JP2015168273A - wiper control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイパ制御装置に関する。 The present invention relates to a wiper control device.
車両のウィンドシールドガラスをワイパブレードで払拭するワイパ装置は、ワイパブレードを低速で動作させる低速作動モードと、ワイパブレードを高速で動作させる高速作動モードとを備えている。図11は、高速作動モード及び低速作動モードでワイパモータに要求される特性の一例を示した概略図である。高速作動時モータ出力要求特性94では、モータ回転速度の高速化が求められ、低速作動時モータ出力要求特性96では、高速作動モードの場合に比して大トルクが求められる。その結果、高速作動時モータ出力要求特性94と低速作動時モータ出力要求特性96とを満たすには、太い実線で示したモータ出力要求特性92を満たす必要がある。
A wiper device for wiping a windshield glass of a vehicle with a wiper blade has a low speed operation mode in which the wiper blade is operated at a low speed and a high speed operation mode in which the wiper blade is operated at a high speed. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of characteristics required for the wiper motor in the high speed operation mode and the low speed operation mode. The motor
しかしながら、図11に示したモータ出力要求特性92に従うと、ワイパモータの定格を大きくせざるを得ず、ワイパ装置の大型化と製造コストの上昇を招くおそれがあった。また、モータ出力要求特性92に従ってワイパモータの定格を決定した場合、高速作動モードでも低速作動モードでも要求されないモータ回転速度とトルクの領域である過剰領域98を伴うことになり、ワイパモータの特性を十分に活用していないという問題があった。
However, according to the motor
モータの回転速度の高速化を阻む要因として、モータの回転に伴ってモータの電機子に生じる逆起電力がある。逆起電力は、モータに印加される電圧とは逆の極性を有し、モータの電機子の電流を阻害する。逆起電力が電機子に生じると、モータに印加する電圧を上げても、モータの回転速度は上がらなくなってくる。 As a factor that hinders the increase in the rotation speed of the motor, there is a counter electromotive force generated in the armature of the motor as the motor rotates. The counter electromotive force has a polarity opposite to that of the voltage applied to the motor, and inhibits the current of the armature of the motor. When the counter electromotive force is generated in the armature, even if the voltage applied to the motor is increased, the rotational speed of the motor cannot be increased.
特許文献1には、ステータのコイルに印加する電圧を制御して、ステータの磁界を弱める弱め界磁によって逆起電力の発生を抑制し、モータの回転速度を向上させるブラシレスモータ及びワイパ装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a brushless motor and a wiper device that control the voltage applied to the coil of the stator, suppress the generation of back electromotive force by a field weakening that weakens the magnetic field of the stator, and improve the rotation speed of the motor. Has been.
しかしながら、上記特許文献1に記載のブラシレスモータ及びワイパ装置は、ステータの磁界を弱めることにより、モータの回転速度は向上するものの、モータのトルクを低下させてしまうおそれがあるという問題点があった。 However, the brushless motor and the wiper device described in Patent Document 1 have a problem in that although the rotational speed of the motor is improved by weakening the magnetic field of the stator, the motor torque may be reduced. .
本発明は上記に鑑みてなされたもので、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることが可能なワイパ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a wiper control device capable of improving the rotation speed of a wiper motor while ensuring a necessary torque.
前記課題を解決するために、請求項1に記載のワイパ制御装置は、ウィンドシールドガラスを払拭するワイパブレードが取り付けられたワイパアームに連結され、永久磁石で構成されたロータ、発生した回転磁界で前記ロータを回転させるコイル、及び前記ロータの位置を示す磁界を検知して該磁界に応じた信号を出力する磁界検知部を備え、前記ロータの回転により、ウィンドシールドガラスの下反転位置と上反転位置との間でワイパアームを往復動作させるワイパモータと、前記ワイパブレードの往復動作の速度を変更する指令を出力するワイパスイッチと、前記磁界検知部が出力した信号に基づいて定められる前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、該算出した電圧の位相を前記ワイパスイッチが出力した指令の速度に応じた電気角に相当する角度で変更して前記コイルに印加する電圧の位相を決定する決定部と、前記決定部が決定した位相を有する電圧を前記コイルに印加する駆動回路と、を有している。 In order to solve the above-mentioned problem, the wiper control device according to claim 1 is connected to a wiper arm to which a wiper blade for wiping windshield glass is attached, a rotor composed of permanent magnets, and a generated rotating magnetic field A coil for rotating the rotor, and a magnetic field detection unit for detecting a magnetic field indicating the position of the rotor and outputting a signal corresponding to the magnetic field, and rotating the rotor to rotate the lower and upper inverted positions of the windshield glass A wiper motor that reciprocally moves the wiper arm between the wiper blade, a wiper switch that outputs a command to change a reciprocating speed of the wiper blade, and a position of the rotor determined based on a signal output from the magnetic field detection unit And calculating the phase of the voltage that varies with the finger output from the wiper switch. A determination unit that determines a phase of a voltage to be applied to the coil by changing the angle corresponding to an electrical angle corresponding to the speed of the drive, a drive circuit that applies a voltage having a phase determined by the determination unit to the coil, and have.
このワイパ制御装置によれば、ロータの位置に応じた位相をワイパスイッチが出力した指令の速度に応じた電気角で進角させ、進角させた位相を有する電圧をワイパモータのコイルに印加している。 According to this wiper control device, the phase corresponding to the position of the rotor is advanced by an electrical angle corresponding to the speed of the command output by the wiper switch, and a voltage having the advanced phase is applied to the coil of the wiper motor. Yes.
一般に、コイルに流れる電流が大きい場合にコイルの磁界は強くなる。また、ブラシレスDCモータのコイルの電流は、コイルに印加された電圧の位相に対して、遅角した位相を示す。したがって、コイルの電流の位相が、ロータの位置に応じた位相に近づくように、モータのコイルに印加する電圧の位相を進角させることにより、モータのトルク及び回転速度を改善できる。したがって、このワイパ制御装置によれば、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。 Generally, when the current flowing through the coil is large, the magnetic field of the coil becomes strong. Further, the current of the coil of the brushless DC motor shows a phase retarded with respect to the phase of the voltage applied to the coil. Therefore, the torque and rotational speed of the motor can be improved by advancing the phase of the voltage applied to the motor coil so that the phase of the coil current approaches the phase corresponding to the position of the rotor. Therefore, according to this wiper control device, it is possible to improve the rotational speed of the wiper motor while ensuring the necessary torque.
請求項2に記載のワイパ制御装置は、請求項1に記載のワイパ制御装置において、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は、前記算出したロータの位置に応じて変化する電圧の位相を所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。 The wiper control device according to claim 2 is the wiper control device according to claim 1, wherein when the command to change the reciprocating speed of the wiper blade to a high speed is input from the wiper switch, the calculation is performed. A phase obtained by advancing the phase of the voltage that changes according to the position of the rotor by an angle corresponding to a predetermined electrical angle is defined as the phase of the voltage applied to the coil.
このワイパ制御装置によれば、モータのコイルに印加する電圧の位相を進角させることにより、高速作動時に、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。 According to this wiper control device, the rotational speed of the wiper motor can be improved while ensuring the necessary torque during high speed operation by advancing the phase of the voltage applied to the motor coil.
請求項3に記載のワイパ制御装置は、請求項2に記載のワイパ制御装置において、前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。 The wiper control device according to claim 3 is the wiper control device according to claim 2, wherein the determination unit receives an instruction to change the speed of the reciprocating operation of the wiper blade to a low speed from the wiper switch. The phase of the voltage that changes according to the position of the rotor is the phase of the voltage applied to the coil.
このワイパ制御装置によれば、ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルに印加する電圧の位相とすることにより、低速作動時に適した回転速度及びトルクでワイパモータを回転させることができる。 According to this wiper control device, the wiper motor can be rotated at a rotation speed and torque suitable for low speed operation by setting the phase of the voltage that changes according to the position of the rotor to the phase of the voltage applied to the coil. .
請求項4に記載のワイパ制御装置は、請求項3に記載のワイパ制御装置において、前記ロータの回転により前記ワイパアームを往復動作させる出力軸の回転角度を検知して該回転角度に応じた信号を出力する回転角度検知部と、前記ワイパブレードの往復動作の速度が低速及び高速の各々の場合での前記ワイパモータの回転速度を前記ワイパブレードの前記ウィンドシールドガラス上での位置に応じて規定した低速用速度及び高速用速度を記憶した記憶部と、をさらに備え、前記決定部は、前記回転角度検知部が出力した信号に基づいて定まる前記出力軸の回転角度から前記ウィンドシールドガラス上での前記ワイパブレードの位置を算出すると共に、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記低速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を前記コイルに印加する電圧の位相とし、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は、前記高速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。 The wiper control device according to claim 4 is the wiper control device according to claim 3, wherein the rotation angle of the output shaft that reciprocates the wiper arm by the rotation of the rotor is detected, and a signal corresponding to the rotation angle is generated. A rotation angle detector that outputs and a low speed that defines the rotation speed of the wiper motor in accordance with the position of the wiper blade on the windshield glass when the reciprocating speed of the wiper blade is low and high. And a storage unit that stores a speed for high speed and a speed for high speed, and the determination unit determines a rotation angle of the output shaft determined based on a signal output from the rotation angle detection unit on the windshield glass. The wiper blade position is calculated and a command to change the reciprocating speed of the wiper blade to a low speed is input from the wiper switch. If it is determined, the rotational speed of the wiper motor according to the calculated position of the wiper blade is determined based on the low speed, and the calculated rotor speed is set so that the wiper motor rotates at the determined rotational speed. When a command for changing the reciprocating speed of the wiper blade to a high speed is input from the wiper switch, the phase changing according to the position is set to the phase of the voltage applied to the coil. A rotational speed of the wiper motor is determined according to the calculated position of the wiper blade, and a phase that changes according to the calculated rotor position so that the wiper motor rotates at the determined rotational speed is set to a predetermined electrical angle. The phase advanced by an angle corresponding to is the phase of the voltage applied to the coil.
このワイパ装置によれば、ワイパブレードの位置に応じてワイパモータの回転速度を予め決定した速度マップ等を参照することにより、ウィンドシールドガラス上でのワイパブレードの位置に応じたワイパモータの回転速度を決定できる。 According to this wiper device, the rotational speed of the wiper motor according to the position of the wiper blade on the windshield glass is determined by referring to a speed map that determines the rotational speed of the wiper motor according to the position of the wiper blade in advance. it can.
さらに、このワイパ制御装置によれば、ワイパモータのコイルに印加する電圧の位相を所定の電気角分進角させることにより、高速作動時に、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。 Furthermore, according to this wiper control device, the rotational speed of the wiper motor can be improved while ensuring the necessary torque during high speed operation by advancing the phase of the voltage applied to the coil of the wiper motor by a predetermined electrical angle. Can do.
図1は、本実施の形態に係るワイパ制御装置10を含むワイパ装置100の構成を示す概略図である。ワイパ装置100は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられたウィンドシールドガラス12を払拭するためのものであり、一対のワイパ14,16と、ワイパモータ18と、リンク機構20と、ワイパ制御装置10とを備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
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。
The
ワイパ14,16は、ワイパアーム24,26の動作に伴ってワイパブレード28,30がウィンドシールドガラス12上を往復動作し、ワイパブレード28,30がウィンドシールドガラス12を払拭する。
In the
ワイパモータ18は、永久磁石で構成されたロータの周方向に、印加される電圧の制御により回転磁界を生成する電磁石であるステータを備えたブラシレスDCモータである。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。
The
クランクアーム34の一端側は、出力軸32に固定されており、クランクアーム34の他端側は、第1リンクロッド36の一端側に動作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箇所に動作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の両端がそれぞれ動作可能に連結されている。
One end side of the
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動作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。
The
本実施の形態に係るワイパ制御装置10を含むワイパ装置100では、出力軸32が所定の範囲の回転角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の往復動作に伴ってワイパブレード28,30がウィンドシールドガラス12上における下反転位置P2と上反転位置P1との間で往復動作をする。θ1の値は、ワイパ制御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140°である。
In the
本実施の形態に係るワイパ制御装置10を含むワイパ装置100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。
In the
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に動作する。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10°とする。
The storage position P3 is provided below the lower inversion position P2. The
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。
When θ2 is “0”, the lower inversion position P2 coincides with the storage position P3, and the
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装置10が接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御装置10は、例えば、ワイパモータ18の出力軸32の回転速度及び回転角を検知する回転角度センサ54、ワイパモータ18を作動させるための電流をPWM(Pulse Width Modulation)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、ワイパモータ18のロータの位置を検出するためのホールセンサ72を有している。
A
本実施の形態ではワイパモータ18はブラシレスDCモータなので、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、後述するマイクロコンピュータ58の制御によって、所定のデューティ比の電圧を生成する。
In the present embodiment, since the
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は、ワイパモータ本体の回転速度及び回転角と同一ではない。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を、ワイパモータ18の回転速度及び回転角とみなすものとする。
Since the
回転角度センサ54は、ワイパモータ18の減速機構52内に設けられ、出力軸32に連動して回転するセンサマグネットの磁界(磁力)を電流に変換して検出する。
The
ワイパ制御装置10は、回転角度センサ54が検出した出力軸32の回転角からワイパブレード28,30のウィンドシールドガラス12上での位置を算出可能で当該位置に応じて出力軸32の回転速度が変化するように駆動回路56を制御するマイクロコンピュータ58を有する。また、ワイパ制御装置10には、駆動回路56の制御に用いるデータ及びプログラムを記憶したメモリ48があり、ワイパ制御装置10の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。メモリ48は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)又はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置である。
The
マイクロコンピュータ58は、ホールセンサ72が出力した信号に基づいてワイパモータ18のロータの位置を算出する。また、マイクロコンピュータ58は、算出したロータの位置に基づいた位相を有する電圧を生成するように駆動回路56を制御する。
The
ワイパスイッチ50は、電源である車両のバッテリからワイパモータ18に供給される電力をオン又はオフするスイッチである。ワイパスイッチ50は、ワイパブレード28,30を、低速で動作させる低速作動モード選択位置、高速で動作させる高速作動モード選択位置、一定周期で間欠的に動作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回転速度の指令の信号をマイクロコンピュータ58に出力する。
The
ワイパスイッチ50から各モードの選択位置に応じて出力された信号がマイクロコンピュータ58に入力されると、マイクロコンピュータ58がワイパスイッチ50からの出力信号に対応する制御を用いて行う。
When a signal output from the
図2は、本実施の形態に係るワイパモータ18のセンサの位置を示す概略図である。図2に示したように、ワイパモータ18は、永久磁石で構成されたロータ88の周方向に回転磁界を発生させるコイル86が隣接しており、ロータ88の軸方向には、ロータ88の磁界を検出するホールセンサ72が設けられている。ワイパモータ18が三相のDCブラシレスモータであれば、ホールセンサ72は、U相、V相、W相の三相の各々に対して設けられる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the position of the sensor of the
また、ロータ88から延びるロータシャフト88Aの端部にはウォーム52Aが形成され、ウォーム52Aは、出力軸32と一体に形成されたウォームホイール52Bと噛みあっている。本実施の形態では、ウォーム52Aとウォームホイール52Bとで、減速機構52を構成する。
A
出力軸32のクランクアーム34が取り付けられる端とは反対の端にはセンサマグネット70が取り付けられており、センサマグネット70に対向して回転角度センサ54が設けられている。
A
図3は、図2に示されたA−A線に沿ってワイパモータ18を切断した断面を示す断面図である。ウォーム52Aは、ロータシャフト88Aの軸方向に沿って螺旋状に形成されている。また、ウォームホイール52Bは、円盤状に形成されていると共に、その周方向に沿って平歯状の歯溝が形成されている。ウォーム52Aの螺旋状の葉溝とウォームホイール52Bの歯溝とが噛み合うことによって、ロータ88の回転を所定の減速比で減速して出力軸32に伝達することが可能となっている。なお、出力軸32の端部に相当するウォームホイール52Aの底面中心にはセンサマグネット70が取り付けられている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the
上部ハウジング78A内の減速機構52の直下には、本実施の形態に係るワイパ制御装置10の基板90が設けられている。基板90には、マイクロコンピュータ58、駆動回路56を構成する素子等が実装されている。また、基板90において、出力軸32の端部に設けられたセンサマグネット70に対向する部分には、出力軸32の回転に従って変化するセンサマグネット70の磁界を検知し、当該磁界の変化を示す信号を出力する回転角度センサ54が実装されている。
A
図4は、本実施の形態に係るワイパ制御装置10の構成の一例の概略を示すブロック図である。また、図4示したワイパモータ18は、一例として、三相6極のDCブラシレスモータである。
FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an example of the configuration of the
ワイパモータ18のロータ88は、各々3つのS極及びN極の永久磁石で構成されている。ロータ88の磁界は、ホールセンサ72によって検知される。ホールセンサ72は、ロータ88の永久磁石の極性に対応してロータ88とは別に設けられたセンサマグネットの磁界を検知してもよい。ホールセンサ72は、ロータ88又はセンサマグネットの磁界を、ロータ88の位置を示す磁界として検知する。
The
ホールセンサ72は、ロータ88又はセンサマグネットにより形成された磁界を検出することにより、ロータ88の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ72は、U、V、Wの各相に対応する3つのホール素子を含んでいる。ホールセンサ72は、ロータ88の回転によって生じた磁界の変化を、図5に示した正弦波に近似したアナログ波形102U,102V,102Wのような電圧の変化の信号として出力する。なお、図5は、ワイパモータ18が各相に備えるホールセンサ72が出力した電圧のアナログ波形の概略の一例及びアナログ波形をコンパレータ等の回路を介して得たデジタル波形の概略の一例を示す図である。
The
ホールセンサ72が出力した信号は、制御回路であるマイクロコンピュータ58に入力される。マイクロコンピュータ58は、集積回路であり、スタンバイ回路60によって電源80から供給される電力が制御されている。
The signal output from the
ホールセンサ72からマイクロコンピュータ58に入力されたアナログ波形の信号は、マイクロコンピュータ58内にある、コンパレータ等のアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を備えたホールセンサエッジ検出部66に入力される。ホールセンサエッジ検出部66では、入力されたアナログ波形102U,102V,102Wを、図5に示したデジタル波形104U,104V,104Wに変換し、デジタル波形104U,104V,104Wからエッジ106A,106B,106C,106D,106E,106Fを検出する。
The analog waveform signal input from the
デジタル波形104U,104V,104W及びエッジ106A,106B,106C,106D,106E,106Fの情報はモータ位置推定部64に入力され、ロータ88の位置が算出される。算出されたロータ88の位置の情報は、通電制御部68に入力される。
Information on the
また、マイクロコンピュータ58の指令値算出部62には、ワイパスイッチ50からワイパモータ18(ロータ88)の回転速度を指示するための信号が入力される。指令値算出部62は、ワイパスイッチ50から入力された信号からワイパモータ18の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部68に入力する。
Further, a signal for instructing the rotational speed of the wiper motor 18 (rotor 88) is input from the
通電制御部68は、モータ位置推定部64で算出されたロータ88の位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、算出した位相及びワイパスイッチ50により指示されたロータ88の回転速度に基づいて駆動デューティ値を決定する。また、通電制御部68は、駆動デューティ値に応じたパルス信号であるPWM信号を生成して駆動回路56に出力するPWM制御を行う。
The
駆動回路56は、三相(U相、V相、W相)インバータにより構成されている。図4に示すように、駆動回路56は、各々が上段スイッチング素子としての3つのNチャンネル電界効果トランジスタ(MOSFET)74U、74V、74W(以下、「FET74U、74V、74W」と言う)、各々が下段スイッチング素子としての3つのNチャンネル電界効果トランジスタ(MOSFET)76U、76V、76W(以下、「FET76U、76V、76W」と言う)とを備えている。なお、FET74U、74V、74W及びFET76U、76V、76Wは、各々、個々を区別する必要がない場合は「FET74」、「FET76」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「U」、「V」、「W」の符号を付して称する。
The
FET74、FET76のうち、FET74Uのソース及びFET76Uのドレインは、コイル86Uの端子に接続されており、FET74Vのソース及びFET76Vのドレインは、コイル86Vの端子に接続されており、FET74Wのソース及びFET76Wのドレインは、コイル86Wの端子に接続されている。
Among the FETs 74 and 76, the source of the FET 74U and the drain of the
FET74及びFET76のゲートは通電制御部68に接続されており、PWM信号が入力される。FET74及びFET76は、ゲートにHレベルのPWM信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにLレベルのPWM信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。
The gates of the FET 74 and FET 76 are connected to the
また、本実施の形態のワイパ制御装置10には、電源80、ノイズ防止コイル82、及び平滑コンデンサ84A、84B等が構成されている。電源80、ノイズ防止コイル82、及び平滑コンデンサ84A、84Bは略直流電源を構成している。
Further, the
図6は、コイル86へ印加される印加電圧112、ロータ88の回転でコイル86に生じた誘起電圧114、コイル86に流れる巻線電流116の態様を示したもので、(A)は上述のモータ位置推定部64で算出されたロータ88の位置に従ってコイル86に電圧を印加した進角制御なしの場合、(B)はモータ位置推定部64で算出されたロータ88の位置よりもコイル86へ電圧を印加するタイミングを早めた進角制御ありの場合である。なお、図6は、U相、V相、W相のいずれにも当てはまる事項である。
FIG. 6 shows aspects of the applied
一般にブラシレスDCモータでは、ホールセンサ72が出力した信号に基づいて算出したロータ88の位置に応じた位相を有する電圧を生成する、進角制御なしでワイパモータ18に印加する電圧が制御される。本実施の形態でも、ワイパ装置100が低速作動モードの場合には、進角制御なしでワイパモータ18に印加する電圧を制御している。
In general, in a brushless DC motor, the voltage applied to the
図6(A),(B)において、誘起電圧114の位相は、ロータ88の位置に対応している。すなわち、誘起電圧114のピーク114Aは、ロータ88を構成するS極又はN極の磁石が、誘起電圧114が生じているコイル86に最接近したときを示している。かかる誘起電圧114がピーク114Aを示したときにコイルに流れる電流である巻線電流116をピーク116Aのように最大にすれば、ロータ88及びコイル86の互いの磁界による相互作用が強くなり、結果として、ワイパモータ18の高速回転とトルクとを両立させた高効率な制御が可能になる。
6A and 6B, the phase of the induced
誘起電圧114のピーク114Aの出現タイミングと巻線電流116のピーク116Aの出現タイミングとを一致させるには、誘起電圧114及び巻線電流116の各々の位相を一致させればよい。また、巻線電流116の位相は、印加電圧112の位相に影響される。例えば、図6(B)に示したように、印加電圧112の位相をロータ88の位置に応じた位相よりも所定の電気角αで早める(進角する)ことにより、誘起電圧114及び巻線電流116の各々の位相を一致させることができる。
In order to match the appearance timing of the
進角に係る電気角αは、コイル86の巻線電流116と誘起電圧114の変化に基づいて決定するが、本実施の形態では、一例として60〜90度である。
The electrical angle α related to the advance angle is determined based on changes in the winding current 116 and the induced
本実施の形態では、ホールセンサ72が出力した信号に基づいて定められるロータ88の位置に応じて変化する電圧の位相を算出し、低速作動モードの場合には、ロータの位置に応じて変化する位相を有する電圧を生成するように駆動回路56を制御する。また、高速作動モードの場合には、ロータ88の位置に応じて変化する位相を所定の電気角αで進角させた位相を有する電圧を駆動回路56に生成させる進角制御を行う。このように、本実施の形態では、ワイパモータ18のコイル86に印加する電圧の位相を、ワイパモータ18の速度に応じた電気角に相当する角度で変更することにより、ワイパモータの回転速度とトルクとを両立させた制御を行う。
In the present embodiment, the phase of the voltage that changes according to the position of the
図7は、ワイパブレード28,30が、ウィンドシールドガラス12上の下反転位置P2と上反転位置P1との間を往復動作した場合の、ワイパブレード28,30の位置に応じたワイパモータ18の回転速度を規定した速度マップの一例を示す概略図である。高速作動モードと低速作動モードとを実現するには、高速作動モード速度マップ122及び低速作動モード速度マップ124を設定して、メモリ48に予め記憶する。しかしながら、図7に示したように、高速作動モード速度マップ122及び低速作動モード速度マップ124は、下反転位置P2及び上反転位置P1でワイパモータ18の回転速度が共に0となる。また、高速作動モード速度マップ122及び低速作動モード速度マップ124は、下反転位置P2と上反転位置P1との略中間点でワイパモータ18の回転速度が最大になる等、ワイパモータ18の回転速度の増減のタイミングが各々一致している。
FIG. 7 shows the rotation of the
したがって、高速作動モード速度マップ122が示すワイパモータの回転速度は低速作動モード速度マップ124が示すワイパモータ18の回転速度に所定の係数を乗算することで算出してもよい。低速作動モード速度マップ124に基づいて高速作動モード速度マップ122を算出することにより、メモリ48の記憶容量をセーブできる。
Therefore, the rotation speed of the wiper motor indicated by the high speed operation
図8は、本実施の形態に係るワイパ制御装置10を備えたワイパ装置100において、ワイパブレード28,30が下反転位置P2から上反転位置P1まで動作した場合にワイパモータ18に印加された電圧(Duty)の変化の一例を示す概略図である。低速作動時電圧134は、図7に示した低速作動モード速度マップ124を用い、かつ進角制御なしの場合であり、高速作動時電圧132は、図7に示した高速作動モード速度マップ122を用い、かつ進角制御をした場合である。進角制御でワイパモータ18の回転制御の高効率化が図られた結果、高速作動時電圧132は、低速作動時電圧134よりも高電圧となり、ワイパモータ18の回転速度を向上させることが可能となる。
FIG. 8 shows the voltage applied to the
図9は、本実施の形態に係るワイパ制御装置10によって可能となるワイパモータ18の出力の特性の一例を示した概略図である。進角制御なしでは、低速作動モード出力特性144が示す回転速度及びトルクを示すワイパモータ18であっても、進角制御により、高速作動モード出力特性142が示す回転速度及びトルクで回転させることが可能となる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of output characteristics of the
図10は、本実施の形態に係るワイパ制御装置10における制御の一例を示すフローチャートである。ステップ700では、ワイパスイッチ50が高速作動モードであるか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ702でワイパモータ18電圧を印加するタイミングを電気角α分早める進角制御を行う。ステップ700で否定判定の場合には、ステップ704で進角制御は行わない。なお、ワイパモータ18に電圧を印加するタイミングは、上述のように、ホールセンサ72からの信号から算出される電圧の位相に応じて随時算出されているものとする。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of control in the
ステップ706では、回転角度センサ54からの信号に基づいてワイパブレード28,30の位置を算出し、当該位置に対応した速度マップでのワイパモータ18の回転速度、及びワイパモータ18の実際の回転速度を加算する回転数フィードバックを行う。回転数フィードバックは、例えば、PI制御(Proportional Integral Controller)等を用いて、速度マップでのワイパモータ18の回転速度にホールセンサ72からの信号に基づいて算出したワイパモータ18の実際の回転速度を加算する。
In
ステップ708では、回転数フィードバックによる回転速度になるように、ワイパモータ18に印加する電圧を生成して処理をリターンする。また、ステップ708では、進角制御ありの場合には、ワイパモータ18に印加する電圧の位相をロータ88の位置に応じた位相よりも電気角α分早めるようにする。
In
以上、説明したように、本実施の形態によれば、ワイパモータ18電圧を印加するタイミングを電気角α分早める進角制御により、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the rotation speed of the wiper motor while ensuring the necessary torque by the advance angle control that advances the timing of applying the
なお、本実施の形態では、ワイパ装置100が高速作動モードの場合に進角制御を行ったが、低速作動モードの場合にも進角制御を行ってもよい。例えば、高速作動モードの場合とは異なる、低速作動モードに応じた電気角でコイル86に印加する電圧の位相を進角させることにより、低速作動モードにおいても、ワイパモータ18のトルクを向上させることができる。
In the present embodiment, the advance angle control is performed when the
10…ワイパ制御装置、12…ウィンドシールドガラス、14,16…ワイパ、18…ワイパモータ、20…リンク機構、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、48…メモリ、50…ワイパスイッチ、52…減速機構、52A…ウォーム、52B…ウォームホイール、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…スタンバイ回路、62…指令値算出部、64…モータ位置推定部、66…ホールセンサエッジ検出部、68…通電制御部、70…センサマグネット、72…ホールセンサ、74(74U,74V,74W)…FET、76(76U,76V,76W)…FET、78A…上部ハウジング、78B…下部ハウジング、80…電源、82…ノイズ防止コイル、84A…平滑コンデンサ、86(86U,86V,86W)…コイル、88…ロータ、88A…ロータシャフト、92…モータ出力要求特性、94…高速作動時モータ出力要求特性、96…低速作動時モータ出力要求特性、98…過剰領域、100…ワイパ装置、102U,102V,102W…アナログ波形、104U,104V,104W…デジタル波形、106A,106B,106C,106D,106E,106F…エッジ、112…印加電圧、114…誘起電圧、114A…誘起電圧のピーク、116…巻線電流、116A…巻線電流のピーク、122…高速作動モード速度マップ、124…低速作動モード速度マップ、132…高速作動時電圧、134…低速作動時電圧、142…高速作動モード出力特性、144…低速作動モード出力特性、P1…上反転位置、P2…下反転位置、P3…格納位置、α…電気角、θ1…回転角
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ワイパブレードの往復動作の速度を変更する指令を出力するワイパスイッチと、
前記磁界検知部が出力した信号に基づいて定められる前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、該算出した電圧の位相を前記ワイパスイッチが出力した指令の速度に応じた電気角に相当する角度で変更して前記コイルに印加する電圧の位相を決定する決定部と、
前記決定部が決定した位相を有する電圧を前記コイルに印加する駆動回路と、
を有するワイパ制御装置。 It is connected to a wiper arm to which a wiper blade for wiping the windshield glass is attached. A wiper motor that includes a magnetic field detection unit that outputs a signal corresponding to a magnetic field, and that causes the wiper arm to reciprocate between a lower reversal position and an upper reversal position of the windshield glass by rotation of the rotor;
A wiper switch that outputs a command to change the reciprocating speed of the wiper blade;
The phase of the voltage that changes according to the position of the rotor determined based on the signal output from the magnetic field detection unit is calculated, and the phase of the calculated voltage is calculated according to the speed of the command output by the wiper switch. A determining unit that determines a phase of a voltage to be applied to the coil by changing the angle corresponding to an angle;
A drive circuit for applying a voltage having a phase determined by the determination unit to the coil;
Wiper control device having
前記ワイパブレードの往復動作の速度が低速及び高速の各々の場合での前記ワイパモータの回転速度を前記ワイパブレードの前記ウィンドシールドガラス上での位置に応じて規定した低速用速度及び高速用速度を記憶した記憶部と、をさらに備え、
前記決定部は、前記回転角度検知部が出力した信号に基づいて定まる前記出力軸の回転角度から前記ウィンドシールドガラス上での前記ワイパブレードの位置を算出すると共に、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記低速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を前記コイルに印加する電圧の位相とし、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は、前記高速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする請求項3に記載のワイパ制御装置。 A rotation angle detector that detects a rotation angle of an output shaft that reciprocates the wiper arm by rotation of the rotor and outputs a signal corresponding to the rotation angle;
The speed for low speed and the speed for high speed that specify the rotational speed of the wiper motor in accordance with the position of the wiper blade on the windshield glass when the reciprocating speed of the wiper blade is low speed and high speed are stored. A storage unit,
The determination unit calculates the position of the wiper blade on the windshield glass from the rotation angle of the output shaft determined based on the signal output from the rotation angle detection unit, and from the wiper switch, When a command to change the reciprocating speed to a low speed is input, the rotational speed of the wiper motor is determined according to the calculated position of the wiper blade based on the low speed, and the determined rotational speed is used. A command for changing the speed of the reciprocating operation of the wiper blade from the wiper switch to a high speed is input from the wiper switch, with the phase changing according to the calculated rotor position so that the wiper motor rotates. When the wiper blade is operated, the wiper blades corresponding to the calculated position of the wiper blade based on the high speed are used. A rotation speed of the motor is determined, and a phase obtained by advancing a phase that changes according to the calculated rotor position by an angle corresponding to a predetermined electrical angle so that the wiper motor rotates at the determined rotation speed is The wiper control device according to claim 3, wherein the phase of the voltage applied to the coil is set.
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