JP2007533961A - 自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置及び方法に関するものである。この装置にはガラス内側表面に設置する平面コンデンサーを有し、この平面コンデンサーの両極板が同じ平面に設けられている。前記両極板の合計面積が１００ｃｍ²未満である。前記平面コンデンサーはセンサーエレメントとしてウィンドシールドガラス表面の環境変化及び操作後の環境変化の検知に用いられる。前記平面コンデンサーは一つのセンサー検知回路と電気的に接続されており、前記平面コンデンサーの外部環境の影響による電気容量変化の信号が前記センサー検知回路に伝送される。前記センサー検知回路は検知された電気容量の変化に基づき、設備の作動を制御する制御信号を生成する。当該装置は構造が簡単であり、既存の光電式及び平面コンデンサー式の検知装置に存在している、測定面積が小さい、雨水の厚さを測定できない、汚染物の干渉を受けやすい、取り付け要求が高い、適応性が低い及びコストが高いという弱点を克服することができる。

Description

本発明は自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置、及び当該検知装置を利用する検知方法に関するものである。

２１世紀に入ってから、自動車のエレクトロニックス化とインテリジェント化が自動車技術発展の方向と先頭となり、自動車の安全性と人間性も各大手カーメーカが注意を払う焦点となっている。自動検知システムは運転手の運転便宜に目を向くだけではなく、自動検知システムそのものが、自動車主動安全システムのより重要な構成部分になっている。雨の日や空気の相対湿度が高い環境においては、自動車ウィンドシールドガラス表面に雨水が溜まったり、霧が発生したりすることがあり、運転手の視線がよく妨げられる。既存の技術にはウィンドシールドガラスに付着する雨水や霧に対して、自動的に検知でき、実用的で、応用できる方法がまだない。

伝統的なディフォッグする方法は、運転手が手動で自動車送風システムの送風方向を調整して、風を直接ウィンドガラスに当てさせることにより、霧を取り除く。頻繁に手動で送風方向を調整することが運転手の注意力を分散させ、不安全の要素になる。オートディフォッグシステムは自動車電子発展の先端技術として提起され、自動的にウィンドガラス表面に発生する霧の具合を感知することによって、自動的に自動車エアコンシステムの送風方向と送風量を調整する。霧を除去した後、自動的に自動車エアコンシステムの送風方向と送風量を元に戻すことができる。しかし、オートディフォッグシステムのセンサー問題がうまく解決できないため、いまだに、このシステムがまだ自動車分野で使われていない。近い将来にオートディフォッグシステムが徐々に自動車の標準装備になると信じる。客観的に言えば、オートディフォッグシステムにおいて肝要な技術は霧の発生を検知するセンサー技術である。今現在、世界範囲においても実用性の高く、自動車専用の霧検知センサーがまだない。

既存の技術の中に、オートワイパーシステムの肝要な技術になる雨滴センサー技術があるが、客観的に言えば、今現在、世界範囲においても雨滴センサーの技術はまだ熟達ではない。ドイツのフォルクスワーゲン社、アメリカのクライスラー社、フランスのシトロエン社等の大手カーメーカが各々の自動車にオートワイパーシステムを装着したが、雨滴センサーの技術がまだ熟成していないため、取付け難い、コストが高い、誤作動率が高いという欠点が存在している。

既存の雨滴検知センサー技術は、取付方式により内蔵型と外付け型二種類に分ける。外付け型はセンサーをウィンドシールドガラスの外、例えばエンジンフードの上や自動車の前部やウィンドシールドガラスの外側表面等の所に取付けられる。外付け型雨滴センサーの特徴は雨水と直接接触して測定する。公表された外付け型雨滴センサーは作動原理により光電式、電気伝導式、振動式と平行板コンデンサー式に分ける。殆どの外付け型雨滴センサーは、ウィンドガラス外側表面のワイパーの拭き取り範囲内に直接取付けられないため、雨量の多少は感知できるものの、ワイパーの作動効果は感知できない。従って、ワイパーに対してオープンループ制御システムになり、ワイパーコントロールユニットに対してワイパーの作動効果を反映できるクローズドループ制御システムにならない。又、外付け型センサーは汚染されやすい、壊れやすい等の欠点があるため、殆ど自動車分野で使われていない。内蔵型センサーは普通ワイパーの拭き取り範囲内のウィンドガラス内側表面に取付られるため、非コンタクト式検知技術が要る。雨量とワイパー作動効果を同時に感知でき、タイムリーに信号をフィードバックできるというメリットがある。又、車室内に取付けるため、環境により汚染や損害も避けられる。現在の自動車分野では内蔵型雨滴センサーが主流となっている。

現在、自動車分野で幅広く採用されている内蔵型雨滴センサーは全て光電式である。光電式雨滴センサーは又二種類に分けられる。一つは、ウィンドシールドガラスの内側表面にカメラヘッドを取付け、カメラのような画像形成の原理を利用して、カメラヘッドが取った画像に対して分析と処理し、雨量の変化を感知する。このような光電式雨滴センサーのセンシングデバイス、データ処理回路及びマイクロプロセッサのコストが高すぎるため、まだ自動車分野で使われていない。以下では二つ目の光電式雨滴センサーのみについて述べる。この種のセンサーは広く自動車分野で使われており、ウィンドガラスの内側表面に一対のビーム発生装置と受光装置を取付け、光の反射と屈折原理を利用するものである。ウィンドガラス外側表面に雨滴が付着時に、光の屈折率が変化となり，受光装置が受取った光の強さも変化となる。雨滴センサーが光強度の変化を電気信号の変化に変換させ、雨量の変化を感知する。光電式内蔵型雨滴センサーには以下の欠点がある。

１、測定面積が小さい。小雨が降る時、単位面積上の雨滴の分布が均一ではないため、測定面積が小さすぎると、オートワイパーシステムへの反映が遅くなる。光電式雨滴センサーの発光装置のデバイスは大体点光源である。レンズやプリズムを使って、ビームをある程度散乱させ、屈折面積を拡大できるが、受光デバイスの受光感度に不利な影響が出る。実際使われている光電式雨滴センサーの測定面積が大体１〜２ｃｍ²以内にある。勿論、多数のビーム発生装置と受光装置を設置することによって測定面積を拡大できるが、これでコストが大幅アップすることになる。

２、ガラス表面に付着する雨水の厚さを測定できない。大雨が降る時に、ウィンドガラスの外側表面が雨水に均一的に覆われ、この時の雨量の多少はガラス表面に付着する雨水の厚さの変化によるしか測定できない。雨水の厚さの変化を測定できなければ、オートワイパーシステムの作動スピードが遅くなり、作動効果に影響が出る。光電式雨滴センサーの作動原理は光線の屈折率変化を利用するものであるため、屈折率が入射面の物質の特性にのみ関係あるが、物質の厚さと関係ない。従って、光電式雨滴センサーは雨水の厚さの変化を反映できない。

３、汚染物による干渉を受けやすい。ウィンドシールドガラスの外側表面が汚染物（例えば、ダスト、泥、油、死んだ虫等）に汚染される時に、同様に光線の屈折率が大きく変化する。光電式センサーが汚染物と雨水を区別できないことにより、オートワイパーシステムの誤作動を引き起こす場合もある。

４、取付け技術に対する要求が厳しい。光電式雨滴センサーは、ビーム発生側と受取側の取付け角度と距離に対して精確に取り付けることが要求され、又、補助用のレンズやプリズムシステムの位置と角度に対する要求も厳しい。更に、自動車の振動の影響を考慮して、頑丈に取付ける必要がある。自動車の振動による光線のずれがセンサーの精度と感度に対する影響を避けるためである。

５、適応性が低い。光電式雨滴センサーの作動原理から、種類の違う自動車ガラスへの適応性が低い。屈折率と反射率はガラスの材質に影響されるし、ビーム発生側と受取側の取付け角度と位置はガラスの厚さに影響される。従って、異なる自動車ガラスに対して、ガラスの特性に合う光電式雨滴センサーを設計する必要がある。

６、材料、取付け、工数コストが高い。光電式雨滴センサーに必要になる光電発生と受取装置、レンズとプリズムシステム、取付け用の部品等のコストが割に高いし、取付け方法に対する要求も高いため、取付けコストや工数コストが高い。これは現在オートワイパーシステムが中、高級車にしか採用されてない主な原因である。

上に述べた光電式雨滴センサー以外に、既存技術にコンデンサー式雨滴センサーを採用する技術も一部ある。例えば、
１、特許文献１は、数枚のコンデンサー極板を並列した平行板式コンデンサー式外付け型雨水センサーに関わるものである。当該センサーの外ケースに水の入口と出口が設けられ、雨水と直接コンタクトして測定する。当該センサーは外付け型雨水センサーの典型的な欠点がある。即ち、ワイパーの作動効果をフィードバックできず、クローズドループ制御システムを構成できない。汚染されやすい。壊れやすい。構造が複雑である。当該センサーは従来の平行板式コンデンサー測定原理を採用する。

２、特許文献２は「容量結合の湿度センサー」というセンサーに関わるものである。そのセンサーエレメントがレジスタンスネットワークで、実質的には平行板式コンデンサーの原理を利用して、抵抗の変化を二つの固定の平行板式コンデンサーで、信号発信機と受信機に結合する。伝統的な抵抗式湿度センサーと本質的には変わらない。この技術案は信号処理の回路とセンサーエレメント（レジスタンスネットワーク）との非コンタクト式接続を解決し、ガラスを通り抜けて導電線を接続げなければならないという難しい問題を避けることが出来る。上に述べた特許に係る技術案は、センサーエレメントが自動車ウィンドガラスの外側表面に取付けられ、雨水に対する測定も直接コンタクト式を採用するため、センサーエレメントを自動車ウィンドガラスの外側表面に取付ける際のセンサーエレメントの材質や取付け技術に対する要求が極めて厳しい。例えば、耐食性、耐磨耗性、耐汚れ性が強く、ワイパーの正常作動に影響がない等。又、センサーエレメントを自動車ウィンドガラスの外側表面に取付けて、コンタクト式測定る場合には、センサーエレメントの電気接続問題を解決しなければならない。上に述べた特許の技術案は、二層ガラスの隙間と自動車ガラス外側表面とで平行板式結合容量を作るという極めて複雑な非コンタクト式接続方法である。この方法は技術面では複雑すぎるため、取付けコストが当然高くなる。

３、特許文献３に関わる技術案はその測定原理が特許文献２の技術案と良く似ている。つまり接触により抵抗の変化を測定して、平行板式コンデンサーで信号の結合を行う。特許文献２と同様な欠点がある。

４、特許文献４に関わる電子雨水測定装置は電気容量を測定する原理を利用するものである。但し、当該特許で使うセンサーは典型的な外付け型コンタクト式雨水測定センサーであり、防水性の良い絶縁被覆層が要求される。当該センサーは外付け型雨水センサーの典型的な欠点、つまり、ワイパーの作動効果を反映できず、クローズドループ制御システムを構成できない、汚染されやすい、壊れやすい、構造が複雑である。

５、特許文献５に関わるセンサーの測定原理は、従来の平行板式コンデンサー測定原理を利用するものである。公開された技術案は、ウィンドガラスに水層が出来た時、容量プレートと水層がそれぞれコンデンサーとなる。但し、これにより、二つの独立した平行板コンデンサーしか出来ない。当該センサーの主な欠点は、コンデンサー極板を二層ガラスと二枚の機能フィルムに間に取付けることが要求されるが、現在自動車に使われているウィンドシールドガラスは二層の物があれば、単層の物もあるため、その適用範囲が制限されることに間違いない。又、当該センサーには構造が複雑、取付け難い、導電線接続が困難である等の欠点もある。
中国特許第０２１４７８５４．６号明細書 米国特許第４８０５０７０号明細書 米国特許第５６６８４７８号明細書 欧州特許出願公開第０３３３５６４号明細書 独国特許出願公開第３９３７６０５号明細書

本発明が解決しようとする技術問題の一つは、既存技術に存在している多くの技術的欠点を補い、自動車ウィンドシールドガラス表面の雨水／霧等の環境変化を検知できる装置を提供する。当該装置は構造が簡単で、既存の光電式と平面コンデンサー式検知装置に存在している、測定面積が小さい、雨水の厚さを測定できない、汚染物の妨害を受けやすい、取付け要求が厳しい、適応性が低い、コストが高い等の欠点を克服することができる。

本発明が解決しようとするもう一つの技術問題は、正確に自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知でき、簡単で実用性の高く、普及しやすい方法を見つける。

本発明が解決しようとする技術問題一の中で提案した装置は、次のようなものである。ガラスの内側表面に一つの平面コンデンサーが設置されている。この平面コンデンサーの両極板が同じ平面に設けられており、前記両極板の合計面積が１００ｃｍ²未満である。前記平面コンデンサーはセンサーエレメントとしてウィンドシールドガラス表面の環境変化及び操作後の環境変化の検知に用いられる。前記平面コンデンサーは一つのセンサー検知回路と電気的に接続されており、前記平面コンデンサーの外部環境の影響による容量変化の信号が前記センサー検知回路に伝送される。前記センサー検知回路は検知された容量の変化に基づき、設備の作動を制御する制御信号を生成する。

本発明が解決しようとする技術問題二の中で提案したウィンドシールドガラス環境変化を検知する方法については、下記のプロセスが含まれる。
ａ、検知装置の初期設定を行う；
ｂ、検知装置内の信号発生器が試験信号を発生して、平面コンデンサーに伝送する；
ｃ、試験信号の数値変化を検知する；
ｄ、試験信号を信号処理ユニットへ伝送する；
ｅ、信号処理ユニットが試験信号の変化に基づき、制御信号を生み出す；
ｆ、制御信号を設備に伝送する；
ｇ、検知装置が再びガラスの表面を検知し、フィードバック信号を生成して、信号処理ユニットへ伝送して、クローズドループシステムを構成する。

本発明に関わる自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置は、既存の技術と比べれば、次の長所がある。本発明が採用した平面コンデンサーは伝統的な平行板コンデンサーセンサーの考えの枠を超えて、二つのコンデンサー極板を並列に設置するのではなく、同じ平面に設けることにより形成された内蔵式平面コンデンサーセンサーである。このコンデンサーは以下の長所がある。

１、測定面積が大きい。平面コンデンサーの極板を任意の形状にすることができ、ドライバーの視線を妨げない限りは、測定面積を任意に拡大することが可能である。これにより、光電式雨滴センサーの測定面積が小さいことによる検知システムへの反映が遅いという問題を根本的に解決できる。

２、ガラス表面に付着する雨水の厚さを測定することが出来る。平面コンデンサーの誘電空間は極板の上のガラスとガラス表面及び外側表面周囲の半楕円に近い球体形の空間であるため、この空間範囲内で、雨水の厚さの変化がコンデンサー誘電空間の誘電定数の変化を起させ、容量の変化を引き起こす。これで、光電式雨滴センサーが雨水の厚さを測定できないことによりオートワイパーシステムの作動速度が遅くなり、作動効果に影響が出るという問題を解決できる。

３、汚染物の妨害を受けにくい。水の相対誘電定数は一般の汚染物より大分大きいため、平面コンデンサー式センサーは簡単に汚染物と水による容量の変化を区分することができる。これで、光電式雨滴センサーが汚染物の影響でオートワイパーシステムの誤作動を引き起こす問題を解決できる。

４、取付け技術が簡単。平面コンデンサー式センサーは粘着、圧着、吹付け或はガラス表面に金属をメッキする方法で、ガラスの内側表面に平面コンデンサーを形成できる。光電式雨滴センサーのように正確な位置に設置する必要がない。

５、適応性が強い。水の誘電定数がガラスより数十倍も高いため、ガラスの材質や厚さの変化よるセンサーの精度と感度に対する影響を無視することができる。同じ平面コンデンサー式センサーは殆どの自動車ガラスに適応できる。種類の異なる自動車ガラスごとに専用のセンサーを設計する必要はない。

６、材料、取付け、工数コストが大幅に下がる。平面コンデンサー式センサーは各種導電材料を採用することができる。例えば、銅箔、アルミ箔、導電ゴム、導電樹脂フィルム、ガラス表面吹付け、メッキ金属等。使用量が少なく、普通１０ｃｍ²ぐらいで十分であり、材料コストが低い。取付けが簡単であるため、取付けコストと取付け工数コストは光電式雨滴センサーより大分低い。

７、本発明は車室内の霧を検知でき、オートディフォッグシステムに使える霧感知センサーがない問題を解決できる。本発明に係る平面コンデンサー式センサーが効率よく自動車ウィンドシールドガラス内側表面に発生する霧の具合を感知でき、自動車ガラスオートディフォッグシステムにディジタル信号を伝送することができる。ガラスオートディフォッグシステムはこの信号に基づいて、自動的に送風方向と送風量を調整する。

本発明に関わる自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法は次の長所がある。検知した信号をタイムリーに処理して、関連設備の作動を制御することにより、ウィンドガラスに付着する雨水や霧を除去することができる。本方法は実現しやすく、普及と応用に適合する。

以下、付図を用いて実施例示し、発明に対して詳細説明を行う。

本発明に対して詳細説明を行う前に、先ず既存の技術及び本発明の作動原理を述べる。

伝統的なコンデンサー式センサーは平行板式コンデンサーをベースにするものである。その原理は、非平等電界痕跡のエッジエフェクトを考えなければ、２枚平行板構造のコンデンサーの容量
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ
この公式の中で，ε：極板間の誘電体の誘電定数，ε＝ ε０・ εｒ， ε０：真空中の誘電定数，ε０＝８．８５４・１０⁻¹²Ｆ／ｍ， εｒ：誘電体が真空に対する誘電定数，空気の相対誘電定数εｒ≒１，その他誘電体εｒ＞１；Ｓ：極板の面積；ｄ：極板の間隔。

測定する誘電体の変化によりコンデンサー式センサーの関連パラメータε，Ｓ，ｄが変化し、容量Ｃもそれに応じて変化する。これによると、伝統的なコンデンサー式センサーの変化はパラメータの違いによって三つのタイプに分けられる。間隔変化式（パラメータｄ変化）；面積変化式（パラメータＳ変化）；誘電定数変化式（パラメータε変化）。

本発明が提案した平面コンデンサーは伝統的な平行板コンデンサー原理をベースとするコンデンサー式センサーの考えの枠を超えて、コンデンサーの２枚の極板を平行設置するのではなく、一定の間隔で同じ平面に設けている。上に述べた三つのタイプのコンデンサー式センサーのどれにも当て嵌まらない。これは総合的なコンデンサー式センサーの一つであり、間隔変化式、面積変化式と誘電定数変化式コンデンサー三者の特性を兼ね備えている。

本発明に係る容量測定原理は以下の通りである。

電界理論の電界強度ベクトル重畳原理によると、コンデンサーの特性は電界線の分布で表すことができる。図１と図２はそれぞれ点電荷と平行板コンデンサーの電界線分布を表している。図の中に、１０が電界線、２８と２９が点電荷を表す。以降の説明の便宜上、図３は半円形平面コンデンサーの電界線分布を表している。図２が示すように、平行板コンデンサーの電界線１０が主に２枚の平行板の間の矩形空間内に分布している。従って、平行板コンデンサーの容量を計算する時に、平行板エッジ電界の影響を無視することができる。そのため、平行板コンデンサーの容量の計算式はＣ＝ε・Ｓ／ｄとなる。同じように、図３が示すように、平面コンデンサーの電界線が主に平面電極板周囲にある楕円形に近い球体空間内に分布している。平面コンデンサーの理論計算が複雑すぎるため、ここで詳細説明はしない。図３と図４が示すように、電界強度ベクトル重畳原理と誘電体の電界における性質から、２枚の平面電極板周囲の楕円形に近い球体の電界の中にある水平長軸の半径ｒ１≒ｒ＋ｄ／２，水平短軸の半径ｒ２≒ｒ，垂直短軸の半径ｒ３が大体ｒとｄと略正比例をなし、誘電体の誘電定数と反比例をなす。

図５と図６は，本発明に係る使用環境において、平面コンデンサーの電界線が空間での分布を示している。２枚の電極板１と２がガラス９の下に貼り付けて固定されている。図５と図６に示している電界線１０の分布形状から分かるように、違う誘電体の影響を受けているため、平面電極板１と電極板２両極版周囲の楕円形に近い球体空間は三つの異なる部分に分けられる：自動車ガラス９内側表面と内側表面に貼り付けて固定されている平面電極板１と電極板２以下の半楕円形に近い球体空間Ｎ１；平面電極板１と電極板２以上の部分と自動車ガラス９内部に含まれる偏平楕円形空間Ｎ２；自動車ガラス９外側表面付近で出来た半楕円形空間Ｎｘ。半楕円形に近い球体空間Ｎ１と偏平楕円形空間Ｎ２の誘電体がそれぞれ空気とガラスであるため、その誘電定数と体積が変わらないと思えば良い。しかし、半楕円形空間Ｎｘは通常空気になっているが、他の異物が入る時に、その誘電定数と体積が大きく変わる。この半楕円形空間Ｎｘが我々が測定する空間である。

図７は、上記の検討に基づいて、本発明が提案する等価キャパシタンスモデルである。その内、並列等価キャパシタンスＣ３は半楕円形に近い球体空間Ｎ１と偏平楕円空間Ｎ２で決めた不変容量であり、直列キャパシタンスＣ１とＣ２は平面電極板の上面から自動車ガラスの外側表面に貫通して、自動車ガラスの外側表面により封じられた空間で決められた不変容量であり、Ｃｘは半楕円形空間Ｎｘで決めた可変容量である。Ｃｘの容量は半楕円形空間Ｎｘに入る異物の誘電定数、異物がカバーする面積、異物の半楕円形空間Ｎｘにおける厚さによっても決められる。理論上では、この厚さが平行板コンデンサーの間隔に等しくなる。

上記の本説明原理に対する説明を纏めると、次の二つの結論を出すことができる。

１、本発明が提案する平面コンデンサーは従来の面積変化型、間隔変化型と誘電定数変化型コンデンサー式センサーのいずれとも違って、総合的なコンデンサー式センサーである。面積、間隔と誘電定数という三つのパラメータの変化を同時に感知することができる。

２、本発明が提案する平面コンデンサーは自動車ガラス表面付近の異物を区別するだけではなく、センサーの感知範囲にある自動車ガラス表面を覆う異物面積と厚さを同時に感知することもできる。これは、既存の光電式センサーで実現できないことである。

本発明の発明原理を述べた後、次に、上記原理に基づいて製作した自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置を紹介する。ここでいう環境変化とは主に自動車ウィンドシールドガラス外側表面に付着する雨水と内側表面に付着する霧の変化を指す。この２ケースの作動原理と装置は殆ど同じだが、使用する平面コンデンサーの形状が違うのみである。従って、先ずウィンドシールドガラス外側表面の雨水を検知して、ワイパーの作動を自動的に制御する案を説明する。

図４、図９と図１０に示しているのは自動ワイパーセンサーの最適実施例である。片側にステッカー付きの銅箔テープを半径ｒ＝２ｃｍの４枚の電極板１１、１２、２１、２２に加工して、前記電極板１１、１２、２１、２２の合計面積を約１２ｃｍ²にする。電極板１１、１２、２１、２２を自動車バックビューミラー１９の後ろにあるドライバーの視線に影響しないウィンドシールドガラス９の内側表面に貼り付け、平面コンデンサーの二つの電極とする。ウィンドシールドガラス９の内側表面に取付けるのは非コンタクト式測定の実現のためである。また、平面コンデンサーの取り付け位置をワイパーの作動範囲にする必要がある。ガラス表面に雨水があるかどうかを検知すると同時に、ワイパーの作動効果も検知する。極板１と２の間隔ｄ＝４ｍｍとする。２本の遮へい線１４の一端をそれぞれ平面コンデンサーの両電極板１と２に溶接する。人為による不測の損害を防ぐため、電極板１と２の後ろに円錐形樹脂製プロテクトカバー２４を付ける。円錐形樹脂製プロテクトカバー２４をウィンドシールドガラス９の内側表面に粘着する。遮へい線１４をプロテクトするため、円錐形樹脂製プロテクトカバー２４の上側面から樹脂製プロテクトパイプ１３を通して遮へい線１４を引き出し、ルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間を通って、２本の遮へい線１４をルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間に取付けている回路基板１５に接続する。回路基板１５は遮へい層付きの樹脂カバー２３により電磁遮へいと保護される。センサーからのディジタル出力信号が遮へいＬＩＮバスケーブル１８を通して、オートワイパーシステムのコントロールユニットへ送られる。

図８に示しているように、本発明に関わる上記の実施例の中で、平面コンデンサーの電極の一端がサイン波信号発生器３１の出力ターミナルに接続する；もう一端がプログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２の入力ターミナルに接続する。プログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２はマイクロプロセッサ３４からのプログラムにコントロールされ、レンジ適応調整を行う。サイン波信号発生器３１から発生された一定周波数のサイン波信号３５が平面コンデンサーを通った後、減衰されたサイン波信号３７を生成し、この信号３７がプログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２に受けられ、増幅及びフィルタリングされた後に直流電圧信号を生成し、アナログ−ディジタル変換回路３３によりディジタル電圧信号に変換され、マイクロプロセッサ３４に送られる。このディジタル電圧信号はマイクロプロセッサ３４の中で、ディジタルフィルタリング、ディジタル線形処理、ディジタル適応計算法により調整され、センサーのディジタル出力信号となり、遮へいＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ ローカル接続ネットワーク）バスインタフェース回路３６に送られ、遮へいＬＩＮバスケーブル１８を通してオートワイパーシステムのコントロールユニットへ送られる。本発明に関わる試験信号は矩形波信号や三角波信号であっても良い。

図４、図１１〜図１４に示しているように、上記の実施例に関わる平面コンデンサーの極板に使われる導電材料には銅、アルミ、銀、導電ゴム、導電樹脂、導電粘着剤、透明導電樹脂フィルムがある。この極板が貼付け、圧着、吹付け等多種類の取付け方式で、ウィンドガラス内側表面にあるドライバーの視線を妨害しない位置に一対の平面電極を形成する。この平面電極の形状を矩形、扇形、三角形、多角形を含む多種類の形状にすることが出来る。例えば、図４に示しているのは４枚扇形極板構造の平面コンデンサーであり、図１１に示しているのは８枚扇形極板構造の平面コンデンサーであり、図１２に示しているのは２枚扇形極板構造の平面コンデンサーであり、図１３Ａに示しているのは２枚三角形極板構造の平面コンデンサーであり、図１３Ｂに示しているのは２枚矩形極板構造の平面コンデンサーであり、図１４に示しているのはくし型極板構造の平面コンデンサーである。多数の電極極板がある時、導電線でこれらの電極板を接続して平面コンデンサーの二極とする。図４に示している４枚扇形極板平面コンデンサーの中で、極板１１と極板１２が接続されて、平面コンデンサーの一極となり、極板２１と極板２２が平面コンデンサーのもう一極となる；図１１に示している８枚扇形極板構造の平面コンデンサーの中で、極板４１と極板４３と極板４５と極板４７が平面コンデンサーの一極となり，極板４２と極板４４と極板４６と極板４８が平面コンデンサーもう一極となる。平面コンデンサー極板とガラス内側表面の間に空気が入るとセンサーの性能に影響するため、取付ける時に、隙間なく密着させる必要がある。ガラスの表面に金属をめっきするのが一番良い。実験により、平面コンデンサーの極板の合計面積が１００ｃｍ²未満であれば問題ないが、コストダウンと使用効果の視点から考えれば、１０〜２０ｃｍ²がベストである。両極板の間隔ｄが自動車ガラスの厚さにほぼ相当すれば良い。平面コンデンサーの静電容量が０．２〜５ｐｆの間であり，容量値の測定感度が０．１ｆｐを超えることが必要である。

以上は本発明をウィンドシールドガラス外側表面の雨水の検知及びワイパー作動の自動制御に応用する場合の技術案を説明したが、次に本発明をウィンドシールドガラス内側表面に霧が発生するときの応用に関する技術案を説明する。

図１５、図２２と図２３に示したように、本発明の中で、霧を検知する容量誘電体空間と雨水を検知する誘電体空間とちょっと違う。本発明の両極板１と２の間の間隔ｄを自動車ガラス９の厚さより遥かに小さく設定して、この時、この両極板１と２周囲の偏平誘電体空間が二つの異なる空間に分けることができる。平面電極の上、自動車ガラス９内部に限る上半分偏平空間Ｎ２と自動車ガラス内側表面と平面曲線電極の下の下半分偏平誘電体空間Ｎ１。上半分偏平空間Ｎ２の誘電体が均一なガラスであるため、上半分偏平空間Ｎ２の誘電定数と体積が変わらないと思えば良い。しかし、下半分偏平空間Ｎ１は空気であるため、霧が発生する時に、小さな水の雫がこの空間Ｎ１に入る。雫の密度、雫の大きさと雫の誘電定数が下半分偏平空間Ｎ１の有効面積、厚さと平均誘電定数の変化を引き起こす。この場合、下半分偏平空間は我々が測定する空間である。

上記原理に基づき、図１５と図１６が示したように、本発明は、透明樹脂フィルムを基板としたフレキシブル回路基板５を半径ｒ＝３ｃｍ、間隔ｄ＝０．５ｍｍ、線幅が０．３ｍｍに加工した一対の多角形螺旋平面曲線電極板を採用することができる。この二枚の電極板の合計面積が約１０ｃｍ²である。その内、極板１と極板２がそれぞれ平面コンデンサーの二つの電極になる。冷熱空気が対流する理論によると、冷たい空気が下に流れ、暖かい空気が上に上がる為、一般的にはウィンドシールドガラス９の下から上に向かって霧が発生する。左ハンドルの車に対しては、平面コンデンサーをウィンドシールドガラス９内側表面の右下コーナに、右ハンドルの車に対しては、平面コンデンサーをウィンドシールドガラス９内側表面の左下コーナに貼り付ける。上記位置に決めるのは、平面コンデンサーがドライバーの視線に影響しないと同時に霧の発生具合を正確に検知できるからである。ウィンドシールドガラス９の内側表面に平面フレキシブル回路基板５で出来た曲線コンデンサーが貼付ける。フレキシブル回路基板のエクステンションの部分がルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間に伸びている。２本の遮へい導電線１４の一端をそれぞれ平面曲線コンデンサーの２枚の極板１と２に溶接され、遮へい導電線１４はルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間を通ってルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間に引き伸ばして、もう一端をルーフパネル１７とヘッドライニング１６の間に取付けるインテリジェント信号処理ユニットの回路基板１５に電気的に接続され、回路基板１５は遮へい層付きの樹脂カバーにより電磁遮へいと保護される。センサーからのディジタル出力信号が遮へいＬＩＮバスケーブル１８を通して、オートディフォッグシステムのコントロールユニットへ送られる。

図８に示しているように、本発明に関わる上記の最適の実施例の中で、平面コンデンサーの電極の一端がサイン波信号発生器３１の出力ターミナルに接続され；もう一端がプログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２の入力ターミナルに接続される。プログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２はマイクロプロセッサ３４からのプログラムにコントロールされ、レンジ適応調整を行う。サイン波信号発生器３１から発生された一定周波数のサイン波信号３５が平面コンデンサーを通った後、減衰されたサイン波信号３７を生成し、この信号３７がプログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２に受けられ、増幅及びフィルタリングされた後に直流電圧信号を生成し、アナログ−ディジタル変換回路３３によりディジタル電圧信号に変換され、マイクロプロセッサ３４に送られる。このディジタル電圧信号はマイクロプロセッサ３４の中で、ディジタルフィルタリング、ディジタル線形処理、ディジタル適応計算法により調整され、センサーのディジタル出力信号となり、遮へいＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ ローカル接続ネットワーク）バスインタフェース回路３６に送られ、遮へいＬＩＮバスケーブル１８を通してオートディフォッグシステムのコントロールユニットへ送られる。

本発明のオートディフォッグセンサーの極板に使われる導電材料には銅、アルミ、銀、導電ゴム、導電樹脂、導電粘着剤、透明導電樹脂フィルムがある。その極板が貼付け、圧着、吹付け等多種類の取付け方式で、ウィンドガラス内側表面にあるドライバーの視線を妨害しない位置に一対の平面曲線電極として形成される。この平面曲線電極の形状は多種類の形状にすることが出来る。その内、図１７に示しているのは矩形螺旋式平面コンデンサーであり、図１８に示しているのは多角形螺旋式平面コンデンサーであり、図１９に示しているのは矩形折れ線式平面コンデンサーであり、図２０に示しているのは円形螺旋式平面コンデンサーであり、図２１に示しているのは矩形平行線式平面コンデンサーである。平面曲線電極とガラス内側表面と緊密に接触させる必要がある。ガラスの表面に金属をめっきするのが一番良い。

実験により、平面曲線電極板間の間隔が０．５ｍｍ未満、曲線電極板の線幅０．３ｍｍ未満にする場合は、一番効果が良い。溶接、圧着、粘着或は導電ゴム等任意の接続方法を使って、両電極を導電線で引き出す。引き出し用の導電線は出来れば遮へい線を使う。

次に、上記装置を利用してウィンドシールドガラス表面の環境変化を検知する方法を説明する。

図２６に示しているように、本発明による検知方法には以下のプロセスが含まれるａ、検知装置の初期設定を行う；ｂ、検知装置にある信号発生器３１が試験信号３５を発生して、平面コンデンサーに伝送する；ｃ、試験信号３５の数値変化を検知する；ｄ、試験信号３５を処理ユニットへ伝送する；ｅ、処理ユニットが試験信号３５の変化に基づき制御信号を生成する；ｆ、制御信号を設備に伝送する；ｇ、検知装置が再びガラス表面を検知し、フィードバック信号を生成して、処理ユニットへ伝送して、クローズドループ制御システムを構成する。

本発明が検知装置に対する初期設定は、ガラスの材料と厚さ、平面コンデンサーのセンサーエレメントの面積及び取付け方式、環境温度、湿度条件を検知した上で、平面コンデンサーのセンサーエレメントの静的初期数値を設定する。物質が違えばその誘電定数が違うため、検知装置は違う物質に対して、それに合う初期数値を設置することによって、ガラス表面にいかなる物質が付着しているかを判断するができる。例えば、水が平面コンデンサー所在のガラス表面に付着する時に、平面コンデンサーの容量値が変化となり、この時の容量の変化量を水がガラス表面に付着する時の基準として設定する。

本発明がいう試験信号の周波数は１００ｋＨＺ−１０００ｋＨＺとする。この周波数を使えば、本発明の測定要求に満足できるし、測定精度を上げることも出来る。この平面コンデンサーの静電容量値が０．２−５ｐｆであれば、平面コンデンサーに割りに高い感度が持たせることが出来、本発明の要求に満足できる。

図５、図８と図２６に示しているように、本発明の方法は次のように実現する。ウィンドシールドガラス９の内側表面に平面コンデンサーが設置されている。前記平面コンデンサーの両極板１と２が同じ平面にある。平面コンデンサーはセンサーエレメントとしてウィンドシールドガラス９表面の環境変化の検知に用いられる。前記平面コンデンサーは外部環境の影響による容量Ｃｘの変化に関する信号をセンサー検知回路３に伝送する。前記センサー検知回路３は検知された容量Ｃｘの変化に基づき、設備作動を制御する制御信号を生成する。前記センサー検知回路３は、信号発生器３１、プログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２、アナログ−ディジタル変換回路３３、マイクロプロセッサ３４を有する。前記信号発生器３１が平面コンデンサーにインプットする測定信号３５を発生する。この測定信号３５の変化が前記平面コンデンサーの容量Ｃｘの変化を反映できるため、ガラス表面環境の変化も反映できる。前記平面コンデンサーの測定信号３５が前記プログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路３２に入力され、増幅及びフィルタリングされた後、直流電圧信号を生成し、前記直流電圧信号はアナログ−ディジタル変換回路３３によりディジタル電圧信号に変換され、マイクロプロセッサ３４に伝送される。マイクロプロセッサ３４は前記ディジタル電圧信号を受けて、前記ディジタル電圧信号をディジタルフィルタリング、ディジタル線形処理、ディジタル適応計算法により調整し、設備の作動を制御するセンサーディジタル出力信号を形成する。この設備はワイパー装置であってもよく、ディフォッグ装置であってもよい。

点電荷電界線分布図 平行板式コンデンサー電界線分布図 ２枚扇形極板構造の平面コンデンサー電界線分布図 本発明の実施例で採用した４枚扇形極板構造の平面コンデンサーを示す図 本発明に関わる誘電環境で２枚扇形極板構造の平面コンデンサーの電界線分布図 本発明に関わる誘電環境で２枚扇形極板構造の平面コンデンサーで決める測定空間を示す図 本発明に関わる等価キャパシタンス測定モデル図 本発明に関わる検知回路のブロック図 本発明の実施例の取付け構造の断面図 本発明の実施例の取付け位置を示す図 本発明に関わる８枚扇形極板構造の平面コンデンサーを示す図 本発明に関わる２枚扇形極板構造の平面コンデンサーを示す図 本発明に関わる２枚三角形極板構造の平面コンデンサーを示す図 本発明に関わる２枚矩形極板構造の平面コンデンサーを示す図 本発明に関わるくし型平面コンデンサーを示す図 本発明に関わる二つ目の実施例の平面コンデンサーを示す図、平面コンデンサーは平面曲線極板で構成される 本発明に関わる二つ目の実施例の平面コンデンサー取付け位置を示す図 矩形螺旋式平面曲線極板構造の平面コンデンサーを示す図 多角形螺旋式平面曲線極板構造の平面コンデンサーを示す図 矩形折れ線式平面曲線極板構造の平面コンデンサーを示す図 円形螺旋式平面曲線極板構造の平面コンデンサーを示す図 矩形平行線式平面曲線極板構造の平面コンデンサーを示す図 ガラスの内側表面に取り付ける円形螺旋式平面曲線極板構造の平面コンデンサーの電界を示す図 本発明の使用環境での平面曲線コンデンサーの電界線分布図

Claims (20)

1. 自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、その特徴は：ガラスの内側表面に平面コンデンサーが設置され、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）が同じ平面に設けられ、前記両極板（１、２）の合計面積が１００ｃｍ²未満であり、前記平面コンデンサーはセンサーエレメントとしてウィンドシールドガラス表面の環境変化及び操作後の環境変化の検知に用いられ、前記平面コンデンサーはセンサー検知回路（３）と電気的に接続されており、前記平面コンデンサーの外部環境の影響による電気容量変化の信号が前記センサー検知回路（３）に伝送され、前記センサー検知回路（３）は検知された電気容量の変化に基づき、設備の作動を制御する制御信号を生成する。
2. 請求項１に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記センサー検知回路（３）は信号発生器（３１）、プログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路（３２）、アナログ−ディジタル変換回路（３３）、マイクロプロセッサ（３４）を有し、前記信号発生器（３１）は平面コンデンサーに入力する試験信号（３５）を生成し、前記平面コンデンサーの試験信号（３５）がプログラマブルアナログ信号増幅及びフィルタリング回路（３２）に入力されて増幅及びフィルタリングされた後、一つの直流電圧信号を生成し、前記直流電圧信号は前記アナログ−ディジタル変換回路（３３）によりディジタル電圧信号に変換され、前記マイクロプロセッサ（３４）が前記ディジタル電圧信号を受け、前記ディジタル電圧信号に対してディジタルフィルタリング、ディジタル線形処理とディジタル適応計算法により調整を行い、設備の作動を制御するセンサーディジタル出力信号を形成することを特徴とする。
3. 請求項１に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの極板（１、２）の形状に矩形、扇形、三角形、多角形を含むことを特徴とする。
4. 請求項１に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーは２枚のくし型極板（１、２）が交錯して形成されることを特徴とする。
5. 請求項１に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーは両極板（１、２）が同じ平面上にあり、平行導電線で一定の間隔で曲線形状で形成されている平面コンデンサーであることを特徴とする。
6. 請求項１、２、３、４又は５のいずれかに記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）が採用する導電材料に銅、アルミ、銀、導電テープ、導電樹脂、透明導電樹脂フィルム或は導電粘着剤が含まれることを特徴とする。
7. 請求項１、２又は３のいずれかに記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）がそれぞれ導電線で接続された複数の電極で構成されていることを特徴とする。
8. 請求項１、２、３、４又は５のいずれかに記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサー取付け方式にウィンドシールドガラス（９）の内側表面に粘着、圧着、吹付けという取付け方法が含まれることを特徴とする。
9. 請求項２に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記試験信号（３５）がサイン波信号、矩形波信号或は三角波信号であることを特徴とする。
10. 請求項３又は４のいずれかに記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）の面積が１０〜２０ｃｍ²であることを特徴とする。
11. 請求項３又は４のいずれかに記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）間の間隔が所在位置のウィンドシールドガラス（９）の厚さに等しいことを特徴とする。
12. 請求項５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）の形状に折れ線、螺旋線、平行線が含まれることを特徴とする。
13. 請求項５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）間の間隔が所在位置のウィンドシールドガラス（９）の厚さより小さいことを特徴とする。
14. 請求項５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する装置であって、前記平面コンデンサーの両極板（１、２）の線幅が０．３ｍｍ未満であることを特徴とする。
15. 請求項１に記載の検知装置を使って自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、以下のプロセスが含まれる：
    ａ、検知装置の初期設定を行う；
    ｂ、検知装置にある信号発生器（３１）が試験信号（３５）を発生して，発生信号（３５）は平面コンデンサーに伝送される；
    ｃ、試験信号（３５）の数値変化を検知する；
    ｄ、試験信号（３５）を処理ユニットに伝送する；
    ｅ、処理ユニットが試験信号（３５）の変化に基づき、制御信号を生成する；
    ｆ、制御信号を設備に伝送する；
    ｇ、検知装置が再びガラス表面を検知して、フィードバック信号を生成して、処理ユニットに伝送して、クローズドループシステムを構成する。
16. 請求項１５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、検知装置の初期設定は、自動車ガラスの材料と厚さ、平面コンデンサーのセンシングデバイスの面積及び取付け方式、環境温度、湿度条件により、平面コンデンサーセンシングデバイスの静的初期数値を検知及び設定することを特徴とする。
17. 請求項１５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、前記試験信号（３５）がサイン波信号、矩形波信号或は三角波信号であることを特徴とする。
18. 請求項１７に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、前記試験信号の周波数が１００ｋＨＺ〜１０００ｋＨＺであることを特徴とする。
19. 請求項１５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、前記平面コンデンサーの静的電気容量値が０．２〜５ｐｆの間にあることを特徴とする。
20. 請求項１５に記載の自動車ウィンドシールドガラスの環境変化を検知する方法であって、制御信号が制御する設備にはワイパー装置及び／又はディフォッグ装置が含まれることを特徴とする。
    

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