JP6133758B2

JP6133758B2 - ワイパ装置

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Publication number: JP6133758B2
Application number: JP2013237244A
Authority: JP
Inventors: 拓司配島; 雄太岩崎; 皓哉小笠原
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: JP2015096397A

Description

本発明は、ワイパ装置に関する。

図８に示したように、車両のフロントガラス１２の下方の左右にワイパモータ１８，２０、減速機構２２，２４、ワイパアーム２６，２８及びワイパブレード３０，３２が各々設けられた対向払拭型のワイパ装置１００がある。このような対向払拭型のワイパ装置１００は、ワイパアーム２６，２８がフロントガラス１２上で互いに向き合って回動するので、ワイパブレード３０，３２が互いに干渉１１０するおそれがある。対向払拭型のワイパ装置１００では、かかるワイパブレード同士の干渉１１０を防止するために、回転センサ４２，４４が各々検知したワイパモータ１８．２０の出力軸の回転角度に基づいて、ワイパ制御回路６００によりワイパモータ１８，２０の回転が制御される。

特許文献１には、ワイパモータの回転子の回転状態を検出して、ワイパブレードのフロントガラス上での位置及び速度を算出し、対向する２つのワイパブレードが互いに干渉しないように制御する技術が開示されている。

特許第４０４７６９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のワイパ制御装置は、車両の走行による風圧１１２、又はフロントガラス１２表面の摺動抵抗により、ワイパアーム２６，２８又はワイパブレード３０，３２がたわむことを考慮していない。ワイパアーム２６，２８又はワイパブレード３０，３２が、風圧１１２又は摺動抵抗等の外力によってたわむ場合、ワイパモータ１８，２０の回転状態のみからではワイパブレード３０，３２の正確な位置の把握が困難になる。その結果、ワイパブレード３０，３２同士の干渉１１０、拭き残し１１６又はワイパブレード３０，３２のオーバーラン１１４が生じるという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ワイパブレード及びワイパアームに加わった外力を考慮したワイパモータの制御が可能なワイパ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のワイパ装置は、ワイパブレードを備えたワイパワームの一端が連結された出力軸を有し、該出力軸を回転させることによって前記ワイパブレードを窓ガラス上で往復回動させるワイパモータと、前記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検知手段と、前記ワイパモータに流れる電力を検知して該電力に応じた信号を出力する電力検知手段と、前記電力検知手段が出力した信号から得られる前記ワイパモータに流れる電力値及び前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の角速度に基づいて、前記ワイパブレードに作用する外力及び該外力が作用している場合の前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を算出し、前記算出した外力及び前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置と、前記ワイパモータを回転させるための指令信号との差分に応じて駆動信号を出力する制御手段と、を備えている。

このワイパ装置によれば、電力検知手段が出力した信号から得られるワイパモータに流れる電力値及び回転角検知手段が出力した信号から得られる出力軸の角速度に基づいて、ワイパブレードに作用する外力とワイパブレードの窓ガラス上での位置を算出する。さらに、算出した外力及びワイパブレードの窓ガラス上での位置と、ワイパモータを回転させるための指令信号との差分に応じて駆動信号を出力することにより、ワイパブレード及びワイパアームに加わった外力を考慮したワイパモータの制御が可能となる。その結果、ワイパブレード同士の干渉、拭き残し及びワイパブレードのオーバーラン等を防止できる。

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、前記制御手段は、前記電力検知手段が出力した信号から得られる前記ワイパモータに流れる電力値から前記出力軸のトルクを算出し、該算出した前記出力軸のトルク及び前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の角速度に基づいて前記ワイパブレードに作用する外力を算出すると共に、前記算出した前記出力軸のトルク及び前記ワイパブレードに作用する外力に基づいて前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を算出する。

このワイパ装置によれば、ワイパモータに流れる電力値から出力軸のトルクを算出し、算出した出力軸のトルク及び出力軸の角速度に基づいてワイパブレードに作用する外力を算出する。さらに、算出した出力軸のトルク及びワイパブレードに作用する外力に基づいてワイパブレードの窓ガラス上での位置を算出する。算出した外力及びワイパブレードの窓ガラス上での位置を、ワイパモータを回転させるための指令信号にフィードバックすることにより、ワイパブレード及びワイパアームに加わった外力を考慮したワイパモータの制御が可能となる。その結果、ワイパブレード同士の干渉、拭き残し及びワイパブレードのオーバーラン等を防止できる。

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、前記出力軸の回転角度と前記出力軸のトルクとに基づいて前記ワイパブレードに作用する外力が設定された３次元マップを記憶した記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記算出した前記出力軸のトルク、前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の回転角度及び前記３次元マップを用いて前記ワイパブレードに作用する外力を算出する。

このワイパ装置によれば、出力軸の回転角度と出力軸のトルクとに基づいてワイパブレードに作用する外力が設定された３次元マップを用いることで、ワイパブレードに作用する外力を簡易迅速に算出できる。

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における制御ブロック図の一例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におけるモデリングの一例を示す概念図である。本発明の実施の形態に係るワイパ装置におけるモデリングに基づいた運動方程式の導出の一例を示す図である。本発明の実施の形態におけるワイパ装置に係る運動方程式のパラメータを決定するための実機データ測定の一例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実機におけるＰＩ制御部の構成の一例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におけるモータトルクＴ_Ｍとモータ角度θ_Ｍとに基づいて負荷Ｔ_Ｂが設定された３次元マップの一例を示す図である。一般的な対向払拭型のワイパ装置の一例を示す概略図である。

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１０は、一例として、車両のフロントガラス１２の下部の左に左ワイパ装置１４、車両のフロントガラス１２の下部の右に右ワイパ装置１６を各々備えた対向払拭型のワイパ装置である。

左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８，２０、減速機構２２，２４、ワイパアーム２６，２８及びワイパブレード３０，３２を各々備えている。左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８，２０の正逆回転が減速機構２２，２４で各々減速され、減速機構２２，２４によって減速された正逆回転で出力軸３６，３８が各々回転する。さらに、出力軸３６，３８の正逆回転の回転力がワイパアーム２６，２８に各々作用することによりワイパアーム２６，２８がフロントガラス１２上を往復回動する。かかるワイパアーム２６，２８の回動により、ワイパアーム２６，２８の先端に各々設けられたワイパブレード３０，３２がフロントガラス１２表面の下反転位置Ｐ１から上反転位置Ｐ２の間を払拭する。なお、減速機構２２，２４は、例えばウォームギア等で構成され、ワイパモータ１８，２０の回転を、ワイパブレード３０，３２によるフロントガラス１２表面の払拭に適した回転速度に各々減速し、当該回転速度で出力軸３６，３８を各々回転させる。

ワイパモータ１８，２０には、ワイパモータ１８，２０の回転を制御するためのワイパ制御回路６０が接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御回路６０は、マイクロコンピュータ６２とメモリ６４とを含む。

マイクロコンピュータ６２には、ワイパモータ１８の出力軸３６及びワイパモータ２０の出力軸３８の回転速度及び回転角度を各々検知する回転センサ４２，４４並びにワイパモータ１８，２０に流れる電流を各々検知する電流センサ５６，５８が接続されている。マイクロコンピュータ６２は、回転センサ４２，４４及び電流センサ５６，５８からの信号に基づいて、フロントガラス１２上でのワイパブレード３０，３２の位置を各々算出する。また、マイクロコンピュータ６２は、算出した位置に応じて出力軸３６，３８の回転速度が変化するように駆動回路４６，４８を各々制御する。なお、回転センサ４２，４４は、ワイパモータ１８，２０の減速機構２２，２４内に各々設けられ、出力軸３６，３８に連動して回転する励磁コイル又はマグネットの磁界（磁力）を電流に変換して検出する。

また、ワイパ制御回路６０には、駆動回路４６，４８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６４があり、マイクロコンピュータ６２には、ワイパスイッチ６６が接続されている。

駆動回路４６，４８は、ワイパモータ１８，２０を各々作動させるための電圧（電流）をＰＷＭ制御によって生成してワイパモータ１８，２０に各々供給する。ワイパモータ１８，２０がブラシレスＤＣモータであれば、駆動回路４６，４８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、マイクロコンピュータ６２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１８，２０は、上述のように、ウォームギアで構成された減速機構２２，２４を各々有しているので、出力軸３６，３８の回転速度及び回転角度は、ワイパモータ１８，２０本体の回転速度及び回転角度と同一ではない。しかしながら、本実施の形態では、ワイパモータ１８，２０と減速機構２２，２４は各々一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３６，３８の回転速度及び回転角度を、ワイパモータ１８，２０の各々の回転速度及び回転角度とみなす。また、以下、出力軸３６，３８の回転角度を「モータ角度」と呼称する。

ワイパスイッチ６６は、車両のバッテリからワイパモータ１８，２０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６６は、ワイパブレード３０，３２を、低速で回動させる低速作動モード選択位置、高速で回動させる高速作動モード選択位置、一定周期で間欠的に回動させる間欠作動モード選択位置、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てワイパモータ１８，２０を回転させるための指令信号をマイクロコンピュータ６２に出力する。

ワイパスイッチ６６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６０に入力されると、ワイパ制御回路６０がワイパスイッチ６６からの指令信号に対応する制御をメモリ６４に記憶されたデータ及びプログラムを用いて行う。具体的には、ワイパ制御回路６０のマイクロコンピュータ６２は、ワイパスイッチ６６からの指令信号並びにメモリ６４に記憶されているデータ及びプログラムに基づいて、所望する往復払拭周期でワイパブレード３０，３２が作動するように、マイクロコンピュータ６２は出力軸３６，３８の回転信号を読み取って駆動回路４６，４８を制御する。

図２は、本実施の形態に係るワイパ装置１０における制御ブロック図の一例を示す概略図である。以下、右ワイパ装置１６を例として説明するが、左ワイパ装置１４においても制御は同様なので、詳細な説明は省略する。図２では、例えば、ワイパブレード３２をフロントガラス１２で所望の回転角度で回動させるための指令値がマイクロコンピュータ６２内のＰＩ制御部７０に入力される。ＰＩ制御部７０は、ワイパモータ２０のアーマチャ２０Ｅに印加する電圧をいわゆるＰＩ制御によって算出する。ＰＩ制御部７０は、指令値と後述する推定ブレード位置及び負荷推定量とに基づいてワイパモータ２０に印加する電圧を算出する。

ワイパモータ２０のアーマチャ２０ＥにはＰＩ制御部７０によって算出された電圧が印加され、前述の指令値に基づいて回転を始める。ワイパモータ２０の出力軸３８の回転角度は、回転センサ４４により、モータ角度θ_Ｍとして検知される。回転しているワイパモータ２０の電流は、電流センサ５８によって検知される。また、電流センサ５８によって検知されたワイパモータの電流値は、マイクロコンピュータ６２内の負荷推定部７８及びブレード位置推定部８０に入力される。

ワイパモータ２０の回転力及びトルクは右ワイパ装置１６に作用し、ワイパブレード３２をフロントガラス１２上で回動させる。作動中のワイパモータ２０は、回転センサ４４によってモータ角度θ_Ｍが検知され、さらに回転センサ４４の検知結果からモータ角速度ω_Ｍがマイクロコンピュータ６２で算出される。モータ角速度ω_Ｍは負荷推定部７８及びブレード位置推定部８０に入力され、モータ角度θ_Ｍはブレード位置推定部８０に入力される。

負荷推定部７８は、入力された電流値とモータ角速度ω_Ｍとに基づいて、ワイパブレード３２に作用する風圧又はフロントガラス１２表面の摩擦等の負荷（外力）Ｔ_Ｂの推定量である負荷推定量を算出する。具体的には、入力された電流値に所定のトルク定数８２を乗算してワイパモータ２０の出力軸３８のトルクであるモータトルクＴ_Ｍを算出すると共に、モータ角度θ_Ｍに基づいてモータ角速度ω_Ｍを算出する。さらに、モータトルクＴ_Ｍ及びモータ角速度ω_Ｍに基づいて負荷推定量を算出し、算出した負荷推定量を、ＰＩ制御部７０と、ブレード位置推定部８０とに入力する。

ブレード位置推定部８０は、入力された電流値とモータ角速度ω_Ｍとモータ角度θ_Ｍと負荷推定量とに基づいて、ワイパブレード３２の推定ブレード位置を算出し、ＰＩ制御部７０は、指令値と推定ブレード位置と負荷推定量とに基づくＰＩ制御を行う。なお、図２中のＫ_ｅは、右ワイパ装置１６の動作に伴って生じる逆起電圧に係る所定の逆起定数８４であり、後述する式（５）を用いてワイパモータに印加する電圧からワイパモータの電流値を算出する場合に使用する。

図３は、本実施の形態に係るワイパ装置１０におけるモデリングの一例を示す概念図である。図３では、右ワイパ装置１６は、ワイパモータ２０、減速機構２４、ワイパアーム２８及びワイパブレード３２で主に構成されているとしてモデルを単純化している。図３に示したモデルでは、ワイパモータ２０の回転に係るモータトルクＴ_Ｍが出力軸３８を介してワイパアーム２８とワイパブレード３２に作用すると共に、ワイパブレードには風圧又はフロントガラス表面の摩擦等の負荷（外力）Ｔ_Ｂが作用する。ワイパモータ２０、減速機構２４、ワイパアーム２８及びワイパブレード３２は、一体化された剛体ではないので、モータトルクＴ_Ｍと負荷Ｔ_Ｂとが作用すると、各部の剛性、粘性及び慣性により、ワイパアーム２８の位置及びワイパブレード３２の位置が影響を受ける。図３では、ワイパモータ２０、減速機構２４、ワイパアーム２８及びワイパブレード３２における慣性、粘性及び剛性、並びにワイパモータ２０の出力軸３８の回転角度、ワイパブレード３２の回動角度及びワイパブレードの回動角度の各々をパラメータとしている。

なお、図３において右ワイパ装置１６を例示したが、左ワイパ装置１４のモデリングも右ワイパ装置１６と同様なので、詳細な説明は省力すると共に、以下、右ワイパ装置１６に係る構成に基づいてモデリング等の説明をする。

本実施の形態で設定されるパラメータは、図３に示した通りである。例えば、ワイパモータ２０と減速機構２４との慣性であるモータ＆ギアの慣性Ｊ_１、並びにワイパモータ２０及び減速機構２４とワイパアーム２８と間の粘性及び剛性であるモータ＆ギアとアーム間の粘性Ｃ_１及びモータ＆ギアとアーム間の剛性Ｋ_１が設定される。

また、ワイパアーム２８の慣性であるアームの慣性Ｊ_２、ワイパアーム２８とワイパブレード３２との間の粘性であるアームとブレード間の粘性Ｃ_２及びワイパアーム２８とワイパブレード３２との間の剛性であるアームとブレード間の剛性Ｋ_２が設定される。

また、ワイパブレード３２の慣性であるブレードの慣性Ｊ_３、ワイパブレード３２とフロントガラス１２との間の粘性であるブレード＆ガラス間の粘性Ｃ_３及びワイパブレード３２の剛性であるブレードの剛性Ｋ_３が設定される。さらには、出力軸３８の回転角度であるモータ角度θ_Ｍ、ワイパアーム２８が図１の下反転位置Ｐ１から回動した角度であるアーム角度θ_Ａ及びワイパブレード３２が下反転位置から回動した角度であるブレード角度θ_Ｂもパラメータとして設定される。なお、モータ角度θ_Ｍは、回転センサ４２，４４によって検知される実測値である。

図３に示した各々のパラメータを用いると、ワイパ装置１０における各部の運動は、図４に示したように、下記の式（１）〜（３）で表現できる。図４は、本実施の形態に係るワイパ装置１０におけるモデリングに基づいた運動方程式の導出の一例を示す図である。
Ｔ_Ｍ=Ｊ₁α_Ｍ＋Ｃ₁ω_Ｍ＋Ｋ₁θ_Ｍ・・・（１）
Ｃ₁（ω_Ｍ-ω_Ａ)＋Ｋ₁(θ_Ｍ-θ_Ａ)=Ｊ₂α_Ａ＋Ｃ₂(ω_Ａ-ω_Ｂ)＋Ｋ₂(θ_Ａ-θ_Ｂ)
・・・（２）
Ｔ_Ｂ＋Ｃ₂(ω_Ａ-ω_Ｂ)＋Ｋ₂(θ_Ａ-θ_Ｂ)=Ｊ₃α_Ｂ＋Ｃ₃ω_Ｂ＋Ｋ₃θ_Ｂ
・・・（３）

上記の式（１）〜（３）におけるω_Ｍは、モータ角度θ_Ｍの角速度であり、α_Ｍは、モータ角度θ_Ｍの角加速度である。また、ω_Ａは、アーム角度θ_Ａの角速度であり、α_Ａは、アーム角度θ_Ａの角加速度である。さらに、ω_Ｂは、ブレード角度θ_Ｂの角速度であり、α_Ｂは、ブレード角度θ_Ｂの角加速度である。なお、本実施の形態では、減速機構２４にワイパアーム２８が直結されたワイパ装置１０に基づいてモデリングを行っている。減速機構２４とワイパアーム２８との間にリンク機構を別途有するワイパ装置のモデリングでは、上記の式（１）〜（３）に加えて、リンク機構に係る運動方程式を追加する。

図５は、本実施の形態におけるワイパ装置１０に係る運動方程式のパラメータを決定するための実機データ測定の一例を示す概略図である。図５では、ワイパモータ２０を回動させるための指令値をマイクロコンピュータ６２内のＰＩ制御部７０に入力する。ＰＩ制御部７０は、ワイパモータ２０のアーマチャ２０Ｅに印加する電圧をいわゆるＰＩ制御によって算出する。

ＰＩ制御部７０によって算出された電圧に従って図１に示した駆動回路４８からワイパモータ２０のアーマチャ２０Ｅに電圧が印加され、ワイパモータ２０は、前述の指令値に基づいて回転を始める。ワイパモータ２０の出力軸３８の回転角度は、回転センサ４４により、モータ角度θ_Ｍとして検知される。回転しているワイパモータ２０の電流は、電流センサ５８によって検知され、検知された電流の値に所定のトルク定数を乗算することによりワイパモータ２０の出力軸３８のトルクが算出される。

また、ワイパモータ２０の回転力及びトルクは右ワイパ装置１６に作用し、ワイパブレード３２をフロントガラス１２上の所定の位置から回動させる。本実施の形態では、一例として、フロントガラス１２上を回動するワイパアーム２８及びワイパブレード３２の動きを光学的なセンサで捕捉する。光学的なセンサは、ワイパアーム２８及びワイパブレード３２の各々がフロントガラス１２上を回動した際の出力軸３８を中心とした角度を、アーム角度θ_Ａ及びブレード角度θ_Ｂとして各々検知する。また、回転センサ４４によって検知されたモータ角度θ_Ｍは、出力値としてＰＩ制御部７０に入力され、上述のＰＩ制御が行われる。

本実施の形態では、上記の式（１）〜（３）に基づいたワイパ装置１０のモデルが、実測値に近似するように式（１）〜（３）の各パラメータを決定する。

本実施の形態では、図５に示したデータ測定により、モータトルクＴ_Ｍ、モータ角度θ_Ｍ、アーム角度θ_Ａ及びブレード角度θ_Ｂが測定される。さらに、モータ角度θ_Ｍ、アーム角度θ_Ａ及びブレード角度θ_Ｂの各々に基づいて、モータ角速度ω_Ｍ及びモータ角加速度α_Ｍ、アーム角速度ω_Ａ及びアーム角加速度α_Ａ、並びにブレード角速度ω_Ｂ及びブレード角加速度α_Ｂを、各々算出する。

以上の実機データ測定に基づいて各パラメータを決定することにより、本実施の形態に係るワイパ装置１０のモデリングを行う。モデリングによる計算値が実測値に近似するように、式（１）〜（３）のモータ＆ギアとアーム間の粘性Ｃ_１、アームとブレード間の粘性Ｃ_２、ブレード＆ガラス間の粘性Ｃ_３、モータ＆ギアの慣性Ｊ_１、アームの慣性Ｊ_２、ブレードの慣性Ｊ_３、モータ＆ギアとアーム間の剛性Ｋ_１、アームとブレード間の剛性Ｋ_２、ブレードの剛性Ｋ_３等の各パラメータを決定する。さらに各パラメータを決定したモデルに基づいて負荷Ｔ_Ｂ及びブレード角度θ_Ｂを算出する。

本実施の形態では、上記のモデリングに基づいて、ワイパモータ１８，２０に流れる電流値からモータトルクＴ_Ｍを算出する。算出したモータトルクＴ_Ｍ及びモータ角度θ_Ｍに基づいてワイパブレード３０，３２に作用する外力である負荷Ｔ_Ｂを算出する。さらに、モータトルクＴ_Ｍ及び負荷Ｔ_Ｂに基づいてワイパブレード３０，３２の位置を示すブレード角度θ_Ｂを算出する。

このように、本実施の形態では、電流センサ５６，５８が出力した信号から得られる電流値及び回転センサ４２，４４が出力した信号から得られるモータ角度θ_Ｍに基づいて、負荷Ｔ_Ｂ及びブレード角度θ_Ｂを算出できる。

また、電流センサ５６，５８を備えていない場合には、下記の式（４）の関係に基づいて、ワイパモータ１８，２０に流れる電流値Ｉを算出する。なお、式（４）中のＶ_Ｍはワイパ制御回路６０がモニターしているワイパモータ１８，２０に印加する電圧（単位：Ｖ）であり、Ｌはワイパモータ１８，２０の巻線インダクタンス（単位：Ｈ）であり、Ｒはワイパモータ１８，２０の巻線抵抗（単位：Ω）である。また、式（４）中のＫ_ｅは所定の逆起定数（単位：Ｖ／ｒａｄ／ｓ）であり、ω_Ｍはモータ角速度（単位：ｒａｄ／ｓ）である。

上記の式（４）からは、下記の式（５）が導かれ、ワイパモータ１８，２０に流れる電流値Ｉが算出できる。なお、式（５）の分母中のｓはラプラス演算子である。

図６は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の実機におけるＰＩ制御部７０の構成の一例を示す概略図である。本実施の形態に係るＰＩ制御部７０は、指令値と算出された推定ブレード位置であるブレード角度θ_Ｂとの偏差の比例関係に基づいてワイパモータ２０に印加する電圧を算出する偏差比例部７２を含む。また、ＰＩ制御部７０は、上記の比例関係のみでは残留偏差が生じる場合に、かかる残留偏差を偏差積分によって解消する偏差積分部７４を含む。さらに、偏差積分部７４の後段には負荷推定量である負荷Ｔ_Ｂに応じて偏差積分部７４での積分結果を増減するゲイン調整部７６が設けられている。

偏差比例部７２は、上述のように、指令値とブレード角度θ_Ｂとの偏差の比例関係基づいてワイパモータ２０に印加する電圧を算出するが、当該算出した電圧を推定された負荷Ｔ_Ｂに応じて増減する。

偏差比例部７２及びゲイン調整部７６では、負荷Ｔ_Ｂが大きいほど高電圧となるように電圧を算出する。負荷Ｔ_Ｂと負荷Ｔ_Ｂに応じて算出される電圧との対応関係は、上述のように決定したワイパ装置１０のモデルを用いたシミュレーションに基づいて決定する。

偏差比例部７２での算出結果は、偏差積分部７４及びゲイン調整部７６での算出結果に加算され、制御出力として出力される。マイクロコンピュータ６２は、制御出力に応じてＰＷＭ制御を行い、駆動回路４８は、かかるＰＷＭ制御に基づいてワイパモータ２０のアーマチャ２０Ｅに電圧を印加する。また、右ワイパ装置１６を例としてモデリング及び実機の制御について説明したが、左ワイパ装置１４においても、モデリング及び実機の制御は同様なので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、モデリングに基づいて外部からの負荷Ｔ_Ｂを推定すると共に、外部からの負荷に影響された場合でのワイパブレードの位置をブレード角度θ_Ｂとして算出している。算出した負荷Ｔ_Ｂ及びブレード角度θ_Ｂに応じて、ワイパモータに印加する電圧を制御することにより、ワイパブレード及びワイパアームに加わった外力を考慮したワイパモータの制御が可能となる。

その結果、対向払拭型のワイパ装置において、外部からの負荷によってワイパブレードが指令値通りの位置に回動せず、対向している他方のワイパ装置のワイパブレードと干渉することを防止できる。また、ワイパブレードが所定の反転位置で反転せずにオーバーランする現象も防止できる。さらには、外部からの負荷に応じてワイパモータに印加する電圧を制御するので、当該負荷によってワイパブレードが不規則に振動する等の、いわゆるびびり振動も抑制することができる。

本実施の形態では、上述のように、負荷Ｔ_Ｂは、モータトルクＴ_Ｍ及びモータ角度θ_Ｍに基づいて算出する。しかしながら、モータトルクＴ_Ｍとモータ角度θ_Ｍとに基づく負荷Ｔ_Ｂを上記のモデリングを用いて予め算出すると共に算出結果を３次元マップとし、メモリ６４に予め記憶しておいてもよい。

図７は、本実施の形態に係るワイパ装置１０におけるモータトルクＴ_Ｍとモータ角度θ_Ｍとに基づいて負荷Ｔ_Ｂが設定された３次元マップの一例を示す図である。図７に示したような３次元マップを用いることで、モータトルクＴ_Ｍとモータ角度θ_Ｍとから迅速に負荷Ｔ_Ｂを決定でき、マイクロコンピュータ６２における演算処理の負荷を軽減することができる。

１０・・・ワイパ装置、１２・・・フロントガラス、１４・・・左ワイパ装置、１６・・・右ワイパ装置、１８，２０・・・ワイパモータ、２０Ｅ・・・アーマチャ、２２，２４・・・減速機構、２６，２８・・・ワイパアーム、３０，３２・・・ワイパブレード、３６，３８・・・出力軸、４２，４４・・・回転センサ、４６，４８・・・駆動回路、５６，５８・・・電流センサ、６０・・・ワイパ制御回路、６２・・・マイクロコンピュータ、６４・・・メモリ、６６・・・ワイパスイッチ、７０・・・ＰＩ制御部、７２・・・偏差比例部、７４・・・偏差積分部、７６・・・ゲイン調整部、７８・・・負荷推定部、８０・・・ブレード位置推定部、８２・・・トルク定数、８４・・・逆起定数、１００・・・ワイパ装置、１１０・・・干渉、１１２・・・風圧、１１４・・・オーバーラン、１１６・・・拭き残し、６００・・・ワイパ制御回路、Ｃ_１・・・モータ＆ギアとアーム間の粘性、Ｃ_２・・・アームとブレード間の粘性、Ｃ_３・・・ブレード＆ガラス間の粘性、Ｉ・・・電流値、Ｊ_１・・・モータ＆ギアの慣性、Ｊ_２・・・アームの慣性、Ｊ_３・・・ブレードの慣性、Ｋ_１・・・モータ＆ギアとアーム間の剛性、Ｋ_２・・・アームとブレード間の剛性、Ｋ_３・・・ブレードの剛性、Ｐ１・・・下反転位置、Ｐ２・・・上反転位置、Ｔ_Ｂ・・・負荷、Ｔ_Ｍ・・・モータトルク、α_Ａ・・・アーム角加速度、α_Ｂ・・・ブレード角加速度、α_Ｍ・・・モータ角加速度、θ_Ａ・・・アーム角度、θ_Ｂ・・・ブレード角度、θ_Ｍ・・・モータ角度、ω_Ａ・・・アーム角速度、ω_Ｂ・・・ブレード角速度、ω_Ｍ・・・モータ角速度

Claims

ワイパブレードを備えたワイパワームの一端が連結された出力軸を有し、該出力軸を回転させることによって前記ワイパブレードを窓ガラス上で往復回動させるワイパモータと、
前記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検知手段と、
前記ワイパモータに流れる電力を検知して該電力に応じた信号を出力する電力検知手段と、
前記電力検知手段が出力した信号から得られる前記ワイパモータに流れる電力値及び前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の角速度に基づいて、前記ワイパブレードに作用する外力及び該外力が作用している場合の前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を算出し、前記算出した外力及び前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置と、前記ワイパモータを回転させるための指令信号との差分に応じて駆動信号を出力する制御手段と、
を備えたワイパ装置。
前記制御手段は、前記電力検知手段が出力した信号から得られる前記ワイパモータに流れる電力値から前記出力軸のトルクを算出し、該算出した前記出力軸のトルク及び前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の角速度に基づいて前記ワイパブレードに作用する外力を算出すると共に、前記算出した前記出力軸のトルク及び前記ワイパブレードに作用する外力に基づいて前記ワイパブレードの前記窓ガラス上での位置を算出する請求項１に記載のワイパ装置。
前記出力軸の回転角度と前記出力軸のトルクとに基づいて前記ワイパブレードに作用する外力が設定された３次元マップを記憶した記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記算出した前記出力軸のトルク、前記回転角検知手段が出力した信号から得られる前記出力軸の回転角度及び前記３次元マップを用いて前記ワイパブレードに作用する外力を算出する請求項２に記載のワイパ装置。