JP2007009650A - ドア開閉アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができるドア開閉アシスト装置を提供すること。
【解決手段】 操作者のドア開閉操作を検出するトルクセンサ１０及び位置センサ７１と、ドア開閉の操作力をアシストするモータ１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１０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１に出力させる制御を行うコントローラ８とを備えた。
【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。

従来においては、ドア操作の荷重から、ドアの目標移動速度を設定し、その目標移動速度でドアが開閉移動させるアシスト力を発生させるようアクチュエータを駆動制御している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−３２８９６１号公報（第２−８頁、全図）

しかしながら、従来では、車両のドアに関し、操作を検出して半自動的に開閉するものが多く、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させたものではなかった。

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、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることが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、操作者のドア開閉操作を検出するドア操作検出手段と、ドア開閉の操作力をアシストするアクチュエータと、仮想的に設定した軽いドアの操作を目標として設定し、前記目標と前記ドア操作検出手段のドア開閉操作との偏差を小さくするアシスト力を前記アクチュエータに出力させる制御を行う制御手段と、を備える、ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。

よって、本発明にあっては、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

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、各実施例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２、駆動プーリ３、ガイドプーリ４ａ〜４ｃ、駆動アーム５、スライドドア６、支持部材７、位置センサ７１、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２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２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〜４ｃ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。
なお、支持部材７の内部には、支持部材７の位置を検出することで、スライドドア６の開閉位置を検出する位置センサ７１を有している。

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、位置センサ７１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５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。
加速度演算部８１は、ドアの操作位置の変位ｘを２回微分することにより加速度αを演算する。
目標操作力演算部８２は、加速度αと仮想ドア質量Ｍから、目標操作力（Ｆ＝Ｍα）を演算する。
減算器８３は、目標操作力とトルクセンサ１０で検出した操作力の偏差を演算する。

PID制御器８４は、入力された偏差に比例ゲインを乗じる比例制御(P制御)、入力された偏差を積分し積分ゲインを乗じる積分制御(I制御)、入力された偏差を微分し微分ゲインを乗じる微分制御(D制御)により、PID制御により偏差を応答性よく０に近づける駆動指令値演算を行う。
モータ駆動制御部８５は、PID制御器８４で演算した駆動指令値に従ってモータ１を駆動する。

次に作用を説明する。
[待機モードとアシストモードの切替処理]
図４に示すのは、実施例１のドア開閉アシスト装置の操作モードの状態遷移図である。
実施例１のドア開閉アシスト装置においては、アシスト制御を行わない状態である待機状態と、アシスト制御を行う状態であるアシストモードとの２つの状態を有する。
待機状態において、操作力の発生によりドアノブ操作を検出すると、待機状態からアシストモードへ移行する。
アシストモードにおいて、停止位置に位置したことを検出すると、アシストモードから待機モードへ移行する。

[ドアの開閉アシスト制御について]
従来においては、スイッチ操作等により、自動的にスライドドアを開閉させているものがある。これでは、全開と全閉、又はこれに半開を加えたものが普及している。
また、特開平９−３２８９６１のように、操作荷重に対する目標速度で定量的なアシストを行うものもある。

上記はいずれも全開と全閉あるいは途中に半開位置を設けるものの、操作者の意図する開度までを操作するものではない。
これに対し、例えば雨天で車内の人や物を濡らしたくないため、乗り降りに必要充分なだけ開度を開きたい。晴天で車内の人や物に直射日光を当てたくないために、乗り降りに必要充分なだけ開度を開きたい。外部から内部を見られたくないために、乗り降りに必要充分なだけ開度を開きたい。乗員の乗り降りや荷物の載せ降ろしの際に、乗員がドアに体を当てそうなので、もう少しドアを開きたい。車内の通気のために、適度な開度にドアを空けたい。というように、従来のものは、操作者の意図を充分に反映したものではなかった。

これに対し、本実施例１では、操作に応じた分のみのアシストを行うことで、上記のような問題を解決しつつ、操作フィーリングをも向上させる。
しかしながら、その場合に、特開平９−３２８９６１に示すものから考えられるような、操作から目標電流値を決定して、その目標電流値、もしくは目標速度（目標位置）になるよう制御することには、問題がある。
車両において、スライドドアの採用は、従来の前後一方がヒンジ、他方が開くドアに比較して、駐車時の隣の車両や側方の壁等を考慮しても、大きく開口できるのが特徴である。
よって、ドアは必然的に重くなる傾向がある。そのため、操作の開始当初に必要な力は大きなものが必要なのに対し、一端動き始めると慣性が大きく働いてしまうという特徴がある。

そのため、特開平９−３２８９６１に示すような目標電流値、目標速度になるような制御（フィードフォワード制御）を本実施例１でいうアシスト（特開平９−３２８９６１のような定量アシストではない）を行うのであれば、操作当初において、ドアの開閉変位が非常に小さいのに対し、必要な力が大きいため、制御ゲインが非常に大きくなり、アクチュエータの駆動指令値が安定しにくくハンチングを起し易いという特有の課題を生じることになる。

本実施例１が達成するアシストは、操作者の意思で動かそうとする分を軽く操作できるようにしたものであり、特開平９−３２８９６１にあるような自動開閉、その延長にある一定速度で移動するためのアシストとは、まったく異なるものである。

[ドアの開閉アシスト制御]
実施例１のドアアシスト開閉装置では、位置センサ７１を用いて、ドアの開閉位置を検出し、その位置の変化から加速度演算部８１により、加速度がドアの移動の加速度が検出される。さらに、目標操作力演算部８２により、仮想的に設定した軽いドアの質量として、その加速度で操作された場合の操作力を演算し、その操作力を目標操作力とする。

この目標操作力とトルクセンサ１０で検出する実際の操作力との偏差をPID制御器８４へ入力し偏差が０になるようにモータ１を制御する。
これにより、ドア開閉操作に対するアシストがされ、あたかも仮想的に設定した軽いドアを操作しているかのように、軽い操作でドア開閉が成される。
よって、この制御はフィードバック制御である。

図６には、フィードフォワード制御とフィードバック制御によるアシスト力を示すグラフ図である。
図６では、時間に対する操作位置と、時間に対するアシスト力が示してある。フィードフォワード制御においては、上記説明のように制御ゲインが大きいことにより、実際においてもハンチングが生じている。これに対し、実施例１のフィードバックでは、良好な制御結果が得られている。

さらに実施例１のこのフィードバック制御が有利なのは、位置センサ７１により操作位置を検出しているので、設定した仮想的な軽い重量のドアの特性を、その操作位置に応じて設定できる点である。
例えば、全開位置付近では、目標とするドアの特性を重いドアにすることで、全開位置付近でドアの移動速度を小さくするなどである。
このように、本実施例１のドア開閉アシスト装置では、フィードバック制御によって、操作者の操作に応じた分のみがアシストされる。よって、途中のドア開度に操作を止めた場合には、その操作を軽く行うことができるとともに、その操作で得た慣性分がその後の動きに作用するのみであり、実際のドアと同様に、開度を自在に操作できる。

しかも、アシスト作用により老人や女性のように比較的力がない人であっても、自在にドア操作を行える。
さらに、その操作は、自動開閉で感じるような、速く動かそうとしても動かず、遅くもできないというような、操作が意思に反する不満を感じることなく、操作を速くしようとすれば、速くでき、操作を遅くしようとすれば遅くでき、自在に操作できるという良好な操作フィーリングを得られるものとなる。
また、フィードバック制御により外乱による影響でアシスト力が小さくなり過ぎることがなく、必要充分なアシストを行うことができる。

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、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)操作者のドア開閉操作を検出するトルクセンサ１０及び位置センサ７１と、ドア開閉の操作力をアシストするモータ１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１０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１に出力させる制御を行うコントローラ８とを備えるため、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。
ここで、ドア開閉アシスト装置の作用効果について追加説明する。
スライドドアを操作する場合、そのドアを手動で操作する場合に、ドアが重いことにより、慣性がつきすぎることはある。しかしながら、車両の所有者や使用者、搭乗者が、意図的に乱暴なドアの開閉を行うことは考えにくい。よって、操作があった分に対して、アシストを行うことは、軽い良好なドアの操作フィーリングとなる。むしろ、アシストを行うことによって、人や物を閉じるドアで挟みそうになり、止めようとした際、アシスト力が逆に働くことによって、ドアが重くても確実に停止させることが可能になるのである。

また、車両が傾斜しているような場合、ドア操作がより重くなるが、そのことは検出され、アシスト力が大きくなるため、車両が傾斜している場合であっても仮想的な軽いドア質量を操作しているような操作フィーリングを得ることができる。

(2)ドア操作検出手段は、ドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０であり、コントローラ８は、目標とするドア開閉操作力を設定する加速度演算部８１，目標操作力演算部８２と、目標操作力と検出した操作力の偏差を演算する減算器８３と、操作力の偏差が０に近づくようにモータ１への駆動指令値を演算するPID制御器８４と、駆動指令値に従ってモータ１を駆動させるモータ駆動制御部８５であるため、操作者の操作力を軽くするよう、操作力に応じたアシストを行い、あたかも軽いドアを操作しているようにでき、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

(3)ドア開閉操作位置を検出する位置センサ７１を設け、目標操作力設定手段は、位置センサ７１からの位置情報を用いて、ドアの開閉移動の加速度を演算する加速度演算部８１と、アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、加速度演算手段からのドア加速度に仮想的なドア質量を乗じて目標操作力を演算する目標操作力演算部８２とからなるため、操作位置に応じた最も適した目標の操作力になるようにするとともに、操作者の操作力を軽くするよう、操作力に応じたアシストを行い、あたかも軽いドアを操作しているようにでき、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

実施例２は、仮想的な軽いドアの質量を設定し、目標加速度を設定し、実際の加速度との偏差を小さくするよう駆動指令値を演算するドア開閉アシスト装置の例である。

図７は実施例２におけるコントローラのブロック図である。
実施例２では、実施例１同様に、加速度演算部８１により位置センサ７１の操作位置の変位からドア移動の加速度αを演算する。
目標加速度演算部８６は、トルクセンサ１０で検出された実際の操作力ｆと実際のスライドドア６よりも軽い仮想的なドアの質量Ｍを設定し、目標加速度Ａを演算する（Ａ＝ｆ／Ｍ）。
減算器８７は、目標加速度Ａと実際の加速度αの偏差を演算する。
その他構成は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

実施例２では、加速度によるフィードバック制御を行っている。実際のドア質量は一定であり、設定される仮想的なドア質量もほぼ一定であるため、この場合、加速度は操作力を示すのに等しい。
なお、実施例２では、操作位置を検出し、加速度の制御を行うことができるために、例えば、全開、全閉の位置近傍で加速度を大きくならないようにし、ドアの強い当たりの防止などを行うのに適している。
このように加速度によるフィードバック制御を行うようにしてもよい。

効果を説明する。
実施例２のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(4)ドア操作検出手段は、ドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０と、ドアの開閉位置を検出する位置センサ７１であり、コントローラ８は、ドア開閉操作位置からドアの開閉移動の加速度を演算する加速度演算部８１と、アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算部８６と、目標加速度と加速度演算部８１による加速度の偏差を演算する減算器８７と、加速度の偏差が０に近づくようにモータ１の駆動指令値を演算するPID制御器８４と、駆動指令値に従ってモータ１を駆動させるモータ駆動制御部８５であるため、操作位置に応じた最も適した目標の操作加速度になるようにするとともに、操作者の操作力を軽くするよう、操作力に応じたアシストを行い、あたかも軽いドアを操作しているようにでき、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

実施例３は、仮想的なドア質量を設定し、目標加速度を演算し、さらに目標課速度から目標ドア操作位置を演算し、目標操作位置と実際の操作位置の偏差が小さくなるようにフィードバック制御を行うドア開閉アシスト装置の例である。
図８は実施例３のコントローラのブロック図である。
実施例３では、実施例２と同様にトルクセンサ１０から得る操作力から目標加速度演算部８６により目標加速度を演算する。
目標操作位置演算部８８は、目標加速度Ａの２回積分を行うことにより、目標の変位量、つまり目標操作位置を演算する。
減算器８９は、目標操作位置と操作位置の偏差を演算する。

実施例３では、操作位置によるフィードバックを行っている。但し、目標操作位置は、トルクセンサ１０から検出された操作力にから演算されるため、操作する人がドアへ入力する操作力の大小が目標値に考慮される。これにより、操作位置の制御であっても、その操作者の意思に応じたアシスト制御を行うことになる。

効果を説明する。
実施例３にあっては、上記(1)の効果に加えて、以下の効果を有する。
(5)ドア操作検出手段は、ドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０と、ドアの開閉位置を検出する位置センサ７１であり、コントローラ８は、アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算部８６と、ドアの目標加速度からドアの目標開閉位置を演算する目標操作位置演算部８８と、目標開閉位置と位置センサ７１からの開閉位置の偏差を演算する減算器８９と、開閉位置の偏差が０に近づくようにモータ１の駆動指令値を演算するPID制御器８４と、駆動指令値に従ってモータ１を駆動させるモータ駆動制御部８５であるため、操作力を考慮した目標位置を設定し、目標位置に位置するよう制御を行い、操作者の操作力を軽くするよう、操作力に応じたアシストを行い、あたかも軽いドアを操作しているようにでき、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

実施例４は、仮想的な軽いドアを設定し、目標速度を設定し、実際の速度との偏差を小さくするよう駆動指令値を演算するドア開閉アシスト装置の例である。
図９は実施例４におけるコントローラのブロック図である。
実施例４では、実施例２同様に、目標加速度演算部８６により、仮想的なドアの質量Ｍを用いて、目標加速度を演算する。
速度演算部９０は、位置センサ７１かの位置変位ｘを微分することにより、実際のドアの操作速度を演算する。
積分器９１は、目標加速度を積分することにより、目標速度を演算する。
減算器９２は、目標速度と実際の操作速度との偏差を演算する。

実施例４では、目標速度を演算する。この目標速度は、トルクセンサ１０で検出された操作力を演算して求めたものであり、操作者の操作力が考慮されている。これにより、操作速度の制御であっても、その操作者の意思に応じたアシスト制御を行うことになる。
また、操作速度が制御されるため、操作者によるドア操作の際に、ドアが操作者の意思に反して速く動き過ぎることがなく、ドアが操作者の意思に反して遅く動き過ぎることもない。

効果を説明する。
実施例４のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(6)ドア操作検出手段は、ドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０と、ドアの開閉位置を検出する位置センサ７１であり、コントローラ８は、ドア開閉操作位置を微分してドアの開閉速度を演算する速度演算部９０と、アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算部８６と、ドアの目標加速度からドア開閉目標速度を演算する積分器９１と、目標開閉速度と速度演算部９０からの開閉速度の偏差を演算する減算器９２と、開閉速度の偏差が０に近づくようにモータ１の駆動指令値を演算するPID制御器８４と、駆動指令値に従ってモータ１を駆動させるモータ駆動制御部８５であるため、操作力を考慮した目標速度を設定し、目標速度になるよう制御を行い、操作者の操作力を軽くするよう、操作力に応じたアシストを行い、あたかも軽いドアを操作しているようにでき、操作者の意思を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させることができる。

実施例５は、ドアの運動エネルギーが所定値を超えないように上限を設けるようにしたドア開閉アシスト装置の例である。
図１０は実施例５におけるコントローラのブロック図である。
リミッタ部９３は、ドアの運動エネルギーが所定値を超えないように目標速度に上限を設け、積分器９１から出力される目標速度が上限を超えるような場合には、リミッタ部９３からの出力はその上限値となるようにする。

実施例５では、アシスト制御の目標値である目標速度に上限を設ける。これにより、ドアの運動エネルギーを所定値以下に抑えることができる。ドアの運動エネルギーを所定値、例えば１０(J)以下に抑えることは、操作者及び操作者以外の人がスライド移動するドアに当たるような事があっても、問題を生じないようにする。
実施例５では、目標速度に対して上限を設定するため、操作する人やスライドドアの近くにいる人が、速度が速すぎることにより、不快に感じることがないようにできる。

効果を説明する。
実施例５に記載のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(1),(6)に加えて、以下の効果を有する。
(7)目標速度演算手段は、ドアの運動エネルギーが所定値を超えないように目標速度の上下限速度を設定し、目標加速度を積分して演算した目標速度が上下限速度の範囲内となるように制限するリミッタ部９３を設けるため、スライド移動するドアが人に当たっても問題が生じないようにでき、移動するドアが速過ぎることにより人に不快感を与えないようにできる。

実施例６は、アシスト制御に粘性を持たせるようにしたドア開閉アシスト装置の例である。
図１１は実施例６におけるコントローラのブロック図である。
実施例２では、位置センサ７１からの操作位置とトルクセンサ１０からの操作力を検出し、駆動指令値演算部９６が、目標値の設定、フィードバック制御を行う。
さらに、微分器９４は、位置センサ７１からの操作位置の変位を微分し、操作速度を演算する。
乗算器９５は、操作速度に対して予め設定した粘性摩擦係を乗じて、操作速度に比例した粘性摩擦力を演算する。
減算器９７は、駆動指令値演算部９６の出力である駆動指令値から、粘性摩擦力分を減算する。

実施例６では、ドアの実際の速度を微分して求めたドアの操作速度に粘性摩擦係数μを乗じることにより、操作速度に応じた粘性摩擦力を求め、粘性摩擦力とアシスト力の差分を最終的なアシスト力とすることにより、急な操作時には、アシスト力を小さくする。
これにより、急な操作にアシスト力が過剰に加えられることをなくす。また、アシスト制御され、軽く操作されるドアに対して、慣性力が付きすぎることがないようにする。

効果を説明する。
実施例６のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(3)〜(7)に加えて、以下の効果を有する。
(8)ドア開閉操作位置から演算されるドア開閉速度に比例した駆動指令値の補正量を演算し、駆動指令値から前記補正量を減算して補正する、微分器９４，乗算器９５，減算器９７を設けたため、急な操作時に適度にドアの重さを生かせるようして、過剰なアシストを行わないようにできる。

実施例７は、フィードバック制御によるアシスト制御にフィードフォワード制御を加えるようにしたドア開閉アシスト装置の例である。
図１１は実施例７におけるコントローラのブロック図である。図１２は実施例７におけるフィードフォワード制御の例を示す説明図である。
実施例７では、加速度演算部８１、目標操作力演算部８２、減算器８３、PID制御器８４により実施例１同様、操作力に対するフィードバック制御を行う。
さらに、状態判別部９８は、操作力と操作位置から動作状態を判定し、例として待機状態を０、アシスト状態を１とする判定結果を出力する。
フィードフォワード制御器９９は、状態判別部９８による判定結果から、待機状態がアシスト状態に変化する瞬間に大きなアシスト力を発生させる。

ここで、フィードフォワード制御器９９について、説明しておく。フィードフォワード制御器９９には、例えば図１３(a)に示すように状態判別部９８からの出力値をハイパスフィルタにかけ、その出力にフィードフォワードにおけるアシスト力の最大値を乗じたものをフィードフォワード制御によるアシスト力として出力するものを挙げておく。

また、例として、状態が待機状態からアシスト状態に切り替わると同時にタイマをインクリメントし、タイマ値とアシスト力を表すテーブルデータからアシスト力を設定し、フィードフォワード制御によるアシスト力として出力するものも挙げて置く（図１３(b),(c)参照）。
加算器１００は、フィードバック制御による駆動指令値とフィードフォワード制御による駆動指令値を加算する。

実施例７では、実施例１同様のフィードバック制御に対して、フィードフォワード制御を加えている。これにより、アシスト制御の開始時に、上記説明した図１３(a)〜(c)に示すようなフィードフォワード制御による大きな制御量を与えることができる。すると、例えば、ドア操作初期において、ドアが重いためになかなか動かない場合に、アシスト力が充分に付与されるまでの時間を非常に短いものにすることができる。よって、より軽い操作が実現できる。
また、実施例７においては、制御量全体をフィードバック制御とフィードフォワード制御で分配することになり、操作初期のみフィードフォワードが働くようにしているので、ハンチングの問題は生じない。

効果を説明する。
実施例７のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(3)〜(7)に加えて、以下の効果を有する。
(9)ドア開閉操作力とドアの開閉位置から、モータ１の駆動許可状態と駆動禁止状態を切り替える状態判別部９８を設け、駆動禁止状態から駆動許可状態になった後の時間の経過にともなって、所定値から除々に減少する駆動指令値の補正量を演算し、駆動指令値に補正量を加算して補正する、フィードフォワード制御器９９、加算器１００を設けたため、特に操作初期において、さらに軽いドアとして操作を楽に行うようにできる。

実施例８は、操作力がなくなると操作速度による制御に切替る例である。
図１４は実施例８におけるコントローラのブロック図である。
実施例８では、実施例１と同様に、加速度演算部８１、目標操作力演算部８２、減算器８３、PID制御器８４により操作力に対するフィードバック制御を行う。
さらに、速度演算部９０により、操作位置の変位から操作速度rVを演算する。
目標速度決定部１０１は、目標速度tVを決定する。
減算器１０２は、実際の操作速度rVと目標速度tVの偏差を演算する。
動作状態判別部１０３は、ドアノブを操作中であるかどうかを操作力の有無から判断し、操作力がなくなり操作終了しようとしている場合に切替器１０４に切り替え指令を出力する。
切替器１０４は、操作力によるフィードバック制御と目標速度の偏差におけるフィードバック制御の切り替えを行う。

実施例８では、ドアの開閉操作が行われて、その途中において、操作が終了してしまった場合に、動作状態判別部１０３により、それを検出して切替器１０４の切り替えを行う。すると、ドアの操作終了後、実際の操作速度rVと目標速度tVを等しい値にするようアシスト制御を行うことで、ゆるやかに速度を低下させて、急激なブレーキがかかるようなことなく、停止させる。つまり、スライドドアの動きが自然な停止状態になるようにして、操作者に違和感を感じさせることがない。

この操作力がなくなり、切替器１０４で切り替えた際に、速度演算部９０、目標速度決定部１０１、減算器１０２に演算される速度制御は、以下に示すものであってもよい。

図１５に示す速度制御モードの例を説明する。
図１５に示す例では、時間(a)を、操作を終了するためにドアノブから手を離し操作力がなくなった状態とする。この時点では、目標速度tVをある値にする。速度による制御モードに切り替わった後の目標速度tVは、時間とともに徐々に小さくし、ドアの全開、もしくはドアの全閉位置で速度が０になるようにする（図１５の時間(b)位置参照）。

次に図１６に示す速度制御モードの例を説明する。
図１６に示す例では、時間(a)を、操作を終了するためにドアノブから手を離し操作力がなくなった状態とする。この時点では、目標速度tVをある値にする。速度による制御モードに切り替わった後の目標速度tVは、停止直前位置の(b)での目標速度をtV2とする傾きで減速する。さらにその後、停止直前位置の(b)から(c)の停止位置までを目標速度を少なくすることで問題なく開閉操作の終了処理とする。

このように、実施例８では、操作が軽くなることにより、操作者が慣性でドアを開閉させるように力を加えた場合に、問題なく全開、全閉状態へ移行させる。

効果を説明する。
実施例８のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(3)〜(7)に加えて、以下の効果を有する。
(10)ドアの開閉位置が中間位置であり、且つドア開閉の操作力が０になった場合、操作力が０になった時点のドア開閉速度を初期値とするドアの目標開閉速度を設定し、検出値を演算して得られるドア開閉速度が前記目標開閉速度に近づく制御に切り替える動作状態判別部１０３、切替器１０４、速度演算部９０、目標速度決定部１０１、減算器１０２を設けたため、滑らかな停止処理を行うことができ、操作者が違和感を感じないよう停止できる。

(11)目標開閉速度は、検出値を演算して得られるドア開閉速度を初期値として、時間経過にともなって徐々に小さくしていくため、確実にドアの動きを減速させることができる。例えば、車両が傾斜した状態であっても確実にドアを減速させることができる。

(12)目標開閉速度は、検出値を演算して得られるドア開閉速度を初期値として、ドアの開閉位置が全開位置、もしくは全閉位置付近に到達するまでに所定レベルまで低下するため、ドアの開閉操作の終了時におけるドアがストッパ等に当たる衝撃を小さくすることができ、より滑らかに開閉することができる。

実施例９は、自動的なドアの開閉モードを設けた例である。
図１８は、実施例９におけるコントローラのブロック図である。
操作スイッチ１０５は、ドアの操作を行うよう車両又は携帯機に設けられるスイッチである。
アシスト処理部１０６は、上記実施例１〜実施例８で説明したアシスト制御により駆動指令値を演算するものである。
オート処理部１０７は、自動的にドアを移動させて、全開、全閉を行うものである。半開位置を途中に設けてもよい。
切替器１０８は、ドアに対し、ドアノブ操作が行われたならば、アシスト処理部１０６からの駆動指令値をモータ駆動制御部８５へ送るようにし、操作スイッチ１０５へ入力が行われたならば、オート処理部１０７からの駆動指令値をモータ駆動制御部８５へ送る。

図１７は、実施例９における状態遷移図である。
上記説明した実施例１〜実施例８のアシスト制御をアシストモードとし、これと別に、スイッチ操作等による自動的な開閉を行うオートモードを設ける。
モータ１、位置センサ７１などは、共用することが望ましい。

実施例９では、待機状態において、ノブ操作の場合にはアシストモードになるようにし、スイッチ操作等の場合には、オートモードになるようにしている。

効果を説明する。
実施例９のドア開閉アシスト装置にあっては、上記(1)〜(12)に加えて、以下の効果を有する。
(13)ドアノブ操作を検出するトルクセンサ１０と、ドア開閉を自動で行うようモータ１を駆動するオート処理部１０７と、操作内容をオート処理部１０７へ入力する操作スイッチ１０５とを備え、ドアノブ操作がある場合は、アシスト処理部１０６によりドア操作のアシストを行い、操作スイッチ１０５への操作の場合には、操作スイッチ１０５の入力内容に従って、オート処理部１０７で自動的なドアの開閉を行うよう切り替える切替器１０８を設けたため、スライドドアを軽い操作で開閉することができるとともに、自動的な開閉をも行うことができ、非常に使い勝手のよいスライドドアにすることができる。

以上、本発明のドア開閉アシスト装置を実施例１〜実施例９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。

仮想的に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。
位置センサは、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。
ドアの運動エネルギーを所定値以下にする場合、その所定値は、別の実験等により定めればよく、ドアが人に当たった場合が考慮されていることが望ましい。

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操作モードの状態遷移図である。 実施例１のドア開閉アシスト装置のコントローラ８のブロック図である。 フィードフォワード制御とフィードバック制御によるアシスト力を示すグラフ図である。 実施例２におけるコントローラのブロック図である。 実施例３のコントローラのブロック図である。 実施例４におけるコントローラのブロック図である。 実施例５におけるコントローラのブロック図である。 実施例６におけるコントローラのブロック図である。 実施例７におけるフィードフォワード制御の例を示す説明図である。 フィードフォワード制御のアシスト力出力の説明図である。 実施例８におけるコントローラのブロック図である。 速度制御の説明図である。 速度制御の説明図である。 実施例９における状態遷移図である。 実施例９におけるコントローラのブロック図である。

符号の説明

１ モータ
２ 減速機構
３ 駆動プーリ
４ａ〜４ｃ 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 位置センサ
８ コントローラ
８１ 加速度演算部
８２ 目標操作力演算部
８３ 減算器
８４ 制御器
８５ モータ駆動制御部
８６ 目標加速度演算部
８７ 減算器
８８ 目標操作位置演算部
８９ 減算器
９０ 速度演算部
９１ 積分器
９２ 減算器
９３ リミッタ部
９４ 微分器
９５ 乗算器
９６ 駆動指令値演算部
９７ 減算器
９８ 状態判別部
９９ フィードフォワード制御器
１００ 加算器
１０１ 目標速度決定部
１０２ 減算器
１０３ 動作状態判別部
１０４ 切替器
１０５ 操作スイッチ
１０６ アシスト処理部
１０７ オート処理部
１０８ 切替器
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

Claims (13)

1. 操作者のドア開閉操作を検出するドア操作検出手段と、
   ドア開閉の操作力をアシストするアクチュエータと、
   仮想的に設定した軽いドアの操作を目標として設定し、前記目標と前記ドア操作検出手段のドア開閉操作との偏差を小さくするアシスト力を前記アクチュエータに出力させる制御を行う制御手段と、
   を備える、
   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、
   前記ドア操作検出手段は、
   ドア開閉操作力を検出する操作力検出手段であり、
   前記制御手段は、
   目標とするドア開閉操作力を設定する目標操作力設定手段と、
   目標操作力と検出した操作力の偏差を演算する偏差演算手段と、
   操作力の偏差が０に近づくように前記アクチュエータへの駆動指令値を演算する駆動指令値演算手段と、
   駆動指令値に従って前記アクチュエータを駆動させる駆動制御手段である、
   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、
   前記ドア操作検出手段としてドア開閉操作位置を検出する開閉位置検出手段を設け、
   前記目標操作力設定手段は、
   ドアの開閉位置検出手段からの信号を用いて、
   ドア開閉操作位置からドアの開閉移動の加速度を演算する加速度演算手段と、
   ドアの加速度からドアの目標操作力を演算する目標操作力演算手段と、
   からなり、
   前記目標操作力演算手段は、
   アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、
   加速度演算手段からのドア加速度に仮想的なドア質量を乗じて目標操作力を演算する、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
4. 請求項１に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記ドア操作検出手段は、
   ドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、
   ドアの開閉位置を検出する開閉位置検出手段であり、
   前記制御手段は、
   ドア開閉操作位置からドアの開閉移動の加速度を演算する加速度演算手段と、
   アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、前記ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
   目標加速度と前記加速度演算手段による加速度の偏差を演算する偏差演算手段と、
   加速度の偏差が０に近づくように前記アクチュエータの駆動指令値を演算する駆動指令値演算手段と、
   駆動指令値に従って前記アクチュエータを駆動させる駆動制御手段である、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
5. 請求項１に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記ドア操作検出手段は、
   ドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、
   ドアの開閉位置を検出する開閉位置検出手段であり、
   前記制御手段は、
   アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、前記ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
   ドアの目標加速度からドアの目標開閉位置を演算する目標開閉位置演算手段と、
   目標開閉位置と前記開閉位置検出手段からの開閉位置の偏差を演算する偏差演算手段と、
   開閉位置の偏差が０に近づくように前記アクチュエータの駆動指令値を演算する駆動指令値演算手段と、
   駆動指令値に従って前記アクチュエータを駆動させる駆動制御手段である、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
6. 請求項１に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記ドア操作検出手段は、
   ドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、
   ドアの開閉位置を検出する開閉位置検出手段であり、
   前記制御手段は、
   ドア開閉操作位置を微分してドアの開閉速度を演算する速度演算手段と、
   アシストするドアよりも軽い仮想的なドア質量を設定し、前記ドア開閉操作力を仮想的なドア質量で除算して、ドアの目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
   ドアの目標加速度からドア開閉目標速度を演算する目標速度演算手段と、
   目標開閉速度と前記速度演算手段からの開閉速度の偏差を演算する偏差演算手段と、
   開閉速度の偏差が０に近づくように前記アクチュエータの駆動指令値を演算する駆動指令値演算手段と、
   駆動指令値に従って前記アクチュエータを駆動させる駆動制御手段である、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
7. 請求項６に記載のドア開閉アシスト装置において、
   前記目標速度演算手段は、
   ドアの運動エネルギーが所定値を超えないように目標速度の上下限速度を設定し、目標加速度を積分して演算した目標速度が前記上下限速度の範囲内となるように制限する、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
8. 請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、
   ドア開閉操作位置から演算されるドア開閉速度に比例した駆動指令値の補正量を演算し、前記駆動指令値から前記補正量を減算して補正する、補正手段を設けた、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
9. 請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、 ドア開閉操作力とドアの開閉位置から、前記アクチュエータの駆動許可状態と駆動禁止状態を切り替える駆動許可切替手段を設け、
   駆動禁止状態から駆動許可状態になった後の時間の経過にともなって、所定値から除々に減少する駆動指令値の補正量を演算し、前記駆動指令値に前記補正量を加算して補正する、補正手段を設けた、
   ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
10. 請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、
    ドアの開閉位置が中間位置であり、且つドア開閉の操作力が０になった場合、操作力が０になった時点のドア開閉速度を初期値とするドアの目標開閉速度を設定し、検出値を演算して得られるドア開閉速度が前記目標開閉速度に近づく制御に切り替える、
    ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
11. 請求項１０に記載のドア開閉アシスト装置において、
    前記目標開閉速度は、
    検出値を演算して得られるドア開閉速度を初期値として、時間経過にともなって徐々に小さくしていく、
    ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
12. 請求項１０に記載のドア開閉アシスト装置において、
    前記目標開閉速度は、
    検出値を演算して得られるドア開閉速度を初期値として、ドアの開閉位置が全開位置、もしくは全閉位置付近に到達するまでに所定レベルまで低下する、
    ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、
    ドアノブ操作を検出するドアノブ操作検出手段と、
    ドア開閉を自動で行うよう前記アクチュエータを駆動する自動制御手段と、
    操作内容を前記自動制御手段へ入力する入力手段と、
    を備え、
    ドアノブ操作がある場合は、ドア操作のアシストを行い、
    ドアノブ操作がない場合には、前記入力手段の入力内容に従って、自動的なドアの開閉を行うオートスライドモードに切り替える、
    ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。

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