JP2013514931A - ワイパー装置の制御 - Google Patents

Abstract

ウィンドワイパー装置が、制御装置と、駆動装置と、伝動装置とを有し、伝動装置は駆動装置の運動をワイパー軸に伝達する。制御装置は、前記駆動装置から出力されるトルクが所定のトルクを上回るか否かを決定するための比較装置を有し、前記所定のトルクは、前記ワイパー軸の位置に依存する。さらにウィンドワイパー装置は、前記比較装置の結果に依存して前記駆動装置の回転方向を反転する反転装置を有する。

Description

たとえば自動車で使用されるワイパー装置は、窓ガラスから湿気および汚れを取り除くためにワイパーブレードを窓ガラス上に案内するのが役目である。通常、ワイパーブレードは、扇形の振り子運動を行う。窓ガラスが湿っており、異物が窓ガラス上になければ、比較的小さな駆動トルクをワイパー装置から提供すれば良いだけである。しかし場合により、たとえば圧縮された雪のような障害物が窓ガラスの扇形の端部に存在することがある。この場合、ワイパー装置は大きなトルクを提供しなければならず、ワイパー装置の磨耗を促進する負荷も高い。

特許文献１では、ワイパー装置から提供される駆動トルクを、ワイパーブレードの位置に依存して制限することが提案される。これにより負荷ピークを制限することができ、ワイパー装置の過負荷を回避することができる。

ドイツ特許公開公報第１０１４４９８５号

本発明の基礎とする課題は、ワイパー装置の過負荷を低減し、ワイパー装置の寿命を延長することのできる、ワイパー装置に対する制御装置および制御方法を提供することである。

本発明はこの課題を、請求項１の特徴を備える制御装置、および請求項４の特徴を備える制御方法によって解決する。従属請求項は有利な実施形態を示す。

本発明は、駆動装置と伝動装置とを有するワイパー装置を基礎とし、伝動装置は駆動装置の運動をワイパー軸に伝達する。本発明によれば、ワイパー軸の位置に依存する所定のトルクが駆動装置から出力されるトルクと比較され、比較結果に依存して駆動装置の回転方向が反転される。

このようにしてワイパー装置への負荷ピークの低減を、ワイパー軸の位置に依存して実行することができる。とりわけワイパー軸の位置を基準にして不均等な伝動装置の伝達特性を、負荷ピークの低減の際に考慮することができる。回転方向を反転することにより、障害物が存在していて、不均等な伝達特性に基づきワイパー装置にとくに強い負荷上昇を引き起こす領域を拭き取らない。好ましくは制御装置は、伝達特性が均等な伝動装置を有するワイパー装置にも使用することができる。回転方向の反転により、ブロックトルクの大きな時間を低減することができ、このことは、ワイパー装置の平均余命を高めることができる。

加えて、駆動装置のトルクが、所定の頻度を超えて頻繁に所定のトルクを上回るか否かを決定することができる。このようにして偶然的なまたは一過性の負荷ピークは、駆動装置の回転方向の早期反転を必ずしも引き起こさず、したがって拭き取られない領域が必要な限りで小さくなる。好ましくは大きな所定のトルクには、小さな所定の頻度が割り当てられる。ワイパー装置全体を負荷ピークから保護することができ、このことはワイパー装置の寿命を延長することができる。

さらに、駆動装置のトルクが、所定の時間を超えて長く所定のトルクを上回るか否かを決定することができる。このようにして上に述べたのと同じように、ワイパー装置の寿命をとくに短縮するような負荷ピークの低減を促進することができる。

好ましくは大きな所定のトルクには、短い所定の時間が割り当てられる。

前記の措置は、駆動装置から出力可能なトルクをワイパー軸の位置に依存してあらかじめ定められた別のトルクに制限することにより支援することができる。

この組合せにより、ワイパー装置のシステム負荷を格段に均等にすることができ、これによりワイパー装置の全体平均余命が上昇し、ワイパー装置のエレメントの設計をより良好に行うことができる。とりわけエレメントは場合により、ワイパー装置の予定寿命に影響することなく、より脆弱に設計することができる。

以下本発明を、添付図面に基づいて詳細に説明する。

ワイパー装置を示す図である。 図１のワイパー装置での力またはトルク経過を示す線図である。 図１のワイパー装置の制御方法のフローチャートである。 図１のワイパー装置における図３の方法に対する比較図である。

図１は、自動車１０５の縁にあるウィンドワイパーシステム１００を示す。ウィンドワイパーシステム１００は、ウィンドワイパー装置１１０と制御装置１１５を含む。ウィンドワイパー装置１１０は、駆動装置１２０、伝動装置１２５およびワイパー軸１３０を含む。伝動装置１２５は、駆動クランク１３５、ロッド１４０および駆動レバー１４５により構成されている。伝動装置１２５は、さらなる伝動要素、たとえば図示しないヘリカルギヤを有することができ、このヘリカルギヤは駆動クランク１３５への駆動装置１２０の回転運動を減速する。

ウィンドワイパー装置１１０の動作時には、駆動装置１２０が駆動クランク１３５を回転させ、これによりストラストロッド１４０が駆動レバー１４５を、ワイパー軸１３０を中心に扇形に往復運動させる。この操作のためには、駆動クランク１３５が駆動装置１２０によりどちらの方向に回転されるかは重要でない。

図１にはワイパーアームは図示されていないが、このワイパーアームはワイパー軸１３０と結合されており、ワイパーブレードを自動車１０５のフロントウィンド上で案内する。破線で示されているのは、第１の位置にある駆動クランク１３５、ストラストロッド１４０および駆動レバー１４５である。第２の位置にある駆動クランク１３５、ストラストロッド１４０および駆動レバー１４５は実線で示されている。第２の位置は、ワイパーブレードの静止位置にあるワイパー軸１３０がもっとも偏向された位置に相当する。ここで駆動クランク１３５とロッド１４０がこの伸長位置では一直線に伸びている。駆動クランク１３５が第１の伸長位置からさらに１８０°だけ回転されると、伝動装置１２５は別の伸長位置を取る。これらの伸長位置では、ウィンドワイパー装置、とりわけ伝動装置１２５の負荷がとくに高くなることがある。なぜなら伝動装置１２５は駆動装置１２０から出力されたトルクを減速して伝達するが、この減速は駆動クランク１３５の位置に依存するからである。

制御装置１１５は、駆動装置１２０と接続された制御モジュール１５０、たとえば駆動装置１２０または伝動装置１２５と接続された走査器１５５、処理装置１６０、メモリ１６５およびインタフェース１７０を含んでおり、処理装置１６０はそれぞれ制御モジュール１５０、走査器１５５、メモリ１６５およびインタフェース１７０と接続されている。インタフェース１７０は自動車１０５の縁にある操作素子と接続されており、これにより自動車１０５の運転者は制御装置１１５またはウィンドワイパーシステム１００を適切に調整することができる。

メモリ１６５には、駆動クランク１３５の位置とウィンドワイパー装置１１０の別のパラメータとの関係がファイルされており、以下に詳細に説明する。走査器１５５は駆動クランク１３５またはワイパー軸１３０の位置を、たとえば位置カウンタの増分または減分により、駆動装置１２０の伝動装置の歯面の運動に依存して決定する。別の実施形態では、ワイパー軸１３０の位置を別のやり方で決定することもできる。たとえば伝動装置１２５の要素の既知の運動速度と運動方向に基づき、または走査器１５５の箇所にあるデジタル位置センサの走査により決定することもできる。選択的にワイパーアームまたはワイパーブレードの位置を決定することもできる。

制御モジュール１５０によって、駆動装置１２０を複数の所定の速度で任意の方向に回転させるよう制御することができる。駆動装置１２０は電気的に駆動され、これにより消費される電流および／または印加される電圧が制御モジュール１５０で走査され、駆動装置１２０から出力されるトルクに対する尺度として処理装置１６０が出力する。

処理装置１６０は、ウィンドワイパー装置１１０への負荷ピークができるだけ回避され、しかもウィンドワイパーシステム１００の拭き取り能力が損なわれないように駆動装置１２０を制御する。

伝動装置１２５は、駆動装置１２０から出力されたトルクをワイパー軸１３０に不均等に伝達する。駆動装置１２０から出力されるトルクが一定であると、破線で示した駆動クランク１３５、ロッド１４０および駆動レバー１４５の第１の位置でワイパー軸１３０に作用するトルクが、実線で示した駆動クランク１３５、ロッド１４０および駆動レバー１４５の第２の位置の場合より小さくなる。力のこのような不均等な伝達、および高い負荷がウィンドワイパー装置１１０に発生し得る位置をウィンドワイパー装置１１０の制御の際に制御装置１１５によって考慮すべきである。

別の図示しない実施形態では、伝動装置１２５が、駆動装置１２０から出力されるトルクを均等に伝達することのできる要素（ワイパーダイレクト駆動、ＷＤＡ）を有する。これらの要素はたとえばヘリカルギヤを含むことができる。このような構成では、通例、駆動装置１２０の回転方向が、出力されるトルクに依存せずにワイパー軸１３０が扇形セグメントの終端位置に達すると常に反転する。この場合、駆動装置１２０への負荷はワイパー軸１３０のあらゆる位置で一定である。しかしそれにもかかわらず、高い負荷が検知されると、回転方向の反転により閉塞トルクの高い時間を低減することができる。

図２は、図１のワイパー装置１１０での力またはトルク経過を示す線図である。水平方向には、図１のワイパー装置１１０のワイパー軸１３０の位置がプロットされている。第１の位置Ａは、図１の駆動レバー１４５がもっとも左にある位置に対応する。第２の位置Ｂは、図１に実線で示された位置であり、上では第２の位置として説明された駆動レバー１４５の位置に対応する。図２の第３の位置Ｃは、駆動レバー１４５がもっとも右にある位置からもっとも左にある位置に戻された後の位置Ａに対応する。ここでは駆動レバー１４５の回転方向は重要でない。図２の垂直方向にはトルクまたは力がプロットされている。

図１のウィンドワイパー装置１１０の通常の動作では、駆動装置１２０が駆動クランク１３５を一定の速度で一方の方向に回転し、これによりワイパー軸１３０は位置Ａから位置Ｂへ、そしてそこから位置Ｃへもたらされる。位置Ｃは位置Ａに対応するから、ワイパー軸１３０の位置の経過は、図２の位置Ａに続く。図１の伝動装置１２５が均等に伝達しなくなると、ワイパー軸１３０の角速度およびワイパー軸１３０により伝達されるトルクはそれぞれワイパー軸１３０の位置に依存する。

第１の経過２１０は、図１の駆動装置１２０の必要トルクを示す。位置Ａから必要トルク２１０はゼロからまず比較的急峻に上昇し、位置ＡとＢとの間のほぼ半分の路程で局所的な最大値に達し、それから位置Ｂに向かって下降する。そして位置Ｂではゼロよりやや大きな値に達する。位置Ｂから必要トルク２１０は再び強く上昇し、位置ＢとＣのほぼ半分の路程で別の局所的な最大値を形成し、それから位置Ｃに向かって再びゼロに達するまで大きく下降する。駆動装置１２０の必要トルク２１０の経過は、もっぱら、力またはトルクが図１に示した伝動装置１２５により不均等に伝達されるためである。

駆動装置１２０から出力されるトルクが一定の駆動トルク２２０に制限されれば、ロッド１４０の引張力または押出力の経過に相当し、ウィンドワイパー装置１１０の全体負荷を表す負荷経過２３０が得られる。引張力および押出力は図２では同じ符合を有する。負荷経過２３０は、ワイパー軸１３０がそれぞれ位置ＢまたはＣに達する直前にとくに高い負荷ピークを有することが分かる。実際のワイパーシステム１００では、この負荷ピークはワイパー軸１３０が位置ＢまたはＣに達する前の約２０°から３０°で発生する。この負荷ピークは、ワイパーブレードの反転点の領域にたとえば堆積物が蓄積するとさらに大きくなることがある。ワイパーブレードは、ワイパー軸１３０により往復運動で自動車１０５のフロントウィンド上で扇形に案内される。このような堆積物は、たとえば湿った木の葉、雪または氷により形成されることがある。負荷ピークに達した後、負荷経過２３０はそれぞれゼロまたはゼロに近い値に下降する。

一般的に知られているように、機械要素の材料に起因する磨耗は、大きな負荷ピークを処理しなければならない場合に大きくなることが観察される。このような負荷ピークが比較的穏やかなものに制限されると、機械要素の寿命を格段に延長することができ、機械要素が磨耗する前に、より低い負荷を非常に多くの回数、機械要素によってこなすことができる。

適合されたモータトルクを用いると、駆動装置１２０から出力されるトルクをたとえば経過２４０に制限することができる。経過２４０は、複数の線形セグメントからなり、駆動装置１２０の必要トルクの経過２１０より上にある。経過２４０から、モータトルク２２０が一定の場合の上記負荷経過２３０に対応する、ウィンドワイパー装置１１０の負荷経過２５０が得られる。ワイパー軸１３０が位置ＢまたはＣに達する前の負荷ピークが有意に低減されており、位置ＡまたはＢを去る直前の領域における比較的負荷も緩和されている。

図３は、図１のウィンドワイパー装置１１０の制御方法３００のフローチャートである。方法３００はたとえば図１の制御装置１１５によって実行される。

方法３００はステップ３１０から３５０を含む。

第１のステップ３１０では、方法３００はスタート状態にある。続くステップ３２０で、所定のトルクがワイパー軸１３０の位置に依存して決定される。そのためにワイパー軸１３０の位置が、たとえば走査器１５５によって決定される。この特定の位置に割り当てられたトルクがメモリ１６５から呼び出される。メモリ１６５にはテーブルまたは数式の形で割当てが存在し、決定されたワイパー軸１３０の位置から所定のトルクを推定することができる。

ステップ３３０で、駆動装置１２０から出力されたトルクが求められる。出力されたトルクは、たとえば駆動装置１２０に制御装置１５０から供給された電力に基づいて求めることができる。出力されたトルクを別のやり方で求めることもでき、たとえば駆動装置１２０に供給される電圧と駆動装置１２０の回転速度とに基づくこともできる。

ステップ３４０では、出力されたトルクが所定のトルクと比較される。出力されたトルクが所定のトルク以下であれば、この方法はステップ３２０にリターンし、新たに実行することができる。出力されたトルクが所定のトルクを超えていれば、ステップ３２０にリターンする前にステップ３５０で駆動装置１２０の回転方向が反転される。これによりワイパー軸１３０の位置は、回転方向反転を行わないメカニズムの場合よりも小さな角度領域だけを走行することができる。障害物が図１の駆動レバー１４５の最右および／または最左位置領域にある場合、図２に示した負荷ピークは早期に回転方向反転することにより回避され、自動車１０５のフロントウィンドの拭き取り領域は片側または両側で小さくなる。

外部の影響によるワイパーシステム１００への付加的な負荷がウィンドワイパー装置１１０にとってとくに大きな負荷である場合には、駆動装置１２０の回転方向反転（リバース）を優先させることが本発明の核心である。障害物がウィンドワイパー装置１１０の中庸な追加的負荷であるワイパー軸１３０の位置、すなわち駆動レバー１４５の最左位置と最右位置との間の中央領域では、ウィンドワイパー装置１１０の拭き取り機能を最適にするため回転方向反転を回避すべきである。そのためにステップ３４０では、以下に説明するように付加的な基準が評価される。

図４は、図１のウィンドワイパー装置１１０における図３の方法３００に対する比較図４００である。

線図４００は図２の線図２００に質的に対応する。理解のため、線図４００の上部領域にはトルクが一定の場合の負荷経過２３０がプロットされている。

経過４１０は、駆動装置１２０の回転方向反転の制御のために使用される所定の頻度を示し、これはワイパー軸１３０の位置に依存する。実質的に階段状の頻度経過４１０は、負荷経過２３０から水平軸に写すことにより生じる経過２３０’に基づくものである。負荷経過２３０が小さな値を示すときには頻度経過４１０は質的に大きな頻度を指示し、その逆も当てはまる。この頻度経過４１０は、回転方向反転を対応する位置でトリガする前に、駆動装置１２０から出力されるトルクが何回、所定のトルクを上回らなければならないかを示す。

図４にプロットした頻度経過４１０に対する頻度の値は経験値である。位置ＡとＢの間の中央領域または位置ＢとＣの間の中央領域では、駆動装置１２０の回転方向反転を行うために駆動装置１２０から出力されるトルクは５回、所定のトルクを上回らなければならないが、位置ＢまたはＣに達するそれぞれ約３０゜前の負荷経過２３０の高負荷領域では、一度上回れば回転方向反転が行われる。

さらに図４に示された圧縮時間経過４２０は、駆動装置１２０の回転方向反転が行われるためには、駆動装置１２０から出力されるトルクがどれだけの長さで所定のトルクを上回らなければならないかを示す。圧縮時間経過４２０は、ワイパー軸１３０の位置に依存し、図示の例ではセグメント形の直線である。圧縮時間経過４２０の圧縮時間は、頻度経過４１０の頻度とは異なり非離散的値によっても設定することができるから、圧縮時間経過４２０は任意の形を取ることができ、経過２３０’に完全にしたがうこともできる。選択された圧縮時間経過４２０は、駆動レバー１４５の最左位置および最右位置の領域においてワイパー軸１３０の運動を妨害する異物の比較的良好な圧縮を保証し、同時にウィンドワイパー装置１１０への負荷ピークも回避される。

実施形態では、図２のトルク経過２４０に加えて頻度経過４１０および／または圧縮時間経過４２０も考慮される。駆動装置１２０の回転方向反転は、駆動装置１２０から出力されるトルクが、頻度経過４１０によって指示されるものより多く、および／または圧縮時間経過４２０によって指示されるものより長く所定のトルク２４０を上回るときに行われる。

線図４００の下方領域には、ウィンドワイパー装置１１０の反転制御に使用することのできる頻度経過４３０が示されており、その伝動装置１２５はたとえばヘリカルギヤを使用して均等な力伝達を保証する。位置ＡとＢまたは位置ＢとＣの間で、頻度経過４３０はそれぞれ水平方向に対称である。この頻度経過４３０は、上に述べたように対応するトルク経過と、理想的にはさらに対応する圧縮時間経過と、使用される駆動装置１２０の回転方向反転を行うために組み合わせることができる。

Claims (10)

1. ウィンドワイパー装置（１１０）用の制御装置（１１５）であって、
   前記ウィンドワイパー装置（１１０）は、駆動装置（１２０）と伝動装置（１２５）とを含み、前記伝動装置は、前記駆動装置（１２０）の運動をワイパー軸（１３０）に伝達し、
   前記制御装置（１１５）は、前記駆動装置（１１０）から出力されるトルクが所定のトルクを上回るか否かを決定するための比較装置（１６０）を有し、前記所定のトルクは、前記ワイパー軸（１３０）の位置に依存する制御装置において、
   前記比較装置（１６０）の結果に依存して前記駆動装置（１２０）の回転方向を反転する反転装置（１５０）を特徴とする制御装置。
2. 前記比較装置（１６０）は、前記駆動装置（１２０）から出力されるトルクが前記所定のトルクを、所定の頻度より多く上回るか否かを決定するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置（１１５）。
3. 前記比較装置（１６０）は、前記駆動装置（１２０）から出力されるトルクが前記所定のトルクを、所定の時間より多く長く上回るか否かを決定するように構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置（１１５）。
4. ウィンドワイパー装置（１１０）の制御方法であって、
   前記ウィンドワイパー装置（１１０）は、駆動装置（１２０）と伝動装置（１２５）とを含み、前記伝動装置は、前記駆動装置（１２０）の運動をワイパー軸（１３０）に伝達し、
   ・前記ワイパー軸（１３０）の位置に依存する所定のトルクを決定するステップ（３２０）と、
   ・前記駆動装置（１２０）から出力されるトルクが前記所定のトルクを上回るか否かを決定するため比較するステップ（３４０）を有する方法において、
   ・前記駆動装置（１２０）の回転方向を、前記比較の結果に依存して反転する（３５０）、ことを特徴とする制御方法。
5. 前記駆動装置（１２０）のトルクが前記所定のトルクを所定の頻度より多く上回るか否かを比較する（３４０）、ことを特徴とする請求項４に記載の方法（３００）。
6. 大きな所定のトルクには、小さな所定の頻度が割り当てられる、ことを特徴とする請求項５に記載の方法（３００）。
7. 前記駆動装置（１２０）のトルクが前記所定のトルクを所定の時間より長く上回るか否かを比較する（３４０）、ことを特徴とする請求項４から６までのいずれか１項に記載の方法（３００）。
8. 大きな所定のトルクには、短い所定の時間が割り当てられる、ことを特徴とする請求項７に記載の方法（３００）。
9. 前記駆動装置（１２０）から出力されるトルクが、前記ワイパー軸（１３０）の位置に依存して前もって定められた別のトルクに制限される、ことを特徴とする請求項４から８までのいずれか１項に記載の方法（３００）。
10. 前記所定のトルクは前記前もって定められた別のトルクより小さい、請求項９に記載の方法（３００）。

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