DE102006018326A1

DE102006018326A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements, zum Beispiel einer Tür

Info

Publication number: DE102006018326A1
Application number: DE102006018326A
Authority: DE
Inventors: Bas Albers; Beat De Coi; Peter Nebiker
Original assignee: Cedes AG
Current assignee: Cedes AG
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements (3, 4) vorgeschlagen, die eine Elektronikeinheit mit einem Objektsensor (1a) umfasst. Erfindungsgemäß ist die Elektronikeinheit mittels des Objektsensors (1a) dazu ausgelegt, eine Objekt-Distanz (11, 12) zwischen dem angetriebenen Bewegungselement (3, 4) und einem Objekt (5) im Bereich des Bewegungselements (3, 4) zu ermitteln und abhängig davon die Bewegung des Bewegungselements (3, 4) zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements, zum Beispiel einer Tür nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Ausführungsformen wird das Schließen von Schiebetüren mit Sensoren überwacht, mit welchen ein Objekt in der Bewegungsbahn eines Türflügels detektierbar ist, das heißt der Sensor stellt fest, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Eine weitere Differenzierung erfolgt nicht.

Dementsprechend wird bei der Detektion eines Objektes die Schiebetür immer komplett geöffnet. Im Winter ergibt sich allerdings die Problematik, eine Schiebetür, wenn möglich, geschlossen zu halten, um Wärmeverluste von Räumen, die über die Schiebetür betreten werden können, zu vermeiden.

Eine bekannte Lösung, um in solchen Situationen weniger Wärme zu verlieren, besteht darin, die Tür nicht ganz zu öffnen. Da Menschen erwarten, dass sich die Tür komplett öffnet, kommt es regelmäßig zur Kollision zwischen Menschen und der nicht ganz geöffneten Tür.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements über einen optischen Sensor im Hinblick auf das Öffnungs- und/oder Schließverhalten zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements, zum Beispiel einer Tür aus, die eine Elektronikeinheit mit einem Objektsensor umfasst. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Elektronikeinheit mittels des Objektsensors dazu ausgelegt ist, eine Objekt-Distanz zwischen dem angetriebenen Bewegungselement und einem Objekt im Bereich des Bewegungselements zu ermitteln und abhängig davon die Bewegung des Bewegungselements zu steuern. Durch diese Maßnahme kann zum Beispiel eine Schiebetür immer nur genau so geöffnet werden, dass ein herannahendes und die Tür passierendes Objekt, zum Beispiel eine Person kollisionsfrei die Schiebetür passieren kann. Dementsprechend lassen sich zum Beispiel im Winter die Öffnungszustände und der Grad der Öffnung der Schiebetür auf ein Minimum reduzieren, wodurch unnötige Wärmeverluste aus Räumen, die durch die Schiebetür betreten werden, weitgehend vermeiden können. Der Objektsensor kann z.B. ein optischer Sensor, ein Sensor für andere elektromagnetische Wellen, z.B. Radarwellen und/oder ein Sensor für Schallwellen, z.B. Ultraschallwellen sein.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die Objekt-Distanz aus einer Distanz des Objektsensors zum Objekt, einer Distanz vom Objektsensor zum Bewegungselement und dem Winkel zwischen den Distanzrichtungen ermitteln.

Die Objekt-Distanz wird auf diese Weise indirekt auf der Grundlage von zwei Distanzen inklusive des Winkels zwischen den Distanzen bestimmt. Dadurch kann mittels z.B. eines zentralen Objektsensors jede Distanz zwischen Bewegungselement und Objekt bestimmt werden, sofern der zentrale Objektsensor Informationen über die Distanz zum Bewegungselement und zum Objekt einschließlich des Winkels zwischen diesen Distanzen liefern kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elektronikeinheit dazu ausgelegt, zur Bestimmung der Objekt-Distanz als Bezug am Bewegungselement eine Vorderkante des Bewegungselements heranzuziehen. Bei einer Tür wird vorzugsweise die Distanz zu deren Vorderkante ermittelt. Bei diesem Ansatz geht man davon aus, dass die Vorderkante mit einem Objekt, zum Beispiel einer herannahenden Person als erstes kollidiert und daher die Objekt-Distanz in Bezug auf diese Vorderkante erfasst werden sollte.

In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Objektsensor einen Sender und Empfänger für ein Signal, z.B. für Schall oder elektromagnetische Wellen, insbesondere Licht, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgebildet ist, eine Distanz, die ein vom Sender ausgesandtes Signal über eine Reflexionsfläche zum Empfänger zurücklegt, durch eine Auswertung eines Signalverlaufs, z.B. bei Licht einer Phase einer auf das Licht aufmodulierten Schwingung zu ermitteln und mit dieser Art der Distanzmessung die Objekt-Distanz zu bestimmen. Grundsätzlich kann als Signal auch ein gepulstes Signal in Frage kommen, bei welchem z.B. eine Phaseninformation ausgewertet wird. Es ist jedoch prinzipiell auch denkbar eine Laufzeitinformation auszuwerten.

Durch diese Vorgehensweise lässt sich eine Objekt-Distanz mit vergleichsweise hoher Genauigkeit erfassen. Auch die Objekt-Distanz zu mehreren Objekten ist ermittelbar. Durch mehrere Messungen ist es überdies möglich, den zeitlichen Verlauf der Objekt-Distanz, also die Geschwindigkeit zu berechnen, so dass die Objektgeschwindigkeit in die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements, zum Beispiel einer Tür miteinbezogen werden kann.

Neben der Objekt-Geschwindigkeit ist auf diese Weise auch die Geschwindigkeit des angetriebenen Bewegungselements ermittelbar, die für eine optimale Steuerung des angetriebenen Bewegungselements in gleicher Weise wichtig ist.

In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung führt die Elektronikeinheit die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements derart aus, dass die Distanz zwischen einer Stelle des angetriebenen Bewegungselements, vorzugsweise der Vorderkante des angetriebenen Bewegungselements und dem Objekt zumindest annähernd auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Vorzugsweise wird die Objekt-Distanz zumindest abschnittsweise auf einem vorgegebenen Wert gehalten. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es günstig, die Objekt-Distanz kontinuierlich z.B. mehrfach pro Sekunde zu bestimmen. In einer außerdem bevorzugten Ausgestaltung wird die Objekt-Distanz auf einem vorgebbaren konstanten Wert gehalten. Durch das Konstanthalten wird vermieden, dass eine Kollision zwischen Objekt und Bewegungselement eintritt. Es ist jedoch auch möglich, dass der vorgebbare Wert einer Funktion folgt. Denkbar wäre eine Veränderung der vorgegebenen Distanz in Abhängigkeit des Abstandes des Objekts vom angetriebenen Element oder einer Türebene. Die vorgegebene Distanz kann auch davon abhängig gemacht werden, ob die Person sich noch vor der Tür, im Durchgang der Tür oder nach der Tür befindet. Bei der Funktion kann es sich auch um eine diskrete Funktion handeln. Möglich ist auch, dass Parameterfelder vorgegeben werden, z.B. ein Look-up-table. Für den Fall, dass der vorgebbare Wert einen Minimalwert darstellt, ist dieser vorzugsweise abhängig vom Bremsweg des angetriebenen Bewegungselements und/oder von empirisch ermittelten "Wohlfühlparametern", das heißt Werten, bei welcher eine Person mit einem angenehmen Gefühl das angetriebene Bewegungselement passiert. Vorteilhafterweise wird der Minimalwert größer als 10 cm betragen.

Bei mehreren Bewegungselementen ist es bevorzugt, wenn alle Bewegungselemente unabhängig steuerbar sind. Dadurch lassen sich für die einzelnen Bewegungselemente bestmögliche Bewegungsabläufe erzielen.

Für den Fall, dass mehrere angetriebene nicht unabhängig bewegbare Bewegungselemente vorgesehen sind, ist es vorteilhaft, wenn die kleinste ermittelte Distanz zu einem Bewegungselement, insbesondere zur Vorderkante eines Bewegungselements für die Steuerung der Bewegungselemente maßgebend ist.

Durch diese Vorgehensweise kann bei im Wesentlichen nicht erhöhtem Steueraufwand zumindest eine teiloptimierte Bewegung der Bewegungselemente erreicht werden.

Die Erfindung lässt sich insbesondere auf Schiebetüren, Flügeltüren, vertikale Türen, Falttüren und auch Fenster anwenden.

Eine weitere Verbesserung der Steuerung der Bewegung des angetriebenen Bewegungselements kann dadurch erzielt werden, dass in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Elektronikeinheit ein Steuersignal für die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements erzeugt, in welchem ein Bremsweg des angetriebenen Bewegungselements berücksichtigt ist. Dadurch kann die Objekt-Distanz im Hinblick auf deren Minimum noch weiter optimiert werden, was positiv bei der Erniedrigung von Öffnungszuständen, beispielsweise einer Schiebetür genutzt werden kann.

Um eine noch weiter verfeinerte Steuerung des angetriebenen Bewegungselements hinsichtlich Öffnungs- und/oder Schließzustände des Bewegungselements zu erhalten, wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit das angetriebene Bewegungselement so steuert, dass das Bewegungselement, zum Beispiel eine Tür möglichst schnell geschlossen wird, nachdem ein Objekt, zum Beispiel eine Person das Bewegungselement passiert hat und/oder dass das Bewegungselement, zum Beispiel eine Tür, so spät wie möglich geöffnet wird, wenn ein Objekt, zum Beispiel eine Person sich auf das Bewegungselement zu bewegt.

In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steuert die Elektronikeinheit die Geschwindigkeit des Bewegungselementes auf einen an sich ungestörten Bewegungsweg abhängig von der Objektdistanz. Durch diese Maßnahme kann z.B. bei vergleichsweise großen Objektdistanzen eine erhöhte Geschwindigkeit vorgegeben werden, wobei die Geschwindigkeit bei einer entsprechenden Annäherung an das Objekt sukzessive herabgesetzt wird. Die Geschwindigkeitsanpassung kann z.B. schrittweise erfolgen.

Im Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Elektronikeinheit die Steuerung derart vornimmt, dass wenn das Bewegungselement länger als eine vorgegebene Zeit blockiert wird, dieses mit sanftem Druck den Schließvorgang beendet.

Zeichnungen
In den Zeichnungen werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und nachstehend unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen
1 in einer schematischen dreidimensionalen Ansicht eine optische Türsensoranordnung einer zweiflügligen Schiebetür mit herannahendem Objekt,
2a–c Bewegungszustände der zweiflügligen Schiebetür nach 1 beim Durchtritt eines Objekts in Draufsicht und
3 eine schematische Abbildung, die das Verfahren einer Bestimmung des Abstandes zwischen einer Schiebetürkante und einem Objekt veranschaulicht und
4 eine schematische Draufsicht auf eine Flügeltüre zur Veranschaulichung der Geschwindigkeitssteuerung der Flügeltür.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine optische Türsensoranordnung 1 an einer Schiebetür 2 mit einem optischen Sensor 1a oberhalb der Schiebetür 2 dargestellt. Flügel 3, 4 der Schiebetür 2 sind teilweise geöffnet und schließen sich gerade mit Geschwindigkeiten V_l und V_r. Ein Objekt 5, zum Beispiel ein Mensch bewegt sich mit einer Geschwindigkeit V₀ auf die Schiebetür 2 zu.
Die Türsensoranordnung 1 erfasst 3D-Bilder von Ihrer Umgebung. Ein eingebauter Rechner (nicht dargestellt) analysiert die Bilder und ermittelt daraus die Position und Geschwindigkeit der Schiebetürflügel 3, 4 und des Objekts 5. In 1 sind für drei Pixel aus einem auf diese Weise ermittelten Bild Vektoren 6, 7 und 10 dargestellt. Die Vektoren 6 und 7 sind auf Pixel von Kanten 8, 9 der jeweiligen Flügel 3, 4 und der Vektor 10 auf ein Pixel des Objekts 5 gerichtet. Normalerweise werden die Kanten 8, 9 der Flügel 3, 4 und auch das Objekt 5 über mehrere Pixel gleichzeitig erfasst. Dadurch lässt sich eine höhere Genauigkeit und damit Sicherheit erzielen. Die erfinderische Vorgehensweise wird aber anhand der drei ausgewählten Vektoren zu dem entsprechenden Pixel erklärt.
Die Positionen der Pixel lassen sich über die Vektoren 6, 7 und 10 bestimmen. Für die Bestimmung einer Objekt-Distanz 11, 12 (siehe 3), das heißt im vorliegenden Fall einer Distanz zwischen jeweils der Vorderkante 8, 9 der Schiebetürflügel 4, 5 und dem Objekt 5, lässt sich der Winkel zwischen den Vektoren 6 und 10 ermitteln. Mit den Beträgen der Vektoren 6 und 10. ist dann die Distanz 11, 12 zwischen dem Objekt 5 und der jeweiligen Flügelkante 8, 9 berechenbar.
Aus mehreren solchen Messungen kann zudem die relative Geschwindigkeit vom Objekt 5 zu den beiden Türflügelkanten 8, 9 ermittelt werden. Dies ermöglicht es, vorauszusehen, wenn das Objekt mit einer der beiden Türflügelkanten 8, 9 kollidieren würde. Damit können die Türflügel 3, 4, möglicherweise separat, gestoppt werden, um eine Kollision zu vermeiden. Bei diesem Vorgang lässt sich zudem der Bremsweg der Türflügel 3, 4 berücksichtigen. Bei herkömmlichen Türsteuerungen mit einem Lichtgitter oder Lichtvorhang kann dagegen nur die Anwesenheit eines Objektes festgestellt werden.
In 2a wird das Objekt 5, das sich in die Richtung Schiebetür 2 bewegt, gezeigt. Die Türsensoranordnung 1 erfasst die Distanz 10a zum Objekt 5 und die Distanzen 6a, 7a zu den Türflügelkanten 8, 9. Aus diesen Distanzen 6a, 7a lassen sich die Distanzen 11, 12 vom Objekt 5 zu den Türkanten unter Berücksichtigung des Winkels zwischen den Distanzen 6a und 10a bzw. 7a und 10a berechnen. Die Distanzen 11, 12 werden einer Türsteuerung übermittelt, womit die Bewegung und Position der Türflügel 3, 4 in Abhängigkeit der Distanzen 11, 12 gesteuert werden kann.
In 2b wird die Situation gezeigt, in welcher der Türflügel 3 teilweise geschlossen wird, zum Beispiel damit weniger warme Luft (symbolisiert durch die Pfeile W) aus einem Raum, der durch die Tür 2 betreten wird, entweichen kann. Dabei wird nicht nur die aktuelle Position des Objekts 5 berücksichtigt, sondern auch dessen Geschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Türflügel 3, 4.
Für den Fall, dass die Türflügel 3, 4 nicht separat bewegt werden können, lässt sich die Steuerung so einstellen, dass der Türflügel maßgebend ist, der am schnellsten eine Kollision mit dem Objekt 5 verursachen würde.
Hat das Objekt, so wie in 2c gezeigt, die Tür 2 passiert, kann auch der Türflügel 4 geschlossen werden.
In 4 ist eine Flügeltüre 3 mit symbolisierten Geschwindigkeitsbereichen 14, 15, 16, 17 dargestellt. Wenn sich die Flügeltür 3 mit einer Geschwindigkeit V_b öffnet, überwacht die Türsensoranordnung 1 Bereiche 14, 15, 16, 17. Befindet sich jemand innerhalb des Bereichs, so wird die Flügeltür 3 angehalten. Befindet sich ein Objekt innerhalb des Bereichs 15, so wird verlangsamt weitergefahren. Befindet sich ein Objekt innerhalb des Bereichs 16, so wird vergleichsweise schneller weitergefahren und innerhalb des Bereichs 17 wird die Tür mit normaler Geschwindigkeit bewegt.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines angetriebenen Bewegungselements (3, 4), die eine Elektronikeinheit mit einen Objektsensor (1a) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit mittels des Objektsensors (1a) dazu ausgelegt ist, eine Objekt-Distanz (11) zwischen dem angetriebenen Bewegungselement (3, 4) und einem Objekt (5) im Bereich des Bewegungselements (3, 4) zu ermitteln und abhängig davon die Bewegung des Bewegungselements (3, 4) zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die Objekt-Distanz (11) aus einer Distanz (10a) des Objektsensors (1a) zum Objekt (5), einer Distanz (6a, 7a) vom Objektsensor (1a) zum Bewegungselement (3, 4) und dem Winkel α zwischen den Distanzrichtungen zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit ausgebildet ist, zur Bestimmung der Objekt-Distanz (11) als Bezug am Bewegungselement eine Vorderkante (8, 9) des Bewegungselements (3, 4) heranzuziehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektsensor (1a) einen Sender und Empfänger für ein Signal, z.B. für Schall oder elektromagnetische Wellen, insbesondere Licht umfasst, wobei die Elektronikeinheit dazu ausgebildet ist, eine Distanz, die ein vom Sender ausgesandtes Signal über eine Reflexionsfläche zum Empfänger zurücklegt, durch eine Auswertung eines Signalverlaufs, z.B. bei Licht, einer Phase einer auf das Licht aufmodulierten Schwingung zu ermitteln und mit dieser Art der Distanzmessung die Objekt-Distanz (11) zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit ein Steuersignal für die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit (V₀) des Objekts (5) und/oder der Geschwindigkeit (V_l, V_r) des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) erzeugt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) derart vornimmt, dass die Objekt-Distanz (11) zwischen einer Stelle des angetriebenen Bewegungselements, vorzugsweise der Vorderkante (8, 9) des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) und dem Objekt (5) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere angetriebene Bewegungselemente (3, 4) unabhängig steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren angetriebenen nicht unabhängig bewegbaren Bewegungselementen (3, 4) die kleinste ermittelte Distanz für die Steuerung der Bewegungselemente (3, 4) maßgebend ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit ein Steuersignal für die Steuerung des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) erzeugt, in welchem ein Bremsweg des angetriebenen Bewegungselements (3, 4) berücksichtigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit das angetriebene Bewegungselement (3, 4) derart steuert, dass das Bewegungselement (3, 4) möglichst schnell geschlossen wird, nachdem ein Objekt (5) das Bewegungselement (3, 4) passiert hat und/oder dass das Bewegungselement (3, 4) so spät wie möglich geöffnet wird, wenn sich ein Objekt (5) auf das Bewegungselement (3, 4) zu bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit die Geschwindigkeit des Bewegungselements auf einen an sich ungestörten Bewegungsweg abhängig von der Objekt-Distanz steuert.