JP5974902B2 - 雨滴検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウインドガラスに付着した雨滴量を検出する雨滴検出装置に関し、特に検出された雨滴量に応じてワイパ装置を制御する雨滴検出装置に関する。
従来より、ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出する雨滴検出装置を設け、この雨滴検出装置によって検出された雨滴量に応じてワイパ装置の払拭速度や間欠時間等の作動態様を自動的に制御するものが知られている。
特許文献1の雨滴検出装置は、ウインドガラス外面に付着した雨滴量に応じた検出信号を出力する雨滴センサと、この雨滴センサの検出信号の変化量を算出する変化量算出手段と、雨滴が付着していないときの雨滴センサの検出信号と雨滴センサの検出信号との差分を算出する差分算出手段と、変化量が減少傾向且つ差分が増大傾向のとき、雨滴センサが出力可能な下限値を超える極大の雨滴量と判別する判別手段とを備えている。
この雨滴検出装置の雨滴センサは、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着していない場合、投光された光がウインドガラスと外部空間との外側境界面から全反射されて受光素子(フォトダイオード)に受光される。また、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着している場合、雨滴に対応した部分に投光された光の一部がウインドガラスとこれに付着した雨滴とを透過するため、投光された光のうちウインドガラスと雨滴とを透過しない光の反射光のみが受光素子に受光される。即ち、この雨滴検出手段では、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が少ない程、検出信号が大きくなり、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が多い程、検出信号が小さくなる。
通常、この種の雨滴検出装置は、ユーザーが任意に選択できるオプション機器として設定されている。また、カーメーカーにおいて、同一の雨滴検出装置を一車種のみならず他の車種にも流用することが行われている。それ故、ワイパ制御装置は、ワイパ駆動装置と雨滴検出装置とから構成され、雨滴検出装置にワイパ駆動装置を制御するワイパ制御部が設けられていることが多い。
特許4779860号
特許文献1の雨滴検出装置は、変化量算出手段の変化量が減少傾向且つ差分算出手段の差分が増大傾向のとき、雨滴センサが出力可能な下限値を超える極大の雨滴量と判別できるため、雨滴検出装置の検出範囲を拡大でき、極大の雨滴量を判別することができる。
しかし、特許文献1の技術では、雨滴径等の雨滴の属性が多種存在するにもに拘わらず、単純に雨滴量が多いとき、雨滴量が少ないときに比べて一様に払拭能力を高くしている。
それ故、ユーザーが払拭不要と感じても雨滴量が多いときにはウインドガラスを払拭し、ユーザーが払拭要と感じても雨滴量が少ないときにはウインドガラスを払拭しない状況を招くため、ユーザーの煩わしさを十分に解消できない虞がある。
脳内生理学上の見地から、視野内に周囲の刺激と異なる特徴を持つ刺激が存在する場合、その刺激は目立つ(ポップアウトする)ため、ユーザーの注意を引き付ける特性を有することが知られている。そこで、本発明者は、雨滴の属性を変化させて、ユーザーがワイパ装置の作動を開始するときの雨滴付着率を検証する実験を行った。
第1の検証実験は、径が異なる複数種類の雨滴(直径1.5〜3.0mm)を準備し、ユーザーがワイパ装置によってウインドガラスに付着した雨滴の払拭を開始した雨滴付着率(%)(以下、払拭タイミングという)を夫々測定した。尚、雨滴の付着速度は一定(20.0個/sec)である。
第2の検証実験は、付着速度が異なる複数種類の雨滴(付着速度6.0〜35.0個/sec)を準備し、ユーザーによる払拭タイミングを夫々測定した。尚、雨滴径は一定(直径2.3mm)である。
図14に示すように、雨滴の付着速度が一定の場合、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときよりもユーザーによる払拭タイミングが早いことが認識された。
図15の実線で示すように、昼間において、雨滴径が一定の場合、雨滴の付着速度が低いときには、雨滴の付着速度が高いときよりもユーザーによる払拭タイミングが早いことが認識された。また、図15の破線で示すように、夜間は昼間に比べて全体的に払拭タイミングが早いものの、雨滴の付着速度が低いときには、雨滴の付着速度が高いときよりもユーザーによる払拭タイミングが早く、昼間の測定結果と同様の傾向であった。
上記検証実験によって、同じ雨滴付着率であっても、径の小さい雨滴が多数存在する場合には、ユーザーは個々の雨滴に注意を払うため、視覚的に煩わしさを感じ、更に、その注意分散を解消するために雨滴を払拭によって消去していると推測される。
また、雨滴の付着速度が高い場合には、ユーザーが個々の雨滴に払う注意が雨滴の付着速度に追いつかないため、ユーザーが感じる視覚的な煩わしさは低下し、ユーザーによる払拭タイミングが遅くなるものと推測される。
即ち、ユーザーによる雨滴の払拭タイミングは、単に雨滴による前方視認性の低下によって決定されるのではなく、ユーザーの注意を引き付ける雨滴の属性、所謂雨滴径や雨滴の付着速度によって決定されることが知見された。
本発明の目的は、ユーザーの視覚的な煩わしさを解消可能な雨滴検出装置を提供することである。
請求項1の雨滴検出装置は、ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出し且つ前記雨滴量に応じてワイパ装置を制御する制御手段を収容した雨滴検出装置において、前記ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段と、前記ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部とを設け、前記制御手段は、撮像された雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすると共に、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすることを特徴としている。
この請求項1の雨滴検出装置では、ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段を設けているため、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴径を検出することができる。また、ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部を設けているため、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴の付着速度を検出することができる。
請求項の発明は、請求項1の発明において、前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスによって反射された反射光を検出する第1光学手段を設け、前記第1光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴としている。
請求項の発明は、請求項1の発明において、前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光を検出する第2光学手段を設け、前記第2光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴としている。
請求項の発明は、請求項1〜の何れか1項の発明において、前記ワイパ装置は払拭速度と間欠期間の少なくとも1つが変更可能に構成されていることを特徴としている。
請求項1の発明によれば、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴径を検出することができるため、ウインドガラスに付着した雨滴の雨滴径を検出でき、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを効果的に解消することができる。
また、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴の付着速度を検出することができるため、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを一層効果的に解消することができる。
請求項の発明によれば、ウインドガラスによって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
請求項の発明によれば、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
請求項の発明によれば、雨滴の属性に拘わらず、ユーザーの前方視認性を良好に保つことができる。
本発明の実施例1に係る自動車の通信系統のブロック図である。 車室内から車体前方を視た図である。 ワイパ装置とレインセンサとワイパスイッチに係る電気的構成を示す制御回路図である。 レインセンサの斜視図である。 レインセンサの全体構成を示すブロック図である。 ウインドガラスの雨滴検出原理を示す説明図である。 雨滴付着率と雨滴検出手段の出力との相関関係を示すグラフである。 オートモード制御のときの払拭速度マップである。 オートモード制御のときの間欠時間マップである。 ワイパ制御処理に係る処理手順を示すフローチャートである。 実施例2に係るレインセンサの斜視図である。 レインセンサの全体構成を示すブロック図である。 ウインドガラスの雨滴検出原理を示す説明図である。 雨滴径別の払拭タイミングを示す図である。 雨滴付着速度別の払拭タイミングを示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
以下、本発明の実施例1について図1〜図10に基づいて説明する。
図1に示すように、本実施例では、フロントウインドガラス(以下、ウインドガラスという)1と、ウインドガラス1の外側面に付着した雨滴や汚れを払拭するワイパーブレード(図示略)やワイパモータ2a等によって構成されたワイパ装置2と、レインセンサ3(雨滴検出装置)等を備えた自動車Vを例として説明する。
まず、自動車Vの基本的な通信系統について説明する。
図1に示すように、自動車Vは、ボディコントロールモジュール(Body Control Module:以下、BCMという)4と、エンジンコントロールモジュール(Engine Control Module:以下、ECMという)5と、ブレーキ制御機構6と、ヘッドライト制御機構(Adaptive Front-Lighting System:以下、AFSという)7等を備え、これら各制御機構4〜7はCAN(Controller Area Network)8によって相互に送受信可能に接続されている。
図3に示すように、BCM4は、ワイパ装置2(ワイパモータ2a)やレインセンサ3等の複数の装置を総合制御可能に構成され、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)9と、第1リレー回路10と、第2リレー回路11等を備えている。
第1リレー回路10がオン作動され第2リレー回路11がオフ作動されたとき、ワイパモータ2aが低速駆動され、第1リレー回路10がオフ作動され第2リレー回路11がオン作動されたとき、ワイパモータ2aが高速駆動される。
マイコン9は、制御処理や演算処理を行うCPUと、各種プログラムや制御係数等の各種データを保存するための読み取り専用メモリ(ROM)と、各制御機構4〜7や複数のセンサ等から出力された各種データを書き込み可能なメモリ(RAM)と、電源回路等を含んで構成されている(何れも図示略)。このマイコン9は、後述するマイコン40からの制御信号を変換し、ワイパ装置2へ送信する。
ECM5は、複数のセンサ出力に基づいて、エンジンの点火機構、燃料噴射装置、吸排気系統、動弁機構、始動制御等を制御可能に構成されている(何れも図示略)。
ブレーキ制御機構6は、急ブレーキをかけつつ衝突回避する機構(Antilock Brake System)と、車両旋回時におけるアンダーステアやオーバーステアを防止する機構(Dynamic Stability Control)とを制御可能に構成されている(何れも図示略)。
AFS7は、傾動可能に形成されたヘッドライト(図示略)の向きをハンドル舵角や車速に基づいて走行中の自動車Vの進行方向に適合した方向へ変更可能に構成されている。
図1に示すように、CAN8は、CANバス8aによって各制御機構4〜7を多重通信可能に接続し、フレーム(図示略)単位でデータを送信するマルチマスター方式によってバスアクセス制御している。各フレームには、フレーム毎にアービトレーションIDと自動車Vの型式に対応した車両IDが予め設定されており、アービトレーションIDが小さい程、フレームをCANバス8aに流すための優先順位が高くされている。
各制御機構4〜7や各種センサから出力された通信信号は、フレームのデータフィールドに格納されてCANバス8aを介して夫々の送信先へ送信される。
次に、ワイパ装置2について説明する。
図3に示すように、ワイパ装置2は、ワイパーブレードと、ワイパーアーム(図示略)と、ワイパモータ2aと、オートストップスイッチ2b等を備え、ユーザーによるワイパスイッチ12(図2参照)の手動操作によって各モード制御を実行可能に構成されている。
オートストップスイッチ2bは、回転維持回路であり、ユーザーがワイパスイッチ12をオフ操作したとき、ワイパーブレードが下側反転位置(停止位置)に到達していない場合には、ワイパモータ2aへの電流供給を継続してワイパーブレードを停止位置に停止させる。
図2に示すように、ワイパスイッチ12は、ステアリング13の側部に設けられ、上下方向へ段階的に移動可能に構成されている。図3に示すように、このワイパスイッチ12は、手動操作によって、OFF位置12aと、MIST位置12bと、AUTO位置12cと、LOW位置12dと、HIGH位置12eとに電気的接続を変更することによって各モード制御を切替え可能に形成されている。
ワイパスイッチ12は、雨が降っていないとき、ユーザーのオフ操作によってOFF位置12aに設定されている。ワイパスイッチ12がOFF位置12aからMIST位置12bに操作されたとき、ワイパ装置2がウインドガラス1を1回だけ払拭するミストモード制御を実行した後、ワイパスイッチ12は圧縮バネの付勢力によって自動的にOFF位置12aへ戻される。
ワイパスイッチ12がOFF位置12aからAUTO位置12cに操作されたとき、ワイパ装置2は、雨滴量に応じた間欠払拭動作を行うオートモード制御に設定される。ワイパスイッチ12の先端側部分には、間欠払拭動作の間欠時間を手動設定可能な間欠時間設定部12f(オートボリューム)が設けられている。この間欠時間設定部12fは、ワイパスイッチ12の軸心回りの回動量調節によって間欠時間を設定可能に構成されている。
ワイパスイッチ12がOFF位置12aからLOW位置12dに操作されたとき、第1リレー回路10がオンすると同時に第2リレー回路11がオフされるため、ワイパ装置2は停止時間を有さない低速の連続払拭動作を行う第1連続払拭モード制御が設定される。ワイパスイッチ12がOFF位置12aからHIGH位置12eに操作されたとき、第1リレー回路10がオフすると同時に第2リレー回路11がオンされるため、ワイパ装置2は第1連続払拭モード制御よりも高速で連続払拭動作を行う第2連続払拭モード制御に設定される。
次に、レインセンサ3について説明する。
図1〜図6に示すように、レインセンサ3は、ルームミラー14の前方且つウインドガラス1の外面上端部分に設定された雨滴検出領域に対向した位置に着脱可能に装備されている。それ故、レインセンサ3とBCM4を電気的にCAN接続することにより、ウインドガラス1の傾斜角度や車体寸法等設計仕様の異なる自動車Vに対してレインセンサ3を後から任意に装着することが可能である。
レインセンサ3は、3組の雨滴検出手段20と、1組の撮像手段30と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)40(制御手段)と、これらを収容可能な略直方体形状の筐体3a等を備えている。
図4に示すように、3組の雨滴検出手段20は同じ構成であるため、1組の雨滴検出手段20について主に説明する。
図5,図6に示すように、雨滴検出手段20は、投光部22と、この投光部22を制御する投光部制御部23と、平行光レンズ24と、集光レンズ25と、受光部26(第1光学手段)と、この受光部26を制御する受光部制御部27等を備えている。
投光部22は、発光素子(例えば、LED)によって形成され、赤外線αをウインドガラス1内面の雨滴検出領域に対応した部分へ照射可能に構成されている。
投光部制御部23は、マイコン40からの制御信号に基づいて投光部22の作動タイミングや赤外線αの照射量(強度)等を制御可能に構成されている。
図6に示すように、平行光レンズ24は、投光部22側の面が凸状且つウインドガラス1側の面が平面状に形成され、投光部22から照射された赤外線αの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。この平行光レンズ24は、ウインドガラス1外面に雨滴Wが付着していないとき、赤外線αがウインドガラス1の外側境界面から全反射されるように傾斜角度等が設定されている。
集光レンズ25は、ウインドガラス1側の面が凸状且つ受光部26側の面が平面状に形成されている。ウインドガラス1の外側境界面から反射した赤外線α又は雨滴Wの外側境界面から反射した赤外線α2は、何れも平行状に進行するため、集光レンズ25は、これら平行状の赤外線α又はα2を受光部26に集中させるように赤外線α又はα2の進行方向を平行方向から集束方向に変更している。
受光部26は、受光素子(例えば、フォトダイオード)によって構成され、ウインドガラス1の外側境界面と雨滴Wの外側境界面から反射された赤外線αとα2を検出可能に構成されている。受光部制御部27は、マイコン40からの制御信号に基づいて受光部26の受光感度や焦点等を制御可能に構成され、受光部26で検出された赤外線α又はα2の検出信号をマイコン40へ出力している。
ここで、雨滴検出手段20の雨滴検出原理について図6に基づき簡単に説明する。
図6に示すように、ウインドガラス1の親水特性と重力との影響によって雨滴Wは扁平状に形成されている。
平行光レンズ24は、投光部22から照射された赤外線αがウインドガラス1と外部空間との平面状外側境界面から全反射するように傾斜角度等が設定されているため、ウインドガラス1の外側面に雨滴Wが付着していない部分では、投光部22から照射された赤外線αはウインドガラス1を透過することなくウインドガラス1の外側境界面から全反射される。また、雨滴Wが滴下してウインドガラス1の外側面に扁平状の雨滴Wが付着している部分では、投光部22から照射された赤外線αのうち、一部の赤外線α1がウインドガラス1と雨滴Wを透過するため、残りの赤外線α2(α−α1)が雨滴Wと外部空間との外側境界面から反射される。これにより、雨滴検出手段20は、ウインドガラス1又は雨滴Wの外側面からの反射光である赤外線α又はα2の反射光量を検出する。
図4に示すように、撮像手段30は、雨滴検出手段20に隣り合って設置されている。
図5に示すように、撮像手段30は、投光部32と、この投光部32を制御する投光部制御部33と、平行光レンズ34と、撮像レンズ35と、受光部36と、この受光部36を制御する受光部制御部37等を備えている。
投光部32は、発光素子(例えば、LED)によって形成され、赤外線αをウインドガラス1外面の雨滴検出領域に付着した雨滴Wへ向けて照射可能に構成されている。
投光部制御部33は、マイコン40からの制御信号に基づいて投光部32の作動タイミングや赤外線αの照射量(強度)等を制御可能に構成されている。
平行光レンズ34は、投光部32側の面が凸状且つウインドガラス1側の面が平面状に形成され、投光部32から照射された赤外線αの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。
撮像レンズ35は、雨滴検出領域に対応したウインドガラス1外面に付着した雨滴Wの撮像情報を受光部36に集束するように配設されている。
受光部36は、撮像素子(例えば、CCD)によって構成され、雨滴Wを撮像可能に構成されている。受光部制御部37は、マイコン40からの制御信号に基づいて受光部36の受光感度や焦点等を制御可能に構成され、撮像情報に対応したアナログ画像信号をマイコン40へ出力している。
次に、マイコン40について説明する。
マイコン40は、雨滴検出手段20で検出された赤外線α又はα2の反射光量に基づいてウインドガラス1の外側面に付着した雨滴量を検出し、撮像手段30で撮像された雨滴Wの撮像画像に基づいてウインドガラス1の外側面に付着した雨滴Wの雨滴径r(直径)と雨滴Wの付着速度vを検出している。このマイコン40は、これら雨滴量と雨滴径rと付着速度vとに応じてワイパ装置2の払拭特性を制御している。
図5に示すように、マイコン40は、雨滴検出処理部41と、雨滴量測定部42(雨滴量検知部)と、画像処理部43と、雨滴径測定部44と、付着速度測定部45と、オートワイパ判断部46と、ワイパ制御部47等を備えた制御基盤によって構成されている。
雨滴検出処理部41では、3組の受光部26で受光した夫々の反射光の出力について平均出力を演算し、この平均出力を負に変換した値であって最小値を零に調整した値を出力xとして設定している。
図7に示すように、ウインドガラス1への雨滴Wの付着率は出力xと比例関係が成立しているため、この相関関係に基づいて、雨滴量測定部42では、雨滴検出処理部41で設定された出力xを付着率X(%)に変換している。
ここで、出力xから変換された雨滴検出手段20の付着率Xは、ウインドガラス1に付着した雨滴Wが存在しないとき、付着率0%に設定され、ウインドガラス1の全面に雨滴Wが付着したとき、付着率100%になるように設定される。
尚、図7おいて、所定雨滴付着率(例えば、1.0%)以下では、雨滴検出手段20の検出精度の関係上、出力xは出力されない。
雨滴量測定部42では、雨滴検出手段20の3組の受光部26で受光した夫々の反射光の平均出力の減少傾向(減少幅)に基づいてウインドガラス1に付着した雨滴量を測定している。この雨滴検出手段20の出力値に基づいて測定された雨滴量が、レインセンサ3が検出した雨滴量に相当している。尚、本実施例では、外部要因等を考慮して、付着率Xが2%以上のとき、降雨による雨滴有りと判定している。
画像処理部43は、ウインドガラス1外面に付着した雨滴Wの撮像情報に対応したアナログ画像信号をA/D変換器(図示略)によって8ビットのデジタル画像信号に変換している。撮像手段30で撮像された1フレームの画像は輝度(明るさ)を備えた複数の画素の集合体として表現されているため、デジタル画像信号は、1フレームの各画素を8ビットの濃淡値(0〜255)で表現した輝度情報である。
デジタル画像信号は、撮像された画像の特徴量を強調するために、フィルタリング処理が施された後、輝度に関する所定の閾値に基づいて二値化処理が行われる。
雨滴径測定部44では、二値化処理された画像情報に基づいて雨滴径rを測定している。
二値化処理された画像に対して水平走査法或いは垂直走査法を適用し、雨滴Wの境界候補点である雨滴境界部分に対応した画素を複数抽出し、これらの画素と複数サイズの雨滴Wに対応したテンプレートとの照合によって検知された雨滴Wの雨滴径rを測定する。
尚、雨滴境界部分に対応した複数の画素を結んで近似曲線を演算し、雨滴Wを判定することによりその雨滴径rを測定しても良い。
付着速度測定部45では、雨滴検出処理部41で設定された出力xに基づいて付着速度vを測定している。付着速度測定部45は、先に設定された第1の出力xと、この第1の出力xよりも所定時間(例えば、1〜2sec)後に設定された第2の出力xとの差分を前記所定時間で除算して付着速度vを算出する。尚、出力xに代えて付着率Xを用いて付着速度vを算出することも可能である。
オートワイパ判断部46は、ユーザーがワイパスイッチ12(図2,図3参照)を操作してオートモード制御が選択されたか否かを判定する。
ワイパ制御部47は、ユーザーが選択したモード制御に応じてワイパ装置2を制御する基本機能と、オートモード制御においてレインセンサ3が検出した雨滴量に基づいてワイパ装置2の払拭能力を設定する払拭能力設定機能と、雨滴Wの雨滴径rと付着速度vに基づいてワイパ装置2の払拭能力を調整する払拭能力調整機能とを備えている。
ワイパ制御部47の払拭能力設定機能について説明する。
図8,図9に示すように、ワイパ制御部47は、オートモード制御が選択されたときに用いられる払拭速度マップM1と間欠時間マップM2とを備えている。
図8に示すように、払拭速度マップM1は、レインセンサ3が検出した雨滴量とワイパ装置2の払拭速度との相関関係を設定している。払拭速度マップM1には、雨滴量L1まで雨滴量に応じて増加し雨滴量L1以上では一定速度にする払拭速度特性V1が設定されている。図9に示すように、間欠時間マップM2は、レインセンサ3が検出した雨滴量とワイパ装置2の間欠時間との相関関係を設定している。間欠時間マップM2には、雨滴量L1まで雨滴量に応じて減少し雨滴量L1以上では間欠時間が零になる間欠時間特性T1が設定されている。これら払拭速度特性V1及び間欠時間特性T1は、雨滴径rが基準雨滴径A且つ付着速度vが基準付着速度Bの雨滴状態における基本払拭特性である。
次に、ワイパ制御部47の払拭能力調整機能について説明する。
ワイパ制御部47は、雨滴径rが小さいときには、雨滴径rが大きいときに比べてワイパ装置2の払拭能力を高くし、付着速度vが低いときには、付着速度vが高いときに比べてワイパ装置2の払拭能力を高くするための払拭速度特性V2及び間欠時間特性T2を払拭速度特性V1及び間欠時間特性T1に基づいて設定している。
払拭能力調整後の払拭速度特性V2は、次式(1)のように表すことができる。
V2=V1+K1+K2 …(1)
K1,K2は、基準雨滴径Aの値をA、雨滴径rの値をr、基準付着速度Bの値をB、付着速度vの値をvとしたとき、夫々次式のように表すことができる。
K1=k1×(A−r)
K2=k2×(B−v)
尚、k1,k2(0<k1,k2)は所定係数である。
雨滴径rが基準雨滴径Aよりも小さく、付着速度vが基準付着速度Bよりも低いとき、図8に示すように、払拭速度特性V2は払拭速度特性V1よりも高い払拭能力に設定される。尚、雨滴量L2以上では、払拭速度特性V1と同じ一定速度である。
払拭能力調整後の間欠時間特性T2は、次式(2)のように表すことができる。
T2=T1−K3−K4 …(2)
K3,K4は、基準雨滴径Aの値をA、雨滴径rの値をr、基準付着速度Bの値をB、付着速度vの値をvとしたとき、夫々次式のように表すことができる。
K3=k3×(A−r)
K4=k4×(B−v)
尚、k3,k4(0<k3,k4)は所定係数である。
雨滴径rが基準雨滴径Aよりも小さく、付着速度vが基準付着速度Bよりも低いとき、図9に示すように、払拭速度特性T2は払拭速度特性T1よりも高い払拭能力に設定される。尚、雨滴量L2以上では、払拭速度特性T1と同じ間欠時間零である。
次に、図12のフローチャートに基づいて、ワイパ制御処理について説明する。尚、Si(i=1,2…)は、各処理のためのステップを示す。
まず、自動車Vのイグニッションがオン状態か否か判定する(S1)。イグニッションがオン状態ではない場合、S1を繰り返す。
イグニッションがオン状態の場合、S2へ移行し、ワイパスイッチ12がオフ操作以外のオン状態か否か判定する。ワイパスイッチ12がオン状態ではない場合、S2を繰り返す。
ワイパスイッチ12がオン状態の場合、S3へ移行し、オートモード制御が設定されているか否か判定する。オートモード制御が設定されていない場合、S13へ移行し、ユーザーによって設定されたオートモード制御以外のモード制御を実行してリターンする。
オートモード制御が設定されている場合、S4へ移行し、雨滴が検知されたか否かを判定する。S4の判定により、雨滴が検知されない場合、S4を繰り返す。
S4の判定の結果、雨滴が検知された場合、第1の出力xを設定し(S5)、所定時間経過したか否か判定する(S6)。
S6の判定の結果、所定時間経過していない場合、S6を繰り返す。
S6の判定の結果、所定時間経過している場合、S5で設定された第1の出力xから所定時間経過後の第2の出力xを設定し(S7)、第1の出力xと第2の出力xと所定経過時間に基づいて付着速度vを演算する(S8)。
次に、ウインドガラス1外面に付着した雨滴Wの雨滴径rを測定(S9)した後、S10に移行し、雨滴径rと付着速度vが基本雨滴径Aと基本付着速度Bに共に一致するか否か判定する。
S10の判定の結果、雨滴径rと付着速度vが基本雨滴径Aと基本付着速度Bに共に一致する場合、S11へ移行し、マップM1,M2に予め設定された払拭速度特性V1及び間欠時間特性T1をワイパ装置2の払拭特性として決定し(S11)、S12へ移行する。
S12では、先行ステップで決定された払拭速度特性と間欠時間特性によってオートモード制御を実行した後、リターンする。
S10の判定の結果、雨滴径rと付着速度vのうち少なくとも一方が基本雨滴径A又は基本付着速度Bに一致しない場合、S14へ移行する。
S14では、雨滴径rと付着速度vを式(1)及び式(2)に代入して払拭速度特性V2と間欠時間特性T2を夫々決定して、S12へ移行する。
次に、実施例1に係るレインセンサ3の作用・効果について説明する。
このレインセンサ3によれば、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴径rを検出することができるため、ウインドガラス1に付着した雨滴Wの雨滴径rを検出でき、雨滴径rが小さいときには、雨滴径rが大きいときに比べてワイパ装置2の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを効果的に解消することができる。
ウインドガラス1外面に付着した雨滴Wの付着速度vを測定する付着速度測定部45を設け、マイコン40は、付着速度vが低いときには、付着速度vが高いときに比べてワイパ装置2の払拭能力を高くしている。これにより、ユーザーに視覚的な煩わしさを与える主な要因の1つである雨滴Wの付着速度vを検出することができるため、付着速度vが低いときには、付着速度vが高いときに比べてワイパ装置2の払拭能力を高くしてユーザーの視覚的な煩わしさを一層効果的に解消することができる。
ウインドガラス1内面に光を照射し、ウインドガラス1によって反射された反射光を検出する受光部26を設け、受光部26の出力xに基づいて雨滴量を検出する雨滴量測定部42をマイコン40に設けたため、ウインドガラス1によって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
ワイパ装置2は払拭速度と間欠期間の少なくとも1つが変更可能に構成されているため、雨滴の属性に拘わらず、ユーザーの前方視認性を良好に保つことができる。
次に、実施例2のレインセンサ3Aについて図11〜図13に基づいて説明する。実施例1と同様の主要な構成要素には同じ参照符号を付けて図示し、それらについての説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。
実施例1では、ウインドガラス1によって反射された反射光の減少傾向を用いて雨滴量を測定したが、実施例2では、ウインドガラス1に付着した雨滴Wによって反射された反射光の増加傾向を用いて雨滴量を測定している。
図11〜図13に示すように、レインセンサ3Aは、3組の雨滴検出手段20Aと、1組の撮像手段30と、マイコン40Aと、これらを収容可能な略直方体形状の筐体3a等を備えている。3組の雨滴検出手段20Aは同じ構成であるため、1組の雨滴検出手段20Aについて主に説明する。
図13に示すように、雨滴検出手段20Aは、投光部22Aと、この投光部22Aを制御する投光部制御部23Aと、平行光レンズ24Aと、集光レンズ25Aと、受光部26A(第2光学手段)と、この受光部26Aを制御する受光部制御部27A等を備えている。
投光部22Aは、発光素子(例えば、LED)によって形成され、赤外線βをウインドガラス1内面の雨滴検出領域に対応した部分へ照射可能に構成されている。
投光部制御部23Aは、マイコン40Aからの制御信号に基づいて投光部22Aの作動タイミングや赤外線βの照射量(強度)等を制御可能に構成されている。
図13に示すように、平行光レンズ24Aは、投光部22A側の面が凸状且つウインドガラス1側の面が平面状に形成され、投光部22Aから照射された赤外線βの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。この平行光レンズ24Aは、ウインドガラス1外面に雨滴Wが付着しているとき、投光部22Aから照射された赤外線βが雨滴Wと外部空間との外側境界面から全反射され、ウインドガラス1外面に雨滴Wが付着していないとき、赤外線βがウインドガラス1を透過するように傾斜角度等が設定されている。
集光レンズ25Aは、ウインドガラス1側の面が凸状且つ受光部26A側の面が平面状に形成されている。雨滴Wの外側境界面から反射した赤外線βは、何れも平行状に進行するため、集光レンズ25Aは、これら平行状の赤外線βが受光部26Aに集中するように赤外線βの進行方向を平行方向から集束方向に変更している。
受光部26Aは、撮像素子(例えば、CCD)によって構成され、ウインドガラス1の外側面に付着した雨滴Wの外側境界面から反射された赤外線βの反射光量を検出可能に構成されている。受光部制御部27A、マイコン40Aからの制御信号に基づいて受光部26Aの受光感度や焦点等を制御可能に構成され、受光部26Aで検出された赤外線βの反射光量検出信号をマイコン40Aへ出力している。
ここで、雨滴検出手段20Aの雨滴検出原理について図13に基づき簡単に説明する。
図13に示すように、平行光レンズ24Aは、投光部22Aから照射された赤外線βが雨滴Wと外部空間との湾曲状外側境界面から全反射するように傾斜角度等が設定されている。それ故、ウインドガラス1の外側面に雨滴Wが付着していない部分では、投光部22Aから照射された赤外線βはウインドガラス1を全て透過するため、反射光が発生しない。また、雨滴Wが滴下してウインドガラス1の外側面に扁平状の雨滴Wが付着している部分では、ウインドガラス1を透過した赤外線βが雨滴Wと外部空間との外側境界面から全反射される。これにより、雨滴検出手段20Aは、雨滴Wの外側面からの反射光である赤外線βの反射光量を検出する。
次に、マイコン40Aについて説明する。
マイコン40Aは、雨滴検出手段20Aで検出された赤外線βの反射光量に基づいてウインドガラス1の外側面に付着した雨滴量を検出可能に構成されている。
図12に示すように、マイコン40Aは、雨滴検出処理部41Aと、雨滴量測定部42Aと、画像処理部43と、雨滴径測定部44と、付着速度測定部45と、オートワイパ判断部46と、ワイパ制御部47等を備えた制御基盤によって構成され、投光部制御部23及び受光部制御部27が電気的に接続されている。
雨滴検出処理部41Aでは、3組の受光部26Aで受光した夫々の反射光の出力について平均出力を演算し、この平均出力を出力yとして設定している。ウインドガラス1への雨滴Wの付着率は出力yと比例関係が成立しているため、この相関関係に基づいて、雨滴量測定部42Aでは、雨滴検出処理部41Aで設定された出力yを付着率Y(%)に変換している。ここで、出力yから変換された雨滴検出手段20Aの付着率Yは、ウインドガラス1に付着した雨滴Wがないとき、付着率0%に設定され、ウインドガラス1の全面に雨滴Wが付着したとき、付着率100%になるように設定される。
雨滴量測定部32Aでは、雨滴検出手段20Aの3組の受光部26Aで受光した夫々の反射光の平均出力の増加傾向(増加幅)に基づいてウインドガラス1に付着した雨滴量を測定している。この雨滴検出手段20Aの出力値に基づいて測定された雨滴量が、レインセンサ3Aが検出した雨滴量に相当している。
これにより、ウインドガラス1内面に光を照射し、ウインドガラス1に付着した雨滴Wによって反射された反射光を検出する受光部26Aを設け、受光部26Aの出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量測定部32Aをマイコン40Aに設けたため、ウインドガラス1に付着した雨滴Wによって反射された反射光に基づいて雨滴量を精度よく検出することができる。
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施例においては、雨滴検出手段がウインドガラス又は雨滴からの反射光量の増減に基づいて雨滴量を測定した例を説明したが、雨滴を撮像することによってウインドガラスに付着した雨滴量を測定しても良い。この場合、雨滴検出手段の受光部にCCD等の撮像手段を用い、画像処理によって雨滴自体を検出して雨滴付着率を測定するため、雨滴検出手段と撮像手段とを兼用することができる。
2〕前記実施例においては、雨滴の属性として雨滴径と付着速度の例を説明したが、少なくとも雨滴径によってワイパ装置の払拭能力を制御すれば良く、付着速度を省略しても良い。また、付着速度に代えて雨滴輝度や雨滴色等の別の雨滴の属性と組み合わせることも可能である。
3〕前記実施例においては、撮像手段の受光部にCCDを用いた例を説明したが、CMOS等別の撮像素子を用いても良い。
4〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
本発明は、ウインドガラスに付着した雨滴量に応じてワイパ装置を制御する雨滴検出装置において、雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べてワイパ装置の払拭能力を高くすることによって、ユーザーの視覚的な煩わしさを解消することができる。
1 ウインドガラス
2 ワイパ装置
3,3A レインセンサ
20,20A 雨滴検出手段
26,26A 受光部
30 撮像手段
40,40A マイコン
42,42A 雨滴量測定部
44 雨滴径測定部
45 付着速度測定部
47 ワイパ制御部

Claims (4)

  1. ウインドガラス外面に付着した雨滴量を検出し且つ前記雨滴量に応じてワイパ装置を制御する制御手段を収容した雨滴検出装置において、
    前記ウインドガラス外面に付着した雨滴を撮像する撮像手段と、
    前記ウインドガラス外面に付着した雨滴の付着速度を測定する付着速度測定部とを設け、
    前記制御手段は、撮像された雨滴径が小さいときには、雨滴径が大きいときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすると共に、付着速度が低いときには、付着速度が高いときに比べて前記ワイパ装置の払拭能力を高くすることを特徴とする雨滴検出装置。
  2. 前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスによって反射された反射光を検出する第1光学手段を設け、
    前記第1光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴とする請求項1に記載の雨滴検出装置。
  3. 前記ウインドガラス内面に光を照射し、ウインドガラスに付着した雨滴によって反射された反射光を検出する第2光学手段を設け、
    前記第2光学手段の出力に基づいて雨滴量を検出する雨滴量検知部を前記制御手段に設けたことを特徴とする請求項1に記載の雨滴検出装置。
  4. 前記ワイパ装置は払拭速度と間欠期間の少なくとも1つが変更可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の雨滴検出装置。
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