JP2008308954A - ドア開閉アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できるドア開閉アシスト装置を提供すること。
【解決手段】 ドア開閉アシスト装置において、ドア開閉制御演算部８１は、車両ドアを自動的に開閉するオートモードを、モータ１の駆動指令値の演算へ入力されるドア開閉操作力を擬似的に設定した擬似操作力に動作モード切替部８１１の制御で切替ることで行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のドアを軽い力で操作できるようアクチュエータの力をアシストするドア開閉アシスト装置の技術分野に属する。

操作者のドア開閉操作を検出するトルクセンサ及び位置センサと、ドア開閉の操作力をアシストするモータと、仮想的に設定した軽いドアの操作を目標として設定し、目標とトルクセンサのドア開閉操作との偏差を小さくするアシスト力をモータに出力させる制御を行うコントローラを備え、操作者の位置を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−９６５０号公報（第２−１６頁、全図）

従来においては、ドア操作力にアシストを行うが、これをアシストモードとし、車両スライドドアのさらなる利便性向上から自動でドアが開閉するオートモードを設けて切り替えられるようにした場合には、いかに制御構成を共有化しつつ、良好な制御性を成立させるかが課題となる。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できるドア開閉アシスト装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、車両ドアの操作力をアシストするアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動力を、前記車両ドアを移動させる機構へ伝達する駆動力伝達機構と、車両のドアノブへのドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、車両ドアの移動速度を検出するドア速度検出手段と、前記ドア開閉操作力、前記ドア速度から、予め設定される理想的なドア操作感に基づいて、前記アクチュエータの駆動指令値を演算し、制御するドア制御手段を備えたドア開閉アシスト装置において、前記ドア制御手段は、車両ドアを自動的に開閉するオートモードを、前記アクチュエータの駆動指令値の演算へ入力される前記ドア開閉操作力を擬似的に設定した擬似操作力に切替ることで行うようにした、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できる。

以下、本発明のドア開閉アシスト装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，３に対応する実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のドア開閉アシスト装置の概略を示す説明図である。図２は実施例１のドア開閉アシスト装置を車両に搭載した車両の説明図である。図３は実施例１のドア開閉アシスト装置のトルクセンサの説明図である。

実施例１のドア開閉アシスト装置は、モータ１、減速機構２ａ〜２ｅ、駆動プーリ３、ガイドプーリ４ａ，４ｂ、駆動アーム５、スライドドア６、支持部材７、コントローラ８を主要な構成としている。
モータ１は、コントローラ８の制御により、出力軸へアシストのための駆動力を出力する。
減速機構のギア２ａ〜２ｅは、ギアの歯数の比により、モータ１の出力に対して、一定の減速を行い、その減速した分、大きなトルクを得る。

駆動プーリ３は、減速機構のギア２ａ〜２ｅに係合して所定の回転速度で回転するとともに、ベルト９を回転させる。
ガイドプーリ４ａ，４ｂは、自由回転により、ベルト９を設定した経路に張り渡しつつ、スムーズに回転させる。
駆動アーム５は、一端を支持部材７に取り付け、他端をスライドドア６に取り付け、支持部材７の移動する力をスライドドア６に伝達する。
スライドドア６は、図２に示すように車両の側面で、回動する開閉ではなく、車両の側面に沿ってスライド移動することにより開閉するドアである。（以下、ドアと記載の場合は、スライドドア６を指すものとする）

支持部材７は、ベルト９に固定され、ベルト９の回転する力を駆動アーム５に伝達する。

本実施例１では、図２に示すように、ドアの操作力の検出をドアノブ部分に設けたトルクセンサ１０により行う。
トルクセンサ１０は、基板１１、ブラシ１２、ドアノブ１３、バネ１４により主に構成されている。
基板１１は、ブラシ１２との接触位置の変化を抵抗の変化として検出する。
ブラシ１２は、ドアノブ１３のドア内部に基端側を取り付けられ、基板１１に先端部が接触し、ドアノブ１３のスライドする動きにともなって、基板１１に接触したまま、スライドする。

ドアノブ１３は、ドアの開閉の際に操作者が持ち、開、閉のそれぞれの方向に力を加える部分であり、本実施例１では、ドアノブ１３は、開、閉のそれぞれの方向に所定の量スライドする構造である。
バネ１４は、ドアノブ１３を開閉の中立位置に保持させるよう力を加えており、操作によりドアノブ１３に開、閉いずれかの方向の力を加えると、ばね性に応じた変位量を生じるものである。

つまり、操作力が加えられるドアノブ１３をバネ１４で中立位置に保持し、ドアノブ１３に取り付けたブラシ１２と基板１１が摺動式のポテンショメータを構成することで、ポテンショメータで検出される位置変化は、バネ１４の圧縮もしくは引っ張りの変位量に相当するため、ドアノブへ加えられる操作力が検出されるのである。

コントローラ８は、トルクセンサ１０の検出情報を処理して、その結果に基づいてモータ１を制御する。
図４に示すのは、ドア開閉アシスト装置のコントローラ８のブロック図である。
コントローラ８は、ドア開閉制御演算部８１とモータ駆動制御部８２を主要な構成としている。
オートモードスイッチ１６は、オートモードへの切り替えの操作入力を行うスイッチである。
ドア開閉制御演算部８１は、トルクセンサ１０からのドア開閉操作力からアシスト力を演算して、駆動指令値を出力する。
モータ駆動制御部８２は、駆動指令値に従って、モータ１を駆動させる。

図５に示すのは、実施例１のドア開閉制御演算部８１のブロック図である。
ドア開閉制御演算部８１は、動作モード切替部８１１、理想摩擦力生成部８１２、目標加速度生成部８１３、目標速度生成部８１４、加算器８１５、駆動指令値演算部８１６、所定値出力部８１７、切替部８１８を主要な構成としている。
動作モード切替部８１１は、オートモードスイッチ信号とドア開閉操作力から動作モードを切替る。そして、アシストモードとオートモード、及びオフ状態を示す信号を出力する。
理想摩擦力生成部８１２は、オートモードの場合は理想摩擦力を０（Ｎ）とし、アシストモードの場合は、理想的なドア操作として設定すべく理想摩擦力の演算を行い、結果を出力する。

目標加速度生成部８１３は、オートモードの場合は所定の擬似的な操作力を、理想ドアの質量で除算（割り算）する演算で目標加速度を演算し、アシストモードの場合はトルクセンサ１０で検出した値を、理想ドアの質量で除算（割り算）する演算で目標加速度を演算する。
目標速度生成部８１４は、目標加速度を積分して、目標速度を演算する。
加算器８１５は、目標速度と実ドア速度（検出値）との偏差を演算する。

駆動指令値演算部８１６は、実ドア速度が目標速度に近づくよう、駆動指令値を演算する。
所定値出力部８１７は、駆動指令値としての０（％）を出力する。
切替部８１８は、動作モードがオフ状態の場合には、所定値出力部８１７の出力を駆動指令値として出力し、アシストモード及びオートモードの場合には、駆動指令値演算部８１６の出力を駆動指令値として出力する。

図６は実施例１の理想摩擦生成部、目標加速度生成部、目標速度生成部のブロック図である。
以下に説明するのは、理想摩擦生成部８１２、目標加速度生成部８１３、目標速度生成部８１４を合成したより詳細なブロック図である。
所定値出力部１０１は、所定値として０（Ｎ）を出力する。
理想摩擦力演算部１０２は、ドア開閉操作力から理想摩擦力を演算し、切替スイッチ１０３へ出力する。
切替スイッチ１０３は、動作モード信号により、オートモードの場合は所定値出力部１０１の０（Ｎ）を出力し、アシストモード及びオフ状態の場合は、理想摩擦力演算部１０２の演算結果を出力する。

擬似操作力出力部１０４は、擬似的なドア開閉操作力を出力する。
切替スイッチ１０５は、動作モード信号により、オートモードの場合は擬似操作力出力部１０４の出力を通過させて出力とし、アシストモード及びオフ状態の場合は、ドア開閉操作力の検出値を通過させて出力とする。
加算器１０６は、ドア操作力を出力する切替スイッチ１０５の出力と、理想摩擦力を出力する切替スイッチ１０３の出力の偏差を演算する。
乗算器１０７は、加算器１０６の出力に１／Ｍｉを乗じる。ここで、Ｍｉは理想ドア質量とする。
積分器１０８は、１／ｓを乗じる積分演算を行う。ここでｓは演算子とする。

次に作用を説明する。
[アシスト制御処理]
実施例１のドア開閉アシスト装置では、トルクセンサ１０で検出するドアの開閉操作力に応じて、理想ドアを操作するように軽い操作が行えるように駆動指令値を演算し、モータ１を駆動してアシストを行う。

[動作モードを切り替える処理]
図７に示すのは、動作モード切替部８１１で実行される動作モード切替処理の状態遷移図である。
動作モード切替部８１１では、オフ状態Ｓ１、アシストモードＳ２、オートモードＳ３を図７に示すように切り替える。

制御が始動することにより、この切替処理がスタートする。スタート時には、オフ状態Ｓ１から行われる。

オフ状態Ｓ１において、条件変化ない場合は、条件Ｔ１が成立しているものとして、オフ状態Ｓ１が維持される。この場合は、切替部８１８で所定値出力部８１７の出力が選択されるため、駆動指令値が０となる。

オフ状態Ｓ１において、ドア開閉操作力が理想摩擦力演算部１０２から出力される理想ドア静止摩擦力（５Ｎ）を超えると、条件Ｔ２の成立となり、アシストモードＳ２へ移行する。

アシストモードＳ２において、ドア開閉操作力が理想摩擦力演算部１０２から出力される理想ドア静止摩擦力（５Ｎ）を下回ることが２ｓｅｃ継続することにより条件Ｔ３が成立したとして、オフ状態Ｓ１へ移行する。すると、切替部８１８で所定値出力部８１７の出力が選択され、駆動指令値が０となる。

アシストモードＳ２においては、条件Ｔ３が成立しない状態では、アシストモードＳ２が維持される。これを条件Ｔ４の成立状態とする。このアシストモードＳ２では、切替部８１８で駆動指令値演算部８１６の出力が選択されるため、ドア操作力と理想摩擦力から演算される目標ドア速度と、実ドア速度の偏差に基づいた駆動指令値によりアシスト制御が行われる。

オートモードＳ３において、ドア開閉操作力が理想摩擦力演算部１０２から出力される理想ドア静止摩擦力（５Ｎ）を超えると、条件Ｔ５の成立となり、アシストモードＳ２へ移行する。

オートモードＳ３においては、条件Ｔ５、Ｔ８が成立しない状態では、オートモードＳ３が維持される。これを条件Ｔ６の成立状態とする。このオートモードＳ３では、切替部８１８で駆動指令値演算部８１６の出力が選択され、所定値出力部１０１の０（Ｎ）と擬似操作力出力部１０４の偏差から目標速度が設定される。擬似操作力出力部１０４では、オートモードの所定値が設定され、加算器１０６では、値に変化がないため、その所定の速度を目標とした制御でドアを自動で移動させることになる。

オフ状態Ｓ１において、オートモードスイッチ１６へのオン入力があると、これを条件Ｔ７の成立とし、オートモードＳ３へ移行する。この際には、所定値出力部１０１の０（Ｎ）出力が切替スイッチ１０３で選択され、擬似操作力出力部１０４の出力が切替スイッチ１０５で選択される。

オートモードＳ３において、オートモードスイッチ１６へのオフ入力があると、これを条件Ｔ８の成立とし、オフ状態Ｓ１へ移行する。すると、切替部８１８で所定値出力部８１７の出力が選択され、駆動指令値が０となる。

[動作モードの切替作用]
図８は実施例１における自動ドア指示信号、目標速度、ドア開閉操作力、動作モードのタイムチャート図である。
実施例１のドア開閉アシスト装置では、操作力が理想的なドアとして設定した理想静止摩擦力を超えると、オートモードからアシストモードに移行する。
この際、理想摩擦力生成部８１２、目標加速度生成部８１３により目標速度が設定される。実施例１では、擬似操作力出力部１０４により擬似的な操作力を出力して、その値から目標加速度を演算し、それを積分演算して目標速度を決める制御構成にしている。

そのため、アシストモードに変更する際に、切替スイッチ１０４により擬似的な操作力から実値であるドア開閉操作力に切り替わる。そのため、目標速度としては、急激な変化とはならない（図８(b)符号Ａ１部分参照）。
言い換えると、制御モード変更の際に積分器１０８は、実速度への初期化により目標速度が変化しないと言える。
例えば、実施例１のように、実速度への初期化を積分器１０８で行わない場合には、目標速度は０から大きくなるため、ドアを止めようする制御になり、結果的に操作しているドアが重くなる。

また、アシストモードからオートモードに変更する際、変更スイッチ１０４により実値であるドア開閉操作力から擬似的な操作力へ切り替わる。そのため、目標速度は、アシストモードに切り替わる際と同様に、急変すること無く緩やかに切り替わる。
そのため、アシストモード、オートモードの切り替わりの際に、違和感を与えるようなショックを生じることがない。

さらにオートモードへの移行について説明する。
図９は実施例１における操作力と目標速度のタイムチャート図である。
図９に示すように、オートモードに切り替える際、理想ドアの理想摩擦力２０２は０（Ｎ）として、理想ドアへ加えられる操作力２０１は所定値とすることで（図９(a)参照）、目標速度は徐々に増加し、最終的に一定となる（図９(b)参照）。
このように、実施例１では、所定の理想ドアへの擬似操作力の力積でオートモードでの目標速度が決定する。そのため、理想ドアへの擬似操作力２０１を変更すれば、オートモードでの目標速度を容易に変更することができる。

例えば、オートモード時は目標速度を切り替えるよう制御すると、目標速度が急に変化し、駆動指令値も急に変化するため、ドアに衝撃が生じることになるが、実施例１の場合には、目標速度が緩やかに増加するためドアに衝撃がない。

図１０は実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すタイムチャートである。図１１は実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すタイムチャートである。
図１０に示すように、開方向へのオートモードから開方向への開方向へのアシストモードへ切り替えた場合、違和感を与えるようなショックが生じることなく、良好な切り替えが実現できていることがわかる。
また、図１１に示すように、開方向へのオートモードから閉方向へのアシストモードへ切り替えた場合、違和感を与えるようなショックが生じることなく、良好な切り替えが実現できていることがわかる。
このモードの切り替えの際に、緩やかに駆動指令値を発生させることは、例えば、ドアが停止していた際に切り替えを行ってもショックを生じることがない。

次に効果を説明する。
実施例１のドア開閉アシスト装置にあっては、以下の効果を有する。

(1)車両ドアの操作力をアシストするモータ１と、モータ１の駆動力を、車両ドアを移動させる機構へ伝達するギア２ａ〜２ｅ及び駆動プーリ３と、車両のドアノブへのドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０と、車両ドアの移動速度を検出する速度センサ７１と、ドア開閉操作力とドア速度から、予め設定される理想的なドア操作感に基づいて、モータ１の駆動指令値を演算し、制御するドア開閉制御演算部８１を備えたドア開閉アシスト装置において、ドア開閉制御演算部８１は、車両ドアを自動的に開閉するオートモードを、モータ１の駆動指令値の演算へ入力されるドア開閉操作力を擬似的に設定した擬似操作力に動作モード切替部８１１の制御で切替ることで行うようにしたため、アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できる。
また、オートモードに切り替わった際に、駆動指令値が緩やかに発生するため、ドアに衝撃が発生するようなことがない。

(2)ドア開閉制御演算部８１は、ドア開閉操作力から、理想的なドア操作感に基づいて、車両ドアの目標加速度を演算する目標加速度生成部８１３と、目標加速度から、車両ドアの目標速度を積分演算するも目標速度生成部８１４と、目標速度にドア速度の実値が近づくように駆動指令値を演算する駆動指令値演算部８１６と、擬似的に設定した擬似操作力を出力する擬似操作力出力部１０４と、オートモードへの切り替えとして、目標加速度生成部８１３への入力を、ドア開閉操作力と擬似操作力とで切り替える切替スイッチ１０５を備えたため、目標加速度の演算への入力を擬似操作力に切り替えることにより、オートモードを構成することができ、アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できる。

(3)目標加速度生成部８１３は、ドア開閉操作力から、理想的なドア操作感に基づくよう理想摩擦力を演算する理想摩擦力演算部０１２と、ドア開閉操作力から理想摩擦力を減算する加算器１０６と、加算器１０６による減算結果を、理想的な軽いドア質量で除算する乗算器１０７と、オートモードへの切り替えの際に、加算器１０６への入力を、理想摩擦力とゼロ値とで切り替える切替スイッチ１０３を備えたため、アシストモードにおいて、理想的なドアの摩擦力を考慮した制御を行うようにでき、オートモードの際には、これをゼロ値に切り替えて、オートモードに対応できるようにし、アシストモードとオートモードの切り替えを良好にできるようにしつつ、制御構成の追加を少なくして制御負担の増加を抑制できる。

以上、本発明のドア開閉アシスト装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

理想ドアとして設定する軽いドアは、一定質量とする必要はなく、例えば、操作初期、移動状態、操作終了期等で、又は非線形的に変わるようにしてもよい。
アクチュエータとしては、モータを例として挙げたが、空気圧や油圧を用いるものであってもよく、モータに限らない。
トルクセンサは、磁歪式のものであってもよい。
速度センサは、接触式や非接触式のものなどがあるが、精度を満たせば、どの方式、構成のものであってもよい。
車両のドア動作状態として、例えばドア位置やドア加速度を制御に加えたものであってもよい。

ここで、本請求項及び本明細書に記載の「理想ドア」について説明しておく。
本請求項及び本明細書における理想ドアは、従来のように、スイッチあるいは操作を基点にして、自動的にドアが所定速度で開閉するようなものではなく、操作者の意思を強く反映して開閉されるドアを理想とする。
例えば、極端な例を言えば、家屋の建具である襖や障子は、軽く、開閉操作を途中で止めることで開度が変更される。
これは極端な例であり、実際には５０kg程度のドアを軽い１０kg程度することを理想とし、その上で、操作者が主体で操作意思が反映され、開閉操作を途中で止めることで開度が変更され、自然な軽いドアを操作しているフィーリングを得ることができるドアを理想とする。
このため、「理想ドア」とある場合には、質量などの値が上記のようなことを考慮して設定されたものを「理想ドア」とする。

本願は、移動体のドアへの利用のほか、建物のドアへの利用も容易である。

実施例１のドア開閉アシスト装置の概略を示す説明図である。 実施例１のドア開閉アシスト装置を車両に搭載した車両の説明図である。 実施例１のドア開閉アシスト装置のトルクセンサの説明図である。 実施例１のドア開閉アシスト装置のコントローラのブロック図である。 実施例１のドア開閉制御演算部のブロック図である。 実施例１の理想摩擦生成部、目標加速度生成部、目標速度生成部のブロック図である。 動作モード切替部で実行される動作モード切替処理の状態遷移図である。 実施例１における自動ドア指示信号、目標速度、ドア開閉操作力、動作モードのタイムチャート図である。 実施例１における操作力と目標速度のタイムチャート図である。 実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すタイムチャートである。 実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ モータ
２ａ （減速機構の）ギア
２ｂ （減速機構の）ギア
２ｃ （減速機構の）ギア
２ｄ （減速機構の）ギア
２ｅ （減速機構の）ギア
３ 駆動プーリ
４ａ，４ｂ ガイドプーリ
５ 駆動アーム
６ スライドドア
７ 支持部材
７１ 速度センサ
８ コントローラ
８１ ドア開閉制御演算部
８１１ 動作モード切替部
８１２ 理想摩擦力生成部
８１３ 目標加速度生成部
８１４ 目標速度生成部
８１５ 加算器
８１６ 駆動指令値演算部
８１７ 所定値出力部
８１８ 切替部
８２ モータ駆動制御部
９ ベルト
１０ トルクセンサ
１１ 基板
１２ ブラシ
１３ ドアノブ
１４ バネ
１５ 装置設置位置
１６ オートモードスイッチ
１０１ 所定値出力部
１０２ 理想摩擦力演算部
１０３ 切替スイッチ
１０４ 擬似操作力出力部
１０５ 切替スイッチ
１０６ 加算器
１０７ 乗算器
１０８ 積分器
２０１ 擬似操作力
２０２ 理想摩擦力
２０３ 目標速度
２０４ 実ドア速度

Claims (3)

1. 車両ドアの操作力をアシストするアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動力を、前記車両ドアを移動させる機構へ伝達する駆動力伝達機構と、
   車両のドアノブへのドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、
   車両ドアの移動速度を検出するドア速度検出手段と、
   前記ドア開閉操作力、前記ドア速度から、予め設定される理想的なドア操作感に基づいて、前記アクチュエータの駆動指令値を演算し、制御するドア制御手段を備えたドア開閉アシスト装置において、
   前記ドア制御手段は、
   車両ドアを自動的に開閉するオートモードを、前記アクチュエータの駆動指令値の演算へ入力される前記ドア開閉操作力を擬似的に設定した擬似操作力に切替ることで行うようにした、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
2. 請求項１に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記ドア制御手段は、
   前記ドア開閉操作力から、理想的なドア操作感に基づいて、車両ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
   前記目標加速度から、車両ドアの目標速度を積分演算するも目標速度演算手段と、
   目標速度にドア速度の実値が近づくように駆動指令値を演算する駆動指令値演算手段と、
   擬似的に設定した擬似操作力を出力する擬似操作力出力手段と、
   前記オートモードへの切り替えとして、前記目標加速度演算手段への入力を、前記ドア開閉操作力と前記擬似操作力とで切り替える操作力切替手段と、
   を備えたことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
3. 請求項２に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記目標加速度演算手段は、
   前記ドア開閉操作力から、理想的なドア操作感に基づくよう理想摩擦力を演算する理想摩擦力演算手段と、
   前記ドア開閉操作力から前記理想摩擦力を減算する減算手段と、
   前記減算手段による減算結果を、理想的な軽いドア質量で除算する除算演算手段と、
   前記オートモードへの切り替えの際に、前記減算手段への入力を、前記理想摩擦力とゼロ値とで切り替える摩擦力切替手段と、
   を備えたことを特徴とするドア開閉アシスト装置。

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