(57)【要約】【課題】  速度を推定して用いる場合に、勾配路における推定精度の低下を少なくし、勾配路でも良好に操作できるドア開閉アシスト装置を提供すること。【解決手段】  ドア開閉制御演算部８１は、検出したドア開閉操作力で、実際よりも軽い仮想的なスライドドア６を操作した場合のドア速度を目標ドア速度として演算する目標ドア速度演算部８１１と、路面勾配によってスライドドア６に作用する力を状態量の一つとして持つ、スライドドア６の動きを表わした状態方程式に基づいて、ドア開閉操作力と開閉位置とモータ１の駆動指令値からドア速度の推定値を演算するドア速度推定部８１２を備えた。【選択図】        図１
2009256920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両ドア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力を、前記車両ドアを移動させる機構へ伝達する駆動力伝達機構と、
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、
車両ドアの開閉位置を検出するドア位置検出手段と、
少なくとも前記ドア開閉操作力に基づいて、前記アクチュエータの駆動指令値を演算し、制御するドア制御手段と、
を有し、
前記ドア制御手段は、
検出したドア開閉操作力で、実際よりも軽い仮想的なドアを操作した場合のドア速度を目標ドア速度として演算する目標ドア速度演算手段と、
路面勾配によって車両ドアに作用する力を状態量の一つとして持つ、前記車両ドアの動きを表わした状態方程式に基づいて、前記ドア開閉操作力と前記開閉位置と前記アクチュエータの駆動指令値からドア速度の推定値を演算するドア速度推定手段と、
を備えた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、
前記ドア速度推定手段は、
路面勾配によって車両ドアに作用する力を状態量の一つとし、前記車両ドアの動きを表わした状態方程式を設定することにより、未知パラメータである勾配抵抗を前記状態方程式から除くようにし、前記状態方程式に基づいて設定されたオブザーバである、
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】
操作者のドア開閉操作を検出するトルクセンサ及び位置センサと、ドア開閉の操作力をアシストするモータと、仮想的に設定した軽いドアの操作を目標として設定し、目標とトルクセンサのドア開閉操作との偏差を小さくするアシスト力をモータに出力させる制御を行うコントローラを備え、操作者の位置を充分に反映させて、且つ操作フィーリングを向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、傾斜センサと速度センサにより路面の傾斜を検出し、ドア開閉のアシスト制御に用いているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００７−９６５０号公報（第２−１６頁、全図）
【特許文献２】特開２００８−２１３０号公報（第２−９頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来において、傾斜センサを用いずに路面の傾斜を考慮したドアへのアシストを行い、速度センサを用いずに速度を推定し、制御に用いる場合には、推定速度が傾斜の影響により推定誤差を大きくする問題があった。
【０００５】
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、速度を推定して用いる場合に、勾配路における推定精度の低下を少なくし、勾配路でも良好に操作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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、車両ドア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力を、前記車両ドアを移動させる機構へ伝達する駆動力伝達機構と、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、車両ドアの開閉位置を検出するドア位置検出手段と、少なくとも前記ドア開閉操作力に基づいて、前記アクチュエータの駆動指令値を演算し、制御するドア制御手段と、を有し、前記ドア制御手段は、検出したドア開閉操作力で、実際よりも軽い仮想的なドアを操作した場合のドア速度を目標ドア速度として演算する目標ドア速度演算手段と、路面勾配によって車両ドアに作用する力を状態量の一つとして持つ、前記車両ドアの動きを表わした状態方程式に基づいて、前記ドア開閉操作力と前記開閉位置と前記アクチュエータの駆動指令値からドア速度の推定値を演算するドア速度推定手段と、
【０００７】
を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
よって、本発明にあっては、速度を推定して用いる場合に、勾配路における推定精度の低下を少なくし、勾配路でも良好に操作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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１，２に対応する実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
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。
【００１１】
実施例１のドア開閉アシスト装置は、モータ１、減速機構２ａ〜２ｅ、駆動プーリ３、ガイドプーリ４ａ，４ｂ、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、クラッチ１６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。また、モータ１の出力軸は１条ウォームギアを用いている。１条ウォームギアは、ねじれ角をきつくしなくてすむため、噛み合いを強く得ることができる。但し、そのために外部から力を出力軸に伝達することによりモータ１を回転させることは難しい構成になっている。
減速機構のギア２ａ〜２ｅ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。
【００１２】
駆動プーリ３は、減速機構のギア２ａ〜２ｅ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，４ｂ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）
【００１３】
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の位置変化を検出することで、スライドドア６の開閉速度を検出する位置センサ７１を設ける。
クラッチ１６は、コントローラ８の制御によって、減速機構のギア２ａ〜２ｅのギア２ｂとギア２ｃの間の回転伝達のオンオフ切替を行う。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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４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。
コントローラ８は、ドア開閉制御演算部８１とモータ駆動制御部８２を主要な構成としている。
ドア開閉制御演算部８１は、トルクセンサ１０からのドア開閉操作力と、位置センサ７１からのドア開閉位置からアシスト力を演算して、駆動指令値を出力する。また、必要に応じてクラッチ１６の接続、非接続を制御する。
モータ駆動制御部８２は、駆動指令値に従って、モータ１を駆動させる。
【００１８】
図５に示すのは、実施例１のドア開閉制御演算部８１のブロック図である。
ドア開閉制御演算部８１は、目標ドア速度演算部８１１、ドア速度推定部８１２、モータ指令値演算部８１３を備えている。
目標ドア速度演算部８１１は、トルクセンサ１０のドア操作力から目標ドア速度を演算する。詳細は、後述する。
ドア速度推定部８１２は、ドア操作力、ドア位置、モータ駆動指令値からドア速度を推定する。
モータ指令値演算部８１３は、目標ドア速度と推定ドア速度から、モータ指令値を例えば、比例制御、つまり目標ドア速度と推定ドア速度の偏差にゲインを乗じるなどで、演算する。
【００１９】
図６に示すのは、実施例１のドア開閉制御演算部の目標ドア速度演算部のブロック図である。
目標ドア速度演算部８１１は、クーロン摩擦力出力部８１１ａ、加算器８１１ｂ、演算部８１１ｃ、粘性摩擦係数演算部８１１ｄ、積分器８１１ｅを備えている。
クーロン摩擦力出力部８１１ａは、予め設定される仮想ドアのクーロン摩擦力を記憶しておき、出力する。
加算器８１１ｂは、ドア操作力からクーロン摩擦力、粘性摩擦力を減じる演算を行う。
【００２０】
演算部８１１ｃは、加算器８１１ｂの演算結果に／（仮想ドア質量）を乗じる演算を行う。
粘性摩擦係数演算部８１１ｄは、目標ドア速度から仮想ドアの粘性摩擦係数を決定し、粘性摩擦力を演算し、加算器８１１ｂへ出力する。
積分器８１１ｅは、演算部８１１ｃの演算結果を積分して目標ドア速度を演算し出力する。
【００２１】
次に、実施例１のドア開閉制御演算部の構成について、さらに詳細に説明する。
図７に示すのはスライドドアについて想定したモデルの説明図である。図８はスライドドアモデルのブロック線図である。
実施例１のドア開閉アシスト装置では、複数のギアと、ベルト９を介して、スライドドア６を駆動しているが、図７に示すように、単純に一つのギアで駆動することを考えれば、近似的に、実機を表わすモデルを作ることができる。
このモデルのブロック線図が図８である。スライドドア６に作用する力としては、モータ１によるアシスト力、操作力、スライドドア６の動きと反対方向に生じる摩擦力、勾配路に車両がある場合に生じる勾配抵抗がある。
【００２２】
スライドドア６の摩擦力は、通常、クーロン摩擦力が支配的で、一定値とみなすことができる。オブザーバの理論の考え方で、ドア速度を推定する場合、図８の４つの入力と１つの出力がわかれば、用いることが可能となる。但し、路面勾配は通常、計測しないため、路面勾配がわからない状態で、ドア速度を推定するのが本実施例１である。
【００２３】
図８のブロック線図は、状態方程式で表わすと例えば、以下の数式１〜数式８のようになる。以下の数式１〜数式８で、Ｋeは逆起電力定数、Ｋtはトルク定数、Ｊmはモータ慣性、ｒはピニオン半径、Ｍdはドア質量、ｘdはドア位置、ｖdはドア速度、Ｆhは操作力、Ｆcはクーロン摩擦力、ｇは重力加速度、θは路面勾配角度、ＶBはバッテリ電圧、Ｒはモータ巻線抵抗値、ｕdutyはモータ駆動指令値（PWM制御デューティ）である。
【００２４】
（数１）
【００２５】
ｄx／ｄt＝Ａx＋Ｂu
【００２６】
（数２）
【００２７】
ｙ＝Ｃx
【数３】
2009256920.tif 000003
【数４】
2009256920.tif 000004
【００２８】
（数５）
【００２９】
Ｃ＝[１  ０]
【数６】
2009256920.tif 000005
【数７】
2009256920.tif 000006
【００３０】
（数８）
【００３１】
ｙ＝ｘd
【００３２】
ここで、上記説明のように、路面勾配角度（θ）はわからないために、状態方程式の入力（ｕ）がコントローラで求められない。よって、このままでは、オブザーバを設けることができない。
そこで、勾配抵抗（＝Ｍd・ｇ・sin(θ)）を状態量の一つとして追加して、勾配抵抗は検出できない信号という扱いで、オブザーバを設ける。この点について、次に図９を参照して説明する。
【００３３】
図９は実施例１における状態方程式に基づくスライドドアモデルの制御図である。
数式１〜数式８までの状態方程式をブロック線図で示すと図９のように変形することができ、ドア速度の演算結果は変わらない。
このモデルを基に、勾配抵抗を状態量に追加して、再度状態方程式を求めれば、勾配抵抗が未知パラメータ（推定量の一つ）という扱いが可能となりオブザーバを設けることができる。これを図１０に示す。
図１０は実施例１におけるオブザーバを設けるために設定したスライドドアモデルの制御図である。
以下、数式９〜数式１６に図１０に基づく状態方程式を示す。なお、Ｆslは勾配抵抗を表わす。
【００３４】
【数９】
2009256920.tif 000007
（数１０）
ｙ＝Ｃ２ｘ２
【数１１】
2009256920.tif 000008
【数１２】
2009256920.tif 000009
【数１３】
2009256920.tif 000010
【数１４】
2009256920.tif 000011
【数１５】
2009256920.tif 000012
【数１６】
2009256920.tif 000013
【００３５】
状態方程式をこのようにすることで、状態方程式の入力に未知のパラメータである勾配抵抗が除かれるためにオブザーバを設けることができる。
次にこのオブザーバの制御構成について説明する。
図１１に示すのは、オブザーバのブロック線図である。
図１１に示すオブザーバは、演算部８１２ａ，８１２ｄ，８１２ｅ，８１２ｆ，８１２ｇ、加算器８１２ｂ，８１２ｈ、積分器８１２ｃを備えている。
演算部８１２ａは、数式１２の演算を行う演算部である。
加算器８１２ｂは、演算部８１２ａ，８１２ｄ，８１２ｅの演算結果を加算し、出力する。
【００３６】
積分器８１２ｃは、加算器８１２ｂの出力を積分する。
演算部８１２ｄは、数式１１の演算を行う演算部である。
演算部８１２ｅは、行列Ｌを示し、Ａ２−ＬＣ２の固有値が、例えば負の実数となるように設定された行列データを演算し出力する。なお、負の実数の大きさが大きいと、ドア速度の推定遅れが減少するが、センサのノイズの影響を受けやすくなるので、両面を考慮して実験などによって設定する。
演算部８１２ｆは、数式１３のデータを記憶し出力する。
演算部８１２ｇは、行列[０  １  ０]を記憶し出力する。
加算器８１２ｈは、入力されるドア位置と推定ドア位置の偏差を演算し、演算部Ｌへ出力する。
このオブザーバは、図５のドア速度推定部８１２を構成する。そのため、勾配抵抗を除いた演算で、勾配抵抗を考慮したドア速度を推定する。
【００３７】
次に作用を説明する。
[アシスト制御処理]
実施例１のドア開閉アシスト装置では、トルクセンサ１０で検出するドアの開閉操作力に応じて、ドアの開閉操作を軽い操作で行えるように駆動指令値を演算し、モータ１を駆動してアシストを行う。
【００３８】
[勾配路における推定精度の低下を抑制する作用]
実施例１のドア開閉アシスト装置にあっては、目標ドア速度演算部８１１が、図６に示す、図８でドア速度推定部８１２が考慮するスライドドアモデルに対応した制御演算により、ドア目標速度を設定する。
そして、ドア速度推定部８１２は、図８のスライドモデルを考慮しながらも、勾配抵抗を除いたオブザーバ制御演算構成によって、ドア速度を推定する。
そのため、路面の勾配を検出することなく、路面の勾配を考慮したドア速度の推定を精度よく行う。
図１２は傾斜センサを設けずに推定速度を用いて制御した場合の操作力、目標ドア速度、実ドア速度、推定ドア速度の試験結果のグラフ図である。図１３は実施例１における操作力、目標ドア速度、実ドア速度、推定ドア速度の試験結果のグラフ図である。
【００３９】
図１２、図１３では、操作力は同じパターンとなるようにし、路面勾配は、ドア操作が重くなる方向に１０度とした。
図１２、図１３において、図１２では、実ドア速度は推定ドア速度より小さくなっている。これは、速度の推定において、勾配の影響が考慮されていないためである。即ち、勾配が無い物として推定しているために実際のドア速度よりも推定値が大きくなっている。
これに対して、実施例１では、勾配を考慮したことによって、推定ドア速度が実ドア速度と一致している。勾配路面上では、目標ドア速度を達成するために、より大きなアシスト力が発生する。
【００４０】
このように実施例１では、勾配路面上でも精度良くドア速度を推定することによって、操作力から算出される目標ドア速度により近い実際のドア速度にする。これは、言い換えると、勾配の影響が操作感に現れにくく、常に良好な操作感を達成する。
【００４１】
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、以下に列挙する効果を有する。
(1)車両ドアの操作力をアシストするモータ１と、モータ１の駆動力を、スライドドア６を移動させる機構へ伝達するギア２ａ〜２ｅ及び駆動プーリ３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、車両ドアの開閉位置を検出する位置センサ７１と、ドア開閉操作力に基づいて、モータ１の駆動指令値を演算し、制御するドア開閉制御演算部８１とを有し、ドア開閉制御演算部８１は、検出したドア開閉操作力で、実際よりも軽い仮想的なスライドドア６を操作した場合のドア速度を目標ドア速度として演算する目標ドア速度演算部８１１と、路面勾配によってスライドドア６に作用する力を状態量の一つとして持つ、スライドドア６の動きを表わした状態方程式に基づいて、ドア開閉操作力と開閉位置とモータ１の駆動指令値からドア速度の推定値を演算するドア速度推定部８１２を備えたため、速度を推定して用いる場合に、勾配路における推定精度の低下を少なくし、勾配路でも良好に操作できる。
例えば、推定ドア速度が、実際のドア速度よりも大きい場合、推定誤差によってアシスト力が減少し、操作が重くなる。逆に、推定ドア速度が、実際のドア速度よりも小さい場合、推定誤差によってアシスト力が増加し、操作が重くなる（理想より軽くなりすぎる）。実施例１では、このようなことが生じることなく、操作感が良好なものとなる。
【００４２】
(2)上記(1)において、ドア速度推定部８１２は、路面勾配によってスライドドア６に作用する力を状態量の一つとし、スライドドア６の動きを表わした状態方程式を設定することにより、未知パラメータである勾配抵抗を状態方程式から除くようにし、状態方程式（数式９〜数式１６）に基づいて設定されたオブザーバ（図１１のブロック線図）であるため、勾配路を考慮しつつも、勾配抵抗の検知の必要なく考慮して、ドア速度を推定することができ、勾配路における推定精度の低下を少なくし、勾配路でも良好に操作できる。
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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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】
【００４４】
【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コントローラのブロック図である。
【図５】実施例１のドア開閉制御演算部のブロック図である。
【図６】実施例１のドア開閉制御演算部の目標ドア速度演算部のブロック図である。
【図７】スライドドアについて想定したモデルの説明図である。
【図８】スライドドアモデルのブロック線図である。
【図９】実施例１における状態方程式に基づくスライドドアモデルの制御図である。
【図１０】実施例１におけるオブザーバを設けるために設定したスライドドアモデルの制御図である。
【図１１】オブザーバのブロック線図である。
【図１２】傾斜センサを設けずに推定速度を用いて制御した場合の操作力、目標ドア速度、実ドア速度、推定ドア速度の試験結果のグラフ図である。
【図１３】実施例１における操作力、目標ドア速度、実ドア速度、推定ドア速度の試験結果のグラフ図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  モータ
２ａ  （減速機構の）ギア
２ｂ  （減速機構の）ギア
２ｃ  （減速機構の）ギア
２ｄ  （減速機構の）ギア
２ｅ  （減速機構の）ギア
３  駆動プーリ
４ａ，４ｂ  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
８  コントローラ
８１  ドア開閉制御演算部
８１１  目標ドア速度演算部
８１１ａ  クーロン摩擦力出力部
８１１ｂ  加算器
８１１ｃ  演算部
８１１ｄ  粘性摩擦係数演算部、
８１１ｅ  積分器
８１２  ドア速度推定部
８１３  モータ指令値演算部
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
１６  クラッチ
【図１】
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【図２】
2009256920.tif 000015
【図３】
2009256920.tif 000016
【図４】
2009256920.tif 000017
【図５】
2009256920.tif 000018
【図６】
2009256920.tif 000019
【図７】
2009256920.tif 000020
【図８】
2009256920.tif 000021
【図９】
2009256920.tif 000022
【図１０】
2009256920.tif 000023
【図１１】
2009256920.tif 000024
【図１２】
2009256920.tif 000025
【図１３】
2009256920.tif 000026