JP7005377B2 - サーボモータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、サーボモータの駆動制御装置に関し、特に、ＤＣ電圧によって駆動されるサーボモータを対象として駆動制御を行う、サーボモータの駆動制御装置に関する。

特許文献１によれば、ＤＣサーボモータの現状の回転位置は、ポテンショメータによって常時監視される。回転位置が目標位置の相当値に近づくと、ＤＣサーボモータの駆動が、ＣＰＵによってＤＣ駆動からＰＷＭ駆動に切り替えられる。これによって、ＤＣサーボモータの慣性によるハンチングを防止することができる。

特開平８－１８２３６６号公報

しかし、特許文献１では、ＰＷＭ制御回路のような特別の回路を追加する必要があり、システム全体のコストアップを引き起こすという問題がある。また、特許文献１のような制御装置を車両に搭載した場合、サーボモータの慣性量は、電源電圧値の変動や空調機のブロア風量等の車両状態に応じて変動する。しかしながら、特許文献１では、上述の様な車両状態を考慮されていない為、適応的な制御を行うことができないという問題もある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、コストを抑えつつ、サーボモータを適応的に制御することができる、サーボモータの駆動制御装置を提供することである。

この発明に係るサーボモータの駆動制御装置は、車載機器に設けられかつバッテリによって駆動されるサーボモータを対象として駆動制御を行う駆動制御装置であって、サーボモータの回転位置を検出する検出手段、検出手段によって検出された回転位置が目標位置を含む指定範囲に入ったときサーボモータの回転を停止させる停止手段、および車両状態に応じて指定範囲の広さを変更する変更手段を備え、車載機器は空調機であり、変更手段は、車両状態として、空調機に配設されたブロアの風量に応じて指定範囲の広さを変更し、指定範囲の広さを、ブロアの風量が大きいほど広く変更する。

好ましくは、変更手段は、車両状態として、空調機に配設されたブロアの風量に加えて、バッテリの電圧値に応じて指定範囲の広さを変更する。

サーボモータの回転は、回転位置が目標位置を含む指定範囲に入ったときに停止されるところ、指定範囲の広さは、車両状態に応じたサーボモータの慣性量の変動を踏まえて変更される。この結果、指定範囲が広すぎることによる停止位置精度の低下や、指定範囲が狭すぎることによるハンチングの発生が極力回避される。つまり、車両状態に応じたサーボモータの適応的な制御が実現される。また、ＰＷＭ制御回路のような特別の回路が不要であるため、コストの抑制が図られる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１は、本発明に係る車両用空調制御装置の一実施形態の概略構成図である。 吹出モードドア駆動用サーボモータの回転位置と吹出モードとの関係の一例を示すグラフである。 オートエアコンＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。 吹出モードドア駆動用サーボモータの駆動特性の一例を示すグラフである。 オートエアコンＥＣＵの動作の他の一部を示すフロー図である。 （Ａ）はバッテリ電圧と電圧ヒス設定値との関係の一例を示すグラフであり、（Ｂ）はブロア風量とブロアヒス設定値との関係の一例を示すグラフである。

以下、この発明の一実施形態について、図１の概略構成図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の説明に限定および制限されない。

図１に示すように、本実施形態におけるオートエアコン（空調機）１は、車両に搭載されるエアコンであり、車室内に空気を送るダクト２内に、後に詳述するオートエアコンＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０により制御されるブロアモータ３によって駆動されるブロア（送風機）４、エバポレータ（冷房用熱交換器）５、エアミックスドア６、ヒータコア（暖房用熱交換器）７が空気流路の上流側から順次配設されている。

送風機４の上流にあたるダクト２の入口側には、空気導入口である内気導入口９および外気導入口１０が形成され、オートエアコンＥＣＵ３０に設けられた内外気切り替えスイッチの車両乗員による操作に基づき、オートエアコンＥＣＵ３０により制御される内外気切り替えドア駆動用サーボモータ１１により、両導入口９，１０の内側に設けられた内外気切り替えドア１２が駆動され、両導入口９，１０のうちいずれか一方が開放されて他方が閉塞され、内気または外気がダクト２内に導入されるようになっている。

エバポレータ（冷房用熱交換器）５は、冷凍サイクルの途中にあたる送風機４の下流側に配設され、オートエアコンＥＣＵ３０に設けられたエアコン電源スイッチ（以下、エアコンスイッチという）の車両乗員によるオン操作により、図示しないコンプレッサがエンジンに接続されてエンジンの回転により駆動されて冷媒が圧縮され、高温高圧状態となった冷媒が図示しないコンデンサで放熱され、図示しない膨張弁を介してエバポレータ５内に放熱された冷媒が流入して気化することにより、エバポレータ５を通過してダクト２内を流れる空気が熱交換されて冷却される。なお、エバポレータ５の下流にはエバポレータフィンの温度を検出するエバ後温度センサ１３が配置され、エバ後温度センサ１３の検出信号がオートエアコンＥＣＵ３０に取り込まれる。

ヒータコア（暖房用熱交換器）７は、エバポレータ５の下流側であってダクト２の一部を塞ぐように配設され、パイプを介してエンジン冷却水がヒータコア７の内部を流動しており、内気または外気がヒータコア７を通過することにより加熱されるようになっている。このとき、ヒータコア７の通気入口に設けられたエアミックスドア６が、オートエアコンＥＣＵ３０により制御されるエアミックスドア駆動用サーボモータ８により駆動されて、エアミックスドア６が開閉制御され、ヒータコア７の通気入口の開度が調整され、これによりヒータコア７による内気または外気の加熱温度が制御されるようになっている。エアミックスドア６の開度は、エアミックスドア開度検出手段１４の検出信号としてオートエアコンＥＣＵ３０に取り込まれる。

ここで、エアミックスドア６によりヒータコア７の通気入口を全閉した状態が、いわゆるＭＡＸクール（開度０％）の制御状態であり、ヒータコア７の通気入口を開いてダクト２内のヒータコア７が配設されていない通路をエアミックスドア６により全閉した状態（通気入口は全開）が、いわゆるＭＡＸホット（開度１００％）の制御状態であり、エアミックスドア６がクール側に制御されるとエバポレータ５を通って冷やされた空気がほとんど下流に流れ、エアミックスドア６がホット側に制御されるとエバポレータ５を通った空気がヒータコア７により加熱されてから下流に流れる。

ダクト２の最下流部には、デフロスタ吹出口１５、フェイス吹出口１６、フット吹出口１７が形成されている。これら吹出口１５，１６，１７の上流部には、デフロスタ開閉ドア１８、フェイス開閉ドア１９、フット開閉ドア２０が回転自在に配置されている。これらの吹出モードドア１８，１９，２０は、リンク機構を介して、オートエアコンＥＣＵ３０により制御される共通の吹出モードドア駆動用サーボモータ２１によって開閉操作される。

本実施形態においては、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転位置（ドア開度）を可変制御することにより、吹出モードが図２に示すように切り替えられる。図２によれば、回転位置ないしドア開度が０％から１００％へ向かって変化されると、吹出モードがフェイスモード→バイレベルモード→フットモード→フットデフロスタモード（フットデフモードともいう）→デフロスタモードの順で切り替えられる。

吹出モードドア開度検出手段２２は、当該ドア開度を検出する。当該ドア開度と吹出モードと関係は上述のとおりであるため、ある時点での吹出モードがいずれであるかは、当該ドア開度に基づいて判定することができる。

ここで、フェイスモードは、フェイス開閉ドア１９によりフェイス吹出口１６を開口して、乗員の上半身に向けてフェイス吹出口１６のみから空調風を吹き出すモードである。

バイレベルモードは、フェイス開閉ドア１９とフット開閉ドア２０によりフェイス吹出口１６とフット吹出口１７の両方を同時に開口して、乗員の上半身および乗員の足元に向けてフェイス吹出口１６およびフット吹出口１７の両方から空調風を吹き出すモードである。

また、フットモードは、フット開閉ドア２０によりフット吹出口１７を開口して、乗員の足元に向けてフット吹出口１７のみから空調風を吹き出すモードである。

フットデフモードは、フット開閉ドア２０とデフロスタ開閉ドア１８によりフット吹出口１７とデフロスタ吹出口１５の両方を同時に開口して、乗員の足元およびフロイントガラスに向けてフット吹出口１７およびデフロスタ吹出口１５の両方から空調風を吹き出すモードである。

そして、デフロスタモードは、デフロスタ開閉ドア１８によりデフロスタ吹出口１５を開口して、フロントガラスＦに向けてデフロスタ吹出口１５から空調風を吹き出すモードである。

駆動制御装置であるオートエアコンＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ構成とその周辺回路から構成される。オートエアコンＥＣＵ３０は、空調制御のための制御プログラムを記憶しており、その制御プログラムに基づいて各種の演算および処理を行う。オートエアコンＥＣＵ３０には、各種センサからセンサ検出信号が入力され、また、車室内前部の計器盤付近に配置されるエアコンパネル３１から各種操作信号が入力される。

センサとしては、バッテリの電圧を検出する電圧センサ２６、ブロア４の風量を検出するブロアセンサ２７、車室外温度を検出する外気温度センサ２８、車室内温度を検出する内気温度センサ２９等が設けられる。また、フロントガラスＦの内面のルームミラー付近にフロントガラスＦの温度および相対湿度を検出する温湿度センサを配置することも好ましい。

なお、電圧センサ２６としては、バッテリの電圧をデジタル値で検出するものの他、アナログ値で検出するものも考えられる。また、ブロア４の風量については、当該風量を検出するブロアセンサ２７の代わりに、各種センサ値に基づいて当該風量を決定する“ブロア風量決定手段”を設けるようにしてもよい。

エアコンパネル３１には、エアコンを駆動・停止するためのエアコンスイッチ（エアコン電源スイッチ）、エアコンの動作モードとして自動制御モード、マニュアル制御モードのいずれかを選択するためのモード選択スイッチ（エアコン動作モード選択スイッチ）、吹出モードを切り替えるための吹出モード切り替えスイッチ、内外気切り替えドア１２を手動で切り替えるための内外気切り替えスイッチ、フロントガラスＦに向けてデフロスタ吹出口１５のみから空調風を吹き出すための専用のデフモードスイッチ、空調温度設定用の温度設定スイッチ、および、送風量の強弱を切り替える風量スイッチ等が配設されている。

そして、オートエアコンＥＣＵ３０の出力側には、エアミックスドア駆動用サーボモータ８および内外気切り替えドア駆動用サーボモータ１１、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１等が接続され、これらの機器の作動がオートエアコンＥＣＵ３０の出力信号により制御される。

オートエアコン１の作動の概要は次のとおりである。ブロア４を作動させることにより、内気導入口９または外気導入口１０より導入された空気がダクト２内を車室内に向かって送風される。ブロア４の送風空気は、まずエバポレータ５を通過して冷却、除湿され、この冷風は次にエアミックスドア６の回転位置（ドア開度）に応じてヒータコア７を通過する流れとヒータコア７が配設されていない通路を通過する流れとに分けられる。ヒータコア７を通過する流れは加熱されて温風となり、ヒータコア７が配設されていない通路を通過する流れは冷風のままである。

したがって、エアミックスドア６の開度によりヒータコア７を通る空気量（温風量）とヒータコア７が配設されていない通路を通過する空気量（冷風量）との割合を調整し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調整できる。そして、この温度調整された空調風が、ダクト２の空気通路の最下流部に位置するデフロスタ吹出口１５、フェイス吹出口１６およびフット吹出口１７のうち、いずれか１つまたは複数の吹出口から車室内へ吹き出して、車室内の空調および車両のフロントガラスＦの曇り止めを行う。

吹出モードドア駆動用サーボモータ２１を対象とする駆動制御を行うとき、オートエアコンＥＣＵ３０は、図３に示すフロー図に従う処理を実行する。なお、このフロー図に対応する制御プログラムは、図示しないメモリに記憶される。

ステップＳ０１では、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１を起動すべきか否かを、吹出モード切り替えスイッチまたはデフモードスイッチの操作に基づいて繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ０２に進む。ステップＳ０２では、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の現時点の回転位置と吹出モード切り替えスイッチまたはデフモードスイッチの操作態様とに基づいて、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転方向および目標位置を決定する。ステップＳ０３では、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１をステップＳ０２で決定された回転方向に回転させる。

ステップＳ０４では、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の現時点の回転位置を、吹出モードドア開度検出手段２２の出力に基づいて検出する。ステップＳ０５では、検出された回転位置がステップＳ０２で決定された目標位置を含む指定範囲（目標位置±ａの範囲）に入ったか否かを判別する。判別結果がＮＯであればステップＳ０４に戻る。一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ０６に進み、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転を停止する。ステップＳ０６の処理が完了すると、ステップＳ０１に戻る。

吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の駆動特性を図４に示す。図４によれば、目標位置から現回転位置を引き算した引き算値が、横軸に割り当てられる。吹出モードドア駆動用サーボモータ２１は、当該引き算値が“ｂ”以上の値を示すように目標位置が決定されたときデフロスタモード側に駆動され、当該引き算値が“－ｂ”以下の値を示すように目標位置が決定されたときフェイスモード側に駆動される。吹出モードドア駆動用サーボモータ２１はまた、当該引き算値の絶対値が“ａ”まで低下したときに停止される。

なお、“ａ”は停止時ヒス設定値を定義することができ、“ｂ”は駆動時ヒス設定値と定義することができる。また、両者の間には、ｂ＞ａの関係が成り立つ。

吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転は、目標位置で停止するのが理想である。しかし、実際には、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の慣性によって、停止位置が目標位置からずれてしまう。上述の“ａ”は、このような停止位置のずれを考慮して設定される。

ただし、“ａ”の値が大きすぎると、停止位置の精度が低下する。逆に、“ａ”の値が小さすぎると、ハンチングが発生する。一方、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の慣性量は、バッテリ電圧の変動やブロア４の風量等の車両状態に応じて変動する（ブロア４の風量によって慣性量が変わる理由は、ブロア４からの風がドア開閉動作を妨げるから）。そこで、本実施形態では、車両状態に応じて“ａ”の値を調整するようにしている。

具体的には、オートエアコンＥＣＵ３０の制御の下で、図５に示すフロー図に従う処理を実行する。このフロー図に対応する制御プログラムもまた、図示しないメモリに記憶される。メモリには、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すグラフに相当するデータも記憶される。

図６（Ａ）はバッテリ電圧に対する電圧ヒス設定値の変化を示すグラフであり、図６（Ｂ）はブロア４の風量に対するブロアヒス設定値の変化を示すグラフである。図６（Ａ）によれば、バッテリ電圧は９Ｖ～１６Ｖの範囲で変化することが想定され、電圧ヒス設定値はバッテリ電圧の上昇に伴って“ａ－２”から“ａ”まで増大する。図６（Ｂ）によれば、ブロア４の風量はレベル１～レベル３１の範囲で変化することが想定され、ブロアヒス設定値は風量の上昇に伴って“ａ－２”から“ａ”まで増大する。

図５に戻って、ステップＳ１１ではバッテリ電圧を検出し、ステップＳ１２では図６（Ａ）に示すグラフを参照して電圧ヒス設定値を特定する。ステップＳ１３ではブロア４の風量を検出し、ステップＳ１４では図６（Ｂ）に示すグラフを参照してブロアヒス設定値を特定する。ステップＳ１５では、こうして特定された電圧ヒス設定値およびブロアヒス設定値のうち大きい方の値を停止時ヒス設定値“ａ”として決定する。

以上の説明から分かるように、オートエアコンＥＣＵ３０は、オートエアコン１に設けられかつバッテリによって駆動される吹出モードドア駆動用サーボモータ２１を対象として、駆動制御を行う。具体的には、オートエアコンＥＣＵ３０は、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転位置を検出し(S04)、検出された回転位置が目標位置を含む指定範囲に入ったとき吹出モードドア駆動用サーボモータ２１を停止させる(S05, S06)。オートエアコンＥＣＵ３０はまた、車両状態（バッテリの電圧値およびブロア４の風量）に応じて指定範囲の広さを変更する(S11~S15)。

吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の回転は、回転位置が目標位置を含む指定範囲に入ったときに停止されるところ、指定範囲の広さは、車両状態に応じた吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の慣性量の変動を踏まえて変更される。この結果、指定範囲が広すぎることによる停止位置精度の低下や、指定範囲が狭すぎることによるハンチングの発生が極力回避される。つまり、車両状態に応じた吹出モードドア駆動用サーボモータ２１の適応的な制御が実現される。また、ＰＷＭ制御回路のような特別の回路が不要であるため、コストの抑制が図られる。

なお、この実施例では、バッテリの電圧値およびブロア４の風量の両方に基づいて指定範囲の広さを変更するようにしているが、バッテリの電圧値およびブロア４の風量のいずれか一方に基づいて指定範囲の広さを変更するようにしてもよい。

また、この実施例では、吹出モードドア駆動用サーボモータ２１を対象とする駆動制御について説明したが、本発明の駆動制御は、エアミックスドア駆動用サーボモータ８および内外気切り替えドア駆動用サーボモータ１１に対して行ってもよい。

１ …オートエアコン
３ …ブロアモータ
４ …送風機
５ …エバポレータ（冷房用熱交換器）
７ …ヒータコア（暖房用熱交換器）
１５ …デフロスタ吹出口
１６ …フェイス吹出口
１７ …フット吹出口
２１ …吹出モードドア駆動用サーボモータ
２２ …吹出モードドア開度検出手段
３０ …オートエアコンＥＣＵ（風量制御手段、空調制御装置）

Claims (2)

1. 車載機器に設けられかつバッテリによって駆動されるサーボモータを対象として駆動制御を行う駆動制御装置であって、
   前記サーボモータの回転位置を検出する検出手段、
   前記検出手段によって検出された回転位置が目標位置を含む指定範囲に入ったとき前記サーボモータの回転を停止させる停止手段、および
   車両状態に応じて前記指定範囲の広さを変更する変更手段を備え、
   前記車載機器は空調機であり、
   前記変更手段は、前記車両状態として、前記空調機に配設されたブロアの風量に応じて前記指定範囲の広さを変更し、
   前記指定範囲の広さを、前記ブロアの風量が大きいほど広く変更する、駆動制御装置。
2. 前記変更手段は、前記車両状態として、前記空調機に配設されたブロアの風量に加えて、前記バッテリの電圧値に応じて前記指定範囲の広さを変更する、請求項１記載の駆動制御装置。

Images