(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車用ドアを駆動制御するための電動式ドア制御装置において、
電動機により駆動されるドアの位置を検出する位置検出手段と、
ドアが全閉状態であることを検出して戸閉検知信号を出力する戸閉検知手段と、
全閉状態のドアに物体が挟み込まれた際に前記物体を引き抜けるような推力を定常押し返し推力として発生する手段と、
前記定常押し返し推力よりも大きい押し返し制御推力を生成する手段と、
ドアの位置検出値及び前記戸閉検知信号に応じて発生する制御選択指令に従い、前記定常押し返し推力または前記押し返し制御推力のいずれかを選択して出力する指令選択手段と、
前記指令選択手段から出力された推力に従って電動機を運転することによりドアに推力を与えるドア駆動機構と、
を備え、
前記押し返し制御推力が、前記ドアの位置検出値，前記ドアの速度検出値または前記ドアの加速度検出値のうち一つ以上の情報から生成した押し返し推力を含むと共に、
前記押し返し制御推力によってドアに発生する振動を抑制するための振動抑制推力を前記押し返し推力から生成する手段を更に備え、
電車が走行中であることを示す走行中状態信号と前記戸閉検知信号とが何れもオンになった時点以後は、前記指令選択手段が前記押し返し制御推力を選択して出力することにより外力によるドアの開動作を阻止することを特徴とする電動式ドア制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電動式ドア制御装置において、
前記振動抑制推力と前記定常押し返し推力とを加算して前記押し返し制御推力を生成する手段を備えたことを特徴とする電動式ドア制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電車用ドア等の電動式ドアの制御装置に関し、詳しくは、閉まったドアに挟まれた衣服や荷物等の引き抜きを容易にし、しかも、電車の走行中は外力によってドアが簡単に開かないようにして安全性を向上させた電動式ドア制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、全閉状態にある電車用ドア等の引戸をこじ開けようとすると引戸側ストッパと固定側ストッパとが係合し、一定の隙間以上は開放できないようにしたロック機構を有する戸閉装置が記載されている。
また、非特許文献１には、ドアに機械的なバネやダンパが取り付けられているのと同等の動作をモータ制御による電気バネや電気ダンパによって実現し、全閉状態にある電車用ドアが外力によって開けられる場合に大きな抗力を発生すると共に、ドアが閉まる際の速度を適切に制御して手指や荷物等を挟み込んだ際の危険性を除去する制御技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６５６３５号公報（段落［００１３］〜［００１９］、図１〜図４等）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】稲玉  繁樹ほか３名，「機械定数に基づく制御パラメータ設計と電動ドアへの適用実験」，社団法人電気学会，産業計測制御研究会講演論文，IIC-10-050，２０１０年３月８日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来技術では、ロック機構が複雑であって部品数も多く、セッティングが難しかったり部品の寸法精度が要求される等の問題があり、製造、組立、調整に要するコストが高くなるという問題がある。
また、非特許文献１には、ドアに衣服や荷物等の物体を挟み込んだ場合にこれらを引き抜くための制御手段が、具体的に開示されていない。
【０００６】
一方、出願人による先願（特願２０１０−１８３１７１）には、ドア駆動機構に与えるドア全閉時の押し付け推力指令値を電気ダンパ要素や電気バネ要素により生成し、機械的ロック手段を用いずにドアの全閉状態を堅牢かつ強固に保持するようにした電動式ドア制御装置が開示されている。
しかしながら、この先願発明は、全閉状態のドアが外力によって無理やり開けられるのを防止することを主目的としており、非特許文献１と同様に、ドアに物体を挟み込んだ場合の対策については言及されていない。
【０００７】
現状の電車用ドアは、一旦、全閉状態になるとロック機構が働いて外力によるドアの開動作を阻止することに主眼をおいたものが主流となっている。
しかし、ドアに衣服等の物体が挟まれた場合に、電車が発車するまでの間は僅かな外力で物体を引き抜くことができ、電車が発車した後は、外力によってドアが簡単に開くことのないようなドア制御装置の提供が強く求められている。
そこで、本発明の解決課題は、ドアに挟まれた物体を僅かな外力で引き抜くことができると共に、電車の走行中には外力によってドアが開けられるおそれがなく、構造が簡単で利便性、安全性の高い電動式ドア制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電車用ドアを駆動制御するための電動式ドア制御装置において、
電動機により駆動されるドアの位置を検出する位置検出手段と、
ドアが全閉状態であることを検出して戸閉検知信号を出力する戸閉検知手段と、
全閉状態のドアに物体が挟み込まれた際に前記物体を引き抜けるような推力を定常押し返し推力として発生する手段と、
前記定常押し返し推力よりも大きい押し返し制御推力を生成する手段と、
ドアの位置検出値及び前記戸閉検知信号に応じて発生する制御選択指令に従い、前記定常押し返し推力または前記押し返し制御推力のいずれかを選択して出力する指令選択手段と、
前記指令選択手段から出力された推力に従って電動機を運転することによりドアに推力を与えるドア駆動機構と、を備え、
前記押し返し制御推力が、前記ドアの位置検出値，前記ドアの速度検出値または前記ドアの加速度検出値のうち一つ以上の情報から生成した押し返し推力を含むと共に、
前記押し返し制御推力によってドアに発生する振動を抑制するための振動抑制推力を前記押し返し推力から生成する手段を更に備え、
電車が走行中であることを示す走行中状態信号と前記戸閉検知信号とが何れもオンになった時点以後は、前記指令選択手段が前記押し返し制御推力を選択して出力することにより外力によるドアの開動作を阻止するものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した電動式ドア制御装置において、前記振動抑制推力と前記定常押し返し推力とを加算して前記押し返し制御推力を生成する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ドアに挟まれた衣服や荷物等の物体を僅かな外力で引き抜くことができると共に、電車の走行中には外力によってドアが開けられるおそれがなく、乗客にとって利便性、安全性の高い電動式ドア制御装置を提供することができる。同時に、本発明によれば、電車の円滑な運行にも寄与する。
また、機械的なロック手段を用いずにドアを電気的にロックする方式であるため、構造の簡略化が可能であり、製造、組立、調整に要するコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１における速度検出手段の説明図である。
【図３】図１における加速度検出手段の説明図である。
【図４】図１における位置押し返し制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図５】図１における速度押し返し制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１における加速度押し返し制御手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１における振動抑制フィルタの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態において、制御モードを切り替えるための動作シーケンスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る電動式ドア制御装置のブロック図であり、この制御装置は、速度制御部１００と押し返し制御部２００とから構成されている。
【００１７】
まず、速度制御部１００において、ドア指令発生手段１は、ドアの通常開閉動作時に、開閉指令Ｃと位置検出手段６から入力されたドアの位置検出値Ｐｍとに基づき、通常開閉動作パターンとなる速度指令値Ｖｂを生成して速度制御手段２に出力する。ここで、位置検出手段６としては、分解能が例えば０．１［ｍｍ］以上の高精度な位置検出器を用いることが望ましい。
速度制御手段２は、速度検出手段７ａから入力された速度検出値Ｖｍが前記速度指令値Ｖｂに一致するように速度制御推力Ｆｖｂを演算し、この速度制御推力Ｆｖｂを指令選択手段３に出力する。
【００１８】
また、ドア指令発生手段１は、指令選択手段３から出力される選択推力Ｆｓが前記速度制御推力Ｆｖｂとなるように、制御選択指令Ｓｅｌを指令選択手段３に出力する。ドア指令発生手段１には、戸閉検知手段５からの戸閉検知信号Ｄｃｓｍと、電車が走行中であることを示す走行中状態信号ＲｕｎＣとが入力されている。
【００１９】
ドア駆動機構４は、電動機によりドアに推力を与えて開閉動作させる周知の機構であり、指令選択手段３からの選択推力Ｆｓに従って駆動される。ドア駆動機構４により駆動されたドアが全閉状態になると、戸閉検知手段５から戸閉検知信号Ｄｃｓｍが出力され、位置検出手段６はドア駆動機構４の出力に基づいてドアの位置検出値Ｐｍを生成する。
【００２０】
更に、ドア指令発生手段１は、戸閉検知信号Ｄｃｓｍによりドアの全閉状態を検出すると、定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓによる「押し付け制御モード」となるように、制御選択指令Ｓｅｌを指令選択手段３に出力する。
この「押し付け制御モード」は、ドアに挟まれた衣服や荷物等の物体を引き抜くことができる程度の推力をドアに与えるための制御モードであり、定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓを所定値に設定することにより、ドアに挟まれた物体の引き抜きに必要な外力を任意に調整可能となっている。
【００２１】
ドアを閉じる方向に推力を働かせる制御モードには、上記の「押し付け制御モード」のほかに「押し返し制御モード」があり、指令選択手段３は、どちらの制御モードにするかを制御選択指令Ｓｅｌにより指令する。ここで、「押し返し制御モード」は、後述する押し返し制御推力Ｆｐｂをドアに与えるための制御モードである。
なお、図１において、１４は押し返し時間用タイマであり、このタイマ１４の動作については後述する。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴部分である押し返し制御部２００の構成及び作用を説明する。
押し返し制御部２００は、外力によりドアが開かれることを検出する部分と、開かれるドアに対して閉める方向の押し返し制御推力Ｆｐｂを生成する部分とから構成されている。
【００２３】
押し返し制御部２００において、速度検出手段７ｂは位置検出値Ｐｍから速度検出値Ｖｍを演算し、加速度検出手段８は速度検出値Ｖｍから加速度検出値Ａｃｃｍを演算する。
図２は速度検出手段７ｂの説明図、図３は加速度検出手段８の説明図であり、これらの図において、ｓはラプラス演算子、ω１，ω２はカットオフ周波数である。
【００２４】
図２の速度検出手段７ｂでは、位置検出値Ｐｍを図中の数式により微分して速度検出値Ｖｍを演算する。また、図３の加速度検出手段８では、速度検出値Ｖｍを図中の数式により微分して加速度検出値Ａｃｃｍを演算する。
ここで、信号のカットオフ周波数ω１，ω２は、制御周期や機械的振動などの影響を安定化するため、本発明が適用されるシステムに合わせて調整する必要がある。
【００２５】
再び図１において、位置押し返し制御手段９は、位置検出値Ｐｍに基づいて外力によりドアが開かれることを検出し、位置押し返し推力Ｆｐｏｓを出力する。
速度押し返し制御手段１０は、速度検出値Ｖｍに基づいて外力によりドアが開かれることを検出し、速度押し返し推力Ｆｖｅｌを出力する。
加速度押し返し制御手段１１は、加速度検出値Ａｃｃｍに基づいて外力によりドアが開かれることを検出し、加速度押し返し推力Ｆａｃｃを出力する。
これらの押し返し制御手段９〜１１は、外力によってドアが開かれない場合にはいずれも推力としてゼロ（すなわち、初期値としてゼロ）を出力するものである。図１では、検出応答性の違いから３種類の押し返し制御手段９〜１１が実装されているが、本発明が適用されるシステムの特徴に合わせて１つ以上の押し返し制御手段を備えればよい。
【００２６】
図４は、位置押し返し制御手段９の動作を示すフローチャートである。
図４において、ドアの位置検出値（全閉状態をゼロと定義する）Ｐｍが位置判定値Ｘ１より大きければ、外力によってドアが開かれたと見なし、位置押し返し推力ＦｐｏｓをＦｐｏｓ＝Ｐｍ×Ｋ１により演算する（ステップＳ１ ＹＥＳ，ステップＳ２）。ここで、機械的ガタや電車の振動などにより誤検出が発生するため、位置判定値Ｘ１の調節によって検出感度を最適値に調節することが望ましい。また、Ｋ１は応答感度を決定するための位置押し返し係数であり、任意に設定可能である。
位置検出値Ｐｍが位置判定値Ｘ１以下であれば、位置押し返し推力Ｆｐｏｓをゼロとする（ステップＳ１ ＮＯ，ステップＳ３）。
【００２７】
図５は、速度押し返し制御手段１０の動作を示すフローチャートである。
図５において、ドアの速度検出値Ｖｍが速度判定値Ｘ２より大きければ、外力によってドアが開かれたと見なし、速度押し返し推力ＦｖｅｌをＦｖｅｌ＝Ｖｍ×Ｋ２により演算する（ステップＳ１１ ＹＥＳ，ステップＳ１２）。ここで、Ｋ２は応答感度を決定する速度押し返し係数であり、任意に設定可能である。また、速度検出値Ｖｍが速度判定値Ｘ２以下であれば、速度押し返し推力Ｆｖｅｌをゼロとする（ステップＳ１１ ＮＯ，ステップＳ１３）。
速度検出値Ｖｍが大きいということは、ドアが強い力で開かれようとしていることと同義であり、ドアをより強い推力で押し返すことでドアを開けにくくする制御が可能となる。また、機械的ガタや電車の振動などにより誤検出が発生するため、速度判定値Ｘ２の調節によって検出感度を最適値に調節することが望ましい。
【００２８】
図６は、加速度押し返し制御手段１１の動作を示すフローチャートである。
図６において、ドアの加速度検出値Ａｃｃｍが加速度判定値Ｘ３より大きければ、外力によってドアが開かれたと見なし、加速度押し返し推力ＦａｃｃをＦａｃｃ＝Ａｃｃｍ×Ｋ３により演算する（ステップＳ２１ ＹＥＳ，ステップＳ２２）。ここで、Ｋ３は応答感度を決定する加速度押し返し係数である。また、加速度検出値Ａｃｃｍが加速度判定値Ｘ３以下であれば、加速度押し返し推力Ｆａｃｃをゼロとする（ステップＳ２１ ＮＯ，ステップＳ２３）。
加速度検出値Ａｃｃｍが高いということは、ドアが強い力で開かれようとしていることと同義であり、ドアをより強い推力で押し返すことでドアを開けにくくする制御が可能となる。前記同様に、機械的ガタや電車の振動などにより誤検出が発生するため、加速度判定値Ｘ３の調節によって検出感度を最適値に調節することが望ましい。
【００２９】
これら３種類の押し返し制御手段９〜１１の出力は図１の加算手段１５，１６により加算され、押し返し推力Ｆｐｉが求められる。外力によりドアが開かれていない場合には、押し返し推力Ｆｐｉはゼロとなる。
既に明らかなように、押し返し制御手段９〜１１の制御動作は、いずれも位置検出手段６による位置検出値Ｐｍに基づいており、位置検出手段６として例えば０．１[ｍｍ]以上の分解能を有する高精度な位置検出器を用いれば、全閉状態にあるドアが外力によって開かれたことを瞬時に検出して押し返し制御動作に反映させ、ドアを開けようとする外力に対して十分大きな押し返し推力Ｆｐｉを生成することができる。
例えば、電車の走行中において、理想的にはドアが戸閉検知スイッチ５のストローク（約２[ｍｍ]）以上開かないことが要求されるが、本実施形態によれば、少なくとも約０．５[ｍｍ]開いたことを検出して「押し返し制御モード」に切り替えることが可能である。
【００３０】
図１において、押し返し推力Ｆｐｉは、振動抑制フィルタ１２を通すことで振動抑制推力Ｆｐが演算される。この振動抑制推力Ｆｐと、ドア指令発生手段１からの定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓとが加算手段１７により加算され、押し返し制御推力Ｆｐｂとして指令選択手段３に入力される。
【００３１】
定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓは、弱い外力によってドアが開くようなシステムの場合に、ドアに対して閉方向の所定の推力を常時与えることで安定した閉状態を保ち、定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓ以上の外力がドアを開く方向に働いた場合には、定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓと振動抑制推力Ｆｐとを加算した押し返し制御推力Ｆｐｂによりドアの閉状態を保つ制御を実現する。
なお、後述するように、振動抑制フィルタ１２の動作時間は振動抑制タイマ１３によって演算される。また、押し返し時間用タイマ１４は「押し付け制御モード」から「押し返し制御モード」へ切り替える時間を計測するためのものである。
【００３２】
ここで、振動抑制フィルタ１２の作用について説明する。
電車用ドアのように、駆動対象物が比較的大きく重量もある場合、急激な推力変動を与えると駆動対象物に振動が発生することは容易に想像可能である。この実施形態のように、「押し返し制御モード」によってドアへの推力が急激に増加するシステムでは、推力を即座に減少させるとドアに振動が発生し、この振動によるドアの動きからドアが再度、開かれたと誤認される結果、振動を繰り返す現象が発生する。この現象を抑えるために、振動抑制フィルタ１２を設けて押し返し推力Ｆｐｉから振動抑制推力Ｆｐを生成し、この振動抑制推力Ｆｐを一定時間、ドアの推力に反映させてドアの振動を抑制することが有効である。
【００３３】
図７は、振動抑制フィルタ１２の動作を示すフローチャートである。
まず、押し返し推力Ｆｐｉ（初期値はゼロである）が振動抑制推力Ｆｐより大きい場合（ステップＳ３１ ＹＥＳ）、即座に押し返し指令を与えるためＦｐにＦｐｉを代入し（ステップＳ３２）、振動抑制のために押し返し推力Ｆｐｉを一定時間保持するべく振動抑制タイマ１３の値Ｔｍｒ１に所定の振動抑制時間Ｔ１を設定する（ステップＳ３３）。なお、ＦｐはＦｐｉに基づいて生成されるため、ステップＳ３１においてＦｐｉと比較されるＦｐは前制御周期のＦｐである。
【００３４】
振動抑制タイマ１３の値Ｔｍｒ１がゼロ以外の場合は（ステップＳ３４ ＮＯ）、押し返し推力Ｆｐｉを指令として使用するため振動抑制タイマ１３のカウント処理のみ実行し（ステップＳ３６）、値Ｔｍｒ１がゼロの場合は（ステップＳ３４ ＹＥＳ）、推力をスムーズに低減させるため、ローパスフィルタを用いて振動抑制推力Ｆｐを演算する（ステップＳ３５）。なお、ローパスフィルタの減衰特性はカットオフ周波数ω３により調整可能であり、本発明が適用されるシステムにより調整する必要がある。
ステップＳ３５の数式においてｓはラプラス演算子を示し、ステップＳ３６の数式においてＴ０は制御周期を示す。
図７に示したような振動抑制フィルタ１２を用いることにより、高速な押し返しと振動抑制とを実現することができ、押し返し制御モードにおける安全性を高めることができる。
【００３５】
ドアに挟まれた物体を引き抜けるような推力をドアに与える「押し付け制御モード」から、外力を与えてもドアが開かないような推力をドアに与える「押し返し制御モード」への切替条件は種々考えられるが、実用的な例として、ドアが閉まってから一定時間経過後、または、電車走行中に、「押し付け制御モード」から「押し返し制御モード」に切り替える方式がある。
ドアが閉まってから一定時間経過後に制御モードを切り替える方式は、ドア指令発生手段１及び押し返し時間用タイマ１４を用いれば容易に実現可能であり、電車走行中に制御モードを切り替える方式は、前述した走行中状態信号ＲｕｎＣを利用して容易に実現可能である。
【００３６】
図８は、制御モードを切り替える動作シーケンスの一例を説明するための図であり、５は前述したように戸閉検知手段、Ｄは電車用ドアを示している。
図８（ａ）→同（ｂ）→同（ｃ）の動作により、全開状態のドアＤが全閉状態になると、戸閉検知スイッチ５から戸閉検知信号Ｄｃｓｍが出力される。この状態で、図１のドア指令発生手段１は制御選択指令Ｓｅｌを指令選択手段３に送り、「押し付け制御モード」を選択させる。これにより、指令選択手段３は、ドア指令発生手段１からの定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓを選択推力Ｆｓとして出力する。図８（ｄ）に示すように、「押し付け制御モード」における定常押し返し推力Ｆｃｏｎｓを比較的小さくすることにより、ドアＤに衣服や荷物等の物体が挟まれたとしても僅かな外力によってドアＤを開けることができる。
なお、電車が走行を開始すると、走行中状態信号ＲｕｎＣもオンになる。
従って、戸閉検知信号Ｄｃｓｍがオンしてから押し返し時間用タイマ１４による設定時間が経過するまでの時間、あるいは、戸閉検知信号Ｄｃｓｍがオンしてから走行中状態信号ＲｕｎＣがオンになるまでの時間を「押し付け制御モード」とし、それ以後は「押し返し制御モード」に切り替えるような運用が可能である。
【００３７】
図１のドア指令発生手段１は、上述した所定時間経過後に制御選択指令Ｓｅｌを指令選択手段３に送り、「押し付け制御モード」から「押し返し制御モード」に切り替える。「押し返し制御モード」に切り替えた後は、指令選択手段３が、加算手段１７からの押し返し制御推力Ｆｐｂを選択推力Ｆｓとして出力する。この時の押し返し制御推力Ｆｐｂは、図８（ｅ）に示すように、ドア全閉時（図８（ｃ））や「押し付け制御モード」（図８（ｄ））における推力よりも大きいため、ドアＤに大きな外力を加えてもドアＤを開けることはできない。
【００３８】
以上のように、ドアＤが全閉状態になった直後は「押し付け制御モード」とし、その後に「押し返し制御モード」に切り替えることで、電車の発車時にドアＤに挟まれた物体を僅かな外力によって引き抜き可能であり、しかも、電車の走行中には外力によってドアＤが開くことがない電車用ドア駆動装置を実現することができる。
従って、利用者にとって利便性、安全性の高い電動式ドア制御装置を提供することができる。
【００３９】
なお、本発明は、図８に示したような両開き方式のドアばかりでなく、片開き方式のドアにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：ドア指令発生手段
２：速度制御手段
３：指令選択手段
４：ドア駆動機構
５：戸閉検知手段
６：位置検出手段
７ａ，７ｂ：速度検出手段
８：加速度検出手段
９：位置押し返し制御手段
１０：速度押し返し制御手段
１１：加速度押し返し制御手段
１２：振動抑制フィルタ
１３：振動抑制タイマ
１４：押し返し時間用タイマ
１５〜１７：加算手段
１００：速度制御部
２００：押し返し制御部
Ｄ：電車用ドア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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