JP2016148582A - 車両用雨量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される雨量検知機能を利用した車両用雨量計測装置に関し、より正確に雨量を計測することができる構成を提供する。【解決手段】車両用雨量計測装置１０は、雨量計測部１１−１に、雨量特定回路１４と補正回路１５を備える。雨滴の大きさにより落下速度が異なるため、雨量特定回路１４は、雨滴の大きさに応じたフィルタ特性をもつ複数のフィルタと、各フィルタに対応する複数のカウンタを有する。補正回路１５は、雨量特定回路１４が特定した雨量を、車両が走行することに起因して生じる走行関連要素に基づいて補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるレインセンサを利用した車両用雨量計測装置に関する。

例えば特許文献１には、レインセンサにより検知した雨滴径に基づいてワイパの駆動を制御する技術が開示されている。

特開平５−１０５０３５号公報

レインセンサを搭載する車両は、動く雨量計測装置として捉えることができる。そのため、レインセンサを搭載する複数の車両から雨量を収集すれば、その雨量情報を広範囲にわたる気象情報として利用することができる。車両は、設置型の雨量計測器などといった気象インフラが整備されていない地域や国にも普及している。そのため、このような地域や国に存在する車両から雨量を収集すれば、気象インフラが整備されていない地域や国に対しても気象情報を提供することができる。しかしながら、車両が走行している状況では、その移動が雨量の検知に影響する。そのため、車両に搭載されるレインセンサを利用した雨量計測では、設置型の雨量計測器に比べ、正確な雨量を計測することが困難である。
そこで、本発明は、車両に搭載される雨量検知機能を利用した車両用雨量計測装置に関し、より正確に雨量を計測することができる構成を提供する。

本発明に係る車両用雨量計測装置によれば、雨滴サイズ検知部は、雨滴の大きさを検知する。雨量計測部は、雨滴サイズ検知部が検知した雨滴の大きさに基づいて雨量を計測する。補正部は、雨量特定部が特定した雨量を、車両が走行することに起因して生じる走行関連要素に基づいて補正する。この構成によれば、車両の走行に伴う影響を加味した雨量情報を得ることができる。従って、車両に搭載される雨量検知機能を利用して雨量を測定する場合であっても、車両の走行に伴う影響を除いた雨量情報を得ることができ、より正確に雨量を計測することができる。

第１実施形態に係る車両用雨量計測装置の構成例を概略的に示すブロック図 複数の雨滴径検出フィルタおよびカウンタを備える雨量特定回路と、複数の補正ブロックを備える補正回路と、加算回路と、を含む回路構成の一例を示すブロック図 大粒の雨滴の落下速度と小粒の雨滴の落下速度との比較を概念的に示す図 所定の単位時間における大粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 所定の単位時間における小粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 車両が停車している場合における大粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 車両が走行している場合における大粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 車両が停車している場合における小粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 車両が走行している場合における小粒の雨滴の雨量を概念的に示す図 車両の走行速度と雨量比との関係の一例を示す図 第２実施形態に係る車両用雨量計測装置の構成例を概略的に示すブロック図

以下、車両用雨量計測装置に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
図１に例示する車両用雨量計測装置１０は、雨量計測部１１−１およびワイパコントロール部１１−２を備える。この２つは、雨滴サイズ検知部の一例である共通部１１−３を共有する構成である。共通部１１−３は、発光素子駆動回路２１からプリアンプ２５までの一連の構成と、パワーコントロール回路１３とを備える。車両用雨量計測装置１０は、共通部１１−３を共通の構成とし、これに、ワイパを駆動するという目的を実現するための構成部１１−２と、雨量を計測するという目的を実現するための構成部１１−１とを備えた構成である。即ち、車両用雨量計測装置１０は、共通部１１−３に続く構成部を、それぞれ異なる目的を実現するために複数の構成部に分けたものとなっている。以下、車両用雨量計測装置１０を、「雨量計測装置１０」と称する。

雨量計測部１１−１は、雨量特定回路１４、補正回路１５、加算回路７１を備える。また、ワイパコントロール部１１−２は、検波回路２６、パルス伸長回路２７、ワイパ周期信号出力回路１２、ワイパコントローラ３１を備える。共通部１１−３は、発光素子駆動回路２１、発光素子２２、受光素子２３、ＬＣ共振回路２４、プリアンプ２５を備える。
雨量計測装置１０は、例えば車両のウインドウガラスあるいはその近傍に設けられた所定の雨量検知範囲Ｄに降雨する雨滴の大きさを検知する。この場合、雨量検知範囲Ｄは、例えばウインドウガラスの傾斜に沿って傾斜した状態で設けられている。共通部１１−３は、雨滴の変化を検知する。共通部１１−３は、発光素子駆動回路２１および発光素子２２により発光部を構成している。また、共通部１１−３は、受光素子２３、ＬＣ共振回路２４、プリアンプ２５により受光部を構成している。

発光素子駆動回路２１は、例えばＬＥＤなどからなる発光素子２２を駆動波形Ｗ１によりパルス点灯することにより、発光素子２２から受光素子２３に対し検知ビームＢを出力する。受光素子２３は、例えばフォトダイオードなどで構成されている。検知ビームＢ中に雨滴Ａが入ると、ビームが水の屈折により変化し光量が減少する。これにより、雨滴Ａの大きさに応じて受光素子２３の受光量に変化が生じる。これは、ウインドウガラスの表面について雨滴でビームが屈折減少する場合でも同じである。ＬＣ共振回路２４は、受光素子２３による受光を電気信号に変換し、発光パルスの基本周波数成分のみを検出してプリアンプ２５に出力する。プリアンプ２５は、ＬＣ共振回路２４からの出力波形を増幅して出力する。検知ビームＢが雨滴Ａにより屈折するときの受光量変化は、雨滴の大きさが反映されるものであり、プリアンプ２５からの出力波形Ｗ２の増幅変化により検知できる。出力波形Ｗ２の増幅変化ΔＶｐは、受光素子２３における受光量の変化ΔＰに比例する。なお、ΔＰは、検知ビームＢの伝播方向の断面積を「Ｓｐ」、雨滴の半径を「ａ」とすると、次の式（１）によりあらわすことができる。

ワイパコントロール部１１−２は、検波回路２６およびパルス伸長回路２７により雨滴パルス処理部を構成している。検波回路２６は、出力波形Ｗ２から増幅変化ΔＶｐのみを抽出して雨滴パルス信号Ｗ３として出力する。パルス伸長回路２７は、検波回路２６が出力する雨滴パルス信号Ｗ３を低周波の雨滴信号Ｗ４に変換する。パルス伸長回路２７は、雨滴パルス信号Ｗ３の増幅とピーク検波を同時に行うことにより、雨滴パルス信号Ｗ３を、増幅値Ｖｐを有する数Ｈｚの雨滴信号Ｗ４に変換する。増幅値Ｖｐは、出力波形Ｗ２の増幅変化ΔＶｐに比例する値である。

ワイパ周期信号出力回路１２は、パルス伸長回路２７が出力する雨滴信号Ｗ４に基づいてワイパ周期信号を生成し、ワイパコントローラ３１に出力する。ワイパ周期信号は、例えば車両のウインドウガラスに設けられているワイパ３２の駆動速度を多段階に切り替えて制御するための信号である。ワイパコントローラ３１は、入力されるワイパ周期信号に基づく駆動速度によりワイパ３２を駆動する。即ち、ワイパコントローラ３１は、雨滴信号Ｗ４の増幅値Ｖｐをパルス情報に変換して積算する。そして、ワイパコントローラ３１は、その積算値に基づいて降雨の度合いを判定し、その判定結果に基づいてワイパ３２の駆動を制御する。

なお、共通部１１−３において、パワーコントロール回路１３は、プリアンプ２５が出力する雨滴パルス信号Ｗ２を監視する。そして、パワーコントロール回路１３は、雨滴パルス信号Ｗ２の監視結果に基づいて、発光素子駆動回路２１の動作をフィードバック制御する。即ち、パワーコントロール回路１３は、発光素子駆動回路２１の動作、換言すれば発光素子２２からの発光を雨滴パルス信号Ｗ２の監視結果に基づいてフィードバック制御することにより、受光素子２３の受光レベルが一定となるように調整する。

以上は、ウインドウガラスについた雨滴をワイパ３２により掃うための構成について説明した。次に、ウインドウガラスについた雨量を計測するための構成について説明する。
雨量特定回路１４は、雨量計測部１１−１の一部を構成しており、共通部１１−３で検知した雨滴の大きさに基づいて雨量を特定するための回路部である。また、補正回路１５は、雨量特定回路１４が雨滴の大きさ毎に特定した雨量を、それぞれ車両が走行することに起因して生じる走行関連要素に基づいて補正するための回路部である。次に、雨量特定回路１４および補正回路１５を含む回路構成の一例について説明する。

図２に例示するように、雨量特定回路１４は、複数の雨量特定ブロック４１〜４３を備える。雨量特定ブロック４１は、雨滴径が所定の上限値Ｎａよりも大きい大レベルの雨滴の雨量を特定するものであり、雨滴径検出フィルタ４１ａとカウンタ４１ｂを備える。雨量特定ブロック４２は、雨滴径が所定の下限値Ｎｂよりも大きく所定の上限値Ｎａ以下である中レベルの雨滴の雨量を特定するものであり、雨滴径検出フィルタ４２ａとカウンタ４２ｂを備える。雨量特定ブロック４３は、雨滴径が所定の下限値Ｎｂ以下である小レベルの雨滴の雨量を特定するものであり、雨滴径検出フィルタ４３ａとカウンタ４３ｂを備える。即ち、雨量特定回路１４は、この場合、雨滴の大きさを大、中、小の３段階に区分し、それぞれの雨量の特定処理を並列的に行う構成となっている。雨滴径検出フィルタ４１ａ，４２ａ，４３ａは、雨滴の大きさに応じたフィルタ特性を有する。なお、雨滴径検出フィルタは、雨滴の径に合わせた速度の時定数が反映されるフィルタで構成することが好ましい。また、雨滴径検出フィルタは、３段以上の多段で構成することにより、検出精度の一層の向上が図れる。また、雨滴の大きさを区分する閾値としての上限値Ｎａおよび下限値Ｎｂは、適宜変更して設定することができる。

雨量特定回路１４は、例えば検波回路２６を利用することで、プリアンプ２５から与えられる出力波形Ｗ２に基づき雨滴パルス信号Ｗ３を求める。そして、雨滴径検出フィルタ４１ａは、大レベルの雨滴に対応する雨滴パルス信号Ｗ３を通過させる。そして、カウンタ４１ｂは、雨滴径検出フィルタ４１ａを通過した雨滴パルス信号Ｗ３の数をカウントする。雨量特定ブロック４１は、大レベルの雨滴１粒分の雨量にカウンタ４１ｂのカウント値を乗算する。これにより、雨量特定ブロック４１は、大レベルの雨滴の合計雨量を特定する。同様に、雨量特定ブロック４２は、雨滴径検出フィルタ４２ａおよびカウンタ４２ｂにより、中レベルの雨滴の合計雨量を特定する。また、雨量特定ブロック４３は、雨滴径検出フィルタ４３ａおよびカウンタ４３ｂにより、小レベルの雨滴の合計雨量を特定する。なお、雨量計測装置１０には、大レベルの雨滴１粒分の雨量、中レベルの雨滴１粒分の雨量、小レベルの雨滴１粒分の雨量のデータが予め格納されている。

補正回路１５は、補正部の一例であり、雨量特定回路１４が特定した雨量を、車両が走行することに起因して生じる走行関連要素に基づいて補正する回路部である。補正回路１５は、雨量特定ブロック４１〜４３に対応して、複数の補正ブロック５１〜５３を備える。補正ブロック５１〜５３には、雨量特定ブロック４１〜４３が特定した雨量情報がそれぞれ入力される。また、補正ブロック５１〜５３には、それぞれ走行速度検知部６１が接続されている。走行速度検知部６１は、例えば図示しない車速センサを含み、車両の走行速度を検知する。そして、走行速度検知部６１は、検知した走行速度を示す走行速度情報を、それぞれ補正ブロック５１〜５３に出力する。走行速度は、車両が走行することに起因して生じる要素であり、従って、走行関連要素の一例である。

走行速度検知部６１は、車両が走行することに起因して検知可能となる走行速度情報を走行関連情報として補正回路１５に与える。補正ブロック５１〜５３は、雨量特定ブロック４１〜４３から与えられる雨量情報を、走行速度検知部６１から与えられる車速情報に基づいて補正する。そして、補正ブロック５１〜５３は、それぞれ、補正した雨量情報を加算回路７１に出力する。加算回路７１は、各補正ブロック５１〜５３から入力された雨量情報を加算し、その加算値を総雨量情報として出力する。加算回路７１が出力する総雨量情報は、車両に搭載されている発信機７２を介して、外部の気象情報収集センター７３に送信される。発信機７２は、送信部の一例であり、雨量計測装置１０に内蔵されるものであってもよいし、雨量計測装置１０に外付けされるものであってもよい。

次に、補正回路１５による雨量情報の補正処理の一例について説明する。図３に例示するように、一般的に、ある程度の大きさを有する雨滴Ａａは落下しやすいが、例えば霧状に漂う雨滴などといった小さい雨滴Ａｂは、大きな雨滴Ａａに比べ落下しにくい傾向がある。そのため、所定の単位時間において雨量検知範囲Ｄ内に降雨する雨量は、大粒の雨滴Ａａの雨量については、図４に例示するように面積Ｍａで示すことができ、小粒の雨滴Ａｂの雨量については、図５に例示するように面積Ｍｂで示すことができる。即ち、大粒の雨滴Ａａの雨量Ｍａの方が、小粒の雨滴Ａｂの雨量Ｍｂよりも多くなる傾向がある。

このような前提条件の下、本実施形態では、大粒の雨滴Ａａと小粒の雨滴Ａｂについて、それぞれ、「車両が停車している場合における単位時間あたりの雨量」に対する「車両が走行している場合における単位時間あたりの雨量」の比を求める。ここで、雨量検知範囲Ｄの傾斜方向に沿う長さを「Ｌ」、車両の走行速度を「Ｖ」、雨滴の落下速度を「Ｖｒ」、水平面に対する雨量検知範囲Ｄの傾き角度を「θｗ」とすると、車両が停車している場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｓ」は、例えば次の式（２）により求めることができる。また、車両が走行している場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｖ」は、例えば次の式（３）により求めることができる。なお、式（３）の「θｒ」は、例えば次の式（４）により求めることができる。

そして、「車両が停車している場合における単位時間あたりの雨量」に対する「車両が走行している場合における単位時間あたりの雨量」の比は、例えば次の式（５）により求めることができる。

以上の演算式を用いて、大粒の雨滴Ａａと小粒の雨滴Ａｂについて、それぞれ雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」を求めてみる。まず、大粒の雨滴Ａａについては、車両が停車している場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｓ」は、図６に例示する面積Ｒｓ［ａ］で示すことができ、車両が地点Ｐから地点Ｑまで走行した場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｖ」は、図７に例示する面積Ｒｖ［ａ］で示すことができる。そのため、雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」は、Ｒｖ［ａ］／Ｒｓ［ａ］により求めることができる。一方、小粒の雨滴Ａｂについては、車両が停車している場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｓ」は、図８に例示する面積Ｒｓ［ｂ］で示すことができ、車両が地点Ｐから地点Ｑまで走行した場合における単位時間あたりの雨量「Ｒｖ」は、図９に例示する面積Ｒｖ［ｂ］で示すことができる。そのため、雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」は、Ｒｖ［ｂ］／Ｒｓ［ｂ］により求めることができる。

図１０には、４種の異なる大きさの雨滴について求めた雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」をプロットしている。４つのプロット群Ｐａ〜Ｐｄのうち、最も大粒の雨滴に係るプロット群はプロット群Ｐａであり、最も小粒の雨滴に係るプロット群はプロット群Ｐｄである。このデータから明らかなように、何れのプロット群Ｐａ〜Ｐｄも、走行速度が増加するほど雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」が大きくなる傾向がある。しかし、その傾向は、雨滴の大きさが小さいものほど顕著に現れており、換言すれば、雨滴の大きさが大きくなるほど雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」に対する走行速度の影響は少なくなる。

これは、以下の理由によるものと推察される。即ち、小粒の雨滴Ａｂについては、面積Ｒｖ［ｂ］を除する面積Ｒｓ［ｂ］の大きさが比較的小さくなる傾向がある。よって、面積Ｒｖ［ｂ］が比較的小さな値Ｒｓ［ｂ］で除算されるため、面積Ｒｖ［ｂ］の値が雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」の値に反映されやすくなる。従って、走行速度が雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」の値に与える影響が大きくなるものと考えられる。一方、大粒の雨滴Ａａについては、面積Ｒｖ［ａ］を除する面積Ｒｓ［ａ］の大きさが比較的大きくなる傾向がある。よって、面積Ｒｖ［ａ］が比較的大きな値Ｒｓ［ａ］で除算されるため、面積Ｒｖ［ａ］の値が雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」の値に反映されにくくなる。従って、走行速度が雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」の値に与える影響が小さくなるものと考えられる。

補正回路１５は、例えば上記のようして予め求められている雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」のデータに基づいて、雨量特定回路１４から得られた雨量情報を補正する。即ち、補正回路１５は、現在の走行速度に対応する雨量比「Ｒｖ／Ｒｓ」を特定するとともに、雨量特定回路１４から得られる雨量情報を「Ｒｖ」として設定する。そして、補正回路１５は、例えば次の式（６）により補正雨量「Ｒｈ」を求める。なお、雨量計測装置１０は、補正雨量を求めるために必要な各情報、例えば、走行速度と雨量比との関係を示すデータや、「Ｒｖ」、「Ｒｓ」などのデータを予め保有している。
Ｒｈ＝雨量特定回路から得られる雨量／現在の走行速度に対応する雨量比・・・（６）

雨量計測装置１０によれば、車両に搭載される雨量検知機能により特定された雨量を走行速度に基づいて補正する。これにより、走行速度の影響を加味した雨量情報を得ることができる。従って、車両に搭載される雨量検知機能を利用して雨量を測定する場合であっても、走行速度の影響を除いた雨量情報を得ることができ、より正確に雨量を計測することができる。

また、雨量計測装置１０によれば、補正した雨量情報を外部の気象情報収集センター７３に送信するための発信機７２を備える。これにより、複数の車両に備えられる各雨量計測装置１０から、複数の補正雨量情報を収集することができる。従って、例えば設置型の雨量計測器などといった気象インフラが整備されていない地域や国に対しても気象情報を提供することができる。

また、雨量計測装置１０によれば、雨量特定回路１４は、雨滴の大きさ毎に雨量を特定する複数の雨量計測ブロック４１，４２，４３を備え、補正回路１５は、雨量計測ブロック４１，４２，４３に対応する複数の補正ブロック５１，５２，５３を備える。そして、雨量計測装置１０は、複数の補正ブロック５１，５２，５３により、雨量計測ブロック４１，４２，４３毎に算出された雨量毎に走行関連要素に基づく補正を行う。このように、雨量の計測処理および雨量の補正処理を、検知される雨滴の大きさに応じて多段階に分けて行うことで、より正確な雨量の測定が可能となる。

（第２実施形態）
図１１に例示する雨量計測装置１０は、補正回路１５に風圧検知部８１が接続されている。風圧検知部８１は、例えば図示しない風圧センサを含み、走行する車両が受ける風圧を検知する。そして、風圧検知部８１は、検知した風圧を示す風圧情報を、補正回路１５の各補正ブロック５１〜５３に出力する。風圧は、車両が走行することに起因して生じる要素であり、従って、走行関連要素の一例である。風圧検知部８１は、車両が走行することに起因して検知可能となる風圧情報を走行関連情報として補正回路１５に与える。補正ブロック５１〜５３は、雨量特定ブロック４１〜４３から与えられる雨量情報を、風圧検知部８１から与えられる風圧情報に基づいて補正する。なお、走行する車両が受ける風圧は、車両の走行速度が増加するほど大きくなる傾向がある。即ち、走行する車両に対する風圧と車両の走行速度には、ある程度の相関性が認められる。そのため、上述の各演算式において、車両の走行速度「Ｖ」を風圧の値に置き換えることにより、上述の実施形態と同様に補正処理を行うことが可能である。

雨量計測装置１０によれば、車両に搭載される雨量検知機能により特定された雨量を、走行する車両に対し生じる風圧に基づいて補正する。これにより、走行に伴う風圧の影響を加味した雨量情報を得ることができる。従って、車両に搭載される雨量検知機能を利用して雨量を測定する場合であっても、走行に伴う風圧の影響を除いた雨量情報を得ることができ、より正確に雨量を計測することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、雨量特定回路１４は、大、中、小の３段階に対応する３つの雨量特定ブロックを備える構成に限られず、例えば、２段階の雨量特定ブロックを備える構成としてもよいし、４段階以上の雨量特定ブロックを備える構成としてもよい。また、補正回路１５は、雨量特定ブロックの数に応じて、複数の補正ブロックを備える構成とすればよい。また、雨量計測装置１０は、走行速度検知部６１および風圧検知部８１の双方を備え、走行速度および風圧に基づいて雨量を補正する構成としてもよい。また、補正回路１５は、走行速度や風圧に基づいて雨量を補正する構成に限られず、車両が走行することに起因して生じる要素であれば、それを用いて雨量を補正することができる。

図面中、１０は車両用雨量計測装置、１１−１は雨量計測部、１１−２はワイパコントロール部、１１−３は共通部(雨量変化検出部、雨滴サイズ検知部)、１４は雨量特定回路（雨量特定部）、１５は補正回路（補正部）、６１は走行速度検知部、７２は発信機（送信部）、８１は風圧検知部を示す。

Claims (5)

1. 雨滴の大きさを検知する雨滴サイズ検知部（１１−３）と、
   前記雨滴サイズ検知部が検知した雨滴の大きさに基づいて雨量を計測する雨量計測部（１４）と、
   前記雨量計測部が計測した雨量を、車両が走行することに起因して生じる走行関連要素に基づいて補正する補正部（１５）と、
   を備えることを特徴とする車両用雨量計測装置。
2. 前記走行関連要素として車両の走行速度を検知する走行速度検知部（６１）を備え、
   前記補正部は、前記走行速度検知部が検知した走行速度に基づいて、前記雨量計測部が計測した雨量を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用雨量計測装置。
3. 前記走行関連要素として車両に対する風圧を検知する風圧検知部（８１）を備え、
   前記補正部は、前記風圧検知部が検知した風圧に基づいて、前記雨量計測部が計測した雨量を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用雨量計測装置。
4. 前記雨量計測部（１４）は、雨滴の大きさ毎に雨量を特定する複数の雨量計測ブロック（４１，４２，４３）を備え、
   前記補正部（１５）は、前記雨量計測ブロックに対応する複数の補正ブロック（５１，５２，５３）を備え、前記雨量計測ブロック毎に算出された雨量毎に前記走行関連要素に基づく補正を行うことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両用雨量計測装置。
5. 前記補正部が補正した雨量を外部に送信する送信部（７２）を備える請求項１から４の何れか１項に記載の車両用雨量計測装置。

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