JP2015218466A - ドア開閉装置およびドア開閉方法 - Google Patents

ドア開閉装置およびドア開閉方法 Download PDF

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Abstract

【課題】開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を提供すること。【解決手段】モータと前記モータの回転数をPWM制御により制御する制御部とを有し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、前記制御部は、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたPWM周波数にて前記モータの前記PWM制御を行い、前記被設置体は、前記モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、前記車両と、を含むドア開閉装置。【選択図】図1

Description

本発明は、ドア開閉装置およびドア開閉方法に関するものである。
車両のバックドアやスライドドア等には、手動による開閉に加え、ドア開閉装置による開閉が可能なものがある(たとえば、特許文献1を参照。)。また、手動による開閉をドア開閉装置がアシストし、操作者の負担を軽減するものがある。このようなドア開閉装置は、モータの回転数を制御部によりPWM(Pulse Width Modulation)制御することにより、ドアを開方向又は閉方向に移動させる。
特開2005−082019号公報
このようなPWM制御により制御されるモータを備えるドア開閉装置によりドアを開閉させると、想定より大きな音が生じる場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ドアを開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るドア開閉装置は、モータと前記モータの回転数をPWM制御により制御する制御部とを有し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、前記制御部は、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたPWM周波数にて前記モータの前記PWM制御を行うことを特徴とする。
また、本発明に係るドア開閉装置は、上記発明において、前記被設置体は、前記モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、前記車両と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るドア開閉装置は、上記発明において、前記PWM周波数は前記共振点の周波数より高いことを特徴とする。
また、本発明に係るドア開閉方法は、モータの回転数をPWM制御により制御し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉方法であって、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定したPWM周波数にて前記モータの前記PWM制御を行うことを特徴とする。
また、本発明に係るドア開閉方法は、上記発明において、前記被設置体は、前記モータを収容する収容部と、当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、前記車両と、を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るドア開閉方法は、上記発明において、前記共振点の周波数より高い前記PWM周波数にて前記PWM制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、制御部が、モータと当該モータが設置される被設置体との共振点をずらすように設定されたPWM周波数にてPWM制御を行うので、ドアを開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
図1は、本発明の実施の形態であるドア開閉装置の構成を示す模式図である。 図2は、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図3は、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図4は、本実施の形態の制御部の動作を表すブロック図である。 図5は、本実施の形態のドア開閉装置を車両に設置し、開閉動作させた場合の音圧を計測した結果を表す図である。 図6は、本実施の形態のドア開閉装置をスライドドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。 図7は、図6を車両上方側から見た場合の模式図である。
以下に、図面を参照して本発明に係るドア開閉装置およびドア開閉方法の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態に係るドア開閉装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態であるドア開閉装置の構成を示す模式図である。本実施の形態のドア開閉装置は、車両のバックドアやスライドドア等を電動で開閉する、または、操作者の開閉をアシストするためのものである。ドア開閉装置1は、図1に示すように、モータ2と、出力軸3と、伝達機構4と、制御部Cとを備える。また、伝達機構4は、図1に示すように、第1の遊星歯車機構5と、センサ機構6と、第2の遊星歯車機構7と、第3の遊星歯車機構8とを備える。なお、制御部Cとセンサ機構6とには、車載電源から電力が供給されている。
モータ2は、ドアを開閉する動力を発生させるものであり、収容部としての筒状のモータケース201内に図示しない回転子や電磁石等が収容されている。電磁石は、制御部Cに接続しており、制御部CによりPWM制御にて制御される。出力軸3は、ドアを開閉する動力を出力するものであり、伝達機構4を介してモータ2の回転軸に接続している。出力軸3には、ドアを開閉するために出力する動力を、開閉部材を介してドア又は車両本体に伝達するためのアーム9が取り付けられている。アーム9は、図示しない取り付け孔にスペーサを介在させてボルト901を挿通し、ボルト901と出力軸3の取り付け孔(図示せず)とを螺合させることにより取り付けられている。
モータケース201は、モータ2を収容するものであり、たとえば樹脂、アルミ等からなる。
伝達機構4は、モータ2の動力を出力軸3に伝達するものであり、モータ2側から第1の遊星歯車機構5、センサ機構6、第2の遊星歯車機構7、第3の遊星歯車機構8の順にモータ2の回転軸の軸線方向に並んでいる。
第1の遊星歯車機構5は、モータ2から入力された動力を減速して出力する第1の減速機構である。この第1の遊星歯車機構5の減速機構を構成する各部材は、モータケース201に接続されたギアケース501内に収容されている。また、ギアケース501は、ドア開閉装置1を車両本体又はドアに固定するための固定手段としてのブラケットB1を有している。第1の遊星歯車機構5に入力された動力は、減速されてセンサ機構6に出力される。
センサ機構6は、ドア開閉装置1の駆動状況を検出するための機構である。このセンサ機構6は、モータケース201にボルト603で固定されたセンサケース601、602内に収容された図示しないマグネットシャフト、マグネットリング、GMR(Giant Magneto Resistance effect)センサを備える。
マグネットシャフトは、マグネットリングを嵌着され固定する。マグネットリングは、平板リング状の部材であって、周回りに沿ってS極とN極とが交互に配置するよう着磁されている。GMRセンサは、センサケース602に固定されている。
マグネットシャフトは、第1の遊星歯車機構5から入力される動力により回転する。マグネットシャフトが回転すると、マグネットシャフトとマグネットリングとは一体となって回転する。マグネットリングが回転すると、GMRセンサがマグネットリングからの磁束密度を検出してパルス信号を発生する。このように発生したパルス信号をパルスセンサによって検出することにより、ドア開閉装置1の駆動状況、特に回転速度および回転方向を検出することができる。また、センサ機構6に入力された動力は、マグネットシャフトから第2の遊星歯車機構7に出力される。
2段の遊星歯車機構で構成された第2の遊星歯車機構7および第3の遊星歯車機構8は、センサ機構6を介して第1の遊星歯車機構5から入力された動力を減速して出力する第2の減速機構である。この2段の遊星歯車機構の減速機構を構成する各部材は、ギアケース701、801内に収容されている。第2の遊星歯車機構7に入力された動力は、減速されて出力軸3に出力される。
なお、ギアケース701、801は、ドア開閉装置1を車両本体又はドアに固定するための固定手段としてのブラケットB2を介挿され、ボルト802によりセンサケース602に固定されている。
つぎに、本実施の形態のドア開閉装置1の設置例を説明する。図2、3は、本実施の形態のドア開閉装置をバックドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。図2はバックドアが閉の状態、図3はバックドアが開の状態を表す。また、図2(a)、図3(a)は、車両後方の全体図を表し、図2(b)、図3(b)は、それぞれ図2(a)、図3(a)の部分拡大図である。図2、3に示すように、本実施の形態のドア開閉装置1は、車両100の幅方向に水平となる状態で車両100の天井に固定手段としてのブラケットB1、B2により固定されている。そして、ドア開閉装置1に接続されたアーム9には開閉部材としてのロッドRの一端が接続されている。また、ロッドRの他端には開閉部材としてのヒンジ102が接続されている。ヒンジ102の一端は、ブラケットB3により車両100の天井に固定されている。また、ヒンジ102の他端は、バックドア101に固定されている。
制御部Cが、車載電源から電力を供給されて、モータ2に所定の周波数(PWM周波数)、所定のデューティー比のパルス電流を入力すると、モータ2はそのデューティー比に応じた回転数で回転駆動する。このとき、パルス電流のデューティー比を大きくするとモータ2の回転数は大きくなり、デューティー比を小さくするとモータ2の回転数は小さくなる。これによりモータ2はPWM制御される。駆動したモータ2の動力は伝達機構4を介して出力軸3に伝達され、出力軸3が回転する。そして、出力軸3が回転すると、図2、3に示すように、出力軸3を中心としてアーム9が旋回することになり、ロッドR、ヒンジ102が連動して回転しバックドア101を開閉動作する。なお、バックドア101を開動作するか閉動作するかによってモータ2の回転方向が切り替えられる。モータ2の回転方向の切り替えは、パルス電流を流す方向を切り替えることによって実現される。
ここで、ドア開閉装置1が手動によるドアの開閉をアシストする場合における、制御部Cによるモータ2のPWM制御について説明する。図4は、本実施の形態の制御部の動作を表すブロック図である。図4に示すように、制御部Cは、ECU(Electronic Control Unit)C1と、ECUC1の一部であるMPU(Micro Processing Unit)C2と、ECUC1からの制御信号に応じてモータ2をPWM制御する制御回路C3と、を含む。MPUC2は、操作判定部C21と、回転数演算部C22と、回転方向切替部C23とを含む。制御回路C3は、モータ2をPWM制御するためのスイッチング素子と、パルス電流を流す方向を切り替えてモータ2の回転方向を切り替えるためのリレー回路とを備えている。また、ECUC1には、センサ機構6に接続されたパルスセンサS1と、バックドア101に取り付けられた角速度センサである回転センサS2と、温度センサS3とから電気信号が入力される。
まず、ユーザ操作が行われてバックドア101が開動作または閉動作され、バックドア101の位置が移動すると、ヒンジ102、ロッドRおよびアーム9を介して動力が伝達され出力軸3が回転する。出力軸3が回転すると、ドア開閉装置1内の各機構により動力が伝達し、センサ機構6のマグネットリングが回転する。マグネットリングが回転すると、GMRセンサがマグネットリングからの磁束密度を検出してパルス信号を発生する。発生したパルス信号はパルスセンサS1に検出され、パルスセンサS1は検出したパルス信号に応じた電気信号を出力する。
また、ユーザ操作が行われてバックドア101の位置が移動すると、バックドア101に取り付けられた回転センサS2がドアの位置、移動速度、移動方向を検出する。回転センサS2は、検出した各情報に対応する電気信号を出力する。
また、温度センサS3は、車両100の外気温に応じた電気信号を出力する。
つぎに、各センサから出力された各電気信号はMPUC2の操作判定部C21に入力される。操作判定部C21は、モータ2をどれだけの回転速度で駆動させるかを判定し、また、モータ2を開方向、閉方向のいずれの方向に回転させるかを判定する。なお、操作判定部C21は、温度センサS3から入力される電気信号から車両100の外気温を感知し、この外気温に応じて回転速度の判定を行うようにしてもよい。
続いて、操作判定部C21は、その判定結果を回転数演算部C22と回転方向切替部C23とに入力する。回転数演算部C22は、バックドア101を所定の移動速度で動作させるため、パルスセンサS1から入力された現在のドア開閉装置1の駆動状況(回転速度および回転方向)と、操作判定部C21から入力された判定結果とから、所定のバックドア101の移動速度を得るために必要なモータ2の回転数を演算し、かつその回転数を実現するためのPWM制御のデューティー比を演算する。なお、PWM周波数について、後述する所定の値に設定されており、その情報はたとえば回転数演算部C22の記憶部に記憶されている。そして、ECUC1は、回転数演算部C22により算出されたデューティー比および設定されたPWM周波数をPWM制御信号として制御回路C3に出力する。
回転方向切替部C23は、操作判定部C21から入力された判定結果から、モータ2を所定の方向に回転させるためのリレー回路制御信号を出力する。
制御回路C3は、入力されたPWM制御信号およびリレー回路制御信号により、モータ2に所定の方向に流れる所定のデューティー比および周波数のパルス電流を供給する。その結果、モータ2が駆動し所望のドアの開閉動作が行われる。
ここで、PWM制御によりモータ2を制御する場合、モータ2が設置される被設置体が共振することにより、ドア開閉装置1を開閉動作させる際に生じる音が想定される音量よりも大きくなる場合がある。なお、被設置体とは、収容部としてのモータケース201や、固定手段としてのブラケットB1、B2、車両100等を含み、これらの各部またはこれら全体が共振する場合がある。共振は、モータ2のPWM制御におけるPWM周波数と、被設置体の剛性や質量によって定まる固有振動数とが近い場合に生じる。
なお、固有振動数は、たとえば以下の式で表される。
(固有振動数)=(モータ2の被設置体への支持上限等で決まる係数)
×√(剛性/質量)
そこで、本実施の形態のドア開閉装置1では、制御部Cは、モータ2が設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたPWM周波数にてモータ2のPWM制御を行っている。これにより、バックドア101を開閉動作させる際に生じる音が小さくなる。
図5は、本実施の形態のドア開閉装置を車両に設置し、開閉動作させた場合の音圧を計測した結果を表す図である。図5において、横軸はPWM制御のPWM周波数(kHZ)であり、縦軸はドア開閉装置1を開閉動作させた場合の音圧(dB−A)である。なお、音圧(dB−A)は、人間の可聴域を外れる高周波を除いた音圧である。具体的には音圧を測定する測定器に15kHz以上の高周波の音をカットするローパスフィルタを取り付けて測定を行った。なお、音圧の測定器として小野測器社製の騒音計(型番:LA511)を用いた。また、ローパスフィルタとして小野測器社製のローパスフィルタ(型番:NS−5150)を用いた。
図5の測定は、実際にドア開閉装置1を車両100に取り付けてバックドア101を開閉動作させて行った。また、測定は、モータケース201がアルミケースの場合と、モータケース201が樹脂ケースの場合において、それぞれ開動作時、閉動作時において行った。図5に示すように、アルミケースの場合、音圧が最も大きくなる共振点は15kHzであった。したがって、モータケース201としてアルミケースを用いる場合、PWM周波数を15kHzからずらして設定する。これにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置1が実現される。また、樹脂ケースの場合、共振点は14kHzであった。したがって、モータケース201として樹脂ケースを用いる場合、PWM周波数を14kHzからずらして設定する。これにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置1が実現される。
このように、本実施の形態に係るドア開閉装置1は、モータ2が設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたPWM周波数にてモータ2のPWM制御を行うことにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置となっている。
なお、設定されるPWM周波数は、共振点の周波数より高いことが好ましく、15kHz以上であることがより好ましい。これは、人間の聴覚は高周波ほど感度が弱く、15kHz以上で人により可聴域を外れるためである。
また、PWM周波数が高い場合、ECUC1の発熱量も大きくなることがある。このような場合には、ドア開閉装置1を放熱性の高い構成とする等の、ECUC1に対するハードウェア的な放熱対策を施すことが好ましい。
ここで、図5の測定においては、モータケース201の材料を変えて測定を行ったが、共振は、モータケース201だけでなく、それと接続するブラケットB1、B2や、車両100等を含めた被設置体が共振する場合がある。そのため、ドア開閉装置1を取り付ける車両ごとに共振点が異なる場合がある。したがって、取り付ける車両ごとに実際にドア開閉装置1をその車両に取り付け、ドアを開閉動作させた場合の音圧を測定し、測定結果から共振点を検出し、共振点とPWM周波数とをずらすように設定し、制御部の記憶部、好ましくは書き換え可能な記憶部に記憶させることにより開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
なお、車両は、車種ごとに略同一の部品から構成されているものであるから、車種ごとに最適なPWM周波数を設定することも有効である。
さらに、本実施の形態のドア開閉装置1は、バックドア101に限らず、車両100の側部に設けられるスライドドアの開閉に用いることも可能である。
図6は、本実施の形態のドア開閉装置をスライドドアの開閉に用いる場合の設置例を示す模式図である。図7は、図6を車両上方側から見た場合の模式図である。スライドドア103は、車両100に設けたガイドレール104に沿って車両前後方向に移動する。本実施の形態のドア開閉装置1をスライドドア103の開閉に用いる場合、たとえば、図6に示すように、スライドドア103の内部にドア開閉装置1を設置する。ドア開閉装置1は、出力軸3の回転軸線の方向が車両上下方向になるように設置し、出力軸3には第1の回転ドラム902aを取り付ける。第1の回転ドラム902aは出力軸3の回転軸線で回転するように取り付ける。ドア開閉装置1を用いてスライドドア103を開閉するときには、第1の回転ドラム902aおよび第2の回転ドラム902bにより、ガイドレール104に沿って設けられたケーブル105を巻き取る一方で送り出す。これにより、スライドドア103がガイドレール104に沿って移動する。
このように、本実施の形態に係るドア開閉装置1をスライドドア103に設置する場合においても、モータ2が設置される被設置体の共振点からずらすようにPWM周波数を設定することにより、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置を実現することができる。
以上のように、本実施の形態に係るドア開閉装置1は、開閉動作させる際に生じる音が小さいドア開閉装置である。
なお、上記では、ドア開閉装置1が手動によるドアの開閉をアシストする場合における、制御部Cによるモータ2のPWM制御について説明したが、手動による開閉動作無しにドア開閉装置1がドアの開閉を行う場合にも適用できる。この場合は、たとえばユーザはリモコンキー等でドアの開閉を指示する指示信号を送信する。このとき、制御部Cは指示信号を受け付け、操作判定部C21が、モータ2をどれだけの回転速度で駆動させるか、および、モータ2を開方向、閉方向のいずれの方向に回転させるかを判定する。
また、第1の遊星歯車機構5、第2の遊星歯車機構7、第3の遊星歯車機構8は、上述したような構成に限らず、他の構成であってもよい。たとえば、モータ2に接続する減速機構は、遊星歯車機構に限らず、サイクロイド減速機構であってもよく、平歯車を用いた減速機構を用いてもよい。また、減速機構は3段に限られず、0〜2段、または4段以上の複数段であってもよい。
また、ドア開閉装置1はクラッチ機構を備えていてもよい。クラッチ機構は、たとえば電磁クラッチであるが、他の構成であってもよい。また、ドア開閉装置1はブレーキ機構を備えていてもよい。ブレーキ機構は、たとえばスプリング式であるが、他の構成であってもよい。
また、出力軸3には、出力軸3の回転を出力軸3の回転軸線とは異なる方向の回転軸線での回転に変換できるユニバーサルジョイント、出力軸3の回転軸線と直交する回転軸線で回転する軸線方向変換機構、出力軸3から出力する回転運動を軸心方向に沿った直線運動に変換する運動変換機構等を取り付ける構成であってもよい。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 ドア開閉装置
100 車両
101 バックドア
102 ヒンジ
103 スライドドア
104 ガイドレール
105 ケーブル
2 モータ
201 モータケース
3 出力軸
4 伝達機構
5 第1の遊星歯車機構
501、701、801 ギアケース
6 センサ機構
601、602 センサケース
603、802、901 ボルト
7 第2の遊星歯車機構
8 第3の遊星歯車機構
9 アーム
902a 第1の回転ドラム
902b 第2の回転ドラム
A シャフトロッド
B1、B2、B3 ブラケット
C 制御部
C1 ECU
C2 MPU
C21 操作判定部
C22 回転数演算部
C23 回転方向切替部
C3 制御回路
S1 パルスセンサ
S2 回転センサ
S3 温度センサ

Claims (6)

  1. モータと前記モータの回転数をPWM制御により制御する制御部とを有し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉装置であって、
    前記制御部は、前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定されたPWM周波数にて前記モータの前記PWM制御を行うことを特徴とするドア開閉装置。
  2. 前記被設置体は、
    前記モータを収容する収容部と、
    当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、
    前記車両と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のドア開閉装置。
  3. 前記PWM周波数は前記共振点の周波数より高いことを特徴とする請求項1または2に記載のドア開閉装置。
  4. モータの回転数をPWM制御により制御し、前記モータの動力により車両のドアの開閉を行うドア開閉方法であって、
    前記モータが設置される被設置体の共振点からずらすように設定したPWM周波数にて前記モータの前記PWM制御を行うことを特徴とするドア開閉方法。
  5. 前記被設置体は、
    前記モータを収容する収容部と、
    当該ドア開閉装置を前記車両に固定する固定手段と、
    前記車両と、を含むことを特徴とする請求項4に記載のドア開閉方法。
  6. 前記共振点の周波数より高い前記PWM周波数にて前記PWM制御を行うことを特徴とする請求項4または5に記載のドア開閉方法。
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