JP6610298B2 - 車両用ワイパ制御装置及び車両用ワイパ制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両用ワイパ制御装置及び車両用ワイパ制御プログラムに関する。

特許文献１には、ワイパモータに流れる電流値及び回転センサによって検出したモータ角度に基づいて、ワイパブレードに作用する外力（負荷）及びブレード角度を算出して、ワイパモータを回転させる指令信号にフィードバックすることが提案されている。これにより、外力を考慮してワイパモータを制御することができる。

また、特許文献２、３では、ワイパモータの回転角度に係る信号からフィルタにより所定の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を用いてワイパモータの指令信号を補正することにより、ワイパブレードのびびり振動を抑制することが提案されている。

特開２０１５−９６３９７号公報 特開２０１５−８５７５９号公報 特開２０１５−１８９２８３号公報

しかしながら、特許文献１では、外力を考慮してワイパモータを制御することができるが、ワイパブレードの反転時の音を抑制することができない。

また、特許文献２、３においても、ワイパブレードのびびり振動を抑制することができるものの、ワイパブレードの反転時の音は抑制することができない。

ワイパブレードの反転時の音を低減する方法としては、ワイパアームのウインドシールドガラスを抑える圧力を低減する方法や、ワイパブレードのラバー材料を変更する方法などが考えられるが、何れもワイパの払拭性能の悪化と背反にあり、両立が困難である。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、払拭性能を維持しつつ、ワイパ払拭動作の反転時の音を低減することが可能な車両用ワイパ制御装置及び車両用ワイパ制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の車両用ワイパ制御装置は、車両のウインドシールドガラス上でワイパブレードの往復のワイパ払拭動作を行うためのワイパモータと、前記ワイパ払拭動作を行うように前記ワイパモータの駆動電圧を制御する制御部と、ワイパブレードの反転中に、ワイパブレードの反転音を低減するために予め定めた周波数の信号を前記駆動電圧に重畳する重畳部と、を備えている。

上記構成の車両用ワイパ制御装置によれば、ワイパモータにより車両のウインドシールドガラス上の往復のワイパ払拭動作が行われる。

制御部では、ワイパモータの駆動電圧が制御され、これによりワイパブレードの往復のワイパ払拭動作が行われる。

そして、重畳部では、ワイパブレードの反転中に、ワイパブレードの反転音を低減するために予め定めた周波数の信号が駆動電圧に重畳される。予め定めた周波数の信号が駆動電圧に重畳されることで、ワイパ払拭動作の反転時のワイパ払拭方向の加速度が抑制される。これにより、払拭性能を維持しつつ、ワイパ払拭動作の反転時の音を低減することができる。

また、本発明の車両用ワイパ制御装置は、前記重畳部は、前記ワイパ払拭動作の往復のそれぞれでワイパブレードが反転を開始するタイミングで前記信号の重畳を開始する。

上記構成の車両用ワイパ制御装置によれば、反転音の低減に必要なタイミングである反転時に予め定めた周波数の信号を駆動電圧に確実に重畳することが可能となると共に、必要なタイミング以外の信号の駆動電圧への重畳を抑制することが可能となる。

また、本発明の車両用ワイパ制御装置は、前記ワイパブレードが反転を開始するタイミングは、前記ワイパ払拭動作の往復のそれぞれで反転する際にワイパ払拭動作の速度が０になるタイミングである。

上記構成の車両用ワイパ制御装置によれば、ワイパ払拭動作の往復のそれぞれで反転する際にワイパ払拭動作の速度が０になるタイミングの検出により、ワイパブレードが反転を開始するタイミングが検出可能である。

また、本発明の車両用ワイパ制御装置は、前記重畳部は、ワイパ払拭動作が反転して前記ワイパブレードのウインドシールドガラスへ当接する払拭面が反対側に反転する前のタイミングで前記信号の重畳を開始する。

上記構成の車両用ワイパ制御装置によれば、必要なタイミング以外の信号の駆動電圧への重畳をさらに抑制することが可能となる。

また、本発明の車両用ワイパ制御プログラムは、コンピュータを、上記車両用ワイパ制御装置の前記制御部及び前記重畳部として機能させる。

上記構成の車両用ワイパ制御プログラムによれば、ワイパ払拭動作の反転時の音を低減することが可能となる。

本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置を含む車両用ワイパ装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る車両用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。 ワイパブレードの反転音の発生原理を説明するための図である。 （Ａ）はワイパブレードの横方向角加速度とガラスを叩く力を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるワイパブレードの観察方向を示す。 （Ａ）は反転位置付近のモータ角度を示す図であり、（Ｂ）は（Ｂ）は横方向加速度を示す図であり、（Ｃ）は高周波信号の一例（１００ＨＺ）を示す図である。 本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置における反転音低減制御部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置を含む車両用ワイパ装置の構成を示す概略図である。

車両用ワイパ装置１１は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられたウイ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、車両用ワイパ制御装置１０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の動作に伴ってワイパブレード２８、３０がウインドシールドガラス１２上を往復動作し、ワイパブレード２８、３０がウインドシールドガラス１２を払拭する。

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を有する。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に固定されており、クランクアーム３４の他端側は、第１リンクロッド３６の一端側に動作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箇所に動作可能に連結されている。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の両端がそれぞれ動作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動作可能に支持されている。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。

車両用ワイパ装置１１では、出力軸３２が所定の範囲の回転角度θ１で正逆回転されると、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に伝達される。このワイパアーム２４、２６の往復動作に伴ってワイパブレード２８、３０がウインドシールドガラス１２上における下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間で往復動作をする。θ１の値は、ワイパ装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施形態では、一例として１４０°とする。

本実施形態に係る車両用ワイパ装置１１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Ｐ３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。

格納位置Ｐ３は、下反転位置Ｐ２の下方に設けられている。ワイパブレード２８、３０が下反転位置Ｐ２にある状態から、出力軸３２がθ２回転することにより、ワイパブレード２８、３０は格納位置Ｐ３に動作する。θ２の値は、ワイパ装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施形態では、一例として１０°とする。

なお、θ２が「０」の場合は、下反転位置Ｐ２と格納位置Ｐ３は一致し、ワイパブレード２８、３０は、下反転位置Ｐ２で停止し、格納される。

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車両用ワイパ制御装置１０が接続されている。すなわち、ワイパモータ１８の駆動により、ウインドシールドガラス１２上の往復のワイパ払拭動作が行われる。本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置１０は、例えば、ワイパモータ１８の出力軸３２の回転速度及び回転角度を検知する回転角センサ５４及び電流センサ５５を有している。また、車両用ワイパ制御装置１０は、ワイパモータ１８を作動させるための電流をＰＷＭ制御によって生成してワイパモータ１８に供給する駆動回路５６を有している。

本実施形態に係るワイパモータ１８は、上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度は、ワイパモータ本体の回転軸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度を、ワイパモータ１８の回転軸の回転速度及び回転角度とみなすものとする。

回転角センサ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。電流センサ５５は、回転しているワイパモータ１８の電流を検知する。

車両用ワイパ制御装置１０は、ワイパ払拭動作を制御するマイクロコンピュータ５８を備えている。マイクロコンピュータ５８は、回転角センサ５４が検出した出力軸３２の回転角度からワイパブレードのウインドシールドガラス１２上での位置を算出可能で当該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。車両用ワイパ制御装置１０には、駆動回路５６の制御に用いるデータ及びプログラムを記憶した記憶装置であるメモリ６０が設けられている。メモリ６０は、ワイパブレード２８、３０のウインドシールドガラス１２上の位置に応じて出力軸３２の回転速度を算出するためのデータ及びプログラムを記憶している。

また、マイクロコンピュータ５８には、ワイパスイッチ５０、車両のエンジン等の制御を統括する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０、及びウォッシャスイッチ６２が接続されている。

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、低速で動作させる低速作動（ＬＯ）モード選択位置、高速で動作させる高速作動（ＨＩ）モード選択位置、一定周期で間欠的に動作させる間欠作動（ＩＮＴ）モード選択位置、及び格納（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た回転速度の指令の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マイクロコンピュータ５８に入力されると、マイクロコンピュータ５８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に記憶されたデータ及びプログラムを用いて行う。

図２は、本実施形態に係る車両用ワイパ装置１１における制御ブロック図の一例を示す概略図である。

図２では、例えば、ワイパブレード２８、３０をウインドシールドガラス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５８内のＰＩ制御部６４に入力される。

ＰＩ制御部６４は、ワイパモータ１８のアーマチャ６６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６４は、指令値で算出される電圧と後述する出力値で算出される電圧との偏差の比例関係に基づいてワイパモータ１８に印加する電圧を算出する偏差比例部と、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とを含む。

ワイパモータ１８のアーマチャ６６にはＰＩ制御部６４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１８の出力軸の回転角度は、回転角センサ５４により、モータ角度が検知される。回転しているワイパモータ１８の電流は、電流センサ５５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６８を乗算することによりワイパモータ１８の出力軸のトルクが算出される。

また、ワイパモータ１８の回転力及びトルクは車両用ワイパ装置１１に作用し、ワイパブレード２８、３０をウインドシールドガラス１２上の所定の位置から回動させる。また、回転角センサ５４によって検知されたモータ角度情報は、出力値としてＰＩ制御部６４に入力され、上述のＰＩ制御が行われる。なお、図２中のＫｅは、車両用ワイパ装置１１の動作に伴って生じる逆起電圧に係る所定の逆起定数７０であり、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。

また、本実施形態では、ワイパブレード２８、３０の反転時の音を低減する制御を行う反転音低減制御部７２がマイクロコンピュータ５８内に設けられており、ＰＩ制御部６４によって算出された電圧に反転音を低減するための信号を重畳するようになっている。

ここで、反転音を低減するための信号を説明するにあたり、反転音が発生する原理について説明する。図３は、ワイパブレード２８、３０の反転音の発生原理を説明するための図である。なお、図３では、車両用ワイパ装置１１は簡易的に示す。また、以下では、ワイパブレード２８、３０におけるブレードラバー部分のウインドシールドガラス１２に当接する部位をリップ７４と称し、ワイパブレード２８、３０におけるブレードラバー部分のフレームに支持される部位を規制部７８と称する。また、ブレードラバー部分のリップ７４よりも断面幅は広くなっている部分をショルダ８０と称し、ショルダ８０と規制部７８の間の断面が細くなっている部位をネック７６と称す。

反転音は、ワイパブレード２８、３０が上反転位置Ｐ１及び下反転位置Ｐ２のそれぞれで反転する際に、ワイパブレード２８、３０がガラスを叩くことで、自動車のピラー等を共振させて音が発生する。

例えば、図３に示すように、ワイパブレード２８、３０が下反転位置Ｐ２へ移動する場合、ワイパブレード２８、３０のリップ７４がネック７６で折れ曲がって規制部７８に対して進行方向後側の状態で移動する。ワイパブレード２８、３０が下反転位置まで移動すると、ワイパブレード２８、３０の移動方向が上反転位置方向に反転し、その後、ガラスへの押付け力が抜けてワイパブレード２８、３０の規制部７８とリップ７４との折れ曲がりがなくなり直線的な状態になる。そして、ワイパブレード２８、３０が上反転位置方向へ更に移動し、ワイパブレード２８、３０の規制部７８がリップ７４を乗り越える。規制部７８がリップ７４を乗り越えるとネック７６が上記とは反対方向に折れ曲がり、ワイパブレード２８、３０のリップ７４のウインドシールドガラス１２へ当接する払拭面が反対側の面に反転する。このとき、ワイパブレード２８、３０の規制部７８とショルダ８０とが打ち当たることでガラスを叩き、ピラー等の共振により反転音が発生する。

反転音は、ワイパブレード２８、３０の移動方向（以下、横方向という。）の角加速度を低減することでガラスを叩く力を下げて（図４（Ａ））、反転音を低減することができる。なお、図４（Ａ）はワイパブレードの横方向角加速度とガラスを叩く力を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるワイパブレード２８、３０の観察方向を示す。

横方向の角加速度を低減する方法としては、反転位置付近で減速する方法があるが、減速した分、途中を早く払拭する必要があり、不自然な動きになる。また、瞬間的に減速させる方法が考えられるが、減速のタイミングが難しく、タイミングがずれると他の弊害が発生する虞がある。

そこで、本実施形態では、反転音低減制御部７２が、横方向角加速度を低減するための信号として予め定めた高周波信号をワイパモータ１８の駆動電圧に重畳することで、横方向角速度を低減するようになっている。

すなわち、反転音低減制御部７２が、ＰＩ制御部６４によって算出された電圧に対して、予め定めた高周波信号を重畳する。高周波信号が重畳された駆動電圧をワイパモータ１８に印加することで、ワイパブレード２８、３０が反転してリップ７４の払拭面が反対側に反転する際の横方向加速度が高周波信号によって相殺されて横方向加速度が低減される。これにより、ワイパブレード２８、３０のショルダ８０と規制部７８とが打ち当たる力が低減されてガラスを叩く力が小さくなり反転音も小さくなる。

高周波信号の周波数としては、周波数を変更しながらワイパ１４、１６の反転音を測定する実験等により求めた周波数を適用する。また、高周波信号の重畳タイミングとしては、少なくともワイパブレード２８、３０が反転してリップの払拭面が反対側に反転する前のタイミングで印加する。上述のように、リップ７４の払拭面が反対側に反転してショルダ８０と規制部７８とが打ち当たることで反転音が発生する。そのため、ワイパブレード２８、３０が反転してリップ７４が起き上がって、ネック７６の折れ曲がりがなくなるとき（リップ７４の払拭面が反対側の面に反転する直前）までに高周波信号を重畳する必要がある。例えば、ワイパ払拭動作の反転を開始するタイミング（ワイパモータ１８の回転速度が０、または回転方向が反転するタイミング）に高周波信号の重畳を開始する。或いは、機械的な誤差等を許容するために、ワイパ払拭動作の反転を開始するタイミング（ワイパモータ１８の回転速度が０、または回転方向が反転するタイミング）の予め定めた時間前に高周波信号の重畳を開始してもよい。なお、高周波信号の停止タイミングは、例えば、ワイパ払拭動作が反転してから予め定めた時間後に停止してもよい。或いは、ワイパ払拭動作が反転して予め定めたモータ角度が検出された場合に停止してもよい。

次に、反転音低減制御部７２によって高周波信号を入力した場合の横方向加速度の低減効果の具体例について説明する。図５（Ａ）は反転位置付近のモータ角度を示し、図５（Ｂ）は横方向加速度を示し、（Ｃ）は高周波信号の一例（１００ＨＺ）を示す。

図５（Ｃ）では、ワイパモータ１８の回転方向が反転する前のタイミングで反転音低減制御部７２が高周波信号を重畳した例を示す。

反転音低減制御部７２が高周波信号を重畳しない場合には、リップ７４が立ち上がった状態から、ガラスの当接面が反対側の面に反転する際に、図５（Ｂ）の点線で示すように、横方向加速度がピーク値となる。このとき、上述のようにガラスがワイパブレード２８、３０によってガラスが叩かれることで反転音が発生する。

これに対して、図５（Ｃ）に示す高周波信号（一例として１００Ｈｚ）をワイパモータ１８の回転方向が反転する前のタイミングで重畳すると、横方向角速度は、図５（Ｂ）の実線で示すようになる。すなわち、高周波信号を重畳しない場合に比べて、ピーク値が低減される。横方向加速度が小さくなることにより、ガラスを叩く力が小さくなるので、ワイパ払拭動作の反転音を低減することができる。

続いて、本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置１０で行われる具体的な処理例について説明する。図６は、本実施形態に係る車両用ワイパ制御装置１０における反転音低減制御部７２で行われる処理の一例を示すフローチャートである。なお、図６の処理は、例えば、ワイパスイッチ５０によってワイパ作動指示が行われた場合にメモリ６０に記憶されたプログラムを実行することにより開始する。

ステップ１００では、反転音低減制御部７２が、回転角センサ５４によって検出されたモータ角度情報を取得してステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、反転音低減制御部７２が、高周波信号を重畳するタイミングであるか否かを判定する。該判定は、例えば、ワイパモータ１８の回転方向が反転する前の予め定めた回転角度になったか否かを判定する。或いは、単位時間あたりのワイパモータ１８の回転角度から回転速度を求めて回転速度が０になったか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、反転音低減制御部７２が、ＰＩ制御部６４によって算出された電圧に予め定めた高周波信号の重畳を開始してステップ１０６へ移行する。これにより、上述したように、反転時のワイパブレード２８、３０の横方向加速度が低減されるため、反転音を低減することができる。

ステップ１０６では、反転音低減制御部７２が、回転角センサ５４によって検出されたモータ角度情報を取得してステップ１０８へ移行する。

ステップ１０８では、反転音低減制御部７２が、高周波信号を停止するタイミングであるか否かを判定する。該判定は、例えば、ワイパブレード２８、３０が反転して予め定めた角度になったか否かを判定する。或いは、高周波信号を印加開始してから予め定めた時間経過したか否かを反転する。該判定が否定された場合にはステップ１０６に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返す。

このように、反転音低減制御部７２の処理を実行することにより、ワイパブレード２８、３０の反転時の横方向加速度を低減することができる。また、ワイパブレード２８、３０の反転時の横方向加速度を低減することで、ガラスを叩く力を低減して払拭性能を維持しつつ、反転音を低減することができる。

なお、上記の実施形態では、少なくともワイパブレード２８、３０が反転してリップ７４の払拭面が反対側に反転する前に高周波信号を重畳する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、ワイパ作動開始と共に高周波信号を重畳する形態でもよく、少なくともワイパ払拭動作が反転してリップの払拭面が反対側に反転する際に高周波信号が入力されていればよい。

また、上記の実施形態では、ワイパモータ１８を正逆転する構成の車両用ワイパ装置１１を一例として説明したが、これに限るものではなく、ワイパモータ１８を一方向に回転することで、ワイパ払拭動作を行う形態を適用してもよい。

また、上記の実施形態では、図６の処理をプログラムを実行することにより行われるソフトウエア処理として説明したが、これに限るものではなく、ハードウエアで行う処理としてもよいし、双方を組み合わせた処理としてもよい。

以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０・・・車両用ワイパ制御装置、１１・・・車両用ワイパ装置、１２・・・ウインドシールドガラス、１４、１６・・・ワイパ、１８・・・ワイパモータ、２８、３０・・・ワイパブレード、５６・・・駆動回路、５８・・・マイクロコンピュータ、６４・・・ＰＩ制御部、７２・・・反転音低減制御部

Claims (5)

1. 車両のウインドシールドガラス上でワイパブレードの往復のワイパ払拭動作を行うためのワイパモータと、
   前記ワイパ払拭動作を行うように前記ワイパモータの駆動電圧を制御する制御部と、
   ワイパブレードの反転中に、ワイパブレードの反転音を低減するために予め定めた周波数の信号を前記駆動電圧に重畳する重畳部と、
   を備えた車両用ワイパ制御装置。
2. 前記重畳部は、前記ワイパ払拭動作の往復のそれぞれでワイパブレードが反転を開始するタイミングで前記信号の重畳を開始する請求項１に記載の車両用ワイパ制御装置。
3. 前記ワイパブレードが反転を開始するタイミングは、前記ワイパ払拭動作の往復のそれぞれで反転する際にワイパ払拭動作の速度が０になるタイミングである請求項２に記載の車両用ワイパ制御装置。
4. 前記重畳部は、ワイパ払拭動作が反転して前記ワイパブレードのウインドシールドガラスへ当接する払拭面が反対側に反転する前のタイミングで前記信号の重畳を開始する請求項１に記載の車両用ワイパ制御装置。
5. コンピュータを、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用ワイパ制御装置の前記制御部及び前記重畳部として機能させるための車両用ワイパ制御プログラム。