JPH04503791A - 雨滴応答型ワイパ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 雨滴応答型ワイパ制御装置 背景技術 本発明は、車輌のウィンドシールドのワイパモータに使用される制御回路に関し 、より詳細に言えば、車輌の窓に付いた水滴を感知してワイパモータを作動させ 、かつその速度を遭遇した降水強度に連関して調整する回路に関する。

背景技術 ワイパを備えた現在の自動車の大部分は、ワイパモータが、運転者による手動式 スイッチレバーの設定によって間欠的にまたは低速若しくは高速で動作゛するよ うに制御されるワイパシステムを用いている。また、このようなワイパ制御シス テムは、間欠モードで作動させた時に各拭き動作の時間的な間隔を調整し得る可 変遅れ特性を備えたものが多い。

本願出願人による米国特許第４．６２０．１４１号明細書には、予め確立された デユーティサイクルに従ってパルス状にオン・オフされるＬＥＤのような複数の 放射エネルギー発生源と、ウィンドシールドの外面で横切るように光の通路に関 して配設された例えばフォトトランジスタのような別の複数の放射エネルギー発 生源とを組込んだウィンドシールド取付型センサモジュールを有するワイパモー タの電子制御回路が開示されている。複数の前記センサがブリッジの形に接続さ れ、水滴がウィンドシールドに当たると、前記放射エネルギー発生源からの光が 屈折して前記ブリッジの平衡状態を失わせるようになっている。同期検波器が前 記ブリッジからの出力を受取り、前記センサモジュールの前記放射エネルギー発 生源のパルス状の電圧印加に同調して前記同期検波器のスイッチングが行なわれ る。

次に、同期検波器からの出力が、該信号を所定の基準値と比較するように構成さ れたＡＧＣ増幅器に送られる。前記センサのブリッジがウィンドシールド上の水 滴によって非平衡状態になると、前記信号が変化の方向と無関係に二値信号を発 生させるウィンドーコンパレータに印加される。

次に、この二値信号が積分され、かつ遭遇する認識のレベルの関数として変化す る速度でワイパを駆動するようにワイパリレー回路に回路上機能的に接続された 電圧制御発振器に印加される。

本願発明者の先行特許の装置は、完全に降雨の程度に従って拭き速度を制御する ように作動するものであるが、センサモジュールに当たる周辺光の突然の変化ま たは脈動的な変化によって、雨が降っていない時でさえワイパが誤ってトリガさ れて作動する場合がよくあるという欠点を有することが判った。例えば、ハイウ ェイを走行している際に電柱または類似物の影がウィンドシールドを横切ると、 上述した先行特許の回路は、時々「だまされ」で、ワイパモータを誤って始動さ せることがある。実用化するためには、全ての光学的降雨感知ワイパ制御手段が 、周辺光の変化によって生じるノイズに対処できる機能を持つ必要がある。

従来技術の雨滴応答型ワイパでは、周辺光の問題が、使用される感知回路がウィ ンドシールドに当たる雨によって生じる赤外エネルギの変調と、自動車がハイウ ェイを走行している際に橋、電柱またはこれらの類似物の影によって変調される 太陽光の赤外エネルギの変化とを区別することができないという点で処理が困難 な問題の１つであった。上述した米国特許第４，６２０．１４１号明細書では、 共通モードのノイズを相殺することによって周辺からの外乱を除去する試みが行 われている。更にこのシステムには、周辺光の雨滴センサへの影響を更に低減さ せるためにフィルタ手段が組み込まれている。それぞれに雨滴応答型ワイパ制御 に関連する従来技術の米国特許第４，８５９，８６７号及び同第４，８６７．５ ６１号明細書に記載されるシステムでは、別個の光学的光センサを使用し、かつ その出力を用いて雨の存在を判断する閾値のレベルを変化させることによって、 前記制御装置が周辺光の影響を受けないようにする試みがなされている。即ち、 別個の光学的雨滴センサ及び別個の光学的光センサを用いてそれらの各出力をデ ジタルコンパレータに供給する。しかしながら、これらのいずれの手法に於ても 、存在する光の量が大きい場合に少量の雨を検知することができないという問題 が生じる。このデジタル比較処理は、単に元以上の雨が存在することを示すだけ である。実用的な雨滴応答型ワイパ制御装置には、明るい太陽光の下でもどしゃ 降りの場合と同様に小雨に対して応答し得ることが重要である。

上述した米国特許第４．８５９．８６７号及び同第４゜８６７．５６１号明細書 に記載されるシステムには、周辺光を除去するために別個のセンサが必要である が、当然ながら装置の価格が高くなる。しかしながら、より重要なことは、周辺 光の影響が光センサ要素について雨滴センサ要素の場合と同じではないことであ る。従って、上述した米国特許明細書に記載される手法には、周辺光の外乱をど の程度正確に測定するかという点で厳しい制限がある。

従来の技術の装置に関する別の問題は、雨がウィンドシールドに当たっているが 、センサの検知範囲から外れているようなパターンで降っている場合の動作であ る。この問題は、実際の検知範囲がウィンドシールドの寸法と比較して小さい全 ての従来のシステムについて生じ、例えば上述した米国特許第４，８５９，８６ ７号、及び同第４，８６７．５６１号に加えて米国特許第４．５９５．８６６号 、第４．４６３．２９４号、第４．５２７，１０５号、第４゜４８１．４５０号 、第４，３５５，２７１号及び他の多くの従来技術に見られる。本発明では、セ ンサに当たらなかった水がワイパによって集められ、センサの上を通過して検知 される。この意図的な再トリガアルゴリズムはウィンドシールドの全拭き面積を 有効に利用して水滴を検知し、この問題を解消している。

光学的技術に基づいた従来装置の別の欠点は、ウィンドシールドの表面に凹凸が できたり、装置の光学的性能が低下するために、車輌の寿命と共に感度が失われ る傾向があるということである。更に、前記システムはウィンドシールドの透過 率が異なると異なった動作をすることがある。

大部分の従来装置では米国特許第４．９１６，３７４号のように、単に装置の性 能が低下するに任せているだけである。上述した米国特許第４，６２０，１４１ 号明細書には、これらの変化を補償するためにシステムの感度を調整する自動ゲ イン制御（ＡＧＣ）の使用が教示されている。ＡＧＣを用いた場合の問題は、シ ステムが適当な感度を達成するべくそのゲインを増大させるにつれて、所望の信 号と共に周辺光の外乱及び他のノイズが増幅されることである。

即ち、システムの信号対ノイズ比が減少する。本発明によれば、フォトトランジ スタセルから戻ってくる信号の強さを検出して光エミッタの強さを適当に変化さ せ、一定の信号対ノイズ比を有する装置として機能させることができる。

目的 本発明の第１の目的は、透明な面に当たる雨に応答して電動モータ駆動装置を作 動させる制御システムを提供することにある。

本発明の第２の目的は、より高い信頼性を有する改良された降雨応答型ワイパ制 御システムを提供することにある。

本発明の第３の目的は、ウィンドシールドに当たる水滴にのみ応答し、かつウィ ンドシールドに入射する周辺光の変化の影響を受けないワイパモータの制御シス テムを提供することにある。

本発明の第４の目的は、周辺光による強い外乱が存在する場合でさえ雨に対する 感度を維持し得る水滴感知ワイパ制御装置を提供することにある。

本発明の第５の目的は、光学的センサ要素によってカバーされるウィンドシール ドの表面に雨が当たっていないのに視界が妨げられる場合に、ウィンドシールド を拭くように意図的に再トリガされるワイパ制御システムを提供することにある 。

本発明の第６の目的は、降雨応答型自動モータ制御システムに於て、自己補正す ることにより様々な光学的透過率特性を有する装置について使用し得る光学セン サを提供することにある。

発明の開示 上述した本発明の特徴及び目的は、放射エネルギ発生源への脈動的電圧印加のデ ユーティサイクルを、前記発生源がオン状態である降雨感知期間と放射エネルギ 発生源がオフ状態である周辺光感知期間とに分割することによって達成される。

正の電圧レールと接地レールとの間には、センサモジュールを構成する複数の光 検出器の直列に接続された各対が並列に接続され、かつ前記各対の共通点が第１ 及び第２のサンプルアンドホールド、回路に共通して結合されている。前記第１ 及び第３サンプルアンドホールド回路が降雨感知期間に於てセンサ回路の電圧出 力を捕捉し、かつ第２サンプルアンドホールド回路が周辺光感知期間に於て前記 センサの出力電圧を捕捉する。次に、サンプル信号が、周辺光の変動による共通 モードのセンサ電圧変化を有効に除去する機能を有するタイムシフト差動加算回 路に印加される。

第１実施例によれば、前記差動加算回路からの出力が増幅されかつその帯域がフ ィルタリングされ、ウィンドーコンパレータの第１人力に印加される。前記ウィ ンドーコンパレータへの入力が予め確立された２個の閾値の範囲内にある限り、 表示は雨が全く検知されていないことを示す。

降雨感知期間に生じる増幅されたかつその帯域をフィルタリングした信号のエク スカーシクン即ち急激な変化が上向きまたは下向きのいずれかに於て前記ウィン ドーの限界を越えると、二値型のパルス信号が、降雨制御発振器として機能する ようにプログラムされたマイクロプロセッサに供給される。前記マイクロコント ローラが、車輌のワイパモータのような電動モータ制御装置に必要不可欠な制御 信号を供給し、降雨感知サンプリング期間に雨滴が感知される速度に従って間欠 的に、また低速若しくは高速で拭き動作させるようになっている。

光感短期間に於て正の電圧レールの電圧を捕捉するために、別のサンプルアンド ホールド回路が設けられている。

この捕捉された信号は、同様に別のウィンドーコンパレータに印加される前に増 幅されかつ帯域フィルタに通される。

周辺光に於ける変化が、その増幅器が前記ウィンドーコンパレータで確立された 限界の範囲を越える程度に前記圧の電圧レールに於ける電圧を変化させる場合に は、二値パルス型信号が前記マイクロコントローラへの入力として生成されかつ 印加される。この入力は、予め決定された短い時間に於ける降雨制御発振器の周 波数に於ける全ての変化を有効に消去し、更に人工物またはその類似物の影によ る周辺光の変動による誤ったシステムの始動を防止している。

本発明によれば、雨を検知するために使用されるものと全く同一のセンサを用い て周辺光の変化の影響が線形的に消去される。電子装置が、時間的に異なる２つ の期間に於ける降雨センサの出力をサンプリングし、かつそれら２個のサンプル 間の差を測定するように構成される。これら２個のサンプルは、光だけがセンサ に与える影響と、光及び雨が同一のセンサに与える影響とである。前記電子装置 によって、結果的に得られる信号が雨のセンサへの影響のみを表わすように、光 の影響を線形的に除去することができる。

この考え方は、高強度の周辺光が存在する場合でも少量の雨を検知できるという 点て、従来技術を大幅に改善するものである。

本発明に於て具現化された独特な手法によって、降雨感知システムが晴天臼でも 作動するように車輌の上部から噴霧される水に対して反応させることができる。

この点は、上述したラーソン（Ｌａｒｓｏｎ）のシステムまたはフジイ（Ｐｕｊ Ｈ）のシステムには含まれていない。

また、本発明の回路によって、様々なウィンドシールドの透過率の変化を補償す るような自動ＬＥＤ電流調整が得られる。調整が下流側の復調増幅器のゲインに ついて行われる自動ゲイン制御方法を用いるよりも、本発明によれば、ＬＥＤ励 起源の強度を調整してウィンドシールドの透過率の差に適応させることができる 。

図面の簡単な説明 添付図面に於て、 第１図は、本発明の降雨応答ワイパ制御システムのブロック図である。

第２図は、第２ａ図と第２ｂ図とで構成され、本発明の第７１実施例の概略的な 電気回路図である。

第３図は、本発明の別の実施例に於ける第２ａ図及び第２ｂ図を変形させた概略 的な電気回路図である。

第４図は、ウィンドシールド取付型センサモジュールを示す斜視図である。

第５図は、第４図の断面図である。

第６図は、第４図のセンサユニットをウィンドシールドに取り付けた状態を示す 説明図である。

第７図は、意図的な再トリガアルゴリズムを理解するために有用なウィンドシー ルドの部分正面図である。

第８図は、第２図の制御回路の動作を説明するために有用な一連の波形図である 。

第９図は、第７図に関連して意図的な再トリガの概念を理解するために有用な一 連の波形図である。

第１０図は、フォアグラウンドルーチンのソフトウェアのフロー図である。

第１１図は、バックグラウンドルーチンのソフトウェアのフロー図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図には、本発明の改良された降雨応答ワイパ制御装置のシステムブロック図 が示されている。前記システムは、自動車のウィンドシールドのワイパの動作を 制御することに関連して記載されているが、当業者であれば、同様の概念を自動 車の他の機構、例えば降雨開始時に於ける自動車の窓、コンバーチプル１−ツブ またはサンルーフパネルを動作させるために適用できることは容易に理解される 。

前記制御システムは、図面には符号３０２を付して１個のみが示されているが、 発光ダイオードアレイを駆動するのに適した可変強震パルスジェネレータ３００ を有する。

使用されるＬＥＤの個数は、該ＬＥＤが取付けられるセンサモジュールが占める ウィンドシールドの面積によって決定される。前記発光ダイオードから出た光エ ネルギは１．。

ルスジエネレータ３００により駆動されると、プロ・ンク３０４によって表わさ れるウィンドシールドのガラスの中及び、ウィンドシールド取付センサブロック 内に配置された光ファイバからなる光路の中を通過する。また、センサモジュー ルは符号３０６で示されるフォトトランジスタ列を有する。各ＬＥＤは、ＬＥＤ の２倍の光センサが存在するように２個のフォトトランジスタに光を当てる。フ ォトトランジスタ３０６に結合された手段は、励起強度を測定する機能（ブロッ ク３０８）を有し、測定した励起強度を所定の基準値と比較して、前記ＬＥＤを 駆動する可変強度パルスジェネレータ３００に線３１２を介してフィードバック 差信号を供給するコンパレータ３１゛０に信号を送る。また、光センサ３０６に は、帯域フィルタ３１６に出力を供給する周辺光強度測定回路３１４が接続され ている。

この時点に於て、パルスジェネレータ３００によって達成されるパルスのデユー ティサイクルが、ＬＥＤアレイ３０２に電圧が印加されている状態の降雨感知期 間と、ＬＥＤアレイ３０２にパルスが発生されている周辺光感知期間とを有する ことが重要である。前記センサアレイからの信号出力が線３１８を介してタイム シフト線形差動増幅器３２０と称される装置に供給される。即ち、線形差動増幅 器３２０は、センサ出力信号の２個の接近した時間サンプルについて時間的に共 通な外乱を線形的に除去するための手段である。この増幅器は、降雨感知サンプ ルアンドホールド回路３２２と先感知サンプルアンドホールド回路３２４とを有 する。光感短期間に於てセンサアレイ３０６の出力に比例する信号が、差動加算 増幅器３２６に於て、ＬＥＤ３０２が駆動されている降雨感知期間に於ける前記 センサアレイからの出力に比例する信号から有効に差引かれる。

その結果である線３２８の出力が３３０に於て帯域フィルタリングされ、その結 果である線３３２上の出力が「降雨感知」信号を構成する。同様に、線３３４に 於ける帯域フィルタ３１６からの出力が光感知信号を構成する。第１実施例によ れば、差動加算増幅器３２６からのアナログ出力が最初に帯域フィルタリングさ れかつウィンドコンパレータで信号処理されて、マイクロプロセッサ３３６に送 られる前にデジタル信号を発生させる。前記マイクロプロセッサが内蔵式のＡ／ Ｄコンバータを有する場合には、アナログ形の降雨感知信号及び光感知信号が線 ３３２及び３３４を介して送られ、かつ例えば幾つかの自動車製造業者によって 使用されるウィンドシールドのワイパシステムのような様々な異なるモータ作動 式装置に本発明のシステムを適応させるために使用される車輌インタフェース回 路３４０に向けて、線３３８に制御信号を供給するようにマイクロプロセッサ３ ３６によって操作し得るオペランドとして後で使用するためにデジタル化される 。

第１図のブロック図によって示される前記システムによって、車輌のウィンドシ ールドに存在する雨滴を検出するセンサと同じセンサを用いて周辺光の変化の影 響を線形的に消去し得ることが理解される。即ち、本明細書に記載される前記シ ステムは、２つの異なる時点に於てセンサ３゜６の出力をサンプリングし、かつ これら２個のサンプル間の差を測定する。第１のサンプルがセンサに於ける光の みの影響を表わしているのに対して、第２の前記サンプルは同じセンサに於ける 光及び雨滴双方の影響を表わしている。

先プラス雨による信号から周辺光の信号を線形的に引くことによって、前記セン サへの雨のみの影響が得られる。

当業者であれば、ウィンドシールドが異なればそれを通過する光エネルギの透過 率に変化が生じることは容易に理解される。例えば、ガラスの型式が異なるとＩ Ｒ放射の吸収量が異なる。米国オハイオ州トリドに所在するりビーーオーウエン ズーフォード・カンパ＝　−（Ｌｌｂｂｅｙ−Ｏｖｅｎｓ−Ｆｏｒｄ　Ｃｏ、　 ）によって商標ＥＺ　ＫＯＯＬ　（登録商標）を付して販売されている成るガラ スは、太陽から入射する放射線−によって自動車の内部に生じる温度の上昇を低 減させることが知られている。他の製品では、関連する目的のために被膜や遮光 剤を用いている場合がある。本発明のシステムを様々な自動車についてより一般 的に使用できるようにするために、本発明のシステムは、光センサより下流側に 配置されたＡＧＣ増幅器の利得を変化させるより従来的なＡＧＣ法を用いるので はなく、ＬＥＤダイオードアレイ３０２に供給される励起強度を自動的に変化さ せるように構成されている。励起強度測定回路３０８が平衡状態にある前記セン サの出力と無関係に動作するので、実際のセンサ出力がＯである場合でさえ重要 な意味を有する強度の励起信号が発生する場合がある。この信号は、可変強度パ ルスジェネレータ３００にフィードバックされて、ＬＥＤアレイ３０２に印加さ れる駆動信号の振幅を変化させる。以下に詳細に説明するように、第１図のシス テムの特定の実施例が設定されると、ウィンドシールドの透過率及び他の光学的 現象が広範に変化する場合でさえ作動を予測することができる。第１図には、Ｌ ＥＤパルスの発生及びサンプルアンドホールドの適当なタイミングを提供する前 記マイクロプロセッサからのコネクタが図示されていない。

第４図及び第５図に関連して、降雨センサユニットの最適構造を以下に説明する 。この降雨センサユニットは符号１０を付して表わされ、図示されるように水平 面に対して約４５度の角度を形成する面取面１４．１６を有する不透明の材料か らなるブロック１２で構成される。面取面１４には、一対の孔１８．２０が穿設 されまたは別の方法で形成され、ブロック１２のベースに関して約４５度の角度 で延長している。以下の数値は説明のためだけのものであり、本発明を制限する ものではないが、孔１８．２０は、その下端が不透明体ブロック１２のベース２ ４と同一面上にあるような形状をなす直径４．８ｍｍ　（３／１６インチ）のル サイト（Ｌｕｃｉｔｅ）　（登録商標）のロッドまたは光パイプ２２が前記孔内 に配置されるように約５．　６ｍ＋ｍ　（７／　３２インチ）の直径を有する。

また、番孔１８．２０には、赤外スペクトルの放射線を出すと好適な発光ダイオ ード（ＬＥＤ）が嵌合される。

同様にして、ブロック１２の面取面１６には複数の円形孔２６．２８．３０．３ ２が形成されている。図面には４個の孔のみが示されているが、実際にはより大 きな面積、例えば１２ｃＩＩ１２をカバーするようにより多くの孔を設けること ができる。また、これらの孔は水平方向に対して概ね４５変の角度で延長しかつ 孔１８．２０のベース２４との交差位置から約１１．９ｍ＋ｍ（０，４フインチ ）離隔された位置でベース２４と交差している。

孔２６〜３２は、第５図の３４のような直径３．　２１１１０＋（１／８インチ ）のアクリルまたは他の透明なプラスチック製ロッドを受容し得るように４．０ ｍｍ（５／３２インチ）の直径を有する。別の実施例では、光ファイバのカバー を用いることができる。孔２６〜３２の上端には対応する複数のフォトレジスタ が嵌着されかつアクリル製光パイプ３４と連絡しているが、第５図には符号３６ を付して１個だけが示されている。

ブロック１２は車輌のウィンドシールド３８の内面に接着されるように構成され る。ウィンドシールドのガラスが概ね５．８４ｍ５（０，２３０インチ）の厚さ を有し、かつ番孔１８．２０及び２６〜３２がウィンドシールド表面３８との間 に形成する角度が与えられると、光パイプ２２を通過する光の仮想軸線との交差 点は、ガラス板３８の外面である。即ち、ガラスと面４０に於ける空気との屈折 率の変化を考慮して、ＬＥＤ２３からの光が反射されて光パイプ３４の中を通り 、孔２６〜３２内に収容された関連するフォトトランジスタセンサ３６に到達す る。外面４ｏのＬＥＤ２３からの光の交差点に水滴が存在すると、反射光の角変 及び位置が変化し、前記光が散乱されることによって、フォトトランジスタセン サ３６に関連する光パイプ３４の中を一様に通過し得なくなる。詳細に後述する ように、このセンサに到達する光の強度の変化が、例えばワイパのような被制御 装置のモータを最終的に始゛動させる。

第６図には、電動式サンルーフパネル４３または電動式コンバーチプルトップ及 びウィンドシールド３８上に電動ワイパを存する自動車４２が示されている。本 発明はワイパ４４の動作の制御に関連して説明されているが、当業者であれば容 易に理解されるように、本発明は電動式ウィンド、電動トップ及び／または電動 式サンルーフパネルの制御についても同様に適用することができる。ワイパ４４ は図示されないワイパモータによって駆動される従来の設計からなるものであり 、ウィンドシールド表面にブレード４４を往復させて雨またはその類似物を除去 するようになっている。車内のバックミラー４６の背後には、センサハウジング １０が装着されている。バックミラー４６の背後にあることによって、ユニット １０は運転者または乗員の視界を妨げない。第７図に関連してより詳細に示され るように、ユニット１０はワイパブレード４４が掃引する軌路の範囲内に配置さ れる。

二次的ではあるが、ウィンドシールドののガラス厚さが５．８４＋＋ｌｌ！ｌ（ ０，２３０インチ）未満であることが判明した場合には、ガラスの有効厚さを所 望の５．４８＋Ｉｍ（０゜２３０インチ）に増大させるように、ハウジング１２ のベース２４とウィンドシールドの内面との間に適当な厚さを有するアクリル製 または他の透明なプラスチック製シム４８を挿入することが考えられる。

以上、センサユニット１０の機械的構成について説明したが、次に光センサに到 達するＩＲ光の条件を監視するために使用される電子回路について考察する。こ の点に関して、第１の好適実施例を図示した第２ａ図及び第２ｂ図からなる第２ 図の回路を参照する。

、ブロック１２の前記孔内に収容される光センサは、第２ａ図に於て一般に符号 ５０を付して表わされ、かつ５２−５４．５６−５８、・・・、６０−６２のよ うに直列に接続された各対が並列に配置されている。フォトトランジスタの上側 の列のコレクタが導体６４によって共働してノード６６に接続され、次にそれが 抵抗６８を介して電圧源Ｖｃｃｌに接続されている。同様に、前記フォトレジス トの下側の列のエミッタ電極が導体７２によって共働してノード７０に接続され 、かつ該ノードが抵抗７４を介して基準電位（大地）に接続されている。抵抗６ ８．７４は、フォトレジストの全アレイが一様に照明されているときに、センサ 出力導体７６に於ける電位が電圧源Ｖｃｃｌ　と大地との略中間にあるように等 しい抵抗値を有する。導体７６は、その出力が導体８０を介してコンデンサ８４ と抵抗値の大きな抵抗８６との間のノード８２に接続されたクワッド両方向スイ ッチの第１要素７８の入力に、直列に続された前記各対の全ノードが接続されて いる。クワッド両方向スイッチ要素７８のオン／オフ状態は、マイクロコントロ ーラ９０カラターミナル８８に印加されるデジタルパルス信号によって制御され る。この同じ制御信号がその人ノコがノード６６に結合されたクワッド両方向ス イッチの第２要素９２に印加される。そのスイッチ９２の出力が、導体９４を介 して、破線のブロック９６で包囲された自動強度制御回路の入力に接続されてい る。強度制御回路は、符号２３で示される光エミッタを流れる電流を自動的に調 整する機能を有し、車輌毎のウィンドシールドの透過率の差を調整する。

これが実行される要領は以下に詳細に説明する。

クワッド両方向スイッチの第３要素９８は、導体１００を介してノード６６から の入力を受けて、スイッチ要素９８がオン状態の時にノード１０２に出力を供給 する。ノード１０２は、それと大地との間に結合されたコンデンサ１０４を有す る。また、スイッチ要素９８のオン／オフ制御は、導体１０６を介してマイクロ プロセッサ９０から行われる。また、導体１０６が前記クワッド両方向スイッチ の第４の要素１０８への制御入力として接続され、かつスイッチ要素１０８への 入力が導体７６及び１００を介して光センサアレイ５０から到来する。スイッチ 要素１０８の出力はノード１１２に印加されかつコンデンサ１１４は該ノードと 大地との間に接続されている。

各スイッチ要素７８．１０８．９８は、それぞれ対応するコンデンサ８４．１１ ４．１０４と共にサンプルアンドホールド回路を構成する。即ち、前記各スイッ チ要素がオン状態になると、それらの入力に現われる電圧が一時的にそれぞれの コンデンサに蓄えられる。

コンデンサ８４に保持されている電圧は、抵抗８６及び導体１１６を介して、差 動加算回路１１８の反転入力に印加される。同様に、コンデンサ１１４に保持さ れている電圧が、抵抗１２０によって差動加算増幅器１１８の非反転入力に印加 される。フィードバック要素１２２及び１２４によって、演算増幅器１１８が、 ノード１２６に現われる出力がその人力ノード８２．１１２に印加される２個の 電圧信号間の電圧差に比例する差動加算ネットワークとして機能する。

前記加算増幅器からの出力は、出力ターミナル１３８と入力ターミナル１４０と の間に直列に接続された抵抗１３４．１３６からなるフィードバックネットワー クと高利得演算増幅器１３２とを有する帯域フィルタに、コンデンサ１２８及び 抵抗１３０を介してＡＣ結合される。抵抗１３４及び１３６間の共通のノード１ ４２が、直列に接続されたコンデンサ１４４及び抵抗１４６を介して接地されて いる。この成分値は、約０．５Ｈｚと２５Ｈｚとの間で約３０デシベルの利得を 提供する帯域が得られるように選択される。このようにして、電力線、蛍光照明 またはこれらの類似物からの６０Ｈｚのノイズが取除かれる。車輌を太陽光の中 に運転していった場合に生じるような周辺光の低周波数変化は、前記帯域フィル タの低い方の端部で取除かれる。

ノード３８に現われる利得／帯域フィルタ段からの出力が、第１コンパレータ１ ４８の反転入力と第２コンパレータ１５０の非反転入力とに印加される。増幅器 １４８の第２人力が基準電位ＶＣＣ＋に接続されているのに対して、増幅器１５ ０の第２人力が固定電圧Ｖ　ｒｅｆに接続されている。

当業者であれば容易に理解されるように、コンパレータ１４８及び１５０は、ノ ード１３８に於ける信号がいずれの方向に於てもＶｃｃｌ　とＶ　ｒｅｆとの間 の範囲から外れると、二値出力レベルのシフトを生じるように構成されている。

ターミナル１５２に現われるこの出力がマイクロコントローラ９０への入力とな る。

スイッチ要素９８をオンにした後にコンデンサ１０４に保持された電圧が、図面 に於て破線で示すブロック１５４で包囲された「光感知」検出回路に印加される 。より詳細に言えば、ノード１０２に於ける出力がコンデンサ１５６及び抵抗１ ５８を介して、演算増幅器１６２及びそれに関連するフィードバック抵抗１６４ ．１６６を含む別の増幅器／帯域フィルタ回路及び抵抗１６８コンデンサ１７０ とを含む分路成分への入力であるノード１６０にＡＣ結合されている。

光感知検出回路１５４の下側の遮断周波数が約１／３Ｈ２であると好都合である のに対して、その上側の遮断周波数は約３０Ｈｚである。このように、前記光感 知検出の周波数範囲は降雨検出のそれより少し広くなっている。従って、光感知 検出回路は、降雨感知回路を「だます」　（即ちトリガーする）電位を有するこ とがある全ての周辺光レベル即ち電磁的な外乱の変化を感知する。

ノード１７２に現われる出力が、同様にウィンドーコンパレータ１４８〜１５０ と同じ閾値電圧をウィンドーコンパレータとして機能するように構成された一対 のコンパレータ１７４．１７６の各入力に印加される。同様に、ノード１７８に 現われる二値パルス出力信号が、入力信号としてマイクロコントローラ９０に印 加される。

自動強度制御回路９６は、その非反転入力がパイクワッド（ｂｉ−ｑｕａｄ）ス イッチ要素９０に、抵抗１８２及びコンデンサ１８４を有するサンプルアンドホ ールド回路の出力に接続された演算増幅器１８０を有する。演算増幅器１８０か らの出力が、抵抗１８６を介してノード１８８に供給され、更に別の抵抗１９０ を介してノード１９２に供給される。コンデンサ１９４がノード１９２を大地に 接続し、かつ導体１９６がノード１９２を発光ダイオード２３のカソードに接続 している。また、強度制御増幅器１８０は、ノード１８８と大地との間に直列に 接続されたフィードバック抵抗１９８．２００と関連している。抵抗１９８と２ ００との間の共通点は、増幅器１８０の反転入力に接続されている。フォトトラ ンジスタ５０から到来する信号の強度は、降雨感知期間に於て測定抵抗Ｒを流れ る電流に比例する。即ち、抵抗１９３の両側に於て、受取った信号に比例する電 圧が発生する。この電圧が、能動スイッチ９０、抵抗１８２及びコンデンサ１８ ４によって降雨感知期間にサンプリングされかつ保持される。自動調整回路９６ が、前記受信信号が略一定のレベルに保持されるようにＬＥＤ電流を調整する。

即ち、前記システムは略一定の信号対ノイズ比で動作する。

発光ダイオード放射エネルギー発生源２３のノードが、そのエミッタが接地され かつそのベース電極がマイクロコントローラ９０からのパルス状の制御信号を受 取るようにされたＮＰＮ　トランジスタ２０２を有する半導体スイッチ回路に共 同して接続されている。そのコレクタは抵抗２０４によって基準電位源Ｖｃｃｌ に接続され、その出力が抵抗２０８を介してＬＥＤ２３のノードに接続されたＭ Ｏ５ＦＥＴスイッチ２０６を駆動するように機能する。抵抗２１０、コンデンサ ２１２ダイオード２１４はスナツパ−として機能する。このように、マイクロコ ントローラ９０から命令が出されるとＬＥＤ２３は「降雨感知」期間と称される 時間の間オン状態にされる。前記ＬＥＤの照度は、フィードバック回路９６によ ってその大きさが決定される。

特に、前記強度制御回路を用いることによって、標準的な製品を様々なウィンド シールド、即ち異なる光透過特性を有するウィンドシールドに取り付けることが 可能になる。

前記ＬＥＤ放射エネルギー発生源の軌道はこのように自己調整される。

何ら制限を設けない場合には、マイクロコントローラ９０は、シグネティックス （Ｓｉｇｎｅｔｉｃｓ　）によって製造されている型式３８７Ｃ７５１のマイク ロプロセッサで構成することができる。これは、規則正しく発生するクロックパ ルスをそのピン１０及び１１に供給する水晶制御発振器２１６を有する。ピン９ に接続することによって、パワーアップリセットの特徴が得られる。ウィンドコ ンパレータ１７４／１７６からのＬ　！　ＧＨＴ−８ＥＮＳＥ入力ＬＳがピン５ に印加される。ピン１〜４が手動で操作されるディップスイッチ２１８に接続さ れ、本発明を使用する特定のワイパシステムを識別するために前記マイクロプロ セッサへ入力を供給するために使用される。本発明が自動車について使用される ことを考えると、ディップスイッチ２１８によって前記マイクロプロセッサは１ ６の異なる型式の自動車を識別することができる。

ビン１３及び１４は、それぞれクワッド両方向（ｑｕａｄｂｉ　Ｉａｔｅｒａｌ 　）スイッチ９８及び１０８のターミナル１０６に光ゲート制御信号を供給する 。降雨ゲート制御出力は前記マイクロプロセッサのビン１４に生成されて、バイ クワッドスイッチ７８．９２に関連する制御ターミナル８８に印加される。ビン １５が、トランジスタ２０２に印加されるＬＥＤ音信号を生成する。マイクロプ ロセッサ９０のビン１６〜１８は入力ターミナルであり、本発明のシステムが使 用される車輌からの論理入力を受け取る。前記車輌からの論理入力によって、運 転者は自動ワイパ制御を無効にし、かつワイパを常にオンにしまたはオフにする ことができる。

これは、例えば自動洗車装置に入れる場合に使用される。

車輌の型式が異なるとワイパスイッチの配線が異なることから、前記マイクロコ ントローラの部分に於ていくつかの論理線路及び何らかの補間が必要である。

ビン１９〜２１がワイパモータリレーへの出力を供給し、かつそれぞれにワイパ を停止させ、ワイパを高速度で作動させ、またはワイパを低速度で作動させる命 令と考えることができる。ビン２３は、前記ウィンドウコンパレータのターミナ ル１５２からＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥ信号を受け取るための入力点である。

以上、本発明の制御回路の構成について詳細に説明したが、次にその動作モード について第８図に示される波形を参照しつつ考察する。

動作 光センサ５２〜６２は、ウィンドシールドの内面に取り付けられたブロック１２ に対称的なアレイに配置され、ＬＥＤの光と区別される周辺光が一様に前記ウィ ンドシールドの上に入射している場合、抵抗６８及び７４が等しくかつ使用され る複数の光センサの特性が適合していることから、線７６に於ける出力電圧はＶ ｃｅ１と接地電位との略中間になる。マイクロコントローラ９０が周期的にトラ ンジスタ２０２にパルスを発生してＬＥＤ２３のアレイをオン状態にし、かつウ ィンドシールド上に水滴が無い場合には、全ての前記フォトトランジスタが同じ 影響を受けて、マイクロコントローラ９０のビン１５に発生する駆動パルスの端 部でＬＥＤ２Ｂが再びオフになるまでに、線７６に於ける電圧が降下する。ＬＥ Ｄ２３が「オン」である時間が「降雨感知期間」と称されるのに対して、前記Ｌ ＥＤがオフである時間は「光感短期間」と称される。制限を設けない場合には、 前記「降雨感知期間」を３０マイクロセカンドの長さとし、かつ「光感短期間」 を２ミリ秒の長さとすることができる。第８図に於て「センサ出力」と表示され た波形は、センサブロック１２が占有するウィンドシールドの領域に水滴が当っ ていると仮定して、導体７６の電圧を示している。前記降雨感知期間に於てウィ ンドシールドに水滴が全く当らない場合には、その時間にはパルス状の急激な上 昇が存在しない。これは、ＬＥＤ２３をオンにすることが光検出器５２〜６２の それぞれに略等しく作用し、線７６に於ける出力電圧がＶＣＣＩと接地電位との 中間から変動する傾向が全く存在しないからである。しかしながら、雨滴が存在 する場合には、ＬＥＤ２３からの光が屈折によって散乱し、関連する光検出器に 与える影響が一様でなくなる。従って、センサ出力線７６にはパルス状の急激な 上昇が現れる。これは、水滴によって放射エネルギー発生源２３からの光の屈折 により、それらへの光が遮断されるフォトレジスタ５２．５６、・・・６０また はフォトトランジスタ５４．５８、・・・６２が１個または複数個であるかどう かによって正のまたは負の向きの変化となる。

「降雨感知スイッチ」と表示された波形は、前記マイクロコントローラが降雨ゲ ートパルスをターミナル８８に印加することによるクワッド両方向スイッチ７８ の「オン」状態及び「オフ」状態を示している。同様に、「光感知スイッチ」と 表示された波形が、クワッド両方向スイッチ要素１０８のオン状態及びオフ状態 を示している。これは、前記光感短期間に於てオン状態即ち導通状態であるが、 前記降雨感知期間に於ては異なる。

第８図に於てｒＶＲＡＩＮＪ及びｒＶＬＩＣＩＩＴ　Ｊと表示された波形は、そ れぞれスイッチ要素７８及び１０８をオン状態にした結果としてコンデンサ８４ 及び１１４に保持される電圧を現わしている。ｒＶＤＩＦＰＪと表示された波形 は、差動増幅器１１８の出力に於ける、即ちノード１２６に於ける電圧を現わし ている。前記降雨感知期間に於て全く雨が存在しない場合に、ＶＤＩＦＰが一定 である点が注目される。

しかしながら、降雨感知期間に於てセンサの範囲内に雨滴が存在する場合には、 ＶＲＡＩＮが、前記光センサがＬＥＤの発光によって受ける影響が一様でないこ とによって生じる急激な上昇を示す。ここで、ＶＲＡＩＮ及びＶＬＩＧＩＩＴを 差動加算器１１８に加えると、ＶＤＩＦＦは検出可能な急激な上昇を示す。この 信号は、帯域フィルタの一部分を構成する高利得増幅器１３２にコンデンサ１２ ８及び抵抗１３０を介してＡＣ結合される。この増幅された信号がコンパレータ １４８及び１５０のＶｃｃｌとＶ　ＲＥＰとによって郭定される範囲外にある場 合には、マイクロプロセッサ９０の入力ビン２３にパルスが印加される。

互いに時間の上で接近した降雨感知期間及び光感短期間の双方に於て周辺光の変 化が線７６に於けるセンサ出力電圧に等しく影響を与えることから、このような 周辺光の変化は、それらの差動加算によって実際上消去される。

また、前記マイクロプロセッサから制御線１０６に印加される光ゲート信号によ って光感短期間に於てスイッチ９８がオンにされ、この時にノード６６に現われ る電圧がコンデンサ１０４に捕えられかつ保持される。ノード６６の電圧は、前 記センサアレイが例えば影や日光の中に入ったり、トンネルに出入りすることな どによって生じる周辺光の大きな変化を受ける場合には大幅に変動する。このよ うな全ての線が演算増幅器１６２を有する帯域フィルタ／増幅器段にＡＣ結合さ れ、かつノード１７２に現われる電圧の変動がコンパレータ１７４．１７６に印 加される基準電圧によって郭定される限界を越える場合には、ターミナル１７８ に現われる信号ＬＳがマイクロプロセッサ９０のピン５に印加される。

前記マイクロコントローラは、降雨制御式発振器として機能するようにプログラ ムされる。これは、ワイパプレートの拭き速度が降水強度に比例するようにワイ パモータのリレーを駆動する。前記マイクロプロセッサへの各「降雨感知」パル スが、ワイパプレートの拭き動作間隔の遅れを減少させる。拭き速度が増加し、 かつ成る回数に達すると、低速モードに切り換わる。降雨感知事象の頻度が依然 として増加している状態では、前記マイクロプロセッサは信号を出力してワイパ モータを高速モードの状態にしておく。

ここで降水強度が低下した場合には、前記マイクロコントローラは依然としてワ イパ作動コマンドを発生するが、漸近アタック速度より時間が徐々に長くなる一 定の即ち線形減衰速度である。例えば、次の降雨感知事象までに一分間が経過し た場合には、ワイパプレートは停止される。

ノード１７８に於ける光感知事象の発生は、例えば１６０ミリ秒の先の所定の時 間間隔で発生する先の降雨感知事象と同様に最新の降雨感知情報を消去する機能 を持つ。このようにして、ウィンドシールドに当る周辺光の過渡的変化が大きい 場合には、それがＬＳ出力として前記ウィンドコンパレータを通過するならば、 前記マイクロプロセッサに対して前記ＬＳ出力と時間的に近接して生じる降雨感 知事象を無視させるように作用する。

第２実施例 第２ａ図及び第２ｂ図を用いて本発明の第１実施例について説明したが、次に第 ３図の概略的な回路図に示されるるような相違点を有する類似した実施例につい て説明する。

第２図及び第３図の実施例は、共に大部分に於て第１図のブロック図に示される 降雨応答型ウィンドシールドワイパ制御システムの一般的なブロック図に適合す るようになっている。

第３図の実施例では、異なるマイクロプロセッサチップ３５０が使用される。例 えば、シグネティックス５８７Ｃ１７５１を用いる代わりに、シダネティックス 型式５８７Ｃ７５２を用いることができる。これは、内蔵ＡＤＣを有し、デジタ ル入力を発生するウィンドーコンパレータ１４８．１５０．１７４．１７６を設 ける必要性を排除した点で、第２ａ図及び第２ｂ図の実施例に示される前記マイ クロプロセッサと異なる。マイクロプロセッサ３５０は、アナログ形式の降雨感 知信号及び光感知信号をデジタル形式に変換し、かつ次にこれらのオペランドが ソフトウェアにより処理されてウィンドーコンパレータの機能が実行される。

更に第２ｂ図及び第３図に関して説明すると、第２ｂ図のノード１４０の左側の 回路は、第３図に於て符号３５２を付して表わされる帯域フィルタに置き換えら れている。

これは、演算増幅器３５４を備え、該演算増幅器はコンデンサ３５６と、その出 力ターミナル３６２と反転入カターミチル３６４との間に前記コンデンサと並列 に接続された直列の一対の抵抗３５８及び３６０からなるフィードバークループ を有する。分路抵抗３６６が抵抗３５８．３６０の共通点とＤＣ電圧源に通じる 結合コンデンサ３６８との間に接続されている。また、抵抗３７０がＤＣ基準電 圧を演算増幅器３５４の非反転入力に接続している。

上述した帯域フィルタ３５２の前記フィードバック要素の成分値が、約ＩＨｚの 下側周波数と約２０Ｈｚの上側周波数との間で帯域を提供するように設定される 。このフィルタは、構成要素の老化によるＤＣレベルの変動等のような全ての長 期の変動を排除する機能を持つ。上側の遮断周波数は、蛍光照明等によって生じ る６０サイクルのノイズを効果的に排除できる程度に低い。同様に」二側の遮断 周波数は、蛍光照明によって発生するようなＥＭＩの作用を効果的に排除できる ようになっていることが理解される。しかしながら、フィルタ３５２の帯域は、 車輌のウィンドシールドに当たる雨滴に適応できるように十分に広い。第３図に 示されるように、ターミナル３７２に於ける降雨感知出力がマイクロプロセッサ ３５０の降雨感知人力３７４に接続されている。

同様にして、第２ｂ図に於て破線のブロック１５４で示される回路が、第２実施 例では高利得増幅器段３７６及び再起フィルタ段３７８に置換えられている。こ の帯域フィルタは、前記フィードバックコンデンサ及び並列抵抗の成分値がフィ ルタ３７８について幾分広い帯域を有するように選択される点を除いて、帯域フ ィルタ３５０の構成と略同じである。例えば、成分値は、低い遮断周波数が約０ ゜５Ｈｚでありかつ高い遮断周波数が約６０Ｈｚであるように選択することがで きる。前記帯域フィルタから得られる出力が、マイクロプロセッサ３５０の一人 力３８０に印加される「光感知」信号である。

上述したような帯域を設けることによって、車輌が進路を変えて影の中から明る い日光の中へ動いた場合に生じるような長い時定数の光の変化が抑制される。更 に、フィルタ３７８の帯域は、降雨感知チャネルより光感知チャネルをＥＭＩに 対してより高感度にすることが望ましいことが判っているので、フィルタ３５２ の帯域よりも高い方の端部でより広く設定される。

また、マイクロプロセッサ３５０のソフトウェアでは、［意図的な再トリガ−」 特性と称されるアルゴリズムが実行される。このアルゴリズムの重要性を認識す るために、センサハウジング１０によって囲まれるウィンドシールドの全面積が 約１２ｃｎ２にすぎないことに注目すべきである。

このために、希にしか落ちてこない大きな雨滴がウィンドシールドに当り、前記 センサモジュールがカバーしている範囲には当らないが視界を妨げるような可能 性がある。この問題を単にセンサのサイズを大きくすることによって解決するこ とは、ＬＥＤ及び光検出器の追加によってコストが高くなりかつシステムの複雑 性が増すという点で実際的でない。ウィンドシールドに雨が当たるのは非常に不 規則な現象であり、センサの範囲内に当たらないためにワイパが作動しないとい う問題は、例えば米国特許第４．６２０゜１４１号及び同第４．８６７．５６１ 号各明細書に教示されるような平滑（ｓｎ＋ｏｏｔｈ）アルゴリズムを用いるこ とによって幾分解消することができる。このような平滑アルゴリズムによれば、 感知された降雨事象の過去の頻度に基づいてウィンドシールドの水滴を拭き取る ことができる。平滑アルゴリズムを用いることによって、制御回路は、降雨事象 を実際に感知しない場合でも過去のデータに基づいてワイパモータを作動させる 場合がある。これは、雨滴がセンサ領域に当たる前にウィンドシールドの視界が 妨げられる可能性を排除するのに役立つが、従来技術の平滑アルゴリズムに於け る長い時定数では、システムが降雨強度の変化に対して緩慢に応答する傾向があ る。

大きな雨滴があまり生じない場合には、センサが実際にウィンドシールドの囲ま れた表面に水滴を検出する前に、水滴が視界を妨げる可能性が高い。システムが 作動しており、かつ視界を妨げる程度にウィンドシールドに雨滴が当たっている が、偶然にもセンサの領域には当たっていないような状態で降っている雨が止ん でいくと仮定したならば、前記平滑アルゴリズムを用いた場合に、ワイパは先に 感知した過去の降雨事象に基づいて十秒の間隔で拭き動作する。

この実施例に於て、センサが連続する拭き動作量で新たに雨を全く検出しない場 合には、前記平滑アルゴリズムのみが通例その降雨強度の推定値を減少させ、か つ次の作動間隔はより長く、例えば１５秒とすべきであると判断する。

前記条件が持続しているならば、作動間隔は、前記平滑アルゴリズムがワイパを 停止させるべきであると判断するまで徐々に長くなる。

本発明の意図的な再トリガ−アルゴリズムは、このような状態が発生することを 排除している。雨が降り続いていると仮定した場合、このセンサに水滴が当たら ないが視界、を妨げているような拭き動作量にウィンドシールドが水滴を集める 。拭き動作の際に、ワイパブレードがその軌跡の範囲内にある水滴を集め、その センサの上へ押しやる。本発明の前記回路がその水を降雨事象として検出し、そ れに対応して拭き速度を調整するように機能する。このように、上述の実施例で は１０秒間の第１作動間隔の後に、センサの上に押し出された水の再トリガー作 用によって、前記マイクロプロセッサが拭き動作間隔を再び約１０秒となるよう に調整する。第７図には、このような状況が図示されている。直線３８２．３８ ４と直線３８６．３８８とによって囲まれた領域が、ワイパブレード３９０が通 過し、該ワイパブレードによって集められた水滴３９２がセンサハウジング１０ の占有する領域３９４の上を横切るような範囲を表わしている。

この場合に、ウィンドシールドに当たる雨の量が比較的一定であるならば、ワイ パブレードの拭き動作間隔が、水滴が偶然にもセンサ領域を全く外れる場合でも 略一定のままであることが理解される。雨の量が減少した場合には、前記センサ の上を通過するワイパが前記アルゴリズムを再トリガーする変合が減少する。即 ち、前記アルゴリズムは、より長い作動間隔を要求することになる。ウィンドシ ールドが乾いた時点で前記意図的な再トリガー動作が停止し、ワイパが所定位置 に停止された状態となる。この結果、ワイパ制御システムが一端作動状態に設定 されると、前記システムは依然としてセンサの面積を比較的小さい範囲に維持し ながら、ワイパによって拭かれるウィンドシールドの全表面積を有効に使用する 。これによって、センサ自体によって囲まれたウィンドシールドの領域のみが実 際の感知領域である従来の場合には不可能であったワイパシステムの円滑で応答 性の高い動作か可能となる。

前記意図的再トリガ−アルゴリズムを首尾よく実行するだめの本発明の重要な一 面は、ワイパブレードが水をセンサの上へ押し出す時間の間降雨感知チャネルの 感度を低下させる技術が中心である。そうでない場合には、増幅されたセンサ信 号がその範囲内に入ると降雨事象と検出されるべきウィンドーを確定する閾値が 増大する。第９図に於て、波形３９６は、前記ワイパが拭き動作している際の期 間３９８を除いて低い値を取る閾値を示している。波形４００は、前記ワイパが 濡れている時の降雨感知増幅器出力の絶対値を示し、かつ波形４００は、ウィン ドシールド及びワイパが濡れていない時の前記降雨感知増幅器からの典型的な信 号を示している。期間３９８及び３９９に於ける感度が増大するために、降雨感 知信号４００のみが前記ウィンド閾値を越えて、検知した降雨事象信号（パルス ４０４）を生成する。出力信号４０２の振幅は、増大した閾値を越える程度に十 分ではなく、このような場合には、乾いたワイパが前記センサ領域の上を通過す ることによる事象は無視される。

光学的水滴感知型ワイパ制御ソフトウェアの説明全体として、前記ワイパ制御シ ステムのソフトウェアは、複合ウィンドーコンパレータ及び平滑アルゴリズムと しての機能を有する。即ち、降雨感知線に於けるウィンドーを越えた変動（帯域 フィルタの出力）をめている。前記ソフトウェアがこれを降雨事象であると認識 する前に要求される変動の大きさがワイパの動作と同期される変数である。

また、前記ソフトウェアは平滑アルゴリズムとしての機能を有する。即ち、前記 ワイパは単に各降雨事象に基づいて作動するわけではない。むしろ、運転者を混 乱させることが非常に少なくなるように円滑に拭き動作の間隔またはワイパの速 度を変化させるようにプログラムされている。

前記平滑アルゴリズムの形態は基本的に米国特許第４，６２０．１４９号のソフ トウェアを実現したものであるが大幅に改善されている。

前記プログラムは、規則的なサンプリングに基づいて実行される「フォアグラウ ンドルーチン」と、非同期的に実行される「バックグラウンドルーチン」とに分 けられる。

前記フォアグラウンドは降雨強度の推定値を機能を有し、かつ前記バックグラウ ンドは、それに応じてワイパモータを再動作させる。

プログラムの変数 ＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥ　：センサの上に当たる水滴によって乱される降雨感知チ ャネルの帯域フィルタからの信号。Ａ／Ｄユニットに於て。

ＬＩＧＨＴ　５ＥＮＳＥ　：周辺光の外乱にあって乱される制御装置の光感知部 分の帯域フィルタからの信号。これら双方の信号は、ある公称基準電圧に位置し 、降雨または光を感知した場合にのみ変動する。

ＱＵＩＳ　ＲＡＩＮ　：　ＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥの静止位置まで即ち、Ａ／Ｄユ ニットに於て、ウィンドシールドに当たる水滴が全くない場合のＲＡＩＮ　５Ｅ ＮＳＥの値である。

ＱＵＩＳ　ＬＩＧＨＴ　：　ＬＩＧ）ＩＴ　５ＥＮＳＨの静止位置である。

ＲＡＩＮ：０と１との間の値。降雨強度の推定値。

５ＥＮＳ　ＷＩＮＤ　＋信号が成る事象と解される前に非励起状態から変動する ことができるＡ／Ｄコンバータのカウント数を反映する感度のウィンドーである 。帯域フィルタから出てくるＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥ信号及びＬＩＧＨＴ　５ＥＮ ＳＥ信号の双方に印加されウィンドーコンパレータの電圧ウィンドーの幅に対し て類似している。例えば、感度ウィンドーが５ならば、絶対値（ＲＡＩＮ　５Ｅ ＮＳＥ−ＱＵＩＳ　ＲＡＩＮ　’）が６またはそれ以上である場合、降雨事象と 解される。

Ｋａａ：漸近アタック係数。

Ｋｉｄ：線形減衰定数。

Ｋａｄ：漸近減衰係数。全のアタック係数及び減衰係数が少量の各フォアグラウ ンドのサンプルのみによってＲＡＩＮを変化させるためのものであり、従って１ より大幅に小さい。

ＯＦＦ　ＴＩＭＥ　：　ＲＡＩＮから計算される値であり、ワイパ動作問７の所 望の休止時間を表わす。

Ｋｏｆｆ　：ユニット毎に秒単位で表すオフ時間の比例定数。

フォアグラウンドルーチン フォアグラウンドルーチンが第１０図に示されており、バックグラウンドと本質 的に無関係に５ミリ秒毎に実行され、降雨強度ＲＡＩＮの現在進行中の推定値を 維持する機能を持つ。

アタック特性は漸近的、即ち各サンプル毎に「進むべき距離」に比例する。減衰 特性は線形に成る漸近係数を加えたものである。これらの特性は、本発明のＲＡ ＩＮ推定値を決定するためには、一定のデユーティサイクル（即ち、降雨事象の 非降雨事象に対する比）が与えられた場合にＲＡＩＮの安定した値が得られるこ とから望ましい。

上述のソフトウェアの説明には、理解を容易にするために２つの要素が省略され ている。

（１）ブランキング事象が単安定延長される。即ち、前記ソフトウェアがブラン キング事象を検出すると、前記ユニットは、約２秒間に亘って空白化された状態 にある。

（２）　ＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥ信号が実際にはソフトウェアに於て実行されるシ フトレジスタによって遅延され、前記ＲＡＩＮ　５ＥＮＳＥが実際には数十ミリ 秒先に生じている。

これら２つの要素の影響は、実際のブランキング事象より僅か依然に実際に生じ ている降雨事象がブランキング事象によって空白化され得ることである。即ち、 ブランキング事象によって時間的に外乱に近い全ての降雨事象力（消去第１１図 に於て、バックグラウンドプログラム即ち／く・ツクグラウンドルーチンはフォ アグラウンドルーチン１こよって絶えず中断されており、ワイパモータを適当に 作動させる機能を持つ。ＲＡＩＮに於て前記フォアグラウンドプログラムから降 雨強度に関する情報を入手する。更に、／＜・ツクグラウンドプログラムは、ワ イパの動作に同期させて感度ウィンド（ＳＥＮＳ　ＷＩＮＤ　）の値を変化させ る。これは、意図的な再トリガが有効なセンサ面積を増倍させるようにすること である。

全体として、前記バックグラウンドプログラムは、降雨強度ＲＡＩＮの値に略比 例する速度でワイパを作動させる。

第１１図のフロー図に示されていないのは、利用者が手動により速度、オン／オ フまたは洗浄等について操作したい場合に、前記ユニットがその要望を実現する ように適当にリレーを作動させるようにした特徴部分である。

石１り　か Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　７ Ｆｉｇ、９ す３０υ５ｅ１−一−２ｍ５　ｆｉ Ｆｉ　ｇ、１０ 国際調査報告 要約書 ワイパモータがウィンドシールド上の水滴の存在に自動的に応答して、遭遇する 降水の程度に応じた速度でワイパブレードを往復動作させるようにしたワイパモ ータ用の制御回路が開示されている。−組のサンプルアンドホールド回路３２２ ．３２４、帯域フィルタ３３０、及びマイクロプロセッサ３３６の制御下にある 差動増幅器３２０を用いることによって、周辺光の変化によるシステムへの外乱 が線形的に除去され、かつ前記システムがそのような外乱の影響を受けなくなる 。このシステムは意図的な再トリガアルゴリズムを利用し、ワイパブレードが横 切るウィンドシールド３０４の面積内には落ちているがセンサ５０には当たらな い水滴の検出を可能にしている。本システムは様々な透過率のウィンドシールド に自動的に適応され、かつ電磁的外乱によって誤動作されることがない。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．ウインドシールドと車載装置を作動させるための少なくとも１個のそータと を備える型式の車輌に於て、前記ウインドシールドの外面上に水滴を検出すると 前記モータを自動的に作動させる前記モータの制御回路であって、（ａ）前記ウ インドシールドの内面に取り付けられたハウジングを有し、該ハウジングが、放 射エネルギ発生源のアレイ及び放射エネルギセンサのアレイを取り付けるための 手段を有し、前記放射エネルギ発生源から出た放射エネルギが前記ウインドシー ルドの前記外面からなる平面に向けて照射され、かつ通常は前記ハウジングが占 有する前記ウインドシールドの部分に水滴が存在しない場合に前記放射エネルギ センサアレイに向けて戻るようになっており、（ｂ）所定のデューティサイクル のパルスで前記放射エネルギ発生源を周期的に給電する駆動手段を有し、前記放 射エネルギ発生源が「オン」状態である時間が周辺光感知期間を確定し、 （ｃ）降雨感知期間に於て前記放射エネルギ発生源の出力をサンプリングしかつ 保持するための第１手段と、（ｄ）前記光感知期間に於て前記放射エネルギセン サの出力をサンプリングしかつ保持するための第２手段とを有し、前記第１及び 第２手段によるサンプリングが、前記ウインドシールドに当たる周辺光の変化に 必要な時間より大幅に短い時間内で連続して行われ、 （ｅ）前記ウインドシールド上の水滴の感知による信号成分のみが残るように、 前記第１及び第２手段が採取した連続サンプルに於ける周辺光の外乱による前記 センサ出力の信号成分を線形的に除去するための手段と、（ｆ）水滴の感知によ る前記信号成分に応答して前記モータを作動させるための手段とを有することを 特徴とするモータ制御回路。
2. ２．前記車載装置がウインドシールドのワイパであることを特徴とする請求項１ に記載の車輌。
3. ３．前記車載装置が窓であることを特徴とする請求項１に記載の車輌。
4. ４．前記車載装置が引込可能な屋根部材であることを特徴とする請求項１に記載 の車輌。
5. ５．前記モータ作動手段（ｆ）が、水滴の感知による前記信号成分が連続サイク ルで生成される速度に比例した速度で前記モータを駆動するために、前記ウイン ドシールド上の水滴の感知による前記信号成分を受取るように接続された降雨制 御式発振手段からなることを特徴とする請求項２に記載の車輌。
6. ６．前記第１及び第２手段と前記信号成分除去手段とがタイムシフト線形差動増 幅器からなることを特徴とする請求項１に記載の車輌。
7. ７．前記降雨制御式発振手段が、プログラムされたマイクロプロセッサであるこ とを特徴とする請求項５に記載の車輌。
8. ８．（ａ）透明な面上に溜まる水滴を検出し、かつ水滴の存在による成分と入射 する周辺光の変化による成分とを有する複合電気信号を生成する光学的センサ手 段と、（ｂ）前記両成分が存在し得る第１期間に於て前記複合電気信号をサンプ リングするための手段と、（ｃ）周辺光の変化による前記成分のみが存在し得る 第２期間に於て前記光学的センサ手段からの出力をサンプリングするための手段 とを備え、前記第１及び第２期間が互いに時間的に接近して採用され、 （ｄ）前記第１及び第２期間に於て得ちれる前記信号の差動加算を実行するため の差動増幅手段と、（ｅ）前記差動増幅手段の手段が所定の閾値を越えるかどう かを判断するための手段とを備えることを特徴とする制御回路。
9. ９．ウインドシールドとモータ駆動式ワイパとを備える型式の自動車に於て、前 記ウインドシールドの外面に水滴を検出すると前記モータ駆動式ワイパのモータ を自動的に作動させるための改良されたワイパモータ制御装置であって、（ａ） 前記ウインドシールドの内面に固定された不透明なハウジングを備え、該ハウジ ングがその縱軸が前記ウインドシールドの外面上の位置で前記ウインドシールド の平面と鋭角をなすように交差する第１及び第２の複数の孔を有し、前記第１の 孔がそれぞれ放射エネルギ発生源を有し、かつ前記第２の孔がそれぞれ放射エネ ルギセンサを有し、前記各放射エネルギ発生源がそれぞれ１個の前記放射エネル ギセンサに関連しており、 （ｂ）所定のデューティサイクルのパルスで前記放射エネルギ発生源を周期的に 給電するための駆動手段を備え、前記放射エネルギ発生源が「オン」状態にある 期間が降雨感知期間を画定し、かつ前記放射エネルギ発生源が「オフ」状態にあ る機関が周辺光感知期間を画定しており、（ｃ）前記降雨感知期間に於て前記放 射エネルギ発生源の電圧手段をサンプリングしかつ保持するための第１手段と、 （ｄ）前記光感知期間に於て前記放射エネルギセンサの出力電圧をサンプリング しかつ保持するための第２手段と、（ｅ）前記第１及び第２手段からの出力を受 け取るように接続され、かつ前記第１及び第２手段によってサンプリングされか つ保持される前記出力電圧間の差に比例する出力電圧Ｖｄｉｆｆを供給する差動 加算手段と、（ｆ）前記Ｖｄｉｆｆ信号の振幅が所定の振幅範囲を越えたときに 信号を発生するために、前記電圧Ｖｄｉｆｆを入力するように接続されたウイン ドーコンパレータ手段と、（ｇ）連続する降雨感知期間に於て前記Ｖｄｉｆｆ信 号が前記振幅範囲を越える頻度に比例する速度で前記ワイパモータを駆動するた めに、前記ウインドコンパレータ手段からの出力信号を入力するように接続され た降雨制御式発振手段を備えることを特徴とするワイパモータ制御装置。
10. １０．前記ハウジングが固定されるウインドシールドのガラスの透過率に従って 前記放射エネルギ発生源から発せられる放射エネルギの強度を調整するために、 前記放射エネルギ発生源に接続された強度感知フィードバック回路を更に備える ことを特徴とする請求項９に記載のワイパモータ制御装置。
11. １１．前記降雨制御式発振手段が、前記ウインドコンパレータからの前記出力信 号の受信速度に応答して、該受信速度に関連するワイパ制御信号を発生するため のマイクロコントローラからなることを特徴とする請求項１０に記載のワイパモ ータ制御装置。
12. １２．前記マイクロコントローラが前記駆動手段を制御することを特徴とする請 求項１１に記載のワイパモータ制御装置。
13. １３．前記マイクロコントローラが、前記第１及び第２手段を制御することを特 徴とする請求項１１に記載のワイパモータ制御装置。
14. １４．（ａ）複数の前記センサに於ける過渡的な周辺光の変化による前記センサ 電圧レベルの変動を検出するために前記光感知期間に於て一時にセンサ電圧レベ ルをサンプリングしかつ保持するための第３手段と、（ｂ）前記センサ電圧レベ ルの前記変動が上限または下限を越えるかどうかを決定し、かつ限界を越えた状 態を表わす二値信号を生成するための第２ウインドーコンパレータ手段と、 （ｃ）前記第２ウインドーコンパレータ手段により前記二値信号が生成された後 に、所定の時間に亘って前記ワイパモータが駆動される速度を変化させるために 前記第１ウインドーコンパレータ手段からの前記信号出力を抑制するために前記 二値信号を前記マイクロコントローラに印加するための手段とを更に備えること を特徴とする請求項１１に記載のワイパモータ制御装置。
15. １５．（ａ）複数の前記センサに於ける過渡的な電磁干渉による前記センサ電圧 レベルの変化を検出するべく、前記光感知期間に於て一時に前記センサ電圧値レ ベルをサンプリングしかつ保持するための第３手段と、（ｂ）センサ電圧レベル の前記変化が上限または下限を越えたかどうかを判断し、かつ限界を越えた状態 を表わす二値信号を生成するための第２ウインドーコンパレータ手段と、 （ｃ）前記第２ウインドーコンパレータ手段によって前記二値信号が生成された 後に、所定の時間に亘って前記ワイパモータが駆動される速度を、前記第１ウイ ンドーコンパレータ手段からの前記信号出力が変化させることを防止するために 前記二値信号を前記マイクロコントローラに印加するための手段とを更に備える ことを特徴とする請求項１１に記載のワイパモータ制御装置。
16. １６．ウインドシールドとモータ駆動式ワイパとを有する車輌の自動降雨応答式 ワイパ制御システムであって、（ａ）ウインドシールドの全面積に比較して相当 小さい面積を有し、かつ前記ワイパが通過する前記ウインドシールド上の位置に 配置され、前記ウインドシールド上の水滴の存在を検出するためのセンサ手段と 、 （ｂ）前記ワイパによって集められかつ前記領域に運ばれる水滴の存在を検出す るための手段と、（ｃ）水滴が前記センサ領域に運ばれた時にワイパの拭き速度 の低下を防止するために前記水滴検出手段及び前記モータに機能的に接続された 制御手段とを備えることを特徴とする降雨応答型自動ワイパ制御システム。