JP5541238B2

JP5541238B2 - 車両のドア開閉装置

Info

Publication number: JP5541238B2
Application number: JP2011144152A
Authority: JP
Inventors: 憲明井上; 峰輝中世
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102852424A; JP2013011098A; CN102852424B

Description

本発明は、バッテリを電源とするモータの駆動力を利用して車両のドアを開閉する車両のドア開閉装置に関する。

これに関連する従来の車両のドア開閉装置が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載された車両のドア開閉装置は、モータの駆動力を利用してスライドドアを開閉するための装置である。一般的に車両用のドアでは、そのドアを閉じる際にシール用のウエザーストリップを押圧変形させるため、全閉位置近傍でドアの移動に必要な力（作動力）が大きくなる。また、全閉状態からドアを開方向に移動させるときにもドアの全閉ロック状態等を解除するため、前記作動力が大きくなる。
さらに、前記ドアでは、ドアを全開位置に保持する機構があるため、前記機構を動作させるために全開位置近傍でドアの作動力が大きくなる。また、全開状態からドアを閉方向に移動させるときにも前記作動力が大きくなる。
このため、図７に示すように、ドアの開動作時、あるいはドアの閉動作時の双方において、動作開始時と動作完了時とにモータの駆動力を大きくする必要がある。これに対し、ドアが全開位置と全閉位置間を移動しているときには、さほど大きな駆動力は必要とされない。

図７の一点鎖線は、例えば、車両が坂道に停車している場合で、ドアの重量がドアの移動方向と逆方向に加わっている場合におけるドアの移動に必要な力（作動力）を表している。また、図７の点線は、車両が坂道に停車している場合で、ドアの重量がドアの移動方向に加わっている場合におけるドアの作動力を表している。
従来の車両のドア開閉装置では、ドアの重量がドアの移動方向と逆方向に加わっている場合でもドアが良好に移動できるように、図７に実線に示すように、モータの駆動力を制御している。
特許文献１のドア開閉装置では、ＰＷＭ制御によりモータに対する通電時間を制御してモータに対する電力供給量を調整し、モータの駆動力を制御するようにしている。

特開２００２−１９４９４９号

しかし、従来の方式では、図７の点線に示すように、ドアの重量がそのドアの移動方向に加わっている場合のように、ドア作動力が非常に小さい場合にモータの駆動力を前記ドア作動力に合わせて低下させるのは難しい。このため、モータの使用電力に無駄が生じる。また、ＰＷＭ制御では、モータを一定電圧（バッテリの電源電圧）で駆動させるため、ドアの開閉頻度が高い場合にモータの寿命が問題になる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、モータの使用電力の無駄を無くすとともに、モータの寿命延長を図ることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、バッテリを電源とするモータの駆動力を利用して車両のドアを開閉する車両のドア開閉装置であって、前記バッテリの電源電圧を超えない範囲で前記モータに印加する電圧を制御し、さらに前記モータに対する通電時間をパルス幅制御により調整して前記モータに供給する電力量を調整可能なモータ制御部を備えており、前記モータ制御部は、前記ドアの移動速度が目標速度に近づくように、前記モータに印加する電圧と、前記モータに対する通電時間とを調整して、前記モータの駆動力を増加、あるいは減少させることを特徴とする。

本発明によると、例えば、車両が坂道に停車していて、ドアの重量がドアの移動方向に加わっている場合、モータの駆動力がドアの移動に必要な力（ドア作動力）を超えると、ドアの移動速度が目標速度を超えるようになる。このため、モータ制御部は、ドアの移動速度が目標速度に近づくように（ドアの移動速度が低下するように）、モータに印加する電圧と前記モータに対する通電時間とを調整し、モータに供給する電力量を減少させて駆動力を低下させる。これにより、従来のように、モータの印加電圧が一定（バッテリの電源電圧）でモータに対する通電時間のみを調整する制御（ＰＷＭ制御）と比較して、より効果的にドア作動力の減少に合わせてモータの駆動力を減少させられるようになる。
この結果、モータの使用電力の無駄を無くすことができる。さらに、モータの印加電圧がバッテリの電源電圧（以下、バッテリ電圧という）よりも低下することでそのモータの負担が軽減され、寿命延長を図ることができる。

請求項２の発明によると、モータ制御部は、平坦な場所で、かつ、全開位置と全閉位置間の途中位置で前記ドアを移動させるのに必要な最小限の駆動力を得るためのモータの印加電圧である最低作動電圧を出力できるように構成されており、前記モータ制御部は、最初に前記最低作動電圧でモータを起動させることを特徴とする。
このように、モータを最初に最低作動電圧で起動させるため、前記モータの起動時に大きな負担が掛からない。

請求項３の発明によると、ドアは、開動作で縦に折り畳まれ、閉動作で展開される折戸ドアであることを特徴とする。
折戸ドアは、路線バス等に多く使用されるドアで、乗降位置毎に開閉操作を行う等、開閉の頻度が非常に高い。このため、モータの負担が大きくなる。しかし、モータをバッテリ電圧以下の電圧で使用可能なため、モータの寿命を長くでき、メンテナンスコストが低減する。

本発明によると、モータの使用電力の無駄を無くすことができるとともに、モータの寿命延長を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る車両のドア開閉装置を備える小型バスの模式斜視図である。小型バスの折戸ドア、及びドア開閉装置を車室内から見た正面図である。全閉状態の折戸ドア、及びドア開閉装置を表す平面図である。車両のドア開閉装置の制御ブロック図である。折戸ドアの移動に必要な力（ドア作動力）とモータの駆動力との関係を表すグラフである（Ａ図）（Ｂ図）。車両のドア開閉装置の制御フローチャートである。従来の車両のドア開閉装置におけるドア作動力とモータの駆動力との関係を表すグラフである。

［実施形態１］
以下、図１から図６に基づいて本発明の実施形態１に係る車両のドア開閉装置について説明する。ここで、本実施形態は、本発明を小型バスの折戸ドアに適用したものであり、図中における前後左右及び上下は、バスの前後左右及び上下に対応している。

＜折戸ドア１０の概要について＞
前記小型バス３の車体４には、図１に示すように、左側の中央前寄りの位置に乗客が乗り降りするための乗降口５０が形成されており、その乗降口５０が折戸ドア１０によって開閉されるように構成されている。
折戸ドア１０は、図２の室内側正面図に示すように、縦に長い長方形状に形成された前側ドア片１２と後側ドア片１４とを備えており、その前側ドア片１２の後端部と後側ドア片１４の前端部とがヒンジ機構（図示省略）によって水平回動可能な状態で連結されている。また、前側ドア片１２の前端上下には、その前側ドア片１２を水平回動可能な状態で乗降口５０の前端位置（前部支柱５１（図３参照）の近傍）に連結する主ヒンジ機構１１のヒンジピン１１ｐが上下に一定寸法だけ突出した状態で取付けられている。さらに、乗降口５０の天井部分には前後方向に延びるガイド溝（図示省略）が設けられており、そのガイド溝に後側ドア片１４の後端上部に形成されたガイドピン１４ｐが前記ガイド溝に沿って移動可能なように係合している。
また、乗降口５０の天井部分には、図１に示すように、前側ドア片１２と後側ドア片１４とが乗降口５０の外側に回動するのを禁止する板状ストッパ５８が設けられている。

前側ドア片１２の回動自由端側には、図２に示すように、ドア閉ロック機構２０が設けられている。ドア閉ロック機構２０は、折戸ドア１０が乗降口５０を閉じる全閉位置にあるときに、前記乗降口５０の天井部分に形成された貫通穴状のストライカ（図示省略）と係合することで、その折戸ドア１０を全閉状態にロックする機構である。
また、前側ドア片１２の中央下寄りの位置（固定面１２ｓ）には、ドア閉ロック機構２０のロック状態を自動解除するため自動ロック解除機構３０が設けられている。自動ロック解除機構３０は、図３に示すように、前側ドア片１２の固定面１２ｓに固定されたベース板３１と、そのベース板３１に連結ピン３６によって連結されて、その連結ピン３６を中心に水平回動可能に構成されたロック解除部材３５とを備えている。前記ロック解除部材３５の中央部には、ドア駆動ユニット４０（後記する）の水平リンク４１の先端部がリンクピン４１ｐを介して連結されている。さらに、ロック解除部材３５の回動自由端位置には、そのロック解除部材３５の回動動作を前記ドア閉ロック機構２０に伝達するワイヤ機構２７のワイヤ２７ｗが連結されている。このため、折戸ドア１０がドア駆動ユニット４０の水平リンク４１に引っ張られて開かれる際、その水平リンク４１の引っ張り力でロック解除部材３５が連結ピン３６を中心に回動し、この回動動作がワイヤ機構２７によりドア閉ロック機構２０に伝えられて折戸ドア１０の全閉ロックが解除される。

＜ドア駆動ユニット４０について＞
ドア駆動ユニット４０は、折戸ドア１０が展開して乗降口５０を閉じる位置（全閉位置図３参照）と、折戸ドア１０が折り畳まれて乗降口５０を開く位置（全開位置図示省略）との間で、その折戸ドア１０の前側ドア片１２をヒンジピン１１ｐの回りに水平回動させる機構である。
ドア駆動ユニット４０は、前述のように、折戸ドア１０の前側ドア片１２に連結される水平リンク４１と、図２、図３に示すように、水平リンク４１の基端部に連結ピン４３ｒによって水平回動可能な状態で連結された可動アーム４３とを備えている。そして、可動アーム４３の基端部が駆動部４５の縦向きの出力軸４６ｊに相対回転不能な構成で連結されている。
ドア駆動ユニット４０の駆動部４５は、図２に示すように、モータ４５ｍと減速器（図示省略）と電磁クラッチ４６等から構成されている。駆動部４５のモータ４５ｍと電磁クラッチ４６等は、軸心を縦向きにした状態でハウジング４７に収納されている。そして、ドア駆動ユニット４０のハウジング４７が、図３に示すように、乗降口５０の内側に位置する乗降ステップ５３の前方のフロア上に設置されている。

＜モータ制御部６０について＞
ドア駆動ユニット４０のモータ４５ｍと電磁クラッチ４６とは、図４に示すように、モータ制御部６０から電力を供給されることで駆動される。モータ制御部６０は、ドア開スイッチ６１、あるいはドア閉スイッチ６２からのオン信号を受けて、折戸ドア１０の開動作、あるいは閉動作の開始から終了まで所定のプログラムに基づいてモータ４５ｍ及び電磁クラッチ４６を駆動させる。さらに、モータ制御部６０は、モータ４５ｍの動作中に折戸ドア１０の開閉速度（移動速度）がほぼ一定となるようにモータ４５ｍの駆動力をフィードバック制御できるように構成されている。
即ち、モータ制御部６０には、モータ４５ｍの回転センサ４５ｅからの信号が入力されるようになっており、その回転センサ４５ｅの信号に基づいてモータ制御部６０では折戸ドア１０の開閉速度（移動速度）を演算できるように構成されている。このため、実際のモータ４５ｍの回転数を目標回転数に近づけるように、モータ４５ｍの駆動力を制御することで、折戸ドア１０の開閉速度（移動速度）をほぼ一定にすることができる。モータ制御部６０は、バッテリ電圧ＶＢを超えない範囲でモータ４５ｍに印加する電圧を制御し、さらにモータ４５ｍに対する通電時間を制御（ＰＷＭ制御）することにより、モータ４５ｍに供給する電力量を調整して、モータ４５ｍの駆動力を制御するようにしている。
また、モータ制御部６０は、モータ４５ｍの負荷電流を検出可能であり、例えば、折戸ドア１０を閉じる際の挟み込み等でモータ４５ｍの負荷電流が許容値を超えた場合には、前記モータ４５ｍを停止させられるように構成されている。

＜折戸ドア１０の開閉装置の動作について＞
次に、図５（Ａ）（Ｂ）と図６等に基づいて本実施形態に係る折戸ドア１０の開閉装置の動作について説明する。
ここで、図６に示す処理は、前記モータ制御部６０のメモリ（図示省略）に格納されているプログラムに基づいて予め決められた時間毎に繰り返し実行される。
例えば、車両が坂道に停車している場合で、折戸ドア１０の重量がその折戸ドア１０の開方向に加わる場合について説明する。この場合、折戸ドア１０を全閉位置から全開位置まで移動させるのに必要な力（ドア作動力）は、図５（Ａ）の点線に示すように、比較的小さな値になる。
先ず、図６のステップＳ１０１に示すように、電源電圧（バッテリ電圧）ＶＢが検出されて記憶されるとともに、最低作動電圧ＶＳが設定される。ここで、最低作動電圧ＶＳとは、車両が平坦な道に停車している場合で、かつ、全閉位置と全開位置間の途中位置で折戸ドア１０を移動させるのに必要な最小限の駆動力を得るためのモータ４５ｍの印加電圧である。最低作動電圧ＶＳは、バッテリ電圧ＶＢの約30パーセントに設定されている。
さらに、折戸ドア１０の位置ＰＰが設定される。折戸ドア１０の位置は、モータ４５ｍの回転センサ４５ｅの回転信号を積算することにより求められる。折戸ドア１０が全閉位置は、折戸ドア１０の原点位置となるため、前記回転センサ４５ｅの回転信号の積算値は零になる（クリアされる）。

この状態で、ドア開スイッチ６１が押し操作されると（図６ステップＳ１０２ＹＥＳ）、電磁クラッチ４６がオンしてドア駆動ユニット４０の出力軸４６ｊと駆動部４５（モータ４５ｍ）とが連結される。次に、モータ４５ｍに印加される電圧（モータ電圧Ｖ）の電圧制御が行われ、モータ電圧Ｖが最低作動電圧ＶＳに設定される（ステップＳ１０４）。そして、最低作動電圧ＶＳでモータ４５ｍが駆動される（ステップＳ１０５）。
折戸ドア１０が開き始める段階では、目標回転数Ｎｓに対して実際の回転数Ｎ（検出回転数Ｎ）は小さいため（Ｎｓ＞Ｎ）、ステップＳ１０６の判定はＮＯとなり、ステップＳ１１０の判定がＮＯとなるため、ステップＳ１１５でモータ電圧Ｖがバッテリ電圧ＶＢに等しいか否かが判定される。折戸ドア１０が開き始める段階では、モータ電圧Ｖが最低作動電圧ＶＳであるため（ステップＳ１１５ＮＯ）、ステップＳ１１７でモータ電圧Ｖを段階的に増加させるとともに、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を大きくする。これにより、モータ制御部６０からモータ４５ｍに供給される電力が増加して、モータ４５ｍの駆動力が増加する。

この結果、ドア駆動ユニット４０が動作して出力軸４６ｊ、及び可動アーム４３が、図３において出力軸４６ｊを中心にして左回動する。これにより、水平リンク４１が右前方（白矢印方向）に引っ張られ、自動ロック解除機構３０が動作して、その力がワイヤ機構２７を介してドア閉ロック機構２０に伝えられ、折戸ドア１０の閉ロック状態が解除される。そして、折戸ドア１０の前側ドア片１２がヒンジピン１１ｐを中心に左回転し、折戸ドア１０が開方向に動作する。
このようにして、図６におけるステップＳ１０６、ステップＳ１１０、ステップＳ１１５、ステップＳ１１７の処理が繰り返し実行されて、モータ４５ｍの駆動力が徐々に増加すると、検出回転数Ｎが増加して目標回転数Ｎｓに近づくようになる。即ち、折戸ドア１０の開方向の移動速度が増加して目標速度に近づくようになる。
なお、途中でモータ電圧Ｖがバッテリ電圧ＶＢまで上昇すると、それ以上のモータ電圧Ｖの上昇は禁止される（ステップＳ１１６）。

そして、折戸ドア１０の移動速度が目標速度にほぼ等しくなると、即ち、検出回転数Ｎが目標回転数Ｎｓにほぼ等しくなると（図６ステップＳ１０６ＹＥＳ）、折戸ドア１０が全開位置まで到達したか、否かが判定される（ステップＳ１０７）。現段階では、折戸ドア１０の開き始めの状態であるため、ステップＳ１０７の判定がＮＯとなり、処理はステップＳ１０６に戻される。そして、折戸ドア１０が開かれる過程で、折戸ドア１０の移動速度が目標速度を超えると（ステップＳ１０６ＮＯ）、検出回転数Ｎが目標回転数Ｎｓよりも大きくなり（ステップＳ１１０ＹＥＳ）、ステップＳ１１２でモータ電圧Ｖが最低作動電圧ＶＳであるか、否かが判定される。そして、モータ電圧Ｖが最低作動電圧ＶＳでない場合には（ステップＳ１１２ＮＯ）、ステップＳ１１４でモータ電圧Ｖを段階的に低下させるとともに、ＰＷＭ制御におけるデューティ比を小さくする。これにより、モータ制御部６０からモータ４５ｍに供給される電力が減少して、モータ４５ｍの駆動力が低下するようになる。
このようにして、ステップＳ１０６、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２、ステップＳ１１４の処理が繰り返し実行されて、モータ４５ｍの駆動力が徐々に減少すると、検出回転数Ｎが増加して目標回転数Ｎｓに近づくようになる。なお、途中でモータ電圧Ｖが最低作動電圧ＶＳまで低下すると（ステップＳ１１２ＹＥＳ）、モータ電圧Ｖのこれ以上の低下は禁止される（ステップＳ１１３）。
そして、折戸ドア１０の移動速度が目標速度にほぼ等しくなると、即ち、検出回転数Ｎが目標回転数Ｎｓにほぼ等しくなると（図６ステップＳ１０６ＹＥＳ）、折戸ドア１０が全開位置まで到達したか、否かが判定される（ステップＳ１０７）。

このように、折戸ドア１０が全閉位置から全開位置間では折戸ドア１０の移動速度が目標速度に近づくように、モータ電圧Ｖとモータ４５ｍに対する通電時間とが調整されて、モータ４５ｍの駆動力が制御される。即ち、図５（Ａ）に示すように、折戸ドア１０の移動に必要な力（ドア作動力）に合わせてモータ４５ｍの駆動力が制御される。
このようにして、折戸ドア１０が全開位置に到達すると（ステップＳ１０７ＹＥＳ）、モータ４５ｍが停止して（ステップＳ１０８）、電磁クラッチ４６がオフして（切られて）、一連の動作が終了する。
次に、折戸ドア１０を閉じる場合には、折戸ドア１０の重量が移動方向と逆方向に加わるため、図５（Ｂ）に示すように、折戸ドア１０の移動に必要な力（ドア作動力）は大きくなる。しかし、この場合も折戸ドア１０を開く場合と同様に、折戸ドア１０を開くのに必要な力（ドア作動力）に合わせてモータ４５ｍの駆動力が制御される。
なお、折戸ドア１０の閉動作の途中で、挟み込み等によりモータ４５ｍの負荷電流が許容値を超えた場合には、モータ制御部６０がモータ４５ｍを停止させる。

＜本実施形態に係る車両のドア開閉装置の長所について＞
本実施形態に係る車両のドア開閉装置によると、例えば、車両が坂道に停車していて、折戸ドア１０の重量が折戸ドア１０の移動方向に加わっている場合、モータ４５ｍの駆動力が折戸ドア１０の移動に必要な力（ドア作動力）を超えると、折戸ドア１０の移動速度が目標速度を超えるようになる。このため、モータ制御部６０は折戸ドア１０の移動速度が目標速度に近づくように（ドアの移動速度が低下するように）、モータ電圧Ｖと、モータ４５ｍに対する通電時間とを調整して、モータ４５ｍに供給する電力量を減少させ、駆動力を減少させる。これにより、従来のように、モータ電圧Ｖが一定（バッテリ電圧）でモータ４５ｍに対する通電時間のみを調整する制御（ＰＷＭ制御）と比較して、より効果的にドア作動力の減少に合わせてモータ４５ｍの駆動力を減少させることができる。
この結果、モータ４５ｍの使用電力の無駄を無くすことができる。さらに、モータ電圧Ｖがバッテリ電圧ＶＢよりも低下することでそのモータ４５ｍの負担が軽減され、寿命延長を図ることができる。
また、モータ制御部６０は、最初に最低作動電圧ＶＳでモータ４５ｍを起動させるため、起動時にモータ４５ｍに大きな負担が掛からない。
また、折戸ドア１０は、路線バス等に多く使用されるドアで、乗降位置毎に開閉操作を行う等、開閉の頻度が非常に高い。このため、モータ４５ｍの負担が大きくなる。しかし、モータ４５ｍをバッテリ電圧ＶＢ以下の電圧で使用可能なため、モータ４５ｍの寿命が長くなり、メンテナンスコストが低減する。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、折戸ドア１０を開閉するためのドア駆動ユニット４０（ドア開閉装置）を駆動部４５と、可動アーム４３、水平リンク４１等から構成する例を示した。しかし、前記開閉装置を、例えば、ワイヤ巻取り式の駆動ユニットによって構成することも可能である。
さらに、ドアとして折戸ドア１０を例示したが、例えば、スライドドア等に本発明を適用することも可能である。

１０・・・・折戸ドア（ドア）
４０・・・・ドア駆動ユニット
４５ｍ・・・モータ
４５ｅ・・・回転センサ
６０・・・・モータ制御部
Ｖ・・・・・モータ電圧
ＶＢ・・・・バッテリ電圧
ＶＳ・・・・最低作動電圧

Claims

バッテリを電源とするモータの駆動力を利用して車両のドアを開閉する車両のドア開閉装置であって、
前記バッテリの電源電圧を超えない範囲で前記モータに印加する電圧を制御し、さらに前記モータに対する通電時間をパルス幅制御により調整して前記モータに供給する電力量を調整可能なモータ制御部を備えており、
前記モータ制御部は、前記ドアの移動速度が目標速度に近づくように、前記モータに印加する電圧と、前記モータに対する通電時間とを調整して、前記モータの駆動力を増加、あるいは減少させることを特徴とする車両のドア開閉装置。
請求項１に記載された車両のドア開閉装置であって、
前記モータ制御部は、平坦な場所で、かつ、全開位置と全閉位置間の途中位置で前記ドアを移動させるのに必要な最小限の駆動力を得るためのモータの印加電圧である最低作動電圧を出力できるように構成されており、
前記モータ制御部は、最初に前記最低作動電圧で前記モータを起動させることを特徴とする車両のドア開閉装置。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された車両のドア開閉装置であって、
前記ドアは、開動作で縦に折り畳まれ、閉動作で展開される折戸ドアであることを特徴とする車両のドア開閉装置。