JP2015189274A - ワイパシステム及びワイパシステム制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車種ごとに個別の設計をすることなく、その車両に適した払拭動作を実現可能なワイパシステムを提供する。【解決手段】ワイパシステム１は、ウインドシールドガラス６上にて往復払拭動作を行うワイパブレード５ａ,５ｂと、ワイパブレード５ａ,５ｂを往復払拭動させるためのブラシレスモータ２ａ,２ｂを備える。ウインドシールドガラス６上にはクロセラ部８が形成されており、ワイパブレード５ａ,５ｂは、クロセラ部８を検知可能なセンサ２１ｐ,２１ｑを有する。コントローラ１８ａ,１８ｂは、センサ２１ｐ,２１ｑの出力信号に基づいて、ワイパブレード５ａ,５ｂがクロセラ部８内に位置することを検知し、この位置を基準としてワイパブレード５ａ,５ｂの払拭範囲を初期設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載されるワイパシステムに関し、特に、ワイパブレードの動作制御技術に関する。

ワイパ装置の払拭性能を左右する特性値として、ワイパブレード（以下、適宜ブレードと略記する）とウインドシールドとの間の角度を示すエラーアングルや、ピボット軸の軸線とワイパアームとのなす角度を示すディプレッションアングルが知られている。従来のワイパシステムでは、ワイパアームを１軸のピボット軸にて揺動させており、特許文献１,２のように、エラーアングルやディプレッションアングルは機械的な構造によって設定されている。

実開平3-75063号公報 特開2009-61839号公報 特許第2819515号 実開平5-15685号公報

ところが、従来のワイパシステムでは、前述のように、エラーアングルやディプレッションアングルが機械的な構造によって設定されるため、アーム構造やリンク機構、モータ動作角度設定などを車種ごとに個別に設計する必要があり、設計工数が嵩むという問題があった。また、車種ごとに異なる仕様となることから、製品の種類が多く、しかも、車両デザインが変わるたびにその種類が増えて行くため、管理が煩雑であり、コストアップにつながるという問題もあった。

本発明の目的は、車種ごとに個別の設計をすることなく、その車両に適した払拭動作を実現可能な汎用性の高いワイパシステムを提供することにある。

本発明のワイパシステムは、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムであって、前記ワイパブレードは、前記払拭面に対向して配置され前記払拭面に形成されたクロセラ部を検知可能なセンサを有し、前記ワイパシステムは、前記センサの出力信号に基づき、前記ワイパブレードが前記クロセラ部内に位置することを検知し、該位置を基準として前記ワイパブレードの払拭範囲を設定する制御手段を有することを特徴とする。

本発明にあっては、当該ワイパシステムを車両に搭載した後、イニシャル時の払拭動作にてクロセラ部を検出させる。そして、クロセラ部におけるブレード位置を基準として払拭範囲を学習・設定する。従って、車種に関わらず、その車両に適した払拭範囲を初期設定することが可能となる。

前記ワイパシステムにおいて、前記制御手段は、前記ワイパブレードが前記払拭面の下縁部に形成された前記クロセラ部内に存在することを検知して前記ワイパブレードの払拭範囲を設定するようにしても良い。

一方、本発明のワイパシステム制御方法は、払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムの制御方法であって、前記払拭面上にクロセラ部を形成し、前記ワイパブレードが前記クロセラ部内に位置することを検知し、該位置を基準として前記ワイパブレードの払拭範囲を設定することを特徴とする。

本発明のワイパシステムによれば、ワイパブレードの払拭面側に、払拭面と対向するように、払拭面上のクロセラ部を検知可能なセンサを配置すると共に、このセンサの出力信号に基づき、ワイパブレードがクロセラ部内に位置することを検知し、その位置を基準としてワイパブレードの払拭範囲を設定する制御手段を設けたので、車種に関わらず、その車両に適した払拭範囲を初期設定することが可能となる。従って、車種ごとに特化した種々の仕様を設計・検討することなく、その車両に適した払拭範囲をシステム搭載後に自動的に設定でき、多くの車種に汎用的に取り付け可能なワイパシステムを提供することが可能となる。

本発明のワイパシステム制御方法によれば、ワイパブレードの払拭面上にクロセラ部を形成すると共に、ワイパブレードがクロセラ部内に位置することを検知し、その位置を基準としてワイパブレードの払拭範囲を設定するようにしたので、車種に関わらず、その車両に適した払拭範囲を初期設定することが可能となる。従って、車種ごとに特化した種々の仕様を設計・検討することなく、その車両に適した払拭範囲をシステム搭載後に自動的に設定でき、多くの車種に汎用的に取り付け可能なワイパシステムを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１であるワイパシステムの構成を示す説明図である。 図１のワイパシステムにて使用されるモータの構成を示す説明図である。 ブレード動作センサの配置を示す説明図である。 本発明の実施の形態２であるワイパシステムに使用されるジョイントの構成を示す説明図である。 ワイパブレードを３次元的に作動させる機構の他の例を示す説明図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるワイパシステム１の構成を示す説明図である。図１に示すように、当該ワイパシステム１は、３軸方向の自由度を有するブラシレスモータ２ａ,２ｂ（電動モータ：以下、モータ２ａ,２ｂと略記する）と、モータ２ａ,２ｂの回転軸と接続されたピボット軸３ａ,３ｂ、ピボット軸３ａ,３ｂに固定されたワイパアーム４ａ,４ｂ、及び、ワイパアーム４ａ,４ｂに着脱可能に取り付けられたワイパブレード５ａ,５ｂ（以下、ブレード５ａ,５ｂと略記する）を備えている。ブレード５ａ,５ｂは、車両のウインドシールドガラス６（払拭面、以下、ガラス６と略記する）上に配置され、ワイパアーム４ａ,４ｂ内に取り付けられた図示しないスプリングによって押圧された状態でガラス６に接触している。

モータ２ａ,２ｂは、コントローラ（制御手段）７ａ,７ｂによって制御され、ピボット軸３ａ,３ｂの正逆転により、ワイパアーム４ａ,４ｂはガラス６面上を上下に揺動する。なお、符号２〜５,７における添え字ａ,ｂは、運転席側（ａ）、助手席側（ｂ）をそれぞれ示している。コントローラ７ａ,７ｂは無線通信によって接続されており、ブレード５ａ,５ｂの位置や速度等の情報を絶えず交換し合い、相手側のブレード５ｂ,５ａの動作情報を共有している。コントローラ７ａ,７ｂは、取得したブレード５ａ,５ｂの動作情報に基づき、ブレード同士が干渉しないようにモータ２ａ,２ｂを制御する。それに伴い、ブレード５ａ,５ｂはガラス６上に設定された上下反転位置間にて、同期した揺動払拭動作を行う。なお、コントローラ７ａ,７ｂの一方を主、他方を従とし、一方側の制御形態が決まると、他方側の制御形態もそれに合わせて決まるような設定も可能である。

本発明によるワイパシステム１では、ワイパアームの駆動源として３自由度モータが使用されている。図２には、モータ２ａの構成を示す説明図である（「多次元アクチュエータ」公益社団法人 計測自動制御学会 「ＳＩＣＥオンライン・ハンドブック」より）。なお、モータ２ｂも同様の構造となっているため、ここでは、モータ２ａについてのみ説明する。モータ２ａは、球面状のステータ１１と、半球状のロータ１２とから構成される多次元アクチュエータである。ロータ１２は、回転軸１３と、回転軸１３に固定された半球状のロータコア１４を備えている。回転軸１３は、軸受１５に回転自在に支持されており、ピボット軸３ａと接続される。

ステータ１１には、３組のコイル１６が設けられており、各コイル１６の励磁電流を適宜制御することにより、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸を中心に、ロータ１２を回転させたり（Ｚ軸）、揺動させたり（Ｘ,Ｙ軸）できるようになっている。この場合、Ｘ,Ｙ軸は、回転軸１３とそれぞれ直交する２方向の軸であり、モータ２ａは、Ｘ,Ｙ軸を中心に回転可能な３軸方向の動作自由度を持つモータ（アクチュエータ）となっている。モータ２ａをＸ軸を中心に回転させると、ブレード５ａは、その延伸方向に沿った軸を中心として回転する。また、モータ２ａをＹ軸を中心に回転させると、ブレード５ａは、上下方向（ガラス６に対して垂直方向）に揺動する。各コイル１６に対する供給電流は、回転角度センサ１７の検出値に基づいて、コントローラ（制御手段）７ａによって制御される。

一方、本発明によるワイパシステム１では、ブレード５ａ,５ｂに、ブレードの高さや傾きを検出するブレード動作センサ２１ｐ,２１ｑ（以下、センサ２１ｐ,２１ｑと略記する）が組み込まれている。図３は、センサ２１ｐ,２１ｑの配置状態を示す説明図であり、ここでは、センサ２１ｐ,２１ｑは、ブレード中央部の下面側に設けられている。ブレード動作センサ２１ｐ,２１ｑは、ブレード５ａ,５ｂの長手方向に対して両側（移動方向の前方側と後方側）にそれぞれ配置されている（図３ではブレード５ａの構成のみ記載）。センサ２１ｐ,２１ｑには光学系のセンサが使用され、発光部２２と受光部２３とを有している。発光部２２から発せられた光線（例えば、赤外線）はガラス６の表面にて反射し、受光部２３に入射する。センサ２１ｐ,２１ｑは、受光部２３における受光量（入射光量）に応じた信号を出力し、コントローラ７ａ,７ｂに送信する。

ここで、ガラス６には、図１に示すように、主として意匠的な観点から、黒色や濃青色等の塗装が施されたクロセラ部８が設けられている。クロセラ部８は、ガラス６の上縁や下縁に沿って帯状に設けられており、通常、ガラス６の下縁部６ａに形成されたクロセラ部８にブレードが至るとワイパ動作が反転する。つまり、下縁部６ａのクロセラ部８内に、ブレード５ａ,５ｂの下反転位置が設定される。ワイパシステム１では、このクロセラ部８を利用して、コントローラ７ａ,７ｂにブレード５ａ,５ｂの払拭範囲を学習させる。前述のように、ブレード５ａ,５ｂにはセンサ２１ｐ,２１ｑが設けられており、ガラス６は、クロセラ部８とそれ以外の透明部分とでは反射光の状態が異なり、センサ２１ｐ,２１ｑから出力される信号値にも違いが生じる。従って、クロセラ部８と透明部分との出力信号の違いを予め把握しておくことにより、ブレード５ａ,５ｂがクロセラ部８に達したことを検出できる。

そこで、本発明によるワイパシステム１では、車両に当該システムを取り付けたとき、まず、ブレード５ａ,５ｂをクロセラ部８側に向かって１回作動させる。このイニシャル払拭動作の際、ブレード５ａ,５ｂがクロセラ部８に達すると、センサ２１ｐ,２１ｑからの出力信号の変化により、それをコントローラ７ａ,７ｂが検出する。このとき、コントローラ７ａ,７ｂは、その位置をブレード５ａ,５ｂの下反転位置として認識する。そして、そこを基準として上反転位置を決め、払拭範囲を自動的に設定する。また、コントローラ７ａ,７ｂは、互いに相手方の払拭範囲を把握し、その情報を共有してそれぞれの役割を認識する。コントローラ７ａ,７ｂは、役割分担に応じてモータ２ａ,２ｂを同期制御し、ブレード５ａ,５ｂに往復払拭動作を行わせる。

このように、ワイパシステム１においては、イニシャル時の払拭動作にてクロセラ部８を検出させ、それを基準として払拭範囲を学習・設定するので、車種に関わらず、その車両に適した払拭範囲を初期設定することが可能となる。このため、車種ごとに特化した種々の仕様を設計・検討することなく、その車両に適した払拭範囲をシステム搭載後に自動的に設定でき、多くの車種に汎用的に取り付け可能なワイパシステムを提供することが可能となる。

また、ブレード５ａ,５ｂでは、ブレード５ａ,５ｂとガラス６の距離が異なると、発光部２２から受光部２３までの光路長が変化する。すなわち、ブレード５ａ,５ｂが低い位置にあると光路長が短くなり、ブレード５ａ,５ｂが高い位置にあると光路長が長くなる。光路長が短くなると、その分光線の減衰量が小さくなり、受光部２３への入射光量が大きくなる。これに対し、光路長が長くなると、その分光線の減衰量が大きくなり、受光部２３への入射光量が小さくなる。センサ２１ｐ,２１ｑからは受光量に応じた信号が出力されることから、コントローラ７ａ,７ｂは、センサ２１ｐ,２１ｑからの信号値に基づき、ブレード５ａの高さ（ブレード−ガラス間の距離）を検出することが可能となる。

また、ブレード５ａ,５ｂがガラス６に対して平行な場合は、前後のセンサ２１ｐ,２１ｑからの信号も同じ値となるが、ブレード５ａ,５ｂが傾くと、センサ２１ｐ,２１ｑからの信号に違いが生じる。すなわち、ブレード５ａ,５ｂの前後一方側が下がると、一方側の光路が短くなる反面、他方側の光路が長くなり、両センサ２１ｐ,２１ｑからの信号に違いが生じる。これにより、コントローラ７ａ,７ｂは、センサ２１ｐ,２１ｑからの信号差に基づき、ブレード５ａ,５ｂの傾き（ブレード５ａ,５ｂがどちら側にどれくらい傾いているか）を検出することができる。

このようにしてコントローラ７ａ,７ｂは、センサ２１ｐ,２１ｑからの信号に基づき、ブレード５ａ,５ｂの高さや傾きを検出し、ブレード５ａ,５ｂの現在の動作状態を把握する。そして、その状態に合わせて、ブレード５ａ,５ｂをガラス６に押圧する力（アーム圧）や、ブレード５ａ,５ｂの傾斜角が最適な値となるようにモータ２ａ,２ｂを制御する。すなわち、モータ２ａ,２ｂをＹ軸を中心として回転作動させることにより、ブレード５ａ,５ｂが上下方向に動きアーム圧が変化する。また、モータ２ａ,２ｂをＸ軸を中心として回転作動させることにより、ブレード５ａ,５ｂが長手方向を中心軸として回動しブレード傾斜角が変化する。この際、コントローラ７ａ,７ｂは、互いに相手側のブレード５ｂ,５ａの動作を把握しつつ、モータ２ａ,２ｂを同期制御する。そして、これらを適宜組み合わせて制御することにより、ブレード５ａ,５ｂは、三次元的に状態を変化させつつ、最適な払拭状態にてガラス６上を往復動する。

このように、本発明によるワイパシステム１では、ブレード５ａ,５ｂの現在の動作状態を検知可能なセンサ２１ｐ,２１ｑをブレード自体に組み込むことにより、払拭面の状態等に応じて３軸方向の自由度を有するモータ２ａ,２ｂがフィードバック制御される。このため、クロセラ部８を用いた初期設定により払拭角度（払拭範囲）を決定でき、しかも、ブレード５ａ,５ｂを払拭面の状態等に応じて３次元的動作制御できるので、エラーアングルやディプレッションアングルなどを機械的に設定することなく、ブレード５ａ,５ｂを様々な車両に広く実装することができる。従って、車種ごとに特化した種々の仕様を設計・検討することなく、その車両に適した払拭動作が可能なワイパシステムを汎用的に提供でき、設計工数の削減や製品種類の絞り込みが可能となり、製品コストの低減も図られる。また、コントローラ７ａ,７ｂが互いに情報を共有しつつモータ２ａ,２ｂを同期駆動するため、１種類のモータにてあらゆる払拭パターンの払拭動作が可能となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２であるワイパシステム３０の構成を示す説明図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。また、実施の形態２においても、運転席側の構成についてのみ説明する。図５に示すように、本実施の形態では、ワイパモータ３１ａとピボット軸３ａとの間にジョイント（ジョイント部材）３２が設けられている。ジョイント３２は、ピボット軸３ａが接続されるピボットパーツ３３と、ピボットパーツ３３に取り付けられＸ軸（第１軸）を中心として揺動可能な第１ジョイント３４と、第１ジョイント３４に取り付けられＹ軸（第２軸）を中心として揺動可能な第２ジョイント３５を備えている。第１ジョイント３４は、ピボットパーツ３３に支持軸（第１支持軸）３６によって揺動自在に取り付けられている。第２ジョイント３５は、第１ジョイント３４に支持軸３７（第２支持軸）によって揺動自在に取り付けられている。支持軸３６はピボットパーツ３３に、支持軸３７は第１ジョイント３４にそれぞれ固定されている。

第１,第２ジョイント３４,３５内にはそれぞれ、支持軸３６,３７を回転させるためのモータ３８（第１モータ）,３９（第２モータ）が収容されている。モータ３８,３９の回転は減速機構４１,４２によって支持軸３６,３７に伝達され、モータ３８,３９が作動すると、支持軸３６,３７と共にピボットパーツ３３や第１ジョイント３４が回転し、それに伴い、ブレード５ａも揺動する。モータ３８,３９は、コントローラ（制御手段）４３ａによって制御される。

このようなワイパシステム３０では、モータ３８を作動させ、ジョイント３２をＹ軸を中心として回転させることにより、ブレード５ａ,５ｂが上下方向に動きアーム圧が変化する。また、モータ３９を作動させ、ジョイント３２をＸ軸を中心として回転作動させることにより、ブレード５ａ,５ｂが長手方向を中心軸として回動しブレード傾斜角が変化する。そして、前述同様、コントローラ間の通信により左右のブレード５ａ,５ｂの同期を取りながらこれらを適宜組み合わせて制御することにより、ブレード５ａ,５ｂは、三次元的に姿勢を変化させつつ、その車両に適した払拭状態でガラス６上を動作する。

このように、実施の形態２のワイパシステム３０においても、ブレード５ａ,５ｂの現在の動作状態をセンサ２１ｐ,２１ｑによって検知し、払拭面の状態等に応じて３軸方向の自由度を有するモータ２ａ,２ｂがフィードバック制御される。このため、クロセラ部８を用いた初期設定により払拭角度（払拭範囲）を決定でき、しかも、ブレード５ａ,５ｂを払拭面の状態等に応じて３次元的動作制御できるので、エラーアングルやディプレッションアングルなどを機械的に設定することなく、ブレード５ａ,５ｂを様々な車両に広く実装することができる。従って、車種ごとに特化した種々の仕様を設計・検討することなく、その車両に適した払拭動作が可能なワイパシステムを汎用的に提供でき、設計工数の削減や製品種類の絞り込みが可能となり、製品コストの低減も図られる。

本発明は前述のような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、センサ２１ｐ,２１ｑとして、入射光量の変化を捉える光学式センサを用いたが、ブレード５ａ,５ｂとガラス６との間の距離が検出できるものであればセンサ自体の種類は特に限定されない。例えば、光量ではなく光線の到達時間の変化を捉える光学式センサや、赤外線ではなくレーザー光やＬＥＤを用いたもの、超音波を用いたもの、ブレードゴムの歪み量や表裏の歪みの差等からブレード−ガラス間の距離を算出するものなど、種々のものが使用可能である。また、さらに、クロセラ部８の検出に用いるのであれば、クロセラ部８に磁性塗料を用いることにより、ホールＩＣ等の磁気センサも適用可能である。さらに、その他にも、磁性体とコイル、電波などを用いた検出手段も採用可能である。

さらに、前述の実施形態では、３軸方向の自由度を有するブラシレスモータ（アクチュエータ）を用いてブレード５ａ,５ｂの傾斜方向を変化させる構成を示したが、ワイパブレード５ａ,５ｂの駆動源としては、図１のようなモータ以外にも３自由度の球面圧電モータなども使用可能である。なお、クロセラ部８の検出による初期設定のみを用いるのであれば、ピボット軸３ａ,３ｂを回転させるだけの通常のモータを使用することも可能である。

また、ワイパブレード５ａ,５ｂを３次元的に作動させる機構として、各方向への可動手段を分散配置することも可能である（図６）。図６に示すように、ワイパブレード５はワイパアーム４に対し揺動可能に取り付けられており、ワイパブレード５とワイパアーム４の結合部にはアクチュエータ５１が設けられている。アクチュエータ５１は、ワイパアーム４側に配置した駆動部５２により、ワイパブレード５側に取り付けた揺動片５３を作動させ、ワイパブレード５の傾斜方向（角度）を変化させる（図６の矢示Ｐ方向）。また、ワイパアーム４は、ピボット軸３のピボットアーム５４に矢示Ｑ方向に揺動可能に取り付けられている。ワイパアーム４とピボットアーム５４の結合部には、ワイパアーム４をＰ方向に作動させるアクチュエータ５５が設けられている。アクチュエータ５５は、ピボットアーム５４に対しワイパアーム４をＰ方向に揺動させ、ワイパブレード５を上下方向に作動させる。さらに、ピボットアーム５４は、アクチュエータ５６に取り付けられている。アクチュエータ５６により、図６の矢示Ｒ方向に回動し、ワイパブレード５が上下反転位置の間にて揺動する。

加えて、コントローラ間の情報共有は、無線通信手段ではなく、有線接続による通信にて行っても良い。なお、前述の実施形態のワイパシステムでは、ワイパブレードを同方向に作動させる並行払拭型のワイパ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、ワイパブレードが互いに反対方向に作動する対向払拭型のワイパ装置にも適用可能である。

１ ワイパシステム
２ａ,２ｂ ブラシレスモータ
３ａ,３ｂ ピボット軸
４ａ,４ｂ ワイパアーム
５ａ,５ｂ ワイパブレード
６ ウインドシールドガラス
７ａ,７ｂ コントローラ
８ クロセラ部
１１ ステータ
１２ ロータ
１３ 回転軸
１４ ロータコア
１５ 軸受
１６ コイル
１７ 回転角度センサ
２１ｐ,２１ｑ ブレード動作センサ
２２ 発光部
２３ 受光部
３０ ワイパシステム
３１ａ ワイパモータ
３２ ジョイント
３３ ピボットパーツ
３４ 第１ジョイント
３５ 第２ジョイント
３６ 支持軸（第１支持軸）
３７ 支持軸（第２支持軸）
３８ モータ（第１モータ）
３９ モータ（第２モータ）
４１ 減速機構
４２ 減速機構
４３ａ コントローラ
５１ アクチュエータ
５２ 駆動部
５３ 揺動片
５４ ピボットアーム
５５ アクチュエータ
５６ アクチュエータ

Claims (3)

1. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムであって、
   前記ワイパブレードは、前記払拭面に対向して配置され前記払拭面に形成されたクロセラ部を検知可能なセンサを有し、
   前記ワイパシステムは、前記センサの出力信号に基づき、前記ワイパブレードが前記クロセラ部内に位置することを検知し、該位置を基準として前記ワイパブレードの払拭範囲を設定する制御手段を有することを特徴とするワイパシステム。
2. 請求項１記載のワイパシステムにおいて、
   前記制御手段は、前記ワイパブレードが前記払拭面の下縁部に形成された前記クロセラ部内に存在することを検知して前記ワイパブレードの払拭範囲を設定することを特徴とするワイパシステム。
3. 払拭面上にて往復払拭動作を行うワイパブレードと、前記ワイパブレードを往復払拭動させるための電動モータと、を備えてなるワイパシステムの制御方法であって、
   前記払拭面上にクロセラ部を形成し、
   前記ワイパブレードが前記クロセラ部内に位置することを検知し、該位置を基準として前記ワイパブレードの払拭範囲を設定することを特徴とするワイパシステム制御方法。

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