JP6859728B2

JP6859728B2 - ワイパ装置

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Publication number: JP6859728B2
Application number: JP2017017774A
Authority: JP
Inventors: 寛田之上; 貴博角谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2021-04-14
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Description

本発明は、ワイパ装置に関する。

車両のウィンドシールドガラス上の上反転位置と下反転位置との間でワイパブレードを払拭動作させるワイパ装置は、ワイパブレードの払拭動作の速度を変更可能に構成されている。ワイパ装置の払拭動作は、ウィンドシールドガラス上のワイパブレードの位置に対する目標速度を予め定めた目標速度マップに基づいて制御される。払拭動作の速度（払拭速度）を変更する場合には、現在時点で用いている目標速度マップとは目標速度が異なる目標速度マップを用いることによって、払拭速度を変更する。目標速度マップは、図７に示したようなものであり、例えば、ワイパブレードの位置をワイパモータの回転角度又は時間で横軸に定義し、縦軸に目標速度を定義している。図７において、例えば、Ｐ１は払拭範囲の上反転位置を示し、Ｐ２は払拭範囲の下反転位置を示している。

特許文献１には、反転位置の間で停止したワイパブレードを再始動する場合に、通常の払拭動作の際に使用される基準モータ速度よりも遅い「滑らか起動速度」でワイパモータを始動するワイパ制御装置の発明が開示されている。

特開２０１１−２１８９９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の「滑らか起動速度」での制御は、反転位置の間で途中停止したワイパブレードを再始動する場合に適用されるものであり、例えば、払拭動作中に払拭速度を低速から高速に変更する指示がなされた場合は、その限りではない。仮に、図７に示したように、時間ｔ０１でワイパスイッチが切り替えられて低速用の目標速度マップ１９２が示す目標速度から高速用の目標速度マップ１９０が示す目標速度まで払拭速度を「滑らか起動速度」のように徐々に変更した場合であっても、ワイパスイッチが操作された時間によっては、切り替え後の目標速度に実際の払拭速度が到達する前にワイパブレードが上反転位置Ｐ１に到達してしまうおそれがある。

その結果、上反転位置Ｐ１でワイパブレードがオーバーランするおそれがあるのみならず、ユーザがワイパ装置の動作に違和感を覚えるおそれがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更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ワイパブレードを往復払拭動作させるワイパモータと、指令信号に応じて前記ワイパモータの回転を制御すると共に、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、往復払拭動作の反転位置の手前の切替禁止領域以外の領域に位置した状態で、前記指令信号が変更された場合、変更前の指令信号に応じた回転速度から変更後の指令信号に応じた回転速度に切り替える制御を行い、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、前記切替禁止領域内に位置した状態で、前記指令信号が前記ワイパモータの回転を低速作動モードから高速作動モードに切り替えるように変更された場合、前記ワイパブレードが前記反転位置に到達するまで変更前の指令信号に応じて前記ワイパモータの回転を制御し、かつ前記ワイパブレードが前記反転位置で反転する際に変更後の指令信号に基づいて前記ワイパモータの回転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、ワイパブレードが反転位置手前の切替禁止領域内の場合には、ワイパスイッチが操作されても払拭速度の変更を行わず、ワイパブレードが反転位置に到達してから払拭速度を変更するので、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更することができる。

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、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、前記切替禁止領域以外の領域に位置した状態で、前記指令信号が変更された場合、変更前の指令信号に応じた回転速度から変更後の指令信号に応じた回転速度まで、回転速度を徐々に変化させる制御を行う。

このワイパ装置によれば、所定の切替時間内に払拭速度を徐々に変更することにより、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更することができる。

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、前記回転速度を徐々に変化させる時間、または前記回転速度を徐々に変化させる回転速度の変化率は予め定められている。

このワイパ装置によれば、回転速度を徐々に変化させる時間、または回転速度を徐々に変化させる回転速度の変化率は予め定められ、定められた時間または変化率に従って、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更することができる。

本発明の第１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。本発明の第１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。本発明の第１の実施の形態に係るワイパ装置において、低速払拭時に対応した目標速度マップで定められた目標速度から高速払拭時に対応した目標速度マップで定められた目標速度に変更する場合の一例を示した説明図である。本発明の第１の実施の形態に係るワイパ装置の払拭速度変更処理の一例を示したフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係るワイパ制御回路の構成の一例の概略を示すブロック図である。（Ａ）は高トルク回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は、高回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。ワイパスイッチが切り替えられて低速用の目標速度マップが示す目標速度から高速用の目標速度マップが示す目標速度まで払拭速度を徐々に変更する場合の一例を示した説明図である。

［第１の実施の形態］
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、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の回動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の下部には高速払拭時下反転位置Ｐ２、低速払拭時下反転位置Ｐ３及び格納位置Ｐ４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の往復回動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θ_Aの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、高速払拭時下反転位置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θ_Bの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、低速払拭時下反転位置Ｐ３と上反転位置Ｐ１との間を往復移動する。また、出力軸３２が回転角度θ_Cの範囲で正逆転されると、ワイパブレードは、格納位置Ｐ４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θ_Aの範囲で正逆転される場合は、後述するワイパスイッチ５０が高速作動モード選択位置の場合である。また、出力軸３２が回転角度θ_Bの範囲で正逆転される場合は、後述するワイパスイッチ５０が低速作動モード選択位置又は間欠作動モード選択位置の場合である。

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Ｐ４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、ワイパブレード２８、３０の位置に応じてワイパモータ１８の回転速度を規定した目標速度マップを記憶している。図３の目標速度マップ９０、９２は、本実施の形態における目標速度マップの一例である。図３に示したように、目標速度マップは、開始位置θ₀（上反転位置Ｐ１）、目標払拭位置θ₁（高速払拭時下反転位置Ｐ２）及び目標払拭位置θ₂（低速払拭時下反転位置Ｐ３）でワイパモータ１８の回転速度は０に定められ、上反転位置Ｐ１と高速払拭時下反転位置Ｐ２との間でワイパモータ１８の回転速度が最大になるように、上の凸の曲線を描いている。図３の横軸は時間である。そのため、払拭速度が遅い目標速度マップ９２は、払拭速度が速い目標速度マップ９０に比して、一方の反転位置にワイパブレード２８、３０が到達するのに時間がかかる。また、図３の目標速度マップ９０、９２の横軸をワイパモータ１８の出力軸３２の回転角度にして、ワイパモータ１８の回転制御に使用してもよい。かかる目標速度マップであれば、出力軸３２の回転角度がワイパブレード２８、３０の位置と対応することに鑑み、出力軸３２の回転角度でワイパブレード２８、３０の位置を規定することができる。

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速度マップと、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速度マップを参照し、目標速度マップにおいて算出した出力軸３２の回転角度に対応する回転速度を抽出し、ワイパモータ１８の出力軸３２の回転角度が目標速度マップから抽出した回転速度になるように駆動回路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、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速度マップ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に記憶されているワイパブレード２８、３０の位置に応じてワイパモータ１８の回転速度を規定した目標速度マップを参照して、ワイパモータ１８の回転が、特定したワイパブレード２８、３０の位置に応じた回転速度になるように駆動回路５６を制御する。絶対角センサ５４で検出された回転角度から算出された出力軸３２の回転速度と、ワイパブレード２８、３０の位置に応じた回転速度とに偏差が生じている場合には、当該偏差を解消するようにして、出力軸３２の回転速度を制御する。

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、低速払拭時に対応した目標速度マップ９２で定められた目標速度から高速払拭時に対応した目標速度マップ９０で定められた目標速度に変更する場合の一例を示している。図３の横軸は時間である。図３の横軸上のＰ１、Ｐ２は、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１、高速払拭時下反転位置Ｐ２に達した場合の時間を示している。従って、低速払拭時に対応した目標速度マップ９２のＰ１（Ｐ２）は、高速払拭時に対応した目標速度マップ９０のＰ１（Ｐ２）よりも、時系列では後の時間になる。

図３に示したように、目標速度マップ９２で定められた目標速度から目標速度マップ９０で定められた目標速度に変更される場合は、時間ｔ１に、ワイパスイッチ５０が低速作動モード選択位置から高速作動モード選択位置に切り替えられた場合である。本実施の形態では、時間ｔ１から時間ｔ２までの間に、目標速度マップ９２で定められた目標速度から目標速度マップ９０で定められた目標速度に徐々に近付ける。

本実施の形態では、払拭速度の目標速度は、図３に示したように線形的に変化し、目標速度の変化率は一定である。例えば、図３において時間ｔ１での目標速度（切替前の目標速度）がＳ₁で、時間ｔ２での目標速度（切替後の目標速度）がＳ₂で、払拭速度の切替に要する時間がｔ２−ｔ１＝Ｔ₁の場合、目標速度の変化率αは下記の式（１）で算出される。切替時間Ｔ₁は、払拭速度の切替が円滑に行われるように、設計時の計算及び実機の試験を通じて具体的に決定する。
α＝（Ｓ₂−Ｓ₁）/Ｔ₁ …（１）

変化率αは予め定められた値でもよい。ワイパスイッチ５０が操作された場合、払拭速度を変化率αに従って徐々に変化させ、変更後の目標速度に達した場合に、速度変更の処理を終了する。かかる場合は、切替時間Ｔ₁は、変更前後の目標速度の差に応じて変化する。また、変化率αは、図３のような直線状以外に、時間や位置に応じて変化する曲線状を示すように変化させてもよい。

ワイパスイッチ５０が低速作動モード選択位置から高速作動モード選択位置に切り替えられる時間ｔ１がワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）に到達する時間に近い場合は、切り替え後の目標速度に実際の払拭速度が到達する前にワイパブレードが上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）に到達してしまうおそれがある。

本実施の形態では、図３に示したように、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）に到達する時間を含む所定の時間の範囲又はワイパブレード２８、３０の所定の位置の範囲を切替禁止領域９６とし、上述の時間ｔ１が切替禁止領域９６内にある場合には、時間ｔ１から払拭速度の変更を行わず、上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）に到達するまでは、切替前の目標速度マップ９２を指令値としてワイパブレード２８、３０を払拭動作させる。そして、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）に到達した際に、切替後の目標速度マップである目標速度マップ９０を指令値とした払拭速度の制御に切り替える。

本実施の形態では、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１と高速払拭時下反転位置Ｐ２（又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）との間を払拭動作中にワイパスイッチ５０が操作された場合には、上述の式（１）に示したような目標速度の変化率αに従って、徐々に目標速度を変化させ、かつ実際の払拭速度を当該目標速度の変化に応じて変化させる。しかしながら、ワイパスイッチ５０が操作されたタイミングが、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）の近くに達した場合は、変化率αに従って払拭速度を徐々に変化させていたのでは、払拭速度が切替後の目標速度に達する前に、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）付近に到達する。その結果、上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）でワイパブレード２８、３０がオーバーランする場合があるし、ユーザがワイパ装置１０の動作に違和感を覚える場合がある。

本実施の形態では、上述のように、ワイパスイッチが操作されたタイミングが切替禁止領域９６内の場合には、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）に到達した際に、制御に使用する目標速度マップを切替えることにより、上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）付近での払拭速度の変更に伴う払拭動作の乱れを防止する。

切替禁止領域９６の範囲は、ワイパ装置１０の仕様によって異なるが、一例として、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１（高速払拭時下反転位置Ｐ２又は低速払拭時下反転位置Ｐ３）に到達する時間よりも切替時間Ｔ₁に相当する時間前又は当該時間以上前の時間から切替禁止領域９６が始まるようにする。

なお、図３では横軸を時間で示したが、横軸を、絶対角センサ５４が検知したワイパモータ１８の出力軸３２の回転角度に基づくワイパブレード２８、３０の位置で示してもよい。かかる場合に切替禁止領域９６は、上反転位置Ｐ１（又は高速払拭時下反転位置Ｐ２）から切替時間Ｔ₁に相当する時間前又は当該時間以上前のワイパブレード２８、２９の位置から切替禁止領域９６が始まるようにする。

図４は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の払拭速度変更処理の一例を示したフローチャートである。ステップ４００では、ワイパスイッチ５０の位置に応じた指令信号に基づく回転制御が実行される。

ステップ４０２では、ワイパスイッチ５０が操作されて指令信号に変化が生じたか否かが判定され、否定判定の場合にはステップ４００の手順を継続し、肯定判定の場合にはステップ４０４で、ワイパスイッチ５０が操作された時間又はワイパスイッチ５０が操作された際のワイパブレード２８、３０の位置が切替禁止領域９６外か否かを判定する。

ステップ４０４で肯定判定の場合には、ステップ４０６で払拭速度を変更する。ステップ４０８では、ワイパブレード２８、３０の実際の払拭速度が変更後の払拭速度に到達したか否かを判定し、否定判定の場合にはステップ４０６での払拭速度の変更を継続し、肯定判定の場合には、処理をリターンする。

ステップ４０４で否定判定の場合には、ステップ４１０でワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１又は高速払拭時下反転位置Ｐ２に到達したか否かを判定する。ステップ４１０で否定判定の場合には、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１又は高速払拭時下反転位置Ｐ２に到達するまで変更前の払拭速度での払拭動作を継続し、ステップ４１０で肯定判定の場合には、ステップ４１２で到達した反転位置で払拭速度を変更して処理をリターンする。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ワイパスイッチが操作されたタイミングが反転位置に近い場合にはワイパブレード２８、３０が反転位置に到達した際に、ワイパスイッチ５０の操作に基づいた払拭速度に変更する制御を行う。かかる制御により、反転位置付近でのワイパブレードの払拭動作の乱調を抑制することができ、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更できる。

［第２の実施の形態］
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ワイパモータ１１８がブラシレスＤＣモータである点が第１の実施の形態と相違するが、その他の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同じなので、詳細な説明は省略する。

図５は、本実施の形態に係るワイパ制御回路１２２の構成の一例の概略を示すブロック図である。図５に示したワイパ制御回路１２２は、ワイパモータ１１８のコイルの端子に印加する電圧を生成する駆動回路１２６と、駆動回路１２６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マイクロコンピュータ１２４とを含んでいる。

マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１６０に記憶されているワイパブレード２８、３０の位置に応じてワイパモータ１１８の回転速度を規定した目標速度マップを参照して、ワイパモータ１１８の回転が、特定したワイパブレード２８、３０の位置に応じた回転速度になるように駆動回路１２６を制御する。絶対角センサ５４で検出された回転角度から算出された出力軸３２の回転速度と、ワイパブレード２８、３０の位置に応じた回転速度とに偏差が生じている場合には、当該偏差を解消するようにして、出力軸３２の回転速度を制御する。

ワイパモータ１１８のロータ１７２は、各々３つのＳ極及びＮ極の永久磁石で構成されている。ロータ１７２の磁界は、ホールセンサ１７０によって検知される。ホールセンサ１７０は、ロータ１７２の永久磁石の極性に対応してロータ１７２とは別に設けられたセンサマグネットの磁界を検知してもよい。ホールセンサ１７０は、ロータ１７２又はセンサマグネットの磁界を、ロータ１７２の位置を示す磁界として検知する。

ホールセンサ１７０は、ロータ１７２又はセンサマグネットにより形成された磁界を検出することにより、ロータ１７２の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ１７０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応する３つのホール素子を含んでいる。ホールセンサ１７０は、ロータ１７２の回転によって生じた磁界の変化を、正弦波に近似した電圧の変化の信号として出力する。

ホールセンサ１７０が出力した信号は、制御回路であるマイクロコンピュータ１２４に入力される。マイクロコンピュータ１２４は、集積回路であり、スタンバイ回路１５０によって電源であるバッテリ８０から供給される電力が制御されている。

ホールセンサ１７０からマイクロコンピュータ１２４に入力されたアナログ波形の信号は、マイクロコンピュータ１２４内にある、コンパレータ等のアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を備えたホールセンサエッジ検出部１５６に入力される。ホールセンサエッジ検出部１５６では、入力されたアナログ波形をデジタル波形に変換し、デジタル波形からエッジ部分を検出する。

デジタル波形及びエッジの情報はモータ位置推定部１５４に入力され、ロータ１７２の位置が算出される。算出されたロータ１７２の位置の情報は、通電制御部１５８に入力される。

また、マイクロコンピュータ１２４の指令値算出部１５２には、ワイパスイッチ５０からワイパモータ１１８（ロータ１７２）の回転速度を指示するための信号が入力される。指令値算出部１５２は、ワイパスイッチ５０から入力された信号からワイパモータ１１８の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部１５８に入力する。

通電制御部１５８は、モータ位置推定部１５４で算出されたロータ１７２の位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、算出した位相及びワイパスイッチ５０により指示されたロータ１７２の回転速度に基づいて駆動デューティ値を決定する。また、通電制御部１５８は、駆動デューティ値に応じたパルス信号であるＰＷＭ信号を生成して駆動回路１２６に出力するＰＷＭ制御を行う。

駆動回路１２６は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータにより構成されている。図５に示すように、駆動回路１２６は、各々が上段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１７４Ｕ、１７４Ｖ、１７４Ｗ（以下、「ＦＥＴ１７４Ｕ、１７４Ｖ、１７４Ｗ」と言う）、各々が下段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ１７６Ｕ、１７６Ｖ、１７６Ｗ（以下、「ＦＥＴ１７６Ｕ、１７６Ｖ、１７６Ｗ」と言う）とを備えている。なお、ＦＥＴ１７４Ｕ、１７４Ｖ、１７４Ｗ及びＦＥＴ１７６Ｕ、１７６Ｖ、１７６Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「ＦＥＴ１７４」、「ＦＥＴ１７６」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。

ＦＥＴ１７４、ＦＥＴ１７６のうち、ＦＥＴ１７４Ｕのソース及びＦＥＴ１７６Ｕのドレインは、コイル１４０Ｕの端子に接続されており、ＦＥＴ１７４Ｖのソース及びＦＥＴ１７６Ｖのドレインは、コイル１４０Ｖの端子に接続されており、ＦＥＴ１７４Ｗのソース及びＦＥＴ１７６Ｗのドレインは、コイル１４０Ｗの端子に接続されている。

ＦＥＴ１７４及びＦＥＴ１７６のゲートは通電制御部１５８に接続されており、ＰＷＭ信号が入力される。ＦＥＴ１７４及びＦＥＴ１７６は、ゲートにＨレベルのＰＷＭ信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにＬレベルのＰＷＭ信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。

また、本実施の形態のワイパ制御回路１２２には、バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂ等が構成されている。バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂは略直流電源を構成している。なお、図５には図示していないが、バッテリ８０の電圧を検出する電圧センサ、ワイパモータ１１８のコイル１４０の電流であるモータ電流を検出する電流センサ、及びワイパ制御回路１２２が実装された基板の温度を検出するためのサーミスタ等が実装されている。

図６（Ａ）は高トルク回転制御におけるコイル１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図６（Ａ）において矩形で示された通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、コイル１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗへ通電されるタイミングを示している。図６において、通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、便宜上、矩形で示されているが、実際の通電では、ＰＷＭによりパルス状に変調された電圧がコイル１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗに印加される。なお、図６の単位時間（例えば、時間ｔ０から時間ｔ１の間）は、ロータ１７２が電気角で６０°回転する時間である。また、図６（Ａ）における通電のタイミングは、ホールセンサ１７０によって検出したロータ１７２の磁極の位置に対応したタイミングである。

時間ｔ０から時間ｔ１までは、ＦＥＴ１７４ＷとＦＥＴ１７６Ｖとがオンになり、コイル１４０Ｗからコイル１４０Ｖへ通電される。時間ｔ１から時間ｔ２では、ＦＥＴ１７４ＵとＦＥＴ１７６Ｖとがオンになり、コイル１４０Ｕからコイル１４０Ｖへ通電される。時間ｔ２から時間ｔ３では、ＦＥＴ１７４ＵとＦＥＴ１７６Ｗとがオンになり、コイル１４０Ｕからコイル１４０Ｗへ通電される。時間ｔ３から時間ｔ４では、ＦＥＴ１７４ＶとＦＥＴ１７６Ｗとがオンになり、コイル１４０Ｖからコイル１４０Ｗへ通電される。時間ｔ４から時間ｔ５では、ＦＥＴ１７４ＶとＦＥＴ１７６Ｕとがオンになり、コイル１４０Ｖからコイル１４０Ｕへ通電される。時間ｔ５から時間ｔ６では、ＦＥＴ１７４ＷとＦＥＴ１７６Ｕとがオンになり、コイル１４０Ｗからコイル１４０Ｕへ通電される。時間ｔ６から時間ｔ７では、ＦＥＴ１７４ＷとＦＥＴ１７６Ｖとがオンになり、コイル１４０Ｗからコイル１４０Ｖへ通電される。時間ｔ７から時間ｔ８では、ＦＥＴ１７４ＵとＦＥＴ１７６Ｖとがオンになり、コイル１４０Ｕからコイル１４０Ｖへ通電される。

図６（Ｂ）は、高回転制御におけるコイル１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図６（Ｂ）では、図６（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗに対して通電のタイミングを各々ｔα早めた（進角させた）タイミングで通電１０６Ｕ、１０６Ｖ、１０６Ｗ、１０８Ｕ、１０８Ｖ、１０８Ｗを行っている。ｔαは、ワイパモータの仕様等によって異なるので、設計時のシミュレーション、又は実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。

一般にブラシレスＤＣモータでは、出力軸を高速回転させる場合に、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相への通電タイミングの電気角を進角させることが効果的である。また、出力軸のトルクを担保しつつモータ電流を抑制するには、ホールセンサ１７０によって検出したロータ１７２の磁極の位置に対応したタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相へ通電する。本実施の形態では、ワイパモータ１１８の出力軸３２を高速回転させる場合には図６（Ｂ）に示したように通電タイミングを進角させ、出力軸のトルクを担保しつつモータ電流を抑制するには図６（Ａ）に示したようにホールセンサ１７０によって検出したロータ１７２の磁極の位置に対応したタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相へ通電する。なお、図６（Ａ）に示した通電タイミングよりも遅角させたタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相に通電した場合は、ワイパモータ１１８の出力軸３２のトルクがさらに向上する場合があるが、モータ電流は増大し、また、通電タイミングの遅角が過大な場合には、ワイパモータ１１８は出力軸３２の回転を維持できず脱調するおそれがある。

本実施の形態では、ワイパスイッチ５０が、低速作動モード選択位置の場合に低回転制御を行い、高速作動モード選択位置の場合に高回転制御を行う。上述のように、低回転制御では、ワイパモータ１８の出力軸３２のトルクを大きくしてもモータ電流は、高回転制御の場合よりも抑制される。ワイパ装置１０を始動する際には、多くの場合、ワイパスイッチ５０を格納（停止）モード選択位置から低速作動モード選択位置に切り替えるが、ワイパ装置１０の始動直後には、ウィンドシールドガラス１２上には積雪等の障害物が存在する場合がある。本実施の形態では、かかる障害物を払拭排除するために、始動直後に選択される機会が多い低速作動モードでワイパモータ１８の出力軸３２のトルクを大きくする低回転制御を行う。

本実施の形態では、ワイパスイッチ５０が低速作動モード選択位置から高速作動モード選択位置に切り替えられた場合は、ワイパモータ１１８のコイルに印加する電圧のデューティ比を徐々に大きくすると共に、通電タイミングを徐々に進角させて、低回転制御から高回転制御に切り替える。

また、本実施の形態では、ワイパスイッチ５０が高速作動モード選択位置から低速作動モード選択位置に切り替えられた場合は、ワイパモータ１１８のコイルに印加する電圧のデューティ比を徐々に小さくすると共に、通電タイミングを徐々に遅角させて、高回転制御から低回転制御に切り替える。

また本実施の形態では、第１の実施の形態のように、ワイパスイッチが操作されたタイミングが反転位置に近い場合にはワイパブレード２８、３０が反転位置に到達した際に、ワイパスイッチ５０の操作に基づいた払拭速度に変更する制御を行う。かかる制御により、反転位置付近でのワイパブレードの払拭動作の乱調を抑制することができ、ワイパブレードの払拭速度を円滑に変更できる。

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…ピボットレバー、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、８２…ノイズ防止コイル、８４Ａ…平滑コンデンサ、９０，９２…目標速度マップ、９６…切替禁止領域、１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗ，１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗ，１０６Ｕ，１０６Ｖ，１０６Ｗ，１０８Ｕ，１０８Ｖ，１０８Ｗ…通電、１１８…ワイパモータ、１２２…ワイパ制御回路、１２４…マイクロコンピュータ、１２６…駆動回路、１４０Ｕ，１４０Ｖ，１４０Ｗ…コイル、１５０…スタンバイ回路、１５２…指令値算出部、１５４…モータ位置推定部、１５６…ホールセンサエッジ検出部、１５８…通電制御部、１６０…メモリ、１７０…ホールセンサ、１７２…ロータ、１７４Ｕ，１７４Ｖ，１７４Ｗ，１７６Ｕ，１７６Ｖ，１７６Ｗ…ＦＥＴ、１９０，１９２…目標速度マップ、α…変化率、θ₀…開始位置、θ₁，θ₂…目標払拭位置、θ_A，θ_B，θ_C…回転角度、Ｃ１，Ｃ２…電解コンデンサ、Ｐ１…上反転位置、Ｐ２…高速払拭時下反転位置、Ｐ３…低速払拭時下反転位置、Ｐ４…格納位置、Ｔ₁…切替時間、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４…トランジスタ、ｔ０，ｔ０１，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８…時間

Claims

出力軸の回転によりワイパブレードを往復払拭動作させるワイパモータと、
指令信号に応じて前記ワイパモータの回転を制御すると共に、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、往復払拭動作の反転位置の手前の切替禁止領域以外の領域に位置した状態で、前記指令信号が変更された場合、変更前の指令信号に応じた回転速度から変更後の指令信号に応じた回転速度に切り替える制御を行い、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、前記切替禁止領域内に位置した状態で、前記指令信号が前記ワイパモータの回転を低速作動モードから高速作動モードに切り替えるように変更された場合、前記ワイパブレードが前記反転位置に到達するまで変更前の指令信号に応じて前記ワイパモータの回転を制御し、かつ前記ワイパブレードが前記反転位置で反転する際に変更後の指令信号に基づいて前記ワイパモータの回転を制御する制御部と、
を含むワイパ装置。
前記制御部は、往復払拭動作中の前記ワイパブレードが、前記切替禁止領域以外の領域に位置した状態で、前記指令信号が変更された場合、変更前の指令信号に応じた回転速度から変更後の指令信号に応じた回転速度まで、回転速度を徐々に変化させる制御を行う請求項１に記載のワイパ装置。
前記回転速度を徐々に変化させる時間、または前記回転速度を徐々に変化させる回転速度の変化率は予め定められている請求項２に記載のワイパ装置。