KR20130139130A - 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크 암의 회전각도를 축소 보정함으로써, 시스템의 장기간 사용 및 차속 증가 시 와이퍼의 각도를 줄여 와이퍼의 수명을 연장 및 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치는 멀티펑션 스위치; 구동력을 발생시켜 와이퍼 블레이드를 작동시키기 위한 와이퍼모터; 상기 와이퍼모터의 내부에 설치되어 모터의 위치를 감지하기 위한 모터위치감지센서; 및 상기 와이퍼모터 및 멀티펑션 스위치와 무선으로 송수신 가능하며, 와이퍼모터의 작동을 제어하는 바디제어유닛;을 포함하고, 차량의 연식 또는 블레이드의 작동횟수에 따라 와이퍼의 작동각도를 축소 제어함으로써, 시스템이 오래 지날수록 혹은 블레이드의 작동횟수가 설정한도를 초과할수록 그리고 차속 증가에 따른 바람의 저항에 의해 와이퍼의 작동각도가 커지므로 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법{Control apparatus and method for wiper of vehicle}

본 발명은 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내구성 향상 및 수명을 연장할 수 있는 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 와이퍼 장치는 운전석 전면 윈드실드 글래스에 점착된 이물질을 제거하여 운전자의 시야를 확보하는 장치이다.

이러한 와이퍼 장치는 빗물 등으로 윈드실드 글래스가 흐려지면 와이퍼 모터에 의해 와이퍼가 작동되어 와이퍼에 부착된 와이퍼 브러시가 윈드실드 글래스로 흐르는 물을 제거하여 운전자의 시야를 확보하도록 이루어진다.

도 1은 종래기술에 따른 차량용 와이퍼 장치의 구성도로서, 자동차용 와이퍼 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 동력을 발생시키는 와이퍼 모터(10)와, 동력을 전달하는 링크부(20)와, 윈드실드 글래스(1)를 닦는 와이퍼 블레이드부(30)로 이루어져 있다.

상기 와이퍼 모터(10)는 회전을 감속하는 기어케이스가 일체로 되어 있고, 직권계자 코일 및 분권 계자 코일에의 전류를 변환함으로써 후술하는 와이퍼 블레이드를 저속과 고속으로 작동시키게 된다.

상기 링크부(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 대부분 좌우의 와이퍼 블레이드를 연동시키는 기구로 되어 있는바, 모터(10)와 연결된 크랭크 암(21)과, 크랭크 암(21)과 회전축(23)을 연결하는 종속링크(22)와, 윈드실드 글래스(1) 하단 좌측 및 우측에 각각 장착된 지지 플레이트에 설치된 좌측 및 우측 회전축(23)과, 상기 좌측 및 우측 회전축(23)의 하단에 연결된 레버(24)와, 상기 레버(24)를 연결하는 전달링크(25)로 구성되어 있다.

상기 와이퍼 블레이드부(30)는 상기 링크부(20)의 좌측 및 우측 회전축(23)에 각각 연결되는 좌측 및 우측와이퍼 암(31)과, 상기 좌측 및 우측 와이퍼 암(31)의 일단에 탈/착 가능하게 결합되어 상기 윈드 실드글래스(1)와 접촉하는 와이퍼 블레이드로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 자동차의 와이퍼 장치는 먼저, 와이퍼 모터(10)에 배터리로부터 전원이 인가되면, 상기 와이퍼 모터(10)로부터 구동력을 전달받은 종속링크(22)가 레버(24)에 그 구동력을 전달하고, 전달링크(25)는 상기 레버(24)를 좌우로 유동시켜 각각에 연결된 좌측 및 우측 회전축(23)을 연동시키고, 상기 좌측 및 우측 회전축(23)에 각각 연결된 좌측 및 우측 와이퍼 암(31)을 좌우로 유동시키게 된다.

상기 좌측 및 우측 와이퍼 암(31)에 각각 연결된 와이퍼 블레이드는 상기 윈드 실드 글래스(1)와 접촉되면서 그 위의 물기를 닦아 내게 된다.

그러나, 시스템이 오래될수록 레버(24)와 와이퍼 암(31) 사이의 연결부분이 헐거워져서 레버(24)의 각 운동이 커짐에 따라 회전축(23)의 회전각도도 커지게 되어 결국 와이퍼 암(31)과 블레이드의 와이퍼 각도가 커지며, 내구성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 차량의 속도가 증가하면 할수록 바람에 의해 와이퍼 암(31)과 블레이드를 밀어내는 힘이 커져서 와이퍼의 회전각도가 커지므로 와이퍼 블레이드가 윈드실드 글래스(1)에서 벗어나는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 크랭크 암의 회전각도를 축소 보정함으로써, 시스템의 장기간 사용 및 차속 증가 시 와이퍼의 각도를 줄여 와이퍼의 수명을 연장 및 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서 제공하는 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량용 와이퍼 제어 장치는 멀티펑션 스위치; 구동력을 발생시켜 와이퍼 블레이드를 작동시키기 위한 와이퍼모터; 상기 와이퍼모터의 내부에 설치되어 모터의 위치를 감지하기 위한 모터위치감지센서; 및 상기 와이퍼모터 및 멀티펑션 스위치와 무선으로 송수신 가능하며, 와이퍼모터의 작동을 제어하는 바디제어유닛;을 포함하고, 차량의 연식 또는 블레이드의 작동횟수에 따라 와이퍼의 작동각도를 축소 제어함으로써, 시스템이 오래 지날수록 혹은 블레이드의 작동횟수가 설정한도를 초과할수록 그리고 차속 증가에 따른 바람의 저항에 의해 와이퍼의 작동각도가 커지므로 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 와이퍼모터를 구동하기 위한 모터구동회로로 릴레이 및 복수의 전계효과 트랜지스터를 이용하여 모터의 구동방향을 제어하는 방식으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 차량용 와이퍼 제어 방법은 차량의 연식이 일정 기간 경과하였거나 와이퍼 블레이드의 작동횟수가 설정 횟수를 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 차량의 연식이 일정 기간 경과하였거나 와이퍼 블레이드의 작동횟수가 설정횟수를 초과한 경우에 와이퍼의 작동각도를 소정 각도만큼 축소 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

차량의 속도가 설정 속도를 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 차량 속도가 설정 속도를 초과한 경우에 와이퍼의 작동각도를 소정 각도만큼 축소 제어하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.

첫째로, 차량의 수명 및 내구에 따라 모터의 각도를 조절하여 와이퍼의 닦임 성능을 유지할 수 있다.

둘째로, 차속이 규정된 차속값을 초과하는 경우에 모터 출력축의 요동각을 좁힘으로써, 차속 증가시 블레이드가 바람의 저항에 의해 오버런(OVER RUN)하여 A필라에 접촉하는 것을 방지하여 블레이드의 내구성을 향상시킬 수 있다.

세째로, 타 시스템(BCM 등)과의 정보공유를 위해 LIN 통신을 적용함으로써, 여러 제어기를 통한 차량 수명을 측정할 수 있고, 차량의 회로가 간단하여 와이어가 적게 소요되므로 전체 시스템의 중량을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 A/S 작업이 용이한 장점이 있다.

네째로, 제2실시예의 경우 제1실시예에 따른 와이퍼 제어 장치 대비 FET 소자의 수를 줄일 수 있으므로 시스템의 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 와이퍼의 작동각도를 보여주는 와이프 장치의 정면도
도 2는 종래기술에 따른 와이퍼 링크부의 구성을 보여주는 평면도 및 사시도
도 3은 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치의 개략도
도 4는 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치의 블록도
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 모터구동회로도이고, 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 모터구동회로도
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 제어모듈을 보여주는 블록도이고, 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 제어모듈을 보여주는 블록도
도 7은 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 방법을 보여주는 순서도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 장치의 블록도이다.

본 발명은 와이퍼 시스템을 오래 사용하거나 차속이 증가할 경우에 와이퍼의 작동각도를 축소 제어함으로써 와이퍼 시스템의 수명 연장 및 내구성을 향상시킬 수 있는 차량용 와이퍼 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 와이퍼 시스템의 수명 연장 및 내구성 향상을 위해 차량의 연식 또는 블레이드의 작동 회수에 따라 와이퍼 시스템의 링키지 변형을 보정한다.

또한, 자연환경 변화 및 차량 속도에 따른 바람의 저항을 고려하여 블레이드의 회전각도를 축소제어하여 블레이드가 윈드실드 글래스에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

상기 와이퍼 암의 각도를 축소 보정하기 위해 모터를 제어한다.

예를 들어 와이퍼의 작동각도를 제어하기 위한 제1조건으로 차량 연식 5년 또는 와이퍼 작동 횟수 1천회가 지날 때마다 와이퍼 블레이드의 작동각도를 상/하 위치에서 각각 0.5도 범위로 축소 제어한다.

와이퍼의 작동각도를 제어하기 위한 제2조건으로 차량 속도 50km/h 증가 시 와이퍼 블레이드의 작동각도를 상/하 위치에서 0.2도 범위로 축소 제어한다.

상기 제1 및 제2조건을 조합하여 모터의 작동각도를 축소 제어한다.

본 발명에 따른 와이어 장치에서 링키지 구조는 기존의 전기제어와이퍼(ECW) 시스템과 동일하다.

기존에는 모터의 위치를 감지하는 모터위치 감지센서가 없었지만, 본 발명에서는 기존의 모터에 PCB를 장착하고, PCB 내부에 모터위치 감지센서를 조립하여 모터의 위치를 감지한다.

또한, 본 발명은 타 시스템 예를 들어 BCM(42)과의 정보를 공유하기 위해 LIN 통신을 적용하여 신규기능(와이퍼 작동각도 축소 제어 기능)을 추가할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 전자제어 와이퍼(ECW) 장치(40)는 배터리와 연결되어 배터리로부터 전원을 공급받고, 멀티펑션 스위치(41)로부터 신호를 입력받아 모터를 제어할 수 있고, 내부에 와이퍼 모터를 장착하여 BCM(42)과 정보를 공유함으로써 모터의 구동방향을 양방향으로 제어할 수 있고, PWM 제어를 통해 모터의 속도를 제어할 수 있으며, LIN 통신을 통해 무선으로 시스템 간 송수신 가능하다.

본 발명에 따른 와이퍼 제어 장치는 차량의 연식(또는 블레이드의 작동회수) 및 차속에 따라 크랭크 암의 각도를 축소 보정함으로써, 연식 및 차속 증가 시 와이퍼의 작동각도가 커짐으로 인해 블레이드의 내구성 저하 및 블레이드가 윈드실드 글래스에서 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 크랭크 암 및 와이퍼의 회전각도를 0.5도 축소 제어하는 경우에 와이퍼 블레이드의 끝단부가 윈드실드 글래스에서 회전하는 원주가 줄어든다.

예를 들어 정상 작동시 와이퍼의 회전각도는 약 83도이고, 이때 원주길이는 2Πr*83/360이다.

보정 후 와이퍼 각도는 약 82.5도이고, 원주길이는 2Πr*82.5/360이다.

상기 0.5도 축소 보정한 경우에 원주길이는 2Πr*83/360-2Πr*82.5/360=2Πr*0.5/360이다.

결국 와이퍼 암과 블레이드의 길이 r이 70cm라면 0.5도 축소 보정한 경우의 원주길이는 0.6cm이다.

상기와 같이 와이퍼 각도를 축소 보정한 경우에 와이퍼 암과 블레이드의 원주길이가 0.6cm 정도 줄어들어 기존 대비 와이퍼 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 와이퍼 각도 축소 보정 시 모터를 제어하는데, 도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 모터구동회로도이고, 도 5b는 본 발명의 제2실시예에 따른 모터구동회로도이다.

제1실시예에 따른 구동회로의 시스템은 모터구동회로를 H-브릿지 방식으로 구성하였고, 4개의 FET(50)가 필요하지만, 제2실시예에 따른 구동회로의 시스템은 FET(50) 2개만으로 동일 기능을 구현할 수 있으므로 원가적인 측면에서 장점이 있다.

상기 제1실시예에 따른 구동회로에서는 MCU 포트로 4개의 I/O, 즉 HS1, HS2, LS1, LS2를 사용하고, FET(50) 4개를 모두 제어하며 기존의 H-브릿지 제어방식을 채택할 수 있다.

상기 제2실시예에 따른 구동회로에서는 MCU 포트로 3개의 I/O, 즉 HS 릴레이(51), LS1, LS2를 사용하고, 릴레이(51)와 FET(50) 2개를 이용하여 제어하며 다음과 같은 제어방식에 의해 제어한다.

상기 HS 릴레이(51)는 배터리와 연결되며, 배터리로부터 전원이 인가되어 HS 릴레이(51)가 온 되면 MCU 포트 중 LS2와 연결된 FET(50)가 온되고, 배터리로부터 전원이 오프되어 HS 릴레이(51)가 오프되면 MCU 포트 중 LS1과 연결된 FET(50)가 온되도록 제어된다.

도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 제어모듈을 보여주는 블록도이고, 도 6b는 본 발명의 제2실시예에 따른 제어모듈을 보여주는 블록도이다.

상기 제2실시예의 모터구동회로를 이용한 와이퍼 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 차량용 와이퍼 제어 방법을 보여주는 순서도이다.

IGN2 스위치로부터 온(ON)신호가 입력되고, 와이퍼 스위치로부터 온 신호가 입력되었는지 여부를 판단한다.

상기 IGN2 스위치로부터 온 신호가 입력되고, 와이퍼 스위치로부터 온 신호가 입력된 경우에 와이퍼 모터(10)를 구동하고 와이퍼 모터(10)의 방향을 결정한다.

이때, 와이퍼 스위치가 온 상태인 경우에 와이퍼의 회전속도를 로우(LO), 하이(HI), 미스트(MIST), 인트(INT)로 조절할 수 있다.

그리고, 보행자 충돌 및 차량 사고 등과 같이 비상 시 와이퍼 모터(10)를 자동으로 정지시킬 수 있다.

와이퍼 모터 내 PCB 상에 설치된 위치센서를 통해 모터의 위치를 감지하여 와이퍼 모터의 구동방향을 감지할 수 있다.

와이퍼 모터(10)의 구동방향이 시계방향 인지 여부를 판단하고, 와이퍼 모터(10)의 구동방향이 시계방향이면 HS 릴레이(51)가 온되고 LS2 FET(50)가 온 되며, 와이퍼 모터(10)의 구동방향이 반시계방향이면 HS 릴레이(51)가 오프되고 LS1 FET(50)가 온된다.

상기 모터구동회로를 HS 릴레이(51)와 2개의 FET(50) 로 구성하여 상기와 같은 방식으로 모터를 제어함으로써 차량 연식 5년(또는 블레이드의 작동 회수가 1천회)이 지날 때마다 그리고 차속이 50km/h 증가 시 모터 각도를 0.5씩 축소 제어하여 와이퍼 시스템의 내구성을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 차량의 수명 및 내구에 따라 모터의 각도를 조절하여 와이퍼의 닦임 성능을 유지할 수 있다.

또한, 차속이 규정된 차속값을 초과하는 경우에 모터 출력축의 요동각을 좁힘으로써, 차속 증가시 블레이드가 바람의 저항에 의해 오버런(OVER RUN)하여 A필라에 접촉하는 것을 방지하여 블레이드의 내구성을 향상시킬 수 있다.

아울러, 타 시스템(BCM(42) 등)과의 정보공유를 위해 LIN 통신을 적용함으로써, 여러 제어기를 통한 차량 수명을 측정할 수 있고, 차량의 회로가 간단하여 와이어가 적게 소요되므로 전체 시스템의 중량을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 A/S 작업이 용이한 장점이 있다.

그리고, 제2실시예의 경우 제1실시예에 따른 와이퍼 제어 장치 대비 FET(50) 소자의 수를 줄일 수 있으므로 시스템의 원가를 절감할 수 있다.

이러한 통합 기술을 독자적으로 보유할 경우 향후 시스템 개발의 주체가 될 수 있고, 기술을 선도하는 흐름을 가능하게 함으로써 국내의 부품업체가 국산화 개념의 시스템 개발에 동참하여 기술축적과 세계 시장에서의 경쟁력 확보를 달성할 수 있다.

1 : 윈드실드 글래스 10 : 모터
20 : 링크부 21 : 크랭크 암
22 : 종속링크 23 : 회전축
24 : 레버 25 : 전달링크
30 : 와이퍼 블레이드부 31 : 와이퍼 암
32 : 와이퍼 블레이드 40 : 스마트 전자제어 와이퍼(ECW)
41 : 멀티펑션 스위치 42 : 바디제어유닛
50 : 전계효과 트랜지스터(FET)
51 : 릴레이

Claims (4)

1. 멀티펑션 스위치(41);
   구동력을 발생시켜 와이퍼 블레이드를 작동시키기 위한 와이퍼 모터(10);
   상기 와이퍼 모터(10)의 내부에 설치되어 모터의 위치를 감지하기 위한 모터위치감지센서;
   상기 와이퍼 모터(10) 및 멀티펑션 스위치(41)와 무선으로 송수신 가능하며, 와이퍼 모터(10)의 작동을 제어하는 바디제어유닛(42);
   을 포함하고, 차량의 연식 또는 블레이드의 작동횟수에 따라 와이퍼의 작동각도를 축소 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 와이퍼 모터(10)를 구동하기 위한 모터구동회로로 릴레이(51) 및 복수의 전계효과 트랜지스터(50)를 이용하여 모터의 구동방향을 제어하는 방식으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 제어 장치.
   
3. 차량의 연식이 일정 기간 경과하였거나 와이퍼 블레이드의 작동횟수가 설정 횟수를 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 차량의 연식이 일정 기간 경과하였거나 와이퍼 블레이드의 작동횟수가 설정횟수를 초과한 경우에 와이퍼의 작동각도를 소정 각도만큼 축소 제어하는 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 제어 방법.
   
4. 차량의 속도가 설정 속도를 초과하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 차량 속도가 설정 속도를 초과한 경우에 와이퍼의 작동각도를 소정 각도만큼 축소 제어하는 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 와이퍼 제어 방법.
   
   

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