JP2017159908A - ワイパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１のセンサの検知結果からワイパブレードの位置及び出力軸の回転速度を検出可能なワイパ装置を提供する。
【解決手段】回転角度センサ５４は、出力軸３２に連動して回転するマグネットの磁界を検知し、当該回転によるマグネットの磁界の変化を電圧の変化として出力する。マイクロコンピュータ５８は、回転角度センサ５４が出力した電圧を所定サンプリング間隔でサンプリングした電圧値からワイパブレード２８，３０のフロントウィンドウ１２上での位置を示す出力軸３２の回転角度を算出すると共に、所定時間を隔てて算出した出力軸３２の回転角度と所定時間とから出力軸３２の回転速度を算出し、算出した出力軸３２の回転角度及び回転速度に基づいてワイパモータ１８の回転を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイパ装置に関する。

ワイパ装置は、車両のフロントウィンドウ又はリアウィドウ等の窓ガラス上をワイパブレードを往復回動させてガラス表面を払拭する。ワイパ装置が、ワイパブレードを所定の位置で反転させ、ワイパブレードを窓ガラス上の位置に応じた所定の速度で回動させるには、ワイパブレードの窓ガラス上での位置とワイパブレードを回動させるワイパモータの出力軸の回転速度とを検出する必要がある。

特許文献１には、ワイパモータの出力軸と同軸の２つの円軌道に各々複数個の永久磁石を等間隔に配置し、これら永久磁石の磁界をホールセンサで検知してワイパブレードの位置とワイパモータの出力軸の回転速度とを検出するワイパ装置が開示されている。

特許文献１の記載のワイパ装置は、出力軸と同軸の２つの円軌道に各々配置された永久磁石のうち、内側の円軌道に配置された永久磁石の磁界を検知することでワイパブレードの位置を検出し、外側の円軌道に配置された永久磁石の磁界を検知することで出力軸の回転速度を検出する。内側の円軌道及び外側の円軌道は、ワイパブレードの位置の検出及び出力軸の回転速度の検出のために、各々配置される永久磁石の間隔が異なっている。

特許第４３１４０３１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のワイパ装置は、内側の円軌道の永久磁石の磁界を検知するホールセンサと、外側の円軌道の永久磁石の磁界を検知するホールセンサとを別個に備える必要があり、装置の構成が複雑になるという問題点があった。また、上記特許文献１に記載のワイパ装置は、内側の永久磁石の磁界を検知するホールセンサが外側の永久磁石の磁界を、外側の永久磁石の磁界を検知するホールセンサが内側の永久磁石の磁界を各々誤検知するおそれがあった。かかる誤検知を回避するには、各円軌道に配置される永久磁石の磁界、及び各ホールセンサの位置等を最適化する必要があり、製品の設計及び製造が煩雑になるという問題点があった。

また、上記特許文献１に記載のワイパ装置では、ワイパブレードの位置をより正確に検出するには、円軌道上にさらの多くの永久磁石を設ける必要がある。限られた円軌道上に多数の永久磁石を実装するには限界があるので、上記特許文献１に記載のワイパ装置では、ワイパブレードの位置の検出の精度の向上は困難であるという問題点もあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、１のセンサの検知結果からワイパブレードの位置及び出力軸の回転速度を検出可能なワイパ装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために請求項１記載の発明に係るワイパ装置は、往復回動して窓ガラス表面を払拭するワイパブレードと、リンク機構を介して出力軸に前記ワイパブレードが連結され、前記出力軸の回転により前記ワイパブレードを往復回動させるワイパモータと、前記出力軸の回転に連動して回転すると共に、底面の対称な位置にＳ極とＮ極とが設けられた単一の磁石と、前記磁石の底面に正対して設けられると共に、前記磁石の磁界を検知し、前記回転による前記磁石の磁界の変化を電圧の変化の信号として出力する単一のチップとして基板に実装され減速機構内に設けられる検知手段と、前記検知手段から出力された電圧と前記出力軸の回転角度との対応関係に基づいて、前記検知手段が出力した前記信号を所定サンプリング間隔でサンプリングした電圧値から前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を示す前記出力軸の回転角度を算出すると共に、所定時間を隔てて算出した前記出力軸の回転角度と前記所定時間とから前記出力軸の回転速度を算出し、前記算出した出力軸の回転角度及び回転速度に基づいて前記ワイパモータの回転を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載のワイパ装置は、センサである検知手段が、出力軸に連動して回転する磁石の磁界の変化を電圧の変化として出力する。制御手段は、検知手段が出力した電圧を所定サンプリング間隔でサンプリングした電圧値からワイパブレードの窓ガラス上での位置を示す前記出力軸の回転角度を算出する。

また、制御手段は、所定の時間を隔てて算出した前記出力軸の回転角度と前記所定時間とから出力軸の回転速度を算出するので、１のセンサの検知結果からワイパブレードの位置及び出力軸の回転速度を検出できる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のワイパ装置において、前記出力軸の回転速度を前記出力軸の回転角度に応じて規定した速度マップを記憶した記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記算出した前記出力軸の回転速度が、前記速度マップに規定した回転速度になるように前記ワイパモータの回転を制御する。

このワイパ装置によれば、制御手段が、算出した出力軸の回転速度が、出力軸の回転速度を回転角度に応じて規定した速度マップの回転速度になるようにワイパモータの回転を制御する。かかる制御により、ワイパブレードの窓ガラス上での位置に応じた回転速度でワイパモータを回転させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のワイパ装置において、前記制御手段は、前記所定サンプリング間隔をより短縮して前記検知手段が出力した前記電圧をサンプリングする。

このワイパ装置によれば、所定サンプリング間隔を制御手段のプログラムを書き換える等で適宜変更することにより、所定サンプリング間隔をより短縮して検知手段が出力した前記電圧をサンプリングできる。所定サンプリング間隔をより短縮することによりワイパブレードの位置の検出の精度を向上できる。

本発明の実施の形態に係るワイパ装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る回転角度センサの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る回転角度センサ上でのマグネットの回転の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における回転角度センサが出力する電圧値の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における、電圧のサンプリングの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置における位置・回転速度検出処理の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態におけるワイパモータの出力軸の回転速度を規定した速度マップの一例を示す図である。

図１は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の構成を示す概略図である。ワイパ装置１０は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられたフロントウィンドウ１２を払拭するためのものであり、一対のワイパ１４及び１６と、ワイパモータ１８と、リンク機構２０と、ワイパ制御回路２２とを備えている。

ワイパ１４，１６は、それぞれワイパアーム２４，２６とワイパブレード２８，３０とにより構成されている。ワイパアーム２４，２６の基端部は、後述するピボット軸４２，４４に各々固定されており、ワイパブレード２８，３０は、ワイパアーム２４，２６の先端部に各々固定されている。

ワイパ１４，１６は、ワイパアーム２４，２６の回動に伴ってワイパブレード２８，３０がフロントウィンドウ１２上を往復回動し、ワイパブレード２８，３０がフロントウィンドウ１２を払拭する。

ワイパモータ１８は、主にウォームギアで構成された減速機構５２を介して、正逆回転可能な出力軸３２を有し、リンク機構２０は、クランクアーム３４と、第１リンクロッド３６と、一対のピボットレバー３８，４０と、一対のピボット軸４２，４４と、第２リンクロッド４６とを備えている。

クランクアーム３４の一端側は、出力軸３２と固定されており、クランクアーム３４の他端側は、第１リンクロッド３６の一端側と回動可能に連結されている。また、第１リンクロッド３６の他端側は、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端寄りのカ所に回動可能に連結されており、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端及びピボットレバー４０におけるピボットレバー３８の当該端に対応する端には、第２リンクロッド４６の両端がそれぞれ回動可能に連結されている。

また、ピボット軸４２，４４は、車体に設けられた図示しないピボットホルダによって回動可能に支持されており、ピボットレバー３８，４０におけるピボット軸４２，４４を有する端は、ピボット軸４２，４４を介してワイパアーム２４，２６が各々固定されている。

本実施の形態に係るワイパ装置１０では、出力軸３２が回動範囲θ１で正逆回転されると、この出力軸３２の回転力がリンク機構２０を介してワイパアーム２４，２６に伝達され、このワイパアーム２４，２６の往復回動に伴ってワイパブレード２８，３０がフロントウィンドウ１２上における下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間で往復回動をする。θ１の値は、ワイパ装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施の形態では、一例として１２０°である。

本実施の形態に係るワイパ装置１０では、図１に示されるように、ワイパブレード２８，３０が格納位置Ｐ３に位置された場合には、クランクアーム３４と第１リンクロッド３６とが直線状をなす構成とされている。

格納位置Ｐ３は、下反転位置Ｐ２の下方に設けられている。ワイパブレード２８，３０が下反転位置Ｐ２にある状態から、出力軸３２がθ２回転することにより、ワイパブレード２８，３０は格納位置Ｐ３に回動する。θ２の値は、ワイパ装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施の形態では、一例として５°とする。なお、θ２が「０」の場合は、下反転位置Ｐ２と格納位置Ｐ３は一致し、ワイパブレード２８，３０は、下反転位置Ｐ２で停止し、格納される。

ワイパモータ１８には、ワイパモータ１８の回転を制御するためのワイパ制御回路２２が接続されている。ワイパモータ１８がブラシレスＤＣモータであれば、ワイパ制御回路２２は、ワイパモータ１８を作動させるための電流をＰＷＭ制御によって生成してワイパモータ１８に供給する駆動回路５６と、駆動回路５６を制御するマイクロコンピュータ５８とを有する。また、ワイパ制御回路２２は、ワイパブレード２８，３０のフロントウィンドウ１２上の位置に応じて出力軸３２の回転速度を規定した速度マップ等のマイクロコンピュータ５８が駆動回路５６の制御に用いるデータを記憶したメモリ６０をさらに有している。駆動回路５６は、スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴを使用したインバータ回路を含み、当該インバータ回路によって所定のデューティ比の電流を出力する。

本実施の形態に係るワイパモータ１８は、前述のように減速機構５２を有しているので、出力軸３２の回転速度及び回転角度は、ワイパモータ本体の回転速度及び回転角度と同一ではない。しかしながら、本実施の形態では、ワイパモータ本体と減速機構５２は一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３２の回転速度及び回転角度を、ワイパモータ１８の回転速度及び回転角度とみなすものとする。

回転角度センサ５４は、ワイパモータ１８の減速機構５２内又は出力軸３２の先端付近に設けられ、出力軸３２に連動して回転するマグネット６２の磁界（磁力）の変化を検知して電圧の変化に変換して出力する。本実施の形態に係るワイパ制御回路２２は、マイクロコンピュータ５８が、回転角度センサ５４が検知した出力軸３２の回転角度からワイパブレード２８，３０のフロントウィンドウ１２上における位置及び出力軸３２の回転速度を算出する。また、ワイパ制御回路２２は、算出した位置において、出力軸３２の回転速度が前述の速度マップに規定された回転速度となるように駆動回路５６を制御する。

マイクロコンピュータ５８にはワイパスイッチ５０が接続されている。ワイパスイッチ５０は、ワイパブレード２８，３０を、低速で回動させる低速作動モード選択位置、高速で回動させる高速作動モード選択位置、一定周期で間欠的に回動させる間欠作動モード選択位置、格納（停止）モード選択位置に切替可能である。また、各モードの選択位置に応じた信号をマイクロコンピュータ５８に出力する。マイクロコンピュータ５８はワイパスイッチ５０からの出力信号に対応する制御をメモリ６０に記憶されている速度マップに従って行う。

図２は、本実施の形態に係る回転角度センサ５４の一例を示す図である。図２に示した回転角度センサ５４は、基板６４に実装可能なワンチップ型のセンサで、減速機構５２内における出力軸３２の末端、すなわち、クランクアーム３４が取り付けられている端とは別の端に設けられたマグネット６２の磁界を検出する。マグネット６２は、クランクアーム３４が取り付けられている側の端に設けてもよい。また、マグネット６２は、歯車等を介して出力軸３２に連動して回転する部材に設けてもよい。

回転角度センサ５４は、マグネット６２に正対して設けられ、マグネット６２の磁界を検知して、磁界の変化に応じた電圧を出力するセンサであり、例えばホール素子又は磁気抵抗変換（ＭＲ）素子を用いたものである。

図３は、本実施の形態に係る回転角度センサ５４上でのマグネット６２の回転の一例を示す図である。図３は、図２の矢印Ｚの方向からマグネット６２及び回転角度センサ５４を見た図であり、マグネット６２が図３（Ａ）の状態から矢印Ｒの方向に９０度回転して図３（Ｂ）の状態になった場合を示している。図３に示したマグネット６２は、円柱状で、中心を通り、かつ底面に垂直な平面に対して対称な位置にＳ極とＮ極とが設けられている。本実施の形態では、マグネット６２は、底面に垂直な平面に対して対称な位置にＳ極とＮ極とが設けられているのであれば、円柱状以外の形状、例えば、棒状、角柱状又は楕円柱状でもよい。

矢印Ｒの方向の回転により、マグネット６２のＮ極及びＳ極の磁界も回転し、回転角度センサ５４はかかる磁界の変化に応じた電圧を出力する。図４は、本実施の形態における回転角度センサ５４が出力する電圧値の変化の一例を示す図である。図４では、マグネット６２が図３（Ａ）の状態から矢印Ｒの方向に回転した場合に回転角度センサ５４が出力する電圧値を実線で示している

例えば、回転角度センサ５４は、図３（Ａ）の状態での出力が０Ｖであり、マグネット６２が矢印Ｒの方向に回転するにつれて出力する電圧が上昇するのであれば、マグネット６２の回転角度と回転角度センサ５４が出力する電圧との関係は図４に示したようになる。本実施の形態では、図４に示した回転角度と電圧値の対応関係に基づいて、回転角度センサ５４が出力する電圧値からマグネット６２の回転角度、すなわち出力軸の回転角度を算出する。また、所定の時間を隔てて検知した電圧に基づいて各々算出した回転角度から出力軸３２の回転速度を算出する。

図５は、本実施の形態における、電圧のサンプリングの一例を示す図である。本実施の形態では、所定の時間間隔（サンプリング間隔）で回転角度センサ５４が出力した電圧をサンプリングし、サンプリングした電圧値に対応する回転角度を算出する。

回転角度センサ５４が出力した電圧の変化から、所定のサンプリング間隔で電圧値を抽出して出力軸３２の回転角度を算出する際に、所定のサンプリング間隔を短くすれば、出力軸３２の回転角度をより緻密に算出することができる。

さらに本実施の形態では、ある時刻にサンプリングした電圧に基づいて算出した回転角度と、当該ある時刻から所定の時間が経過した時にサンプリングした電圧に基づいて算出した回転角度との差分を当該所定の時間で除算することにより、出力軸３２の回転速度を算出する。

例えば、図５の場合、時刻ｔαから所定の時間が経過した時刻ｔβでサンプリングした電圧値Ｖβに対応する回転角度βと時刻ｔαでサンプリングした電圧値Ｖαに対応する回転角度αとの差分を所定の時間で除算して出力軸の回転速度を算出する。

算出する回転速度は単位をdeg/s 又は rad/s とする角速度だが、かかる角速度を、回転角度の単位が度の場合は３６０で、回転角度の単位がラジアンの場合は２πで、各々除算することによりｒｐｓ又はｒｐｍ単位の回転速度に変換できる。

図６は、本実施の形態に係るワイパ装置における位置・回転速度検出処理の一例を示すフローチャートである。ステップ６００では、カウンタＮをリセットし、ステップ６０２では、ステップ６００でカウンタＮをリセットしてから所定のサンプリング間隔が経過したか否かを判定する。所定のサンプリング間隔は、一例として２ｍ秒であるが、マイクロコンピュータ５８のプログラムを書き換える等により適宜変更可能である。

ステップ６０２で肯定判定の場合には、ステップ６０４で回転角度センサ５４からの信号である電圧値をサンプリングし、ステップ６０６では、サンプリングした電圧値に対応する回転角度を算出して、メモリ６０に記憶する。ステップ６０８では、カウンタＮの値を１つ加算する。ステップ６１０では、カウンタＮの値が所定の値Ｍになったか否かを判定する。所定の値は一例として１０である。

ステップ６１０で肯定判定の場合には、ステップ６１２で出力軸３２の回転速度を算出してリターンする。ステップ６１０では、カウンタがＮ＝Ｍとなる直前、すなわちカウンタがＮ＝Ｍ−１の時にサンプリングした電圧値に基づいて算出された回転角度と、カウンタがＮ＝０の時にサンプリングした電圧値に基づいて算出された回転角度の差分から出力軸の回転速度を算出する。上記の回転角度の差分を所定の時間で除算することで、出力軸３２の回転速度が角速度として算出される。所定の時間は、図６の場合では、所定のサンプリング時間とＭとの積であり、所定のサンプリング時間が２ｍ秒でＭ＝１０の場合、所定の時間は２０ｍ秒である。なお、角速度は、上述のように、必要に応じてｒｐｍ単位の回転速度に変換できる。

ステップ６１０で否定判定の場合には、手順をステップ６０２に戻し、ステップ６０２でステップ６０８でのカウンタのセットから所定のサンプリング時間が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ６０４で再び信号のサンプリングを行う。

図７は、本実施の形態におけるワイパモータ１８の出力軸３２の回転速度を規定した速度マップの一例を示す図である。図７の縦軸は出力軸３２の回転速度であり、横軸はフロントウィンドウ１２上でのワイパブレード２８，３０の位置を示している。また、横軸には出力軸３２の回転角度をかっこ書きで示している。

本実施の形態では、回転角度センサ５４の検知結果に基づいて算出した出力軸３２の回転角度に対応する回転速度を図７の速度マップから算出する。さらに本実施の形態では、回転角度センサ５４の検知結果に基づいて算出した回転角度から出力軸３２の回転速度を算出し、算出した回転速度が、速度マップから割り出した回転速度になるようにワイパモータ１８の回転を制御する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、１のセンサである回転角度センサ５４の検知結果からワイパブレード２８，３０の位置を示す回転角度及び出力軸３２の回転速度を検出できる。

１０・・・ワイパ装置、１２・・・フロントウィンドウ、１４・・・ワイパ、１８・・・ワイパモータ、２０・・・リンク機構、２２・・・ワイパ制御回路、２４，２６・・・ワイパアーム、２８，３０・・・ワイパブレード、３２・・・出力軸、３４・・・クランクアーム、３６・・・リンクロッド、３８，４０・・・ピボットレバー、４２，４４・・・ピボット軸、４６・・・リンクロッド、５０・・・ワイパスイッチ、５２・・・減速機構、５４・・・回転角度センサ、５６・・・駆動回路、５８・・・マイクロコンピュータ、６０・・・メモリ、６２・・・マグネット、６４・・・基板、Ｐ１・・・上反転位置、Ｐ２・・・下反転位置、Ｐ３・・・格納位置

Claims (3)

1. 往復回動して窓ガラス表面を払拭するワイパブレードと、
   リンク機構を介して出力軸に前記ワイパブレードが連結され、前記出力軸の回転により前記ワイパブレードを往復回動させるワイパモータと、
   前記出力軸の回転に連動して回転すると共に、底面の対称な位置にＳ極とＮ極とが設けられた単一の磁石と、
   前記磁石の底面に正対して設けられると共に、前記磁石の磁界を検知し、前記回転による前記磁石の磁界の変化を電圧の変化の信号として出力する単一のチップとして基板に実装され減速機構内に設けられる検知手段と、
   前記検知手段から出力された電圧と前記出力軸の回転角度との対応関係に基づいて、前記検知手段が出力した前記信号を所定サンプリング間隔でサンプリングした電圧値から前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を示す前記出力軸の回転角度を算出すると共に、所定時間を隔てて算出した前記出力軸の回転角度と前記所定時間とから前記出力軸の回転速度を算出し、前記算出した出力軸の回転角度及び回転速度に基づいて前記ワイパモータの回転を制御する制御手段と、
   を備えたワイパ装置。
2. 前記出力軸の回転速度を前記出力軸の回転角度に応じて規定した速度マップを記憶した記憶手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記算出した前記出力軸の回転速度が、前記速度マップに規定した回転速度になるように前記ワイパモータの回転を制御する請求項１に記載のワイパ装置。
3. 前記制御手段は、前記所定サンプリング間隔をより短縮して前記検知手段が出力した前記電圧をサンプリングする請求項１又は２に記載のワイパ装置。