JP6711746B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載の通り、車両のスライドドアの開閉を電動モータで行う場合、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御で電動モータの駆動制御が行われている。

特開２０１４−１９４１５１号公報

しかしながら、スライドドアが外力により加速する状況、例えば急傾斜地において、全開位置と全閉位置の間にあるスライドドアの途中停止制御などの状況の際に、スライドドアの重量が重い場合などに、従来のＰＷＭ制御のみではスライドドアの速度を制御しきれない（例えば目標速度を上回ったままでスライドドアが移動してしまう）ようなことが想定されるという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外力がスライドドアの移動に影響するような状況下においても、スライドドアの速度制御を精度よく行うことができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、車両のスライドドアを開閉する電動モータを駆動制御する際に、前記スライドドアの開閉中に前記スライドドアの移動速度が予め設定された目標速度に追従するように、所定の制御周期に占める前記電動モータへの電源からの通電時間の割合であるデューティ比の指令値を決定し、決定した前記指令値に基づいて前記電動モータの通電制御を実行することで、前記スライドドアの移動速度を制御する制御部を有するモータ制御装置であって、前記電動モータの巻線の各端子と前記電源との間に接続される複数の上段スイッチング素子と前記各端子と接地電位との間に接続される複数の下段スイッチング素子とを有し、前記制御部は、相補パルス幅変調ではないパルス幅変調による駆動出力方式、相補パルス幅変調による駆動制動出力方式、および、前記上段スイッチング素子のすべてもしくは前記下段スイッチング素子のすべてのいずれか一方のみをオン状態とする制動出力方式を有し、前記駆動出力方式における前記指令値よりも低い前記指令値の場合に、前記駆動制動出力方式として、前記上段スイッチング素子または前記下段スイッチング素子のいずれか一方のみがオン状態であって、前記上段スイッチング素子のいずれか他方と前記下段スイッチング素子のいずれか他方とを同一期間に逆相となるようにデューティ制御を行い、前記駆動制動出力方式における前記指令値よりも低い前記指令値であって、前記移動速度が前記目標速度を上回った状態で一定時間経過した場合に、前記制動出力方式として、前記上段スイッチング素子のすべてもしくは前記下段スイッチング素子のすべてのいずれか一方のみをオン状態とする制御を行う、モータ制御装置である。

また、本発明の一態様は、上記モータ制御装置であって、前記制御部は、前記指令値に応じて、前記上段スイッチング素子のすべてまたは前記下段スイッチング素子のすべてをオン状態とする場合に、デューティ制御を実行する。

また、本発明の一態様は、上記モータ制御装置であって、前記制御部は、前記複数の上段スイッチング素子および前記複数の下段スイッチング素子の駆動方式を、相補パルス幅変調ではないパルス幅変調による駆動方式、相補パルス幅変調による駆動方式、または、前記上段スイッチング素子のすべてもしくは前記下段スイッチング素子のすべてをオン状態とする場合にデューティ制御を行う駆動方式のいずれかに、前記指令値に応じて切り替える。

本発明によれば、外力がスライドドアの移動に影響するような状況下においても、スライドドアの速度制御を精度よく行うことができる。

本発明のモータ制御装置で駆動される電動モータを備えるドア開閉装置１４の概略を示す平面図である。 図１に示すドア開閉装置１４の制御体系を示す説明図である。 図２に示すモータ制御装置４１、および電動モータ２１の詳細を示す回路図である。 図３に示す回転制御部５４が実行する処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 本実施形態におけるデューティ比の指令値と駆動方式との対応関係を示す図表である。 本実施形態の動作例を示すタイミングチャートである。 本実施形態の動作例を説明するための模式図である。 本実施形態の動作例を示すタイミングチャートである。 本実施形態の動作例を説明するための模式図である。 本実施形態の動作例を示すタイミングチャートである。 本実施形態の動作例を説明するための模式図である。 図３に示す回転制御部５４が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態のデューティ比の指令値と電動モータ２１の制動力との関係を模式的に示す図である。

（車両のドア開閉装置の構成）
図１は、本発明のモータ制御装置で駆動される電動モータを備えるドア開閉装置１４の概略を示す平面図である。図１に示すように、車両１１の側部には、被駆動体としてのスライドドア１２が装着されている。このスライドドア１２は、車両１１に固定されるガイドレール１３に案内され、図中実線で示す全開位置と鎖線で示す全閉位置との間で車両前後方向に移動自在つまり開閉自在となっている。

車両１１にはドア開閉装置１４が設けられている。ドア開閉装置１４は、スライドドア１２を自動的に開閉する。このドア開閉装置１４は、車両１１に固定される駆動ユニット１５を有する。駆動ユニット１５には、駆動用のケーブル１６が設けられている。ケーブル１６は、ガイドレール１３の両端に配置された反転プーリ１７、および反転ブーリ１８に掛け渡されて、車両１１の前方側と後方側とからスライドドア１２に接続されている。スライドドア１２は、駆動ユニット１５によりケーブル１６のいずれか一方側が引かれると、ケーブル１６に引かれながら開方向または閉方向に移動する。

図２は、図１に示すドア開閉装置１４の制御体系を示す説明図である。図２に示すように、駆動ユニット１５には電動モータ２１が設けられている。この電動モータ２１として、本実施形態においては、３相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）のブラシレスモータが用いられる。ただし、電動モータ２１は、３相のブラシレスモータに限らず、例えば直流モータ等であってもよい。電動モータ２１は、モータ制御装置４１から、所定の通電パターンに従って、３相の各相へ、それぞれ印加電圧Ｖｕ、印加電圧Ｖｖ、および印加電圧Ｖｗが供給されると作動する。電動モータ２１は、供給される印加電圧の正負に応じて、その回転方向が正転または逆転に切り替えられる。

また、電動モータ２１の回転軸２１ａには、回転子４７（永久磁石）が固定される。この回転子４７の回転軌道近傍には、回転子４７の回転位置を検出する位置センサとしての３つのホールＩＣ（集積回路）４８ｕ、ホールＩＣ４８ｖ、およびホールＩＣ４８ｗが、回転軸２１ａを中心として互いに１２０度の位相差を有する位置に設けられている。これらの３つのホールＩＣ４８ｕ、ホールＩＣ４８ｖ、およびホールＩＣ４８ｗは、電動モータ２１の回転軸２１ａが回転すると、それぞれ互いに１２０度位相のずれたパルス信号Ｓｕ、パルス信号Ｓｖ、およびパルス信号Ｓｗをモータ制御装置４１に対して出力する。

また、電動モータ２１の回転軸２１ａには、駆動ギヤ２４が固定される。駆動ギヤ２４には大径スパーギヤ２５が噛み合わされている。大径スパーギヤ２５と一体に回転する小径スパーギヤ２６には、出力軸２７に固定される従動ギヤ２８が噛み合わされている。これにより、電動モータ２１の回転は所定の減速比で減速されて出力軸２７に伝達される。

出力軸２７には外周面に図示しない螺旋状の案内溝が形成された円筒形状のドラム３１が固定されている。駆動ユニット１５に案内されたケーブル１６は、案内溝に沿ってドラム３１に複数回巻き付けられている。電動モータ２１が作動すると、ドラム３１は電動モータ２１に駆動されて回転し、これによりケーブル１６が作動してスライドドア１２は開閉動作する。つまり、電動モータ２１により、図２中で反時計回り方向にドラム３１を回転させることにより、車両後方側のケーブル１６がドラム３１に巻き取られて、スライドドア１２はケーブル１６に引かれながら開方向に移動する。反対に、電動モータ２１により、図２中で時計回り方向にドラム３１を回転させることにより、車両前方側のケーブル１６がドラム３１に巻き取られてスライドドア１２はケーブル１６に引かれながら閉方向に移動する。このように、スライドドア１２は、ケーブル１６、ドラム３１、出力軸２７等を介して電動モータ２１に接続され、電動モータ２１により開閉駆動される。

ドラム３１と２つの反転プーリ１７、および反転ブーリ１８との間には、それぞれテンショナ３２が設けられている。テンショナ３２は、ドラム３１とスライドドア１２との間におけるケーブル１６の弛みを取ってケーブル張力を一定範囲に維持する。テンショナ３２は、それぞれ固定プーリ３２ａと可動プーリ３２ｂとを有し、可動プーリ３２ｂは固定プーリ３２ａを軸心としてばね部材３２ｃにより回転方向に付勢されており、ケーブル１６は各プーリ３２ａ、３２ｂの間に掛け渡されている。したがって、ケーブル１６に緩みが生じると、可動プーリ３２ｂにより付勢されてケーブル１６の移動経路が増加し、これによりケーブル１６の張力が維持される。

なお、駆動ユニット１５は電動モータ２１と出力軸２７との間にクラッチ機構が設けられないクラッチレス式となっている。つまり、電動モータ２１から出力軸２７、つまりスライドドア１２へは、常に動力伝達可能な状態とされている。このため、後述するように電動モータ２１により回生ブレーキ力を発生させる際に、電動モータ２１の固定子（ステータ）と、ドラム３１に接続された回転子４７（マグネットロータ）との間にはエアギャップがあり機械的には直接接していないため、電動モータ２１に回生ブレーキ力を発生させる際に生じる振動は、クラッチ機構の断続制御により生じる振動（衝撃）よりも少ない。

上記駆動ユニット１５内の電動モータ２１は、モータ制御装置４１により駆動される。このモータ制御装置４１は、スライドドア１２を予め設定された目標速度で開閉移動させるように電動モータ２１の作動を制御する。また、モータ制御装置４１は、電動モータ２１の入力端子２２ｕ、２２ｖ、および２２ｗ（各端子）を短絡させて回生ブレーキ力を発生させる。

（モータ制御装置の構成）
図３は、図２に示すモータ制御装置４１、および電動モータ２１の詳細を示す回路図である。電動モータ２１は、３相ＤＣ（直流）ブラシレスモータである。電動モータ２１は、インナーロータ型で、一対のＮ極およびＳ極を含む永久磁石（マグネット）を埋め込んで構成された回転子４７（マグネットロータ）を含む。また、電動モータ２１は、スター結線されたＵ相、Ｖ相およびＷ相の固定子巻線２１ｕ、２１ｖ、および２１ｗを含む。また、回転子４７に近接して、１２０度毎に、回転位置検出素子（ホールＩＣ４８ｕ、ホールＩＣ４８ｖ、およびホールＩＣ４８ｗ）が配置される。これらホールＩＣは、回転子４７の回転位置を検出する。

電動モータ２１を制御するためのモータ制御装置４１は、駆動回路部４２、直流電源４４、および制御系回路部５０を含んで構成される。

駆動回路部４２は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子としてのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）４２ａ〜４２ｆ（以下、トランジスタ４２ａ〜４２ｆという）を含む。このトランジスタ４２ａ〜４２ｆは、各ドレイン−ソース間に逆並列に接続された寄生ダイオード４３ａ〜４３ｆとを含んでいる。ブリッジ接続された６個のトランジスタ４２ａ〜４２ｆの各ゲートは制御系回路部５０に接続される。

また、６個のトランジスタ４２ａ〜４２ｆのドレインまたはソースは、電動モータ２１の入力端子２２ｕ、２２ｖ、および２２ｗを介して、スター結線された固定子巻線２１ｕ、２１ｖ、および２１ｗに接続される。６個のトランジスタ４２ａ〜４２ｆのうち３個の上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃ（複数の上段スイッチング素子）は各ドレインが直流電源４４の正極端子に接続されるとともに、各ソースが電動モータ２１の入力端子２２ｕ、２２ｖ、および２２ｗに接続されている。また、３個の下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆ（複数の下段スイッチング素子）は各ドレインが電動モータ２１の入力端子２２ｕ、２２ｖ、および２２ｗに接続されるとともに、各ソースが直流電源４４の接地電位に接続されている。これによって、６個のトランジスタ４２ａ〜４２ｆは、制御系回路部５０から入力される駆動信号（ゲート信号）Ｇ１〜Ｇ６によってスイッチング動作を行い、駆動回路部４２に印加される直流電源４４の電源電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへ供給する。なお、駆動信号（ゲート信号）Ｇ１は、ハイ信号（Ｈ信号）の場合に、対応するトランジスタ４２ａがオン（ＯＮ）になり、ロー信号（Ｌ信号）の場合に、対応するトランジスタ４２ａがオフ（ＯＦＦ）になる。駆動信号（ゲート信号）Ｇ２〜Ｇ６についても同様である。

制御系回路部５０は、電動モータ２１への印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ（より正確には電圧と周波数）を可変制御するために、駆動回路部４２のトランジスタ４２ａ〜４２ｆの各ゲートを駆動する駆動信号Ｇ１〜Ｇ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）として形成する。制御系回路部５０は、トランジスタ４２ａ〜４２ｆを高速スイッチングすることにより、直流電源４４から各固定子巻線２１ｕ、２１ｖ、および２１ｗへ供給する印加電圧を制御する。

制御系回路部５０は、ドライバ回路５１、ドア開閉情報生成部５２、および制御部５３を含んで構成される。

制御部５３は、回転制御部５４と、記憶部５７とを有している。制御部５３は、例えばマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、周辺装置等を含み、記憶装置に記憶されているプログラムを実行することで動作する。また、本実施形態では、制御部５３は、相補ＰＷＭ（相補パルス幅変調）に対応したＰＷＭ指令信号（駆動信号Ｇ１〜Ｇ６に対応する信号）の発生機能を有している。相補ＰＷＭとは、ブリッジ接続されたトランジスタ４２ａ〜４２ｆのうち、直列接続された各トランジスタを逆相で駆動する動作モードである。例えば、直列接続されたトランジスタ４２ａとトランジスタ４２ｄにおいてＰＷＭの１周期のなかのオン期間でトランジスタ４２ａをオンするとともにトランジスタ４２ｄをオフし、オフ期間でトランジスタ４２ａをオフするとともにトランジスタ４２ｄをオンする。ただし、トランジスタ４２ａとトランジスタ４２ｄは同時にオンさせると直流電源４４が短絡状態となるので、短絡防止期間 (デッドタイム) が自動的に挿入される。制御部５３は、所定のレジスタに、ＰＷＭ周期、相補ＰＷＭとするか否か、ＰＷＭ制御のデューティ比等を設定することで非相補ＰＷＭ（通常のＰＷＭ）または相補ＰＷＭに対応したＰＷＭ指令信号を発生する。

回転制御部５４は、ドア開閉情報生成部５２から入力されるパルス信号Ｓｕ、パルス信号Ｓｖ、およびパルス信号Ｓｗ、速度信号Ｖ、位置信号Ｐ、および方向信号Ｄに基づいて、ドライバ回路５１に対して、電動モータ２１を正転駆動または逆転駆動するためのＰＷＭ指令信号（正転回転指令または逆転回転指令）を出力する。ドライバ回路５１は、入力されるＰＷＭ指令信号に基づいて、トランジスタ４２ａ〜４２ｆを所定の通電パターンでスイッチングするための駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を生成し、駆動回路部４２へ出力する。これによって、駆動回路部４２（駆動回路）は、固定子巻線２１ｕ、２１ｖ、および２１ｗを所定の通電パターンで通電する供給電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを各固定子巻線に印加し、回転子４７を、回転制御部５４が指示する回転方向に回転させる。

より具体的には、制御部５３には、開閉スイッチ４５が接続される。操作者が開閉スイッチ４５を操作し、制御部５３にドアの開閉開始を指令する信号が入力されると、回転制御部５４は、ドア開閉情報生成部５２から入力される速度信号Ｖ、位置信号Ｐ、および方向信号Ｄに応じてＰＷＭ指令信号を生成し、ドライバ回路５１に対して出力する。ここで、ＰＷＭ指令信号は、所定の制御周期にて各駆動信号Ｇ１〜Ｇ６のオンもしくはオフ、または所定のデューティ比でオンおよびオフする信号である。ここで、デューティ比は、ＰＷＭ制御の１周期に対するオン期間の比率であり、所定の制御周期に占める電動モータ２１への直流電源４４からの通電時間の割合に対応する。ここで、所定の制御周期はＰＷＭ周期である。

なお、ドア開閉情報生成部５２は、制御部５３がＰＷＭ指令信号の生成に用いる速度信号Ｖ、位置信号Ｐ、および方向信号Ｄを、ホールＩＣ４８ｕ、４８ｖ、４８ｗがそれぞれ出力するパルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗから生成する。ドア開閉情報生成部５２は、ホールＩＣ４８ｕ、４８ｖ、４８ｗがそれぞれ出力するパルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗが入力されると、パルス信号の発生間隔に基づいて電動モータ２１の回転速度、つまりスライドドア１２の移動速度Ｖを算出する。また、ドア開閉情報生成部５２は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗの出現タイミング（出現する順番）に基づいて電動モータ２１の回転方向、つまりスライドドア１２の移動方向を検出し、方向信号Ｄを出力する。

また、ドア開閉情報生成部５２は、スライドドア１２が基準位置（例えば全閉位置）となったときを起点としてパルス信号の切替りをカウント（積算）することによりスライドドア１２の位置を検出し、位置信号Ｐを出力する。なお、スライドドア１２の基準位置は、例えば、全閉検出スイッチ４６により検出される。この全閉検出スイッチ４６は、スライドドア１２のドア位置が「全閉位置」にあることを検出するためのスイッチであり、例えば、ドア位置が「全閉位置」でオンになるリミットスイッチである。

回転制御部５４は、スライドドア１２を開閉する電動モータ２１を駆動制御する際に、スライドドア１２の開閉中にスライドドア１２の移動速度が予め設定された目標速度に追従するように、デューティ比の指令値を決定し、決定した指令値に基づいて電動モータ２１の通電制御を実行することで、スライドドア１２の移動速度を制御する。回転制御部５４によるデューティ比の指令値の算出は次のように実行される。すなわち、回転制御部５４は、スライドドア１２の移動速度（速度信号Ｖの速度）と、予め実験或いは設計において設定されて記憶部５７内に格納された目標速度Ｖｃとに基づいた比例制御と積分制御とによりデューティ比の指令値を算出する。回転制御部５４は、駆動信号Ｇ１〜Ｇ６のデューティ比の指令値ｘを、スライドドア１２の移動速度Ｖと目標速度Ｖｃとに基づいたＰＩ（比例積分）演算、ｘ＝ｋｐ（Ｖ−Ｖｃ）＋ｋｉΣ（Ｖ−Ｖｃ）で算出する。ここで、ｋｐは比例ゲイン、ｋｉは積分ゲインを示す。このＰＩ制御によれば、スライドドア１２の移動速度Ｖと目標速度Ｖｃの偏差の累積により、移動速度Ｖと目標速度Ｖｃの差が０となっても指令値ｘは０とならないので、安定した速度制御が可能となる。また、特に制限を設けない場合、デューティ比の指令値ｘは、０％以下（すなわち負の値）となったり、１００％以上となったりする。ただし、以下では、デューティ比の指令値ｘが上限１００％で制限されているとして説明を行う。なお、デューティ比の指令値ｘが０％以下となるのは、例えば、スライドドア１２の移動速度が目標速度を上回った状態で一定時間経過したような場合である。回転制御部５４は、方向信号Ｄが示す回転方向に基づき、同方向に対応したＰＷＭ指令信号をドライバ回路５１に対して出力する。なお、記憶部５７は、目標速度Ｖｃを、位置信号Ｐが示すスライドドア１２の位置、および方向信号Ｄが示すスライドドア１２の移動方向に関連付けて記憶している。

次に、図４〜図１３を参照して、回転制御部５４の動作例について説明する。図４は、回転制御部５４が実行する処理のメインルーチンを示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えば、回転制御部５４が電動モータ２１を駆動制御している間、例えば、５ｍｓよりも十分短い周期で繰り返し実行される。回転制御部５４は、まず、５ｍｓ制御のタイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１）。５ｍｓ制御のタイミングであるか否かとは、５ｍｓ毎に実行する処理を開始するタイミングであるか否かということであり、前回の実行タイミングから５ｍｓが経過した場合に、回転制御部５４は、５ｍｓ制御のタイミングであると判定し（ステップＳ１でＹｅｓ）、ステップＳ２とステップＳ３の処理を実行する。回転制御部５４は、５ｍｓ制御のタイミングでないと判定した場合（ステップＳ１でＮｏ）、ステップＳ２とステップＳ３の処理を実行せず、処理を終了する。

ステップＳ２の速度制御処理において、回転制御部５４は、上述したようにして、スライドドア１２の開閉中にスライドドア１２の移動速度が予め設定された目標速度に追従するようにデューティ比の指令値を決定する。

次に、ステップＳ３のモータ駆動処理において、回転制御部５４は、ドア開閉情報生成部５２の出力信号や開閉スイッチ４５の出力信号、ステップＳ２で決定されたデューティ比の指令値に基づき、電動モータ２１の駆動処理を実行する。回転制御部５４は、例えば、電動モータ２１の駆動を開始したり、駆動を一時停止させたり、あるいは一時停止を解除したりする処理を実行する。

また、回転制御部５４は、図４に示すステップＳ２の速度制御処理で決定されたデューティ比の指令値と方向信号Ｄに基づいて、ドライバ回路５１に対して出力されるＰＷＭ指令信号（駆動信号Ｇ１〜Ｇ６に対応する信号）を生成して出力するための処理を行う。その際、回転制御部５４は、図５に示すように、駆動回路部４２における各トランジスタ４２ａ〜４２ｆの駆動方式をデューティ比の指令値に応じて制動力が異なる複数の駆動方式に選択的に切り替える処理を行う。この駆動方式の切り替えによって本実施形態では制動力の制御性能の向上（制動力の増大、精度の向上等）を図っている。この場合、回転制御部５４は、駆動回路部４２の駆動方式を、相補ＰＷＭではないＰＷＭによる駆動方式、相補ＰＷＭによる駆動方式、または、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃのすべてもしくは下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのすべてをオン状態とする場合にデューティ制御を行う駆動方式のいずれかに、デューティ比の指令値に応じて切り替える。

図５は、回転制御部５４がＰＷＭ指令信号を生成して出力する際のデューティ比の指令値と駆動方式との対応関係を示す図表である。

図５に示すように、デューティ比の指令値が相補ＰＷＭ最大デューティ〜１００％の場合、相補ＰＷＭ無しの駆動出力によって電動モータ２１を駆動状態とする駆動方式が選択される。相補ＰＷＭ最大デューティは、相補ＰＷＭ無しと相補ＰＷＭ有りとを切り替えるしきい値となるデューティ比の指令値である。相補ＰＷＭ無しの駆動出力では、例えば図６に示すように、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗが変化するタイミングに応じて、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃ（駆動信号Ｇ１〜Ｇ３）がオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）に制御されるとともに、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆ（駆動信号Ｇ４〜Ｇ６）がＰＷＭ制御によってオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）される。図６は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗと駆動信号Ｇ１〜Ｇ６の変化を示すタイミングチャートである。横軸は回転子４７の回転位置を電気角で表す。この場合、電気角６０°毎に通電パターンが変化している。図７は、左端の６０°の領域の通電パターンにおける駆動回路部４２と電動モータ２１の動作状態を示す。この場合、電流は、直流電源４４（正極）→トランジスタ４２ａ→電動モータ２１→トランジスタ４２ｅ→グランド（接地）と通電する。ＰＷＭのオン時間が長い（直流電源４４からの通電割合に対応するデューティ比が大きい）ほど強い駆動出力となる。

次に、図５に示すように、デューティ比の指令値が１％〜相補ＰＷＭ最大デューティの場合、相補ＰＷＭによる駆動出力または制動出力によって電動モータ２１を駆動状態または制動状態とする駆動方式が選択される。相補ＰＷＭ有りの駆動出力または制動出力では、例えば図８に示すように、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗが変化するタイミングに応じて、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃ（駆動信号Ｇ１〜Ｇ３）がオン（Ｈ）、オフ（Ｌ）またはＰＷＭ制御によってオン（Ｈ）もしくはオフ（Ｌ）されるとともに、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆ（駆動信号Ｇ４〜Ｇ６）がＰＷＭ制御によってオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）される。この場合、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃのＰＷＭ制御によるオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）と、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのＰＷＭ制御によるオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）は、同一期間に逆相関係となるように制御される。図８は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗと駆動信号Ｇ１〜Ｇ６の変化を示すタイミングチャートである。横軸は回転子４７の回転位置を電気角で表す。この場合、電気角６０°毎に通電パターンが変化している。図９は、図８の時刻ｔ２での通電パターンにおける駆動回路部４２と電動モータ２１の動作状態を示す。この場合、電流は、電動モータ２１とトランジスタ４２ａおよびトランジスタ４２ｂが形成する回路を流れる。電流が回生しているため電動モータ２１は制動状態となる。また、電動モータ２１はグランドと接続されていないため、直流電源４４からの電流は流れない。一方、図８の時刻ｔ１での通電パターンにおける駆動回路部４２と電動モータ２１の動作状態は、図７を参照して説明した上述の場合と同じである。相補ＰＷＭによる駆動出力または制動出力では、図９に示す制動出力でのＰＷＭのオン時間が長い（直流電源４４からの通電割合に対応するデューティ比が小さい）ほど強い制動力となる。

次に、図５に示すように、デューティ比の指令値が０％の場合、すべてのトランジスタ４２ａ〜４２ｆをオフさせることで電動モータ２１を制動状態とする駆動方式が選択される。

次に、図５に示すように、デューティ比の指令値が０％未満の場合は、下段（または上段）のトランジスタをすべて同時にオンさせ、かつオン時間をＰＷＭ出力により制御することで電動モータ２１を制動状態とする駆動方式が選択される。この駆動方式では、例えば図１０に示すように、常時、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃ（駆動信号Ｇ１〜Ｇ３）がすべてオフ（Ｌ）されるとともに、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆ（駆動信号Ｇ４〜Ｇ６）がＰＷＭ制御によってオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）される。この場合、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのＰＷＭ制御によるオン（Ｈ）またはオフ（Ｌ）は、連続的に同相で実行される。図１０は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗと駆動信号Ｇ１〜Ｇ６の変化を示すタイミングチャートである。横軸は回転子４７の回転位置を電気角で表す。この場合、電気角６０°毎に通電パターンは同一であるが、異なっていてもよい。図１１は、図１０に示す各通電パターンにおける駆動回路部４２と電動モータ２１の動作状態を示す。この場合、電流は、電動モータ２１とトランジスタ４２ｄ〜４２ｆが形成する回路を流れる。電流が回生しているため電動モータ２１は制動状態となる。また、電動モータ２１はグランドと接続されていないため、直流電源４４からの電流は流れない。この駆動方式による制動出力では、図１０に示すＰＷＭのオン時間が長いほど強い制動力となる。また、図８に示すような相補ＰＷＭでは駆動出力と制動出力の間の切り替え時に上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃと下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆが同時にオンすることがないようデッドタイムを設定する必要がある。これに対し、この駆動方式では、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆ（または上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃ）のみをオン状態とすることで電動モータ２１を制動出力の状態とするので、デッドタイムの分の出力時間を制動出力に割り当てることができる。よって相補ＰＷＭよりも大きな制動出力を得ることができる。

次に、図１２を参照して、回転制御部５４が、ＰＷＭ指令信号を生成して出力する際の処理について説明する。図１２は、回転制御部５４が、ＰＷＭ指令信号を生成して出力する際の処理の一例を示すフローチャートである。回転制御部５４は、図１２に示す処理を、例えばパルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗの信号の立ち上がりおよび立ち下がりに同期して実行する。

図１２に示すフローチャートにおいて、回転制御部５４は、図４の速度制御処理（ステップＳ２）で算出したデューティ比の指令値が０％以上であるか否かを判定する（Ｊ１）（ステップＳ１０１）。デューティ比の指令値が０％以上でない場合（ステップＳ１０１でＮｏの場合）、回転制御部５４は、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆをすべてオンにするモードに駆動方式を設定する（ステップＳ１０２）。続いて、デューティ比の指令値に基づき、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆをすべてオンにする駆動方式における出力デューティ（図１０のオン時間比）を算出する（ステップＳ１０３）。一方、デューティ比の指令値が０％以上である場合（ステップＳ１０１でＹｅｓの場合）、回転制御部５４は、デューティ比の指令値が相補ＰＷＭの最大デューティ以下であるか否かを判定する（Ｊ２）（ステップＳ１０４）。

デューティ比の指令値が相補ＰＷＭの最大デューティ以下である場合（ステップＳ１０４でＹｅｓの場合）、回転制御部５４は、相補ＰＷＭ有りのモードに駆動方式を設定する（ステップＳ１０５）。他方、デューティ比の指令値が相補ＰＷＭの最大デューティ以下でない場合（ステップＳ１０４でＮｏの場合）、回転制御部５４は、相補ＰＷＭ無しのモードに駆動方式を設定する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０３、Ｓ１０５またはＳ１０６の後、回転制御部５４は、駆動方式が下段トランジスタ全オンモードに設定されているか否かを判定する（Ｊ３）（ステップＳ１０７)。下段トランジスタ全オンモードに設定されている場合（ステップＳ１０７でＹｅｓの場合）、回転制御部５４は、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆがすべて同期してオンするようにマイコン（制御部５３）を設定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８において、回転制御部５４は、後述するステップＳ１１３〜Ｓ１１８の出力設定に関わらず、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃを常にオフするとともに、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆについてはいずれかのトランジスタがオンした場合に他のトランジスタも同時にオンするようマイコン（制御部５３）を設定する。

一方、下段トランジスタ全オンモードに設定されていない場合（ステップＳ１０７でＮｏの場合）、回転制御部５４は、駆動方式が相補ＰＷＭ有りのモードに設定されているか否かを判定する（Ｊ４）（ステップＳ１０９)。駆動方式が相補ＰＷＭ有りのモードに設定されている場合（ステップＳ１０９でＹｅｓの場合)、回転制御部５４は、相補ＰＷＭでＰＷＭ指令信号が生成されるようマイコン（制御部５３）を設定する（ステップＳ１１０）。他方、駆動方式が相補ＰＷＭ有りのモードに設定されていない場合（ステップＳ１０９でＮｏの場合)、回転制御部５４は、相補ＰＷＭ無しでＰＷＭ指令信号が生成されるようマイコン（制御部５３）を設定する（ステップＳ１１１）。

ステップＳ１０８、Ｓ１１０またはＳ１１１の後、回転制御部５４は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗに基づいて通電パターンを判定する（Ｊ５）（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２において、回転制御部５４は、パルス信号Ｓｕ、Ｓｖ、およびＳｗに基づき、電気角３６０°のうちのどの角度範囲（例えばどの６０°の領域）に対応する通電パターンを選択すべきかを判定する。

次に、回転制御部５４は、通電パターンの判定結果（ステップＳ１１２）に基づき、通電パターン毎の出力設定を行うとともに（ステップＳ１１３〜Ｓ１１８）、出力デューティを設定する（ステップＳ１１９〜Ｓ１２４）。ここで、一例として、ステップＳ１１３が図６、図８または図１０に示す左端の６０°の区間の通電パターンに対応し、ステップＳ１１４が図６、図８または図１０に示す左端の６０°の区間の右隣の次の６０°の区間の通電パターンに対応するとする。この場合、回転制御部５４は、ステップＳ１１３において、駆動信号Ｇ１に対応するＰＷＭ指令信号（以下、駆動信号Ｇ１と称する（他の信号についても同様とする））をオン、駆動信号Ｇ２をオフ、駆動信号Ｇ３をオフ、駆動信号Ｇ４をオフ、駆動信号Ｇ５をＰＷＭ出力、および駆動信号Ｇ６をオフに設定する。続いて、回転制御部５４は、ステップＳ１１９において、ＰＷＭ制御のデューティ比を、図４のステップＳ２で算出したデューティ比の指令値またはステップＳ１０３で算出した出力デューティに設定する。以上の処理で、回転制御部５４は、駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を、図６、図８または図１０に示す各駆動方式に対応した信号とすることができる。また、この例において、回転制御部５４は、ステップＳ１１４で、駆動信号Ｇ１をオン、駆動信号Ｇ２をオフ、駆動信号Ｇ３をオフ、駆動信号Ｇ４をオフ、駆動信号Ｇ５をオフ、および駆動信号Ｇ６をＰＷＭ出力に設定する。続いて、回転制御部５４は、ステップＳ１２０において、ＰＷＭ制御のデューティ比を、図４のステップＳ２で算出したデューティ比の指令値またはステップＳ１０３で算出した出力デューティに設定する。以上の処理で、回転制御部５４は、駆動信号Ｇ１〜Ｇ６を、図６、図８または図１０に示す各駆動方式に対応した信号とすることができる。

また、デューティ比の指令値が０％の場合には、ステップＳ１０１でＹｅｓ、ステップＳ１０４でＹｅｓ、ステップＳ１０５で相補ＰＷＭ有りに駆動方式を設定、ステップＳ１０７でＮｏ、ステップＳ１０９でＹｅｓ、ステップＳ１１０で相補ＰＷＭ有りでマイコン設定、ステップＳ１１３〜Ｓ１１８で通電パターン設定がなされた後、ステップＳ１１９〜Ｓ１２４で出力デューティが０％に設定される。したがって、駆動信号Ｇ１〜Ｇ６はオフ（Ｌ）となる。

以上のようにして制御部５３は、例えば図１３に示すように、速度制御におけるデューティ比の指令値に基づき、制動力を制御することができる。図１３は、速度制御におけるデューティ比の指令値と電動モータ２１の制動力との関係を模式的に示す図である。なお、駆動方式を変更するデューティ比の指令値は、図１３に示す関係に限らず、例えば、駆動停止位置を０％以外の値に対応させるなどしてもよい。

なお、上記の構成および動作例は一例であって、例えば、図６、図８または図１０に示す例では通電角を１２０°としているがこれに限定されない。また、進角の値は変更することができる。また、スイッチング素子は、ＦＥＴに限らず、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）等を用いてもよい。また、図１０および図１１に示す例では、下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆをすべてオン状態としているが、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃをすべてオン状態とするようにしてもよい。

以上のように、本実施形態のモータ制御装置４１によれば、制御部５３によって、速度制御によるデューティ比の指令値に応じて、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃのすべてまたは下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのすべてをオン状態にして電動モータ２１を駆動制御するので、相補ＰＷＭによる制動出力よりも大きな制動力を発生させることができる。
よって、開閉体が重い場合などでも目標速度よりも速くなることを防止でき、スライドドアの速度制御を精度よく行うことができる。

また、本実施形態のモータ制御装置４１によれば、制御部５３によって、速度制御によるデューティ比の指令値に応じて、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃのすべてまたは下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのすべてをオン状態とする場合に、デューティ制御を実行するので、目標速度への追従性を向上させることができる。

また、本実施形態のモータ制御装置４１によれば、制御部５３によって、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃおよび下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆの駆動方式を、相補ＰＷＭではないＰＷＭによる駆動方式、相補ＰＷＭによる駆動方式、または、上段トランジスタ４２ａ〜４２ｃのすべてもしくは下段トランジスタ４２ｄ〜４２ｆのすべてをオン状態とする場合にデューティ制御を行う駆動方式のいずれかに、速度制御によるデューティ比の指令値に応じて切り替えるので、切り替えを行わない場合と比較して、スライドドアの速度制御を精度よく行うことができる。

従来、スライドドアが外力により加速する状況、例えば急傾斜地でのドア停止制御などの状況の際に、スライドドアの重量が重い場合など従来のＰＷＭ制御のみではスライドドアの速度を制御しきれない（目標速度を上回ったまま）場合があった。この課題の一因として、相補ＰＷＭにおいて、上段ＦＥＴと下段ＦＥＴが同時にオンしないように、デッドタイムを設けていることがある。すなわち、デッドタイム分の時間は電動モータがフリー状態となり、駆動出力・制動出力ともに実施できないため、例えばスライドドアの重量が重くなった場合などスライドドアの速度を制御しきれないことが生じる可能性があった。これに対し、本実施形態では、速度制御における制御演算において駆動出力のデューティの指令値が０％未満の演算結果をなった場合に相補ＰＷＭ出力を停止し、上段または下段どちらかのトランジスタのみを使用しＰＷＭ出力させることで、相補ＰＷＭよりも強い制動力を発揮させることができるようになった。この駆動方式では、制動出力のみを実施し、駆側出力を実施しない状態となる。相補ＰＷＭでは制動出力の限界が「出力１周期−デッドタイム」となっているため、完全な制動出力のみを実施できない。これに対し、本実施形態では、速度制御演算結果が制動のみとなった場合は相補ＰＷＭを停止し、下段（または上段）トランジスタの全オン状態とし、さらにオン時間をＰＷＭ制御することで、より強い制動出力を実現することができる。すなわち、デッドタイム分の出力時間を制動出力に割り当てることができた。

本実施形態によれば、例えば電動モータの体格を変更せずに出力方法を変更することで、制御対象の外力による加速を制限できる。また、内部での出力値の演算結果に基づき動的に電動モータの出力方式を変更することで、駆動／制動力を制御することができるので、容易に既存の構成に採用することができる。

以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明したが、本発明のモータ制御装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１１…車両、１２…スライドドア、１４…ドア開閉装置、１５…駆動ユニット、２１…電動モータ、２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ…入力端子、２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ…固定子巻線（巻線）、４１…モータ制御装置、４２…駆動回路部、４２ａ〜４２ｆ…トランジスタ、５１…ドライバ回路、５２…ドア開閉情報生成部、５３…制御部、５４…回転制御部、５７…記憶部

Claims (1)

1. 車両のスライドドアを開閉する電動モータを駆動制御する際に、前記スライドドアの開閉中に前記スライドドアの移動速度が予め設定された目標速度に追従するように、所定の制御周期に占める前記電動モータへの電源からの通電時間の割合であるデューティ比の指令値を決定し、決定した前記指令値に基づいて前記電動モータの通電制御を実行することで、前記スライドドアの移動速度を制御する制御部を有するモータ制御装置であって、
   前記電動モータの巻線の各端子と前記電源との間に接続される複数の上段スイッチング素子と前記各端子と接地電位との間に接続される複数の下段スイッチング素子とを有し、
   前記制御部は、
   相補パルス幅変調ではないパルス幅変調による駆動出力方式、相補パルス幅変調による駆動制動出力方式、および、前記上段スイッチング素子のすべてもしくは前記下段スイッチング素子のすべてのいずれか一方のみをオン状態とする制動出力方式を有し、
   前記駆動出力方式における前記指令値よりも低い前記指令値の場合に、前記駆動制動出力方式として、前記上段スイッチング素子または前記下段スイッチング素子のいずれか一方のみがオン状態であって、前記上段スイッチング素子のいずれか他方と前記下段スイッチング素子のいずれか他方とを同一期間に逆相となるようにデューティ制御を行い、
   前記駆動制動出力方式における前記指令値よりも低い前記指令値であって、前記移動速度が前記目標速度を上回った状態で一定時間経過した場合に、前記制動出力方式として、前記上段スイッチング素子のすべてもしくは前記下段スイッチング素子のすべてのいずれか一方のみをオン状態とする制御を行う、
   モータ制御装置。

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