JP2009078704A - 車両用前照灯装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量やアンダーシュート量を小さくして、ステッピングモータの脱調を防ぐことにより、スイブルランプをスムーズに動かすことのできる車両用前照灯装置を提供する。
【解決手段】車両前方に光を照射するスイブルランプと、スイブルランプを駆動して照射方向を変化させるステッピングモータと、操舵方向を検出して操舵角信号を出力する操舵角センサと、操舵角センサからの操舵角信号に基づいて、ステッピングモータにステップ状に変化するパルス信号を出力し、スイブルランプの照射方向を制御する制御部とを備えた車両用前照灯装置であって、制御部は、ステッピングモータの駆動開始直後と駆動停止直前の所定ステップ数の間は、パルススピードを通常時よりも遅くする。
【選択図】図15

Description

本発明は車両用前照灯装置に係り、特に、ステアリング角に応じてスイブルランプの照射方向を変化させる車両用前照灯装置に関する。
従来の車両用前照灯装置として、AFS(Adaptive Front-Lighting System)を搭載したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
このAFSが搭載されていると、図1に示すように、自動車のステアリングを操作した際に、そのステアリング角に応じて、自動車の前部に装備されたスイブルランプ1L,1Rの照射方向が左右に偏向制御され、自動車の進行方向の視界を確保することができる。このようなAFSにおいて、ステアリング角とスイブルランプの照射角度(以下、スイブル角度という)とを正確に対応させるために、常時ステアリング角を監視し、微小なステアリング操作にもスイブル角度が確実に追従するよう制御が行われている。
スイブルランプ1L,1Rにはスイブルランプアクチュエータ(図示省略)が接続されている。そして、スイブルランプアクチュエータ内のステッピングモータによって、スイブルランプ1L,1Rはスイブル角度が高精度に制御されるようになっている。
特開2002−326534号公報
ところで、ステッピングモータは、図2に示すように、所定ステップ数(例えば4ステップ)で歯1枚分回動する。したがって、所定ステップ数ごとに同じ励磁パターンとなる(図2において、(A)と(E)を参照)。
そのため、上記従来の技術では、図3に示すように、一旦停止した後に反転指令が入って動作再開した際に、オーバーシュート量が1ステップ分より大きいと、ロータが4ステップ先の励磁相に移ってしまい、ステッピングモータが脱調を起こす。また、図4に示すように、一旦停止した後に同一方向動作の指令が入って動作再開した際に、ロータのアンダーシュート量が1ステップ分より大きいと、ロータが4ステップ後ろの励磁相に移ってしまい、同様にステッピングモータが脱調を起こす。
このようなステッピングモータのダンピングによる脱調を防止するためには、図5に示すように、駆動停止時に同じ励磁パターンで一定時間駆動を停止する、いわゆる保持励磁時間を設ける必要がある。なお、図5において、(A)は一旦停止した後に同一方向動作の指令が入って動作再開した場合であり、(B)は一旦停止した後に逆方向(反転)動作の指令が入って動作再開した場合である。
しかし、上記従来の技術では、ゆっくり操舵した場合には、図6に示すように、スイブルランプアクチュエータが駆動/停止を繰り返す度に、ステッピングモータが保持励磁モードに入り、その度にスイブルランプの動きが停止するので、スイブルランプが一定速度で連続的に動作しない「カクカク」とした動きになってしまうという問題がある。
本発明の課題は、ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量やアンダーシュート量を小さくして、ステッピングモータの脱調を防ぐことにより、スイブルランプをスムーズに動かすことのできる車両用前照灯装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、車両前方に光を照射するスイブルランプと、該スイブルランプを駆動して照射方向を変化させるステッピングモータと、操舵方向を検出して操舵角信号を出力する操舵角センサと、該操舵角センサからの操舵角信号に基づいて、前記ステッピングモータにステップ状に変化するパルス信号を出力し、前記スイブルランプの照射方向を制御する制御部とを備えた車両用前照灯装置であって、前記制御部は、前記ステッピングモータの駆動開始直後と駆動停止直前の所定ステップ数の間は、パルススピードを通常時よりも遅くすることを特徴としている。
上記構成によれば、止まり際のパルススピードを遅くすることにより、ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量やアンダーシュート量を小さくすることができ、ステッピングモータの脱調を防ぐことができる。この場合、AFSにおいては停止位置が逐次変わるので、止まり際を検出するために、現在の指令値ではなく所定制御周期前の指令値にステッピングモータを追従させるようにする。
本発明によれば、ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量やアンダーシュート量を小さくして、ステッピングモータの脱調を防ぐことにより、スイブルランプをスムーズに動かすことのできる車両用前照灯装置を実現することができる。
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
図7及び図8は本発明に係る車両用前照灯装置を示しており、図7はその概略構成図、図8はブロック図である。
図7に示すように、スイブルランプ1L(1R)の下方にはスイブルランプアクチュエータ2L(2R)が配置されている。スイブルランプアクチュエータ2Lとスイブルランプアクチュエータ2Rは内部構成が略同様であり、以下の説明では、内部構成の各要素を示す数字にはLやRは付けないこととする。
スイブルランプアクチュエータ2L(2R)の内部には歯車機構3が設けられ、スイブルランプ1L(1R)と歯車機構3とは支軸4によって連結されている。スイブルランプアクチュエータ2L(2R)はケース5を有し、そのケース5の内部にはステッピングモータ6が設けられている。ステッピングモータ6の回転軸6Aには小ギア7が取り付けられている。小ギア7には大ギア8が噛み合っており、この大ギア8の中心部には小ギア9が固定されている。また、小ギア9には大ギア10が噛み合っており、この大ギア10の中心部に前記支軸4が固定されている。小ギア7、大ギア8、小ギア9及び大ギア10は歯車機構3を構成しており、ステッピングモータ6の回転力を減速して支軸4に伝達する。
本実施例では、スイブルランプアクチュエータ2L内部のステッピングモータ6をCW方向(Clock Wise:時計回り方向)に駆動させると、図9に示すように、スイブルランプ1Lは車両中心方向に回動する。また、同ステッピングモータ6をCCW方向(Counter Clock Wise:反時計回り方向)に駆動させると、スイブルランプ1Lは車両外側方向に回動する。
一方、スイブルランプアクチュエータ2R内部のステッピングモータ6をCW方向(時計回り方向)に駆動させると、スイブルランプ1Lは、車両外側方向に回動する。また、同ステッピングモータ6をCCW方向(反時計回り方向)に駆動させると、スイブルランプ1Rは車両中心方向に回動する。
図7に示すように、スイブルランプアクチュエータ2L(2R)の上部には位置センサ11が設けられている。この位置センサ11は、ステッピングモータ6の回転力によってスイブルランプ1L(1R)が回動したとき、その回動角度を検出する。位置センサ11としては、ホールセンサ等を使用するのが一般的である。ホールセンサの出力特性は図10に示すようになっており、スイブル角度とセンサ出力電圧とが正比例する関係となっている。
また、図7に示すように、スイブルランプ1L(1R)とスイブルランプアクチュエータ2L(2R)との間には、ストッパ12が設けられている。このストッパ12として、歯車機構3(大ギア10の上面)もしくはスイブルランプ1L(1R)の下面に突起が形成されている。そして、スイブルランプ1L(1R)がある角度回動すると、前記突起がスイブルランプアクチュエータ2L(2R)のケース5の所定箇所に干渉して、スイブルランプ1L(1R)がそれ以上回動できないようになっている。これにより、スイブルランプ1L(1R)の回動範囲は所定角度内に規制される。
また、図8に示すように、スイブル制御ECU15が設けられ、このスイブル制御ECU15には、イグニッションスイッチ16、操舵角センサ17、車速センサ18、前照灯スイッチ19、変速機20、及びスイブルランプアクチュエータ2L,2Rの位置センサ11(図7参照)が接続されている。
イグニッションスイッチ16は、ドライバがイグニッションスイッチをオンしたか否かを検出する。スイッチオンの場合はスイブルランプ1L(1R)のスイブル角度を制御し、スイッチオフの場合はスイブルランプ1L(1R)のスイブル角度の制御を停止する。
操舵角センサ17はステアリングの操舵角度を検出し、車速センサ18はタイヤの回転数から車両の実車速を検出する。
前照灯スイッチ19は、ドライバが前照灯スイッチをオンしたか否かを検出する。スイッチオンの場合は、上記操舵角度及び車速等から求めたスイブルランプ角度目標値に向けて制御を開始する。スイッチオフの場合は、スイブルランプ1L(1R)の角度を車両前進方向に戻す。
変速機20は、車両の変速比を切り替えるものであるが、ドライバがギア位置をリバースに入れたかどうかを検出する機能を有する。
スイブル制御ECU15は、状態遷移判定部21、目標スイブル角算出部22、目標ステップ数算出部23、及びステッピングモータを駆動するためのパルスを生成する駆動パルス生成部24を備えている。このスイブル制御ECU15は、制御周期(例えば10ms)毎にイグニッションスイッチ16、操舵角センサ17、車速センサ18、前照灯スイッチ19、スイブルランプアクチュエータ2L,2Rの位置センサ11(図7参照)からの信号を取込んで、スイブルランプアクチュエータ2L,2R内部のステッピングモータ6(図7参照)に回転駆動信号を出力する。
ここで、状態遷移判断部21の動作を図11に示した状態遷移図に基づいて説明する。まず、イグニッションスイッチ16からの信号を取り込んでスイッチがオン状態となった場合、状態1に移行する。この状態1においては、車両前進方向に向けてスイブルランプ1L,1Rを駆動する。駆動し終わった後、前照灯スイッチ19がオンの状態を検出したら状態2に移行する。
状態2では、操舵角センサ17及び車速センサ18からの検出結果を用いて、車両の進行方向の視界を確保するようにスイブルランプ1L,1Rの角度制御を行う。そして、前照灯スイッチ19がオフの状態を検出したら状態1に移行する。
目標スイブル角算出部22は、例えば図12に示すように、操舵角と車速に応じてあらかじめ決められたスイブル角のマップを用いて、その時の操舵角ヒステリシス処理値と車速から目標スイブル角を求める。
目標ステップ数算出部23は、図8に示すように、目標スイブル角算出部22から目標スイブル角のデータを取り込み、目標ステップ数を算出する。このとき、ステッピングモータ6の分解能及び歯車機構3のギヤ比から下記(1)式を用いて目標ステップ数を算出する。
目標ステップ数=目標スイブル角度/(分解能/ギア比) ・・・・・・(1)
駆動パルス生成部24は、図8に示すように、状態遷移判断部21からの状態遷移番号、及び目標ステップ数算出部23からの目標ステップ数を取り込み、ステッピングモータ6の駆動パルスを生成する。
ここで、駆動パルス生成部24の動作を、図13に示した状態遷移図に基づいて、車両右側のスイブルランプアクチュエータ2Rについて説明する。
状態1(停止モード)のとき、目標ステップ数の所定制御周期前(例えば5回前)の値と実ステップ数とを比較し、目標ステップ数(5回前値)が実ステップ数より大きくなった場合は、状態2(CW方向駆動モード)に遷移する。ただし、停止する前に同一方向(CW方向)に駆動していた場合は、同一方向駆動保持励磁時間(例えば16ms)経過していることが条件となる。また、停止する前に逆方向(CCW方向)に駆動していた場合は、逆方向駆動保持励磁時間(例えば32ms)経過していることが条件となる。
逆に、目標ステップ数(5回前値)が実ステップ数より小さくなった場合は、状態3(CCW方向駆動モード)に遷移する。ただし、停止する前に同一方向(CCW方向)に駆動していた場合は、同一方向駆動保持励磁時間(例えば16ms)経過していることが条件となる。また、停止する前に逆方向(CW方向)に駆動していた場合は、逆方向駆動保持励磁時間(例えば32ms)経過していることが条件となる。
状態2(CW方向駆動モード)では、ステッピングモータ6がCW方向に駆動するように出力パルスを生成する。ただし、遷移してきた直後の所定制御周期(例えば5制御周期)の間の出力パルスは低周波(例えば200PPS(Pulse per Second:1秒間のパルス数))とする。出力パルスの周期は固定ではなく、可変させて徐々に高周波にしてもよい(例えば、200→300→400PPS)。
状態2において、目標ステップ数(5回前値)と実ステップ数とが同じになった場合は、状態1(停止モード)に遷移する。ただし、遷移する直前の所定制御周期(例えば5制御周期)の間の出力パルスは低周波(例えば200PPS)とする。すなわち、目標ステップ数(現在値)≦実ステップ数+5ステップ数が成立した場合に、出力パルスの周波数を切り替える。 出力パルスの周期は固定ではなく、可変させて徐々に低周波にしてもよい(例えば、400→300→200PPS)。
状態3(CCW方向駆動モード)では、ステッピングモータ6がCCW方向に駆動するように出力パルスを生成する。ただし、遷移してきた直後の所定制御周期(例えば5制御周期)の間の出力パルスは低周波(例えば200PPS)とする。出力パルスの周期は固定ではなく、可変させて徐々に高周波にしてもよい(例えば、200→300→400PPS)。
状態3において、目標ステップ数(5回前値)と実ステップ数とが同じになった場合は、状態1(停止モード)に遷移する。ただし、遷移する直前の所定制御周期(例えば5制御周期)の間の出力パルスは低周波(例えば200PPS)とする。すなわち、目標ステップ数(現在値)≧実ステップ数−5ステップ数が成立した場合に、出力パルスの周波数を切り替える。 出力パルスの周期は固定ではなく、可変させて徐々に低周波にしてもよい(例えば、200→300→400PPS)。
図14〜図16は、本実施例におけるステッピングモータ6の挙動を示している。
ステッピングモータ6は所定ステップ数(例えば4ステップ)で歯1枚分回転する(図2参照)。したがって、図2(A)及び(E)に示したように、所定ステップ数ごとに同じ励磁パターンとなる。そのため、図3及び図4に示したように、一旦停止した後に動作再開した際に、オーバーシュート量またはアンダーシュート量が1ステップ分より大きいと、4ステップ先の同じ励磁相に移ってしまい、ステッピングモータ6が脱調してしまう。
このようなステッピングモータ6のダンピングによる脱調を防止するために、駆動停止時には保持励磁時間(同じ励磁パターンで一定時間駆動を停止する時間)を設ける必要がある(図5参照)。
この保持励磁時間は、ステッピングモータ5のオーバーシュート量又はアンダーシュート量によって決まるため、オーバーシュート量やアンダーシュート量を抑えることにより、保持励磁時間を短くすることができる。
そのために、図14及び図15に示すように、所定制御周期前の目標ステップ数(例えば5制御周期前)に追従させるようにすることにより、ステッピングモータ6が停止する直前の所定ステップ数の間は、ステッピングモータ6の速度を遅くする。
所定制御周期は、ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量が(a)に収まるまでの時間(b)とすると、(a)は下記(2)式より求めることができる。
(a)=(一定の(同じ)励磁状態で、ロータ(真ん中の磁石)が安定して
静止していることができる安定点と次の安定点との間隔)/2−1
・・・・・・(2)
ここで、ロータ(真ん中の磁石)が安定して静止していることができる安定点とは図2(A)の場合であり、次の安定点とは図2(E)の場合である。
図14及び図15の場合は、安定点の間隔が4ステップとなるため、(a)は4/2−1=1ステップとなり、オーバーシュート量又はアンダーシュート量が1ステップ幅より小さくなる時間が(b)となる。
これにより、ステッピングモータ6が停止する直前の速度を遅くすることができ、オーバーシュート量やアンダーシュート量が抑えられるため、保持励磁時間を短くできる。
図16は、保持励磁時間を変化させた場合のステッピングモータ6の動きを示しており、(A)は従来技術による場合を、(B)は本実施例による場合をそれぞれ示している。同図(B)に示すように、保持励磁時間を短くしたことにより、ステッピングモータ6が「カクカク」した動きになるのが抑制されていることが分かる。
以上、説明してきたように、本実施例では、図17(B)に示すように、ステッピングモータ6の駆動開始直後と駆動停止直前の所定ステップ数の間は、パルススピードを通常時より遅くする。この場合、AFSの場合には停止位置が逐次変わるので、止まり際を検出するために、現在の指令値ではなく所定制御周期前の指令値にステッピングモータ6を追従させるようにする。なお、図17(A)は従来の制御方法を説明する図である。
このようにすれば、止まり際のパルススピードを遅くすることで、ステッピングモータ6の停止時のオーバーシュート量又はアンダーシュート量を小さくすることができ、ステッピングモータ6の脱調を防ぐことができるので、スイブルランプ1L,1Rをスムーズに回動させることが可能となる。
また、本実施例では、図18に示すように、止まり際のパルススピードに応じて、保持励磁時間を変更するようにしている。具体的には、パルススピードが遅いほど、保持励磁時間を短くする。
このようにすれば、ゆっくり操舵した場合に、スイブルランプアクチュエータ2L,2Rが駆動/停止を繰り返し、その度にステッピングモータ6が保持励磁モードに入っても、その保持励磁時間を短くすることができ、これにより、スイブルランプ1L,1Rが「カクカク」した動きになるのを防ぐことができる。
上述したようにステッピングモータ6を追従させる指令値を、現在の指令値ではなく所定制御周期前の指令値とする。その所定制御周期は、ステッピングモータ6を停止したときのオーバーシュート量又はアンダーシュート量(図19における(a))が、ステッピングモータ6が再び動き出したときに脱調する恐れがない範囲に収まるまでの時間(図19における(b))に応じた値とする。
このようにすれば、ステッピングモータ6の特性に応じてパルススピードを切り替えることにより、ステッピングモータ6の脱調をより確実に防ぐことができる。
また、本実施例では、操舵角速度に応じて、止まり際のパルススピード及び保持励磁時間を変更する。具体的には、操舵速度が遅いほど、止まり際のパルススピードを遅くして、保持励磁時間を短くする。
このようにすれば、ゆっくり操舵した場合に、スイブルランプアクチュエータ2L,2Rが駆動/停止を繰り返し、その度にステッピングモータ6の保持励磁モードに入っても、保持励磁時間を短くすることで、スイブルランプ1L,1Rが「カクカク」した動きになるのを防ぐことができる。また、操舵速度が遅いので、パルススピードを遅くすることにより、追従性能への影響を抑えることもできる。
さらに、本実施例では、図20に示すように、スイブル角指令値と実スイブル角との偏差が所定値以下の時に、目標スイブル角速度に応じて(ステッピングモータ6の最大駆動速度以下相当のとき)、止まり際のパルススピード及び保持励磁時間を変更するようにしている。具体的には、目標スイブル角速度が遅いほど、止まり際のパルススピードを遅くして、保持励磁時間を短くする(図21及び図22参照)。
このようにすれば、ゆっくり操舵した場合に、スイブルランプアクチュエータ2L,2Rが駆動/停止を繰り返し、そのたびにステッピングモータ6の保持励磁モードに入っても、保持励磁時間を短くすることにより、スイブルランプ1L,1Rが「カクカク」した動きになるのを防ぐことができる。また、操舵速度が遅いので、パルススピードを遅くすることにより追従性能への影響を抑えることもできる。
以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
スイブルランプの動作を示した図である。 (A)〜(E)はステッピングモータの動作を示した図である。 ロータのオーバーシュートによりステッピングモータが脱調する現象を示した図である。 ロータのアンダーシュートによりステッピングモータが脱調する現象を示した図である。 ステッピングモータの保持励磁動作を示しており、(A)は一旦停止後に同一方向へ駆動する場合の動作図、(B)は一旦停止後に逆方向へ駆動する場合の動作図である。 従来技術による問題点を示した図である。 本発明に係る車両用前照灯装置の概略構成図である。 上記車両用前照灯装置のブロック図である。 スイブルアクチュエータの機能を説明する図である。 位置センサの出力特性図である。 状態遷移判断部の動作を示した状態遷移図である。 操舵角とスイブル角との関係を示す図である。 駆動パルス生成部の状態遷移図である。 本発明に係る車両用前照灯装置の作用効果を説明する図である。 本発明に係る車両用前照灯装置の作用効果を説明する図である。 保持励磁時間を変化させた場合のステッピングモータの動きを示しており、(A)は従来技術による場合を、(B)は本実施例による場合をそれぞれ示す図である。 ステッピングモータの制御方法を示しており、(A)は従来技術による場合を、(B)は本発明による場合をそれぞれ示す図である。 保持励磁時間を変化させることを説明した図である。 ステッピングモータを追従させる指令値について説明した図である。 スイブル角指令値と実スイブル角との偏差について説明した図である。 目標スイブル角速度と保持励磁時間との関係を示した図である。 目標スイブル角速度と止まり際のパルススピードとの関係を示した図である。
符号の説明
1L,1R スイブルランプ
2L,2R スイブルランプアクチュエータ
3 歯車機構
6 ステッピングモータ
11 位置センサ
15 スイブル制御ECU
16 イグニッションスイッチ
17 操舵角センサ
18 車速センサ
19 前照灯スイッチ
21 状態遷移判定部
22 目標スイブル角算出部
23 目標ステップ数算出部
24 駆動パルス生成部

Claims (9)

  1. 車両前方に光を照射するスイブルランプと、
    該スイブルランプを駆動して照射方向を変化させるステッピングモータと、
    操舵方向を検出して操舵角信号を出力する操舵角センサと、
    該操舵角センサからの操舵角信号に基づいて、前記ステッピングモータにステップ状に変化するパルス信号を出力し、前記スイブルランプの照射方向を制御する制御部とを備えた車両用前照灯装置であって、
    前記制御部は、前記ステッピングモータの駆動開始直後と駆動停止直前の所定ステップ数の間は、パルススピードを通常時よりも遅くすることを特徴とする車両用前照灯装置。
  2. 前記制御部は、同じ励磁パターンで一定時間だけ前記ステッピングモータの駆動を停止する保持励磁時間を、止まり際のパルススピードに応じて変更することを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯装置。
  3. 前記制御部は、パルススピードが遅いほど、前記保持励磁時間を短くすることを特徴とする請求項2に記載の車両用前照灯装置。
  4. 前記制御部は、前記ステッピングモータを追従させる指令値として、所定制御周期前の指令値を出力することを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯装置。
  5. 前記所定制御周期は、前記ステッピングモータ停止時のオーバーシュート量またはアンダーシュート量が、当該ステッピングモータが再び動き出したときに脱調する恐れがない範囲に収まるまでの時間に応じた値に設定されていることを特徴とする請求項4に記載の車両用前照灯装置。
  6. 前記制御部は、前記操舵角センサからの操舵角信号を取り込んで操舵角速度を算出するとともに、その算出した操舵角速度に応じて、止まり際のパルススピード、及び同じ励磁パターンで一定時間だけ前記ステッピングモータの駆動を停止する保持励磁時間を変更することを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯装置。
  7. 前記制御部は、操舵角速度が遅いほど、前記パルススピードを遅くし、かつ前記保持励磁時間を短くすることを特徴とする請求項6に記載の車両用前照灯装置。
  8. 前記制御部は、スイブル角指令値と実スイブル角との偏差が所定値以下のときに、目標スイブル角速度に応じて、止まり際のパルススピード、及び同じ励磁パターンで一定時間だけ前記ステッピングモータの駆動を停止する保持励磁時間を変更することを特徴とする請求項1に記載の車両用前照灯装置。
  9. 前記制御部は、前記目標スイブル角速度が遅いほど、止まり際のパルススピードを遅くし、かつ前記保持励磁時間を短くすることを特徴とする請求項8に記載の車両用前照灯装置。
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