JP2018131063A - ワイパ装置 - Google Patents

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裕太 土井
Yuta Doi
裕太 土井
貴博 角谷
Takahiro Sumiya
貴博 角谷
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Abstract

【課題】簡易な構成でワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できるワイパ装置を提供する。【解決手段】マイクロコンピュータは、ワイパモータの出力軸の回転により第1現在位置と目標位置との間、及び第1現在位置よりも目標位置から離れた第2現在位置と目標位置との間、のいずれかでワイパブレードを払拭動作させる。またマイクロコンピュータは、第2現在位置から目標位置までの払拭動作での第2目標時間が、第1現在位置から目標位置までの払拭動作での第1目標時間より長くなるようにワイパモータの回転を制御する。【選択図】図3

Description

本発明は、ワイパ装置に関する。
ワイパ装置を作動させない場合には、ワイパブレードが車両のエンジンフード後端で隠されるようにワイパブレードを格納するコンシールドタイプのワイパ装置がある。コンシールドタイプのワイパ装置では、ワイパブレードを下反転位置の下方に設けられた格納位置に格納し、作動開始時には、格納位置から上反転位置へ向かって払拭動作を開始する。そして、ワイパスイッチがオフになるまで、下反転位置と上反転位置との間を往復払拭動作する。
しかしながら、格納位置から上反転位置までの行程は、下反転位置から上反転位置までの行程に比して長い。
図6は、ワイパブレードを現在位置から目標位置までの払拭を所定の目標時間内に実行させるようにワイパモータの回転を制御する場合の時間とワイパブレードの位置との関係を示した説明図である。図6の横軸は時間であり、縦軸はワイパモータの出力軸の回転角度(θ)で示したワイパブレードの位置であり、第1現在位置は例えば下反転位置であり、第2現在位置は例えば格納位置であり、目標位置は例えば上反転位置である。
図6に示したように、第2現在位置から目標位置までの時系列でのワイパブレードの位置の変化を示す曲線192は、第1現在位置から目標位置までの時系列での位置の変化を示す曲線190よりも勾配が急であり、目標時間内でのワイパブレードの位置の変化が急激であることを示している。
その結果、図7に示したように、第2現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化を示す曲線196の極大値Max2は、第1現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化を示す曲線194の極大値Max1よりも大きくなる。
曲線196に示した目標回転速度にワイパモータの出力軸の実回転速度を追従させる場合に、ワイパモータの出力が不足すると、ワイパブレードによる払拭動作が不安定になると共に、反転位置付近での減速が間に合わずワイパブレードがオーバーランするおそれがある。
特許文献1には、目標回転速度を時々刻々演算によって求めて、ワイパモータの回転速度を円滑に変化させるモータ制御装置の発明が開示されている。
特開2013−14295号公報
しかしながら、特許文献1に記載のモータ制御装置は、目標速度を時々刻々算出する演算負荷が大きく、かかる演算を行うためのマイコンを実装すると、製品のコストが嵩むという問題点があった。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、簡易な構成でワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できるワイパ装置を提供することを目的とする。
上記目的を解決するために請求項1に記載のワイパ装置は、出力軸の回転により、第1払拭動作開始位置から目標位置までワイパブレードを払拭動作させる第1払拭動作、及び第1払拭動作開始位置よりも前記目標位置から離れた第2払拭動作開始位置から前記目標位置までワイパブレードを払拭動作させる第2払拭動作を行うワイパモータと、前記第2払拭動作の払拭時間が前記第1払拭動作の払拭時間より長くなるように前記ワイパモータを制御する制御部と、を含んでいる。
このワイパ装置によれば、払拭動作の行程が長い場合には、払拭動作に要する時間を長くすることにより払拭速度を抑制して、ワイパブレードのオーバーラン等の不安定な払拭動作を防止するので、簡易な構成でワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できる。
請求項2に記載のワイパ装置は、請求項1に記載のワイパ装置において、前記制御部は、前記第2払拭動作の払拭速度の極大値が前記第1払拭動作の払拭速度の極大値を超えないように前記ワイパモータを制御する。
このワイパ装置によれば、払拭動作の行程が長い場合には、払拭速度の極大値を低下させることにより、ワイパブレードのオーバーラン等の不安定な払拭動作を防止するので、簡易な構成でワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できる。
請求項3に記載のワイパ装置は、請求項2に記載のワイパ装置において、前記ワイパブレードの位置を検出する位置検出部と、第1払拭動作の前記第1払拭動作開始位置から前記目標位置までの払拭時間内での前記ワイパブレードの位置を予め定めた第1目標位置マップと、第2払拭動作の前記第2払拭動作開始位置から前記目標位置までの払拭時間内での前記ワイパブレードの位置を予め定めた第2目標位置マップと、を備え、前記制御部は、前記第1払拭動作の場合には、前記位置検出部が検出した前記ワイパブレードの位置が、前記第1目標位置マップに予め定められた前記ワイパブレードの位置になるように前記ワイパモータの回転を制御し、前記第2払拭動作の場合には、前記位置検出部が検出した前記ワイパブレードの位置が、前記第2目標位置マップに予め定められた前記ワイパブレードの位置になるように前記ワイパモータの回転を制御する。
このワイパ装置によれば、払拭動作開始位置から目標位置までの払拭動作でのワイパブレードの位置を予め定めた目標位置マップに基づいてワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できる。
請求項4に記載のワイパ装置は、請求項3に記載のワイパ装置において、前記ワイパブレードの位置はワイパモータの出力軸の回転角度であり、前記第1目標位置マップ及び前記第2目標位置マップの各々の前記ワイパブレードの位置は、前記出力軸の回転角度である。
このワイパ装置によれば、検出が容易なワイパモータの出力軸の回転角度と、目標位置マップとに基づいてワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できる。
本発明の実施の形態に係るワイパ装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置の構成の概略の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置において、払拭動作開始位置である現在位置から目標位置までのワイパブレードによる払拭を所定の目標時間内に実行させるようにワイパモータの回転を制御する場合の時間とワイパブレードの位置との関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置において、第1現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化と、第2現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化とを各々示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置の払拭動作制御の一例を示したフローチャートである。 ワイパブレードを現在位置から目標位置までの払拭を所定の目標時間内に実行させるようにワイパモータの回転を制御する場合の時間とワイパブレードの位置との関係を示した説明図である。 ワイパ装置の、第1現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化と、第2現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化とを各々示す説明図である。
図1は、本実施の形態に係るワイパ装置10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、ワイパ装置10の中核に相当するワイパ制御回路22とを備えている。
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。
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上を往復移動し、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。また、ウィンドシールドガラス12の下部には下反転位置P2及び格納位置P3が設けられている。
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。
クランクアーム34の一端側は、出力軸32と固定されており、クランクアーム34の他端側は、第1リンクロッド36の一端側と回動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カ所に回動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の両端がそれぞれ回動可能に連結されている。
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回動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。
本実施の形態に係るワイパ装置10では、出力軸32が正逆回転されると、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上で往復移動をする。例えば、出力軸32が回転角度θAの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、下反転位置P2と上反転位置P1との間を往復移動する。出力軸32が回転角度θBの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、格納位置P3と下反転位置P2との間を往復移動する。また、出力軸32が回転角度θCの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、格納位置P3と上反転位置P1との間を往復移動する。
本実施の形態に係るワイパ装置10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。
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回路22が接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御回路は、絶対角センサ54が検知した出力軸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上における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及び駆動回路56の制御に用いるデータを記憶したメモリ60を有して構成され、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60は、時間に対してワイパブレード28、30の位置を出力軸32の回転角度として規定した目標位置マップを記憶している。図3の目標位置マップ90、92は、本実施の形態における目標位置マップの一例である。図3に示したように、目標位置マップ90は、第1目標時間内に第1現在位置(下反転位置P2に相当)から目標位置(上反転位置P1に相当)までワイパブレードを移動させる場合のワイパブレード28、30の位置を示している。また、目標位置マップ92は、第2目標時間内に第2現在位置(格納位置P3に相当)から目標位置(上反転位置P1に相当)までワイパブレードを移動させる場合のワイパブレード28、30の位置を示している。
マイクロコンピュータ58は、ワイパスイッチ50がオンになった場合に、メモリ60に記憶されている目標位置マップ90、92と、絶対角センサ54によって検出されたワイパモータ18の出力軸32の回転角度と、時間とに従って駆動回路56を制御する。
絶対角センサ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の回転角度を検出するセンサである。絶対角センサは、一例として、磁気抵抗効果素子を用いたMRセンサであり、出力軸32の末端に設けられたセンサマグネット(図示せず)の磁界を検出する。絶対角センサ54は、出力軸32の回転によるセンサマグネットの磁界の変化に応じた信号をシリアル通信で出力し、マイクロコンピュータ58は、絶対角センサ54から入力された信号から出力軸32の回転角度を算出する。
マイクロコンピュータ58は、メモリ60に記憶された横軸が出力軸32の回転角度である目標位置マップを参照し、第1現在位置又は第2現在位置からワイパブレード28、30が払拭動作を開始した際からの経過時間に対応した位置にワイパブレード28、30が存在するようにワイパモータ18の出力軸32を回転させる電圧を生成するように駆動回路56を制御する。
駆動回路56は、ワイパモータ18に印加する電圧をPWM(pulse width modulation)によって生成する。駆動回路56は、スイッチング素子にFET(電界効果トランジスタ)を使用したHブリッジ回路を含み、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出力する。
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。
ワイパスイッチ50は、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換可能である。また、各モードの選択位置に応じた信号をマイクロコンピュータ58に出力する。
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ワイパ制御回路22に入力されると、ワイパ制御回路22がワイパスイッチ50からの出力信号に対応する制御をメモリ60に記憶されている目標位置マップ90、92に従って行うようになっている。
図2は、本実施の形態に係るワイパ装置10の構成の概略の一例を示すブロック図である。また、図2示したワイパモータ18は、一例として、ブラシ付きDCモータである。
図2に示したワイパ装置10は、ワイパモータ18のコイルの端子に印加する電圧を生成する駆動回路56と、駆動回路56を構成するスイッチング素子のオン及びオフを制御するワイパ制御回路22のマイクロコンピュータ58とを含んでいる。マイクロコンピュータ58には、ダイオード66を介してバッテリ80の電力が供給されると共に、供給される電力の電圧は、ダイオード66とマイクロコンピュータ58との間に設けられた電圧検出回路62によって検知され、検知結果はマイクロコンピュータ58に出力される。また、ダイオード66とマイクロコンピュータ58との間に一端が接続され、他端(−)が接地された電解コンデンサC1が設けられている。電解コンデンサC1は、マイクロコンピュータ58の電源を安定化するためのコンデンサである。電解コンデンサC1は、例えば、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することにより、マイクロコンピュータ58を保護する。
マイクロコンピュータ58には信号入力回路64を介してワイパスイッチ50からワイパモータ18の回転速度を指示するための指令信号が入力される。ワイパスイッチ50から出力された指令信号がアナログ信号の場合には、当該信号は信号入力回路64においてデジタル化されてマイクロコンピュータ58に入力される。
また、マイクロコンピュータ58には、出力軸32の回転に応じて変化するセンサマグネット70の磁界を検知する絶対角センサ54が接続されている。マイクロコンピュータ58は、絶対角センサ54が出力した信号に基づいて、出力軸32の回転角度を算出することにより、ワイパブレード28、30のウィンドシールドガラス12上での位置を特定する。また、マイクロコンピュータ58は、単位時間での出力軸32の回転角度の変化から、出力軸32の回転速度を算出する。
さらに、マイクロコンピュータ58は、メモリ60に記憶されている時間に対しするワイパブレード28、30の位置を規定した目標位置マップ90、92を参照して、時間に対応した位置にワイパブレード28、30が存在するようにワイパモータ18の出力軸32を回転させる電圧を生成するように駆動回路56を制御する。
駆動回路56は、図2に示すように、スイッチング素子にN型のFETであるトランジスタTr1、Tr2、Tr3、Tr4を用いたHブリッジ回路56Aを備えている。トランジスタTr1及びトランジスタTr2は、ドレインがノイズ防止コイル76を介してバッテリ80に各々接続されており、ソースがトランジスタTr3及びトランジスタTr4のドレインに各々接続されている。また、トランジスタTr3及びトランジスタTr4のソースは接地されている。
また、トランジスタTr1のソース及びトランジスタTr3のドレインは、ワイパモータ18のコイルの一端に接続されており、トランジスタTr2のソース及びトランジスタTr4のドレインは、ワイパモータ18のコイルの他端に接続されている。
トランジスタTr1及びトランジスタTr4の各々のゲートにハイレベル信号が入力されることにより、トランジスタTr1及びトランジスタTr4がオンになり、ワイパモータ18には例えばワイパブレード28、30を車室側から見て時計回りに動作させるCW電流72が流れる。さらに、トランジスタTr1及びトランジスタTr4の一方をオン制御しているとき、他方をPWM制御により、小刻みにオンオフ制御することにより、CW電流72の電圧を変調できる。
また、トランジスタTr2及びトランジスタTr3の各々のゲートにハイレベル信号が入力されることにより、トランジスタTr2及びトランジスタTr3がオンになり、ワイパモータ18には例えばワイパブレード28、30を車室側から見て反時計回りに動作させるCCW電流74が流れる。さらに、トランジスタTr2及びトランジスタTr3の一方をオン制御しているとき、他方をPWM制御により、小刻みにオンオフ制御することにより、CCW電流74の電圧を変調できる。
本実施の形態では、電源であるバッテリ80と駆動回路56との間には逆接続保護回路68及びノイズ防止コイル76が設けられると共に、駆動回路56に対して並列になるように電解コンデンサC2が設けられている。ノイズ防止コイル76は、駆動回路56のスイッチングによって発生するノイズを抑制するための素子である。
電解コンデンサC2は、駆動回路56から生じるノイズを緩和すると共に、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することにより、当該高電圧の駆動回路56に過大な電流が入力されるのを防止するための素子である。
逆接続保護回路68は、バッテリ80の正極と負極が図2に示した場合とは逆に接続された場合に、ワイパ制御回路22を構成する素子を保護するための回路である。逆接続保護回路68は、一例として、自身のドレインとゲートを接続した、いわゆるダイオード接続されたFET等で構成される。
以下、本実施の形態に係るワイパ装置10の作用及び効果について説明する。図3は、本実施の形態に係るワイパ装置10において、払拭動作開始位置である現在位置から目標位置までのワイパブレード28、30による払拭を所定の目標時間内に実行させるようにワイパモータ18の回転を制御する場合の時間とワイパブレード28、30の位置との関係を示した説明図である。図3の横軸は時間であり、縦軸はワイパモータの出力軸の回転角度(θ)で示したワイパブレードの位置であり、第1現在位置は例えば下反転位置P2であり、第2現在位置は例えば格納位置P3であり、目標位置は例えば上反転位置P1である。
図3には、第1現在位置から目標位置までの第1目標時間内での時系列でのワイパブレードの位置の変化を示す目標位置マップ90と、第2現在位置から目標位置までの第2目標時間内での時系列でのワイパブレードの位置の変化を示す目標位置マップ92と、が記載されている。また、第2現在位置から目標位置までの行程は、第1現在位置から目標位置までの行程に比して長いので、目標位置マップ92の第2目標時間は目標位置マップ90の第1目標時間よりも長くなっている。
その結果、図4に示したように、第2現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化を示す曲線96の極大値は、第1現在位置から目標位置までのワイパモータの出力軸の目標回転速度の変化を示す曲線94の極大値Maxと略同じとなる。本実施の形態では、曲線96の極大値が曲線94の極大値Max以下になるように第1目標時間に対して第2目標時間を設定する。
目標回転速度にワイパモータの出力軸の実回転速度を追従させる場合に、ワイパモータの出力が不足すると、ワイパブレードによる払拭動作が不安定になると共に、反転位置付近での減速が間に合わずワイパブレードがオーバーランするおそれがある。しかしながら、目標位置マップ92のように、払拭動作の行程が長い場合には、払拭動作に要する時間を長くすることにより、ワイパモータ18の出力軸32の回転速度を抑制して、ワイパモータ18の出力を向上させなくても払拭動作が可能になる。
図5は、本実施の形態に係るワイパ装置10の払拭動作制御の一例を示したフローチャートである。図5に示した制御は、ワイパスイッチ50がオン、特に高速作動モード選択位置に切り替えられた場合に開始される。
ステップ500では、ワイパブレード28、30の停止位置は図3の第2現在位置に相当する格納位置P3か否かを判定する。ステップ500で肯定判定の場合には、ステップ502で目標位置マップ92を用い、第2目標時間に相当する第2目標時間に基づく制御を行う。ステップ500で否定判定の場合には、ステップ504で目標位置マップ90を用い、第1目標時間に相当する第1目標時間に基づく制御を行う。
ステップ502、504の後は、ステップ506でワイパスイッチ50がオフになったか否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了する。ステップ506で否定判定の場合には、手順をステップ504に戻し、目標位置マップ90を用い、第1目標時間に基づく制御を継続する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、払拭動作の行程が長い場合には、払拭動作に要する時間を長くすることにより、ワイパモータ18の出力軸32の回転速度の極大値を抑制して、ワイパブレード28、30の払拭動作を安定させる。かかる制御では、専用部品を実装することを要しないので、簡易な構成でワイパブレードの払拭速度を円滑に制御できる。
10…ワイパ装置、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、22…ワイパ制御回路、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、50…ワイパスイッチ、52…減速機構、54…絶対角センサ、56…駆動回路、56A…Hブリッジ回路、58…マイクロコンピュータ、60…メモリ、62…電圧検出回路、64…信号入力回路、66…ダイオード、68…逆接続保護回路、70…センサマグネット、72…CW電流、74…CCW電流、76…ノイズ防止コイル、80…バッテリ、90,92…目標位置マップ、94,96…曲線、100…ワイパ装置、190,192,194,196…曲線、θA,θB,θC…回転角度、C1,C2…電解コンデンサ、Max,Max1,Max2…極大値、P1…上反転位置、P2…下反転位置、P3…格納位置、Tr1,Tr2,Tr3,Tr4…トランジスタ

Claims (4)

  1. 出力軸の回転により、第1払拭動作開始位置から目標位置までワイパブレードを払拭動作させる第1払拭動作、及び第1払拭動作開始位置よりも前記目標位置から離れた第2払拭動作開始位置から前記目標位置までワイパブレードを払拭動作させる第2払拭動作を行うワイパモータと、
    前記第2払拭動作の払拭時間が前記第1払拭動作の払拭時間より長くなるように前記ワイパモータを制御する制御部と、
    を含むワイパ装置。
  2. 前記制御部は、前記第2払拭動作の払拭速度の極大値が前記第1払拭動作の払拭速度の極大値を超えないように前記ワイパモータを制御する請求項1に記載のワイパ装置。
  3. 前記ワイパブレードの位置を検出する位置検出部と、
    第1払拭動作の前記第1払拭動作開始位置から前記目標位置までの払拭時間内での前記ワイパブレードの位置を予め定めた第1目標位置マップと、
    第2払拭動作の前記第2払拭動作開始位置から前記目標位置までの払拭時間内での前記ワイパブレードの位置を予め定めた第2目標位置マップと、
    を備え、
    前記制御部は、前記第1払拭動作の場合には、前記位置検出部が検出した前記ワイパブレードの位置が、前記第1目標位置マップに予め定められた前記ワイパブレードの位置になるように前記ワイパモータの回転を制御し、前記第2払拭動作の場合には、前記位置検出部が検出した前記ワイパブレードの位置が、前記第2目標位置マップに予め定められた前記ワイパブレードの位置になるように前記ワイパモータの回転を制御する請求項2に記載のワイパ装置。
  4. 前記ワイパブレードの位置はワイパモータの出力軸の回転角度であり、
    前記第1目標位置マップ及び前記第2目標位置マップの各々の前記ワイパブレードの位置は、前記出力軸の回転角度である請求項3に記載のワイパ装置。
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