СПОСОБ РАБОТЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДВЕРИ И ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ЭТОГО УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
METHOD OF DOOR CONTROL DEVICE OPERATION AND CONTROL DEVICE PROVIDED FOR THIS PURPOSE

Изобретение относится к способу работы управляющего устройства для двери в рельсовом транспортном средстве, при этом направление открывания и/или закрывания двери проходит по существу перпендикулярно направлению движения.
Кроме того, изобретение относится к рельсовому транспортному средству с электрически приводимой в действие дверью.
В приводимых в действие с помощью электродвигателя дверях, а именно как в обычных раздвижных дверях, так и в подъемных дверях, увеличивается в ходе всеобщего технического развития как вес двери, так и скорость закрывания двери. За счет этого увеличивается потенциальная опасность двери для человека и зверей. Для ограничения этой опасности необходимо, по меньшей мере, для особенно больших и тяжелых, но также для особенно быстрых раздвижных дверей, контролирование силы закрывания.
Из WO 93/16948 известно устройство для контроля кинетической энергии раздвижной двери. Однако это устройство не может реагировать, например, на статичные параметры влияния.
Из DE 102 36 938 А1 известно определение массы автоматических раздвижных и подъемных дверей, однако и этот способ не может реагировать ни на статичные, ни на динамические параметры влияния.
Из DE 100 45 341 A1, DE 198 13 513 A1 и DE 40 06 577 A1 известны способы и системы для управления дверями в области транспортных средств уличного движения.
Кроме того, из современных железнодорожных поездов известны автоматические двери с направлением закрывания, перпендикулярным направлению движения.
Под рельсовыми транспортными средствами понимаются, например, обычные поезда, поезда метро, горизонтальные «лифты», передвижные аттракционы на народных гуляньях, кабины подвесной дороги, поезда на магнитной подушке и т.д.
Дверь разделяет или соединяет две зоны, соответственно, два помещения. Дверь может быть выполнена из подвижной створки, дверного полотна, которое закреплено с помощью двух или более шарниров, дверных петлей, на дверной раме, называемой также дверной коробкой, или же в виде раздвижной двери, которая удерживается вверху или внизу подвесным рельсом. Кроме того, имеются особые виды дверей, например двери, которые перемещаются или откидываются вверх, а также опускные двери, в которых дверная створка или дверные створки разделены с помощью шарнирных лент или гибких полос на множество частей, которые при открывании выходят из плоскости закрывания.
Задачей изобретения является создание способа работы управляющего устройства для двери с проходящим по существу перпендикулярно направлению движения направлением открывания и/или закрывания, которое обеспечивает работу двери независимо от состояния рельсового транспортного средства с оптимальным приводным усилием без превышения максимально допустимого усилия закрывания в любом состоянии.
Задача решена тем, что применяют измерительное значение, по меньшей мере, одного измеряющего ускорение рельсового транспортного средства датчика ускорения и/или, по меньшей мере, одного измеряющего наклон рельсового транспортного средства датчика наклона для управления дверью. Рельсовое транспортное средство можно рассматривать в качестве системы координат, в которой установлена автоматическая подвижная дверь. Предпочтительно, что с помощью датчиков ускорения и/или датчиков наклона определяют внешние факторы влияния, которые воздействуют на систему координат. При знании этих факторов влияния можно в значительной степени оптимировать режим закрывания и/или открывания.
Под «воздействующими на систему координат внешними факторами влияния» следует понимать физические силы, которые могут возникать за счет кинематики, кинетики, гравитации, движения по окружности, вращения.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения через измерительное значение и массу подвижных в направлении открывания и/или закрывания частей двери определяют действующую за счет движения и/или положения транспортного средства на подвижные части двери силу влияния, в частности силу ускорения и/или силу наклонного движения. При известной массе m и действующего на массу m ускорения можно с помощью простых физических уравнений определять силу, которая действует на тело с массой m. Такое вычисление можно использовать в качестве алгоритма для автоматизированного способа.
Другими влияющими силами могут быть потери на трение или же посторонние воздействия. Под посторонними воздействиями следует понимать, например, багаж или пассажира, который прислонился к раздвижной двери и тем самым создает помеху движению двери.
Влияющая сила действует предпочтительно, по меньшей мере, одной составляющей параллельно направлению открывания и/или закрывания двери. В статичном случае рельсовое транспортное средство стоит, например, на склоне. За счет наклонного положения на рельсовое транспортное средство и на все установленные в нем и/или на нем компоненты действуют силы наклонного движения. При тяжелых раздвижных дверях, например, в транспортном контейнере могут уже при легком наклоне транспортного контейнера возникать большие силы, которые действуют на раздвижные двери.
В другом применении сила влияния действует, по меньшей мере, одной составляющей перпендикулярно направлению открывания и/или закрывания двери.
Применение способа, согласно изобретению, особенно предпочтительно, прежде всего, когда с помощью измерительного значения и максимально допустимой силы закрывания определяют приводную силу для подвижных частей двери. При приводимых в действие с помощью силы дверях сила, необходимая для предотвращения закрывания двери, не должна превышать максимальную силу закрывания. При дверях, используемых в подвижных средствах, без управляющего устройства с датчиками ускорения этот критерий может не выполняться, например, за счет действующих на движущийся поезд метро известных факторов влияния. За счет определения не превышающей пределов приводной силы можно обеспечивать надежную работу приводимой в действие силой двери.
Дверь предпочтительно приводится в действие с помощью приводной силы от электродвигателя. Поскольку электродвигателями можно легко управлять и/или регулировать их относительно их силы, соответственно, крутящего момента, то они предпочтительно используются при применении способа в устройстве. Особенно предпочтительно регулировать электродвигатели относительно их крутящего момента через их ток якоря и/или ток возбуждения.
Особенно предпочтительно можно задавать максимальные силы закрывания или приводные силы для внутренней двери, предпочтительно раздвижной двери. В частности, для раздвижных дверей в пригородных поездах с непрерывным прохождением через них пассажиров, обязательным условием является безопасность работы дверей.
В одном целесообразном варианте выполнения изобретения датчик ускорения измеряет продольное ускорение рельсового транспортного средства. Под продольными ускорениями рельсового транспортного средства следует понимать, например, положительные ускорения рельсового транспортного средства. Как при движении вперед, так и при движении назад. Торможение рельсового транспортного средства также характеризуется продольным ускорением, при этом при торможении или замедлении речь идет об отрицательном ускорении.
Особенно предпочтительно датчик ускорения измеряет поперечное ускорение рельсового транспортного средства, в частности центробежную силу.
Статичные факторы влияния, т.е. когда рельсовое транспортное средство находится в положении покоя, предпочтительно измеряют тем, что датчик наклона измеряет поперечный наклон транспортного средства. Для обеспечения больших скоростей транспортного средства, например, наружные в повороте рельсы для рельсовых транспортных средств выполняют с превышением. Как при статичном, так и при динамическом рассматривании транспортного средства может случиться, что раздвижные двери за счет превышения рельса работают по существу в наклонном положении. Измерение поперечного наклона транспортного средства дополняет оптимальное определение приводной силы двери.
В другом варианте выполнения изобретения датчик наклона измеряет продольный наклон транспортного средства. Например, на горной железной дороге, где поезда длительное время должны преодолевать экстремальные подъемы, все транспортное средство имеет угол наклона относительно горизонтали; таким образом, за счет наклона на продольной оси рельсового транспортного средства возникают статичные силы, которые могут воздействовать на двери и/или дверные системы.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения ток для создающего приводную силу электродвигателя определяют в зависимости от измерительного значения датчика ускорения и/или датчика наклона. Как указывалось выше, электродвигатели легко регулировать относительно создаваемого ими усилия, например, с помощью тока. Непрерывное определение тока особенно предпочтительно использовать в управляющем устройстве для дверей, в которых во время режима закрывания изменяются факторы влияния или силы влияния.
Задача изобретения относительно устройства в указанном вначале рельсовом транспортном средстве решена с помощью электрически приводимой в действие двери с управляющим устройством для управления электрически приводимой в действие дверью, при этом управляющее устройство предназначено для соединения с приводным устройством и имеет вычислительный блок для определения приводной силы для двери, а также регулятор тока для регулирования тока электродвигателя приводного устройства, и предназначено для соединения, по меньшей мере, с одним измеряющим ускорение транспортного средства датчиком ускорения и/или, по меньшей мере, с одним измеряющим подъем и/или наклон транспортного средства датчиком наклона.
Ниже приводится подробное описание предпочтительных, но ни в коем случае не имеющих ограничительного характера примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Для ясности чертежи выполнены без соблюдения масштаба, и некоторые признаки показаны лишь схематично. При этом на чертежах изображено:
фиг. 1 - транспортное средство с раздвижной дверью с направлением закрывания, параллельным направлению движения, в режиме закрывания при движении вниз;
фиг. 2 - транспортное средство с раздвижной дверью с направлением закрывания, параллельным направлению движения, в режиме закрывания при движении вверх;
фиг. 3 - транспортное средство с раздвижной дверью с направлением закрывания, перпендикулярным направлению движения, в режиме закрывания при выполненном с превышением левым рельсом;
фиг. 4 - транспортное средство с раздвижной дверью с направлением закрывания, перпендикулярным направлению движения, в режиме закрывания при выполненном с превышением правым рельсом;
фиг. 5 - диаграмма сил и
фиг. 6 - блок-схема управления дверью с приводным устройством и одной дверью.
SK,max
A
A
A
На фиг. 1-4 показана лежащая в основе изобретения проблематика, распознанная изобретателями. Сила, которая по соображениям безопасности необходима для предотвращения закрывания двери 2, не должна быть больше, чем F=150 Н. В соответствии с этим, приводную силу F для двери обычно устанавливают на это значение (F=150 Н). Это справедливо для двери 2, на которую действует лишь приводная сила F и по существу никакие другие силы
SK,max
A
F=F=150 Н.
На фиг. 1 и 2 показано транспортное средство 3, в данном случае железнодорожный вагон или поезд, с приводимой в действие с помощью силы раздвижной дверью 2, при этом направление 11 открывания и закрывания раздвижной двери 2 проходит параллельно направлению движения транспортного средства 3.
1
2
На фиг. 1 показан случай, когда раздвижная дверь 2 в первый момент времени t в положении наклона с углом подъема α=10° должна закрываться при движении вниз. На фиг. 2 показан случай, когда раздвижная дверь 2 во второй момент времени t в положении наклона с углом подъема α=10° должна закрываться при движении вверх.
Z
SK,max
A
Z
W
За счет угла α подъема масса m двери 2 с учетом земного ускорения g действует в качестве статичной силы F в направлении 11 закрывания (смотри фиг. 5). Исходя из максимально допустимой на кромке двери силы закрывания F=150 Н и массы двери m=35,2 кг, наряду с приводной силой F, которая установлена на 150 Н, дополнительно действует статичная сила F=60 Н в направлении закрывания. Поскольку обе силы действуют в одном направлении, то они складываются в действующую силу или действующую силу закрывания F
W
A
Z
F=F+F=150 Н + 60 Н=210 Н.
W
SK,max
1
A
Z
SK,max
A
При действующей силе F=210 Н максимально допустимая сила закрывания F в первый момент времени t превышается на 40%, и тем самым возможно находящиеся между кромкой двери и упором двери пассажиры и/или предметы могут получить повреждения или же могут быть разрушены. Дверь 2 можно приводить в действие лишь с приводной силой F=90 Н. Дополнительно действующую в направлении закрывания статичную силу F=60 Н необходимо вычитать из максимально допустимой силы закрывания F, так что в качестве приводной силы F остаются лишь 90 Н
A
SK,max
Z
F=F-F=150 Н - 60 Н=90 Н.
1
W
А
Для того чтобы в первый момент t гарантировать, что действующая сила F меньше или равна 150 Н, приводная сила F должна быть установлена на 90 Н
W
A
Z
F=F+F=90 Н+60 Н=150 Н.
2
А
А
Z
2
W
На фиг. 2 дверь 2 транспортного средства 3 в более поздний момент времени t приводится в действие в направлении 11 закрывания на склоне с углом подъема α=10° при движении вверх. Известная из фиг. 1 максимальная приводная сила F, равная 90 Н, должна далее учитываться как предельная величина, поскольку управляющее устройство 1 без дополнительных средств измерения не может распознавать различные положения наклона. Если теперь перемещать дверь с помощью приводной силы F, равной 90 Н, в направлении закрывания, то необходимо в этом случае преодолевать статичную силу F, равную 60 Н, которая в момент времени t действует противоположно направлению закрывания. Таким образом, дверь 2 приводится в действие в направлении закрывания с помощью действующей силы F, равной 30 Н,
W
A
Z
F=F+(-F)=90 Н - 60 Н=30 Н.
При такой небольшой действующей силе закрывания двери уже небольшие загрязнения могут препятствовать открыванию, соответственно закрыванию двери 2.
3
1
Z
G
SK,max
4
4
SK,max
A
Фиг. 3 и 4 аналогичны фиг. 1 и 2. Однако транспортное средство 3 стоит косо вследствие местного превышения рельсов с углом наклона β=10°. Дверь 2 транспортного средства 3 установлена перпендикулярно направлению движения. На фиг. 3 в момент времени t, так же как в момент времени t на фиг. 1, необходимо статичную силу F, равную 60 Н, на основание силы тяжести F двери 2 отнимать от максимальной силы закрывания F=150 Н. На фиг. 4 показан в момент времени t аналогичный фиг. 2 случай. При положении установки перпендикулярно направлению движения также необходимо в момент времени t дважды отнимать статичную силу, равную 60 Н, от максимальной силы закрывания F=150 Н. Снова остается лишь небольшая приводная сила F, равная 30 Н, которая может быть недостаточной при возможно возникающих помехах или влияниях на механику двери.
G
N
N
G
Z
На фиг. 5 показана диаграмма сил на схематично изображенной двери 2. Дверь 2 имеет отклонение от горизонтали 14 на угол подъема α=10° или угол наклона β=10°. На основе массы m двери 2 на дверь 2 действует сила тяжести F=mg перпендикулярно горизонтальной плоскости 14. Отсюда возникает нормальная сила F, которая действует перпендикулярно наклонной плоскости 1, заданной, например, направляющим рельсом. Из обеих сил F и F можно в управляющем устройстве 1 (смотри фиг. 6) вывести дополнительную силу или силу внешнего влияния F, которая проходит параллельно наклонной плоскости 16, например,
Z
G
F=F Sin α=mg Sin α (соответственно, Sin β).
Z
При движении по кривой или движении по прямой с ускорением дополнительная сила F может иметь дополнительную составляющую силы ускорения (например, центробежную силу), или же, в частности, при горизонтально ориентированном транспортном средстве 3 (α=0 и/или β=0) полностью состоять из нее
(r=радиус кривой, v=скорости транспортного средства).
Следующие соображения включают в себя эти случаи.
A
SK,max
A
A
SK,max
Z
Приводная сила F, которая действует на захват 9 двери, определяется, согласно изобретению, вновь, исходя их максимально допустимой для этой двери силы закрывания F в зависимости от положения и/или ускорения двери 2 транспортного средства. В зависимости от положения, скорости, места и направления 11 закрывания, соответственно, открывания двери 2 получается определенная приводная сила F. В показанном на фиг. 1 и 2 случае F=F±F.
Фиг. 1:
A
SK,max
Z
W
A
Z
W
SK,max
F=F-F и F=F+F→F=F
A
SK,max
Z
W
A
Z
W
SK,max
F=F+F и F=F-F→F=F
A
SK,max
Приводная сила F двери 2, которая действует на захват 9 двери, является, в частности, непрерывно актуализируемой функцией массы m двери 2, углов α и/или β, скорости v транспортного средства 3 и максимальной силы закрывания F.
На фиг. 6 показано управляющее устройство 1 для управления электрически приводимой в действие дверью 2. С помощью электродвигателя с передачей и инкрементного датчика 4 дверь 2 приводится в действие с помощью зубчатого ремня 8 через захват 9 двери. Зубчатый ремень 8 удерживается в натяжении с помощью направляющего ролика 7. Электродвигатель с передачей и инкрементный датчик 4, зубчатый ремень 8, направляющий ролик 7 и захват 9 двери образуют приводной блок 10. Приводной блок 10 соединен с управляющим устройством через линии передачи сигналов и линии тока электродвигателя. С управляющим устройством 1 через линии передачи данных соединены датчик 5 ускорения и датчик 6 наклона.
В современных датчиках 5 ускорения и датчиках 6 наклона, применяемых в данном случае, электроника для оценки собственно сигнала датчика является составной частью самого датчика 5 ускорения и датчика 6 наклона, при этом используется экономящая место и ток конструкция.
Датчик 6 наклона или датчик 5 ускорения состоит по существу из опирающейся на два изгибных язычка сейсмической массы, которая с двумя неподвижными пластинами образует дифференциальный конденсатор. При отклонении сейсмической массы из ее положения покоя (α=0 и/или β=0) уменьшается емкость в одной половине дифференциального конденсатора, в то время как емкость в другой половине увеличивается. Датчик 6 наклона выдает представительные измерительные значения при статичных ускорениях, как, например, составляющую земного ускорения g в зависимости от угла наклона α и/или β. Высокие частотные составляющие, например помехи за счет вибрации, эффективно подавляются. Датчики 5, 6 ускорения и наклона работают чувствительно к направлению, т.е. в выходном сигнале следует ожидать различные знаки.
Дверь 2 установлена в транспортном средстве 3 в показанном на фиг. 6 примере так, что направление 11 ее движения лежит параллельно направлению движения транспортного средства 3.
A
Z
При плоском движении по прямой поезда датчик 5 ускорения непрерывно измеряет величины ускорения как в горизонтальном, так и вертикальном направлении. При резком торможении транспортного средства 3 датчик 5 ускорения измеряет большую величину ускорения в направлении движения транспортного средства 3. Одновременно с этим дверь 2 находится в режиме закрывания. С помощью инкрементного датчика в электродвигателе с приводом 4 в управляющее устройство 1 сообщается направление движения двери 2. За счет сильного замедления транспортного средства 3 на дверь 2 действует дополнительно к приводной силе F также дополнительная сила F.
A
SK,max
Управляющее устройство 1 обеспечивает не превышение максимально допустимой силы закрывания: из информации, что дверь 2 находится в режиме закрывания, и величины измерения датчика 5 ускорения, которая на основе интегрированной в датчик 5 ускорения электроники уже имеется в виде нормированной величины напряжения и через линии передачи данных передается в управляющее устройство 1, вычислительный блок в управляющем устройстве 1 непрерывно вычисляет оптимальную действующую приводную силу F, которая не превышает максимальную силу закрывания F.
Z
SK,max
При этом необходимые для расчета дополнительной силы F масса m двери 2 и максимальная сила закрывания F вводятся заранее через ручной терминал в управляющее устройство. В качестве альтернативного решения возможно автоматическое определение массы, как известно из немецкой выложенной публикации DE 102 36 938 А1.
A
A
A
A
W
SK,max
Рассчитанная в управляющем устройстве 1 приводная сила F пересчитывается в соответствующее приводной силе F значение тока для электродвигателя 4. Поскольку рассчитанный ток пропорционален силе, то регулятор тока поставляет через устройство 13 электропитания ток для электродвигателя с передачей и инкрементным датчиком 4. Дополнительно к этому непрерывно измеряется текущий ток электродвигателя с помощью регулятора тока, так что за счет этого во время каждой фазы процесса закрывания известна моментально действующая приводная сила F. При изменении значений ускорения во время процесса закрывания регулируется ток электродвигателя. На основе текущих измеряемых значений ускорения и/или наклона и известной текущей действующей приводной силы F можно закрывать дверь 2 с обеспечивающей безопасность максимально допустимой силой закрывания F≤F во всем диапазоне закрывания и по существу во всех состояниях поезда.
N
Естественно, что указанная в примере выполнения масса m двери не является ограничением. За счет повышающей и/или понижающей передачи приводной силы можно приводить в действие также двери с массой, предпочтительно в диапазоне от 30 до 400 кг. В примерах выполнения с большей массой двери предусматривается контролирование кинетической энергии двери 2 и/или контролирование трения 2 в направляющем ее рельсе. В соответствии со способом можно оценивать уже указанную нормальную силу F для дополнительного вычисления трения в управляющем устройстве 1.