(57)【要約】【課題】簡単で廉価なマイクロコントローラに基本的性質の電子部品を若干加えるだけで、非常に多様な安全及び快適機能を達成可能な方法及び制御回路を提供する。【解決手段】電気モータ４４は、マイクロコントローラ１６、及びモータを駆動する駆動回路１８、３６を使用して、車両のシートベルトリトラクタのベルトスプールを駆動する。各ＰＷＭ制御信号源２２は、そのトリガー入力にトリガーパルスが印加された際、その制御信号出力に、他のＰＷＭ制御信号源の制御パルスとは異なる持続時間の制御パルスを供給する。車両の中央センサユニットからマイクロコントローラにプログラム選択信号が供給される。マイクロコントローラからＰＷＭ制御信号源のトリガー入力にトリガーパルスが供給される。選択された制御プログラムの定める制御シーケンスで、ＰＷＭ制御信号源から、駆動回路に信号出力を供給するＰＷＭ制御信号源が選択される。【選択図】図１
2006109692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロコントローラ、及び電気モータを駆動する駆動回路を使用して、車両のシートベルトリトラクタのベルトスプールを駆動する前記モータの制御方法において、
（ａ）各ＰＷＭ制御信号源が、トリガー入力及び制御信号出力を有し、そのトリガー入力にトリガーパルスが印加された際にその制御信号出力に、他の全ＰＷＭ制御信号源の制御パルスの持続時間とは異なる持続時間の制御パルスを供給する、複数のＰＷＭ制御信号源を用意するステップと、
（ｂ）前記マイクロコントローラに永久記憶される１セットのモータ制御プログラムを用意するステップと、
（ｃ）前記車両のセンサユニットから前記マイクロコントローラにプログラム選択信号を供給するステップと、
（ｄ）前記マイクロコントローラから前記制御信号源のトリガー入力にトリガーパルスを印加するステップと、
（ｅ）選択された制御プログラムの定める制御シーケンスで、前記制御信号源のなかから、前記駆動回路に信号出力を供給する特定の制御信号源を選択するステップと、
を含む制御方法。
【請求項２】
制御シーケンスは１つの前記ＰＷＭ制御信号源に関する各シーケンス部分における一連のトリガーパルスの数を定める、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マイクロコントローラは前記駆動回路に印加される方向制御信号を供給し、前記方向制御信号は現在選択されたモータ制御プログラムにより定められる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記制御プログラムのセットにある少なくとも２つのモータ制御プログラムを連鎖するステップを有する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
中央センサユニットを備えた車両におけるシートベルトリトラクタのベルトスプールを駆動する電気モータを駆動する制御回路において、
前記電気モータを駆動する、制御入力を有する駆動回路と、
前記中央センサユニットに接続されたセンサ入力、及びトリガー信号出力を備えるとともに、メモリにモータ制御プログラムのセットを永久記憶し、前記モータ制御プログラムのセットから一度に１つが選択されるように前記中央センサユニットから選択制御信号の供給を受けるマイクロコントローラと、
各ＰＷＭ制御信号源が、前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続されたトリガー入力、及び制御信号出力を有し、そのトリガー入力にトリガーパルスが印加された際にその制御信号出力に、他の全制御信号源の制御パルスの持続時間とは異なる持続時間の制御パルスを供給する、複数のＰＷＭ制御信号源と、
前記マイクロコントローラにより制御され、選択されたモータ制御プログラムに従って、選択的に前記ＰＷＭ制御信号源のひとつの制御信号出力を前記駆動回路の制御入力に接続するスイッチングユニットと、
を備える制御回路。
【請求項６】
前記マイクロコントローラのトリガー信号出力は周期的信号パルスのシーケンスを供給する、請求項５に記載の制御回路。
【請求項７】
各ＰＷＭ制御信号源は単安定トグル回路とゲート回路で構成され、前記トグル回路は前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続されたトリガー入力、及び出力を備え、前記ゲート回路は前記トグル回路の出力に接続された第１の入力、前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続された第２の入力、及び前記駆動回路の制御入力に接続された出力を備える、請求項５または６に記載の制御回路。
【請求項８】
前記ゲート回路はＡＮＤゲートである、請求項７に記載の制御回路。
【請求項９】
前記マイクロコントローラの制御の下で前記モータに供給される駆動電流の極性を反転させるリレーを備える、請求項５から８のいずれかに記載の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシートベルトリトラクタ（座席ベルト引込器）のベルトスプールを駆動するモータの駆動方法及び制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
シートベルトリトラクタにおいて、ロック機構は、自動車メーカーあるいは法規の定める所定の基準に基づいて作動される必要がある。現代のシートベルトリトラクタには、前記ロック機能に加えて、他の安全機能や快適機能が備えられている。例えば、安全機能としては、衝突前段階にシートベルトを伸張する機能があり、快適機能としては、シートベルトが締められた後や、ベルトのあそびが無くなった後にベルトを緩める機能がある。一般に、これらの機能の実現には、制御アルゴリズム、診断ルーチンなどを記憶したプロセッサが必要である。車両に搭載された、例えば４、５台のシートベルトリトラクタ毎に複雑な電子装置が必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、簡単で廉価なマイクロコントローラに基本的性質の電子部品を若干加えるだけで、非常に多様な安全及び快適機能を達成可能な方法及び制御回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
特に、本発明はマイクロコントローラ、及びモータを駆動する駆動回路を使用して、車両のシードベルトリトラクタのベルトスプールを駆動するモータの制御方法を提供する。トリガー入力及び制御信号出力を有するＰＷＭ制御信号源が複数用意される。各制御信号源は、そのトリガー入力にトリガーパルスが印加された際にその制御信号出力に、他の制御信号源の制御パルスの継続時間とは異なる継続時間の制御パルスを供給する。前記マイクロコントローラにはモータ制御プログラムのセットが永久記憶される。車両の中央センサユニットから前記マイクロコントローラにプログラム選択信号が供給される。前記マイクロコントローラから前記制御信号源のトリガー入力にトリガーパルスが供給される。選択された制御プログラムの定める制御シーケンスで、前記制御信号源のなかから、前記駆動回路に信号出力を供給する制御信号源が選択される。この方法によれば、高性能のハードウェアや高度で複雑な制御アルゴリムを用いること無しに非常に多様な制御戦略が実現可能になる。
【０００５】
好適な形態において、特定の制御シーケンスは１つの前記制御信号源のひとつに関する各シーケンス部分における一連のトリガーパルスの個数を定める。このような簡単な方法で、シートベルトリトラクタの特定動作において電気モータから発生する特定のトルクの継続時間が定められることになる。
【０００６】
場合によっては、電気モータを逆回転させる必要がある。好適な別形態において、前記マイクロコントローラは前記駆動回路に印加される方向制御信号を供給し、この方向制御信号は現在選択されたモータ制御プログラムにより定められる。
ハードウェア要件を加えることなく制御方法の柔軟性及び性能を向上するために、モータ制御プログラムは連鎖されてよい。
【０００７】
さらに本発明は、中央センサユニットを備えた車両におけるシートベルトリトラクタのベルトスプールを駆動するモータを駆動する制御回路を提供する。本制御回路は前記モータを駆動する制御入力を有する駆動回路を備える。さらに制御回路はマイクロコントローラを備え、このマイクロコントローラは、前記中央センサユニットに接続されたセンサ入力、及びトリガー出力を備えるとともに、メモリにモータ制御プログラムのセットを永久記憶し、前記中央センサユニットからマイクロコントローラに選択制御信号が供給されて前記モータ制御プログラムのセットのなかから一度に１つが選択される。さらに、制御回路は複数のＰＷＭ制御信号源を備え、各ＰＷＭ制御信号源は、前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続されたトリガー入力、及び制御信号出力を有し、そのトリガー入力にトリガーパルスが印加された際、その制御信号出力に、他の制御信号源の制御パルスの継続時間とは異なる継続時間の制御パルスを供給する。前記マイクロコントローラにより制御されるスイッチングユニットが、選択されたモータ制御プログラムに従って、選択的にいずれかのＰＷＭ制御信号源の制御信号出力を前記駆動回路の制御入力に接続する。前記マイクロコントローラのトリガー信号出力は、好適にはデューティサイクルが例えば１：２０の短パルスである、周期的信号パルスのシーケンスを供給する。好適な形態において、各ＰＷＭ制御信号源は単安定トグル回路とゲート回路で構成され、前記トグル回路は前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続されたトリガー入力、及び出力を備え、前記ゲート回路は前記トグル回路の出力に接続された第１の入力、前記マイクロコントローラのトリガー信号出力に接続された第２の入力、及び前記駆動回路の制御入力に接続された出力を備える。したがって、制御回路を実現するのに僅かな標準部品のみで足りる。
【０００８】
電気モータの逆回転が必要な形態の場合、前記マイクロコントローラの制御の下で前記モータに供給される駆動電流の極性を反転させるリレーが設けられる。
本発明の他の効果及び特徴は特許請求の範囲及び図面を参照してなされる以下の説明から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１のブロック図に示すように、制御方法を実行する回路は２つの主機能ブロック、すなわち制御ユニット１２とパワー段１４を備える。制御ユニット１２は、マイクロコントローラ１６、スイッチ２０ａ〜ｄを備えたシーケンススイッチブロック１８、ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄを備えたＰＷＭブロック２２、及びウオッチドッグモジュール２６を備える。マイクロコントローラ１６の入力２８は、制御方法が実行される車両のＣＡＮバスを介して、車両に搭載された中央センサユニットに接続される。マイクロコントローラ１６の４つの制御出力３０ａ〜ｄは、制御線３２ａ〜ｄを介してシーケンススイッチブロック１８の４つの入力に接続され、それぞれ、スイッチ２０ａ〜ｄのいずれかに関係している。マイクロコントローラ１６のＰＷＭトリガー出力３４はＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの関連入力に接続される。ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの出力は動作したスイッチ２０ａ〜ｄを介してパワー段１４の駆動トランジスタ３６のベースに選択的に接続される。マイクロコントローラ１６の出力３８はパワー段１４のリレー４０の制御入力に接続される。さらに、マイクロコントローラ１６はウオッチドッグモジュール２６に接続される。シートベルトリトラクタのベルトスプール用モータの駆動は乗員の安全面から非常に重要な処理である。したがって、ウオッチドッグモジュール２６は常時、マイクロコントローラの動作準備を監視する。
【００１０】
パワー段１４は、前記駆動トランジスタ３６及びリレー４０以外に、ＭＯＳパワートランジスタ４２、及びシートベルトリトラクタ（図示せず）のベルトスプールを駆動するモータ４４、逆バイアスダイオード４６、コンデンサＣ、及び抵抗Ｒを備える。駆動トランジスタ３６のエミッタコレクタ経路は、抵抗Ｒを介して、正電圧源とグランド間に接続される。駆動トランジスタ３６のコレクタはＭＯＳトランジスタ４２のゲートに接続される。ＭＯＳパワートランジスタ４２のソースはグランドに接続され、ドレインはリレー４０の片方のスイッチング入力に接続される。リレー４０の他方のスイッチング入力は正電圧源に接続される。モータ４４はリレーの両出力間に接続される。モータの回転方向を切り替えるために、リレー４０を介して、モータの極性が反転させられる。モータ４４と並列に保護ダイオード４６が接続される。電気モータ４４とグランド間にコンデンサＣが接続される。コンデンサＣはバッファコンデンサとして機能する。
【００１１】
動作において、中央センサユニットはライン４８上にプログラム選択信号を供給する。プログラム選択信号は、例えば垂直及び水平加速度、車輪回転速度、車載レーダーからの情報などの車両に関連した値に関するセンサデータを処理するために、アルゴリズムにより算定される。ライン４８上のプログラム選択信号はマイクロコントローラの入力２８で受け取られる。この実施の形態の場合、ライン４８はＣＡＮバスである。代替として、プログラム選択信号は別個のラインを介して伝送される。いずれの場合も、プログラム選択信号はマイクロコントローラ内に記憶された特定の駆動プログラムを呼び出す。そのプログラムに定められたシーケンスに従って、マイクロコントローラはシーケンススイッチブロック１８のスイッチ２０ａ〜ｄへの制御信号を制御線３２ａ〜ｄ上に送出する。各制御線３２ａ〜ｄはいずれかのスイッチ２０ａ〜ｄに関連している。制御信号により、関連したスイッチ２０ａ〜ｄが閉じることになる。同時に、マイクロコントローラ１６は出力３４上に周期性ＰＷＭトリガーパルスを出力する。
【００１２】
図１の実施形態において、ＰＷＭブロック２２は４つの異なるＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄから構成される。形態に応じて、これより多いまたは少ない個数のＰＷＭ信号源が設けられる。各ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄはその出力に固定デューティサイクルのパルス幅変調信号を供給する。異なるＰＷＭ信号源はデューティサイクルが異なっている。パルス幅変調信号はマイクロコントローラ１６の出力３４によりトリガーされる。ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの動作モードについては後の図２で説明する。
【００１３】
選択された駆動プログラムが、例えば、制御出力３０ａ上に制御信号を所定の継続時間Ｔだけトリガーしたとすると、制御線３２ａを介してこの制御出力３０ａに接続されたスイッチ２０ａが時間Ｔの間、閉じる。このため、ＰＷＭ信号源２４ａからその出力を介して供給されたＰＷＭ信号がこの時間Ｔの間、駆動トランジスタ３６のベースに加えられることになる。これにより、ＭＯＳパワートランジスタ４２及びリレー４０を介してモータ４４がＯＮになる。ＰＷＭ信号の各パルスデューティサイクルはそれぞれ一定の電流レベルに対応している。したがって、モータ４４には、特定のモータトルクに対応した電流が流れる。ＰＷＭ信号のパルスデューティサイクルに応じて、モータは特定のトルクを発生する。時間Ｔ経過後、駆動プログラムにより、出力３０ａから制御信号は無くなってスイッチ２０ａは開く。代わりに、制御信号が例えば、出力３０ｄに発生してスイッチ２０ｄが閉じる。したがって、モータ４４はＰＷＭ信号源２４ｄから供給される、パルスデューティサイクルの異なるＰＷＭ信号で駆動される。その結果、電気モータ４４は異なるトルク値を発生する。
【００１４】
出力３４のトリガー信号、及びシーケンススイッチブロック１８のスイッチ２０ａ〜ｄを駆動する制御信号に加えて、マイクロコントローラ１６は出力３８に方向信号を供給する。この方向信号も選択された駆動プログラムにより定められる。方向信号はリレー４０に供給され、モータの回転方向を定める。
【００１５】
図２にＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの基本コンポーネント、すなわち、単安定トグル回路５０とＡＮＤゲートを示す。マイクロコントローラ出力３４のトリガー信号はトグル回路５０のトリガー入力に供給されて、一定のワンショット時間がトリガーされる。トグル回路５０の出力５４はＡＮＤゲートの第１の入力に供給され、ＡＮＤゲートの第２の入力にはマイクロコントローラの出力３４が接続される。
【００１６】
ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの各単安定トグル回路５０はそれぞれ異なる一定の時定数に設定される。したがって、各ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄは、時定数に応じて、出力５４のＰＷＭパルスデューティサイクルがそれぞれ異なる。
【００１７】
ＡＮＤゲートの１入力にはＰＷＭトリガー信号が供給され、他の入力にはトグル回路５０の出力５４が供給される。ＰＷＭトリガー信号のデューティサイクルがトグル回路５０の時定数を超えると、それに続くＡＮＤゲートにおけるＰＷＭトリガー信号と出力５４信号の論理的ＡＮＤより、ＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄの出力信号を構成するＡＮＤゲートの出力は論理０になる。したがって、図１のＰＷＭブロック２２により、マイクロコントローラ１６の駆動プログラムが誤っている場合でも、一定の、予め選択されたＰＷＭパルスデューティサイクルのみがシーケンススイッチブロック１８を介して送られる。ＰＷＭトリガー信号の、時間に関係するデューティサイクルがトグル回路の時定数より大きい場合、有効な信号がシーケンススイッチブロック１８に到達することはない。
【００１８】
次に、図３に基づいて本発明の制御方法を詳細に説明する。図３の第１のダイアグラム５６はライン４８からマイクロコントローラ１６に供給される選択信号の継続時間を模式的に示したものである。ｙ軸に電圧Ｕを示し、ｘ軸に時間ｔを示す。制御線３４のトリガー信号は２状態間でのみ区別される。電圧レベルが上方の平行線模様域５８にある場合、マイクロコントローラの駆動アルゴリズムが要求され、または既に開始されているシーケンスが続行する。電圧レベルが下方の平行線模様域６０にある場合、駆動プログラムの要求したシーケンスが終了するか、あるいは駆動プログラムがロードされない。
【００１９】
図３の第２のダイアグラム６２に、リレー４０を介して電気モータ４４に供給される電流レベルの進展を示す。ｘ軸は前と同様に時間ｔを示すが、ｙ軸は電流レベルＩを示す。図３の場合、図示の選択信号は快適機能の「バックリング（ベルト締め）」を選択したことを想定している、すなわち、バックリングの処理はモータを使って行われる、正確に言えば、バックリングの後、ベルトの弛みはなくなりシードベルトは軽く引っ張られる。これには１つの電流レベル、すなわち、ＰＷＭブロック２２のＰＷＭ信号源２４ａ〜ｄのうち１つのみが必要である。引張動作は時間ｔ１経過後に終了する。ここに示す好適な実施形態の場合、トリガー信号が高レベルから低レベルに移行すると遅延時間ｔ２が開始し、遅延時間ｔ２経過後に別の駆動プログラムが要求される。この追加される駆動プログラムの継続時間ｔ３は予め定められている。この駆動プログラムの間、マイクロコントローラの入力にトリガー信号は要しない。この駆動プログラムは、リリースサイクルとも呼ばれるもので、短時間の強力な引張動作と、短い復元パルスを発生するために、短時間のモータ方向の切替えとからなる。このリリースサイクルにより、シートベルトリトラクタがロック状態にロックされるのを防止できる。ダイアグラム６２に示すように、このサイクルには２つの異なる電流レベルとマイクロコントローラ１６から供給される方向信号とが必要である。
【００２０】
図４に別の駆動シーケンスが要求された場合のシーケンスを示す。ダイアグラム６４はライン４８上の選択信号を示す。ｙ軸は、ここではボルト単位の電圧値であり、ｘ軸は前と同様に時間ｔを表す。車両のバッテリが１２ボルトであることから、約８ボルトと１２ボルト間にある上方平行線模様域６６と０ボルトと４ボルト間にある下方平行線模様域６８が使用される。ダイアグラム７０に示す駆動プログラムのシーケンスは衝突前段階の駆動プログラムに対応するものである。この場合、中央センサユニットのアルゴリズム処理は衝突が差し迫っていることを表す。先ず、モータ４４が高電流で作動され、すなわち、シートベルトが高速で締められ、その後でモータトルクが段階的に低減される。このため、衝突時の駆動プログラムの場合、３つのＰＷＭ信号源２４ａ〜ｃが図１のＰＷＭブロック２２に必要となり、これに対応してシーケンススイッチブロック１８では、一度に１つが閉じる、３つのスイッチ２０ａ〜ｃが必要になる。さらに、衝突時の駆動プログラムの場合、遅延時間ｔ２経過後に、時間ｔ３を要するリリースサイクル用駆動プログラムが呼び出される。
【００２１】
特定の２種類の駆動プログラムについて制御方法を説明したが、本発明の範囲内で、様々な他の駆動プログラム、例えば利用される電流レベルがさらに細かく漸次的に変化するものなどが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づいた制御方法が実施される回路のブロック図である。
【図２】ＰＷＭ制御信号源のコンポーネントを示す。
【図３】第１の駆動プログラムに基づいてモータを駆動するタイミング図である。
【図４】別の駆動プログラムに基づいてモータを駆動するタイミング図である。
【符号の説明】
【００２３】
１２      制御ユニット
１４      パワー段
１６      マイクロコントローラ
１８      シーケンススイッチブロック
２２      ＰＷＭブロック
４０      リレー
４４      電気モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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