JP5273105B2 - 電気駆動式ドアの駆動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道車両等において電動機によって開閉駆動される電気駆動式ドアの駆動制御装置に関し、特に、電気駆動式ドアの安定した動作を実現するための電気駆動式ドアの駆動制御装置に関する。

例えば、鉄道車両の側引戸においては、電動機によって駆動される電気駆動式ドアが採用されている。
図２はこの種の電気駆動式ドアの制御装置の概略構成を示すブロック図、図５は従来の制御装置の具体的構成を示すブロック図である。

図２において、鉄道車両の車体には、乗降客が乗降に使用する側引戸用戸閉め装置を構成する電気駆動式ドア１が設けられ、この電気駆動式ドア１の各ドア部１ａ，１ｂの閉じる側の先端には戸先ゴム２が取付けられている。また、電気駆動式ドア１を開閉駆動するためのドア駆動機構１４は、電動機の駆動力をドア開閉のための直線運動に変換または伝達する変換伝達機構等から構成されている。さらに、鉄道車両の車体には、ドア駆動機構１４とドアリーフとを連結する連結部４と、電気駆動式ドア１の位置を検出して位置検出値Ｐｍを出力する位置検出器１５とが設けられている。

制御装置１０は図５に示すように、ドア指令発生器１１、速度制御器１２、電気駆動系１３、速度検出器１６、加算器２１から構成されている。ドア指令発生器１１は、電気駆動式ドア１の開動作または閉動作を指示する開閉動作指令Ｃと位置検出器１５の出力である位置検出値Ｐｍとから予め記憶されたテーブルを参照して速度指令値Ｖｂを演算する。速度制御器１２は、比例積分調節器から構成され、速度指令値Ｖｂと速度検出値Ｖｍとの速度偏差を演算する加算器２１からの出力信号が入力され、この速度偏差信号に基づいて比例積分演算を行って速度偏差が減少するような推力指令値Ｔｂを出力する。電気駆動系１３は、推力指令値Ｔｂに基づいて内部の半導体スイッチング素子のオン／オフにより電力変換動作を行うインバータ等の電力変換器と、この電力変換器から電力が供給されるリニアモータまたは回転型モータ等のドア駆動用の電動機とから構成されている。速度検出器１６は、位置検出器１５から出力される位置検出値Ｐｍを用いて電気駆動式ドア１の速度を演算し、速度検出値Ｖｍとして出力する。

このような構成において、ドアの開閉動作を指示する開閉動作指令Ｃが入力されると、ドア指令発生器１１では位置検出値Ｐｍに基づいてテーブルを参照して速度指令値Ｖｂを出力する。速度制御器１２では、加算器２１で得られる演算速度指令値Ｖｂと速度検出値Ｖｍとの偏差に基づいて推力指令値Ｔｂを演算して出力する。電気駆動系１３では、推力指令値Ｔｂに従って電気駆動式ドア１を開閉するための推力Ｔを発生し、ドア駆動機構１４を駆動して電気駆動式ドア１を制御する。なお、Ｔｄは電気駆動式ドア１の戸開閉時に乗降客やその所持品との接触あるいは挟み込み等の外乱による外力（外乱）であり、この外力の影響を受けることにより電気駆動系１３が出力する推力Ｔは外乱Ｔｄが加算された値となってドア駆動機構１４に伝達される。

上記のように、電動機によって駆動される電気駆動式ドア１においては、戸開閉時に乗降客やその所持品との接触あるいは挟み込み等による外乱Ｔｄの影響を受けることになるが、外乱Ｔｄが変化するとドア駆動機構１４の速度が変化するため、電気駆動式ドア１の安定した動作ができず、戸開閉時間にばらつきが発生している。

一般に電気駆動式ドア１の駆動制御装置では、電気駆動式ドア１の安定した動作および一定の開閉時間となるように速度調節器１２の応答ゲインを調節することが行われる。その際、外力の影響を受けない状態、すなわち外乱Ｔｄが零の状態において電気駆動式ドア１の安定した動作および開閉時間となるように、速度制御器１２の応答ゲインを調節した場合には、外乱Ｔｄにより速度が安定せずに電気駆動式ドア１の開閉時間のばらつきが発生する。一方、外乱Ｔｄへの応答を良くするために速度制御器１２の応答ゲインを高く設定した場合には、外乱Ｔｄに対して過剰な反応を示し、オーバーシュート現象によりドア駆動機構１４が高速に動作する暴走現象が発生する可能性があり、安全性に問題がある。

上記の暴走現象に対する安全性への対策として、例えば、特許文献１には、同期モータの速度検出値が速度指令値とは逆極性の設定値を超えた場合を暴走状態と判定し、同期モータへの電力供給を停止するとともに同期モータの電機子コイルを短絡することにより、電気駆動式ドアを安全に停止させることが提案されている。

特開２００６−１５８００９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、電動機の速度検出値が速度指令値とは逆極性の設定値を超えた場合を暴走状態と判定しているので、結果的に暴走現象と判定したとき、換言すれば暴走現象が既に発生してしまったことをもって暴走状態と判定し、その後、電動機への電力供給を遮断する等してドアを停止するようにしている。このように従来例では、暴走現象が発生してしまったときの安全性には配慮されているものの、結局、電動機によって駆動される電気駆動式ドアの安定した動作および開閉時間の実現はできていない。
一方で、電気駆動式ドアは、乗客との接触や挟み込みが発生することが多い。このようなドアへの衝撃に対応する方法として、従来は挟み込みを検知してからドア開閉駆動力を弱めるなどの措置を講じていた。しかし、通常はドアが停止するまでの間、挟み込みを検知できないため、検知までの間、乗客はドア駆動力を全て受けることになり、安全面での問題があった。

この発明は、電気駆動式ドアの安定した動作および開閉時間の実現と、安全性とを両立することができる電気駆動式ドアの駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電動機によって開閉駆動される電気駆動式ドアの制御装置であって、電気駆動式ドアの開閉動作を指示する開閉動作指令と位置検出値とから速度指令値を演算するドア指令発生器と、前記速度指令値と速度検出値との偏差から推力指令値を演算する速度制御器と、前記推力指令値と前記速度検出値とから外乱推定値を演算する外乱推定手段と、前記推力指令値を前記外乱推定値に加算する加算器と、
前記外乱推定値から衝突力推定値を演算する衝突力推定手段と、前記衝突力推定値と前記速度検出値と前記推力指令値とから前記推力指令値を変更する推力指令変更値を演算する推力指令変更手段と、を備えるものとする。

また、上記において、前記衝突力推定値が一定以上であったときに、前記加算器において前記推力指令変更値を前記推力指令値に代えて前記外乱推定値に加算する。

この発明によれば、外乱推定値を演算して推力指令値に加算することにより、外乱による外力の影響を受けることなく、電気駆動式ドアの安定した動作および開閉時間の実現と安全性とを図ることができる。
また、衝突力推定値に応じて、推力指令値を変更することにより、乗客の挟み込み時の衝突負荷を低減することが可能となる。

この発明の実施の形態を示すブロック図 この種の電気駆動式ドアの制御装置の概略構成を示すブロック図 この発明の衝突推定器の具体的構成を示すブロック図 この発明の指令値変更器の具体的構成を示すブロック図 従来の制御装置の具体的構成を示すブロック図

図１はこの発明の実施の形態を示す制御装置のブロック図であり、この図において図２，５と同一部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
図において、１７は推力推定器であり、速度検出値Ｖｍを微分した値に慣性モーメントのノミナル値を乗算してドア駆動機構１４に発生している推力推定値Ｔｍを推定演算する。なお、２３，２４はローパスフィルタ、２５，２６は加算器である。この発明においては、上記推力推定器１７と、ローパスフィルタ２３と、ローパスフィルタ２４と、加算器２５とで外乱推定手段を構成している。

このような構成において、図示しない外部の操作器からドアの開閉動作を指示する開閉動作指令Ｃが入力されると、ドア指令発生器１１では開閉動作指令Ｃと位置検出値Ｐｍとから予め記憶されたテーブルを参照して速度指令値Ｖｂを出力する。速度制御器１２では、加算器２１で得られる演算速度指令値Ｖｂと速度検出値Ｖｍとの偏差を比例積分演算して推力指令値Ｔｂを出力する。

一方、推力推定器１７では、速度検出値Ｖｍからドア駆動機構１４に発生している推力推定値Ｔｍを推定演算する。加算器２５では、補償後推力指令値Ｔｒにローパスフィルタ２３を通過させた値と、推力推定値Ｔｍにローパスフィルタ２４を通過させた値との偏差から外乱推定値Ｔｄｉｓを求める。この外乱推定値Ｔｄｉｓを加算器２６で推力指令値Ｔｓに加算して補償後推力指令値Ｔｒを出力する。ここで、衝突推定器１８では、外乱推定値Ｔｄｉｓから衝突力推定値Ｆｉを出力し、推力指令値変更器１９に入力する。推力指令値変更器１９では、前述の推力指令値Ｔｂ及び速度検出値Ｖｍから、衝突力Ｆｉの程度により推力指令値を変更し、この出力を加算器２６に入力する。
衝突推定器１８の詳細を図３に示す。そもそも衝突力とは単位時間あたりの運動エネルギー減衰量と同等であり、外乱の変化速度同等とみなせる。強い衝突時は外乱が短時間で上昇し、反対に弱い衝突時は外乱が緩やかに上昇する。このことを考慮し、カットオフ周波数ωにて外乱推定値Ｔｄｉｓを微分する。外乱推定値Ｔｄｉｓから電気駆動系１３では、補償後推力指令値Ｔｒに従って電気駆動式ドア１を開閉するための推力Ｔを発生し、ドア駆動機構１４を駆動して電気駆動式ドア１を制御する。

このように、推力推定値Ｔｍと補償後推力指令値Ｔｒとの偏差から電気駆動式ドア１に加わる外乱Ｔｄの推定値として外乱推定値Ｔｄｉｓを演算し、この外乱推定値Ｔｄｉｓを推力指令値Ｔｓに加算することにより、外乱Ｔｄを早期に打ち消すことができる制御ループを構成し、外乱Ｔｄが発生してもドア駆動機構１４へは推力指令値Ｔｂもしくは変更後の推力指令値Ｔｓに応じた推力Ｔを与えることができる。

ここで、速度制御器１２の応答ゲインおよび外乱推定手段の応答性は、それぞれ独立して調整可能であり、開閉指令Ｃに対する応答性を速度制御器１２の応答ゲインにより調整し、外乱Ｔｄに対する応答性をローパスフィルタ２３，ローパスフィルタ２４により調整する。例えば、速度調節器１２の応答ゲインは、外力の影響を受けない状態（外乱Ｔｄが零の状態）において電気駆動式ドア１の安定した動作および一定の開閉時間となるように応答ゲインを調整し、ローパスフィルタ２３，ローパスフィルタ２４は、外乱Ｔｄへの応答に適合する値に調整する。

このように、速度制御器１２の応答ゲインとローパスフィルタ２３，ローパスフィルタ２４の応答性とを個別に調整することにより、速度制御器１２の応答ゲインを低く調整して電気駆動式ドア１の安定した動作を実現し、ローパスフィルタ２３，ローパスフィルタ２４の応答性を高く調整して外乱Ｔｄへの高速な応答を実現することができるので、電気駆動式ドア１が受ける外乱Ｔｄの影響を少なくして、電気駆動式ドア１の安定した動作および開閉時間の実現と、安全性を両立することができる。
図４に指令値変更器の詳細を示す。まず衝突の判定のためにＳ１にて衝突力推定値Ｆｉが衝突力判定値Ｘ１を超えているかの判定を行う。衝突が発生していない場合は、Ｓ６の通常推力として推力指令ＴｂをＴｓとして出力する。Ｓ１にて衝突を検知した場合、Ｓ２の速度判定を行う。速度判定を行う理由は、低速時には大きな衝撃が発生しないこと、及び、誤検出による開閉動作の遅延可能性があるためである。衝突判定速度がＸ２以上、衝突推定値がＸ１以上の場合に衝突緩和制御に移行する。
Ｓ３にて衝突緩和制御のタイマをセットする。ここでタイマは減算タイマＴｍｒなどを用い、緩和制御時間Ｔｋ緩和制御を継続する。Ｓ４にて衝突緩和推力を推力指令変更値として演算し、Ｔｓとして出力する。この推力指令変更値は衝突力推定値Ｆｉに衝突緩和係数Ｋを乗算し、逆方向の推力によりドアを反転動作させて衝突力を弱める制御を行う。推力緩和での推力指令変更値は衝突力推定値Ｆｉが大きい場合、より大きくなり強い衝突時は強い推力にてドアを反転動作させる。Ｓ５により、減算タイマＴｍｒのタイムアウトを判定し、緩和制御時間Ｔｋの継続を行う。

１…電気駆動式ドア、２…戸先ゴム、１０…制御装置、１１…ドア指令発生器、１２…速度制御器、１３…電気駆動系、１４…ドア駆動機構、１５…位置検出器、１６…速度検出器、１７…推力推定器、１８…衝突推定器、１９…推力指令値変更器、２１，２５，２６…加算器、２３，２４…ローパスフィルタ。

Claims (2)

1. 電動機によって開閉駆動される電気駆動式ドアの制御装置であって、
   電気駆動式ドアの開閉動作を指示する開閉動作指令と位置検出値とから速度指令値を演算するドア指令発生器と、前記速度指令値と速度検出値との偏差から推力指令値を演算する速度制御器と、前記推力指令値と前記速度検出値とから外乱推定値を演算する外乱推定手段と、前記推力指令値を前記外乱推定値に加算する加算器と、
   前記外乱推定値から衝突力推定値を演算する衝突力推定手段と、前記衝突力推定値と前記速度検出値と前記推力指令値とから、前記推力指令値を変更する推力指令変更値を演算する推力指令変更手段と、を備えたことを特徴とする電気駆動式ドアの駆動制御装置。
2. 前記衝突力推定値が一定以上であったときに、前記推力指令変更手段において前記推力指令値を変更することを特徴とする請求項１に記載の電気駆動式ドアの駆動制御装置。