(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーウィンド・システムにおける窓ガラスを停止させた後に上昇させる方法において、
該窓ガラスを上昇させる際のモータシャフトのトルク値を求める工程と、
ピンチ力が所定の限界を超えた場合に該窓ガラスの上昇を停止する工程と、
からなり、
前記、窓ガラスを上昇させる際モータシャフトのトルク値は、
トルク値＝電磁トルク値＋動的トルク値＋鉄損値、から求まり、
電磁トルク値はモータ電流に比例し、動的トルク値は加速と実効システム回転慣性とに比例し、鉄損値はモータ速度に比例することからなる、モータ駆動部品を閉じる方法。
【請求項２】
前記動的トルク値を求める工程が、第１のホール効果素子と第２のホール効果素子との出力から加速を求める工程からなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、加速による動的トルクを決定するために加速検索表を使用する工程からなる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、パワーウインド（電動操作窓）、特には、窓を上げるメカニズムにおいて、トルクを測定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーウインドは、現在製造されている多くの自動車の標準装備になっている。パワーウインド・システムの重要な問題はピンチ力に関する。ピンチ力は、窓が閉じつつある時に、窓ガラスと窓枠との間に障害物（例えば、人の手や頭）が持ち込まれたときに働く力と定義される。一つの容認されている規格では、窓のギャップ（即ち、窓ガラスの上部エッジと、それと対応する窓枠上部と、の距離）が、４ミリメータ（ｍｍ）から３０ｍｍ（即ちピンチ領域）のときは、ピンチ力は１００ニュートン（Ｎｅｗｔｏｎ）を超えてはならない。
【０００３】
既存の幾つかのパワーウインド・システムでは、窓を駆動する電気モータのシャフトの回転は速すぎて、時間内に停止しして１００ニュートンのピンチ力を超えることを回避することは不可能である。これは、従来のパワーウインド・モータは大きな慣性を有するので、即座には減速しないことによる。従って、最大許容範囲のピンチ力を超えることを回避するために、窓がピンチ領域を上がっている時は、窓の速度を制限する必要がある。
【０００４】
一つの方法は、全移動範囲に亘って、一定の低速度を維持することである。残念ながら、この方法では、窓が閉じるまでの時間が大幅に増加するという問題点を有する。これは、（例えば料金所を離れるときの）最大の問題点になり得る。更に、多くの従来技術のシステムにおいて、窓を閉じる速度はバッテリ電圧に大きく依存し、そのバッテリ電圧は広い範囲で変化し得る。例えば、均一速度（反ピンチの要求を満たすためには比較的低速度でなければならない）で窓を閉じるシステムにおいて、バッテリ電圧が下がると、既に低い窓を閉じる速度を更に低速にするという好ましくない効果を有する。
【０００５】
現在のシステムには他の問題も存在する。すなわち、そのようなシステムは、窓が起動や停止する際には良好に動かない。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ピンチ状態を精密に測定し得る、窓を上げる制御システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
現在、反ピンチ窓揚力制御システムにおいて、広い速度範囲に亘ってモータシャフトのトルクを精密に求める方法はない。既存のシステムにおいてはトルクは求め得ない。むしろ速度や電流が、窓の負荷の指針として使用される。或いは、モータトルクは、トルク変換機を使用して直接測定される。速度や電流を基にしたシステムは、窓の起動や停止の状態では作動しない。速度や電流の信号を大幅にフィルタすると、連邦自動車安全基準を満たさなくなる。動的トルクを求めるために速度信号を上手く加工することは、不安定で困難である。
【０００８】トルクは、本発明によって、加速トルク、電磁トルク、及び鉄損トルク、の合計を用いて求められるのが望ましい。窓の起動や停止の際は一定のトルク値が求められる。それは、正確なピンチ力を測定し、誤ったピンチ指示を回避するために有用である。窓の起動のピンチ力を測定するためには、電磁トルクと動的トルクとからなるモータシャフト・トルク指示器を用いた反ピンチシステムは、電流や速度を基にしたシステムよりもはるかに正確である。しかしながら、すべての速度で一定である、起動と停止の際の実績トルクデータを作成するためには、モータの鉄損の効果が含まれることが好ましい。従って、モータの鉄損補償トルクが、反ピンチアルゴリズム中に含まれるのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照して、自動車のパワーウインド・システム１００は、窓アセンブリ１１０、バッテリ１２０、電動モータ１３０、メカニカルアセンブリ１４０、及び、制御回路１５０からなる。窓アセンブリ１１０は、窓ガラス、窓枠、及び、センサ（不図示）からなる。窓ガラスの上部エッジと、それと対応する窓枠上部と、の間の距離を窓ギャップと定義する。動作の際、センサは窓ギャップを示す信号を発する。センサは、上記で定義した窓ギャップを直接測定する必要はない。例えば、センサは、窓ガラスの１つ以上の参照点の位置を追跡すれば、それに単に適当な数値補正を加えることによって、窓ギャップの値に簡単に変換される。
【００１０】
バッテリ１２０は、バッテリ電圧ＶＢを供給して、窓の開閉のエネルギー源とする。自動車に応用される場合、バッテリ１２０は単に、自動車中に装備された既存の１２Ｖメインバッテリである。
【００１１】
電動モータ１３０は回転シャフト（不図示）および、駆動電圧Ｖを受ける一対の入力端子１３２、１３４を有する。シャフトの回転速度は駆動電圧の関数である。シャフトに与えられた機械的負荷に対して、Ｖの増加によってシャフトの回転速度は増加し、Ｖの減少によってシャフトの回転速度は減少するのが望ましい。メカニカルアセンブリ１４０は、電動モータ１３０のシャフトと窓アセンブリ１１０とを連結し、従って、一方の方向のシャフト回転によって窓を下げ（即ち、開放）、それと反対方向のシャフト回転によって窓を上げる（即ち、閉鎖）。
【００１２】
制御回路１５０は、調整回路１６０とプロセッサ１７０とを含むのが望ましい。調整回路１６０は、バッテリ１２０と電動モータ１３０の入力端子１３２，１３４との間を連結する。調整回路１６０は、窓ギャップの値ｙとバッテリ電圧ＶＢとに対応して調整された、デューティサイクルδを有する。電動モータ１３０に供給される駆動電圧Ｖは、従って、バッテリ電圧ＶＢと、デューティサイクルδとの関数である。実際には、調整回路１６０は、当業者に周知の、ブリッジ型のスイッチングレギュレータ等の、多くの周知の形態を使用して実施される。
【００１３】
制御回路１５０によって電動モータ１３０に供給される駆動電圧Ｖは、バッテリ電圧ＶＢの少なくとも少々の変化には影響されないのが望ましい。例えばＶＢが増加（例えば、公称の１２Ｖ以上）したときは、調整回路１６０のデューティサイクルδを減少させることによって、駆動回路Ｖを一定に保持する。
【００１４】  図２は、本発明によるトルクの測定法の工程を示す。電磁トルクと動的トルクとは、工程２０２、２０４で測定される。電磁トルクがモータ電流と直接比例する範囲では、動的トルクは加速と実効システム回転慣性とに比例し、鉄損補償はモータ速度に比例する。鉄損補償は、工程２０６でも測定される。基本的に、かなり高いモータ無負荷回転損失の補償は有益である。速度に比例するトルクは、モータの巻線自己誘導損失と鉄損失とによって発生する。鉄損は速度依存性なので、トルクのカウントに応じた鉄損修正の表は、ヘッドエッジ間の時間の関数として発生する。例えば図３に示したような、鉄損補償表のためのベースとして、あらゆるモータ速度が使用され得る。【００１５】  トルクは工程２０８で計算される。新しい反ピンチ窓上げメカニズム制御に使用されるトルク計算は次式である：  トルク＝電磁ｆ（電流）トルク＋動的ｆ（加速）動的トルク＋鉄損ｆ（モータ速度）  補償は２０〜３０％の誤差が起こり得て、それは不ピンチとピンチとを混乱させる。ピンチ力は工程２１０で測定される。次に、ピンチ状態が工程２１２で存在するか否かを判定する。ピンチ状態が存在する場合は、窓の動きは工程２１４で停止する。【００１６】  図３は、時間(カウント)と、それに対応する鉄損修正（カウント）を示す表の例である。次表は本発明によって使用され得る。  表の値は、表を作成するために使用される基本速度によって、正にも負にもなり得る。基本の修正速度よりも高速度の場合は、鉄損修正は負になる。なぜならば、鉄損によって発生するトルクは、高速度なほど大きく、より高速度で測定したトルクを縮小させて、より低速度で測定したトルクを有する通常ベースにする必要がある。表中の時間の少ない値はより高速度に対応する。【００１７】
本発明は、図４に示すように、二つの直交ホール効果素子（ＨＥＤ）信号の出力から求められる、加速や減速による負荷のある、モータシャフト・トルクを求める。本発明の方法は、モータの加速や減速によるトルクを正確に求める方法や、８ビットマイクロプロセッサを使用したメカニカルシステム部品も提供する。それにより、非常に限定された時間でトルクの正確な計算が可能になった。モータ中に直交して配置された二つのＨＥＤからの信号は、方向、速度、および、加速を求めるのに必要な情報を提供する。本発明の方法は、加速によるトルクを測定するために、ＴとデルタＴの指標を有するトルク検索表を使用するのが望ましい。Ｔ１とｔ２は、信号エッジ間の連続的時間である。
【００１８】
図５のフローチャートは、本発明の別の実施例によるモータ駆動窓を閉じる方法を示す。表の指標として可変時間とデルタ時間とを有する表を使用して、モータシャフトの動的トルクを測定するのが望ましい。本開示の方法は、８ビットプロセッサでは非常に時間がかかり、不正確な、動的トルクの計算を回避する。その方法は、速くて正確な、表検索法である。
【００１９】
図５は、新しいトルク値の計算を始めるための障害を受ける前に、工程５０２で今までに読み込んだ時間値に等しくＴＰＲＥＶをセットする。その時間はＨＥＤ信号のエッジ間の期間である。工程５０４での障害は、ＨＥＤの一つの状態が、変化したことを示し、工程５０６で新しい時間値Ｔが読み込まれる。最近の時間と以前の時間との差異、デルタＴ、を工程５０８で計算する。ＴとデルタＴとは、トルク表の指数と比較されて、ＴとデルタＴとに対応する正しいトルク値の場所を決定する。
【００２０】
ＨＥＤが、回転当たりの一電気サイクルを完了すると、加速や減速によるトルクは、下記の式で与えられる。
【００２１】
【数１】
0004448690.tif 000002
加速が誘起するトルクは、ＴとデルタＴとの関数で表される。ＴとデルタＴとの表の指
数の大きさは、ビットで表され、各ビットは一定の時間を示す。トルクの計算表値も、所定のトルク値に対応する１ビットで表される。広い範囲に亘って正確なトルク計算を保証するために、ＴとデルタＴとの表の指数は、対数表示される。例えば一応用例において、トルク表は、下記の式を用いて、１００のＴ値と１００のデルタＴ値で構成されている。
【００２２】
【数２】
0004448690.tif 000003
この例で計算された指数値は、各カウントが４マイクロ秒を示す整数である。トルクの表値は、図６に示すように、ＴとデルタＴとの各組み合わせに対して計算される。一例として、最近の応用を用いると、Ｊ＊ｐｉ＝０.０００３６の場合、トルクは、カウント又
はビット当たり０.０６インチポンドの分解能で計算される。
【００２３】
【数３】
0004448690.tif 000004
表値の多くはゼロまたは最大値である。これらの極端な値は動作の際には必要としないであろうから、メモリを節約するために、ゼロと最大値とを除去することによって、表は圧縮されている。
【００２４】
本発明を、幾つかの好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神や範囲を逸脱することなく、多くの改変や変形が可能である。例えば、本発明は窓を閉じる際の特定の応用を考えたが、本発明は反ピンチの特性を必要とするあらゆる装置に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好ましい実施例による、パワーウインド・システムのブロックダイヤグラム。
【図２】本発明の好ましい実施例による、モータ駆動ウインドを閉じる方法のフローチャート。
【図３】本発明の好ましい実施例による、時間と鉄損修正の表。
【図４】本発明の好ましい実施例による、二つのホール効果素子のタイミング・ダイヤグラム。
【図５】本発明の他の実施例による、検索表の使用を示すフローチャート。
【図６】本発明の図５の実施例による検索表。
【図１】
0004448690.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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