JP4126016B2 - 対向式の２つのワイパを有するウィンドウワイパ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、対向式の２つのワイパを有するウィンドウワイパ装置に関する。対向式のワイパでは、ウィンドウワイパ装置のワイパは逆方向に運動する。ここではこれらのワイパは１つの駆動器によって作動され、これらの２つのワイパは、単一の機構を介して互いに結合され、これらのワイパが動作時に衝突しないようにされている。
【０００２】
これまでは対向式のワイパの角度設定値は手動で調整されている。この調整は、個々に手動で決定されるワイパの所定の角度位置に基づいて行われ、ここでこの角度位置はワイパが互いに接触しない角度位置である。引き続きこれらの角度位置は、３次の曲線部分からなる制御曲線によって互いに接続される。これはつぎのような欠点を有する。すなわち、衝突に対する保護が必ずしも得られないことおよびワイパが衝突するか否かはむしろ開発者の経験に依存しているという欠点を有するのである。さらに曲線経過は制御に対して適切でない。それは上記の曲線は時間について１回だけしか微分できず、これによって目標経過は加速の過程で不安定になるからである。これはワイパのがたつきに結び付いてしまうのである。
【０００３】
したがって本発明の課題は、対向式のワイパの駆動制御を構成して、ワイパが動作時にがたつかず、かつ衝突しないようにすることである。
【０００４】
この課題は、請求項１に記載されたウィンドウワイパ装置によって解決される。
【０００５】
本発明の別の実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明では、対向式の２つのワイパを有するウィンドウワイパ装置が設けられており、ここでこれらのワイパはそれぞれ別個のモータを介して駆動される。さらに制御信号を介して上記のモータを互いに独立して駆動制御するため制御ユニットが設けられている。上記の制御ユニットによってワイパのモータが駆動制御されて、時間に依存するワイパの角度位置が三角関数φ(ｔ)にしたがって設定される。
【０００７】
本発明の実質は、対向式の２つのワイパを有するウィンドウワイパ装置に対する制御ユニットを提供することにある。この制御ユニットにより、従来技術の欠点、例えばワイパのがたつきおよび場合によって発生するワイパの衝突を回避する。例えば、ワイパは反転位置の近くでがたつく傾向が高い。これに関連して本発明では、上記の制御ユニットを構成して、ワイパ角度が実質的に三角関数であるようにする。この三角関数はつぎのような利点を有する。すなわち、三角関数は何回でも時間について微分可能であり、ワイパの加速の過程で不安定にならず、そのため一方ではがたつきを回避することができ、他方でワイパの運動に要する電気エネルギーが最小化されるという利点を有するのである。
【０００８】
さらに三角関数はワイパの制御に有利である。それは、対向式のワイパの衝突を回避するための条件を比較的簡単に定めることができるからである。
【０００９】
制御の基礎になるワイプ過程の基礎的な要素は、三角関数、例えば正弦および余弦関数である。無限に滑らかであり、時間について何回でも微分可能である。すなわち、例えば加速度変化についての突然の衝撃をシステムにもたらすことがない。さらにこの三角関数によりつぎのような可能性が得られる。すなわちダイナミックな物理的モデルに基づいて予備制御をこれらの三角関数から直接計算することができるのである。このような予備制御により、制御を格段に改善することが可能である。
【００１０】
三角関数を使用してワイパを制御するとさらにつぎのような利点が得られる。すなわち、ワイプ過程をわずかなパラメタを介して一義的に決定するできるという利点が得られるのである。これにより、簡単かつ効率的に上記の制御を使用可能である。
【００１１】
本発明では上記の三角関数は、つぎのようになる。
【００１２】
【数３】

【００１３】
ここでφ_ＢＳは助手席側の目下の角度に、またφ_ＦＳは運転者側の目下の角度に相応する。φ_ｍａｘはワイプ領域を、またωはワイパの周期時間に依存する角速度を示す。γはワイプ運動の位相角を示す。ｋおよびｑは、２つのワイパの衝突が回避されるように選択されたパラメタである。このように選択された三角関数を用いることにより、ワイパががたつかない、対向式のワイパを有するウィンドウワイパ装置を提供することができる。それはワイパの加速度の跳躍的な変化が回避されるからである。さらにパラメタｋおよびｑを決定することにより、比較的簡単にワイパを互いにずれた位相で駆動することができるため、衝突が回避される。
【００１４】
有利には、パラメタｋおよびｑを選択して、ワイパのうちの１つのワイプ速度が少なくとも１つの反転位置において最小値を上回り、これによってウィンドウガラスにおけるワイパのがたつきが回避されるようにする。殊にワイパのがたつきが発生し得るのは、ワイプ速度が小さすぎる場合であるため、パラメタｋおよびｑを固有に選択することによって、ワイパの速度が反転位置の近くで、該当する最小値を上回るようにするのである。
【００１５】
さらに、ｋおよびｑを選択して、ワイパの角度経過が、上部の反転位置と下部の反転位置との間でワイパ運動の方向変化なしに進行するようにすると有利である。
【００１６】
本発明の有利な実施形態を以下、添付の図面に基づき詳しく説明する。ここで、
図１は、本発明によるウィンドウワイパ装置の概略構造を示しており、
図２は、φ_ＦＳおよびφ_ＢＳに対する様々な時間経過をｋおよびｑに依存してを示しており、
図３は、ｙ ＝ ｇｃｘ′と、媒介変数表示ｘ ＝ φ_ＦＳ(ｔ)，ｙ ＝ φ_ＢＳ(ｔ)とを比較するｘｙ線図を示しており、
図４は、式５をパラメタｐ ＝ ３で示している。
【００１７】
図１には、対向式の２つのワイパを有するウィンドウワイパ装置の有利な実施形態が概略的に示されている。このウィンドウワイパ装置は、運転者側のワイパ１および助手席側のワイパ２を有する。運転者側のワイパ１には、運転者側のワイパアーム３および運転者側のワイパブレード５とが含まれており、これは運転者側のワイパアーム３の端部に取り付けられている。助手席側のワイパ２には、助手席側のワイパアーム４および助手席側のワイパアーム６が含まれている。
【００１８】
ワイパアーム３，４のそれぞれの他方の端部には駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳが接続されている。運転者側の駆動器Ｍ_ＦＳは、運転者側のワイパ１を駆動し、助手席側の駆動器Ｍ_ＢＳは、助手席側のワイパ２を駆動する。運転者側駆動器Ｍ_ＦＳおよび助手席側駆動器Ｍ_ＢＳはそれぞれ制御ユニット７に接続されており、この制御ユニットが駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳを所定の角度位置にしたがって運動させる。駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳの制御は有利にはパルス幅変調によって行われ、ここで調整量として、分岐電流（Zweigstrom）が駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳに出力される。制御ユニット７において制御を行うため、制御ユニット７は駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳからそれぞれ位置および／または運動データないしは速度データを受け取って、これらからつぎの調整量を求める。
【００１９】
制御ユニット７は、運転者側のワイパ５に対して、また助手席側のワイパ６に対して調整すべき角度を、三角関数にしたがって調整するように構成されている。すなわち、角度経過は、これまで通例であるのとは異なり、経験的に決定されたワイパ位置間に挿入される３次の曲線部分から求められるのではなく、形状パラメタを有する三角関数を基礎にすることによって求められる。ここでこの形状パラメタは、ワイパのがたつきと、ワイパの衝突とを回避できるように選択される。
【００２０】
ワイパ装置を説明するためにつぎの符号を使用する。すなわち、助手席側に関連するパラメタにはインデックスBSを、また運転者側に関連するパラメタにはインデックスFSを付与する。２つのワイパアーム３，４の回転中心点Ｄ１，Ｄ２間の間隔はｄで示されており、ａはワイパアームの長さ、ｒはワイパブレード５，６の長さの半分である。ｌは、回転中心点Ｄ１，Ｄ２と、相応するワイパブレード５，６の先端部との間の想定される接続線の長さを示す。
【００２１】
【外１】

【００２２】
ワイパアーム角度の時間的な経過は、ワイパの衝突が起こり得ないように決定しなければならない。２つのワイパ駆動器Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳがワイパサイクルにわたってほぼ同じ仕事を成し遂げるようにするため、ワイパ経過は同じ形状を有するべきであり、これら単に横軸方向に鏡映されシフトされる。式で表すとこのことは、
φ_ＦＳ ＝ Ｆ(ｔ)
φ_ＢＳ ＝ −Ｆ(ｔ−τ)＋κ
【００２３】
【外２】

【００２４】
三角関数を選択する際に純粋な正弦関数は、下側の反転位置において衝突を発生してしまうため、使用することができない。そのため、一方の反転位置において純粋な正弦関数よりも幅が広く、他方の反転位置において幅の狭い正弦波状の関数が必要である。
【００２５】
この変形は、ワイパ運動中に衝突が発生しないように選択しなければならない。
【００２６】
他方で目標軌道の曲率は反転位置において小さすぎてはならない。それは反転位置において速度が小さすぎる場合、ワイパゴムが一時的にウィンドウガラスにひっついてしまうことがあり、ひいてはワイパがウィンドウガラスでがたついてしまうからである。
【００２７】
所望の三角関数は正弦および余弦成分から構成することができる。上記の三角関数は正弦および余弦成分の和から最も良好に構成されることが確認された。正弦関数に、２倍の周波数と１のオフセットとを有する余弦関数を加算する。この余弦関数みファクタｋで重み付けされる。このパラメタｋを介してこの関数の変形（でこぼこ）を変更することができる。目標軌道が反転位置において平らになりすぎないようにするため、３倍の周波数を有する別の正弦成分を加算する。
【００２８】
【外３】

【００２９】
として定められ、ここでω ＝ ２π／Ｔは角速度、Ｔは周期時間、γ ＝ π／２はワイプ運動の位相角を示す。パラメタｋおよびｑは、２つのワイパの衝突が回避されるように選択される。
【００３０】
【外４】

【００３１】
ｙ軸は角度、ｘ軸は時間を秒で示している。０．５秒後、２つのワイパアームが上部の反転位置に到達する。図２ａに示された曲線において反転位置近くの傾きは、この反転位置近くの速度を示す。この個所で傾きが小さすぎると、すなわちワイパが緩慢に運動すると、ワイパのくっつきが発生し、ひいてはがたつきが発生してしまうことがある。１秒後、２つのワイパは下側の反転位置に到達する。ここでもワイパアームの速度は、反転位置近くにおいて最小値を上回らなければならず、さらにつの曲線は下側の反転位置近くにおいて十分な間隔を有し、ワイパアームの衝突が発生しないようにしなければならない。
【００３２】
【外５】

【００３３】
図２ｃでは角度経過がパラメタｋ ＝ ２およびｑ ＝ ２で示されている。ここからわかるのは、速度は反転位置において十分に大きいが、一時的な方向逆転が上側の反転位置と下側の反転位置との間で発生することである。これは不合理である。なぜならばワイパは連続して上側の反転位置から下側の反転位置に進行し、またこの逆に進行すべきだからである。それはそうでなけば視界が、往復運動するワイパによって妨害されてしまうからである。
【００３４】
図２ｄにはワイパの角度経過がパラメタｋ ＝ ５およびｑ ＝ １５に対して示されている。ここでは上側の反転位置と下側の反転位置との間の連続的なワイプ過程、上側および下側の反転位置近くにおける十分な傾き、ならびに運転者側のワイパ１および助手席側のワイパ２に対する角度経過の十分な間隔が識別される。
【００３５】
図２ｄに示されたワイパの経過は有利な経過を表している。以下では、どのようにすれば有利なパラメタｋおよびｑを見つけることできるかを示す。
【００３６】
【外６】

【００３７】
【外７】

【００３８】
２つの回転中心点間の間隔をｄで示し、また想定される三角形の高さは２ｈである。この場合にはつぎが成り立つ。
【００３９】
【数４】

【００４０】
を選択する際には、ワイパの衝突は発生しない。
【００４１】
さて課題は、ｑおよびｋを選択して、上記の条件（３）を満たすようにすることである。
【００４２】
【外８】

【００４３】
【外９】

【００４４】
【外１０】

【００４５】
ここでρ≧１であり、それはρ≧ｄ／２だからである。この式はｑまたはｋについて変形することができ、
ｑ ≧ ９ｋ(１−ρ)／(ρｋ−ｋ−４−４ρ) （５）
ｋ ≦ ４ｑ(１＋ρ)／(−ｑ−９＋ρｑ＋９ρ) （６）
である。
【００４６】
以下では、運転者側のワイパ経過について、どのようにｋおよびｑが選択されるかを検討する。図４にはｋおよびｑに対して許容される領域が式（５）にしたがって示されている。所定のｑにおいて、対応するｋが式（５）のグラフ近くになければならないことがわかる。ｋを大きく選択すればするほど、各駆動器はワイパをそれだけゆっくり加速する。それは正弦曲線の歪みが小さくなるからである。他方では、ｋ＝４(ρ＋１)／(ρ−１)において式（５）により特異点が生じる。Ｋは上記にしたがいｋ≦４(ρ＋１)／(ρ−１)によって制限される。
【００４７】
これらの考察から出発してｑを図４に示した
ｑ ＝ ９ｋ(１−ρ)／(ρｋ−ｋ−４−４ρ) （７）
のグラフ上にとる。
【００４８】
さらに未知のパラメタｋを決定しなければならない。パラメタｋをその上限近くで選択すると、ｑは影響しなくなる。すなわち、反転位置において付加的な曲率は形成されないのである。これは図２ｂに示されている曲線経過に相応することになる。
【００４９】
その一方でｑをあまりに小さく選択してはならない。それはこれにより、ｔ ＝ Ｔ／４の位置で大きな歪みが生じてしまうからである。これは図２ｃに示されている曲線経過に相応することになる。
【００５０】
ワイパ駆動器のシステムパラメタは、時間についての有限次の導関数によって計算することができる。これらのシステムパラメタは、電流、電圧、モータ角度、モータ回転数、ワイパ回転数などとすることができる。式（１ａ）および（１ｂ）は、時間について何回でも微分可能であるため、ここから直接、駆動モータにおける電圧ｕおよびアーマチュア回路の電流Ｉを、ｋと時間ｔとに依存して計算することができる。コスト関数（Kostenfunktion）として、例えば、１サイクル中に使用されるエネルギーを選択することができる。
【００５１】
【数５】

【００５２】
パラメタｋはつぎの方式で見つける。すなわち、
− 式（７）にしたがってｑ(ｋ)を計算する；
− 逆系（inverse System）を介してＵおよびＩを計算する；
− ｋに対してコスト関数を形成する；
− Ｋが最小になるまでｋを変化させる。
【００５３】
Ｋ(ｋ)の最小値を見つけるため、簡単な数値的な方法、例えばシンプレックス法を使用可能である。
【００５４】
式（５）にしたがって衝突回避の条件を導き出す際には、ワイパの幾何学的な配置を簡略化して三角形と仮定した。実際にはワイパ間の最小間隔はより大きい。それはこれらが下側の反転位置が直接重なってはいないからである。それにもかかわらず式（５）により、理にかなって計算できるようにするため、下側のワイパの長さを短縮することができる。このために式（４）においてｌ ＝ ｌ+ｓとし、ｆを負に選択する。正のｓを選択する際には２つのワイパ間の安全な間隔を大きくすることができる。
【００５５】
ワイパのワイパ経過を決定するために三角関数を選択することによって、複数の利点を得ることができる。まずワイパ駆動器のシステムパラメタ、例えば電流、電圧、モータ角度、モータ回転数およびワイパ回転数を有限次の時間の導関数によって比較的簡単に計算することができる。これは三角関数では殊に容易である。また条件、例えば衝突回避条件、すなわち反転位置の近くにおける最小速度を定めることができ、ここでこれはパラメタによって比較的簡単に所定の三角関数に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発明によるウィンドウワイパ装置の概略構造を示す図である。
【図２】 φ_ＦＳおよびφ_ＢＳに対する様々な時間経過をｋおよびｑに依存して示す線図である。
【図３】 ｙ ＝ ｇｃｘ′と、媒介変数表示ｘ ＝ φ_ＦＳ(ｔ)，ｙ ＝ φ_ＢＳ(ｔ)とを比較するｘｙ線図である。
【図４】 式５をパラメタｐ ＝ ３で示す線図である。

Claims (3)

1. 対向式の２つのワイパ（１，２）を有するウィンドウワイパ装置において、
   前記ワイパはそれぞれ別個のモータ（Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳ）を介して駆動され、
   制御信号を介して前記モータ（Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳ）を互いに独立して駆動制御するために制御ユニット（７）が設けられており、
   該制御ユニット（７）によって前記のワイパ（１，２）のモータ（Ｍ_ＦＳ，Ｍ_ＢＳ）が駆動制御されて、時間に依存するワイパの角度位置が三角関数φ(ｔ)によって設定され、
   助手席側のワイパ（２）に対する三角関数は
   

   

   に相応し、
   運転者側のワイパ（１）に対する三角関数は、
   

   

   に相応し、ここでφ _ＢＳ は助手席側の目下の角度に、またφ _ＦＳ は運転者側の目下の角度に相応し、φ _ｍａｘ はワイパ領域を示し、ωは、周期時間に依存する角速度に相応し、γはワイパ運動の位相角に相応し、
   ｋおよびｑは、２つのワイパの衝突を回避するように選択したパラメタであることを特徴とする、
   対向式の２つのワイパ（１，２）を有するウィンドウワイパ装置。
   請求項１に記載のウィンドウワイパ装置。
2. ｋおよびｑを選択して、少なくともワイパ（１，２）の反転位置にてワイプ速度が最小値を上回るようにし、これによってウィンドウガラスにおけるワイパ（１，２）のがたつきが回避されるようにした、
   請求項１に記載のウィンドウワイパ装置。
3. ｋおよびｑを選択して、ワイパの角度経過が、上側の反転位置から下側の反転位置にてワイパ運動の方向変化なしに進行するようにする、
   請求項１または２に記載のウィンドウワイパ装置。

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