JP4389692B2 - 雨滴検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、雨滴検出装置に関し、特に車両などのウインドガラスに付着した雨滴をワイパの払拭操作で払拭するワイパ装置での払拭操作を自動制御するため、ウインドガラスに付着した雨滴を検出する雨滴検出装置に適用して好適なものである。

従来、ワイパ装置は、ウインドガラス上に付着した雨滴量に適したワイパの払拭速度、あるいは予め所定の速度範囲に設定された払拭モード（例えば、間欠運転モード、低速運転モード、高速運転モード、および停止モード。）を選択し、ワイパ払拭操作を制御するワイパ制御装置が知られている（特許文献１参照）。

この種のワイパ制御装置には、払拭操作を自動制御するため、ウインドガラスの検出対象部に付着した雨滴を検出する雨滴検出装置が設けられている。雨滴検出装置は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）などの発光素子と、フォトダイオード（以下、ＰＤと呼ぶ）などの受光素子とを用いて、所定の短い制御周期ごとに、ウインドガラスの検出対象部に向かって光を発光させてその反射光を受光し、発光量に対する受光量の低下量または低下率から、付着雨滴量を判定するものである。

なお、例えば、晴天時を基準としたＬＥＤの通電発光に対するＰＤの出力電圧と、検出対象部を観測中のＰＤの出力電圧を用いて、晴天時を基準とした受光量の低下量または低下率が求められる。

なお、検出対象部に向けて発光させたＬＥＤの反射光を、ＰＤの受光する光として集光させるプリズムが検出対象部に配置されており、プリズムの結露防止のためにプリズムに近接させたヒータとヒータ加熱用回路、およびプリズムの温度を検出するプリズム温度センサを備えている雨滴検出装置もある。
特開２００２−２８３９６８号公報

雨滴の付着量が増えていくとともに、例えば、ワイパの払拭操作モードを、間欠作動（以下、ＩＮＴモードと呼ぶ）、低速作動（以下、ＬＯモードと呼ぶ）、高速作動（以下、ＨＩモードと呼ぶ）へ、払拭操作速度を切換えて対応している。しかしながら、従来技術では、車両がトンネルに進入するなどでウインドガラスに結露が生じる場合において、結露によっても受光量が低下するため、結露を降雨による雨滴付着と判定するおそれがある。結露量によっては比較的激しい降雨状態の雨滴量と判定し、払拭操作モードをＨＩモードに切換える可能性がある。

また、トンネルを走行する場合、トンネル内部は比較的暗いため、運転者の視覚がその暗さに慣れてウインドガラスへの雨滴の付着や結露などによる曇りを感じる速さに比べて、雨滴検出装置がウインドガラスの結露を検出する速さの方が速い。そのため、運転者にとってＨＩモードなどのワイパ操作を煩わしく感じる可能性がある。場合によってはその煩わしさのレベルが運転者に不快感を与えてしまうおそれがあった。

本発明は、このような事情を考慮されたものであり、雨滴量を検出する雨滴検出装置において、降雨などによる付着水滴と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別可能にすることを目的とする。

また、別の目的は、雨滴量を検出する雨滴検出装置において、ウインドガラスに付着する、降雨などによる水滴付着と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別可能にするとともに、結露が生じたときに運転者に不快感を与えないワイパ操作が可能な雨滴検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の雨滴検出装置は、ワイパと、駆動手段とを備え、前記駆動手段の駆動力により前記ワイパの払拭操作を形成することによりウインドガラスに付着した水滴を払拭するワイパ装置に用いられ、前記ワイパの払拭範囲内の前記ウインドガラスに付着した水滴量を検出し、該付着水滴量に基づいて前記ワイパの払拭操作モードを選択する選択信号を出力する雨滴検出装置において、前記ワイパの払拭周期内において、前記付着水滴量を所定の周期ごとに検出可能な水滴検出手段と、前記水滴検出手段で検出された各所定の周期間の前記付着水滴量の変化率を算出する変化率算出手段と、算出した前記変化率に基づいて前記ウインドガラスへの水滴の付着状態を判定する判定手段であって、払拭周期内に算出される変化率が所定の増加率以上である場合には、水滴がウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする。

これによると、ワイパの払拭操作によりウインドガラスに付着した水滴を払拭するワイパ装置に用いられ、ワイパの払拭範囲内のウインドガラスに付着した水滴量を検出し、その付着水滴量に基づいてワイパの払拭操作モードを選択する選択信号を出力する雨滴検出装置において、ワイパの払拭周期内において水滴検出手段で検出された各所定の周期間の付着水滴量の変化率を算出する変化率算出手段を備えるので、例えば発光素子と受光素子とを備え、従来の外気と水滴の屈折率に違いを利用した発光素子の発光量に対する受光量の低下量などから付着水滴量を判定するものに比べて、付着水滴の情報として、付着水滴量の変化率つまり水滴の変化パターンを把握することが可能である。

さらに、算出した変化率に基づいてウインドガラスへの水滴の付着状態を判定する判定手段とを備えるので、付着水滴量の変化率つまり水滴の変化パターンに基づいて、降雨によるウインドガラスへ付着する雨滴の状態と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別することが可能である。

結露が発生した場合には、外気に臨む側のウインドガラスのほぼ一面にわたって比較的細かな水滴が付着するため、水滴検出手段で検出される付着水滴量は、ほぼ一定の割合で増加する。一方、降雨により水滴がウインドガラスに付着する場合には、その降雨量に応じて付着水滴量は少なくとも降雨初期において増加する。

しかしながら、降雨による水滴の大きさは一般に結露による水滴よりも大きいため、降雨によりウインドガラスに衝突した雨滴自身、あるいは複数の雨滴の表面張力などにより集合して大粒化した雨滴の自重によって、ウインドガラス面を流れ落ちて排出されるので、水滴検出手段で検出される付着水滴量が減少する可能性がある。

また、降雨によりウインドガラスに衝突した直後は雨滴がウインドガラス面に沿って拡がり、その後、雨滴の表面張力によりほぼ半球体に近づこうとするので結果的に雨滴が小粒化する可能性があり、雨滴の衝突前後で水滴検出手段で検出される付着水滴量が増減するおそれがある。

これに対して、本発明の請求項１に記載の雨滴検出装置では、判定手段は、払拭周期内に算出される変化率が所定の増加率以上である場合、つまり付着水滴量の増加率に着目してそれを監視し、その増加率が所定値以上である場合に、水滴がウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定するので、水滴検出手段の検出する付着水滴量に係わる情報の後処理方法を変更する程度で、結露を検出するための検出装置などを追加することなく、簡易に降雨によるウインドガラスへ付着する雨滴の状態と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別することができる。

請求項２に記載の雨滴検出装置は、付着水滴量に基づいて払拭操作モードを選択する選択手段を備えており、判定手段は、結露状態であると判定する場合には、選択手段が最も速い払拭操作モードを選択することを禁止する禁止手段を有することを特徴とする。

雨滴検出装置が、水滴検出手段によりワイパの払拭範囲内のウインドガラスに付着した水滴量を検出し、その付着水滴量に基づいてワイパの払拭操作モードを選択する選択信号を出力する場合において、選択された選択信号は、直ちに駆動手段へ出力され、駆動手段によって、選択された払拭操作モードに応じたワイパの払拭動作が行われることが好ましい。しかしながら、ウインドガラスに結露が生じた場合には、雨滴の付着状態と結露による曇り状態とで運転者の感じる視界の良否などが異なるおそれがある。

これに対して、本発明の請求項２に記載の雨滴検出装置では、判定手段により結露状態であると判定される場合には、選択手段が最も速い払拭操作モードを選択することを禁止するので、運転者に最も速いワイパ払拭動作を煩わしく感じさせ、不快感を運転者に与えてしまうことを防止できる。

請求項３に記載の雨滴検出装置は、付着水滴量に基づいて払拭操作モードを選択する選択手段を備えており、判定手段が結露状態であると判定する場合には、選択手段が選択する払拭操作モードを、作動速度が低い払拭操作モードに制限する制限手段を有することを特徴とする。

これによると、選択手段は、水滴検出手段により検出された付着水滴量に基づいて払拭操作モードを選択するときに、判定手段により結露状態であると判定されている場合には、選択手段が選択する払拭操作モードが、作動速度が低い払拭操作モードに制限されるので、運転者にワイパ払拭動作を煩わしく感じさせ、不快感を運転者に与えてしまうことを防止できる。

請求項４に記載の雨滴検出装置は、判定手段は、水滴がウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定した後、次回以降の払拭周期内においても結露状態であると判定しない場合には、結露状態の判定を取消すことを特徴とする。降雨による雨滴であっても、降り始めに降雨する霧雨などの雨滴は結露よりは大きいが、比較的小さい水滴になる可能性がある。一時的に霧雨などの雨滴が結露のような挙動を示すおそれがある。

これに対して、本発明の請求項４に記載の雨滴検出装置では、判定装置は、水滴がウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定した後、次回以降の払拭周期内においても結露状態であると判定しない場合には、結露状態の判定を取消すことが好ましい。これにより、一時的に結露のような挙動を示す霧雨などの降雨状態に対して、結露状態の判定を取消すことができる。

なお、降り始めの霧雨などの雨滴の状態などによって万が一に１回の払拭周期内で結露状態であると判定される場合があったとしても、一度の結露状態判定によるフェールセーフ処理として例えば雨滴であると判定されるまでの期間あるいは結露発生による予め決められた所定時間が経過する期間などは結露判定の情報が維持されることはない。

請求項５に記載の雨滴検出装置は、各所定の周期間の付着水滴量を比較する比較手段を備え、比較手段は、経時的にほぼ同じまたは減少していると判断する場合には、変化率算出手段による算出を中止することを特徴とする。

これによると、各所定の周期間の付着水滴量を比較する比較手段を備え、比較手段は、経時的にほぼ同じまたは減少していると判断する場合には、変化率算出手段による算出を中止することが好ましい。これにより、結露状態と疑わしい水滴のウインドガラスへの付着状態は、払拭周期内での次回以降の各所定の周期ごとで再判定される。さらに、水滴の付着状態が、例えば降雨による雨滴の特徴であると判るような所定の周期間の付着水滴量が経時的にほぼ同じまたは減少しているものである場合には、結露状態を判定するための内部演算処理などの無駄時間を省くことができる。

請求項６に記載の雨滴検出装置は、ウインドガラスを液滴で清浄するための外部信号を受信すると、ウインドガラスが液滴により清浄されている状態であると認知する認知手段を備え、認知手段が検出した外部信号に基づいてワイパの払拭操作モードが選択される場合には、判定手段による判定を中止することを特徴とする。

運転者がウインドガラスの汚れなどにより視界の良否が劣ると感じた場合には、降雨の有無に拘らず、意図的にウインドウォッシャなどのウインドガラス清浄手段によってウインドガラスへ清浄のための液滴を吹付ける場合がある。

これに対して、本発明の請求項６に記載の雨滴検出装置では、雨滴検出による自動的なワイパ制御とするための判定手段による判定動作よりも、運転者の要求を優先する。これにより、運転者が快適に感じる雨滴検出による自動的なワイパ制御のための雨滴検出装置が提供できる。

請求項７に記載の雨滴検出装置は、水滴検出手段は、水滴検出の対象となる対象物に向かって光を発光する発光素子を有する発光手段と、発光手段から発光されて対象物により反射された光を受光し、受光量に略比例した出力値を出力する受光手段とを備えていることを特徴とする。これによると、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の雨滴検出装置は、水滴検出の対象となる対象物に向かって光を発光する発光素子を有する発光手段と、発光手段から発光されて対象物により反射された光を受光し、受光量に略比例した出力値を出力する受光手段とを有する水滴検出手段を備える雨滴検出装置に適用して好適である。

以下、本発明の雨滴検出装置を、車両などのウインドガラスに付着した雨滴をワイパの払拭操作で払拭するワイパ制御装置の払拭操作を自動制御するための雨滴を検出する雨滴検出装置に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態の雨滴検出装置を、車両用のワイパ制御装置に適用した一実施例を示す構成図である。図２は、図１中に示す制御装置の主な機能を手段で表すブロック図である。なお、図６は、雨滴がウインドガラス表面に付着する過程の一例を示す模式図である。図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）は、ウインドガラス表面へ雨滴が衝突する前後の過程を示す模式的断面図である。図７は、外気に含まれる水蒸気がウインドガラス表面に結露する過程の一例を示す模式図である。図７（ａ）、図７（ｂ）、および図７（ｃ）は、時間経過の順に示す模式的断面図である。図８は、ワイパの払拭操作中のウインドガラスの検出対象部において水滴検出器が検出する付着水滴量を示すグラフである。図８（ａ）は降雨によりウインドガラスへ付着した付着水滴量の過程、図８（ｂ）は外気に含まれる水蒸気の結露によりウインドガラスへ付着した付着水滴量の過程を示すグラフである。

図１に示すように、ワイパ制御装置は、雨滴検出装置１０と、ワイパ装置（以下、ワイパ駆動装置と呼ぶ）２０とを含んで構成されている。雨滴検出装置１０は、水滴としての雨滴検出対象物であるフロントウインドガラスなどのウインドガラス（以下、ウインドシールドと呼ぶ）７に付着した雨滴を検出するものである。なお、ウインドシールド７は、フロントウインドシールドに限らず、リアウインドシールドであってもよい。以下、本実施形態で説明するウインドシールド７はフロントウインドシールドとする。ワイパ駆動装置２０は、ウインドシールド７に雨滴が付着している場合にウインドシールド７に配設されたワイパ１ａ、１ｂを駆動するものである。

ワイパ駆動装置２０は、ワイパ１ａ、１ｂを各払拭操作モードに対応したワイパ操作速度で駆動するためのワイパモータ２と、モータ駆動回路３とを含んで構成されている。ワイパ１ａ、１ｂは、運転席側と助手席側のワイパブレードを有しており、このワイパブレードはウインドシールド７表面を払拭可能に配備されている。ワイパ１ａ、１ｂは図示しない周知のリンク機構を介してワイパモータ２の駆動力によって駆動される。

モータ駆動回路３は、ワイパスイッチ６などからの外部信号またはマイクロコンピュータ４から出力される駆動信号を受信すると、これら信号に基づいてワイパモータ２へ電力を供給する。ワイパ１ａ、１ｂは、ウインドシールド７の払拭範囲をワイパモータ２の駆動力により図１の点線範囲に略扇状に揺動動作などさせて、払拭操作する。なお、ここで、ワイパモータ２とモータ駆動回路３は、ワイパ１ａ、１ｂの払拭操作を形成する駆動手段を構成する。

ワイパスイッチ６は、ワイパ１ａ、１ｂの払拭操作の停止（以下、ＯＦＦモードと呼ぶ）、自動制御（以下、ＡＵＴＯモードと呼ぶ）、低速作動（以下、ＬＯモードと呼ぶ）、および高速作動（以下、ＨＩモードと呼ぶ）を運転者の手動操作などにより切換えるスイッチ機能を有する。ワイパスイッチ６は、例えば４つの作動位置に回動操作することで、上記４つのモードを選択する選択信号（以下、運転者選択信号と呼ぶ）を、制御手段としてのマイクロコンピュータ４、あるいはモータ駆動回路３へ出力するものである。なお、本実施形態では、マイクロコンピュータ４へ運転者選択信号を出力するものとする。なお、運転者の操作によりワイパスイッチ６がＡＵＴＯモードに選択されると、ワイパ１ａ、１ｂの払拭操作はマイクロコンピュータ４により自動制御される。

雨滴検出装置１０は、水滴検出器５とマイクロコンピュータ４とを含んで構成されている。水滴検出器５は、赤外線を発光する発光ダイオードなどの発光素子（以下、ＬＥＤと呼ぶ）５１と、赤外線を受光可能なフォトダイオードなどの受光素子（以下、ＰＤと呼ぶ）５２とを備えており、雨滴を光学的に検出する。なお、ＬＥＤ５１とＰＤ５２の組は、図１において１組のものとして図示されているが、１組に限らず、複数組設けてもよい。ウインドシールド７の払拭範囲内に複数組配置することで、ウインドシールド７に付着する水滴量（以下、付着水滴量と呼ぶ）の検出精度の向上が図れる。以下、本実施形態での説明では、説明の簡便のために、ＬＥＤ５１とＰＤ５２の組は１組として説明する。

ＬＥＤ５１にはＬＥＤ駆動回路５３が接続されており、ＬＥＤ５１はＬＥＤ駆動回路５３を介してマイクロコンピュータ４により点灯、消灯制御される。ＰＤ５２には検波・増幅回路５４が接続されており、ＰＤ５２は検波・増幅回路５４を介してマイクロコンピュータ４へ水滴量に係わる水滴検出信号を出力する。なお、ここで、ＬＥＤ５１とＬＥＤ駆動回路５３は発光手段を構成する。ＰＤ５２と検波・増幅回路５４は受光手段を構成する。発光手段５１、５３は水滴検出の対象となる対象部７ｒ（本実施形態ではウインドシールド７）に向かって光を発光する。受光手段５２、５４は発光手段５１、５３から発光されてウインドシールド７により反射された光を受光し、例えば受光に略比例した出力値を有する水滴検出信号を出力する。

水滴検出器５には、ＬＥＤ５１から発光される光をＰＤ５２の受光する光として集光させるための周知のプリズム（図示せず）が、ウインドシールド７の内面の検出対象部７ｒに配設されている。なお、そのプリズムには、図示しないプリズムの結露防止のための周知のヒータ、ヒータ回路、およびプリズムの温度を測定するプリズム温度センサが配置されている。なお、ヒータ、ヒータ回路、およびプリズム温度センサは省略してもよい。

なお、ここで、水滴検出器５は、ワイパ１ａ、１ｂの払拭範囲内のウインドシールド７（詳しくは検出対象部７ｒ）に付着した付着水滴量を検出する水滴検出手段を構成する。この水滴検出手段は、その付着水滴量に係わる水滴検出信号を出力する。

マイクロコンピュータ４は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムやデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ）、入力回路、出力回路、および電源回路などの周知の機能を含んで構成されている。

マイクロコンピュータ４には、ウインドシールド７の外表面の検出対象部７ｒに雨滴、結露などの水滴が付着している場合に水滴検出器５から出力される水滴検出信号、ワイパスイッチ６の各運転者の選択信号、ウインドウォッシャスイッチ８などの信号が入力される。

また、マイクロコンピュータ４は、ワイパスイッチ６の各運転者選択信号のうちＡＵＴＯモードの信号が入力されると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、水滴検出信号の出力値またはその出力値を平均化などした出力代表値から、ワイパ１ａ、１ｂの払拭操作モードを決定する。そして、マイクロコンピュータ４は、その払拭操作モードに対応した選択信号をモータ駆動回路３へ出力し、その信号に応じて駆動手段２、３を駆動制御する。

なお、ウインドウォッシャスイッチ８は、運転者がウインドシールド７の汚れなどにより視界の良否が劣ると感じるなどした場合、ウインドシールド７を清浄するための液滴をウインドシールド７へ噴霧する指令を行うスイッチ機能であり、このスイッチ機能がＯＮされると、マイクロコンピュータ４へその情報信号が出力される。

なお、詳しくは、マイクロコンピュータ４は、メモリ内に記憶されたプログラム（以下、結露判定ありのワイパ自動制御と呼ぶ）を実行することで実現する主な機能を手段で表すと、図２に示されるブロック図のように、付着水滴量算出手段４１と、比較手段４３と、変化率算出手段４４と、結露判定手段４５と、払拭操作モードの制限手段（以下、ＨＩモード禁止手段と呼ぶ）４７と、払拭操作モードの選択手段（以下、選択信号決定手段と呼ぶ）４８と、検出期間設定手段４９とを備えている。

付着水滴量算出手段４１は、所定の周期（以下、サンプリング周期と呼ぶ）ごとに水滴検出器５からの水滴検出信号の出力値に基づいてその所定サンプリング周期内に付着した付着水滴量を算出する。ここで、所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ（図８参照）は、ワイパ１ａ、１ｂの払拭周期Ｔ_０（図８参照）に比べて短く、その払拭周期Ｔ_０内を複数区分に区分可能な周期（本実施形態では、５０ms）である。

なお、この所定サンプリング周期Ｔ_Ｓは、ワイパ１ａ、１ｂがＬＯモードなど各モードに対応するいずれの払拭速度で払拭範囲内を払拭操作する場合であっても、ワイパ１ａ、１ｂが検出対象部７ｒを通過しない期間（以下、付着水滴量検出可能期間と呼ぶ）Ｔ_ａ（図８参照）に基づき、付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａ中に、複数回の付着水滴量算出が可能なように設定される。

検出期間設定手段４９は、付着水滴量算出手段４１を実行するときに、実行中の払拭モードでの払拭周期Ｔ_０に基づいて付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａを設定する。この付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａは、モータ駆動回路３の通電状況や、ワイパモータ２の回転角度などから算出されるワイパ１ａ、１ｂの位置に基づいて設定される。

なお、払拭操作を実施していない場合には、検出期間設定手段４９は、所定サンプリング周期Ｔ_Ｓおよび付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａを、それぞれ、例えば５０ms、３sのデフォルト値に設定する。これにより、雨の降り始めなどの場合においては、付着水滴量算出手段４１は、これらデフォルト値で設定された所定サンプリング周期Ｔ_Ｓおよび付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａ条件で、付着水滴量が算出される。

なお、記憶手段（以下、第１記憶手段と呼ぶ）４２は、各所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間前後の付着水滴量を比較するために、付着水滴量算出手段４１によって算出された付着水滴量を、メモリ内に格納して記憶する。

比較手段４３は、払拭周期Ｔ_０内の各所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間前後の付着水滴量、つまり前回算出の付着水滴量（以下、前回付着水滴量と呼ぶ）と今回算出の付着水滴量（以下、今回付着水滴量と呼ぶ）を比較する。その比較の結果、今回付着水滴量が前回付着水滴量に比べて経時的にほぼ同じまたは減少しているか否かを比較手段４３は判定する。

経時的にほぼ同じまたは減少している場合には、比較手段４３は、水滴の付着状態が降雨によるものと判断し、変化率算出手段４４および結露判定手段４５の実行を省いて、払拭モード選択手段４８を実行する。逆に、経時的に増加している場合には、変化率算出手段４４および結露判定手段４５を実行する。

変化率算出手段４４は、今回付着水滴量と前回付着水滴量とに基づいて前回付着水滴量に対して今回付着水滴量の変化率を算出する。結露判定手段４５は、仮判定手段４５ａを備えている。仮判定手段４５ａは、所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間前後の今回付着水滴量と前回付着水滴量から算出された変化率に基づいて結露による水滴付着状態か否かを判定する。

なお、詳しくは、変化率が所定の増加率（本実施形態では、５％）以上か否かを判定し、所定の増加率以上の場合には、結露による水滴付着状態と判定する（以下、結露であるとする結露仮判定と呼ぶ）。逆に、所定の増加率未満の場合には、降雨によるものと判定し、記憶手段（以下、第２記憶手段と呼ぶ）４６に結露仮判定が否定された実績を結露ＯＦＦとして記憶する。

なお、ここで、出願人は結露による水滴付着の過程と降雨によるものの過程を比較調査したところ、図８（ｂ）の結露による水滴付着の過程と図８（ａ）の降雨によるものの過程に示されるように、結露による水滴付着の過程は払拭周期Ｔ_０内の各所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間の付着水滴量は、ほぼ一定の割合で増加する（図８（ｂ）参照）。また、図７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、結露は外気（雰囲気）に含まれる水蒸気が液化してウインドシールド７の外表面に付着するため、水蒸気が結露して形成される水滴９ｂの大きさが比較的小さく、ウインドシールド７の外表面の全面にわたって付着するまで付着水滴９ｂ量は増加し続ける。

一方、図６（ａ）から図６（ｃ）のウインドシールド７への雨滴の衝突前後の過程に示すように、雨滴９ａは、雨滴自身の表面張力の影響などにより衝突前後で検出対象部７ｒにおける雨滴９ａの付着面積が変化するため、水滴検出器５で検出される付着水滴９ａ量が増減するおそれがある。なお、図６（ｂ）に示すようにウインドシールド７へ衝突直後の雨滴９ａは、ウインドシールド７外表面に沿って拡がり、その後は、図６（ｃ）に示すように、雨滴９ａ自身の表面張力により、雨滴９ａはほぼ半球体になるまで小粒化する。

また、雨滴９ａの大きさは一般に結露による水滴９ｂよりも大きいため、降雨によりウインドシールド７へ衝突した雨滴９ａ自身、あるいは図示しない複数の雨滴９ａの表面張力などの相互影響で集合し大粒化した雨滴９ａ自身の自重によって、結果として、傾斜しているウインドシールド７外表面に沿って流れ落ちてしまって排出されることになる場合もある。

そのため、図８（ａ）の降雨による水滴付着の過程に示されるように、降雨初期には付着水滴量は増加するものの（図８（ａ）の左端の付着例）、その後は、経時的にほぼ同じまたは減少する現象がみられ、結果として、水滴検出器５で検出される付着水滴量が減少する場合もある。

なお、結露による水滴付着状態か否かを判定する増加率の閾値として、霧雨から大雨までの降雨状態と、結露発生度合に影響する湿度環境を考慮した結露状態とによる水滴付着状態を調査し、その結果、所定の増加率が５％であれば、降雨と結露の水滴付着状態を判別可能であるとの結果を出願人は確認した。

さらに、結露判定手段４５は、検出期間判定手段４５ｂと、本判定手段４５ｃとを備えている。検出期間判定手段４５ｂは、付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａが終了したか否かを判定する。付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａが終了していない場合には、次の所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間前後の付着水滴量の変化率の算出が可能であるので、図２に示すように、付着水滴量算出手段４１を実行する段階まで戻る。

逆に、付着水滴量検出可能期間Ｔ_ａが終了している場合には、払拭周期Ｔ_０内の全ての仮判定手段４５ｂが終了したと判断する。本判定手段４５ｃは、全ての仮判定手段４５ｂにおいて、第２記憶手段４６に記憶するデータを読出し、結露仮判定が否定された実績（結露ＯＦＦ）があったか否かを判定する。結露ＯＦＦとの記憶データがない場合には、結露による水滴付着状態であると最終判定する。逆に、結露ＯＦＦとの記憶データがある場合には、降雨による水滴付着状態であると最終判定する。

本判定手段４５ｃで結露による水滴付着状態であると最終判定されると、ＨＩモード禁止手段４７は、モータ駆動回路３へ出力する選択信号を決定するための選択信号決定手段４８へＨＩモードを選択することを禁止する禁止信号を出力する。

選択信号決定手段４８は、水滴検出器５の上記水滴検出信号の出力値または上記出力代表値から求められる通常の雨滴量に応じた払拭モードの選択信号と、ＨＩモード禁止手段４７にてＨＩモードを選択することを禁止する場合には、その禁止信号とに基づいて最終的に選択信号を決定する。マイクロコンピュータ４は、選択信号決定手段４８にて決定された選択信号をモータ駆動回路３へ出力する。

選択信号決定手段４８は、水滴検出器５の上記水滴検出信号の出力値または上記出力代表値から求められる通常の雨滴量に応じた払拭モードの選択信号と、ＨＩモード禁止手段４７からの禁止信号とに基づいて最終的に選択信号を決定する。

以上説明した結露判定ありのワイパ自動制御は、マイクロコンピュータ４によって、図３、図４、図５に示すような手順で実行される。図３は、本実施形態に係わる雨滴検出装置で算出した付着水滴量に基づいてワイパの払拭操作モードを決定する基本的な制御処理を示すフローチャートである。図４は、図３中の払拭操作モードの決定に係わる制御処理を示すフローチャートである。図５は、図４中の結露判定に係わる制御処理を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、Ｓ（ステップ）１１０にて、初期化を行う。次に、マイクロコンピュータ４は、Ｓ１２０にて、ワイパスイッチ６からの運転者選択信号を読取る。なお、以下の説明では、運転者選択信号から、ＡＵＴＯモードが選択されているものとする。ワイパ駆動装置２０は、マイクロコンピュータ４により自動制御されている。

Ｓ１３０では、マイクロコンピュータ４は、５０msに設定された所定サンプリング周期ごとに水滴検出器５から水滴検出信号を受取り、付着水滴量を算出する。Ｓ１４０では、マイクロコンピュータ４はその付着水滴量に基づいて払拭モードを決定する。次いでＳ１５０では、Ｓ１４０で決定された払拭モードに応じた選択信号をモータ駆動回路３が受信し、モータ駆動回路３によりワイパ１ａ、１ｂをその払拭モードに対応した払拭操作で動作させ、ウインドシールド７を自動制御させ、この制御処理を終了する。

次に、Ｓ１４０の制御処理における払拭モードの決定の手順について図４に従って説明をする。Ｓ２１０では、マイクロコンピュータ４は、水滴検出器５からの水滴検出信号に基づいて、現在ウインドシールド７に水滴が付着している状態か否かを判断する。水滴が付着している状態であれば、Ｓ２２０へ移行する、水滴が付着している状態になければＳ２３０へ移行する。

Ｓ２２０では、マイクロコンピュータ４は、ウインドシールド７に結露が発生している状態にあるか否かを判定する。Ｓ２４０では、結露判定の結果と、通常の雨滴検出による水滴付着量とに基づいて払拭モードを選択し、処理を終了する。

Ｓ２１０において、水滴が付着していない状態と判断され、Ｓ２３０に移行されると、Ｓ２３０では、マイクロコンピュータ４は、現在ワイパ１ａ、１ｂが払拭停止の状態にあるか否かを判定する。その結果、ワイパ１ａ、１ｂが停止していれば、Ｓ２５０にて払拭モードを強制的に停止モードにし処理を終了する。ワイパ１ａ、１ｂが停止していなければ、処理をＳ２４０に移行する。

次に、Ｓ２２０の制御処理における結露判定の手順について図５に従って説明をする。Ｓ３１０では、マイクロコンピュータ４は、５０ms前（前回のサンプリング周期）の付着水滴量と今回のサンプリング周期での付着水滴量とを比較する。今回のサンプリング周期での付着水滴量が、前回のサンプリング周期の付着水滴量よりもほぼ同じまたは減少しているならば、Ｓ３２０に移行する。Ｓ３２０では、マイクロコンピュータ４は結露判定値をＯＦＦにして、Ｓ３６０に移行する。逆に、今回のサンプリング周期での付着水滴量が、前回のサンプリング周期の付着水滴量よりも増加しているならば、Ｓ３３０に移行する。

Ｓ３３０では、マイクロコンピュータ４は、５０ms前（前回のサンプリング周期）の付着水滴量に対する今回のサンプリング周期での付着水滴量の変化率（増加率）を算出し、Ｓ３４０に移行する。Ｓ３４０では、マイクロコンピュータ４は、その変化率（増加率）が、結露判定のための閾値としての所定増加率５％以上であるか否かを判定する。その増加率が５％以上であれば、Ｓ３６０に移行する。逆に、その増加率が５％未満であれば、Ｓ３５０に移行して、結露判定値をＯＦＦにし、その後、Ｓ３６０に移行する。

Ｓ３６０では、マイクロコンピュータ４は、付着水滴量検出可能期間が終了しているか否かを判定する。この検出期間が終了していれば、マイクロコンピュータ４はＳ３７０に移行し、終了していなければ、再びＳ１２０の制御処理に戻す。Ｓ１２０に戻した場合、マイクロコンピュータ４は、この付着水滴量検出可能期間が終了するまで、Ｓ１２０からＳ３６０までの処理を繰り返す。

Ｓ３７０では、マイクロコンピュータ４は、付着水滴量検出可能期間中に結露判定値がＯＦＦにならなかったか否かを判定する。この付着水滴量検出可能期間中に一度も結露判定値がＯＦＦとならなかった場合は、マイクロコンピュータ４は、Ｓ３８０に移行し、水滴の付着状態が結露であると判断し、結露判定値をＯＮに、ワイパ１ａ、１ｂの払拭モードをＨＩモードに選択することを禁止するように、ＨＩモード禁止に設定し、この処理を終了する。

Ｓ３８０で結露判定ＯＮ、ＨＩモード禁止と設定された場合は、マイクロコンピュータ４は、Ｓ２４０の制御処理において、払拭モードをＨＩモード以外のモードを選択する。一方、一度でも結露判定値がＯＦＦとなった場合は、結露判定による制限を加えず、マイクロコンピュータ４は、Ｓ２４０において、運転者に不快感を与えることなく、最適な払拭モードを選択する。

なお、以上説明した結露判定ありのワイパ自動制御の機能および手順は、マイクロコンピュータ４に、外部入力信号として、ワイパスイッチ６の各運転者選択信号のうちＡＵＴＯモードの信号が入力される場合つまりワイパ自動制御の場合で説明した。ＡＵＴＯモード以外のＬＯモード、ＨＩモード、あるいは停止モードの運転者選択信号がマイクロコンピュータ４に入力される場合においては、図２に示すように、選択信号決定手段４８は、モータ駆動回路３へ出力するための選択信号を、上記運転者選択信号（例えば、ＬＯモードの運転者選択信号）に基づいてその信号に対応するＬＯモードの選択信号に決定する。その時、ワイパ自動制御は行われず、運転者が選択したＬＯモードにワイパ操作モードが固定される。

また、マイクロコンピュータ４に入力される外部入力信号が、ウインドウォッシャスイッチ８による信号の場合には、運転者がウインドシールド７の汚れなどにより視界の良否が劣ると感じるためにウインドシールド７に液滴を噴霧する状態である。この噴霧による液滴は結露ではないので、結露判定手段４５は中止されるようにすることが好ましい（図２参照）。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、
（１）ワイパの払拭周期内において水滴検出器５にて検出された付着水滴量の変化率（水滴の変化パターン）を変化率算出手段４４で算出し、結露判定手段４５にて、その変化率に基づいてウインドシールド７への水滴の付着状態を判定するので、降雨によるウインドガラスへ付着する雨滴の状態と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別することが可能となる。

（２）結露判定手段４５は、払拭周期内に算出される変化率が所定の増加率以上である場合つまり付着水滴量の増加率に着目して監視する。その増加率が５％以上である場合に、水滴がウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定する。これによると、水滴検出器５の検出する付着水滴量に係わる情報の後処理方法を変更する程度で、結露を検出するための検出装置などを追加することなく、容易に降雨によるウインドガラスへ付着する雨滴の状態と、外気等雰囲気に含まれる水蒸気の結露とを判別することができる。

（３）結露判定手段４５において、ウインドシールド７に結露が発生していると判定された場合には、ＨＩモード禁止手段４７が最も速い払拭操作モードを選択することを禁止するので、運転者に最も速いワイパ払拭動作を煩わしく感じさせ、不快感を運転者に与えてしまうことを防止できる。

（４）結露判定手段４５が、ウインドシールド７へ結露して付着した結露状態であると判定した後、次回以降の払拭周期Ｔ_０内において結露状態であると判定しない場合には、一旦、結露状態であると判定した後でも結露判定を取消す（Ｓ３７０における制御処理）。これにより、一時的に結露のような挙動を示す霧雨などの降雨状態に対しても結露状態の判定を取消すことができる。

（５）比較手段４３は、払拭周期Ｔ_０内の各所定サンプリング周期Ｔ_Ｓ間前後の付着水滴量、つまり前回付着水滴量と今回付着水滴量とを比較する。その比較の結果、経時的にほぼ同じまたは減少している場合には、比較手段４３は、水滴の付着状態が降雨によるものと判断し、変化率算出手段４４および結露判定手段４５の実行を省いて、払拭モード選択手段４７を実行する。これにより、結露状態を判定するための内部演算処理などの無駄時間を省くことができる。

（６）マイクロコンピュータ４に入力される外部入力信号が、ウインドウォッシャスイッチ８による信号の場合には、運転者がウインドシールド７の汚れなどにより視界の良否が劣ると感じるためにウインドシールド７に液滴を噴霧する状態である。この噴霧による液滴は結露ではないので、結露判定手段４５は中止されるようにする。これにより、運転者が快適に感じる雨滴検出による自動的なワイパ制御のための雨滴検出装置が提供できる。

（７）雨滴検出装置の水滴検出手段として赤外線を発光する発光ダイオードなどの発光素子５１と、赤外線を受光可能なフォトダイオードなどの受光素子５２とを備え、雨滴を光学的に検出する水滴検出器５を適用することが、雨滴検出装置に対して最も適している。

（他の実施形態）
以上説明した本実施形態では、雨滴および結露による水滴を検出する水滴検出手段と、赤外線を発光するＬＥＤなどの発光手段５１と、その光を受光可能なＰＤなどの受光素子５２とを備える雨滴検出器で説明したが、赤外線に限らず、他の光線を利用する光学的な検出器であれば、いずれの水滴検出器であってもよい。

以上説明した本実施形態では、結露判定手段４５にてウインドシールド７に付着する水滴が結露であると判定された場合には、ＨＩモード禁止手段４７でＨＩモードを選択することを禁止するように制御処理したが、ＨＩモードを禁止する禁止手段に限らず、モードダウンするようにモード選択を制限する制限手段であってもよい。この制御処理であっても、払拭モードをモードダウンさせることにより、ＨＩモードへの選択が阻止され、運転者にワイパ払拭動作を煩わしく感じさせ、不快感を運転者に与えてしまうことを防止できる。

次に、他の実施形態の作用効果を説明すると、
（１）結露判定手段４５にてウインドシールド７に付着する水滴が結露であると判定された場合には、モードダウンするようにモード選択を制限する。払拭モードをモードダウンさせることにより、ＨＩモードへの選択が阻止され、運転者にワイパ払拭動作を煩わしく感じさせ、不快感を運転者に与えてしまうことを防止できる。

本実施形態の雨滴検出装置を、車両用のワイパ制御装置に適用した一実施例を示す構成図である。 図１中に示す制御装置の主な機能を手段で表すブロック図である。 本実施形態に係わる雨滴検出装置で算出した付着水滴量に基づいてワイパの払拭操作モードを決定する基本的な制御処理を示すフローチャートである。 図３中の払拭操作モードの決定に係わる制御処理を示すフローチャートである。 図４中の結露判定に係わる制御処理を示すフローチャートである。 図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）は、ウインドガラス表面へ雨滴が衝突する前後の過程を示す模式的断面図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）、および図７（ｃ）は、時間経過の順に示す模式的断面図である。 図８（ａ）は降雨によりウインドガラスへ付着した付着水滴量の過程、図８（ｂ）は外気に含まれる水蒸気の結露によりウインドガラスへ付着した付着水滴量の過程を示すグラフである。

符号の説明

１ａ、１ｂ ワイパ
２ ワイパモータ
３ モータ駆動回路
４ マイクロコンピュータ
５ 水滴検出器
６ ワイパスイッチ
７ ウインドシールド
８ ウインドウォッシャスイッチ
４１ 付着水滴量算出手段
４３ 比較手段
４４ 変化率算出手段
４５ 結露判定手段
４７ 払拭操作モードの制限手段（ＨＩモード禁止手段）
４８ 払拭モードの選択手段（選択信号決定手段）
４９ 検出期間設定手段

Claims (7)

1. ワイパと、駆動手段とを備え、前記駆動手段の駆動力により前記ワイパの払拭操作を形成することによりウインドガラスに付着した水滴を払拭するワイパ装置に用いられ、
   前記ワイパの払拭範囲内の前記ウインドガラスに付着した水滴量を検出し、該付着水滴量に基づいて前記ワイパの払拭操作モードを選択する選択信号を出力する雨滴検出装置において、
   前記ワイパの払拭周期内において、前記付着水滴量を所定の周期ごとに検出可能な水滴検出手段と、
   前記水滴検出手段で検出された各所定の周期間の前記付着水滴量の変化率を算出する変化率算出手段と、
   算出した前記変化率に基づいて前記ウインドガラスへの水滴の付着状態を判定する判定手段であって、前記払拭周期内に算出される前記変化率が所定の増加率以上である場合には、水滴が前記ウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする雨滴検出装置。
2. 前記付着水滴量に基づいて前記払拭操作モードを選択する選択手段を備えており、
   前記判定手段は、結露状態であると判定する場合には、前記選択手段が最も速い払拭操作モードを選択することを禁止する禁止手段を有することを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
3. 前記付着水滴量に基づいて前記払拭操作モードを選択する選択手段を備えており、
   前記判定手段は、結露状態であると判定する場合には、前記選択手段が選択する払拭操作モードを、作動速度が低い払拭操作モードに制限する制限手段を有することを特徴とする請求項１に記載の雨滴検出装置。
4. 前記判定手段は、前記ウインドガラスへ結露して付着した結露状態であると判定した後、次回以降の前記払拭周期内においても結露状態であると判定しない場合には、結露状態の判定を取消すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
5. 前記各所定の周期間の前記付着水滴量を比較する比較手段を備え、
   前記比較手段は、経時的にほぼ同じまたは減少していると判断する場合には、前記変化率算出手段による算出を中止することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
6. 前記ウインドガラスを液滴で清浄するための外部信号を受信すると、前記ウインドガラスが液滴により清浄されている状態であると認知する認知手段を備え、
   前記認知手段が検出した外部信号に基づいて前記ワイパの払拭操作モードが選択されている場合には、前記判定手段による判定を中止することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。
7. 前記水滴検出手段は、
   水滴検出の対象となる対象物に向かって光を発光する発光素子を有する発光手段と、
   前記発光手段から発光されて前記対象物により反射された光を受光し、受光量に略比例した出力値を出力する受光手段とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の雨滴検出装置。

Images