(57)【要約】【課題】より適切に車両の電源系統の電圧降下を抑制することができるワイパー装置を提供すること。【解決手段】本発明によるワイパー装置１は、ワイパーアームを揺動させるリンク機構と、当該リンク機構を駆動する電動機２と、電動機２を制御する制御手段５ａと、電動機２の回転速度Ｎを検出する回転速度検出手段５ｂとを備え、制御手段５ａが、検出された回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下である場合に電動機２の電流を制限することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイパーアームを揺動させるリンク機構と、当該リンク機構を駆動する電動機と、前記電動機を制御する制御手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記制御手段が、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下である場合に前記電動機の電流を制限することを特徴とするワイパー装置。
【請求項２】
前記ワイパー装置の周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下であり、前記検出された温度が所定温度以下である場合に、前記電動機を反転させることを特徴とする請求項１に記載のワイパー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車、トラック、バス等の自動車に適用して好適なワイパー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、運転者の運転時の前方視認性を確保することを目的として、フロントガラスの表面に存在する雨や雪等をワイパーアームの先端に設けられたワイパーブレードにより払拭するワイパー装置が備えられている。このようなワイパー装置としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがあり、モータとモータを制御する制御装置と、モータの回転を減速する減速機構と、減速機構の出力回転軸の動作をワイパーアームの揺動動作に変換するリンク機構とを備えて構成される。
【０００３】
このようなワイパー装置においては、冬期においてフロントガラスの表面に積雪が存在している状況で、フロントガラス両側に位置する車両のＡピラーとワイパーブレードの間に積雪が挟み込まれて、ワイパーアームがロックされ、モータがロックした場合にモータのトルクが増大して、電流が大きくなり、車両の電源系統の電圧降下を招くことを防止するために、ワイパーブレードがＡピラー近傍にあるかどうかを摺動接点スイッチにより検知し、予め設定されている時間が経っても摺動接点スイッチがオンされない場合にはワイパー装置の電源をオフすることが行われている。
【特許文献１】特開２００４−１４８８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような従来技術のワイパー装置においては、前述した予め設定されている時間が経過するまでは、モータの電流は上昇し続けるため、モータの電流が大きくなり車両の電源系統の電圧降下を招くことを防止することが依然としてできないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、より適切に車両の電源系統の電圧降下を抑制することができるワイパー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題を解決するため、本発明に係るワイパー装置は、
ワイパーアームを揺動させるリンク機構と、当該リンク機構を駆動する電動機と、前記電動機を制御する制御手段と、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記制御手段が、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下である場合に前記電動機の電流を制限することを特徴とする。
【０００７】
なお、前記電動機は、典型的には直流モータであって、固定子永久磁石タイプの直流モータ、直流直巻モータ、直流分巻モータ、直流ブラシレスモータ等種々の形式の直流モータとすることができる。また、前記制御手段が前記電動機の電流を制限するにあたっては、典型的には前記電動機に印加する電圧のデューティ比を制御する。
【０００８】
ここで、前記ワイパー装置の周囲の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段が、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下であり、前記検出された温度が所定温度以下である場合に、前記電動機を反転させることが好ましい。
【０００９】
これによれば、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下である、つまりは、前記電動機の回転速度の落ち込みが大きい場合であって、かつ、前記検出された温度が所定温度以下であり、車両のフロントガラスの表面と前記ワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪が凍結して摺動抵抗が大きくなる環境下においては、前記制御手段により前記電動機を反転させて、前記電動機がロックすることにより電流が増大して、車両の電源系統の電圧降下を招くことをより効果的に防止することができる。
【００１０】
また、前記検出された回転速度の時間変化率が所定値以下である、つまりは、前記電動機の回転速度の落ち込みが大きい場合であって、かつ、前記検出された温度が所定温度以上であり、車両のフロントガラスの表面と前記ワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪は凍結しておらず摺動抵抗が大きくならない環境下においては、前記制御手段が前記電動機の電流を制限して、前記電動機がロックすることにより電流が増大して、車両の電源系統の電圧降下を招くことをより効果的に防止することができる。
【００１１】
いずれの場合においても、実際に前記電動機が積雪等によりロックして電流が増大する前に、前記回転速度の時間変化率を所定値と比較することにより、前記電動機にロックが発生して前記電動機の電流が増大することを予測して、事前に電流の制限又は反転制御を行ってピーク電流が発生することを抑制することができるので、車両の電源系統の電圧降下をより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より適切に車両の電源系統の電圧降下を抑制することができるワイパー装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明に係わるワイパー装置の一実施形態を示す模式図である。
【００１５】
このワイパー装置１は、モータ２と、ブリッジ回路３と、駆動回路４と、処理回路５と、入力回路６と、電源７と、モータ軸回転センサ８と、ギヤ回転センサ９と、温度センサ１０を備えて構成される。
【００１６】
モータ２は、固定子永久磁石タイプの直流モータすなわち電動機であり、永久磁石が埋設されたステータと、電機子コイルと整流子を備えたロータと、ブラシＭ＋、Ｍ−を備えるものである。
【００１７】
モータ２のロータのモータ軸は、図示しないウォームギヤからなる減速機構の入力軸に駆動結合され、この減速機構のギヤは図示しないワイパーアームにこれも図示しないリンク機構を介して駆動結合され、モータ２のロータの回転運動は揺動運動に変換されてワイパーアームは揺動運動されて、ワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードにより車両のフロントガラスの表面が、フロントガラスの下枠からＡピラーにかけて払拭される。
【００１８】
ブリッジ回路３は、図１に示すようなＭＯＳＦＥＴ１〜ＭＯＳＦＥＴ４を組み合わせて構成される。このブリッジ回路３は、ＭＯＳＦＥＴ１のソースとＭＯＳＦＥＴ２のドレインを直列に接続し、ＭＯＳＦＥＴ３のソースとＭＯＳＦＥＴ４とドレインを直列に接続して、ＭＯＳＦＥＴ１のドレイン及びＭＯＳＦＥＴ３のドレインを電源７側に接続し、ＭＯＳＦＥＴ２のソース及びＭＯＳＦＥＴ４のソースを接地側に接続して構成される。
【００１９】
さらに、このブリッジ回路３の、ＭＯＳＦＥＴ１のソースとＭＯＳＦＥＴ２のドレイン間はモータ２の正極側のブラシＭ＋にＬＣ回路からなるノイズフィルタを介して接続され、ＭＯＳＦＥＴ３のソースとＭＯＳＦＥＴ４のドレイン間はモータ２の負極側のブラシＭ−にＬＣ回路からなるノイズフィルタを介して接続される。
【００２０】
駆動回路４はブリッジ回路３を制御するＩＣでありその出力端子は、それぞれ各ＭＯＳＦＥＴ１〜４のゲートに接続されており、後述する処理回路５において決定されたデューティ比の指令に基づいて、ブリッジ回路３を構成するＭＯＳＦＥＴ１〜ＭＯＳＦＥＴ４がＰＷＭ制御されモータ２の電流が制御されるとともにモータ２の正転反転制御を行う。
【００２１】
モータ２を正転させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ２及びＭＯＳＦＥＴ３をオフとして、ＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ４をＰＷＭ制御し、モータ２を反転させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ１及びＭＯＳＦＥＴ４をオフとして、ＭＯＳＦＥＴ２及びＭＯＳＦＥＴ３をＰＷＭ制御する。
【００２２】
処理回路５は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを接続するデータバスから構成されるマイクロコンピュータであって、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが以下に述べる所定の処理を行う制御手段５ａを構成するものである。
【００２３】
入力回路６は、図示しないワイパースイッチにより入力されたオート、ロー、ハイ等のモードと車速に基づいて、モード信号を決定し処理回路５に対して出力するＩＣであり、処理回路５は、入力回路６が決定し出力したモード信号に基づいて、駆動回路４がブリッジ回路３をＰＷＭ制御するにあたってのデューティ比を決定して、駆動回路４を制御するものである。
【００２４】
電源７は、車両の電源系統から、上述したブリッジ回路３、駆動回路４、処理回路５、入力回路６、後述する、モータ軸回転センサ８、ギヤ回転センサ９、温度センサ１０を動作させるための定電圧を供給する例えば３端子レギュレータ又はＤＣ／ＤＣコンバータからなるものである。
【００２５】
モータ軸回転センサ８は、例えば、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる厚さ数μｍの平板状の薄膜で形成されるホール素子を備えて構成されるものである。このホール素子は、平板状の薄膜に平行な方向に電圧をかけて、その平板内における電圧をかける方向に垂直な方向の両端面から両端子を引き出されて構成されており、平板状の薄膜の厚み方向に磁界が付与されると、ホール効果に基づいて両端子間に電圧を発生するものである。
【００２６】
この、ホール素子の発生する電圧は、ホール素子を構成する平板状の半導体の薄膜の厚み方向の磁束に比例するものであって、ロータの回転に伴ってモータ軸に備えられた永久磁石の磁束密度Ｂの磁界の方向に対する平板状のホール素子の角度θが変化すると、ホール素子の厚み方向の磁束成分はＢｃｏｓθであるので、角度θに対応して変化する。
【００２７】
より詳細には、ホール素子の発生する電圧Ｖは、ホール係数をＲＨ、ホール素子の厚みをｄとすると、Ｖ＝ＲＨ／ｄ×Ｉｃ×Ｂｃｏｓθで表される。角度θとモータ２のモータ軸の回転角は対応する関係にあるため、両端子間の発生電圧を検出することにより、モータ２のモータ軸の回転角が検出できる。ホール素子は、モータ２内部のステータ側の周上等間隔位置に設けられ、モータ軸の回転角の変化に伴う磁石が形成する磁界の変化に基づいた電圧を発生させて、この電圧を処理回路５に出力する。
【００２８】
ギヤ回転センサ９も、例えば、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる厚さ数μｍの平板状の薄膜で形成されるホール素子を備えるものであって、ギヤの回転角を検出するものである。ホール素子は、減速機構内部に設けられ、ギヤの回転角の変化に伴うギヤの備える磁石が形成する磁界の変化に基づいた電圧を発生させて、この電圧を処理回路５に出力する。
【００２９】
温度センサ１０は、側温抵抗体、熱電対、サーミスタ等いずれの形式のものであってもよく、ワイパー装置１の周囲の温度Ｔを測定して、その測定結果を処理回路５に出力するものである。
【００３０】
さらに、処理回路５は、モータ軸回転センサ８からの出力信号に基づいてモータ２のモータ軸の回転速度Ｎを検出する回転速度検出手段５ｂを構成し、ギヤ回転センサ９からの出力信号に基づいてワイパーアーム及びワイパーブレードの車両のフロントガラス表面上の位置を検出する位置検出手段５ｃも構成する。さらに、処理回路５は、温度センサ１０からの出力信号により、ワイパー装置１の周囲の温度Ｔを検出する温度検出手段５ｄをも構成する。
【００３１】
処理回路５の制御手段５ａは、同じく処理回路５の回転速度検出手段５ｂにより検出された回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下である場合には、モータ２の電流を制限するべくデューティ比を小さく変更する。例えば、変更前の決定されたデューティ比に対して、変更後のデューティ比を５０％とする。
【００３２】
加えて、処理回路５の制御手段５ａは、回転速度検出手段５ｂにより検出された回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下であり、温度検出手段５ｄにより検出された温度Ｔが所定温度、例えば−１０度以下である場合に、モータ２を反転させるように、駆動回路４を制御する。
【００３３】
以下、本実施例のワイパー装置１の制御内容を、フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明によるワイパー装置１の制御内容を示すフローチャートである。
【００３４】
Ｓ１に示すように、処理回路５の回転速度検出手段５ｂは、モータ軸回転センサ８の出力により回転速度Ｎを検出し、Ｓ２において、処理回路５の温度検出手段５ｄは、温度センサ１０の出力結果に基づいてワイパー装置１の周囲の温度Ｔを検出する。
【００３５】
Ｓ３において、処理回路５の制御手段５ａは回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔを算出し、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下であるかどうかを判定し、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下である場合にはＳ１０にすすみ、所定値η以下でない場合にはＳ４にすすむ。
【００３６】
Ｓ４において、処理回路５の位置検出手段５ｃは、ギヤ回転センサ９からの出力信号に基づいてワイパーアーム及びワイパーブレードの車両のフロントガラス表面上の位置を検出する。
【００３７】
つづいて、Ｓ５において、処理回路５の制御手段５ａは、検出された位置が目的位置に合致しているかどうか、例えば正値の電流値を印加し終えた後にワイパーアーム及びワイパーブレードが車両のＡピラー近傍に位置しているかどうかを判定し、検出された位置が目的位置に合致している場合にはＳ６をとばしてＳ７にすすみ、検出された位置が目的位置に合致していない場合には、Ａピラーとワイパーブレードとの間に介在する積雪によるモータ２のロックが発生しているとみなしてＳ６にすすんで、モータ２の電流を制限するべく駆動回路４を制御する。
【００３８】
つづいて、Ｓ７において、処理回路５の制御手段５ａは、モータ２の負荷電流を検出し、この電流が処理回路５の制御手段５ａの決定したデューティ比に基づく目標値から所定値α以上乖離しているかどうかを判定し、電流が目標値から所定値α以上乖離している場合には、Ｓ９にすすんで、モータ２の電流を制限するべく駆動回路４を制御し、電流が目標値から所定値α以上乖離してない場合にはＳ９をとばして制御を終了する。
【００３９】
Ｓ３において、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下であると処理回路５の制御手段５ａが判定する場合には、Ｓ１０にすすみ、Ｓ２において、処理回路５の制御手段５ａは、処理回路５の温度検出手段５ｄの検出したワイパー装置１の周囲の温度Ｔが−１０度以下であるかどうかを判定し、温度Ｔが−１０度以下であると判定する場合にはＳ１２にすすみ、温度Ｔが−１０度以下であると判定されない場合には、Ｓ１１にすすむ。
【００４０】
Ｓ１１において、処理回路５の制御手段５ａはモータ２の電流を制限するべく、駆動回路４を制御してモータ２に印加される電圧のデューティ比を小さくする。Ｓ１２において、処理回路５の制御手段５ａはモータ２を反転させるべく、駆動回路４を制御して、モータ２の印加される電圧の極性を反転する。
【００４１】
以上述べた本実施例のワイパー装置１によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００４２】
すなわち、回転速度検出手段５ｂにより検出された回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下である、つまりは、モータ２の回転速度Ｎの落ち込みが大きい場合であって、かつ、温度検出手段５ｄにより検出された温度Ｔが所定温度−１０度以下であり、車両のフロントガラスの表面とワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪が凍結して摺動抵抗が大きくなる環境下においては、制御手段５ａによりモータ２を反転させる。
【００４３】
これにより、例えば、モータ２がワイパーブレードと車両のＡピラーとの間の積雪によりロックすることにより電流が増大して、車両の電源系統の電圧降下を招くことをより効果的に防止することができる。
【００４４】
また、回転速度検出手段５ｂにより検出された回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下である、つまりは、モータ２の回転速度Ｎの落ち込みが大きい場合であって、かつ、温度検出手段５ｄにより検出された温度Ｔが所定温度−１０度より大きい場合であって、車両のフロントガラスの表面とワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪は凍結しておらず摺動抵抗が大きくならない環境下においては、制御手段５ａがモータ２の電流を制限する。
【００４５】
これによっても、例えば、ワイパーブレードと車両のＡピラーとの間に積雪が挟まって、モータ２がロックすることにより電流が増大して、車両の電源系統の電圧降下を招くことをより効果的に防止することができる。
【００４６】
いずれの場合においても、実際にモータ２がロックして電流が増大する前に、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔを所定値ηと比較することにより、モータ２にロックが発生してモータ２の電流が増大することを予測して、事前にデューティ比を下げて電流を制限する又は反転制御を行って、ピーク電流が発生することを抑制することができるので、車両の電源系統の電圧降下をより効果的に抑制することができる。
【００４７】
これらの効果を以下に図を用いて説明する。図３は、本発明に係わるワイパー装置１の電流と回転速度Ｎの関係を示す模式図である。図４は、本発明に係わるワイパー装置１の電流と回転速度Ｎの図３に示す関係について一部を拡大して示す模式図である。
【００４８】
図３中において、実線はモータ２の電流を示し、破線はモータ２の回転速度Ｎを示す。また図４中において、一点鎖線は回転速度Ｎ又は電流の目標値を示し、破線は回転速度Ｎの実測値を、実線は電流の通常制御時の実測値を、点線は本実施例による制御の電流の実測値を示す。なお、目標値とは処理回路５の制御手段５ａが決定したデューティ比により求められる電流及び回転速度Ｎである。
【００４９】
モータ２の電流は例えば図３に示すような正弦波状をなし、電流が正値である場合にはモータ２は所定の制御遅れを持って正転して、これに伴い、ワイパーアーム及びワイパーブレードは、車両のフロントガラスの下枠からＡピラーに向けて揺動する。
【００５０】
モータ２の電流が負値である場合には、モータ２は所定の制御遅れを持って反転し、ワイパーアーム及びワイパーブレードは車両のＡピラーから車両のフロントガラスの下枠に向けて揺動する。
【００５１】
モータ２の電流が正値のピークを迎えた後、徐々に低減している局面Ａにおける拡大図
である図４において、回転速度Ｎの目標値に対して、回転速度Ｎの実測値が急激に落ち込み、図４中Ｂに示すように、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下となった場合においては、前述したように、処理回路５の温度検出手段５ｄの検出したワイパー装置１の周囲の温度Ｔが−１０度以下であるかどうかによってさらに場合分けを行う。
【００５２】
すなわち、温度検出手段５ｄにより検出された温度Ｔが所定温度−１０度以下である場合には、図４中Ｆに示すように、車両のフロントガラスの表面とワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪が凍結して摺動抵抗が大きくなる環境下であると考えられるので、制御手段５ａによりモータ２を反転させるように、モータ２の電流を負値側に反転させる。
【００５３】
さらに、温度検出手段５ｄにより検出された温度Ｔが所定温度−１０度より大きい場合には、車両のフロントガラスの表面とワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪は凍結しておらず摺動抵抗が大きくならない環境下であると考えられるので、制御手段５ａがモータ２の電流を図４中Ｅに示すように制限する。
【００５４】
また、図４中Ｃで示すように、回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔが所定値η以下とならない場合においては、図２に示したフローチャートのＳ４からＳ９に示す通常の電流制限の処理を行い、これにより、図４中Ｄで示すようにモータ２の電流の実測値は目標値に対して大きく乖離してピーク電流を形成する。
【００５５】
このように、本実施例によれば、図４中Ｄに示す通常の制御に比べて、図４中Ｅで示すように目標値からの乖離を抑えられピーク電流を抑制できる。また、車両のフロントガラスの表面とワイパーアームの先端に備えられたワイパーブレードとの間の積雪が凍結して摺動抵抗が大きくなる環境下においては、モータ２を反転させることで、これも目標値からの乖離を抑えられ、ピーク電流を抑制できる。これらのことにより、車両の電源系統の電圧降下をより効果的に抑制することができる。
【００５６】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【００５７】
例えば上述した実施例においてはモータ２を固定子に永久磁石を用いた直流モータとしたが、直巻モータやブラシレス直流モータ等のその他の形態のものであっても良い。また、所定値η及び所定温度については適宜変更することができる。
【００５８】
さらに、処理回路５の位置検出手段５ｃにより、ワイパーアーム及びワイパーブレードの車両のフロントガラス上の位置を検出して、この位置が車両のＡピラー近傍にある場合のみに、上述した図３に示したフローチャートのＳ１０からＳ１２による制御を実行するようにしても良い。
【００５９】
これによれば、Ａピラー近傍の積雪をワイパーブレードが挟み込むことに起因するモータ２のロックによる電流の増大を抑制することのみを目的として、本実施例による回転速度Ｎの時間変化率ｄＮ／ｄｔによるモータ２のロックの予測に基づいた、モータ２の電流制限又は反転制御を行うことができるので、フロントガラスのその他の部分に単に異物が存在する場合に電流制限を行うことを廃して、より効率的に車両の電源系統の電圧降下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、車両用のワイパー装置に関するものであり、より適切に車両の電源系統の電圧降下を抑制することができるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るワイパー装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係わるワイパー装置の一実施形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係わるワイパー装置の電流と回転速度の関係を示す模式図である。
【図４】本発明に係わるワイパー装置の電流と回転速度の図３に示す関係について一部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１      ワイパー装置
２      モータ
３      ブリッジ回路
４      駆動回路
５      処理回路
５ａ    制御手段
５ｂ    回転速度検出手段
５ｃ    位置検出手段
５ｄ    温度検出手段
６      入力回路
７      電源
８      モータ軸回転センサ
９      ギヤ回転センサ
１０      温度センサ
【図１】
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【図２】
2008296790.tif 000004
【図３】
2008296790.tif 000005
【図４】
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