JP5541238B2 - 車両のドア開閉装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された車両のドア開閉装置は、モータの駆動力を利用してスライドドアを開閉するための装置である。一般的に車両用のドアでは、そのドアを閉じる際にシール用のウエザーストリップを押圧変形させるため、全閉位置近傍でドアの移動に必要な力(作動力)が大きくなる。また、全閉状態からドアを開方向に移動させるときにもドアの全閉ロック状態等を解除するため、前記作動力が大きくなる。
さらに、前記ドアでは、ドアを全開位置に保持する機構があるため、前記機構を動作させるために全開位置近傍でドアの作動力が大きくなる。また、全開状態からドアを閉方向に移動させるときにも前記作動力が大きくなる。
このため、図7に示すように、ドアの開動作時、あるいはドアの閉動作時の双方において、動作開始時と動作完了時とにモータの駆動力を大きくする必要がある。これに対し、ドアが全開位置と全閉位置間を移動しているときには、さほど大きな駆動力は必要とされない。
従来の車両のドア開閉装置では、ドアの重量がドアの移動方向と逆方向に加わっている場合でもドアが良好に移動できるように、図7に実線に示すように、モータの駆動力を制御している。
特許文献1のドア開閉装置では、PWM制御によりモータに対する通電時間を制御してモータに対する電力供給量を調整し、モータの駆動力を制御するようにしている。
請求項1の発明は、バッテリを電源とするモータの駆動力を利用して車両のドアを開閉する車両のドア開閉装置であって、前記バッテリの電源電圧を超えない範囲で前記モータに印加する電圧を制御し、さらに前記モータに対する通電時間をパルス幅制御により調整して前記モータに供給する電力量を調整可能なモータ制御部を備えており、前記モータ制御部は、前記ドアの移動速度が目標速度に近づくように、前記モータに印加する電圧と、前記モータに対する通電時間とを調整して、前記モータの駆動力を増加、あるいは減少させることを特徴とする。
この結果、モータの使用電力の無駄を無くすことができる。さらに、モータの印加電圧がバッテリの電源電圧(以下、バッテリ電圧という)よりも低下することでそのモータの負担が軽減され、寿命延長を図ることができる。
このように、モータを最初に最低作動電圧で起動させるため、前記モータの起動時に大きな負担が掛からない。
折戸ドアは、路線バス等に多く使用されるドアで、乗降位置毎に開閉操作を行う等、開閉の頻度が非常に高い。このため、モータの負担が大きくなる。しかし、モータをバッテリ電圧以下の電圧で使用可能なため、モータの寿命を長くでき、メンテナンスコストが低減する。
以下、図1から図6に基づいて本発明の実施形態1に係る車両のドア開閉装置について説明する。ここで、本実施形態は、本発明を小型バスの折戸ドアに適用したものであり、図中における前後左右及び上下は、バスの前後左右及び上下に対応している。
前記小型バス3の車体4には、図1に示すように、左側の中央前寄りの位置に乗客が乗り降りするための乗降口50が形成されており、その乗降口50が折戸ドア10によって開閉されるように構成されている。
折戸ドア10は、図2の室内側正面図に示すように、縦に長い長方形状に形成された前側ドア片12と後側ドア片14とを備えており、その前側ドア片12の後端部と後側ドア片14の前端部とがヒンジ機構(図示省略)によって水平回動可能な状態で連結されている。また、前側ドア片12の前端上下には、その前側ドア片12を水平回動可能な状態で乗降口50の前端位置(前部支柱51(図3参照)の近傍)に連結する主ヒンジ機構11のヒンジピン11pが上下に一定寸法だけ突出した状態で取付けられている。さらに、乗降口50の天井部分には前後方向に延びるガイド溝(図示省略)が設けられており、そのガイド溝に後側ドア片14の後端上部に形成されたガイドピン14pが前記ガイド溝に沿って移動可能なように係合している。
また、乗降口50の天井部分には、図1に示すように、前側ドア片12と後側ドア片14とが乗降口50の外側に回動するのを禁止する板状ストッパ58が設けられている。
また、前側ドア片12の中央下寄りの位置(固定面12s)には、ドア閉ロック機構20のロック状態を自動解除するため自動ロック解除機構30が設けられている。自動ロック解除機構30は、図3に示すように、前側ドア片12の固定面12sに固定されたベース板31と、そのベース板31に連結ピン36によって連結されて、その連結ピン36を中心に水平回動可能に構成されたロック解除部材35とを備えている。前記ロック解除部材35の中央部には、ドア駆動ユニット40(後記する)の水平リンク41の先端部がリンクピン41pを介して連結されている。さらに、ロック解除部材35の回動自由端位置には、そのロック解除部材35の回動動作を前記ドア閉ロック機構20に伝達するワイヤ機構27のワイヤ27wが連結されている。このため、折戸ドア10がドア駆動ユニット40の水平リンク41に引っ張られて開かれる際、その水平リンク41の引っ張り力でロック解除部材35が連結ピン36を中心に回動し、この回動動作がワイヤ機構27によりドア閉ロック機構20に伝えられて折戸ドア10の全閉ロックが解除される。
ドア駆動ユニット40は、折戸ドア10が展開して乗降口50を閉じる位置(全閉位置 図3参照)と、折戸ドア10が折り畳まれて乗降口50を開く位置(全開位置 図示省略)との間で、その折戸ドア10の前側ドア片12をヒンジピン11pの回りに水平回動させる機構である。
ドア駆動ユニット40は、前述のように、折戸ドア10の前側ドア片12に連結される水平リンク41と、図2、図3に示すように、水平リンク41の基端部に連結ピン43rによって水平回動可能な状態で連結された可動アーム43とを備えている。そして、可動アーム43の基端部が駆動部45の縦向きの出力軸46jに相対回転不能な構成で連結されている。
ドア駆動ユニット40の駆動部45は、図2に示すように、モータ45mと減速器(図示省略)と電磁クラッチ46等から構成されている。駆動部45のモータ45mと電磁クラッチ46等は、軸心を縦向きにした状態でハウジング47に収納されている。そして、ドア駆動ユニット40のハウジング47が、図3に示すように、乗降口50の内側に位置する乗降ステップ53の前方のフロア上に設置されている。
ドア駆動ユニット40のモータ45mと電磁クラッチ46とは、図4に示すように、モータ制御部60から電力を供給されることで駆動される。モータ制御部60は、ドア開スイッチ61、あるいはドア閉スイッチ62からのオン信号を受けて、折戸ドア10の開動作、あるいは閉動作の開始から終了まで所定のプログラムに基づいてモータ45m及び電磁クラッチ46を駆動させる。さらに、モータ制御部60は、モータ45mの動作中に折戸ドア10の開閉速度(移動速度)がほぼ一定となるようにモータ45mの駆動力をフィードバック制御できるように構成されている。
即ち、モータ制御部60には、モータ45mの回転センサ45eからの信号が入力されるようになっており、その回転センサ45eの信号に基づいてモータ制御部60では折戸ドア10の開閉速度(移動速度)を演算できるように構成されている。このため、実際のモータ45mの回転数を目標回転数に近づけるように、モータ45mの駆動力を制御することで、折戸ドア10の開閉速度(移動速度)をほぼ一定にすることができる。モータ制御部60は、バッテリ電圧VBを超えない範囲でモータ45mに印加する電圧を制御し、さらにモータ45mに対する通電時間を制御(PWM制御)することにより、モータ45mに供給する電力量を調整して、モータ45mの駆動力を制御するようにしている。
また、モータ制御部60は、モータ45mの負荷電流を検出可能であり、例えば、折戸ドア10を閉じる際の挟み込み等でモータ45mの負荷電流が許容値を超えた場合には、前記モータ45mを停止させられるように構成されている。
次に、図5(A)(B)と図6等に基づいて本実施形態に係る折戸ドア10の開閉装置の動作について説明する。
ここで、図6に示す処理は、前記モータ制御部60のメモリ(図示省略)に格納されているプログラムに基づいて予め決められた時間毎に繰り返し実行される。
例えば、車両が坂道に停車している場合で、折戸ドア10の重量がその折戸ドア10の開方向に加わる場合について説明する。この場合、折戸ドア10を全閉位置から全開位置まで移動させるのに必要な力(ドア作動力)は、図5(A)の点線に示すように、比較的小さな値になる。
先ず、図6のステップS101に示すように、電源電圧(バッテリ電圧)VBが検出されて記憶されるとともに、最低作動電圧VSが設定される。ここで、最低作動電圧VSとは、車両が平坦な道に停車している場合で、かつ、全閉位置と全開位置間の途中位置で折戸ドア10を移動させるのに必要な最小限の駆動力を得るためのモータ45mの印加電圧である。最低作動電圧VSは、バッテリ電圧VBの約30パーセントに設定されている。
さらに、折戸ドア10の位置PPが設定される。折戸ドア10の位置は、モータ45mの回転センサ45eの回転信号を積算することにより求められる。折戸ドア10が全閉位置は、折戸ドア10の原点位置となるため、前記回転センサ45eの回転信号の積算値は零になる(クリアされる)。
折戸ドア10が開き始める段階では、目標回転数Nsに対して実際の回転数N(検出回転数N)は小さいため(Ns>N)、ステップS106の判定はNOとなり、ステップS110の判定がNOとなるため、ステップS115でモータ電圧Vがバッテリ電圧VBに等しいか否かが判定される。折戸ドア10が開き始める段階では、モータ電圧Vが最低作動電圧VSであるため(ステップS115 NO)、ステップS117でモータ電圧Vを段階的に増加させるとともに、PWM制御におけるデューティ比を大きくする。これにより、モータ制御部60からモータ45mに供給される電力が増加して、モータ45mの駆動力が増加する。
このようにして、図6におけるステップS106、ステップS110、ステップS115、ステップS117の処理が繰り返し実行されて、モータ45mの駆動力が徐々に増加すると、検出回転数Nが増加して目標回転数Nsに近づくようになる。即ち、折戸ドア10の開方向の移動速度が増加して目標速度に近づくようになる。
なお、途中でモータ電圧Vがバッテリ電圧VBまで上昇すると、それ以上のモータ電圧Vの上昇は禁止される(ステップS116)。
このようにして、ステップS106、ステップS110、ステップS112、ステップS114の処理が繰り返し実行されて、モータ45mの駆動力が徐々に減少すると、検出回転数Nが増加して目標回転数Nsに近づくようになる。なお、途中でモータ電圧Vが最低作動電圧VSまで低下すると(ステップS112 YES)、モータ電圧Vのこれ以上の低下は禁止される(ステップS113)。
そして、折戸ドア10の移動速度が目標速度にほぼ等しくなると、即ち、検出回転数Nが目標回転数Nsにほぼ等しくなると(図6 ステップS106 YES)、折戸ドア10が全開位置まで到達したか、否かが判定される(ステップS107)。
このようにして、折戸ドア10が全開位置に到達すると(ステップS107YES)、モータ45mが停止して(ステップS108)、電磁クラッチ46がオフして(切られて)、一連の動作が終了する。
次に、折戸ドア10を閉じる場合には、折戸ドア10の重量が移動方向と逆方向に加わるため、図5(B)に示すように、折戸ドア10の移動に必要な力(ドア作動力)は大きくなる。しかし、この場合も折戸ドア10を開く場合と同様に、折戸ドア10を開くのに必要な力(ドア作動力)に合わせてモータ45mの駆動力が制御される。
なお、折戸ドア10の閉動作の途中で、挟み込み等によりモータ45mの負荷電流が許容値を超えた場合には、モータ制御部60がモータ45mを停止させる。
本実施形態に係る車両のドア開閉装置によると、例えば、車両が坂道に停車していて、折戸ドア10の重量が折戸ドア10の移動方向に加わっている場合、モータ45mの駆動力が折戸ドア10の移動に必要な力(ドア作動力)を超えると、折戸ドア10の移動速度が目標速度を超えるようになる。このため、モータ制御部60は折戸ドア10の移動速度が目標速度に近づくように(ドアの移動速度が低下するように)、モータ電圧Vと、モータ45mに対する通電時間とを調整して、モータ45mに供給する電力量を減少させ、駆動力を減少させる。これにより、従来のように、モータ電圧Vが一定(バッテリ電圧)でモータ45mに対する通電時間のみを調整する制御(PWM制御)と比較して、より効果的にドア作動力の減少に合わせてモータ45mの駆動力を減少させることができる。
この結果、モータ45mの使用電力の無駄を無くすことができる。さらに、モータ電圧Vがバッテリ電圧VBよりも低下することでそのモータ45mの負担が軽減され、寿命延長を図ることができる。
また、モータ制御部60は、最初に最低作動電圧VSでモータ45mを起動させるため、起動時にモータ45mに大きな負担が掛からない。
また、折戸ドア10は、路線バス等に多く使用されるドアで、乗降位置毎に開閉操作を行う等、開閉の頻度が非常に高い。このため、モータ45mの負担が大きくなる。しかし、モータ45mをバッテリ電圧VB以下の電圧で使用可能なため、モータ45mの寿命が長くなり、メンテナンスコストが低減する。
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、折戸ドア10を開閉するためのドア駆動ユニット40(ドア開閉装置)を駆動部45と、可動アーム43、水平リンク41等から構成する例を示した。しかし、前記開閉装置を、例えば、ワイヤ巻取り式の駆動ユニットによって構成することも可能である。
さらに、ドアとして折戸ドア10を例示したが、例えば、スライドドア等に本発明を適用することも可能である。
40・・・・ドア駆動ユニット
45m・・・モータ
45e・・・回転センサ
60・・・・モータ制御部
V・・・・・モータ電圧
VB・・・・バッテリ電圧
VS・・・・最低作動電圧
Claims (3)
- バッテリを電源とするモータの駆動力を利用して車両のドアを開閉する車両のドア開閉装置であって、
前記バッテリの電源電圧を超えない範囲で前記モータに印加する電圧を制御し、さらに前記モータに対する通電時間をパルス幅制御により調整して前記モータに供給する電力量を調整可能なモータ制御部を備えており、
前記モータ制御部は、前記ドアの移動速度が目標速度に近づくように、前記モータに印加する電圧と、前記モータに対する通電時間とを調整して、前記モータの駆動力を増加、あるいは減少させることを特徴とする車両のドア開閉装置。 - 請求項1に記載された車両のドア開閉装置であって、
前記モータ制御部は、平坦な場所で、かつ、全開位置と全閉位置間の途中位置で前記ドアを移動させるのに必要な最小限の駆動力を得るためのモータの印加電圧である最低作動電圧を出力できるように構成されており、
前記モータ制御部は、最初に前記最低作動電圧で前記モータを起動させることを特徴とする車両のドア開閉装置。 - 請求項1又は請求項2のいずれかに記載された車両のドア開閉装置であって、
前記ドアは、開動作で縦に折り畳まれ、閉動作で展開される折戸ドアであることを特徴とする車両のドア開閉装置。
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