KR20120115232A - 윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛용 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛용 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 와이퍼 암(140)을 포함하는 차량 윈드실드 와이퍼 시스템(100)의 구동 유닛(120)용 제어 장치(160)에 관한 것이다. 제어 장치(160)는 구동 유닛(120)의 부하 크기(L)를 결정하도록 그리고 상기 부하 크기(L) 대 적어도 하나의 부하 문턱값(LS)의 비율을 기초로 와이퍼 암(140)의 와이핑 주파수(WH)를 설정하도록 설계된다. 또한, 제어 장치(160)는 차량의 현재 속도(v)에 따라 와이핑 주파수(WH)를 설정하도록 설계된다.

Description

윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛용 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR THE DRIVE UNIT OF A WINDSHIELD WIPER SYSTEM}
본 발명은 윈드실드 와이퍼 시스템, 특히 자동차용 윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛용 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 구동 유닛의 제어 방법 및 상응하는 윈드실드 와이퍼 시스템에 관한 것이다.
윈드실드 와이퍼는 다양한 차량 타입에, 특히 자동차의 윈드실드 와이퍼 및 리어 윈도우 와이퍼로서 사용된다. 전형적인 윈드실드 와이퍼 시스템은 와이퍼 블레이드를 구비한 하나 또는 다수의 와이퍼 암을 포함하고, 상기 와이퍼 암은 윈드실드의 습기를 와이핑하기 위해 세척될 윈드실드 위로 주기적으로 움직인다. 와이퍼 암의 구동 유닛으로는 전자 제어식 전기 모터, 전형적으로 로터리 모터가 사용되며, 상기 로터리 모터의 운동은 직접 또는 상응하는 트랜스미션을 통해 소정 와이핑 운동으로 변환된다. 와이퍼 암을 소정 와이핑 속도로 윈드실드 위로 이동시키기 위해, 모터는 작동 상황에 따라 상이한 크기의 회전 모멘트를 제공해야 한다. 특히, 건조한 윈드실드 상에서 와이핑 작동은 그때 윈드실드 표면과 와이퍼 블레이드 사이에 작용하는 높은 마찰력으로 인해 모터의 비교적 높은 부하를 형성한다. 구동 유닛에 의해 제공될 출력이 기본적으로 구동 유닛 내에 에너지 도입 및 그로부터 결과하는 모터 부품들의 열 부하를 수반하기 때문에, 윈드실드 와이퍼 모터는 통상 임계 온도의 초과시 모터의 차단을 야기하는 특별한 보호 기능을 갖는다. 모터에서 온도 상승으로 인해, 그 최대 회전 모멘트가 측정 가능하게 감소한다. 소정 회전 모멘트 및 그에 따라 윈드실드 와이퍼 기능이 각각의 작동 상태에서 그 자체로 제공되는 것을 보장하기 위해, 윈드실드 와이퍼 작동 동안 실제로 나타나는 모터의 피크 부하가 구동 유닛의 설계시 고려되어야 한다. 따라서, 경우에 따라 건조한 윈드실드 상에서 보다 긴 작동을 모터 보호 기능의 활성화 없이 보장하기 위해서, 필요한 것보다 큰 출력을 가진 모터가 사용되어야 한다. 그러나, 큰 출력의 윈드실드 와이퍼 구동에 대한 요구는 차량 내에 존재하는 조립 공간을 효과적으로 이용하고 동시에 차량의 중량을 줄이기 위해 윈드실드 와이퍼 모터와 같은 차량 부품을 가능한 컴팩트하고 가볍게 형성하고자 하는 시도와 충돌한다.
DE 102006061679 A1에는 구동 유닛의 열 차단으로부터의 보호 기능을 가진 와이퍼 시스템의 구동 유닛을 제어하기 위한 장치가 공지되어 있다. 차단을 피하기 위해, 윈드실드 와이퍼의 와이핑 주파수는 와이핑시 구동 유닛에 의해 제공될 회전 모멘트에 의존하는 부하 크기에 따라 설정된다. 부하 크기가 미리 주어진 제 1 문턱값을 초과하면, 와이핑 주파수는 감소된다. 상응하게, 부하 크기가 미리 주어진 제 2 문턱값 미만으로 떨어지면, 와이핑 주파수가 다시 상승한다.
본 발명의 과제는 부하에 기인한 모터 가열의 추가 감소 및 그에 수반된 총 모터 출력의 가용성의 추가 상승을 가능하게 하는 윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛의 개선된 제어를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항에 따른 윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛용 제어 장치에 의해 해결된다. 또한, 상기 과제는 청구항 제 11항에 따른 상응하는 윈드실드 와이퍼 시스템 및 청구항 제 12항에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따라 차량 윈드실드 와이퍼 시스템의 적어도 하나의 와이퍼 암용 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 장치가 제공되고, 상기 제어 장치는 구동 유닛의 적어도 하나의 부하 크기를 결정하고 와이퍼 암의 와이핑 주파수를 결정된 부하 크기 대 적어도 하나의 부하 문턱값의 비율을 기초로 설정하도록 설계된다. 제어 장치는 또한 와이핑 주파수의 설정을 차량의 현재 주행 속도에 따라 수행하도록 설계된다. 현재 주행 속도의 고려에 의해, 와이퍼 암 부하시 공기역학적 효과, 즉 주행풍에 의해 야기된 와이퍼 모터의 추가 부하가 입력된다. 특히, 본 발명에 따른 제어 장치에 의해 바람 부하에 의해 야기된 구동 유닛 내에 에너지 도입 및 그에 따라 너무 높은 열 부하에 의해 야기된 구동 유닛의 고장이 예방될 수 있다. 이로 인해, 상기 과제를 위해 더 작은 와이퍼 모터가 사용될 수 있고, 와이퍼 모터의 성능 및 가용성이 제한되지 않는다. 와이퍼 모터의 더 작은 크기는 상기 부품의 중량을 감소시킨다. 또한, 재료 절감에 의해 제조 비용이 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제어장치는 부하 문턱값을 현재 주행 속도에서 와이퍼 암에 작용하는 바람 부하에 따라 결정하도록 설계된다. 바람 부하가 주행 속도의 대략 제곱으로 생기기 때문에, 와이퍼 암에 작용하는 바람 부하의 고려에 의해 더 높은 속도에서 와이퍼 모터의 전체 부하 상태에 대한 더 나은 정보가 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 제어 장치는 부하 문턱값을 주행 속도의 증가시, 주행 속도 증가에 의해 야기된, 와이퍼 암에 작용하는 바람 부하의 증가에 실질적으로 상응하는 양만큼 증가시키도록 설계된다. 바람 부하는 와이퍼 모터의 총 부하 중 속도에 의존하는 양을 나타내기 때문에, 윈드실드 와이퍼의 2개의 작동 범위, 즉 습한 윈드실드 상에서 와이핑 작동" 및 "건조한 윈드실드 상에서 와이핑 작동"은 바람 부하에 상응하게 따르는 프로파일을 나타낸다. 따라서, 2개의 작동 범위 사이의 전환을 나타내는 부하 문턱값의 프로파일을 상응하게 바람 부하에 따라 형성하는 것이 바람직하다.
다른 실시예에서, 제어 장치는 부하 문턱값의, 속도에 따른 조정을 더 높은 주행 속도에서야 실시하도록 설계된다. 더 높은 속도에서야 바람 부하의 영향이 명확히 나타나기 때문에, 상기 조치에 의해 에너지 모델이 훨씬 간단해질 수 있다.
다른 실시예에 따라, 제어 장치는 주행 속도의 상승시 및 그와 동시에 나타나는, 와이퍼 암에 작용하는 바람 부하의 증가시 와이핑 주파수를 감소시킴으로써 구동 유닛에서 바람 부하 증가에 의해 야기된 추가 에너지 도입이 실질적으로 보상되도록 설계된다. 상기 조치에 의해, 와이퍼 작동이 항상 소정 작동 범위에서 이루어질 수 있고, 총 부하의 임계적 부하 문턱값이 초과되어 열 보호 기능이 활성화되지 않을 수 있다.
또한, 다른 실시예에서, 제어 장치는 미리 주어진 주행 속도가 초과되면 와이핑 주파수를 자동으로 감소시키도록 설계된다. 속도 문턱값의 적절한 선택에 의해, 와이퍼 작동이 제곱으로 증가하는 바람 부하에도 불구하고 항상 소정 작동 범위에서 이루어지는 것이 보장될 수 있다. 이로 인해, 매우 적은 비용으로 총 부하의 주행 속도에 따른 증가를 고려한 에너지 관리가 실시될 수 있다.
다른 실시예에서, 제어 장치는 경험치, 물리적 조절 및/또는 결정된 기준값을 기초로 구동 유닛의 현재 부하 상태를 시뮬레이트하는 모델을 이용해서 부하 크기를 결정하도록 설계된다. 제어 장치는 또한 결정된 부하 크기가 미리 주어진 부하 문턱값을 초과하면 와이핑 주파수를 감소시키도록 설계된다. 이러한 모델에 의해, 와이퍼 모터의 현재 부하 상태에 대한 매우 정확한 정보가 얻어질 수 있다. 모델로부터, 직접 측정을 위해 접근될 수 없거나 또는 접근하기 어려운 와이퍼 모터의 개별 부하 크기가 얻어진다.
다른 실시예에서, 제어 장치는 연속 와이핑 작동에 의해 야기된 구동 유닛의 열 부하를 감소시키기 위해 자유로이 파라미터화 가능한 인터벌 사이클을 가진 인터벌 작동으로의 전환을 수행하도록 설계된다. 인터벌 작동은 와이퍼 모터에 에너지 도입을 감소시키고, 와이퍼 작동을 설정할 필요가 없게 한다. 인터벌 사이클의 자유로운 파라미터화 가능성은 넓은 범위에서 평균 에너지 도입을 변화시킬 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라, 제어 장치는 와이핑 작동에 의해 야기된, 구동 유닛의 열 부하를 감소시키기 위해 와이핑 주파수를 제로로 감소시키고 사용자 입력 또는 파워 시스템 정보에 의해 와이핑 작동을 다시 착수하도록 설계된다. 와이핑 작동의 자동 설정에 의해 열 보호 기능의 활성화가 효과적으로 방지될 수 있다. 이는 특히 와이핑 주파수가 더 감소되지 않을 수 있거나 또는 이러한 감소가 중요하지 않은 경우이다. 사용자 입력 또는 파워 시스템 정보에 의한 와이핑 작동의 재착수는 와이핑 작동이 필요시 제공되는 것을 보장한다.
끝으로, 다른 실시예에 따른 제어 장치는 적어도 하나의 부하 크기 대 부하 문턱값의 비율을 기초로 와이핑 과정이 건조한 또는 습한 윈드실드 상에서 이루어지는지의 여부를 검출하도록 설계된다. 또한, 제어 장치는 건조한 윈드실드의 경우 구동 유닛의 열 부하가 구동 유닛의 열 보호 메커니즘을 트리거시키는 기준인, 미리 주어진 문턱값 미만으로 유지되도록 와이핑 주파수를 감소시키도록 설계된다. 건조한 윈드실드 상에서 와이핑시 그리고 그에 수반되는 구동 모터의 높은 부하 상태에서는, 구동 모터가 열에 의해 드리프트되고 열 보호 기능이 활성화될 위험이 있다. 부하 크기와 부하 문턱값의 비교에 의해, 건조한 윈드실드 상에서 이루어지는 와이핑 과정이 명확히 식별될 수 있다. 와이핑 주파수의 감소에 의해 건조한 윈드실드 상에서의 작동이 열 보호 기능의 활성화 없이 유지될 수 있다.
본 발명에 의해, 부하에 기인한 모터 가열의 추가 감소 및 그에 수반된 총 모터 출력의 가용성의 추가 상승을 가능하게 하는 윈드실드 와이퍼 시스템의 구동 유닛의 개선된 제어가 이루어진다.
이하, 본 발명이 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제어 장치를 구비한 와이퍼 시스템의 블록 다이어그램.
도 2는 모터 부하에 대한 주행 속도의 영향을 나타내기 위한 다이어그램.
도 3은 본 발명에 따른 제어 장치의 에너지 관리의 거동 모델을 나타내기 위한 와이핑 주파수 및 모터 부하를 나타내는 시간 다이어그램.
도 4는 구동 유닛의 열 가열에 따른 최대로 이용 가능한 모터 모멘트를 나타내기 위한 다이어그램.
도 5는 상이한 주행 속도일 때 습윤된 윈드실드에서의 부하 프로파일.
도 1은 자동차의 윈드실드에 전형적으로 사용되는 윈드실드 와이퍼 시스템(100)을 예시적으로 도시한다. 윈드실드 와이퍼 시스템(100)은 세척될 윈드실드(180) 상에 놓이는 와이퍼 블레이드(150)를 가진 와이퍼 암(140)을 포함한다. 와이퍼 암 쌍(140)은 종종 공통 구동 유닛(120)에 의해 구동되며, 본 실시예에서 각각의 와이퍼 암(140)은 고유의 구동 유닛(120)을 포함한다. 전형적인 구동 유닛(120)은 직접 또는 적합한 트랜스미션(여기에 도시되지 않음)을 통해 각각의 와이퍼 암(140)과 결합되는 로터리 모터 또는 가역 모터를 포함할 수 있다. 작동 동안, 구동 유닛(120)은 관련 와이퍼 암(140)을, 와이퍼 블레이드(150)가 윈드실드(180)의 표면을 스쳐 지나감으로써 습기 및 다른 침착물을 윈드실드 표면으로부터 제거하도록, 구동한다.
각각의 구동 유닛(120)을 제어하기 위해, 윈드실드 와이퍼 시스템(100)은 제어 유닛(160) 및 상기 제어 유닛(160) 다음에 접속된 드라이버 유닛(130)을 포함한다. 제어 유닛(160)은 와이퍼 암(140)이 얼마나 자주 그리고 어떤 속도로 윈드실드(180) 위로 움직이는지를 미리 정한다. 이는 일반적으로 제어 유닛(160)이 드라이버 유닛(130)에 제공하는 조절값을 통해 이루어진다. 드라이버 유닛(130)은 상기 조절값을 구동 유닛(120)의 상응하는 제어 값으로, 예컨대 하나 또는 다수의 전압 또는 전압 펄스로 변환하고, 상기 전압 또는 전압 펄스는 구동 유닛(120) 내에서 소정 구동 모멘트 또는 소정 회전수를 발생시킨다. 구동 유닛(120)의 제어는 예컨대 펄스폭 변조된 신호에 의해 이루어진다. 대안으로서, 조절값으로서 단 하나의 와이핑 주파수가 미리 주어질 수 있고, 이로부터 드라이버 유닛(130)은, 와이퍼 암(140)이 미리 주어진 와이핑 주파수(WH)로 작동되도록 구동 유닛(120)을 구동하기 위해, 각각의 구동 유닛(120)에 대한 상응하는 제어값을 결정한다.
통상, 제어 유닛(160)은 특정 프리세팅(presetting), 예컨대 스티어링 컬럼 스위치(190)를 통해 입력되는 사용자 프리세팅(BV) 또는 예컨대 레인 센서의 검출기 프리세팅(DV)에 의해 소정 작동 상태에 대한 조절값을 결정한다.
제어 유닛(160)의 조절값은 윈드실드 와이퍼 시스템(100)의 동작 방식을 미리 정하고, 따라서 현재 와이핑 주파수(WH)를 결정한다. 와이핑 주파수(WH)는 일반적으로 단위 시간 당 와이핑 사이클의 수에 상응한다. 이는 한편으로는 개별 와이핑 사이클의 지속 시간에 의해, 따라서 와이퍼 암(140)의 속도에 의해 결정될 수 있다. 다른 한편으로는 와이핑 주파수(WH)는 와이핑 인터벌에 의해, 즉 2개의 와이핑 사이클 사이의 중단 시간에 의해 결정될 수 있고, 상기 중단 시간 내에 와이퍼 암은 휴지 위치로 유지된다.
본 발명에 따라, 제어 장치(160)는 부하 문턱값(LS)에 따라 와이핑 주파수(WH)를 설정하도록 설계된다. 이를 위해, 와이퍼 모터(120)의 부하 크기(L)가 결정되고, 미리 주어진 부하 문턱값(LS)과 비교된다. 와이핑 주파수의 설정은 부하 크기(L) 대 부하 문턱값의 비율에 따라 이루어진다. 특히, 와이퍼 모터(120) 내에 에너지 도입 및 이에 수반된 열 부하를 제한하거나 감소시키기 위해, 미리 주어진 부하 문턱값(LS)의 초과시 와이핑 주파수(WH)가 감소된다. 이는 한편으로는 연속적으로 이루어질 수 있고, 와이퍼 모터(120)의 부하가 커질수록 또는 주행 속도(v)가 커질수록, 와이핑 주파수의 감소가 더 커진다. 다른 한편으로는, 와이핑 주파수(WH)가 미리 주어진 문턱값의 초과 후에야 일정한 값만큼 감소되는 방식으로, 와이핑 주파수 감소가 점프 형태로 이루어질 수 있다.
부하 크기로는 기본적으로 와이퍼 모터(120)의 모든 적합한 파라미터가 사용된다. 예컨대, 와이퍼 (120)에 의해 제공될 회전 모멘트가 부하 크기로서 사용될 수 있다. 또한, 모터(120)의 부하가 예컨대 와인딩 온도(T), 모터 와인딩을 통해 흐르는 전류, 모터의 클램핑 전압 또는 모터의 순시 회전수에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로 부하 크기(L)는 와이퍼 암(140)이 윈드실드(180)의 표면 위를 얼마나 힘들게 움직일 수 있는지를 나타내는 한편, 하중은 와이퍼 모터(120)에 의해 제공됨으로써 거기에 생기는 에너지량을 나타낸다. 와이핑 주파수(WH)의 제어는 직접 주행 속도(v)에 의해 실시될 수도 있다. 이 경우, 차량의 속도는 흡사 와이퍼 모터(120)의 간접적인 부하 크기인 한편, 와이퍼 암(140)에 작용하는 바람 부하는 와이퍼 모터(120)의 직접적인 부하 크기이다. 부하 크기는 예컨대 센서 또는 검출기를 이용한 직접 측정에 의해, 다른 값들 또는 파라미터들로부터의 및 모델에 의해 이루어진 계산으로부터의 도출에 의해 결정될 수 있다. 와이퍼 모터(120)의 회전 모멘트는 예컨대 드라이버 유닛(130) 내에 배치된 부하 검출기(170)에 의해 검출될 수 있고 제어 장치(160)에 정보로서 제공될 수 있다.
도 3은 특정 차량 속도(v) 및 거기서 규정된 부하 문턱값(LS1, LS2)에서 본 발명에 따른 에너지 관리의 거동 모델을 예시적으로 도시한다. 기본적으로 여기에 도시된 거동 모델 및 상기 모델에 기초한 부하 문턱값(LS1, LS2)은 주행 속도(v)에 따라 변할 수 있다. 특히, 부하 문턱값(LS1, LS2)은 주행 속도(v)에 따라 커질 수 있다. 거동 모델의 다른 파라미터, 예컨대 와이핑 주파수(WH)가 감소된 양, 와이핑 주파수의 감소시 와이퍼 모터가 먼저 현재 설정된 와이핑 주파수(WH1, WH2)로 작동되는 지속 시간, 또는 제 1 와이핑 주파수로부터 제 2 와이핑 주파수(WH1, WH2)로의 변화가 이루어지는 시간이 주행 속도(v)에 따라 상이하게 주어진다.
도 3은 세척할 윈드실드(180)의 습윤 상태의 변화시 에너지 관리의 반응을 나타낸다. 다이어그램의 좌측 영역에 나타나는 바와 같이, 와이핑 과정이 먼저 습한 윈드실드 상에서 약 62 와이핑 주기/분의 미리 주어진 제 1 와이핑 주파수(WH1)로 이루어진다. 결정된 부하 크기(L), 예컨대 와이퍼 모터(120)에 의해 제공될 회전 모멘트는 습한 윈드실드로 인해 미리 주어진 제 1 부하 문턱값(LS1)보다 훨씬 더 낮다. 와이핑 과정은 상기 조건 하에서 종래의 방식으로, 즉 정상(normal) 작동 모드로 이루어진다. 비가 그치면, 여기서는 약 6초 이후에, 와이핑 과정은 건조 윈드실드 상에서 이루어진다. 이로 인해, 부하 크기(L)가 훨씬 더 상승하고 시간(t1)에 부하 문턱값(LS1)을 초과한다. 높은 모터 부하로 인해, 와이퍼 모터(120)가 열에 의해 드리프트되고 열 보호 기능이 활성화될 위험이 있다. 이를 방지하기 위해, 이 시점부터 본 발명에 따른 에너지 모델 모드가 활성화되고, 상기 모드에서 와이핑 주파수(WH)의 의도된 감소에 의해, 와이퍼 모터(21)의 열 부하가 제한되거나 또는 낮은 레벨로 억압되어야 한다. 이를 위해, 설정된 제 1 와이핑 주파수(WH1)가 더 낮은 제 2 와이핑 주파수(WH2)로 감소된다. 현재 모터 부하의 크기에 따라 제어 장치(160)는 와이핑 작동이 먼저 제 1 와이핑 주파수(WH)로 계속되는지의 여부 및 얼마나 오래 계속되는지를 결정할 수 있다. 또한, 와이핑 주파수(WH)의 감소가 얼마나 빨리 이루어져야 하는지가 결정된다. 본 실시예에서는, 와이핑 과정이 약 3초의 시간 동안 원래 와이핑 주파수(WH1)로 계속되고, 그 후에야 와이핑 주파수가 연속해서 약 5초의 시간 동안 약 2개의 32 와이핑 사이클/분의 낮은 와이핑 주파수(WH2)로 감소된다. 이 시간 내에 이미 와이퍼 모터(120)의 부하 경감이 이루어지고, 이는 부하 크기(L)의 감소 동안 나타난다. 모터의 추가 부하 경감을 달성하기 위해, 예컨대 추가 5초 후에 자유롭게 파라미터화 가능한 인터벌 사이클을 가진 인터벌 작동으로의 전환이 이루어진다. 그로 인해, 부하 크기(L)가 더 줄어든다.
다이어그램에서는 또한 약 28초부터 결정된 부하 크기(L)가 예컨대 갑작스런 비에 의한 윈드실드의 새로운 습윤으로 인해 다시 줄어드는 것이 나타난다. 부하 크기(L)는 시점(t2)에서 제 2 부하 문턱값(LS2)에 미달하고, 상기 제 2 부하 문턱값은 제 1 부하 문턱값(LS1)보다 작기 때문에, 에너지 모델 모드로부터 정상 작동 모드로의 전환이 야기된다. 이로 인해, 와이핑 주파수(WH)가 다시 원래 설정된 값(WH1)으로 상승한다. 와이핑 주파수의 상승은 비가 시작될 때 가급적 신속히 최적의 가시성을 재형성하기 위해 바람직하게는 점프 형태로 이루어진다. 그러나, 와이핑 주파수의 상승은 특히, 비의 강도가 낮을 때 파라미터화 가능한 시간을 통해 이루어질 수 있다.
윈드실드 와이퍼 시스템(100)에 의해 습윤된 차량 윈드실드만을 세척해야 하는 것을 기초로, 윈드실드의 습윤 직후 원래 상태로 되돌아간 건조한 윈드실드에서의 인터벌 와이핑까지 재스위칭 전략이 실시될 수 있다.
와이핑 주파수(WH)는 본 발명에 따라 먼저 와이핑 속도가 최소값까지 줄어들고 추가 감소가 필요한 경우 후속해서 와이핑 인터벌이 개별 와이핑 사이클 사이로 삽입됨으로써, 감소된다. 인터벌 작동 중에, 인터벌 포우즈가 자유롭게 파라미터화될 수 있어서, 완전한 정지까지 와이핑 주파수(WH)의 연속하는 감소가 이루어질 수 있다. 인터벌 작동은 특히 구동 유닛의 부하 감소를 위해 와이핑 속도가 추가로 감소될 수 없고 윈드실드 표면 상에서 와이퍼 블레이드(150))의 채터링이 발생하지 않는 경우에 중요할 수 있다. 따라서, 먼저 개별 와이핑 인터벌이 감소된 다음, 와이핑 인터벌이 제로로 감소된 후에 와이핑 속도가 더 증가되는 방식으로, 와이핑 주파수(WH)가 다시 상승될 수 있다. 그러나, 소정 와이핑 주파수(WH)를 설정하기 위해, 와이핑 속도 및 와이핑 인터벌이 서로 독립적으로 변할 수도 있다.
도 2에 도시된 다이어그램은 주행 속도가 상이할 때 습한 및 건조한 윈드실드 상에서 와이핑 작동 동안 와이퍼 암(140)에 작용하는 부하를 나타낸다. 여기서는 먼저 습한 윈드실드 상에서 와이핑시 전형적인 값이 습기에 의해 감소된, 와이퍼 블레이드와 윈드실드 간의 마찰로 인해 건조한 윈드실드에서 와이핑 동안 전형적인 부하값보다 훨씬 낮은 것이 나타나며, 상기 와이핑시 심한 마찰은 큰 회전 모멘트를 필요로 한다. 또한, 건조한 및 습한 윈드실드에서 부하값은 속도(v)의 증가에 따라 커지는 것이 나타난다. 더 높은 속도에서 부하 값 곡선의 상승은 더 낮은 속도에서보다 훨씬 더 큰데, 그 이유는 속도(v)가 제곱으로 와이퍼 암에서의 부하로 유입되기 때문이다. 또한, 도 2에는 제어 장치(120)가 와이핑 주파수(WH)를 조정할 때 기초로 하는 부하 문턱값(LS1, LS2)도 속도(v)에 따라 상승하는 것이 나타난다. 본 실시예에서 나타나는 바와 같이, 지지점들을 가진 부하 문턱값들(LS1, LS2)이 주행 속도에 따라 파라미터화될 수 있다.
도 4는 최대로 이용 가능한 모터 모멘트와 모터 부품들의 열 가열 사이의 관계를 개략적으로 나타낸 다이어그램을 도시한다. 이 경우, 특히 모터 내부에서 온도 상승에 의한 고정 모멘트의 감소가 나타난다. 모멘트 감소는 우선 모터 와인딩의 옴 저항의, 열에 의한 상승에 기인한다. 그러나, 아마추어 내의 자속의, 열에 의한 감소도 고정 모멘트의 현저한 감소를 야기한다. 특히 높은 온도에서, 상기 효과는 구동 유닛의 매우 낮은 효율의 원인이다. 도 4에는 와이퍼 모터의 제 1 및 제 2 작동 범위(Ⅰ, Ⅱ)가 도시된다. 제 1 작동 범위(Ⅰ)는 비교적 낮은 와인딩 온도(T)로 표시되는 습한 윈드실드 상에서의 작동에 실질적으로 상응한다. 이 범위에서, 와이퍼 모터는 비교적 낮은 부하로 인해 열에 안정하고, 따라서 최대의 고정 모멘트를 제공할 수 있다. 이에 반해, 주행 속도가 높을 때 건조한 윈드실드 상의 작동에 실질적으로 상응하는 제 2 작동 범위(Ⅱ)는 높은 와인딩 온도(T) 및 상응하게 낮아진 고정 모멘트로 표시된다. 이 범위(Ⅱ)에서는, 와이퍼 모터가 상대적으로 높은 에너지 도입으로 인해 열에 의해 드리프트됨으로써, 와인딩 온도가 사용 한계를 초과하고 이 때문에 모터 와인딩에 결함이 발생할 위험이 있다. 와이퍼 모터가 사용 한계를 벗어난 제 3 범위(Ⅲ)에서 드리프트되는 것을 방지하기 위해, 통상적으로 열 보호 기능이 제공되고, 상기 보호 기능은 사용 한계에 도달하기 조금 전에 와이퍼 모터의 차단을 일으킨다.
와이퍼 모터가 제 1 작동 범위(Ⅰ)에서 열에 안정하게 유지되는 한편, 와인딩 온도(T)가 제 2 작동 범위에서는 추세적으로 상승하기 때문에, 2개의 작동 범위들(Ⅰ, Ⅱ) 사이의 전환은 열 안정성의 한계를 형성한다. 본 발명의 목적은 구동 모터가 여기에 설명된 컨셉에 의해 제 1 작동 범위(Ⅰ)에서 가능한 넓게 작동되는 것을 보장하는 것이다.
와이퍼 모터(120)에 에너지 도입을 제한하기 위해 속도에 따라 와이핑 주파수(WH)를 감소시키는 것은 기본적으로 자동으로 이루어질 수 있으며, 이를 위해 와이퍼 모터의 부하 크기(L)가 사용될 필요가 없다. 예컨대, 와이핑 주파수(WH)가 미리 주어진 주행 속도(v1)부터 자동으로 미리 주어진 값 만큼 감소될 수 있다. 상응하는 주행 속도(v1)는 이 경우 측정, 경험치 및/또는 계산에 의해 이전에 결정되어 제어 장치의 메모리 유닛 내에 저장된 정보로 주어질 수 있다. 이 경우의 장점은 와이퍼 모터의 개별 부하 크기 또는 총 부하를 알지 못하는 상태에서도 와이퍼 모터의 사용 한계가 확대될 수 있다는 것이다. 이 경우, 개별 부하 크기의 측정 또는 계산에 의한 와이퍼 모터의 부하 상태의 검출이 필요 없기 때문에, 매우 간단하고 효과적인 에너지 관리가 실시될 수 있다. 이러한 에너지 관리는 이하에서 도 5를 참고로 상세히 설명된다. 여기에 도시된 다이어그램은 습윤된 윈드실드에서의 모터 부하와 차량 속도(v) 사이의 관계를 나타낸다. 상부 곡선은 제 1 와이핑 주파수(WH1; 분 당 60 사이클)로 연속 작동 중에 와이핑시 부하 곡선을 나타내는 한편, 하부 곡선은 더 낮은 제 2 와이핑 주파수(분 당 40 사이클)를 가진 와이핑 작동에 상응한다. 여기에 도시된 바와 같이, 총 부하는 공기 역학적 효과로 인해 주행 속도 증가에 과비례하게 상승한다. 약 237 km/h의 한계 속도(v1)에서, 상부 곡선은 미리 주어진 부하 문턱값(LS3)에 도달한다. 예컨대, 경험치를 기초로 얻어지는 부하 문턱값(LS3)은 예컨대 와이퍼 모터의 열 안정성의 한계를 표시할 수 있다. 상기 한계의 초과, 그에 따라 열에 안정하지 않은 작동 범위에서 와이퍼 모터의 작동을 피하기 위해, 간단한 에너지 관리는 한계 속도(v1)에 도달시 설정된 와이핑 주파수(WH1)를 자동으로 더 낮은 와이핑 주파수(WH2)로 낮출 수 있다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 더 낮은 와이핑 주파수(WH2)에서 와이퍼 모터의 부하 합계는 부하 문턱값(LS3)보다 훨씬 더 낮은 값을 갖는다. 따라서, 와이핑 주파수의 감소에 의해 에너지 도입, 그에 따라 와이퍼 모터의 열 부하가 훨씬 줄어들 수 있다.
주행 속도(v)가 다시 한계 속도(v1) 미만으로 떨어지면, 와이핑 주파수는 낮은 와이핑 주파수(WH2)로부터 다시 원래 설정된 와이핑 주파수(WH1)로 상승될 수 있다. 상기 스위칭 컨셉의 안정한 거동을 보장하기 위해, 스위칭 히스테리시스가 제공될 수 있다. 낮은 와이핑 주파수(WH2)로부터 높은 와이핑 주파수(WH1)로의 전환은 제 1 한계 속도보다 낮으며 제 2 부하 문턱값(LS4)을 규정하는 제 2 한계 속도(v2)에 미달한 후에야 이루어진다. 적용에 따라, 다수의 한계 속도들이 미리 주어질 수 있으며, 상기 한계 속도들의 초과시 와이핑 주파수가 자동으로 미리 주어진 값만큼 감소한다. 미리 주어진 주행 속도의 초과시 와이핑 주파수(WH)의 자동 감소에 의해, 열에 의한 모터(120)의 과부하가 흡사 예상했던 것처럼 방지될 수 있다.
2개의 부하 문턱값(LS3, LS4)은 예시적인 와이핑 모터에 적용되는 한계 부하를 나타내고, 상기 한계 부하는 필요한 출력을 열에 안정하게 송출하기 위해 가능한 피해진다. 한계(LS3)를 초과하지 않도록, 예컨대 와이핑 주파수가 단계 2에서 차량 속도에 따라 및/또는 열 상태를 고려해서 자유로이 파라미터화 가능하게 변화될 수 있다.
도 5와 관련해서 설명된, 한계 속도에 의해 트리거되는 에너지 관리가 부하 크기 결정 및 에너지 모델의 사용 없이 이루어짐에도 불구하고, 기본적으로 2가지 방법들을 동시에 하나의 공통 에너지 관리 컨셉에 사용하는 것이 가능하다. 와이핑 주파수(WH)의 감소는 미리 주어진 주행 속도(v1) 및 결정된 부하 크기(L)를 기초로 자동으로 이루어진다. 예컨대, 와이핑 주파수(WH)는 먼저 결정된 부하 크기(L)와 미리 주어진 부하 문턱값(LS)의 비교를 기초로 상응하는 와이핑 주파수로 설정될 수 있고, 미리 주어진 주행 속도(v1)의 초과시 결정된 부하 크기와 관계없이 자동으로 미리 주어진 와이핑 주파수로 감소할 수 있다.
선행 실시예를 참고로 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 컨셉은 와이퍼 모터의 열 부하 감소를 위한 여러 조치들을 제공하고, 상기 조치들은 단독으로 및 서로 조합해서 실시될 수 있다. 상기 조치들은
- 와이퍼 암 부하시 다이내믹 효과를 넣기 위해, 주행 속도에 따라 부하 문턱값(LS)의 파라미터화,
- 와이퍼 모터가 열에 대해 안정화되거나, 또는 열 보호 메커니즘이 작용하지 않는 상태에서 높은 와이핑 주파수가 제공되도록 하기 위해, 특히 와이핑 주파수가 단계 2에서 가변적으로 특정 시간 후에 및/또는 결정된 와이퍼 모터 온도에서 자유로이 프로그래밍 가능하게 낮춰지도록, 특히 높은 주행 속도에서 파라미터화되는 여러 부하 문턱값의 제공,
- 부하 문턱값의 미달 또는 초과시, 변화되는/자유로이 파라미터화 가능한 인터벌 사이클을 가진 인터벌 작동으로 파라미터화 가능한 와이핑 주파수의 보완,
- 소정 와이핑 주파수로 또는 인터벌 사이클 지속시간으로 유지되는지의 여부 및 얼마나 오래 유지되는지를 결정할 수 있는 추가 부하 문턱값을 에너지 모델 모드로 작동 중에 도입,
- 부하 문턱값(LS2)에 미달시 와이핑 주파수의 연속하는 증가로 와이핑 주파수의 변화,
- 스티어링 컬럼 스위치가 작동되거나, 또는 차량 파워 시스템으로부터 윈드실드 습윤이 예상된다는 정보가 주어지면, 와이핑 작동이 다시 착수될 수 있도록 와이핑 주파수를 제로로 감소
를 포함한다.
100 윈드실드 와이퍼 시스템
120 구동 유닛
140 와이퍼 암
160 제어 장치

Claims (14)

  1. 차량 윈드실드 와이퍼 시스템(100)의 적어도 하나의 와이퍼 암(140)용 구동 유닛(120)을 제어하는 제어 장치(160)로서, 상기 제어 장치(160)는 상기 구동 유닛(120)의 적어도 하나의 부하 크기(L)를 결정하도록 그리고 상기 부하 크기(L) 대 적어도 하나의 부하 문턱값(LS)의 비율을 기초로 상기 와이퍼 암(140)의 와이핑 주파수(WH)를 설정하도록 설계된, 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치(160)는 상기 와이핑 주파수(WH)의 설정을 차량의 현재 주행 속도(v)에 따라 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 상기 부하 문턱값(LS)을 상기 현재 주행 속도(v)에서 상기 와이퍼 암(140)에 작용하는 바람 부하에 따라 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 상기 주행 속도(v)의 증가시 상기 부하 문턱값(LS1, LS2)을 상기 주행 속도 증가에 의해 야기된, 상기 와이퍼 암(140)에 작용하는 바람 부하의 증가에 실질적으로 상응하는 양만큼 증가시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 더 높은 주행 속도(v)에서야 상기 부하 문턱값(LS)의 속도에 따른 조정을 실시하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 상기 주행 속도(v)의 증가시 및 그와 동시에 나타나는 상기 와이퍼 암(140)에 작용하는 바람 부하의 증가시 상기 와이핑 주파수(WH)를 감소시킴으로써 상기 구동 유닛(120) 내에서 상기 바람 부하 증가에 의한 추가 에너지 도입이 실질적으로 보상되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 미리 주어진 주행 속도(v1)가 초과되면 자동으로 상기 와이핑 주파수(WH)를 감소시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 경험치, 물리적 조절 및/또는 결정된 기준값을 기초로 상기 구동 유닛(120)의 현재 부하 상기 부하 크기(L)를 시뮬레이트하는 모델을 이용해서 상기 부하 크기(L)를 결정하도록 설계되고,
    상기 제어 장치(160)는 또한 이때 결정된 부하 크기(L)가 미리 주어진 부하 문턱값(LS)을 초과하는 경우 상기 와이핑 주파수(WH)를 감소시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 연속 와이핑 작동에 의해 야기되는 상기 구동 유닛(120)의 열 부하를 감소시키기 위해, 자유로이 파라미터화 가능한 인터벌 사이클을 가진 인터벌 작동으로의 전환을 수행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 상기 와이핑 작동에 의해 야기된, 상기 구동 유닛(120)의 열 부하를 감소시키기 위해 상기 와이핑 주파수(WH)를 제로로 감소시키고 사용자 입력 또는 파워 시스템 정보에 의해 상기 와이핑 작동을 다시 착수하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치(160)는 적어도 하나의 부하 크기(L) 대 부하 문턱값(LS)의 비율을 기초로, 와이핑 과정이 건조한 또는 습한 윈드실드 상에 이루어지는지의 여부를 검출하도록 설계되고,
    상기 제어 장치(160)는 또한 건조한 윈드실드의 경우 상기 구동 유닛(120)의 열 부하가 상기 구동 유닛(120)의 열 보호 메커니즘을 트리거시키는 기준인, 문턱값 미만으로 유지되도록 상기 와이핑 주파수(WH)를 감소시키도록 설계되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  11. 적어도 하나의 와이퍼 암(140)용 구동 유닛(120) 및 상기 구동 유닛(120)용 제어 장치(160)를 포함하는 차량용 윈드실드 와이퍼 시스템(100)으로서,
    상기 제어 장치(160)는 상기 구동 유닛(120)의 적어도 하나의 부하 크기(L)를 결정하도록 그리고 상기 부하 크기(L) 대 적어도 하나의 부하 문턱값(LS)의 비율을 기초로 상기 와이퍼 암(140)의 와이핑 주파수(WH)를 설정하도록 설계된, 윈드실드 와이퍼 시스템에 있어서,
    상기 제어 장치(160)는 상기 와이핑 주파수(WH)의 설정을 차량의 현재 주행 속도(v)에 따라 수행하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 윈드실드 와이퍼 시스템.
  12. 적어도 하나의 와이퍼 암(140)을 구비한 차량의 윈드실드 와이퍼 시스템(100)의 구동 유닛(120) 제어 방법으로서,
    상기 구동 유닛(120)의 적어도 하나의 부하 크기(L)가 결정되고 상기 부하 크기(L) 대 적어도 하나의 부하 문턱값(LS)의 비율을 기초로 상기 와이퍼 암(140)의 와이핑 주파수(WH)가 설정되는, 구동 유닛 제어 방법에 있어서,
    상기 와이핑 주파수(WH)의 설정은 상기 차량의 현재 주행 속도(v)에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 구동 유닛 제어 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 부하 문턱값(LS)은 상기 주행 속도(v)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 구동 유닛 제어 방법.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 와이핑 주파수(WH)는 미리 주어진 주행 속도(v1)의 초과시 자동으로 감소하는 것을 특징으로 하는 구동 유닛 제어 방법.
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