JP2009274576A - ワイパ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの数を増やすことなく、モータの運動方向を切り替えることを目的とする。
【解決手段】モータをＰＷＭ制御によって駆動し、予め定めた回転数となるように、回転パルスセンサの検出結果を監視しながならモータを駆動する（フィードバックループ回転速度制御）。また、コントローラは、車速やモータの回転速度からピラー側の反転位置到達時間を予測して、カム信号を検出したところで予測した反転位置到達時間をタイマ設定する。そして、予測した反転位置到達時間までに線形的に徐々に通電デューティを下げ（オープンループデューティ制御）、設定した時間が経過したことでモータ１４の回転方向を反転する。すなわち、車速を考慮して反転位置到達時間を予測してタイマを設定することによって、ワイパブレードのピラーへのオーバーランを防止して上反転動作を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワイパ制御装置にかかり、特に、車両に設けられたワイパを制御するワイパ制御装置に関する。

ワイパ制御装置としては、ワイパモータを正逆転させてワイパアームを動作するものが提案されており、ワイパモータの運動方向を切り替える際の技術として、例えば、特許文献１に記載の技術などが提案されている。

特許文献１に記載の技術では、２つの反転ポジションの間の運動領域を往復運動するようにワイパを駆動させるワイパ駆動装置において、ワイパを運動させるモータと、ワイパが運動領域の所定ポジションを通過する時点を検出する検出器と、各反転ポジションにおいてモータの運動方向を切り替える制御回路と、所定のポジションからのワイパの進んだ距離を検出するインクリメント発信器と、を備えて、ワイパが所定距離を進んだことを検出するやいなや、制御回路がモータの運動方向を切り替えることが提案されている。具体的には、ワイパが所定の距離を進んだことを検出するために、基準位置からのアーマチャ回転パルスをカウントして、規定数のパルスをカウントしたことろで、モータの運動方向を切り替えることが提案されている。

また、パルス数をカウントするのではなく、ワイパモータのウォームホイール等に設けられた磁石と、該磁石に対向して設けたホールＩＣ等のセンサによって出力軸の基準位置を検出し、基準信号（カム信号）を検出したときに、モータの運動方向を切り替える技術なども提案されている。
特表２００２−５２４３３５号公報

しかしながら、カム信号を検出してモータの運動方向を切り替える技術では、高速時の風圧等によるワイパのピラーへのオーバーランによる接触防止等を見込んで、手前で反転させる必要があるため、カム信号を出力するためのセンサを複数設けて、図６に示すように、複数のカム信号（図６では３つのカム信号）の中から車速によって使用するカム信号を選択して反転位置を切り替える必要がある。従って、このような方式の場合には、センサの使用個数が増加してしまい、コストアップに繋がる。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、センサの数を増やすことなく、モータの運動方向を切り替えることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ワイパアームが予め定めた基準位置に達したことを検出する基準位置検出手段によって前記基準位置が検出されてから時間を計測する計測手段と、ワイパアームを往復運動させて車両の窓を払拭するために正逆転可能なモータの状態を表す所定情報を検出する所定情報検出手段によって検出された前記所定情報に基づいて、前記基準位置からワイパアームの反転位置までの到達時間を予測する予測手段と、前記計測手段によって計測された時間が前記予測手段によって予測された前記到達時間を経過したときに、前記モータの回転方向を反転するように前記モータを制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、計測手段では、ワイパアームが予め定めた基準位置に達したことを検出する基準位置検出手段によって基準位置が検出されてから時間が計測される。

予測手段では、ワイパアームを往復運動させるためのモータの状態を表す所定情報に基づいて、基準位置からワイパアームの反転位置までの到達時間が予測される。

そして、制御手段では、計測手段によって計測された時間が予測手段によって予測された到達時間を経過したときに、モータの回転方向を反転するようにモータが制御される。すなわち、基準位置からモータの回転方向を反転するまでの時間をモータの状態を表す所定情報から予測してモータを反転させるので、風圧等を考慮して時間を予測してやれば、基準位置を検出するセンサを複数設けることなく、モータの運動方向を切り替えることができる。従って、センサの数を増やすことなく、モータの運動方向を切り替えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記予測手段が、車速を検出する車速検出手段によって検出された車速及び前記所定情報に基づいて、前記到達時間を予測することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、予測手段が、車速を検出する検出手段によって検出された車速、及び所定情報検出手段によって検出された所定情報に基づいて、到達時間を予測することで、高速時の風圧等によるワイパのピラーへのオーバーランを見込んだ到達時間を予測することができるので、高速走行時等のワイパのピラーへの接触を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記所定情報検出手段は、前記所定情報として前記モータの回転速度を検出することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、所定情報検出手段が、所定情報としてモータの回転速度を検出することによって、基準位置からの反転位置までの距離が決まっているため、検出した回転速度に基づいて基準位置からワイパアームの反転位置までの到達時間を予測することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記所定情報検出手段は、前記所定情報として前記モータへの供給電力を検出することを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、所定情報検出手段が、所定情報としてモータへの供給電力を検出することによって、検出した供給電力からモータの回転速度が分るので、供給電力に基づいて基準位置からワイパアームの反転位置までの到達時間を予測することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記所定情報検出手段は、前記モータへの通電デューティを検出することを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、所定情報検出手段が、モータへの通電デューティを検出することによってモータへの供給電力を検出することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置によって動作するワイパ装置の概略構成を示す図である。

ワイパ装置３０は、被払拭面としてのウインドシールドガラス３２を払拭するものであり、ワイパアーム３４を備えている。ワイパアーム３４は、車両に設けられたピボット軸３４Ａに固定されており、このピボット軸３４Ａを回転中心として、ワイパアーム３４が往復回転し、ワイパアーム３４に設けられたブレード３６によってウインドシールドガラス３２を払拭する。

ワイパアーム３４には、下端部にリンクロッド３８が接続されており、ワイパモータ４０の出力軸４０Ａに設けられたカム部材４２にリンクロッド３８が接続されている。すなわち、ワイパモータ４０の正逆転によってカム部材４２が図１矢印Ｘ方向に往復運動し、リンクロッド３８がカム部材４２の往復運動に伴って図１中の左右方向に往復移動する。これによって、ワイパアーム３４がピボット軸３４Ａを回転中心として回転してブレード３６がウインドシールドガラス３２を払拭する。なお、以下の説明では、ワイパアーム３４のピラー側への回転をオープン作動、ピラー側の反転位置を上反転位置、カウルトップ側への回転をクローズ作動、カウルトップ側の反転位置を下反転位置と称す。

図２は、本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置の制御対象となるワイパモータ４０の概略構成を示す図である。

ワイパモータ４０は、モータ１４とギヤ部４４とが一体に設けられた構成となっている。モータ１４には、アーマチャ（図示省略）が収容されると共に、該アーマチャの回転軸１４Ａの先端側は、ギヤ部４４を構成するハウジング４６内に突出している。このハウジング４６内には、ウォーム４８がアーマチャの回転軸１４Ａと同軸的かつ一体に回転するように設けられている。

また、ウォーム４８は、ハウジング４６内で、ウォームホイール５０に噛み合わされて、該ウォームホイール５０とでウォーム減速機構を構成している。

ウォームホイール５０は、略円板状の形状とされ、その外周部がウォーム４８に噛み合される歯部が形成されている。ウォームホイール５０は、その軸心部がワイパモータ４０の出力軸４０Ａとされ、当該出力軸４０Ａに上述のカム部材４２が設けられている。

すなわち、モータ１４の回転によってウォーム４８が回転し、ウォーム４８に噛み合ったウォームホイール５０が回転される。これによってウォームホイール５０の回転軸に設けられたカム部材４２が回転される。また、モータ１４の回転方向を切り替えることで、カム部材４２が図１矢印Ｘ方向へ往復運動され、ワイパアームのオープン作動及びクローズ作動が行われる。

続いて、ワイパモータ４０を駆動するためのワイパモータ駆動装置について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係わるワイパモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

本発明のワイパモータ駆動装置１０は、図３に示すように、モータ１４を制御するためのコントローラ１２を備えている。コントローラ１２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータで構成してもよいし、論理回路等を用いて構成するようにしてもよい。

コントローラ１２には、モータ１４、回転パルスセンサ１６、カム信号出力センサ１８、及び車速センサ２０が接続されている。

回転パルスセンサ１６は、モータ１４のアーマチャの回転、すなわちモータ１４の回転を検出して、回転パルスを発生してコントローラ１２に出力する。すなわち、コントローラ１２は、回転パルスからモータ１４の回転速度を検出することができる。例えば、回転パルスセンサ１６は、アーマチャ等にマグネットを設けてホールＩＣ等によってモータ１４の回転を検出して、回転パルスを出力することが可能である。

カム信号出力センサ１８は、カム部材４２が予め定めた基準位置に到達することによって、カム信号をコントローラ１２に出力する。例えば、ウォームホイール５０等にマグネットを設け、ハウジング４６等にマグネットに対向してホールＩＣを設けることによって、カム部材４２の基準位置を検出してカム信号を出力することが可能である。本実施の形態では、カム信号出力センサ１８は、ワイパアーム３４の上反転位置、及び下反転位置に対応してカム信号を出力し、上反転位置と下反転位置の判別は、例えば、２つのセンサ等を用いるなどにより判別するようにしてもよいし、他の方法で判別するようにしてもよい。

車速センサ２０は、車両の車速を検出して、検出結果をコントローラ１２に出力する。例えば、車速センサ２０は、トランスミッションのアウトプットシャフトの回転を検出してパルス信号を出力するものを適用するようにしてもよいし、ハブやブレーキロータ等の回転を検出してパルス信号を出力するものを適用するようにしてもよい。なお、車速センサ２０は、例えば、エンジンコントロールユニット等の各種コントロールユニットに検出結果を出力するので、エンジンコントロールユニット等のコントロールユニットから車速センサ２０の検出結果を取得するようにしてもよい。

そして、コントローラ１２は、回転パルスセンサ１６、カム信号出力センサ１８、及び車速センサ２０の各検出結果に基づいて、モータ１４の回転や正逆転を制御する。

コントローラ１２のモータ１４の回転制御は、モータ１４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって駆動し、予め定めた回転数となるように、回転パルスセンサ１６の検出結果を監視しながならモータ１４を駆動する（フィードバックループ回転速度制御）。具体的には、ワイパアーム３４の反転位置付近の位置ではモータ１４の回転速度が遅くなるようにし、反転位置から遠くなるに従って回転速度が速くなるように、モータ１４に印加する通電デューティを可変する。なお、通電デューティの可変は、例えば、予め定めたマップ等を用いて変更することが可能である。

また、コントローラ１２のモータ１４の正逆転制御は、反転位置付近（基準位置）のワイパアーム３４を検出するカム信号出力センサ１８から出力される基準位置を表すカム信号に基づいて、モータ１４の回転方向を切り替える。これによって、ワイパアーム３４が上反転位置及び下反転位置で運動方向が逆転する。

ところで、ワイパアーム３４の上反転位置では、走行時の風圧等を受けるため、ピラーへオーバーランしてピラーとブレード３６の接触が発生する可能性がある。そこで、コントローラ１２は、車速やモータ１４の回転速度からピラー側の反転位置到達時間を予測して、カム信号を検出したところで予測した反転位置到達時間をタイマ設定する。そして、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、予測した反転位置到達時間までに線形的に徐々に通電デューティを下げ（オープンループデューティ制御）、設定した時間が経過したことでモータ１４の回転方向を反転する。すなわち、車速を考慮して反転位置到達時間を予測してタイマを設定することによって、ワイパブレード３６のピラーへのオーバーランを防止して上反転動作を行う。例えば、図４（Ａ）は予め定めた低速時の場合のモータ１４への通電デューティを示し、図５（Ｂ）は予め定めた高速時の場合のモータ１４への通電デューティを示す。反転時には、モータ電流が極力小さい方が回路や機械的構成に負荷が少ないため、予測した反転位置到達時間までに徐々に通電デューティを下げて、ＰＷＭデューティが反転位置到達時間経過時に０％になるようにすることで、理想的な位置で、かつ回路及び機械的構成への負荷が少ない状態で、モータ１４の回転方向を切り替えることができる。

コントローラ１２による反転位置到達時間の予測は、走行時に予め基礎データを収集して予測することができ、例えば、車速毎のモータ１４の回転速度や通電デューティから反転位置到達時間を予測することが可能である。なお、反転位置到達時間の予測は、走行実験等を行うことによって予め定めたマップ等を用いるようにしてもよい。

次に、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置１０のコントローラ１２で行われる処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置１０のコントローラ１２で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、上反転時の処理に注目して説明するため、下反転時の処理については簡単に説明する。また、図５の処理は、図示しないワイパスイッチ等が操作されてワイパの駆動開始が指示された場合に開始し、ワイパの駆動停止が指示された場合や図示しないイグニッションスイッチがオフされた場合等に終了するものとして説明する。

ワイパの駆動開始が指示されるとステップ１００では、モータ１４が駆動開始されてステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、車速センサ２０の検出結果がコントローラ１２に入力されてステップ１０４へ移行し、ステップ１０４では、回転パルスセンサ１６の検出結果（モータ１４の回転速度）がコントローラ１２に入力されてステップ１０６へ移行し、ステップ１０６では、カム信号出力センサ１８の検出結果がコントローラ１２に入力されてステップ１０８へ移行する。

ステップ１０８では、オープン方向動作中か否かコントローラ１２によって判定される。該判定は、例えば、下反転側の位置を表すカム信号が出力されてモータ１４の回転方向が反転されてオープン動作しているか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、否定された場合にはステップ１１２へ移行する。

ステップ１１０では、クローズ作動中であるので、下反転処理が行われる。下反転処理は、例えば、下側の基準位置を表すカム信号が出力されてから所定時間経過後にモータ１４の回転方向を反転させる等の処理を行う。なお、下反転処理はこれに限るものではなく、他の方法でモータ１４の反転位置を特定して回転方向を反転するようにしてもよい。

一方、ステップ１１２では、出力軸の基準位置を通過したか否か判定される。該判定は、上側の基準位置を表すカム信号が出力されたか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１１４へ移行し、肯定された場合にはステップ１１８へ移行する。

ステップ１１４では、回転パルスセンサ１６によって検出されたモータ１４の回転速度、及び車速センサ２０によって検出された車速に基づいて、カム信号が出力されてからモータ１４の回転方向を反転するまでの時間である反転位置タイマ（反転位置到達時間）が演算されてステップ１１６へ移行する。すなわち、基準位置から反転位置までの距離が分っているので、モータ１４の回転速度から反転位置到達時間を予測する。この時、車速に応じた反転位置到達時間を予測する。例えば、車速が速くなるほど反転位置到達時間が短くなるように予め定めたマップ等に従ってモータ１４の反転位置到達時間を予測する。なお、本実施の形態では、反転位置到達時間を予測する際に、モータ１２の回転パルスから得られる回転速度を用いることによって、カム信号出力時点から下反転位置までの移動距離が分るので、回転パルスを検出して反転位置到達時間を予測するようにしたが、モータ１４への通電デューティから回転速度が分るので、回転パルスの代りにモータ１４へ通電しているデューティを検出して反転位置到達時間を予測するようにしてもよい。

ステップ１１６では、フィードバックループ回転速度制御が行われてステップ１２８へ移行する。すなわち、予め定めたマップに従った回転速度になるように、回転パルスセンサ１６によって回転数を監視しながらＰＷＭ制御でモータ１４の駆動が制御される。

一方、ステップ１１８では、後述のタイマがセットされているか否か判定され、該判定が否定された場合にはステップ１２０へ移行し、肯定された場合にはステップ１２２へ移行する。

ステップ１２０では、ステップ１１４で演算された反転位置到達時間がタイマとしてセットされてステップ１２２へ移行する。

ステップ１２２では、タイマ時間が経過したか否か判定され、該判定が否定された場合にはステップ１２４へ移行し、肯定された場合にはステップ１２６へ移行する。

ステップ１２４では、オープンループデューティ制御が行われてステップ１２８へ移行する。すなわち、予測した反転位置到達時間までにモータ１４の回転が停止するように徐々に通電デューティを下げて反転位置で反転可能なようにデューティをリニアに制御する。

一方、ステップ１２６では、予測した反転位置到達時間となったため、オープン方向作動を終了して、モータ１４の回転方向を反転してステップ１２８へ移行する。

ステップ１２８では、ワイパオフか否か判定される。該判定は、ワイパの駆動停止の指示や図示しないイグニッションスイッチがオフされたか否か等を判定し、該判定が否定された場合にはステップ１０２へ戻って上述の処理が繰り返され、ステップ１２８の判定が肯定されたところで一連の処理を終了する。

このように、本実施の形態に係わるワイパ制御装置１０では、モータ１４が駆動開始されると、車速、モータ１４の回転パルス、及びカム信号の出力を監視しながら、予め定めたマップ等に従ってフィードバックループ回転速度制御を行い、オープン動作中の場合には、車速センサや回転パルスに基づいて、反転位置到達時間を予測して、上側の基準位置を表すカム信号が出力されたところで予測した反転位置到達時間をタイマセットして、予測した反転位置到達時間までに徐々に通電デューティが下がるようにオープンループデューティ制御が行われる。これによって、反転位置到達時間を予測する際に、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、車速が速い場合には車速が低い場合に比べて短い時間を予測することができるので、ワイパーブレード３６のピラーへの接触を防止することができる。従って、カム信号を検出するセンサの数を、車速に応じてモータ１４の反転位置を検出するために増やすことなく、モータの運動方向を切り替えることができる。

本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置によって動作するワイパ装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置の制御対象となるワイパモータの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるワイパモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は予め定めた低速時の場合のＰＷＭデューティ制御を示し、図５（Ｂ）は予め定めた高速時の場合のＰＷＭデューティ制御を示す。 発明の実施の形態に係わるワイパ制御装置のコントローラで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 複数のカム信号の中から車速によって使用するカム信号を選択して反転位置を切り替えるワイパ制御装置を説明するための図である。

符号の説明

１０・・・ワイパ制御装置、１２・・・コントローラ、１４・・・モータ、１６・・・回転パルスセンサ、１８・・・カム信号出力センサ、２０・・・車速センサ

Claims (5)

1. ワイパアームが予め定めた基準位置に達したことを検出する基準位置検出手段によって前記基準位置が検出されてから時間を計測する計測手段と、
   ワイパアームを往復運動させて車両の窓を払拭するために正逆転可能なモータの状態を表す所定情報を検出する所定情報検出手段によって検出された前記所定情報に基づいて、前記基準位置からワイパアームの反転位置までの到達時間を予測する予測手段と、
   前記計測手段によって計測された時間が前記予測手段によって予測された前記到達時間を経過したときに、前記モータの回転方向を反転するように前記モータを制御する制御手段と、
   を備えたワイパ制御装置。
2. 前記予測手段が、車速を検出する車速検出手段によって検出された車速及び前記所定情報に基づいて、前記到達時間を予測する請求項１に記載のワイパ制御装置。
3. 前記所定情報検出手段は、前記所定情報として前記モータの回転速度を検出する請求項１又は請求項２に記載のワイパ制御装置。
4. 前記所定情報検出手段は、前記所定情報として前記モータへの供給電力を検出する請求項１又は請求項２に記載のワイパ制御装置。
5. 前記所定情報検出手段は、前記モータへの通電デューティを検出する請求項４に記載のワイパ制御装置。

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