JP4443456B2

JP4443456B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP4443456B2
Application number: JP2005109814A
Authority: JP
Inventors: 俊之天笠
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JP2005212788A

Description

本発明は、車両に設けられる第１と第２の駆動装置をそれぞれ駆動する２つの減速機構付きモータの作動を制御する制御装置に適用して有効な技術に関するものである。

フロントガラスの大型化に伴う払拭面積増大や横方向の視界向上のため、フロントガラスの左右両端側にワイパアームの回転中心を配し、フロントガラスの両サイドから中央に向かってワイパブレードが作動するいわゆる対向払拭型のワイパ装置が採用されてきている。

この対向払拭型のワイパ装置では、まず車両中央部にワイパ駆動用のモータを配置し、リンク機構を介して左右のワイパブレードを対向作動させている。すなわち、モータの回転軸にクランクアームを取り付けるとともに、上下中間位置が枢支された中間リンクを設け、その一端側とクランクアームとを連結ロッドにて接続させる。これにより、モータの回転運動は中間リンクの往復揺動運動に変換される。そして、中間リンクの上下両端部を駆動ロッドを介してフロントガラス両端部から突出する左右のワイパ軸の駆動レバーに連結させ、左右のワイパアームを対向的に作動させている。

ところが、対向払拭型のワイパ装置をこのように１個のモータで駆動しようとすると、前述のようにほぼ車両の全幅に等しい駆動機構を要し、機構が大がかりとなり、かつその重量も大きくなるという問題があった。そこで、このような問題を解決すべく、左右のワイパブレードをそれぞれ別個にモータ駆動する方式が開発されている。

この場合、左右のモータはそれぞれ図４に示したような駆動回路によって別個に制御駆動される。図４は、対向払拭型ワイパ装置のモータ駆動回路の一例を示す回路構成図であり、ワイパ駆動状態の場合を示している。ここでは、モータ５１はモータ駆動制御装置５２からの指示に基づき駆動素子５３によって駆動され、そのオン・オフは、ワイパスイッチ５４によって行われる。なお、動作中にワイパスイッチ５４をオフした場合であっても、リレープレート５５の働きによりワイパブレードは所定位置でオートストップするようになっている。

しかしながら、左右のワイパブレードの動作に異常が生じた場合に、リレープレート５５の駆動域において駆動素子５３をオフしてモータ５１を一時停止させると、回路構成がオープンとなってしまい外力の影響を受け易いという問題がある。すなわち、ワイパブレード等に力が加わると、回路がオープンであるため電磁制動が働かず、外力がモータ静止力よりも大きい場合、モータがその力に抗しきれず回転してしまう。このため、ワイパブレードを停止させて待機している時に、雪などがワイパブレード上などに落下して来ると、ワイパブレードが動いてしまい他方側のワイパブレードと干渉してしまうおそれがある。

また、モータを一方向に回転させ、モータの回転と同期して発生されるパルスを角度データとして用いてワイパブレードの位置制御を行うような場合、外力によってモータが決められた回転方向とは逆の方向に回転されると制御用の角度データが狂ってしまうという問題もある。すなわち、角度データとして利用されるパルスは回転方向に関係なく発生するため、逆方向の回転も正転方向の動作としてカウントされ、その分実際のワイパブレードの位置と角度データがずれてしまうことになる。従って、このような誤った角度データに基づいてワイパ制御を行うと、ワイパブレードが所望の動作をしないばかりかワイパブレード同士が衝突してしまうおそれがある。

本発明の目的は、ワイパ駆動回路がオープン状態の時にワイパブレードやワイパアームに外力が作用してもワイパ駆動用モータが逆転しないようにすることにある。

本発明のモータ制御装置は、車両に設けられる第１と第２の駆動装置を駆動する第１と第２のモータの作動を制御するモータ制御装置であって、前記第１と第２のモータは、ステータ内に回転自在に支承されるアーマチュアシャフトと、前記アーマチュアシャフトに支持されるアーマチュアとを備えた電動機部と、前記電動機部の前記アーマチュアシャフトの回転が伝達されるウォームと、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、前記ウォームホイールに取り付けられた出力軸とを備えた減速部と、前記電動機部の前記アーマチュアシャフトに取り付けられ、前記アーマチュアシャフトとともに回転するマグネットと、前記マグネットの近傍に設けられ、前記マグネットの極変化を捉えて前記アーマチュアシャフトの回転状態を示す回転パルスを検出するパルス検出部と、前記電動機部と前記減速部と前記パルス検出部とを収容するハウジングと、をそれぞれ有し、前記第１のモータに接続され、前記第１のモータに駆動電流を供給する第１のモータ駆動装置と、前記第２のモータに接続され、前記第２のモータに駆動電流を供給する第２のモータ駆動装置と、前記第１と前記第２のモータ駆動装置と前記第１と第２のモータのパルス検出部とに接続され、前記第１のモータのパルス検出部からの回転検出信号をマイクロコンピュータで処理して前記第１のモータによって駆動される前記第１の駆動装置の絶対的な移動位置を算出し、前記第１のモータ駆動装置に制御信号を送出するとともに前記第２のモータのパルス検出手段からの回転検出信号を前記マイクロコンピュータで処理して前記第２のモータによって駆動される前記第２の駆動装置の絶対的な移動位置を算出し、前記第２のモータ駆動装置に制御信号を送出する駆動制御装置とを有し、前記電動機部の前記アーマチュアシャフトには、前記電動機部の前記アーマチュアと前記減速部の前記ウォームの間に、前記アーマチュアの回転力を前記ウォームへ伝達する一方、対応するモータの回転が停止しているときに、該モータに駆動される前記駆動装置に外力が加えられることによって、前記出力軸に加えられた外力による回転力が前記ウォームホイール及び前記ウォームに伝達された際に、前記ウォームに伝達された回転を前記アーマチュアへ伝達しないワンウェイクラッチが設けられ、前記マグネットは、前記ワンウェイクラッチと前記アーマチュアとの間において、前記アーマチュアシャフトに取り付けられていることを特徴とする。

本発明のモータ制御装置は、制御プログラムが記憶された第１のメモリと情報を格納する第２のメモリとを前記駆動制御装置に設け、前記第１と第２のメモリを前記マイクロコンピュータに接続し、前記第１と第２のモータのパルス検出部からの回転検出信号を前記第１のメモリに記憶された制御プログラムにしたがって前記マイクロコンピュータにより処理して前記第１と第２の駆動装置の作動位置を算出し、前記第２のメモリに当該作動位置の位置情報を格納するとともに、前記位置情報に基づいて前記第１と第２のモータ駆動装置へ制御信号を送出することを特徴とする。

そして、前記構成により、駆動装置に外力が作用しても駆動装置がそのまま逆転して駆動装置が外力の為すがままに動いてしまうことがない。従って、モータの逆転により角度データがずれることを防止することができる。

本発明にあっては、例えばアーマチュアシャフトなど、モータ内にモータの逆転防止用のワンウェイクラッチ機構を設けたことにより、例えば、モータ駆動回路がオープン状態の場合に出力軸に外力が作用してもモータがそのまま逆転してしまうことがない。従って、モータの逆転により位置角度情報がずれて駆動装置が作動不良を起こしたりすることを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、対向払拭型ワイパ装置の構成およびその制御系の概略を示す説明図である。

図１において、符号１は本発明の車両に設けられる第１と第２の駆動装置としてのワイパ装置であり、ワイパ装置１は、運転席側（以下、ＤＲ側と略す）と助手席側（以下、ＡＳ側と略す）を対向配置しＤＲ側ワイパブレード２ａとＡＳ側ワイパーブレード２ｂ（以下、ワイパブレード２ａ，２ｂと略す）を下反転位置において上下に重合させたいわゆる対向払拭型の構成となっている。このワイパ装置１では、ＤＲ側とＡＳ側にそれぞれ第１のモータとしてのＤＲ側モータ３ａと第２のモータとしてのＡＳ側モータ３ｂ（以下、モータ３ａ，３ｂと略す）が別個に設けられており、各ワイパブレード２ａ，２ｂの位置情報（位置角度θａ，θｂ）に基づいて各々別個に制御されるようになっている。なお、符号における「ａ，ｂ」は、それぞれＤＲ側とＡＳ側に関連する部材や部分であることを示している。

ワイパブレード２ａ，２ｂには、図示しないブレードラバー部材が取り付けられている。そして、このブレードラバー部材を車両のフロントガラス上に密着させて移動させることにより、図１に２点鎖線にて示した払拭領域４ａ，４ｂに存在する水滴等が払拭される。ワイパブレード２ａ，２ｂは、ワイパ軸５ａ，５ｂを中心に左右に揺動運動を行うワイパアーム６ａ，６ｂに支持されている。ワイパアーム６ａ，６ｂには、ワイパ軸５ａ，５ｂと対称に駆動レバー７ａ，７ｂが配設されている。また、駆動レバー７ａ，７ｂの端部には連結ロッド８ａ，８ｂが取り付けられている。この連結ロッド８ａ，８ｂの他端側は、モータ３ａ，３ｂによって回転されるクランクアーム９ａ，９ｂの先端部に接続されている。そして、モータ３ａ，３ｂの回転に伴ってクランクアーム９ａ，９ｂが回転し、この動きが連結ロッド８ａ，８ｂを介して駆動レバー７ａ，７ｂへと伝達され、モータ３ａ，３ｂの回転運動がワイパアーム６ａ，６ｂの揺動運動に変換されるようになっている。

モータ３ａ，３ｂは、それぞれ別個に設けられた駆動回路、すなわちモータ３ａ，３ｂに接続され、モータ３ａ，３ｂに駆動電流を供給する第１のモータ駆動装置としてのＤＲ側モータ駆動装置１０ａと第２のモータ駆動装置としてのＡＳ側モータ駆動装置１０ｂによって駆動される。また、モータ３ａ，３ｂには、ホール素子やロータリエンコーダ等を用いて、モータ３ａ，３ｂの回転状態を検出し、回転検出信号を発生する、第１の回転検出手段としてのＤＲ側回転検出装置１１ａと第２の回転検出手段としてのＡＳ側回転検出装置１１ｂが接続されており、その回転角度が検出できるようになっている。この場合、各モータ駆動装置１０ａ，１０ｂは、ワイパ駆動制御装置１２により制御されており、各回転検出装置１１ａ，１１ｂの検出値もこのワイパ駆動制御装置１２に送られるようになっている。

図２は、本発明によるワイパ装置１で用いられるワイパ駆動制御装置１２の回路構成を示すブロック図である。図２に示したように、当該ワイパ駆動制御装置１２は、ＣＰＵ２１を中心として、Ｉ／Ｏインターフェース２２と、タイマ２３、ＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５がバスライン２６を介して互いに接続されたマイクロコンピュータと、その周辺回路とから構成される。そして、各回転検出装置１１ａ，１１ｂからの信号を処理し、各モータ駆動装置１０ａ，１０ｂに制御信号を送出する。

Ｉ／Ｏインターフェース２２には、ＤＲ側回転検出装置１１ａと、ＡＳ側回転検出装置１１ｂ、ＤＲ側モータ駆動装置１０ａ、ＡＳ側モータ駆動装置１０ｂが接続されている。また、ＲＯＭ２４には制御プログラムおよび各種制御用固定データが記憶されており、ＲＡＭ２５にはデータ処理した後の各モータ駆動装置１０ａ，１０ｂへの出力信号や、ＣＰＵ２１にて演算処理したデータが格納される。そして、ＣＰＵ２１では、ＲＯＭ２４に記憶されている制御プログラムに従い、ワイパ装置１の駆動制御を実行する。

一方、図３は本発明によるワイパ装置１に用いられるモータ３ａ，３ｂの一例の構成を示す説明図である。なお、モータ３ａ，３ｂは同一の構成であるため、モータ３ａを例にとって説明する。

当該モータ３ａは、電動機部３１と動力出力部３４とをハウジング３８に格納した構成となっている。この場合、電動機部３１は、ハウジング３８に固定されたステータ３２と、ステータ３２内に回転自在に支承されたアーマチュアシャフト３３と、アーマチュアシャフト３３に支持されるアーマチュア３９と、コミュテータ等の電動機を構成する公知の部材（図示せず）とから構成されている。また、動力出力部３４は、アーマチュアシャフト３３とワンウェイクラッチ（ワンウェイクラッチ機構）４０を介して連結されたウォーム３７と、出力軸３５に取り付けられウォーム３７と噛合するウォームホイール３６とを有する構成となっている。そして、動力出力部３４の出力軸３５にクランクアーム９ａが取り付けられ、モータ３ａの回転がクランクアーム９ａ、連結ロッド８ａを介して駆動レバー７ａへと伝達されるようになっている。

この場合、アーマチュアシャフト３３の回転は、ワンウェイクラッチ４０の働きにより、一方向の回転、つまりモータ３ａについて予め設定された所定回転方向に関してはその回転がウォーム３７に伝達される。これに対し、ワイパブレード２ａやワイパアーム６ａが外力を受けて、出力軸３５が所定回転方向と逆の回転力を受けた場合、ウォームホイール３６やウォーム３７もまた所定回転方向と逆の回転力を受ける。しかしながら、当該モータ３ａでは、アーマチュアシャフト３３とウォーム３７との間にワンウェイクラッチ４０が介在しており、かかる回転力はアーマチュアシャフト３３側には伝達されない。

すなわち、ワイパブレード２ａから出力軸３５を介して入力される所定回転方向と逆方向の回転は、ワンウェイクラッチ４０の空転側の回転方向となり、アーマチュアシャフト３３には、通常モータ３ａの静止保持力よりも小さな値となるワンウェイクラッチ４０の空転トルクのみが加わる。このため、駆動回路がオープン状態の時にウォーム３７にモータ３ａの静止保持力より大きな回転力が加わっても、その力はワンウェイクラッチ４０によって逃がされモータ３ａが逆転してしまうことはない。

一方、アーマチュアシャフト３３にはマグネット４１が取り付けられている。そして、マグネット４１の近傍には、ホール素子等からなりマグネット４１の極変化を捉えてモータの回転状態を示す回転パルスを検出するパルス検出部４２が設けられている。なお、図３の例におけるパルス検出部４２は、図１におけるＤＲ側回転検出装置１１ａに相当するものであり、図１においては制御系の構成を明確化するためこれをモータ３ａの外部に設けた構成を示したが、図３の場合にはこれをモータ３ａのハウジング３８内に設けるようになっている。

このような構成からなるワイパ装置１では、ＣＰＵ２１において、各回転検出装置１１ａ，１１ｂからの回転パルスによって各ワイパブレード２ａ，２ｂの位置角度を算出し、さらにその値から両者の位置角度差を求める。この場合、ＣＰＵ２１では、各回転検出装置１１ａ，１１ｂから取得した回転パルスの累積数から現在のワイパブレード２ａ，２ｂの位置角度、つまり絶対的な移動位置を算出する。なお、回転パルス累積数をそのまま位置角度として取り扱っても良い。

ＣＰＵ２１は、両ワイパブレード２ａ，２ｂの間の位置角度差が、各ワイパブレード２ａ，２ｂの位置角度毎に予め設定された目標値となるようにモータ３ａ，３ｂを制御する。すなわち、両ワイパブレード２ａ，２ｂの位置角度差が目標よりも小さくなったとき（近付いたとき）は、先行側のモータ出力を上げ、追従側のモータ出力を下げて目標位置角度との差を縮めるようにする。また、位置角度差が目標よりも大きくなったとき（離れたとき）は、先行側のモータ出力を下げ、追従側のモータ出力を上げ目標位置角度との差を縮める。なお、このとき目標とされる位置角度差は、各ワイパブレード２ａ，２ｂについて、相手方との対応を有するマップの形でそれぞれ別個にＲＯＭ２４に格納されており、モータ３ａ，３ｂはこのマップに基づいて、移動速度の異なるワイパブレード２ａ，２ｂを自らの位置角度のみならず他方の位置角度をも勘案して制御される。

このような制御過程において、図４に示した回路のワイパスイッチ５４がオフされた状態で、例えばＤＲ側がＡＳ側に先行していた場合、下反転位置にてワイパブレード２ａ，２ｂを停止させるにはＤＲ側を一旦止めてＡＳ側を先行させる必要がある。ここで、このようにＤＲ側の駆動素子５３をオフしてワイパブレード２ａを一旦止めた時に、ワイパブレード２ａに対しモータ３ａを逆転させる方向の外力が作用したとする。この際、従来のモータ３ａでは、リレープレート５５で駆動素子５３がオフとなると回路がオープン状態となり、この外力がモータの静止保持力を超えるとモータ３ａは逆転しワイパブレード２ａがこの外力によって動かされる。

しかしながら、当該モータ３ａでは、このような外力が加わっても前述のようにワンウェイクラッチ４０によってこの外力を逃がし、これによりモータ３ａが逆転されるのを防止している。従って、モータ３ａが逆転して回転パルスが累積され、ワイパブレード２ａの位置角度のデータが狂ってしまうという事態を避けることができる。また、ワイパブレード２ａが動いて他方のワイパブレード２ｂと干渉してしまうという事態も防止できる。

本発明は前記実施の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いうまでもない。

例えば、前述の実施の形態では、ワンウェイクラッチ４０をアーマチュアシャフト３３に設けた例を示したが、モータ３ａ，３ｂがワイパブレード２ａ，２ｂやワイパアーム６ａ，６ｂに加わる外力によって逆転しない構成であれば良い。また、ワンウェイクラッチ４０は、一回転方向の回転力は伝達するが逆転方向の回転力に対して逆転を防止する形態のものであれば良く、ローラやボールによるいわゆるベアリングクラッチのみならず、ラチェット式のクラッチやスプリングクラッチなど種々のものが採用し得る。

対向払拭型ワイパ装置の構成およびその制御系の概略を示す説明図である。図１のワイパ装置において用いられるワイパ駆動制御装置の回路構成を示すブロック図である。図１のワイパ装置で使用されるモータの構成を示す説明図である。対向払拭型ワイパ装置のモータ駆動回路の一例を示す回路構成図である。

符号の説明

１ワイパ装置
２ａＤＲ側ワイパブレード
２ｂＡＳ側ワイパブレード
３ａＤＲ側モータ
３ｂＡＳ側モータ
４ａ，４ｂ払拭領域
５ａ，５ｂワイパ軸
６ａ，６ｂワイパアーム
７ａ，７ｂ駆動レバー
８ａ，８ｂ連結ロッド
９ａ，９ｂクランクアーム
１０ａＤＲ側モータ駆動装置
１０ｂＡＳ側モータ駆動装置
１１ａＤＲ側回転検出装置
１１ｂＡＳ側回転検出装置
１２ワイパ駆動制御装置
２１ＣＰＵ
２２Ｉ／Ｏインターフェース
２３タイマ
２４ＲＯＭ
２５ＲＡＭ
２６バスライン
３１電動機部
３２ステータ
３３アーマチュアシャフト
３４動力出力部
３５出力軸
３６ウォームホイール
３７ウォーム
３８ハウジング
３９アーマチュア
４０ワンウェイクラッチ（ワンウェイクラッチ機構）
４１マグネット
４２パルス検出部
５１モータ
５２モータ駆動制御装置
５３駆動素子
５４ワイパスイッチ
５５リレープレート

Claims

車両に設けられる第１と第２の駆動装置を駆動する第１と第２のモータの作動を制御するモータ制御装置であって、
前記第１と第２のモータは、
ステータ内に回転自在に支承されるアーマチュアシャフトと、前記アーマチュアシャフトに支持されるアーマチュアとを備えた電動機部と、
前記電動機部の前記アーマチュアシャフトの回転が伝達されるウォームと、前記ウォームに噛合するウォームホイールと、前記ウォームホイールに取り付けられた出力軸とを備えた減速部と、
前記電動機部の前記アーマチュアシャフトに取り付けられ、前記アーマチュアシャフトとともに回転するマグネットと、
前記マグネットの近傍に設けられ、前記マグネットの極変化を捉えて前記アーマチュアシャフトの回転状態を示す回転パルスを検出するパルス検出部と、
前記電動機部と前記減速部と前記パルス検出部とを収容するハウジングと、をそれぞれ有し、
前記第１のモータに接続され、前記第１のモータに駆動電流を供給する第１のモータ駆動装置と、
前記第２のモータに接続され、前記第２のモータに駆動電流を供給する第２のモータ駆動装置と、
前記第１と前記第２のモータ駆動装置と前記第１と第２のモータのパルス検出部とに接続され、前記第１のモータのパルス検出部からの回転検出信号をマイクロコンピュータで処理して前記第１のモータによって駆動される前記第１の駆動装置の絶対的な移動位置を算出し、前記第１のモータ駆動装置に制御信号を送出するとともに前記第２のモータのパルス検出手段からの回転検出信号を前記マイクロコンピュータで処理して前記第２のモータによって駆動される前記第２の駆動装置の絶対的な移動位置を算出し、前記第２のモータ駆動装置に制御信号を送出する駆動制御装置とを有し、
前記電動機部の前記アーマチュアシャフトには、前記電動機部の前記アーマチュアと前記減速部の前記ウォームの間に、前記アーマチュアの回転力を前記ウォームへ伝達する一方、対応するモータの回転が停止しているときに、該モータに駆動される前記駆動装置に外力が加えられることによって、前記出力軸に加えられた外力による回転力が前記ウォームホイール及び前記ウォームに伝達された際に、前記ウォームに伝達された回転を前記アーマチュアへ伝達しないワンウェイクラッチが設けられ、
前記マグネットは、前記ワンウェイクラッチと前記アーマチュアとの間において、前記アーマチュアシャフトに取り付けられていることを特徴とするモータ制御装置。
請求項１記載のモータ制御装置において、
制御プログラムが記憶された第１のメモリと情報を格納する第２のメモリとを前記駆動制御装置に設け、前記第１と第２のメモリを前記マイクロコンピュータに接続し、前記第１と第２のモータのパルス検出部からの回転検出信号を前記第１のメモリに記憶された制御プログラムにしたがって前記マイクロコンピュータにより処理して前記第１と第２の駆動装置の作動位置を算出し、前記第２のメモリに当該作動位置の位置情報を格納するとともに、前記位置情報に基づいて前記第１と第２のモータ駆動装置へ制御信号を送出することを特徴とするモータ制御装置。