CN101166883B

CN101166883B - 用于使门的控制装置运行的方法和相关的控制装置

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Publication number: CN101166883B
Application number: CN2006800140265A
Authority: CN
Inventors: H·卢德威格; G·桑塔格; H·-W·威尔肯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: EP1875028A1; ATE464451T1; WO2006114392A1; DE102005019150A1; DE502006006708D1; RU2007143550A; ES2342973T3; RU2403361C2; EP1875028B1; CN101166883A

Abstract

本发明涉及一种用于使在有轨输送机构(3)中的门(2)的控制装置(1)运行的方法以及为此的控制装置(1)。通过分析至少一个用于测量有轨输送机构(3)的加速度的加速度传感器(5)的测量值和/或至少一个用于测量有轨输送机构(3)的坡度(α)和/或倾斜度(β)的倾斜度传感器(6)的测量值，能够使门(2)控制在其力界限范围内。由此能够与有轨输送机构(3)的状态无关地，通过最佳的驱动力(F_A)实现门(2)的运行，而不会超过在门(2)的任意状态中最大许用的关闭力(F_SK，max)。

Description

用于使门的控制装置运行的方法和相关的控制装置

本发明涉及一种用于使在有轨输送机构中的门的控制装置运行的方法，其中门的打开和/或关闭方向基本垂直于行驶方向。

本发明还涉及具有电动门的有轨输送机构。

在电机驱动的门中，确切地说不仅在简单的推拉门而且在电梯门中，由于通用建筑技术的发展不仅门的重量而且关闭门的速度都提高。由此也增加了门对于人和动物的潜在危险。为了限制这一点，至少对于特别大和沉重的、但是也对于特别快速的推拉门需要监控关闭力。

由WO 93/16948已知用于监控推拉门动能的装置。但是这个装置不能对例如静态的影响参数做出反应。

由DE 102 36 938 A1已知在自动推拉门和电梯门中进行质量测定，但是这种方法既不能对静态影响参数也不能对动态影响参数做出反应。

由DE 100 45 341 A1、DE 198 13 513 A1和DE 40 06 577 A1已知，在交通汽车领域中的用于控制门的方法和系统。

此外由现代的铁路机车已知自动门，它具有垂直于行驶方向的关闭方向。

关于有轨输送机构例如可以理解为例如列车、地铁、水平“电梯”、节日用车、悬轨、磁悬浮等。

门分开或连接两个部位或空间。门可以由活动的门扇、门板构成，门扇或者固定在门框、边框、也称为门衬上的两个或多个合页、门边上，或者作为推拉门，它通过移动导轨在上面或下面固定导向。此外还存在特殊形式的门，例如它们向上移动或者翻转，以及折叠门，其中门扇通过合页或弹性带分成多个部件，它们在打开时从关闭平面中翻开。

本发明的目的是，给出用于使门的控制装置运行的方法，该门具有基本垂直于行驶方向的打开和/或关闭方向，该控制装置能够与有轨输送机构的状态无关地通过最佳的驱动力实现门的运行，而不会超过在门的任意状态中的最大许用的关闭力。

这个目的由此得以实现，即为了控制门使用至少一个用于测量有轨输送机构的加速度的加速度传感器的测量值和/或至少一个用于测量输送机构的坡度和/或倾斜度的倾斜度传感器的测量值。所述有轨输送机构可以视为基准系，在其中安装有自动运动的门。其优点是，通过加速度传感器和/或倾斜度传感器可以获得作用于基准系的外部影响参数。通过获知这些影响参数，可以明显优化关闭和/或打开运行的控制。

关于“作用于基准系的外部影响参数”可以理解为物理的作用力，例如它们可能通过运动、动力、重力、圆形运动、旋转产生。

在本发明的另一有利结构中，通过测量值并通过在打开和/或关闭方向上门的活动部件的质量来确定通过有轨输送机构的运动和/或位置而作用于门的活动部件上的影响力，尤其是加速度力和/或下坡力(Hangabtriebskraft)。通过获知质量m和作用于质量m上的加速度，可以通过简单的物理等式确定作用于质量m物体上的力。这种计算作为自动化方法的算法。

其它影响力可能是摩擦损失或外来作用。关于外来作用例如可以理解为行李或乘客，它们倚靠在推拉门上并由此阻碍推拉门运行。

所述影响力以有利的方式至少通过平行于门的打开和/或关闭方向的分力起作用。在静态情况下，有轨输送机构例如处于斜面。由于斜面位置，下坡力作用于有轨输送机构上和所有安装在其上和/或里面的部件上。对于在例如输送集装箱中的沉重推拉门，由于输送箱的略微倾斜位置，已经可能产生较大的作用于推拉门上的作用力。

在另一应用中，所述影响力至少通过垂直于门的打开和/或关闭方向的分力起作用。

按照本发明的方法特别有利的是，通过测量值并通过最大许用的关闭力确定用于门的可活动部件的驱动力。对于机动门，用于防止门关闭所需的力不能大于最大关闭力。对于不具有带加速度传感器和/或倾斜度传感器的控制装置的活动应用的门，这种规范可能由于作用于例如行驶的地铁上的公知影响参数而破坏。通过确定不破坏其界限的驱动力，可以使机动门可靠地运行。

优选通过电机的驱动力来驱动门。因为电机在其作用力或其转矩方面易于控制和/或调节，因此它有利地用于方法在装置中的使用。特别有利地能够通过电机的电枢电流和/或其激励电流调节电机转矩。

有利地是对于内门、优选是推拉门给出最大关闭力或者驱动力。尤其是对于人员持续连续通行的通勤列车门的无危险运行是必需的。

在本发明的适宜的结构中，所述加速度传感器测量有轨输送机构的纵向加速度。关于有轨输送机构的纵向加速度例如可以理解为有轨输送机构的正加速度。不仅在向前行驶而且在向后行驶中。有轨输送机构的制动也显示出纵向加速度，其中在制动或减速时也称为负加速度。

加速度传感器有利地测量有轨输送机构的横向加速度，尤其是离心力。

所述倾斜度传感器测量输送机构的横向倾斜度，由此有利地获得有轨输送机构位于静止时的静态影响参数，即有轨输送机构处于静止时的参数。为了达到高的输送机构最终速度，例如将曲线外侧的轨道抬高。不仅在输送机构的静态位置中，而且在输送机构的动态位置中，都可以使推拉门通过抬高的轨道犹如在“斜面位置”中运行。输送机构的横向倾斜度的检测也补充地最佳确定了门的驱动力。

在另一结构中，所述倾斜度传感器测量有轨输送机构的纵向倾斜度。例如对于较长时间必需在特别大的坡度上行驶的山坡轨道，整个有轨输送机构相对于水平面处于倾斜角度；由于坡度在有轨输送机构的纵轴线上也产生静态的力，这种力可能作用于门和/或门系统上。

本发明的优选实施例是，根据加速度传感器和/或倾斜度传感器的测量值确定产生驱动力的电机的电流。如上所述，例如电机能够通过电流以简单的方式调节其施加的作用力。电流的连续确定特别有利地在用于门的控制装置中，在其关闭运行期间改变影响参数或影响力。

基于上述有轨输送机构，关于装置的目的由此得以实现，即电驱动门具有用于控制电驱动门的控制装置，其中该控制装置可以与驱动装置连接，并且具有用于求出门的驱动力的计算单元以及用于调节驱动装置的电机电流的电流调节器，并且可以与至少一个测量输送机构的加速度的加速度传感器和/或与至少一个测量输送机构的坡度和/或倾斜度的倾斜度传感器连接。

现在借助于附图详细描述本发明的优选的但是不受此局限的实施例。为了清楚起见，附图不是按比例示出，并且只示意地示出某些特征。附图中：

图1示出在坡上向下行驶的输送机构，具有在关闭运行中平行于行驶方向的关闭方向的推拉门，

图2示出在坡上向上行驶的输送机构，具有在关闭运行中平行于行驶方向的关闭方向的推拉门，

图3示出在左侧抬高的轨道上的输送机构，具有在关闭运行中垂直于行驶方向的关闭方向的推拉门，

图4示出在右侧抬高的轨道上的输送机构，具有在关闭运行中垂直于行驶方向的关闭方向的推拉门，

图5示出力作用图，

图6示出具有驱动装置和门的门控制器的方框图。

图1-4示出本发明所针对的由发明者认识到的问题。出于安全的原因为了防止门2关闭所必需的力不能大于F_SK，max＝150N。因此一般将门的驱动力F_A调整到一个固定值(F_A＝150N)。这一点也适用于一个门2，在其上只作用驱动力F_A，而基本没有其它作用力。

F_SK，max＝F_A＝150N

图1和图2分别示出一个输送机构3，在这里是火车车厢或列车，具有一个力驱动的推拉门2，其中推拉门2的打开和关闭方向11平行于输送机构3的行驶方向。

图1示出这种情况，所述推拉门2对于第一时刻t1在一个坡度为α＝10°的斜面位置上要倾斜向下关闭。图2示出这种情况，所述推拉门2对于第二时刻t2在一个坡度为α＝10°的斜面位置上要倾斜向上关闭。

在图1中由于坡度α，门2的门质量m在考虑重力加速度g的条件下作用为在关闭方向11上的静态力F_Z(见图5)。除了调节到150N的驱动力F_A以外，由于在门边上的最大许用的关闭力F_SK，max＝150N和m＝35.2kg的门质量，附加地还产生在关闭方向上F_Z＝60N的静态力。因为两个力在一个方向上作用，因此它们相加成一个有效的力或者有效的关闭力F_W。

F_W＝F_A+F_Z＝150N+60N＝210N

由于有效力F_W＝210N，最大许用的关闭力F_SK，max在第一时刻t1超出40％，并由此可能使位于门边与门框之间的人和/或物体受伤或损坏。门2只还能以驱动力F_A＝90N驱动。因为现在附加地在关闭方向上作用的静态力F_Z＝60N必需从最大许用的关闭力F_SK中减去；只还保留90N作为驱动力F_A。

F_A＝F_SK，max-F_Z＝150N-60N＝90N

为了在第一时刻t1保证有效作用力F_W小于或等于150N，必须使驱动力F_A可靠调整到90N。

F_W＝F_A+F_Z＝90N+60N＝150N

在图2中，输送机构3的门2在以后的时刻t2逆着坡度角为α＝10°的斜面倾斜向上地在关闭方向11上运行。由图1已知的最大驱动力F_A＝90N还要作为极限值进行考虑，因为控制装置1没有其它检测机构不能区分不同的倾斜位置。如果现在门以驱动力F_A＝90N在关闭方向上移动，则现在必需克服静态力驱动力F_Z＝60N，它在时刻t2与关闭方向相反地起作用。现在门2以有效力F_W＝30N在关闭方向上驱动。

F_W＝F_A+(-F_Z)＝90N-60N＝30N

对于这种较小的门关闭力，在导轨中微小的污物就会阻止门2打开或关闭。

图3和4与图1和2类似。但是现在输送机构3由于侧面的路基升高以倾斜角β＝10°处于倾斜。输送机构3的门2垂直于行驶方向安装。在图3中在时刻t3如同在图1中时刻t1一样，由于门2的重力F_G，从最大关闭力F_SK，max＝150N中减去静态力F_Z60N。图4示出在时刻t4与图2类似的情况。对于垂直于行驶方向的安装位置，在时刻t4必须两次从最大关闭力F_SK，max＝150N中减去静态力60N。即只还保留微小的驱动力F_A＝30N，它对于可能产生的门机构的干扰或影响而言是不足够的。

在图1至4中示出静态力和/或静止的力。例如输送机构3加速度或减速或者在曲线行驶时的动态力以类似方式使问题更严重。

图5示出示意表示的门2的受力图。门2通过坡度α＝10°或倾斜角β＝10°示出与水平面14的偏差。由于门2的质量m，重力F_G＝m·g垂直于水平面14作用于门2。由此产生一个法向力F_N，它垂直地作用于例如通过导轨给出的倾斜平面1。由两个作用力F_N和F_G，能够在控制装置1(见图6)中推导出附加力或外部影响力F_Z，它平行于倾斜平面16延伸，例如

F_Z＝F_G·sinα＝m·g·sinα(或sinβ)

在曲线行驶或加速直线行驶时，该附加力F_Z可以附加地具有一个加速度力的分力(例如离心力)，或者尤其对于水平取向的输送机构3(α＝0和/或β＝0)完全由下式给出：

F_{Z} = \frac{1}{2} m \frac{v^{2}}{r}

(r＝曲线半径，v＝输送机构速度)

下面的考虑包括这些情况。

作用于门致动器9上的驱动力F_A按照本发明由用于门2的最大许用的关闭力F_SK，max，根据门2或输送机构3的位置和/或加速度重新确定。由此根据门2的位置、速度、地点和关闭或打开方向11，得到一个确定的驱动力F_A。对于在图1和图2中所示的情况F_A＝F_SK，max±F_Z。

图1：F_A＝F_SK，max ^-F_Z和F_W＝F_A+F_Z→F_W＝F_SK，max。

图2：F_A＝F_SK，max ⁺F_Z和F_W＝F_A-F_Z→F_W＝F_SK，max。

作用于门致动器9上的门2的驱动力F_A尤其是门2的质量m、角度α和/或β、输送机构3的速度v和最大关闭力F_SK，max的实时或连续更新的或联机函数。

图6示出用于控制电驱动的门2的控制装置1。通过一个具有变速机构和增量发生器(Inkrementalgeber)4的电机，借助于齿带8通过门致动器9来驱动门2。该齿带8通过一个转向轮7保持张紧。具有变速机构和增量发生器的电机4、齿带8、转向轮7和门致动器9构成一个驱动单元10。该驱动单元10通过信号导线和电机电流导线与控制装置1连接。在这个控制装置1上，通过数据线分别连接加速度传感器5和倾斜度传感器6。

对于例如在这里使用的现代加速度传感器5和倾斜度传感器6，用于分析自身传感器信号的电子系统是加速度传感器5和倾斜度传感器6本身的组成部分，其中使用了一种节省空间和省电的结构形式。

所述倾斜度传感器6或加速度传感器5主要由一个在两个弯曲舌上活动支承着的震动质量块组成，它通过两个固定的板形成一个差动电容。如果震动质量块从其静止位置(α＝0和/或β＝0)偏转，则电容在差动电容的一半中减小，而在另一半中加大。倾斜度传感器6根据倾斜角α和/或β提供在静态加速度时的代表性的测量值，例如重力加速度g引起的分力。而高频部分例如由于振动引起的干扰则被有效抑制。加速度和倾斜度传感器5，6以方向敏感的方式工作，即在输出信号中可以得到不同的符号。

在图6的示例中，门2这样安装在输送机构3里面，其运动方向11平行于输送机构3的行驶方向。在列车平面直线行驶时，加速度传感器5不仅在水平方向而且在垂直方向连续地测量加速度值。由于输送机构3的强烈制动操纵，在输送机构3的行驶方向上通过加速度传感器5测量出较高的加速度值。同时门2处于关闭运行中。通过具有变速机构4的电机中的增量传感器4，将门2的运动方向通知控制装置2。由于输送机构3的强烈地制动，现在一个附加力F_Z附加于驱动力F_A作用于门2上。

所述控制装置1现在确保不超过最大许用的关闭力：通过门2处于关闭运行中这一信息和加速度传感器5的测量值，该测量值根据集成在加速度传感器5里面的电子系统已经转为标准化的应力值并且通过数据线传递到控制装置1，于是计算单元在控制装置1中连续地计算最佳实际的驱动力F_A，它不超过最大关闭力F_SK，max。

在此对于附加力F_Z的计算所必需的门2的质量m和最大关闭力F_SK，max，事先一次性地通过手持终端设备寄存在控制装置里面。替代地也可以选择自动测取质量，如同由德国公开文献DE 102 36 938 A1已知的那样。

在控制装置1中计算的驱动力F_A换算成对应于驱动力F_A的电机4的电流值。因为计算的电流与力成比例，设置一个电流调节器通过一个供电装置13为具有变速机构和增量发生器4的电机提供电流。附加地通过电流调节器连续地测量当前的电机电流，由此得知在关闭过程的每个状态期间瞬时起作用的驱动力F_A。对于变化的加速度值，在关闭过程期间电机电流得以调节。根据当前求出的加速度值和/或倾斜角值和实际起作用的驱动力F_A，可以将门通过保证安全性的最大许用的关闭力F_W≤F_SK，max在其整个关闭范围上并且在尽可能所有的列车状态中关闭。

当然在实施例中所述的门质量m是不受限制的。通过增加和减少驱动力，也可以驱动质量优选在30kg至400kg范围的门。基于此的实施例在门的导轨中具有用于门2动能的监控器和/或用于门2摩擦的监控器。上述的法向力F_N按照本方法可以在控制装置1中用于附加的摩擦力计算。

Claims

1.用于使控制装置(1)运行的方法，该控制装置用于在有轨输送机构(3)中的门(2)，其中门(2)的打开和/或关闭方向(11)基本垂直于行驶方向，其特征在于，为了控制门(2)使用至少一个加速度传感器(5)的测量值，所述加速度传感器用于测量所述有轨输送机构(3)的加速度，由该测量值和用于门的最大许用的关闭力(F_SK，max)确定用于门(2)的可活动的部件的驱动力(F_A)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除了所述加速度传感器(5)的测量值，为控制门(2)使用至少一个用于测量输送机构(3)的坡度(α)和/或倾斜度(β)的倾斜度传感器(6)的测量值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述倾斜度传感器(6)的测量值并通过门(2)的在打开和/或关闭方向(11)上可活动的部件的质量(m)，确定通过有轨输送机构(3)的运动和/或位置而作用于门(2)的可活动的部件上的影响力(F_z)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述影响力(F_z)至少通过平行于门(2)的打开和/或关闭方向(11)的分力起作用。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述影响力(F_z)至少通过垂直于门(2)的打开和/或关闭方向(11)的分力起作用。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过电机(1)的驱动力(F_A)来驱动门(2)。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述门(2)是内门。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加速度传感器(5)测量有轨输送机构(3)的纵向加速度。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加速度传感器(5)测量有轨输送机构(3)的横向加速度。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述倾斜度传感器(6)测量有轨输送机构(3)的横向倾斜度(β)。

11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述倾斜度传感器(6)测量有轨输送机构(3)的纵向倾斜度(α)。

12.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据加速度传感器(5)和/或倾斜度传感器(6)的测量值，确定产生驱动力的电机(1)的电流。

13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述倾斜度传感器(6)的测量值并通过门(2)的在打开和/或关闭方向(11)上可活动的部件的质量(m)，确定通过有轨输送机构(3)的运动和/或位置而作用于门(2)的可活动的部件上的加速度力和/或下坡力。

14.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述门(2)是推拉门。

15.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加速度传感器(5)测量有轨输送机构(3)的离心力。

16.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述倾斜度传感器(6)测量有轨输送机构(3)的坡度。

17.有轨输送机构(3)，具有电驱动的门(2)和用于控制该电驱动的门(2)的控制装置(1)，其中控制装置(1)能够与驱动装置(10)连接，并具有用于求出门(2)的驱动力(FA)的计算单元以及用于调节驱动装置(10)的电机电流的电流调节器，并与至少一个用于测量有轨输送机构(3)的加速度的加速度传感器(5)连接。

18.如权利要求17所述的有轨输送机构，其特征在于，所述控制装置(1)能够与至少一个测量输送机构(3)的坡度(α)和/或倾斜度(β)的倾斜度传感器(6)连接。