンパ(減衰)系が連結した4次の遅れ伝達関数を用いて、加速度検出信号pに基づいて振動負荷fを算出する。
これにより、加速度検出信号pと4次の遅れ伝達関数H(s)とに基づいてモータの振動負荷fを高精度で算出することができる。このため、モータの推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)を高精度で除外することができる。
この車両用開閉体の制御装置では、伝達関数H(s)が、1次、2次、または3次の遅れ伝達関数である場合は、推定負荷foの振動外乱による波形と、振動負荷算出部により算出される振動負荷fとの波形の類似性が高くない。しかしながら、初回目のピーク点を含む波形の部分については波形の類似性が高いため、この部分についてのみ限定して補正を行う(2回目以降のピーク点を含む振動波形の部分は、機械系の“高次周波数による余振動”との足し算になるため波形の類似性が低下する)。
このため、振動負荷fが規定値(閾値)f1以上となった場合に、その後、規定時間T1の間(時間T1以内)に限定して、推定負荷算出部により算出された推定負荷foの算出値を、振動負荷算出部により算出された振動負荷fの算出値により補正する。
このように、伝達関数H(s)が1次、2次、または3次の遅れ伝達関数である場合においても、所定時間T1の間だけ、推定負荷foに対して振動負荷fにより補正を行うことにより、推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)をキャンセルすることができる。
この車両用開閉体の制御装置では、伝達関数H(s)が1次、2次、または3次の遅れ伝達関数である場合において、推定負荷foに対して補正を行う時間T1を、加速度検出信号pの初回目のピーク点を含む波形部分の周期に基づいて設定する。
これにより、伝達関数H(s)が1次、2次、または3次の遅れ伝達関数である場合においても、推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)を除外することができる。
これにより、加速度センサをモータ制御回路と一体化して設備することができ、レイアウト性よく加速度センサを搭載することができる。
これにより、推定負荷算出部が、モータの回転速度、回転加速度及び駆動電圧を用いてモータの推定負荷foを算出するため、モータの推定負荷を高精度に算出することができる。
これにより、パワーウィンドウにおいて、早期に挟み込み検出が可能になり、かつ挟み込みを判定するための検知荷重を小さく設定することができる。
このように、モータの推定負荷foから振動外乱(振動負荷f)を除外することにより、早期に挟み込み検出が可能になり、かつ挟み込みを判定するための検知荷重を小さく設定することができる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる車両用開閉体の制御装置の例として、本発明を自動車用のパワーウィンドウ駆動装置に適用した場合の例を示す図である。
図1に示すように、パワーウィンドウ駆動装置1は、車両のウィンドウガラス122を開閉するための駆動装置であって、モータ(DCモータ)2と、モータ2の回転を検出する回転センサ3と、モータ2の両端(プラス端子、マイナス端子)に接続されたスイッチング手段としてのリレー回路4と、モータ2の駆動電圧を検出する電圧検出回路5と、モータ2を駆動するバッテリ等から降圧などにより生成される電源6と、ウィンドウガラス122を開閉する際に使用される操作スイッチ7と、加速度センサ8と、パワーウィンドウ駆動装置1の主制御を行う制御部10とが設けられている。なお、この制御部10は、例えば、マイクロコントローラや、カスタムマイクロコンピュータ等であり、内部にROM、RAM、A/D変換器(所望の場合にはD/A変換器も含む)、カウンタ、I/Oポート、及びバッファ出力回路等を内蔵している。
この加速度センサ8の取り付け位置としては、車両(例えば、ドアパネル)、モータ2の制御装置(制御基板上に搭載)、制御基板上のマイコン(カスタムマイクロコンピュータ等)に搭載する等、種々の場所に搭載することができるが、製品モジュール化が容易なモータ2と制御装置とを一体化した制御モジュール内に搭載することが好適である。例えば、図9に示すように、モータ2に一体化されて付設される制御モジュール1A内の制御基板上に加速度センサ8を搭載することができる。
なお、加速度センサ8をウィンドウガラスに搭載すると、通常挟み込み時の加速度も検出してしまうため、ウィンドウガラスへの搭載は避ける必要がある。また、この加速度センサ8としては、ピエゾ抵抗素子型(piezo-resistive)のセンサを使用できる他に、圧電型や静電容量型などを用いることができる。
図2は、パワーウィンドウ駆動装置1の制御部10の構成を示す概略ブロック図である。
同図に示すように、制御部10には、その制御構成として、電圧検出部11と、回転速度算出部12と、モータ加速度算出部12Aと、モータ位置算出部12Bと、推定負荷算出部13と、振動検出部14と、振動負荷算出部15と、振動除去負荷算出部16と、挟込判定部17と、駆動制御部18とを有している。
回転速度算出部12は、モータ2の回転に連動する回転センサ3から出力される信号に基づいてモータ2の回転速度を算出する。例えば、回転センサ3がロータリエンコーダにより構成される場合、制御部10内のカウンタ(図示せず)を用いて所定周期ごとに、回転センサ3から出力されるパルス信号の数(またはパルス間隔)を計測して、モータ2の回転方向及び回転速度(角速度)ωを算出する。また、この回転速度算出部12は、回転センサ3がホールICで構成される場合、回転センサ3から入力される位相の異なる2相(A,B相)のパルス波形、およびパルス間隔に基づいて、モータ2の回転方向及び回転速度ωを算出する。
また、回転速度算出部12は、回転方向の信号と回転速度ωの信号とを、モータ加速度算出部12A、モータ位置算出部12B、及び推定負荷算出部13に出力する。
振動負荷算出部15は、加速度検出信号pから振動負荷fを算出する。この振動負荷fは、車両の振動により生じるモータ2の負荷外乱を推定するものである。この振動負荷算出部15では、図3に示すように、時刻t1において発生する加速度検出信号pに基づいて、伝達関数H(s)を用いて振動負荷fを算出する。なお、伝達関数H(s)の詳細については後述する。
駆動制御部18では、挟込判定部17から挟み込み信号hを入力すると、リレー回路4を駆動し、パワーウィンドウDOWN側(下降側)に駆動するか、またはパワーウィンドウの開閉動作を停止するようにモータ2を制御する。
制御部10内の振動負荷算出部15は、振動検出部14により生成される加速度検出信号pに基づいて、モータ出力における振動外乱による振動負荷fを算出する。
この振動負荷fの算出において、振動負荷算出部15では、車両の振動がモータ負荷に至るまでの機械系の遅れに相当する伝達関数H(s)により、加速度検出信号pから振動負荷fを求める。そして、振動除去負荷算出部16では、推定負荷foの算出値から振動負荷fの算出値を減算することにより、振動による負荷変動が相殺された振動除去推定負荷fo’を算出する。
図4は、伝達関数H(s)の算出方法について説明するための図である。図4(A)に示すように、車両21の振動は、ウィンドウガラス(窓ガラス)122と、このウィンドウガラス122を開閉する開閉機構とを通してモータ2の出力軸に伝わり、モータ2の振動負荷fとなる。
図4(A)において、p:車両振動(加速度G)、y1:車両変位、y2:窓ガラス変位(モータ2から見た相対変位)、k1:車両と窓ガラス間の弾性係数、k2:窓ガラスとモータ間の弾性係数、c1:車両と窓ガラス間の減衰係数、c2:窓ガラスとモータ間の減衰係数、f:モータ負荷(振動負荷)、とする。これにより、図4(A)に示すシステムの運動方程式は、次式(1−1)〜(1−3)に示すようになる。
以下、図5を参照して制御部10の具体的な制御動作を説明する。
図5は、制御部10の行う挟み込み検出における振動負荷、推定負荷を示す波形図である。同図では、時刻t=0において、パワーウィンドウのUP側動作(ウィンドウガラスの上昇動作)が既に開始されているものとする。
また、図5(B)は、振動負荷算出部15、振動除去負荷算出部16、および挟込判定部17の動作を説明するための図である。図5(B)では、横軸に時間の経過をとっており、縦方向に、振動負荷fの正負の極性を反転した波形(−f)と、符号aで示す異物の挟み込み時における振動除去推定負荷fo’と、符号bで示す振動外乱時における振動除去推定負荷fo’を並べて示している。また、挟込判定部17において挟み込み判定に使用される検知荷重をfhとしている。
次に、外乱(車両の振動)による振動負荷fが発生しておらず、異物の挟み込みが発生してモータ推定負荷foが次第に増加する場合の挟み込み検出処理の例について、図5(B)を参照して説明する。なお、図5(B)に示すように、時刻t=0において、パワーウィンドウが既にUP側(ウィンドウガラスの上昇側)に動作しており、推定負荷算出部13から推定負荷foの算出値fcの信号が出力されているものとする。
この状態において、時刻t2において挟み込みが発生する。この挟み込みの発生により、推定負荷算出部13から出力される推定負荷fo(符号aで示す波形)は負荷算出値fcから次第に増加する。また、振動除去負荷算出部16から出力される振動除去推定負荷fo’(符号aで示す波形)も次第に増加する(この例では、振動負荷fは発生していないので、「fo’=fo」である)。
こうして、時刻t3において、挟込判定部17により異物の挟み込みが検出されることにより、挟込判定部17から駆動制御部18に挟込判定信号hが出力される。駆動制御部18は、挟込判定部17から入力した挟込判定信号hに基づいてリレー回路4を駆動し、モータ2を逆転させてガラス窓を下降側に駆動するか、又はモータ2を停止させる。
次に、車両に振動が印加されモータ出力に振動外乱(振動負荷f)が発生し、かつ異物の挟み込みが発生していない場合の例について説明する。図5(A)に示すように、時刻t1において、車体に振動が発生し、この振動が加速度センサ8により検出され、振動検出部14から加速度検出信号pが生成される。この加速度検出信号pに基づいて、振動負荷算出部15では、伝達関数H(s)(より正確には差分方程式F(t))により振動負荷fを算出し、この振動負荷fが振動除去負荷算出部16に出力される。
その結果、挟み込み検出を早期に行うことができるとともに、挟み込み検出の判定に使用する検知荷重fhを低く設定することができる。
そして、加速度検出信号pと伝達関数とを用いて振動負荷fを算出し、この振動負荷fにより推定負荷foを補正することにより、振動時のモータ2の負荷変動(振動外乱による負荷変動)を相殺し、振動による外乱の影響を受けることなく挟み込み検出の判定を行うことができる。
これにより、振動外乱を許容するために挟み込み検知荷重を大きくしたり、挟み込み検出のタイミングを遅らせる設定をする必要がなくなり、早期に挟み込み検出が可能になり、また、挟み込み検知荷重を低く設定することができる。また、振動外乱による誤検出を防ぐために挟み込み検出の感度を鈍くする処理が不要となるので、振動中に挟み込みが起こっても振動なしの時と同様に、低い検知荷重により挟み込みを検出できる。
上述した例では、伝達関数H(s)として4次遅れの伝達関数を用いる例について説明したが、演算速度を高速化するために、1次、2次あるいは3次の低次の遅れ伝達関数H(s)を用いることもできる。本発明の第2の実施形態として、伝達関数H(s)として、1次、2次あるいは3次の低次の遅れ伝達関数H(s)を用いる場合の例について説明する。
また、図7(B)は、振動負荷算出部15、振動負荷値判定部19、振動除去負荷算出部16、および挟込判定部17の動作を説明するための図である。符号aで示す波形は、異物の挟み込み時における振動除去推定負荷fo’であり、符号bで示す波形は、振動外乱時における振動除去推定負荷fo’である。図7(B)では、横軸は時間を示し、縦軸は振動負荷fの正負の極性を反転した波形(−f)と、異物の挟み込み時及び振動外乱時振動それぞれの除去推定負荷fo’とのそれぞれの大きさを示している。また、挟込判定部17において挟み込み判定に使用される検知荷重をfhとして示している。
次に、外乱(車両の振動)による振動負荷fが発生しておらず、異物の挟み込みが発生してモータ推定負荷foが次第に増加する場合の挟み込み検出処理の例について、図7(B)を参照して説明する。なお、図7(B)に示すように、時刻t=0において、パワーウィンドウが既にUP側(ウィンドウガラスの上昇側)に動作しており、推定負荷算出部13から推定負荷foの算出値fcの信号が出力されているものとする。
この状態において、時刻t2において挟み込みが発生する。この挟み込みの発生により、推定負荷算出部13から出力される推定負荷fo(符号aで示す波形)は負荷算出値fcから次第に増加する。また、振動除去負荷算出部16から出力される振動除去推定負荷fo’(符号aで示す波形)も次第に増加する(この例では、振動負荷fは発生していないので、「fo’=fo」である)。
こうして、時刻t4において、挟込判定部17により異物の挟み込みが検出されることにより、駆動制御部18は、リレー回路4を通してモータ2を逆転させウィンドウガラスを下降側に駆動するか、またはモータ2を停止させウィンドウガラスの開閉を停止させる。
次に、車両に振動が印加されモータ出力に振動外乱が発生し、かつ異物の挟み込みが発生していない場合の例について説明する。図7(A)に示すように、時刻t1において、車体に振動が発生し、この振動が加速度センサ8により検出され、振動検出部14から加速度検出信号pが生成される。この加速度検出信号pに基づいて、振動負荷算出部15は伝達関数H(s)により振動負荷fを算出し、この算出した振動負荷fを振動負荷値判定部19に出力する。
そして、時刻t3において、振動負荷算出部15から出力される振動負荷fが、閾値f1を超えると、振動負荷値判定部19から振動除去負荷算出部16に対して振動負荷fの信号が出力される。ここで、閾値f1は、挟み込みの誤検出が生じない範囲の小振動の振幅値以上、かつ挟み込み検出しきい値(検知荷重fh)以下に設定される。
このように、振動により発生する推定負荷foの振動外乱を、振動負荷fによりキャンセルすることができるため、挟み込み検出を早期に行うことができるとともに、挟み込み検出の判定に使用する検知荷重を低く設定することができる。
振動負荷算出部15では、振動検出部14により算出された加速度検出信号pに基づいて、伝達関数H(s)(より正確には前述の差分方程式F(t))により振動負荷fを求める(ステップS11)。
そして、fが負値(f<0)の場合は(ステップS14でNo)、推定負荷foをそのまま振動除去推定負荷fo’として挟込判定部17に出力する(fo’=fo)(ステップS15)。これは、振動負荷fの位相がずれて振幅が大きくなる方向に補正されるのを防ぐためである。
Claims (9)
- 車両に取り付けられた開閉体をモータで駆動する車両用開閉体の制御装置であって、
車両の振動を加速度センサを用いて加速度検出信号として検出する振動検出部と、
前記モータの推定負荷を算出する推定負荷算出部と、
前記振動検出部により検出される加速度検出信号と所定の伝達関数とに基づいて、前記振動が前記モータの負荷として現れる振動負荷を算出する振動負荷算出部と、
前記推定負荷算出部で算出された推定負荷の算出値を、前記振動負荷算出部で算出された振動負荷の算出値により補正する振動除去負荷算出部と、
前記振動除去負荷算出部により補正された負荷算出値に基づいて物体の挟み込みの有無を判定する挟込判定部と、
を備え、
前記加速度検出信号に基づいて前記振動負荷を算出する際に用いられる所定の伝達関数は、
前記振動検出部により検出される加速度検出信号と、前記車両の振動が前記開閉体を介してモータの負荷として現れる振動負荷の信号との間の関係を示す伝達関数である
ことを特徴とする車両用開閉体の制御装置。 - 前記伝達関数は、
車両と、車両に取り付けられた車両用開閉体と、モータにより駆動される車両用開閉体の駆動機構とを構成要素とする弾性系、質量系、および減衰系が連結したn次遅れ伝達関数で表される
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。 - 前記伝達関数は、
前記構成要素に含まれる車両と車両用開閉体と駆動機構とそれぞれの質量、及び、前記構成要素間の減衰係数を用いて前記車両の振動が前記モータに至るまでの機械系の遅れを表す伝達関数である
ことを特徴とする請求項2に記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記伝達関数は、分子に2次のラプラス変換演算子を有し、分母に4次のラプラス変換演算子を有する4次の遅れ伝達関数である
ことを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記伝達関数は、1次、2次、または3次遅れ伝達関数であると共に、
前記振動負荷が所定の閾値を超えているか否かを判定するとともに、該振動負荷が所定の閾値を超えていると判定した場合に、さらに、当該振動負荷が、前記振動負荷が最初に前記閾値を超えてから所定時間以内に算出された振動負荷であるか否かを判定する振動負荷値判定部を備え、
前記振動除去負荷算出部は、
前記振動負荷値判定部により条件を満たすと判定された場合に、前記推定負荷算出部により算出される推定負荷の算出値を、前記振動負荷算出部により算出される振動負荷の算出値により補正する
ことを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記所定の時間は、前記加速度センサを用いて検出される加速度検出信号の波形において最初のピーク点を含む振動波形の部分の周期に応じて設定される
ことを特徴とする請求項5に記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記加速度センサは、モータの制御回路が搭載される制御基板上に設けられる
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記車両用開閉体の制御装置は、さらに
前記モータの回転速度を検出する回転速度算出部と、
前記モータの回転加速度を検出する回転加速度算出部と、
前記モータの駆動電圧を検出する電圧検出部と、
を有し、
前記推定負荷算出部は、前記モータの回転速度、回転加速度及び駆動電圧から推定負荷を算出することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の車両用開閉体の制御装置。 - 前記車両用開閉体が車両の窓を開閉するパワーウィンドウである
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の車両用開閉体の制御装置。
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