(57)【要約】【課題】直流モータの負荷検出を高精度化する。【解決手段】モータ３に連動する回転センサ６からの回転パルス信号に基づいて、回転パルス処理部５にてモータの角速度を算出し、判定部８で、定常状態に対する角速度差により挟み込み開始を検知し、かつ挟み込み状態の継続をパルス信号毎にカウントアップし、カウント数が判定カウント数以上になったら挟み込みを判定する。挟み込み対象物が固いほど減速度が大きくなり、減速度が大きい場合には判定回転角度が小さくなるため、挟み込み対象物が固い場合にはより早く判定することができる。これにより、挟み込み対象物が固い場合の過負荷を防止し得る。また、外部負荷を測定したり推定値を算出したりすることなく、挟み込み対象物の固さの違いに応じた適切な負荷増大判定を行うことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷が無負荷の状態を定常状態として直流モータにより被駆動体を駆動するモータ駆動制御回路と、前記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記モータの減速度を算出する減速度算出手段と、前記外部負荷が前記定常状態に対して微増したことを前記モータの定常状態に対する回転速度偏差の大きさにより判別する負荷微増判別手段と、前記外部負荷が前記微増以上の状態において前記モータの回転角度が判定回転角度以上になったことを検知したら前記外部負荷がしきい値以上になったと判定する負荷増大判定手段とを有し、
前記減速度と前記判定回転角度とが反比例関係にあることを特徴とする直流モータの負荷検出装置。
【請求項２】
前記減速度に、前記モータの内部負荷の粘性係数を掛けることを特徴とする請求項１に記載の直流モータの負荷検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流モータの負荷検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直流モータの負荷検出装置にあっては、その負荷を端子電圧と電機子電流とから求めることができるが、電流検出に電流ピックアップコイルを用いたり、微少抵抗のシャント抵抗を用いたりすると部品点数が増加してコストアップになるなどの問題があった。そのような問題を解決するために、端子電圧と回転数との関数を数式あるいは２次元テーブルとして予め負荷特性記憶手段に記憶しておき、端子電圧及び回転数検出値に基づき負荷特性記憶手段の内容から負荷を推定するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この負荷（挟み込み荷重）の増大がしきい値荷重を超えたことにより挟み込みを判定することができる。
【０００３】
また、回転パルスを用いてモータの角速度及び角加速度を算出し、定常状態では角加速度の変化がないことから、その角加速度変化により挟み込みを検知することができる。そして、挟み込み検知から所定の判定パルス数以上、検知状態が継続されたら挟み込み状態になったと判定することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特公平８−１３１９７号公報（第３頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、挟み込み時の荷重（負荷）増加は、挟み込み対象物である挟まれた物体の固さに比例し、固いもの程増加が大きくなる。判定パルス数を設定した場合には、判定時の荷重の大きさが挟まれた物体の固さの違いにより異なってしまい、判定パルス数を長目に設定すると固い物の場合に判定時に過負荷になってしまうという問題が生じる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、負荷検出を高精度化し得る直流モータの負荷検出装置を実現するために、本発明に於いては、外部負荷が無負荷の状態を定常状態として直流モータにより被駆動体を駆動するモータ駆動制御回路と、前記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記モータの減速度を算出する減速度算出手段と、前記外部負荷が前記定常状態に対して微増したことを前記モータの定常状態に対する回転速度偏差の大きさにより判別する負荷微増判別手段と、前記外部負荷が前記微増以上の状態において前記モータの回転角度が判定回転角度以上になったことを検知したら前記外部負荷がしきい値以上になったと判定する負荷増大判定手段とを有し、前記減速度と前記判定回転角度とが反比例関係にあるものとした。
【０００７】
これによれば、挟み込み対象物の固さの違いに応じて固いほど減速度が大きくなり、減速度が大きい場合には判定回転角度が小さくなるため、挟み込み対象物が固い場合にはより早く判定することができる。これにより、挟み込み対象物が固い場合の過負荷を防止し得る。また、外部負荷を測定したり推定値を算出することなく、挟み込み対象物の固さの違いに応じた適切な負荷増大判定を行うことができる。
【０００８】
特に、前記減速度に、前記モータの内部負荷の粘性係数を掛けると良い。これによれば、例えば自動車用パワーウィンドウ装置における挟み込み判定に適用する場合に、パワーウィンドウ装置における挟み込み対象物には粘性減衰が存在するため、それに応じたモータ内部負荷の粘性係数を用いることができ、より高精度な判定を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に基づく直流モータの負荷検出装置を自動車のパワーウィンドウ装置に適用した一例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の各開閉操作信号に応じて自動または手動開閉制御信号を出力するオート制御回路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モータ駆動制御回路としての駆動回路４と、モータ３の回転に連動する回転角度検出手段としての回転センサ６からのパルス信号を処理する回転パルス処理部５と、制御部１の主制御を行うＣＰＵ７とが設けられている。
【００１１】
回転パルス処理部５では、モータ３の回転速度としての角速度、パルス信号間の減速度としての角速度差などが算出される。ＣＰＵ７には、上記回転パルス処理部５からの角速度や角速度差信号に基づいて挟み込みによる外部負荷の微増を判別する負荷微増判別手段及び外部負荷のしきい値以上の増大を判定する負荷増大判定手段としての判定部８が設けられている。なお、角速度及び角速度差や角加速度などパルス信号から算出できるものは、ＣＰＵ７内でのプログラム処理で行われるものであって良い。
【００１２】
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被駆動体としてのウィンドウ９が開閉動作する。なお、オート制御回路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。
【００１３】
次に、このようにして構成されたパワーウィンドウ装置による挟み込み判定制御の一例を図２のフロー図を参照して以下に示す。なお、図２のフローは、例えば回転センサ６のパルスカウント毎にＣＰＵ７内のプログラム処理により行うものであって良い。
【００１４】
まず、ステップＳＴ１では回転センサ６からのパルス信号のエッジ（例えば立ち上がり）があるか否かを判別し、エッジが検出されたらステップＳＴ２に進み、エッジが検出されない場合には本ルーチンを終了し、例えば所定のクロックパルス経過後にステップＳＴ１を実行する。
【００１５】
ステップＳＴ２では各パルス信号間の間隔から周期ｔを算出し、次のステップＳＴ３では、周期ｔに基づいて角速度ω（＝２π／ｔ）を算出し、ステップＳＴ４に進む。ステップＳＴ４では、定常状態の角速度ω０に対する実角速度ωの差分値である角速度偏差Δω（＝ω０−ω）を算出し、ステップＳＴ５に進む。
【００１６】
ステップＳＴ５では、判定回転角度としての判定カウント数（モータが設定回転角度を回転した場合に相当する回転センサ６からのパルス信号のパルス数）ｅを設定する。判定カウント数ｅは次式により求められる。
ｅ＝Ｔ０／｛π（Ｂｍ＋ａ）Δω｝…（１）
なお、Ｔ０は挟み込み判定荷重に相当するモータ負荷トルク、Ｂｍはモータ内部負荷の粘性係数、ａは定数（モータのトルク−角速度特性の傾き）である。この（１）式でΔω以外は定数になり、したがって、判定回数ｅが角速度偏差Δωに反比例する。すなわち、減速度と判定回転角度とが反比例の関係にある。
【００１７】
ここで、上記（１）式について示す。まず、時間経過（パルスカウント数の増加）に対する挟み込み状態における角速度偏差Δωの変化として、ウィンドウ上昇状態で挟み込み開始時に異物を挟み込んだ場合の異物の固さ違いにおける角速度偏差（ω０−ω）の変化を図３に示す。図に示されるように、異物（挟み込み対象物）を挟み込んだ初期では、例えば定速制御により実角速度ωが定常角速度ω０と一致し得る。
【００１８】
挟み込み状態が進行すると、角速度偏差Δωは、柔らかいもの（ばね定数小）の場合には緩やかに増大し、固いもの（ばね定数大）の場合には急激に増大する。なお、挟み込み対象物の挟み込みによる反発力（外部負荷）をばね体とみなして考えることができる。それをばね定数として表すことができ、そのばね定数を上記（１）式では粘性係数Ｂｍを含めた係数としている。
【００１９】
図３の角速度偏差（ω０−ω）を次式で表すことができる。
ω０−ω＝｛Ｐ−ｂ（Ｖ−Ｖ０）＋Ｊｍ・ｄω｝／（Ｂｍ＋ａ）…（２）
なお、Ｐは挟み込み荷重（外部負荷）、Ｖは平均モータ駆動電圧、Ｖ０はモータ駆動電圧定常値、ｂは定数（モータのトルク−角速度特性の電圧補正係数）、Ｊｍはモータを含む装置の慣性モーメント、ｄωは角加速度である。
【００２０】
（２）式において、電圧が一定ならば、ｂ（Ｖ−Ｖ０）＝０であり、角加速度ｄωを略一定とするとＪｍ・ｄωを０とみなすことができる。これにより、角速度偏差（ω０−ω）が挟み込み荷重Ｐに比例することが分かる。
【００２１】
なお、判定部８ｃにおける挟み込みが起きたとする挟み込み検知は、推定荷重（挟み込み荷重）がしきい値以上になったことを条件として良い。そのしきい値を例えば図３に示されるように角速度偏差のしきい値（ω０−ω１）とすることにより、角速度偏差Δωがそのしきい値（ω０−ω１）以上になったことで挟み込みを検知することができる。
【００２２】
ステップＳＴ５の次のステップＳＴ６では、挟み込み検知があるか否かを判別する。ステップＳＴ６で、挟み込み検知あり（角速度偏差Δωがしきい値（ω０−ω１）以上）と判別された場合にはステップＳＴ７に進む。
【００２３】
ステップＳＴ７では、挟み込み検知時からのパルスカウント数を１カウントアップし、ステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８では挟み込み検知時からのパルスカウント数が判定カウント数ｅ以上であるか否かを判別し、未だ判定カウント数ｅ以上になっていないと判別された場合には本ルーチンを終了し、ステップＳＴ１で次のパルスエッジの入力を待つ。ステップＳＴ８で、挟み込み検知時からのパルスカウント数が判定カウント数ｅ以上になったと判別された場合にはステップＳＴ９に進む。
【００２４】
ここで、挟み込み検知時から挟み込み状態が継続して所定のパルスカウント数（検知状態継続カウント数）経過した時の推定荷重（例えば角速度偏差の大きさに比例する値）を考えると、図３における傾きが挟み込み対象物の固さの違いにより異なるため、固い物ほど推定荷重が大きくなる。それに対して、ステップＳＴ５では挟み込み対象物の固さ（角速度偏差）の違いに応じて挟み込み判定までの判定カウント数ｅを（１）式により算出している。
【００２５】
上記（１）式をグラフで表した図４に示されるように、判定カウント数ｅは角速度差Δωが増大すると減少する。なお、角速度差Δωはパルスカウント毎のパルスカウント間の角速度差である。すなわち、角速度差Δωが小さい場合には挟み込みによる角速度ωの低下率が小さいことであり、その場合には柔らかい物を挟み込んでいると判断でき、角速度差Δω大きくなるにしたがって、より固い物を挟み込んだと判断できる。
【００２６】
ステップＳＴ９では、挟み込み検知時からのパルスカウント数が判定カウント数ｅ以上になったことにより挟み込み判定を確定し、例えばモータ３を停止して逆転させる処理を行う。図４に示されるように、固い物を挟み込んだと判断した場合の判定回数ｅｈを柔らかい物を挟み込んだと判断した場合判定回数ｅｓよりも少なく設定することになるため、固い物を挟み込んだ場合の挟み込み判定を速やかに行うことができる。これにより、固い物を挟み込んでその判定が遅れることによる過負荷を防止し得る。さらに、図３に示されるように、固い物（Ｂｍが大）、中間の固さの物（Ｂｍが中）、柔らかい物（Ｂｍが小）の場合の各判定回数がｅｈ、ｅｍ、ｅｓとなるようになると、判定時の角速度偏差（ω０−ω２）が固さの違いに係わらず略一定になり得る。このように、挟み込み判定時の荷重を挟み込み対象物によらずに常に略一定にすることができる。
【００２７】
なお、ステップＳＴ６で挟み込み検知なしと判別された場合にはステップＳＴ１０に進む。ステップＳＴ１０ではカウントをクリアし、本ルーチンを終了する。これにより、ノイズや機械伝達系の一時的な抵抗増大などにより挟み込み検知レベルを超えるような現象が起きても、次の定常状態におけるパルス信号の入力により、挟み込み判定を初期状態に戻すことができる。
【００２８】
なお、上記例のように自動車用パワーウィンドウ装置における挟み込み対象物には剛体を考慮する必要はなく、むしろ柔らかい物体を考慮し、それに対応したモータ内部負荷の粘性係数Ｂｍを用いることにより、挟み込み時の推定荷重を高精度化し得る。他の装置の場合には、それぞれに応じて考えられる粘性係数Ｂｍを設定すれば良く、使用状態に応じた高精度な推定荷重を算出し得る。なお、本実施の形態にあっては、自動車のパワーウィンドウ装置に適した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他に自動車のサイドスライドドア、また、バックドアやトランクリッド等の開閉装置に適用することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、挟み込み対象物が固いほど減速度が大きくなり、減速度が大きい場合には判定回転角度が小さくなるため、挟み込み対象物が固い場合にはより早く判定することができる。これにより、挟み込み対象物が固い場合の過負荷を防止し得る。また、外部負荷を測定したり推定値を算出したりすることなく、挟み込み対象物の固さの違いに応じた適切な負荷増大判定を行うことができる。
【００３０】
特に、減速度にモータの内部負荷の粘性係数を掛けることにより、パワーウィンドウ装置における挟み込み対象物には粘性減衰が存在するため、それに応じたモータ内部負荷の粘性係数を用いることができ、より高精度な判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された自動車用パワーウィンドウ装置の制御回路ブロック図。
【図２】本発明に基づく制御フロー図。
【図３】挟み込み対象物の固さの違いによるパルスカウント数−角速度偏差の関係を示す図。
【図４】角速度差と判定回数との関係を示す図。
【符号の説明】
１  制御部、１ａ  オート制御回路
２ａ  オート操作スイッチ、２ｂ  マニュアル操作スイッチ
３  モータ
４  駆動回路
５  回転パルス処理部
６  回転センサ
７  ＣＰＵ
８  判定部
９  ウィンドウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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