(57)【要約】【課題】  操作感を向上させることができるドア開閉アシスト装置を提供すること。【解決手段】  理想的な操作感を得られるドアの質量とドアへの摩擦力、加速度推定部８１２で推定されたドアの加速度で設定した理想ドアを操作した場合の操作力を目標操作力として演算する目標操作力演算部８１３と、目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として演算する第１駆動指令値演算部８１６と、目標操作力と検出するドア開閉操作力の差を小さくする第２の駆動指令値を演算する第２駆動指令値演算部８１７と、第１駆動指令値と第２駆動指令値を加算して、モータ１の駆動指令値を演算する駆動指令値演算部８１８を備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドア開閉の操作力をアシストするアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動指令値から、前記アクチュエータで発生するアシスト力を推定するアシスト力推定手段と、
車両のドアノブへのドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、
ドア開閉操作力と前記アシスト力、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いて、ドアの開閉方向の運動方程式に基づいて、ドアの加速度を推定するドア加速度推定手段と、
理想的な操作感が得られる理想ドアを想定し、推定された前記ドア加速度で理想ドアを操作した場合の操作力を目標操作力として、前記ドア加速度から演算する目標操作力演算手段と、
前記目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として、目標操作力とドア加速度から演算する第１駆動指令値演算手段と、
前記目標操作力と検出するドア開閉操作力の差を小さくする第２の駆動指令値を演算する第２駆動指令値演算手段と、
第１駆動指令値と第２駆動指令値を加算して、前記アクチュエータの駆動指令値を演算する手段と、
を備えることを特徴とするドア開閉アシスト装置。
【請求項２】
請求項１に記載のドア開閉アシスト装置において、
ドアの傾斜を検出する傾斜検出手段を設け、
前記ドア加速度推定手段は、
ドアの傾斜から演算するドアへの勾配抵抗と、前記アシスト力、前記ドア開閉操作力、前記ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いてドア開閉方向の運動方程式を基にドアの加速度を推定する、
ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のドア開閉アシスト装置において、
ドアの傾斜を検出する傾斜検出手段を設け、
前記目標操作力演算手段は、
理想的な操作感を得られる質量及び摩擦力と、検出された傾斜と、前記ドア加速度推定手段による加速度推定値で設定した理想ドアを操作する操作力を目標操作力として演算する、
ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、
ドアの傾斜を検出する傾斜検出手段を設け、
前記第１駆動指令値演算手段は、
前記目標操作力と、前記ドア加速度推定手段による加速度推定値、ドアの傾斜から演算するドアへの勾配抵抗、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いて、前記目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として演算する、
ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のドア開閉アシスト装置において、
ドアへの摩擦力は、粘性摩擦力とクーロン摩擦力の和で求められるものとし、
ドアへの摩擦力は、前記加速度推定値を積分して得るドア速度推定値に所定ゲインを乗じる演算で算出した粘性摩擦力と、予め設定されるクーロン摩擦力を加算して得る、
ことを特徴とするドア開閉アシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のドアを軽い力で操作できるようアクチュエータの力をアシストするドア開閉アシスト装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
目標電流信号設定手段、加速度演算手段、加速度係数発生手段、速度係数発生手段、補正手段、偏差演算手段、駆動制御手段からなる制御手段を備え、トルク信号に対応した目標電流信号、加速度信号に対応した加速度係数、及び速度信号に対応した速度係数に対応した補正信号を発生し、補正信号に基づいて電動機を駆動してアシスト力（開閉補助力）を発生し、小さい操作力でドアを操作できるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平９−３２８９５７号公報（第２−１１頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、ドア操作のパワーアシストによる違和感を生じさせないことを目的に、操作力に基づいて算出されるアシスト力、実際はモータ電流を、操作速度と操作加速度によって補正するということを行う。この補正はアシスト装置のないドアにおいて、ドアの移動速度や加速度を大きくすると、操作力が大きくなる（ドアが重くなる）という性質を、パワーアシストする本装置においても、アシスト力の低下補正によって実現し、自然な操作部を得ようというものである。しかしながら、ドアの質量やドアに作用する摩擦力が変わると、同じ操作感にならないので、補正係数テーブルのチューニングが難しく、問題であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、操作感を向上させることができるドア開閉アシスト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、ドア開閉の操作力をアシストするアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動指令値から、前記アクチュエータで発生するアシスト力を推定するアシスト力推定手段と、車両のドアノブへのドア開閉操作力を検出する操作力検出手段と、ドア開閉操作力と前記アシスト力、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いて、ドアの開閉方向の運動方程式に基づいて、ドアの加速度を推定するドア加速度推定手段と、理想的な操作感が得られる理想ドアを想定し、推定された前記ドア加速度で理想ドアを操作した場合の操作力を目標操作力として、前記ドア加速度から演算する目標操作力演算手段と、前記目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として、目標操作力とドア加速度から演算する第１駆動指令値演算手段と、前記目標操作力と検出するドア開閉操作力の差を小さくする第２の駆動指令値を演算する第２駆動指令値演算手段と、第１駆動指令値と第２駆動指令値を加算して、前記アクチュエータの駆動指令値を演算する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、操作感を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のドア開閉アシスト装置を実現する実施の形態を、請求項１〜請求項５に対応する実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１のドア開閉アシスト装置の概略を示す説明図である。図２は実施例１のドア開閉アシスト装置を車両に搭載した車両の説明図である。図３は実施例１のドア開閉アシスト装置のトルクセンサの説明図である。
【０００９】
実施例１のドア開閉アシスト装置は、モータ１、減速機構２、駆動プーリ３、ガイドプーリ４ａ〜４ｃ、駆動アーム５、スライドドア６、支持部材７、位置センサ７１、コントローラ８を主要な構成としている。
モータ１は、コントローラ８の制御により、出力軸へアシストのための駆動力を出力する。
減速機構２は、ギアの歯数の比により、モータ１の出力に対して、一定の減速を行い、その減速した分、大きなトルクを得る。
【００１０】
駆動プーリ３は、減速機構２に係合して所定の回転速度で回転するとともに、ベルト９を回転させる。
ガイドプーリ４ａ〜４ｃは、自由回転により、ベルト９を設定した経路に張り渡しつつ、スムーズに回転させる。
駆動アーム５は、一端を支持部材７に取り付け、他端をスライドドア６に取り付け、支持部材７の移動する力をスライドドア６に伝達する。
スライドドア６は、図２に示すように車両の側面で、回動する開閉ではなく、車両の側面に沿ってスライド移動することにより開閉するドアである。（以下、ドアと記載の場合は、スライドドア６を指すものとする）
【００１１】
支持部材７は、ベルト９に固定され、ベルト９の回転する力を駆動アーム５に伝達する。
なお、支持部材７の内部には、支持部材７の位置を検出することで、スライドドア６の開閉位置を検出する位置センサ７１、スライドドア６の開閉速度を検出する速度センサ７２を設ける。
さらに、勾配路等によるドアの傾斜を検出する傾斜センサ７３を設ける。
【００１２】
本実施例１では、図２に示すように、ドアの操作力の検出をドアノブ部分に設けたトルクセンサ１０により行う。
トルクセンサ１０は、基板１１、ブラシ１２、ドアノブ１３、バネ１４により主に構成されている。
基板１１は、ブラシ１２との接触位置の変化を抵抗の変化として検出する。
ブラシ１２は、ドアノブ１３のドア内部に基端側を取り付けられ、基板１１に先端部が接触し、ドアノブ１３のスライドする動きにともなって、基板１１に接触したまま、スライドする。
ドアノブ１３は、ドアの開閉の際に操作者が持ち、開、閉のそれぞれの方向に力を加える部分であり、本実施例１では、ドアノブ１３は、開、閉のそれぞれの方向に所定の量スライドする構造である。
バネ１４は、ドアノブ１３を開閉の中立位置に保持させるよう力を加えており、操作によりドアノブ１３に開、閉いずれかの方向の力を加えると、ばね性に応じた変位量を生じるものである。
【００１３】
つまり、操作力が加えられるドアノブ１３をバネ１４で中立位置に保持し、ドアノブ１３に取り付けたブラシ１２と基板１１が摺動式のポテンショメータを構成することで、ポテンショメータで検出される位置変化は、バネ１４の圧縮もしくは引っ張りの変位量に相当するため、ドアノブへ加えられる操作力が検出されるのである。
【００１４】
コントローラ８は、トルクセンサ１０、位置センサ７１の検出情報を処理して、その結果に基づいてモータ１を制御する。
図５に示すのは、ドア開閉アシスト装置のコントローラ８のブロック図である。
ドア開閉補助力演算部８１は、開閉速度、開閉位置、開閉操作力から、補助力指令値を演算し、出力する。
モータ駆動制御部８２は、補助力指令値に従ってモータ１を駆動する。
【００１５】
次にドア開閉補助力演算部８１について、図６を参照してさらに説明する。
図６はドア開閉補助力演算部８１のブロック図である。
ドア開閉補助力演算部８１は、アシスト力推定部８１１、ドア加速度推定部８１２、目標操作力演算部８１３、勾配抵抗演算部８１４、ドア摩擦力演算部８１５、第１駆動指令値演算部８１６、第２駆動指令値演算部８１７、駆動指令値演算部８１８を主要な構成としている。
【００１６】
アシスト力推定部８１１は、PWM制御デューティなどの駆動指令値からアシスト力までの伝達関数をあらかじめ実験などから求めておき、この伝達関数を用いて、駆動指令値からアシスト力を推定する。
ドア加速度推定部８１２は、ドアに作用する力とドア質量、摩擦抵抗から運動方程式を用いて加速度を推定する。
なお、ドア加速度＝（操作力検出値＋アシスト力−ドア摩擦力−勾配抵抗）／ドア質量の式からドア加速度の推定値を求める。
【００１７】
目標操作力演算部８１３は、理想ドアに対する運動方程式から、理想ドアを、実際のドアの操作加速度で操作した場合の操作力を目標操作力として演算する。目標操作力を実現できれば、理想ドアを操作するのと同じ操作感が得られる。
なお、理想ドア勾配抵抗は、理想ドア勾配抵抗＝理想ドア質量×重力加速度×sin(θ)から求め、目標操作操作力は、目標操作操作力＝（理想ドア質量×ドア加速度＋理想ドア摩擦力＋理想ドア勾配抵抗）の式から求めるようにする。
【００１８】
勾配抵抗演算部８１４は、傾斜センサ７３からの検出値、θを路面勾配（rad)として、勾配抵抗＝ドア質量×重力加速度×sin(θ)から勾配抵抗を求める。
ドア摩擦力演算部８１５は、ドア摩擦力を、ドア摩擦力＝粘性摩擦力＋クーロン摩擦力とし、クーロン摩擦力は予め設定した定数とし、粘性摩擦力は、粘性摩擦力＝粘性摩擦係数×ドア速度から求めるようにする。
【００１９】
第１駆動指令値演算部８１６は、目標操作力を実現するのに必要な駆動力を、再度、実際のドアに対する運動方程式を用いて演算する。
なお、第１駆動指令値＝（ドア質量×ドア加速度＋ドア摩擦力＋ドア勾配抵抗−目標操作力）の式から求めるようにする。
【００２０】
第２駆動指令値演算部８１７は、目標操作力と操作力検出値との偏差を演算し、偏差が０に近づくように例えばPID制御によって、第２の駆動指令値を演算する。
駆動指令値演算部８１８は、第１駆動指令値と第２駆動指令値を加算して、最終的な駆動指令値を出力する。
【００２１】
次に作用を説明する。
[待機モードとアシストモードの切替処理]
図４に示すのは、実施例１のドア開閉アシスト装置の操作モードの状態遷移図である。
実施例１のドア開閉アシスト装置においては、アシスト制御を行わない状態である待機状態と、アシスト制御を行う状態であるアシストモードとの２つの状態を有する。
待機状態において、操作力の発生によりドアノブ操作を検出すると、待機状態からアシストモードへ移行する。
アシストモードにおいて、停止位置に位置したことを検出すると、アシストモードから待機モードへ移行する。
【００２２】
[操作感の向上作用]
実施例１のドア開閉アシスト装置では、ドアに関する理想値、実測値、に粘性抵抗、クーロン摩擦力、ドア傾斜を図３に示す制御ブロック構成で考慮することにより、操作感を向上させ、より理想的な操作感を得られるようにドア開閉アシスト制御を行う。
【００２３】
実施例１におけるドアを中間開度から全開まで操作した場合のシミュレーション結果を説明する。なお、勾配は０degとしている。
図７は実施例１のドア開閉アシスト装置のシミュレーション条件を示す説明図である。図８は実施例１のドア開閉アシスト装置のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【００２４】
実際のドアが５０kgであるに対して、理想のドア質量を１０kgとし、クーロン摩擦力を実際５N、理想２．５N、粘性摩擦係数を実際２９Ns/m、理想１４．５Ns/mと図７に示すように設定している。
【００２５】
図８に示すシミュレーションでは、実際のドアにも、理想のドアにも同じ操作力を与え、実際のドアには、操作力に加えて、図６のブロック図で示すドア開閉補助力演算部８１で演算されるアシスト力がドアに作用するものとする。
図８(a)〜図８(c)に示すように、実際のドアにはアシスト力が加わることによって、理想ドアと同じように動いていることがわかる。
よって、実施例１のドア開閉アシスト装置では、理想ドアを操作するのに非常に近い操作感を得ることができる。
【００２６】
次に、実機における実験結果とシミュレーション結果を比較する。
図９は実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。図１０は実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。図１１は実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。
図９に示すのはクーロン摩擦力を５Nとした場合であり、図１０に示すのはクーロン摩擦力を１０Nとした場合であり、図１１に示すのはクーロン摩擦力を０Nとした場合である。
【００２７】
図９〜図１１に示す実機試験結果は、ドアを中間から全開まで操作した場合の操作力、操作位置、操作速度のデータを採取したものである。なお、下り側１度の勾配路で実験している。
ドアのモデルに対し、実験で収集したのと同じ操作力を与え、操作位置と操作速度が、実験で収集した値に近づくように、クーロン摩擦力を同定した。その結果、図９〜図１１に示すように、クーロン摩擦力は５N程度が妥当であることがわかった。
よって、図９〜図１１に示すように、クーロン摩擦力が５N程度で、実施例１のドア開閉アシスト装置では、理想ドアを操作するのに非常に近い操作感を得ることがわかる。
【００２８】
ドアの重さ等の条件が変更、例えば、異なる車種の場合には、この条件を再度変更すればよい。摩擦力として、粘性抵抗とクーロン摩擦力を考慮しているので、一定の値と速度に応じる値によることになり、条件変更への対応が取りやすい。
【００２９】
図１２は、摩擦力のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
図１２に示すのは、図９〜図１１に示した実機結果から得たクーロン摩擦力５Nのシミュレーション結果である。
図１２中に示す操作開始の位置では、摩擦力がマイナス側からスタートしているが、これは操作開始する前の摩擦力は、ドアが動かないように、１degの勾配で生じる力と釣り合うようにしているからである。
【００３０】
図１２には、クーロン摩擦分と粘性摩擦力の内訳がわかるように示している。このように、理想的なドア特性に非常に近づいた状態での摩擦力特性である図１２からわかるように、摩擦力特性において、クーロン摩擦は、全体の中で無視できない程度に存在することから、クーロン摩擦力と粘性摩擦力（粘性抵抗）を考慮することで、理想ドアを操作するのに非常に近い操作感を得ることがわかる。  粘性摩擦は操作速度に比例するため、操作速度が遅いほど、クーロン摩擦の割合が大きくなる。
【００３１】
次に、効果を説明する。
実施例１のドア開閉アシスト装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３２】
（1）ドア開閉の操作力をアシストするモータ１と、モータ１の駆動指令値から、モータ１で発生するアシスト力を推定するアシスト力推定部８１１と、車両のドアノブ１３へのドア開閉操作力を検出するトルクセンサ１０と、ドア開閉操作力とアシスト力、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いて、ドアの開閉方向の運動方程式に基づいて、ドアの加速度を推定するドア加速度推定部８１２と、理想的な操作感を得られる理想ドアを想定し、ドアの質量とドアへの摩擦力、加速度推定部８１２で推定されたドアの加速度で理想ドアを操作した場合の操作力を目標操作力として、ドアの加速度から演算する目標操作力演算部８１３と、目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として、目標操作力とドア加速度から演算する第１駆動指令値演算部８１６と、目標操作力と検出するドア開閉操作力の差を小さくする第２の駆動指令値を演算する第２駆動指令値演算部８１７と、第１駆動指令値と第２駆動指令値を加算して、モータ１の駆動指令値を演算する駆動指令値演算部８１８を備えるため、操作感を向上させることができる。
なお、この操作感の向上は、理想ドアの操作により近づけることで得られるものである。
【００３３】
(2)ドアの傾斜を検出する傾斜センサ７３を設け、ドア加速度推定部８１２は、ドアの傾斜から演算するドアへの勾配抵抗と、アシスト力、ドア開閉操作力、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いてドア開閉方向の運動方程式を基にドアの加速度を推定するため、ドア加速度推定演算に勾配情報を用いることによって、勾配路での加速度推定精度を向上させることができ、これによりさらに、操作感を向上させることができる。
【００３４】
(3)ドアの傾斜を検出する傾斜センサ７３を設け、目標操作力演算部８１３は、理想的な操作感を得られる質量及び摩擦力と、検出された傾斜と、ドア加速度推定部８１２による加速度推定値で設定した理想ドアを操作する操作力を目標操作力として演算するため、目標操作力の演算に勾配情報を用いることによって、実際にドアを操作する場所の勾配で理想ドアを操作した場合の操作力を目標操作力にすることができる。
【００３５】
(4)ドアの傾斜を検出する傾斜センサ７３を設け、第１駆動指令値演算部８１６は、目標操作力と、ドア加速度推定部８１２による加速度推定値、ドアの傾斜から演算するドアへの勾配抵抗、ドアの質量、ドアへの摩擦力を用いて、目標操作力を得るためのアシスト力を第１の駆動指令値として演算するため、第１駆動指令値の演算に勾配情報を用いることによって、第１駆動指令値の演算に勾配情報を用いることによって、第１の駆動指令値を目標操作力を実現する駆動指令値により近づけることができる。
【００３６】
(5)ドアへの摩擦力は、粘性摩擦力とクーロン摩擦力の和で求められるものとし、ドアへの摩擦力は、前記加速度推定値を積分して得るドア速度推定値に所定ゲインを乗じる演算で算出した粘性摩擦力と、予め設定されるクーロン摩擦力を加算して得るため、粘性摩擦を無視しないで、摩擦力をより高い精度で演算することで、理想ドアの操作感により近づけることができる。
【００３７】
以上、本発明のドア開閉アシスト装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００３８】
仮想的に設定する軽いドアは、一定質量とする必要はなく、例えば、操作初期、移動状態、操作終了期等で、又は非線形的に変わるようにしてもよい。
アクチュエータとしては、モータを例として挙げたが、空気圧や油圧を用いるものであってもよく、モータに限らない。
トルクセンサは、磁歪式のものであってもよい。
位置センサは、接触式や非接触式のものなどがあるが、精度を満たせば、どの方式、構成のものであってもよい。
【００３９】
実施例１には、ドア加速度推定演算、目標操作力の設定、第１駆動指令値演算の全てに勾配情報を用いた例を示したが、いずれか１つであっても、いずれか複数であってもよいものとする。
勾配情報を用いない場合には、例えば、ドア加速度は、ドア加速度＝（操作力＋アシスト力−摩擦力）／ドア質量の式を用いるようにすればよい。
また、例えば、目標操作力は、目標操作力＝理想ドア質量×ドア加速度＋理想ドア摩擦力の式を用いるようにすればよい。
また、例えば、第１駆動指令値は、第１駆動指令値＝ドア質量×ドア加速度＋ドア摩擦力−目標操作力の式を用いるようにすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本願は、移動体のドアへの利用のほか、建物のドアへの利用も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１のドア開閉アシスト装置の概略を示す説明図である。
【図２】実施例１のドア開閉アシスト装置を車両に搭載した車両の説明図である。
【図３】実施例１のドア開閉アシスト装置のトルクセンサの説明図である。
【図４】実施例１のドア開閉アシスト装置の操作モードの状態遷移図である。
【図５】実施例１のドア開閉アシスト装置のコントローラのブロック図である。
【図６】ドア開閉補助力演算部８１のブロック図である。
【図７】実施例１のドア開閉アシスト装置のシミュレーション条件を示す説明図である。
【図８】実施例１のドア開閉アシスト装置のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図９】実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。
【図１０】実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。
【図１１】実施例１のドア開閉アシスト装置の実機実験結果を示すグラフ図である。
【図１２】摩擦力のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  モータ
２  減速機構
３  駆動プーリ
４ａ〜４ｃ  ガイドプーリ
５  駆動アーム
６  スライドドア
７  支持部材
７１  位置センサ
７２  速度センサ
７３  傾斜センサ
８  コントローラ
８１  ドア開閉補助力演算部
８１１  アシスト力推定部
８１２  ドア加速度推定部
８１３  目標操作力演算部
８１４  勾配抵抗演算部
８１５  ドア摩擦力演算部
８１６  第１駆動指令値演算部
８１７  第２駆動指令値演算部
８１８  駆動指令値演算部
８２  モータ駆動制御部
９  ベルト
１０  トルクセンサ
１１  基板
１２  ブラシ
１３  ドアノブ
１４  バネ
１５  装置設置位置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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