JP4711128B2 - 自動ドアの挟み込み検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、開閉する装置に物体が挟まれたことを検出する挟み込み検出装置に関し、特に外力に応じた電圧を出力する圧電センサの出力に基づいて自動ドアに物体が挟まれたことを検出する自動ドアの挟み込み検出装置に関する。

建築物の自動ドアや、自動車や鉄道などの車両の電動スライドドアでは、モータ等によってドアをスライドさせて開閉する電動開閉装置が備えられている。このような電動開閉装置では、ドアを閉める閉扉動作中にドア枠とドアとの間に物体を挟み込むことがある。このため、この挟み込み状態を検出して閉扉動作を停止させたり、ドアを開ける開扉動作に変更させたりするような制御手段を備えた電動開閉装置の必要性は高い。

例えば下記に出典を示す特許文献１には、車両の電動スライドドアのドアパネルなどの移動体が物体を挟み込んだことを確実に検出できる自動開閉装置が提案されている。この文献に提案された自動開閉装置は、物体の挟み込みによって生じる押圧力を検出する感圧センサを備えている。この感圧センサは、弾性材からなる長尺のチューブの外皮部の内部に、このチューブの中心周りに漸次変位する十字孔を設け、この十字孔の中に互いに離間し且つ十字孔に沿って螺旋状に電極となる複数の導線を配置したものである。物体の挟み込みによって、この感圧センサに押圧力が加わると、外皮部が弾性変形して外皮部の内部の十字孔が潰される。そして、十字孔に配置した複数の導線の内の任意の何れか、又は全てが接触することによって導線間が導通することを検出し、挟み込みを検出するようにしている。

しかし、この感圧センサを例えばドア枠に沿って配置するような場合、センサ自身が受ける曲げや、取り付け時の圧力等によって、その取り付けの自由度が制限される場合がある。そこで、上記のような導体の接触を検出原理とした感圧センサではなく、圧電素子を用いた感圧センサを用いることでこの課題に対応することが考えられる。圧電素子は、外力が加わったことによって導線同士を物理的に接触させるのではなく、外力（応力）に応じて発生する電気分極を利用するものである。つまり、曲げられて配設されていても安定状態において外力が印加されなければ検出信号は出力されない。従って、圧電素子を用いた感圧センサでは、取り付け方法に依らず様々な場所への配置が可能である。また、挟み込みの初期など、外力の弱い時から電圧を発生するので、早期の検出が可能である。下記に出典を示す特許文献２には、この圧電素子を用いた感圧センサを自動車のハッチバックドアに利用する技術が示されている。

特許第３３００６６０号公報（第３４〜３５段落、第１〜３図） 特開２００３−１０６０４８号公報（第５〜７、第１７〜２７段落、第４、５図）

上述したように、圧電センサは振動などによって生じる圧電素子の歪により電圧を生じる圧電効果を利用したセンサである。従って、挟み込み等の衝撃による振動に限らず、他の事象による振動によっても検出信号を出力する。例えば、圧電センサが車両のスライドドアに備えられた場合、スライド動作するドアパネルの振動や、走行中の車両の振動によっても検出信号を出力する。一般的には、この振動は、物体を挟み込んだ場合とは異なり、周波数が高い。その他の事象に起因する振動による検出信号も、多くの場合このように比較的明確な差異を有しているため、圧電センサの出力を所定の条件、例えば周波数に対応する周期の長さを基準として信号処理することにより、目的とする事象である挟み込みを検出することができる。

しかし、全ての事象に起因する振動がそれぞれ明確な差異を有しているとは限らない。車両が斜面に駐車している場合や、舗装路か否かなどの路面の状態などによって、振動特性は変化する。また、モータなどの各種アクチュエータの駆動などによって電源電圧が変動し、圧電センサの検出信号が間延びするような場合もある。ノイズ性の周波数の高い信号が間延びすると、挟み込み時に近い周期を示す可能性もある。

本願発明は上記課題に鑑みてなされたもので、検出信号が挟み込みとは異なる事象に影響された場合でも、良好に挟み込みを検出することのできる自動ドアの挟み込み検出装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するための本発明に係る自動ドアの挟み込み検出装置は、開閉する装置に備えられて前記開閉する装置に生じる外力に応じた電圧信号を出力するセンサ部と、前記電圧信号の周波数を検出する周波数検出手段と、検出された前記周波数が所定の基準周波数より低い場合に前記開閉する装置に物体が挟み込まれたと判定する判定手段とを備えたものであって、下記を特徴とする。
即ち、さらに、前記電圧信号から包絡線状の検波信号を生成する検波手段と、この検波信号の傾きを検出する傾き検出手段とを備え、前記判定手段が、前記周波数と、前記傾きとに基づいて前記判定を行う点を特徴とする。

挟み込み発生時の信号は、突発的な振動として、振幅が大きく、低周波数である。当該開閉する装置の動作に伴う振動などノイズ性の振動は、振幅が小さく、挟み込み時よりは高周波数である。そして、ほぼ同一の機械的振動に起因する信号であるから、挟み込み時以外には、検波信号は、平滑化された平坦な波形を示す。一方、この状態において挟み込みが発生した場合には、検波信号も挟み込み発生時の大きな変化に追従して、平坦ではなく傾きを有するものとなる。従って、電圧信号の周波数に加えて、この傾きを判定条件とすれば、より正確な判定を行うことができる。

一般に圧電体は周囲温度の変化による電圧信号の変動が大きい。従って、季節による気温の変化や、一日の気温の変化、日照による周囲温度の変化等によって検出電圧の変動が考えられる。しかし、環境温度の変動による電圧信号の変動は、温度に応じた一定方向であるため、本発明のように、周波数と検波信号の傾きとに基づいて挟み込みを判定すれば、環境温度の影響も抑制することができる。
このように、本発明によれば、検出信号が挟み込みとは異なる事象に影響されても、良好に挟み込みを検出することのできる自動ドアの挟み込み検出装置を提供することができる。

ここで、周波数検出手段が、電圧信号が振幅の中心部を通過する時間差、即ち周期や半周期の時間に基づいて周波数を検出するものであると、フィルタ等を用いて周波数検出手段を構成する場合に比べて、回路規模を小さくできる。周期に基づいて周波数を検出するような小規模な構成において、同時に振幅を評価するための比較器等を備えることはコストの増大に繋がる。しかし、本発明のように包絡線状の信号を得るための検波回路であれば、ダイオードとコンデンサとを用いた小規模な回路でも構成することができ、全体として小規模な回路を構成できる。

さらに、本発明に係る自動ドアの挟み込み検出装置は、前記判定手段が、前記傾きが所定の基準値よりも小さい場合には、前記周波数に拘らず、前記開閉する装置に物体が挟み込まれていないと判定することを特徴とすることができる。

この特徴構成によれば、電圧信号の周波数が基準を満たしていても、検波信号の傾きが所定の基準値未満である場合には、物体が挟み込まれていないと判定する。従って、ノイズ性の周波数の高い信号が間延びして、挟み込み時に近い周期を示した場合であっても、正確な挟み込みを判定することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る自動ドアの挟み込み検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。図に示すように、本発明に係る自動ドアの挟み込み検出装置は、開閉する装置（自動ドア）に生じる外力に応じた電圧信号を出力するセンサ部１Ａと、この電圧信号の周波数を検出する周波数検出手段２と、検出された周波数に基づいて当該開閉する装置に物体が挟み込まれたと判定する判定手段３とを備えている。
本発明の自動ドアの挟み込み検出装置は、さらに電圧信号から包絡線状の検波信号を生成する検波手段４と、この検波信号の傾きを検出する傾き検出手段５とを備えている。そして、判定手段３は、検出された周波数と傾きとに基づいて当該開閉する装置に物体が挟み込まれたか否かの判定を行う。

判定手段３は、検出された周波数が所定の基準周波数より低い場合に当該開閉する装置に物体が挟み込まれたと判定する。周波数検出手段２による周波数検出方法には種々のものがあるが、本例では、電圧信号が振幅の中心部を通過する時間差に基づいて前記電圧信号の周波数を検出する。つまり、周波数は実際には周期や、周期の半分の時間によって検出される。従って、判定手段３は、基準周波数より低いか否かを、上述した時間差が基準時間よりも長いか否かによって判定する。勿論、このような方法に依らず、フィルタなどを利用して周波数を検出するようにしても構わない。
検波手段４、傾き検出手段５については、後述する。

センサ部１Ａは、図１に示すように圧電センサ１と、必要に応じて増幅手段１ａとを有して構成される。圧電センサは、加速度や振動などの機械的な外力により圧電体に生じる歪によって電荷を生じ、電極間に電圧信号を出力するものである。この電圧信号は、微弱信号であり、また出力インピーダンスも高いため、通常は、インピーダンス変換や信号強度の増強などのために、増幅回路が付加される。図１に示す圧電センサ１は、このような圧電体を利用した圧電センサであり、増幅手段１ａは上記増幅回路に相当するものである。

図２に示すように圧電センサ１は、圧電体１３を２つの電極（符号１１及び１２）で挟んで構成される。加速度や振動などの機械的な外力により圧電体に生じる歪によって生じた電荷は、電極間に電圧信号となって現れる。図２は、導線又は軸心に導電体を巻きつけた第一電極１１と、チューブ状の第二電極１２との間に、圧電体１３を挟み込み、全体を被覆１４で覆って同軸ケーブル状に構成した例を示している。

圧電センサ１は、同軸ケーブル状に構成されているので、径方向の全方向の検出が可能で、屈曲した部位への配設が行い易い。このため例えば、図３に示すように車両３０のスライドドア２０のドアパネル２１の開口端部に良好に配設することができる。勿論ドア枠の開口端部に沿って圧電センサ１を配設してもよい。以下、本例では、開閉する装置（自動ドア）として車両の電動スライドドア装置を示し、これに圧電センサ１が備えられた場合を例として本発明を説明する。しかし、これに限らず適宜、建物の自動ドアや回転ドア、鉄道のドア等にも適用することができる。

図４は、挟み込み発生時にセンサ部１Ａから出力される電圧信号Ｗ１及び電圧信号Ｗ１から生成される包絡線状の検波信号Ｅ１の例を示す波形図である。図４（ａ）に示すように電圧信号Ｗ１が振幅の中心部Ｃを通過する時間差Ｔ１（いわゆるゼロクロス時間）に基づいて周波数が検出される。ここで、検波手段４は、図４（ａ）に破線で示したように、電圧信号Ｗ１から包絡線状の検波信号Ｅ１を生成する。検波手段４は、例えば、半波整流回路や積分回路などよって構成される。

図４（ｂ）は、検波信号Ｅ１のみを抜き出して示したものである。挟み込み発生時の信号は、突発的な振動として、振幅が大きく、低周波数である（概ね１０Ｈｚ程度）。ドアパネル２１の移動に伴う振動などノイズ性の振動は、振幅が小さく、挟み込み時よりは高周波数である。従って、検波信号Ｅ１は、挟み込み時以外には、平滑化された平坦な波形を示し、挟み込み発生時のみ大きな変化、即ち傾きを有する。本例では、挟み込み発生を示す時間差Ｔ１の前半部分Ｓ１において、大きな上り方向の傾きＧ１が見られる。この傾きは、傾き検出手段５により検出される。傾き検出手段５は、微分回路や、単位時間当たりの電圧変化量を比較する比較回路などによって構成される。

一方、図５は、非挟み込み発生時にセンサ部１Ａから出力される電圧信号Ｗ２及び電圧信号Ｗ２から生成される包絡線状の検波信号Ｅ２の例を示す波形図である。但し、この例では、ノイズ性の信号が、振幅は小さいものの、挟み込み時と同様の周波数を有している場合の例を示している。
図５（ａ）に示すように電圧信号Ｗ２が振幅の中心部Ｃを通過する時間差Ｔ２に基づいて周波数を検出し、この周波数に基づいて判定手段３が挟み込みを判定すると、ノイズ性の信号に基づいて挟み込みと判定する場合がある。

ここで、検波手段４は、図５（ａ）に破線で示したように、電圧信号Ｗ２から包絡線状の検波信号Ｅ２を生成するが、ノイズ性の信号の振幅が小さいために、検波信号Ｅ２は平滑化された平坦な波形を示す。従って、図５（ｂ）に示すように、周期の長いノイズ性の信号の時間差Ｔ２の前半部分Ｓ２においても、大きな上り方向の傾きは見られない。この期間における傾きＧ２は、その他の期間と同様に小さい値である。

判定手段３は、周波数検出手段２が検出した周波数と、傾き検出手段５が検出した傾きとに基づいて、スライドドア２０に物体が挟み込まれたか否かを判定する。つまり、図４に示したように、時間差Ｔ１が所定の基準時間以上であって、傾きＧ１が所定の基準値以上である場合に、物体が挟み込まれたと判定する。一方、図５に示したように、時間差Ｔ２が所定の基準時間以上であって、傾きＧ２が所定の基準値未満である場合には、物体が挟み込まれていないと判定する。換言すれば、判定手段３は、傾きが所定の基準値よりも小さい場合には、周波数に拘らず、当該開閉する装置に物体が挟み込まれていないと判定する。

一般に圧電体は周囲温度の変化による電圧信号の変動が大きい。従って、季節による気温の変化や、一日の気温の変化、日照による周囲温度の変化等によって検出電圧の変動が考えられる。特に自動車のスライドドアの挟み込み検出に適用しようとする場合には、対応することが必要な周囲温度の幅がさらに大きく、周囲温度による検出電圧の変動は大きな問題である。
しかし、環境温度の変動による電圧信号の変動は、温度に応じた一定方向であるため、本発明のように、周波数と検波信号の傾きとに基づいて挟み込みを判定すれば、環境温度の影響を抑制することができる。

また、自動車のスライドドアに適用された場合、閉扉動作中に当該自動車が発進することがある。この場合にも、挟み込みの検出が必要であるため、一般的には、車両の速度が概ね時速５ｋｍ程度までは、挟み込み検出を行う。この場合、発進に応じてノイズ性の振動が発生するので、検波信号は傾きを生じることになる。しかし、このようなノイズ性の信号は一般的に挟み込み時に比べて高周波数であるので、挟み込みと検出されることはない。

以上、説明したように、本発明によって、検出信号が挟み込みとは異なる事象に影響された場合でも、良好に挟み込みを検出することのできる自動ドアの挟み込み検出装置を提供することができる。

本発明に係る自動ドアの挟み込み検出装置の構成を模式的に示すブロック図 図１の圧電センサの構成例を示す模式図 車両のスライドドアに図２の圧電センサを配設する例を示す説明図 挟み込み発生時にセンサ部から出力される電圧信号及び電圧信号から生成される包絡線状の検波信号の例を示す波形図 非挟み込み発生時にセンサ部から出力される電圧信号及び電圧信号から生成される包絡線状の検波信号の例を示す波形図

符号の説明

１Ａ：センサ部
１ ：圧電センサ
１ａ：増幅手段
２ ：周波数検出手段
３ ：判定手段
４ ：検波手段
５ ：傾き検出手段

Claims (2)

1. 開閉する装置に備えられて前記開閉する装置に生じる外力に応じた電圧信号を出力するセンサ部と、前記電圧信号の周波数を検出する周波数検出手段と、検出された前記周波数が所定の基準周波数より低い場合に前記開閉する装置に物体が挟み込まれたと判定する判定手段とを備えた自動ドアの挟み込み検出装置であって、
   前記電圧信号から包絡線状の検波信号を生成する検波手段と、この検波信号の傾きを検出する傾き検出手段とを備え、
   前記判定手段は、前記周波数と、前記傾きとに基づいて前記判定を行う自動ドアの挟み込み検出装置。
2. 前記判定手段は、前記傾きが所定の基準値よりも小さい場合には、前記周波数に拘らず、前記開閉する装置に物体が挟み込まれていないと判定する請求項１に記載の自動ドアの挟み込み検出装置。

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