自动关门系统以及用于使门体自动关闭的方法与流程

1.本发明涉及自动关门领域，尤其是用于飞机的驾驶舱门的自动关闭技术。此外，本发明还涉及一种用于使门体自动关闭的方法，尤其是控制门体自动关闭的控制方法。


背景技术：

2.国产飞机的驾驶舱门(例如，通向驾驶室的门)经常需要打开和关闭。现有的自动关门机构例如可由弹簧铰链实现自动关门。然而，在飞机航线的使用过程中却已发现，单单采用弹簧铰链作为驾驶舱门的自动关闭机构存在诸多问题。
3.一方面，当门体闭合至即将落锁位置时，由于此时弹簧力回中力比较小，同时由于飞行中存在各种姿态与振动等组合工况，使得有时存在门未关闭到位落锁的情况。在此种情况下，可能会增加不法分子入侵驾驶室的可能性，对飞行安全极为不利。
4.另一方面，如果机组乘员关门力较大时，门会以较大角速度关闭，这又可能存在夹伤关门的乘员或其它人员的肢体、因关门声音过响而影响飞机上旅客体验度等问题。为了减小快速关门所带来的冲击，目前通常会在门框上铺设了一层软性缓冲密封垫，用以减小门的冲击，但效果有限，且影响外部美观。
5.已知专利文献cn109267859a为公开了一种防误夹汽车车门安全锁装置。该防误夹汽车车门安全锁装置在使用时，乘客手动关闭汽车车门，当汽车车门关闭至一定程度后，旋转电机启动，带动旋转轴旋转，从而使得牵引绳收卷，带动车门关闭；此时若儿童手部未及时撤出汽车门缝，汽车车门在关闭过程中受到阻碍，牵引绳上的柔性段拉伸延长，使得汽车车门关闭时的夹紧力较小，因此不会对儿童的手部造成夹伤。
6.还已知专利文献cn109386205a描述了一种电吸门的驱动装置，其主要通过电机与齿轮机构实现门的驱动。在关门过程中，如果门缝内存在杂物或车内人员的手，通过控制驱动电机的扭力或控制电路的检测，避免自动关门造成的人员伤害。
7.另外，专利文献cn 111706191a也公开了一种电吸门。当电吸执行器的电吸组件出现故障导致电吸门锁锁紧无法打开时，通过解锁装置实现对电吸组件的齿圈的解锁，可将电吸拉绳释放，使得电吸门锁和电吸门可打开，其中解锁装置可通过电动的方式或者手动的方式进行解锁，灵活性强，安全有保障。
8.然而，上述现有技术中的一些并不涉及以弹簧铰链为主要关门装置，或者即便采用弹簧铰链也在自动关门时仍存在如下问题：
9.—在高速关门工况下，当门体以较高速度撞击门的开边立柱时，可能存在被弹出关闭位置的情况，造成电子门锁落锁失败；
10.—由于弹簧铰链不可避免地存在弹性衰减的问题，这会造成长时间使用后，门体无法在小角度开启的状态下，依靠弹簧铰链来完成自动关门到位的动作；
11.—在关门的最后阶段中，门没有高效的减速缓冲装置，由此在遇到高速关门情况时，可能轧伤操作人员的肢体；
12.—驾驶舱门长时间未关闭落锁，但却无对应的任何警告。
13.为此，在自动关门系统、尤其是用于飞机舱门的自动关门系统的领域中，始终存在对防止门关闭速度过快、撞击声过响、夹伤肢体与提高门关闭到位、保证落锁成功的需求。


技术实现要素：

14.本发明提供一种自动关门系统，自动关门系统包括：门体；门框；枢转机构，枢转机构用于将门体与门框连接起来，并且构造成使门体能在关上位置与打开位置之间进行枢转；电磁式门吸机构，电磁式门吸机构包括磁铁和电磁线圈，磁铁和电磁线圈中的一者安装在门体上，而另一者安装在门框上；自动关门控制单元，自动关门控制单元包括：门位置获取模块，用于获取门体的位置信号；计算模块，计算模块构造成能基于位置信号而计算出门体的当前角速度；门吸电磁线圈控制单元，门吸电磁线圈控制单元构造成基于当前角速度来控制电磁线圈的致动，以对磁铁产生吸力或斥力，从而控制门体的自动关闭。
15.借助上述自动关门系统，可以通过控制电磁线圈对磁铁的吸力避免出现驾驶舱门无法自动落锁的问题。同时，可以通过控制电磁线圈对磁铁的斥力，防止门体关闭速度过快、撞击声过响或者夹伤操作人员的肢体。
16.优选地，门框可以包括：开边立柱，开边立柱可在门体关上时靠近其第一竖边；枢转边立柱，枢转边立柱在门体关上时靠近其第二竖边；其中，枢转机构可以用于将门体与枢转边立柱连接起来，磁铁和电磁线圈中的另一者可以安装在开边立柱上。
17.由此，能以简单的结构，通过门体相对于开边立柱的运动而使电磁线圈对磁铁产生吸力或斥力。
18.可选的是，计算模块可以构造成在关门过程中门体距关上位置小于等于阈值枢转角度(即，进入速度监控区/监控范围)时计算当前角速度。
19.由此，可以大幅节省计算模块的不必要的算力，并且仅在靠近关上位置的阶段才致动电磁线圈。
20.特别是，门吸电磁线圈控制单元可以构造成在当前角速度大于阈值角速度时控制电磁线圈对磁铁提供斥力，否则对其提供吸力。
21.由此，可以调节在需要增加门体的吸力时提供辅助吸力，并且在防止门体过快关上时提供斥力。
22.例如，枢转机构可以包括弹簧铰链，弹簧铰链构造成能在门体打开时产生作用于门体的回中力。
23.借助弹簧铰链来产生主要回中力，可以达到效率最佳的效果，同时节省电磁致动力。
24.在一些实施例中，门位置获取模块可以包括角度解码器和角度标尺，角度标尺可以固定在门体的顶上，以对门体的枢转角度进行编码，而角度解码器可以安装在门框的门顶梁组件内，并且能读取角度标尺上的角度编码。借助简单的角度解码器和角度标尺可以实现对门体的枢转角度的即时获取。
25.此外，自动关门系统还可以包括落锁控制单元，落锁控制单元可以构造成能在门体处于关上位置时对其进行自动落锁。
26.借助落锁控制单元可以确保仅在门体已经处于关上位置时提供落锁，以提高安全性和效率。
27.优选的是，落锁控制单元还可以包括警报装置，警报装置能在电磁线圈对磁铁提供吸力一阈值时间后门体仍未处于关上位置时发出警报。
28.借助该警报装置，可以向机组人员即时告知异物夹住门的情况，避免危险的发生。
29.此外，本发明还提供一种用于使门体自动关闭的方法，门体能借助枢转机构在关上位置与打开位置之间进行枢转，其中，可以将磁铁和电磁线圈中的一者安装在门体上，而将另一者安装在与门体相关联的门框上；该方法可以包括如下步骤；获取门体的位置信号；基于位置信号而计算出门体的当前角速度；基于当前角速度来控制电磁线圈的致动，以对磁铁产生吸力或斥力，从而控制门体的自动关闭。
30.借助上述用于使门体自动关闭的方法，可以通过控制电磁线圈对磁铁的吸力避免出现驾驶舱门无法自动落锁的问题。同时，还可以通过控制电磁线圈对磁铁的斥力，防止门体关闭速度过快、撞击声过响或者夹伤操作人员的肢体。
31.优选的是，在关门过程中，当门体距所述关上位置小于等于阈值枢转角度时才计算当前角速度。由此，可以大幅节省计算模块的不必要的算力，并且仅在靠近关上位置的阶段才致动电磁线圈
32.更优选的是，在当前角速度大于阈值角速度时才控制电磁线圈对磁铁提供斥力，在当前角速度小于等于阈值角速度时才控制电磁线圈对其提供吸力。由此，可以调节在需要增加门体的吸力时提供辅助吸力，并且在防止门体过快关上时提供斥力。
附图说明
33.通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
34.图1示意性地示出根据本发明的一种实施例的自动关门系统的立体图；
35.图2a示意性地示出根据本发明的一种实施例的电磁式门吸机构的布置；
36.图2b示意地示出根据图2a中圈出的a向详图，其中该图示出了门位置获取模块的布置；
37.图3示意地示出根据图2b的门位置获取模块的角度解码器与角度标尺的立体图；
38.图4示意性地示出根据本发明的一种实施例的自动关门系统的自动关门控制单元的模块图；
39.图5示意性地示出根据本发明的一种实施例的自动关门系统的门体枢转角度；以及
40.图6示意性地示出根据本发明的一种实施例的自动关门系统的控制逻辑流程图。
41.附图标记列表：
42.100
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自动关门系统；
43.110
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门体；
44.120
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门框；
45.122
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开边立柱；
46.124
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枢转边立柱；
47.126
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门顶梁组件；
48.130
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弹簧铰链；
49.132
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枢转轴线；
50.140
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密码键盘；
51.150
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门锁机构；
52.160
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自动关门控制单元；
53.162
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门位置获取模块；
54.162a
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角度解码器；
55.162b
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角度标尺；
56.164
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计算模块；
57.164a
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门位置计算模块；
58.164b
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门角速度计算模块；
59.166
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门吸电磁线圈控制单元；
60.170
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电磁式门吸机构；
61.172
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磁铁；
62.174
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电磁线圈；
63.176
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电磁线圈控制开关；
64.180
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门落锁控制单元；
65.182
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警报装置。
具体实施方式
66.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
67.首先，本发明涉及自动关门系统的设计领域，主要涉及用于飞机舱门的自动关闭。在本发明中，尽管借助以弹簧铰链作为枢转机构进行自动关门的系统，但本领域技术人员可以理解到，本发明的自动关门系统也同样可以应用于包含其它枢转机构的自动关门系统，例如齿轮拉绳、齿轮杠杆等形式的自动关门机构。
68.在本发明中，涉及方位的描述，例如“顶部/顶上”、“上部”和“下部”或“底部/底下”都是以飞机的正常姿态为参照的，即，顶部或上部相对于下部或底部更靠物理上方。此外，在图1中还示出了当将自动关门系统应用于飞机时飞机的航向fwd。
69.在本发明中，术语“模块”可以包含或者不包含实体的机构，例如门位置获取模块可以呈传感器、例如门位置传感器或门角速度传感器等形式，例如计算模块164可以是集成到计算机中的一个子模块，而没有单独的外壳。
70.本发明的自动关门系统100首先应包括门体110和门框120。门体110安装到门框120，以使得门体110能相对于固定的门框120打开和关闭。它们可以呈各种合适的形状和尺寸，但应彼此匹配。操作人员可以通过设置在门体110上或门框120上或其它合适位置的密码键盘140来打开该门体110。
71.如图1中所示，本发明的门框120可以包括至少开边立柱122和枢转边立柱124。开边立柱122在门体110关上时靠近其第一竖边，而枢转边立柱124则在门体110关上时靠近其第二竖边。也就是说，开边立柱122与枢转边立柱124相对于门体110彼此相对而置。此外，本发明的门框120还可以包括门顶梁组件126，如图3中最佳所示。在该门顶梁组件126内还可以布置有一些下文中将详述的部件。通常，开边立柱122、枢转边立柱124和门顶梁组件126
均为固定不动的，它们可以为后续的自动关门控制提供相关基准。
72.如图1中所示，自动关门系统100还包括枢转机构，该枢转机构可用于将门体110与门框120、尤其是枢转边立柱124二者连接，并且使得门体110能在关上位置与打开位置之间进行枢转。在此，术语“关上位置”是门体110被锁定的唯一位置，而“打开位置”则可以表示呈不同打开角度的各个位置。
73.由于包含了枢转机构，本发明的自动关门系统100主要适用于转门，而不是推拉移门。但可以理解到，本发明的自动关门控制单元160(下文将对该单元进行详述)可以针对推拉移门作适应性调整，以同样能达到在接近门体110的关上位置时使电磁式门吸机构170产生吸力或斥力，从而更好控制门体110的自动关闭。
74.在一个优选的实施例中，枢转机构可包括弹簧铰链130，该弹簧铰链130构造成能在门体110打开时产生作用于门体110的回中力。可以理解到，通常在门体110打开(到一定程度)后，这种回中力作用在门体110上会使得门体110朝向关上位置的枢转速度不断提高。但也不排除这种回中力在门体110接近关上位置时由于各种阻力(例如，由于飞机波动或其它环境因素等)而变小。
75.换言之，在本发明中，针对门体110的主要回关力是由枢转机构来提供的。如前所述，枢转机构也可以替代地构造成其它机械结构，例如齿轮拉杆等。除了枢转机构用于关门之外，本发明的自动关门系统100还包括电磁式门吸机构170。可以理解到，该电磁式吸门机构通常作为辅助关门机构，而非主要关门机构，其尤其是用于在接近关上位置之前一段范围内的自动关门或者提高自动关门的安全性和可靠性。
76.如图2a中所示，本发明的电磁式门吸机构170可以包括磁铁172和电磁线圈174，其中，磁铁172和电磁线圈174中的一者安装在门体110上，而另一者安装在固定的门框120上。优选的是，磁铁172和电磁线圈174中的另一者安装在开边立柱122上，从而相对于朝向关上位置运动的门体110提供接近于其的电磁力。但也可以设想将磁铁172和电磁线圈174中的该另一者安装在例如接近开边立柱122的门顶梁组件126上。
77.更优选的是，可以将磁铁172安装在门体110上、尤其是其内侧，而将电磁线圈174安装于开边立柱122上。在一些实施例中，磁铁172构造成永磁铁，而电磁线圈174为致动线圈。磁铁172和电磁线圈174的安装方式是本领域中已知的方式，在此不再赘述。
78.为了解决门体110存在未关闭到位、落锁失败以及门体110关闭力过大夹住操作人员等问题，根据本发明的自动关门系统100可包括自动关门控制单元160。该自动关门控制单元160可以是单独的控制单元，但也可以是与其它系统的控制单元集成在一起的控制单元。
79.自动关门控制单元160可包括门位置获取模块，用于获取门体110的位置信号、尤其是门体110相对于关上位置的角度信号(也可称“门偏转/枢转位置信号”)。在本发明中，枢转角度为门开启状态下门体基准线a与关闭状态时门体基准线b之间的夹角φ，门体110的该枢转角度可由图5清楚示出。在一些实施例中，门位置获取模块可以包括门角度传感器。
80.优选的是，如图2b中所示，门角度传感器可由角度解码器162a与角度标尺162b组成。角度传感器既可以为机械式编码器，也可以为光电式编码器。当角度传感器为光电编码器时，可将角度解码器162a安装在固定的门框120上、例如门顶梁组件126上、特别是门顶梁
组件126的槽内。角度解码器162a可以读到角度标尺162b上的光电信号(例如，可通过使顶梁组件底部设有观察孔)。角度标尺162b可设计为以门体110的枢转轴线132为圆心的弧形光栅。例如，光栅可以按照三位以上2进制编码对门开启角度进行编码，固定在门体110顶部，当门体110打开时，角度解码器162a(例如，透过顶梁组件底部观察孔)可读取角度标尺162b上的角度编码，如图3所示。但本发明显然不限于此具体的角度传感器的形式。
81.自动关门控制单元160还可包括计算模块164，计算模块164构造成能基于所述位置信号而计算出门体110的当前角速度。该计算模块164可以包括门位置计算模块164a，以产生门位置数据。但门位置数据也可以由前述的门角度传感器直接向该计算模块164提供。但至少该计算模块164应包括门角速度计算模块164b，通过该门角速度计算模块164b可以计算出门体110的瞬时角速度(也可称“当前角速度”)。
82.优选的是，计算模块164可构造成在关门过程中仅当门体110距最终的关上位置小于等于阈值枢转角度时(这可以被称为“进入速度监控区/监控范围”)才计算前述当前角速度，以提高控制效率。例如，该阈值角度可以是30度左右，但不限于此。
83.此外，自动关门控制单元160还可包括门吸电磁线圈控制单元166。该门吸电磁线圈控制单元166可以构造成基于所计算出的当前角速度来控制电磁式门吸机构170的电磁线圈174的致动(例如，通过电磁线圈控制开关176进行正反接通)，以对磁铁172(例如，安装在门体110上的永磁铁)产生吸力或斥力，从而控制门体110的自动关闭。在此，术语“产生吸力或斥力”是指电磁线圈174对磁铁172可根据具体的控制要求来产生吸力或斥力，不排除由吸力变化为斥力或者由斥力变化为吸力，但应注意的是在同一时刻是无法同时产生吸力和斥力的。
84.优选的是，门吸电磁线圈控制单元166可构造成在当前角速度大于阈值角速度时控制电磁线圈对磁铁172提供斥力，在当前角速度小于等于该阈值角速度时对其提供吸力。此外，还可以设想当前角速度大于第一阈值角速度时控制电磁线圈174对磁铁172提供斥力，在当前角速度小于等于第二阈值角速度时对其提供吸力，其中，第一阈值角速度大于第二阈值角速度。换言之，在此情况下，可能存在电磁线圈174既不对磁铁172提供斥力、也不提供的吸力的角速度范围。
85.例如，上述阈值角速度可以为18度/秒。即，电磁式门吸机构170的电磁线圈174反接的触发速度为ω≥18度/秒。可以理解到，关于电磁线圈174的致动是本领域的常规结构，在此不再赘述。
86.如图4中所示，门位置计算模块164a和门角速度计算模块164b接收来自门位置获取模块的信号，并向门吸电磁线圈控制单元166发出相应信号，以控制电磁线圈174的致动、例如正反接通。但在另一些实施例中，门位置计算模块164a和门角速度计算模块164b可以集成为一个计算模块164。
87.此外，本发明的自动关门系统100还包括落锁控制单元180，该落锁控制单元180构造成能在门体110处于最终的关上位置时对其进行自动落锁。具体自动落锁的锁定机构可以呈各种合适的形式，如图1中所示的门锁机构150，在此不再赘述。
88.有利地，落锁控制单元180还可以包括警报装置182，该警报装置182能在预设的条件下发出警报。例如，当电磁线圈174对磁铁172提供吸力一阈值时间后门体110仍未处于关上位置时，则发出警报。发出警报的形式可以是通过指示灯或发出声音来向操作人员告知
未按照期望要求进行落锁。由此，操作人员有机会去检查是否有异物卡住了门。
89.本发明还涉及一种用于使门体110自动关闭、尤其是控制门体110的自动关闭的方法。该门体110能借助枢转机构在关上位置与打开位置之间进行枢转。可以将磁铁172和电磁线圈174中的一者安装在门体110上，而将另一者安装在与门体110相关联的门框120上。该方法包括如下步骤：获取所述门体110的位置信号；基于位置信号而计算出门体110的当前角速度；基于当前角速度来控制电磁线圈174的致动(例如，正反接通)，以对磁铁172产生吸力或斥力，从而控制门体110的自动关闭。
90.下面，借助图6来举例阐释根据本发明的自动关门的控制逻辑：
91.假设当门体110打开之后，由弹簧铰链130产生回中力，回中力作用在门体110上，这可能使得门体110转动速度不断提高。
92.当门体110进入角速度监控区域范围、即阈值角度内(例如，通过门位置获取模块162获悉门体110进入距最终的关上位置小于诸如20度、30度、40度、45度等的枢转角度)，门角速度计算模块164b开始计算门体110的转动角速度。
93.当门体110的当前角速度大于阈值角速度、例如18
°
/s每秒时，门吸电磁线圈控制单元166控制线圈电路上的正反接线圈控制开关将电磁线圈174接通，以产生相对于磁铁172的斥力，从而在门体110即将关闭的最后阶段可将门体110的枢转角速度降下来。
94.当门体110在小角度开启状态下，由于弹簧回中力较小。此时如果当门体110的前角速度小于等于阈值角速度、例如18
°
/s时，门吸电磁线圈控制单元166控制线圈电路上的正反接线圈控制开关将线圈反接，以产生相对于磁铁172的吸力，从而将门体110关闭到位。如果此时门体110夹住异物，导致电磁的吸力与弹簧铰链130的合力仍无法将门体110关闭到位时，落锁控制单元180通过指示灯或者声音告警装置给机组人员发出门未锁告警，通知其检查是否有异物将门卡住。
95.因此，根据本发明的自动关门系统100或者用于自动关闭门体110的方法，当门体110接近关闭位置时，通过吸力可以将门体110吸到关闭位置，并且门体110关闭后，可通过控制电路断开电磁线圈174的电源，从而锁定门体110(例如，驾驶舱门)，从而可以避免出现驾驶舱门无法自动落锁的问题。同时，通过电磁控制的原理，可调节关门的最后阶段时门体110的瞬时角速度，从而防止门体110关闭速度过快、撞击声过响或者夹伤操作人员的肢体。
96.在各实施例中给出的数值仅作为示例，而不作为对本发明范围的限制。此外，作为一个整体技术方案，还存在其他没有被本发明权利要求或说明书所列举的元器件或者步骤。而且，一个元器件的单个名称不排除该元器件的其他名称。
97.所公开的方法、装置和系统不应以任何方式被限制。相反，本公开涵盖各种所公开的实施例(单独和彼此的各种组合和子组合)的所有新颖和非显而易见的特征和方面。所公开的方法、装置和系统不限于任何具体方面或特征或它们的组合，所公开的任何实施例也不要求存在任一个或多个具体优点或者解决特定或所有技术问题。
98.本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。