JP4260023B2 - ワイパー制御方法、およびワイパー制御装置 - Google Patents

Description

技 術 分 野
本発明は、ワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。特に、小雨時、雨の降り終わり時や、降雨時に車両がトンネルに進入したときに、不要なワイパー払拭をしないようにできるワイパー制御方法、およびワイパー制御装置に関する。
背 景 技 術
車両のワイパーを制御するための光学式レインセンサとしては、図１９に示すような雨滴検出装置が提案されている。このような検出装置において、その検知面の面積は、ワイパーの払拭面積に比べて極端に小さい。このため、検出装置としては、検出感度が重要な性能となる。
特に小雨時には、検知面に対して雨の衝突確率が非常に小さくなるので、このような状況におけるワイパーの的確な制御が困難になる。
このような問題を解決するために、ＷＯ９１／０３３９３（特表平４−５０７２２７号）では、「ウィンドスクリーンワイパーが入射点（検知面）を通過するときに、ウィンドスクリーンワイパーに先立つ水の壁の大きさに対応する光エネルギーの検出量により」 、ウィンドスクリーンワイパーの制御を行う装置が開示されている。
また、ＷＯ９１／０９７５６（特表平４−５０３７９１号）でも、「ワイパによって集められかつ検出領域に運ばれた水滴の存在を検出する手段」を有する降雨応答型自動ワイパ制御システムが開示されている。
さらに本出願人も、特開２０００−３２９８６２において、同様の検出装置を開示している。
上述した３つの公報で示された技術は、特に小雨時において雨滴の検出確率を向上させる技術として、有用である。
しかし、ワイパーによって運ばれる水は、ワイパーの払拭領域に付着した雨などだけではない。例えば、ワイパーが、その休止位置に溜まっている水を運んでくる場合がある。
もし、雨が止んだ後に、ワイパーが上述したような水を運んできた場合、以下のような不具合が発生することがある。すなわち、このような検出装置では、雨が止んでいて必ずしもワイパー払拭の必要のない場合にも、ワイパーの払拭を継続しようとすることである。
また、降雨時に車両がトンネルに進入したときに、車両の屋根に付着していた雨が、ワイパーの払拭領域に垂れてくる場合もある。さらに、ワイパーによって払拭領域の外に払われた雨が、ワイパーの払拭領域に垂れてくる場合もある。
このような場合、払拭動作を少なくとも一回行うことにより垂れてきた雨を払うことは有益である。そして、この払拭動作によって視界が確保されることが多い。しかしながら、上記の検出装置では、払拭動作によってワイパーが濡れ、水を運んでくるので、視界が確保された後もワイパーの払拭動作を継続しようとするという問題がある。
発 明 の 開 示
そこで本発明は、上述したような場合にも、不必要な払拭動作を起こさないようなワイパー制御方法、およびワイパー制御装置の提供を目的とする。
本発明は、ワイパーの払拭動作によって運ばれて検知面を通過する一定量の水が検出される場合に、検知面への雨滴の付着の有無を判別し、この判別結果に基づいて、ワイパーによって運ばれて検知面を通過する水が降雨により生じたものであるのか、降雨以外の他の要因により生じたものであるのか識別する。
これにより、ワイパーによって運ばれて検知面を通過する水の量が所定値以上の場合であっても、検知面への雨滴の付着が無い場合には、ワイパーによって運ばれて検知面を通過した水は降雨によるものではないということ、さらには車両は降雨状況下にないということを推定することができ、例えば、ワイパーの払拭頻度を適切に制御し、ワイパーの払拭間欠時間を長くし、さらにはワイパーを待機モードに移行させることができる。
なお、本明細書において、ワイパーによって運ばれる水とは、ワイパーの進行方向を基準としたワイパーブレードの前面部分によって押しやられる水をいう。
より具体的には、本発明は、発光素子から発せられた光を、車両のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、前記反射光を受光素子で受光して前記検知面の状態を検出することにより、前記ワイパーの動作を制御する方法であって、
（ａ）前記ワイパーの払拭動作によって運ばれて前記検知面を通過する水の量を検出し、
（ｂ）前記検知面への雨滴の付着を検出し、
（ｃ）前記検知面を通過する水の量が所定の閾値以上か否か判断し、
（ｄ）前記検知面を通過する水の量が所定の閾値以上の場合には、前記検知面への雨滴の付着が検出されたか否か判断し、
（ｅ）前記検知面への雨滴の付着が検出されない場合には、前記ワイパーの払拭頻度を下げる制御を行う、ワイパー制御方法である。
また、前記検知面を通過する水の量が所定の閾値以上であり、前記検知面への雨滴の付着が検出されないという判断結果が複数回連続した場合に、前記ワイパーの払拭頻度を下げる制御を行う、ワイパー制御方法である。
さらに、上記方法の発明は、装置の発明としても成立する。また、上記発明は、ワイパーの制御装置やコンピュータやマイクロコンピュータに所定の機能を実現させるプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体としても成立する。
また、本明細書における手段は、ハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現可能である。ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによる実行は、例えば、所定のプログラムを有するコンピュータにおける実行が該当する。
そして、１つの手段が有する機能が２つ以上のハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても、２つ以上の手段の機能が１つのハードウェア、ソフトウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実現されても良い。
発明を実施するための最良の形態
（本発明の原理）
本発明者らの分析により、以下のことが分かった。
ワイパーの払拭動作によって運ばれて検知面を通過する水の量（水量）は、ウィンドシールドガラスのワイパーの払拭領域に付着している水滴の量を、直接的に示す。この値からは、ウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域に水滴が存在しているか否かということと、水滴が存在している場合にはその量がどの程度であるかということを判断することができる。
検知面への雨滴の動的な付着（ヒット）は、ウィンドシールドガラスの検知面への雨滴の動的な付着の有無を、直接的に示す。この値からは、降雨の有無、すなわち、車両が降雨状況下に置かれているか否かということを判断することができる。
次に、降雨量が多い場合においては、ウィンドシールドガラス上に付着する水滴の量が多くなり、ワイパーによって運ばれる水の量も多くなる。また、降雨内の雨粒の密度が高くなり、雨滴がウィンドシールドガラスの検知面に動的に付着する確率（付着確率）が必然的に高くなる。
この分析により、水量は降雨量に比例し、付着確率は降雨量に比例するということが確認できた。したがって、一定の条件下においては、水量から降雨量を推定することも可能である。また、付着確率から降雨量を推定することも可能である。
一方、降雨時に車両がトンネルに進入したときのように、降雨環境から状況が急激に変化した場合に、例えば車両の屋根に付着していた雨がワイパーの払拭領域に垂れてくる、あるいは、ワイパーによって払拭領域の外に払われた雨がワイパーの払拭領域に垂れてくる、そして、ワイパーがその休止位置に溜まっている水を運んでくる現象が発生する。このような現象が発生している場合には、車両が降雨状況下にないにもかかわらず、水量が高い値を示すことが分かった。当然のことながら、このような状況下においては、雨滴の動的な付着（ヒット）は検出されないことが確認された。
このことから、水量は降雨量に常に比例するわけではないということが分かった。特に、上述の現象が発生しているような場合には、水量は降雨量に比例しないということが分かった。これに対して、上述の現象が発生しており、水量が降雨量に比例しない場合であっても、付着確率は降雨量に比例している。
以上のことから、水量が多いにもかかわらず、ヒットが検出されないという検出結果は、通常の降雨状況ではないということを示し、したがって水量の値を信用して降雨量を判断することは好ましくないということがいえる。
言いかえれば、水量が高い値を示している場合に、雨滴付着の検出結果を参照することにより、水量の値が降雨によるものか、それとも他の要因によるものか推定することができる。さらに、車両が降雨状況下にあるのか、または降雨状況下にないのか推定することができる。
また、本発明者らの分析により以下のことも分かった。上記の現象が発生している場合には、降雨状況と比べて、より遅い払拭速度、あるいはより長い間欠時間であっても良好な視界が保たれる。さらに言えば、これらの現象が発生している場合に、降雨状況と同じ払拭速度，間欠時間を維持すると、払拭タイミングや払拭速度がドライバーの感覚から外れることが多く、ドライバーに違和感を感じさせる要因になり得ることが分かった。したがって、例えばトンネル内で上記現象が発生している場合には、ワイパーの払拭タイミング等をドライバーの感覚にマッチするように制御することが好ましい。このような制御は、例えば、ワイパーの払拭頻度を下げることにより実現できる。
以下、本発明のワイパー制御方法およびワイパー制御装置の実施の形態を、自動車を例にとり、自動車のウィンドシールドガラスの外面を検出対象面とする場合について、図面に基づいて説明する。
（ウィンドシールドガラス上の検知面の位置）
まず、ウィンドシールドガラス上の検知面の位置について、図１および２を参照して説明する。ここで、図１は、ウィンドシールドガラス上のワイパー制御装置の設置位置を示す図であり、図２は、検知面の設置位置を示す図である。
図１に示すように、ワイパー制御装置１は、自動車のウィンドシールドガラス２の車内側に図示しない接着剤等によって取り付けられている。つまりウィンドシールドガラス２の外面を検出対象面３とし、その検出対象面３の一部を検知面４として設定している。
ウィンドシールドガラス２におけるワイパー制御装置１の取り付け位置は、自動車のドライバーの視界を妨げないように、バックミラー（ｒｅａｒ−ｖｉｅｗ ｍｉｒｒｏｒ）（図示を省略）の裏側に配置されている。また、このワイパー制御装置１の設置位置を、２本のワイパー５ａ，５ｂとの関係で説明する。図２に示すように、ワイパー制御装置１の設置位置は、設定検知面４が、一方のワイパー５ｂの払拭動作範囲内で、かつ他方のワイパー５ａの払拭動作範囲外に位置するように配置される。
次に、本発明に用い得る基本的な光学方式について説明する。これは、上記の従来技術で説明した構成と同様のものを用いることができる。
図１９に示すように、例えばＬＥＤ等の発光素子１０から発せられた光は、プリズムガラス１１等を通じて、水滴の検出を行うべき透明性基板であるガラス基板（ウィンドシールドガラス）２に導かれる。導かれた光は、検出対象面３にて全反射し、前記プリズムガラス１１を通じて、例えばフォトダイオード等の受光素子１２に入射する。
この図のワイパー制御装置では、水滴等の付着のない状態で、受光素子には最大の出力が発生するように配置構成されている。このとき、検出面に水滴等の付着１３があると、受光素子の出力は低下する。
（ワイパー制御装置の構成）
次に、ワイパー制御装置の構成を図３を参照して説明する。図３はワイパー制御装置全体の構成を示した図である。便宜上、ハードウェア部分２０とソフトウェア部分２１とに分けている。
発光素子１０は、５００Ｈｚ以上の周波数（キャリア周波数）のパルス波形で駆動されているとよい。また発光素子１０は温度により発光特性が変化するので、実際の発光光量を、モニター用受光素子２３とモニター用検出回路２４を用いてモニターしておくことが好ましい。さらにモニター結果をフィードバックしながら、発光素子１０を駆動回路２２で駆動することが好ましい。
受光素子１２に光が入射することによって、出力信号が発生する。このとき信号は、発光素子を駆動時のキャリア波形を含んでいるので、まず信号検出回路２５にかけて、実信号のみを取り出す。
また通常得られる受光素子では、あまり大きな出力の信号を得ることができないことが多いので、受光素子からの信号は増幅回路２６にて増幅されることが好ましい。
続いて当該信号は、Ａ／Ｄコンバータ２７に入力されて、デジタル変換される。このとき、Ａ／Ｄコンバータ２７のダイナミックレンジは、上述した光学系の出力から適宜定められるとよい。
Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号を検出部２８に入力する。当該検出部２８は、入力された信号から、検知面への雨滴の動的な付着を検出する。また、検出部２８は、入力された信号から、ワイパーによって運ばれ検知面を通過する水の量を検出する。
すなわち、検出部２８は、検知面への雨滴の動的な付着を検出する手段と、ワイパーによって運ばれ検知面を通過する水の量を検出する手段とを有する。
次に、検出部２８からの出力信号は判断部２９に入力される。判断部２９は、検出部２８が検出した検知面への雨滴の動的な付着と、ワイパーによって運ばれ検知面を通過する水の量とから、ワイパーによって運ばれ検知面を通過する水が降雨によるものであるか否か推定する。例えば、多量の水が検知面を通過する場合に、検知面への雨滴の付着がなければ、これは降雨以外の要因によるものであると推定する。
判断部２９は、自動車制御用コンピュータ（図示しない）へ制御信号を送信して、自動車制御用コンピュータを介してワイパー動作を制御してもよい。また、ワイパー駆動用モータを直接制御してもよい。
なお、上記の検出部２８および判断部２９は、ソフトウェアにて構成することが可能である。
（検知面を通過する水の量の検出方法）
次に、検出部２８が、ワイパーによって運ばれ検知面を通過する水の量を検出する処理について図４を参照して説明する。図４は、検知面を通過する水の量を検出する処理を説明するフローチャートである。検出部２８は、図４に概略的に示されるフローチャートに基づく処理を実行する。
すなわち、自動車制御用コンピュータ（図示しない）から、ワイパー５ａ，５ｂの始動信号を受け取ったとき（ステップ１０１）、つまりワイパー５ａ，５ｂがウィンドシールドガラスの下端の休止位置から払拭動作を開始するとき、Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号の取り込みを開始し、図示しないメモリに記憶して行く（ステップ１０２）。
そして、ワイパー５ａ，５ｂが反転位置で反転し、その後、再び元の休止位置まで復帰したことを示す復帰信号を自動車制御用コンピュータから受け取ると（ステップ１０３）、Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号の記憶を終了する（ステップ１０４）。
検出部２８は、このようにしてＡ／Ｄコンバータ２７の出力信号を取り込んだ後、その取り込んだ信号に基づいて水の量を判断する（ステップ１０５）。Ａ／Ｄコンバータ２７から取り込んだ信号は、具体的には、図５に例示するものとなる。図５は、降雨状態での信号を例示する図である。
図５の信号例では、信号を取り込んだ範囲で２つの深いディップＤ１，Ｄ２が存在し、受光素子１２の出力信号が著しく低下していることがわかる。この２つのディップＤ１，Ｄ２のうち、最初に現れるディップＤ１が、ワイパー５ｂが休止位置から反転位置まで移動する途中において検知面４を通過するときの信号変化であり、次に現れるディップＤ２が、反転位置から元の休止位置まで移動する途中において検知面４を通過するときの信号変化である。
図２に示すように、ワイパー５ｂが反転位置に向かって移動する際に検知面４を通過するときには、ワイパー５ｂがおおよそ６１から６２までの範囲（斜線部６）の雨水を集めて検知面４に至る。また、ワイパー５ｂの反転後の移動時には、ワイパー５ｂがおおよそ７１から７２までの範囲（斜線部７）の雨水を集めて検知面４に至る。
したがって、斜線部６の範囲の雨水が、図５のディップＤ１として現れ、斜線部７の範囲の雨水が、ディップＤ２として現れる。なお、降雨状態の他に、上記したように、車両の屋根に付着していた雨がワイパーの払拭領域に垂れてくる、ワイパーによって払拭領域の外に払われた雨がワイパーの払拭領域に垂れてくる、あるいは、ワイパーがその休止位置に溜まっている水を運んでくる場合においても、斜線部６および７の範囲内の雨水が同量である限り、図５の信号波形と同等の信号波形が得られる。したがって、車両が降雨状況からトンネル内に進入し、車両の屋根に付着していた雨が垂れてくるという状況変化の前後においても、ウィンドシールドガラスの斜線部６等に付着している雨水の量が変化しない場合には、同様の信号波形が維持されることとなる。
検出部２８は、上記図５に例示する信号が得られると、Ａ／Ｄコンバータ２７の出力信号を取り込んだ時間幅からワイパー５ｂが検知面４を通過するタイミングを特定し、そのタイミングでのデータに基づいて水の量を判断する。つまり、検知面４を通過するときの受光素子１２の出力情報に基づいて、水の量を判断する。例えば、上記通過のタイミングでのピーク値（信号変化としてのピーク値）から水の量を判断して、判断部２９に送信する。上述の処理は、ワイパー５ａ，５ｂが払拭作動しているときは、ワイパー５ａ，５ｂが往復移動するたびに実行されるのであるが、別途終了が指令されると（ステップ１０６）、終了する。
（検知面への雨滴の付着の検出方法）
次に、検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法について説明する。検知面への雨滴の動的な付着を検出する方法としては、例えば、本発明者らによって特開２００１−１８０４４７号公報に開示された手法を用いることができる。以下にこの方法を具体的に説明する。
本方法の原理を図６を参照して説明する。図６は、本方法の測定原理を説明する図である。検知面に水滴が動的に付着した場合（水滴が衝突した場合）の入力信号モデル例を図６Ａに示す。受光素子１２からは、その出力信号が入力（ＤＩＮ）されている。この入力信号（ＤＩＮ）から、その遅れ成分の信号（Ｆ１）を生成させることができる。さらに、前記遅れ信号（Ｆ１）から前記入力信号（ＤＩＮ）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤＩＮ））を生成させることができる。図６Ｂに、前記差分信号を模式的に示した。
差分信号（Δ（Ｆ１−ＤＩＮ））では、ｔ０からｔ１の間で正の差分が発生しており、ｔ１からｔ３の間で負の差分が発生している。
なお図６Ａでは、図中の矢印（↓）の時点（ｔ０）から水滴が検知面に衝突し始め、さらにΔｔの間で水滴がつぶれている状況に対応している。その後の平坦な信号部分は、水滴が広がった様子を表している信号モデルである。
この動的付着では差分が発生していることがわかる。つまり、差分信号の発生を検知することで、検知面への水滴の衝突を検出することができる。
なおここで、前記差分を前記遅れ信号から前記入力信号を引いた値とすると、前記差分が正のとき、検知面に水滴の衝突があったと判断することができる。ただしこの場合、負の差分の発生は、水滴の衝突検出には用いないものとする。
水滴の動的な付着が判断できると、例えば、水滴の付着の有無、あるいは水滴の衝突個数を求めて、その結果によりワイパーの動作を制御することが可能になる。
もし付着（濡れ）の程度が小さいものであると、受光素子からの信号の低下は小さいものになってしまう。基準値との比較による判定では、ノイズレベルと同程度の信号に対しては、閾値を設定することが不可能となる。つまり、基準値との比較では、付着（濡れ）の程度が小さいと、水の付着が判別できなくなる。
一方本方法では、水滴の動的な付着が判断できるので、ノイズレベルと区別がつかない程度の小さな水滴であっても、水滴の付着が的確に判断できる。つまり、小さな水滴の付着であっても、雨滴の付着を検出することができる。
なお以上の説明は、遅れ信号（Ｆ１）から入力信号モデル（ＤＩＮ）を差し引いた差分信号（Δ（Ｆ１−ＤＩＮ））の発生にて、判定する場合であった。しかしさらに、Ｆ１信号から遅れ成分の信号（Ｆ２）を生成し、Ｆ２とＦ１の差分、例えば（Δ（Ｆ２−Ｆ１））の発生の検出により、雨滴の動的な付着を判断することが、好ましい（図６Ｃ参照のこと）。
その理由は、以下のようである。すなわち、ＡＤ変換されている入力信号は量子化誤差を含んでいることと、差分信号を用いたパターン処理は、微小な差異を捕らえるのに適しているが、一般的にノイズに弱いからである。
差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））では、ｔ０からｔ２の間で正の差分が発生しており、ｔ２からｔ４の間で負の差分が発生している。
つぎに、本発明の検出部２８における雨滴等の検出ロジックについて、ステップ毎に説明する（図７参照のこと）。図７は、雨滴の検出ステップを説明する図である。
なおこれに先立って、Ａ／Ｄコンバータ２７からの出力は、例えば車内外から飛来するスパイク性のノイズ等を除去するために、予めノイズカットフィルタを通しておくことが好ましい。このノイズカットはソフトウェアで処理することができる。
・〔ＬＰＦ１〕：量子化ノイズの除去
まずノイズカットフィルタからの出力は、さらにデジタルフィルタ１（ＬＰＦ１）に通される。このフィルタ１は、前記Ａ／Ｄコンバータ２７のデジタル変換の際に発生した量子化誤差や、回路ノイズ等を除去するために用いられる。なお、フィルタ１からの出力（Ｆ１）は、入力された信号（ＤＩＮ）に対する、１次遅れ信号と理解されてもよい。
このＬＰＦ１におけるノイズ除去は、以下のようにして行われる。順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化することである。なおこのＬＰＦ１においても、ある程度のスパイク性ノイズを除去できるように、前記所定のサンプル数は決められるとよい。
所定のサンプル数は、以下のようにして求めるとよい。まず、この回路において考えうる最大ノイズを測定し、それに対応するディジット値を設定する。この最大ノイズを除去できるように、つまり前記ディジット値をあるサンプル数で除したときの値が「０」となるように、所定のサンプル数を定めればよい。
また通常のノイズは、入力を順次平均化することで取り除くことができる。なお本発明によるデータ処理は、高速処理のために、浮動点処理を行わず、小数以下を切り捨てて処理することが好ましい。
図８を参照して、平均化処理についてさらに詳しく説明する。図８は、デジタルフィルタを説明する図である。入力されるデータ（Ｄｎ）があり、平均化の対象となるデータセルを考える。例えば、平均化の対象とするサンプル数を「８」とした場合、８個のデータセルに順次データが入力される。その合計をサンプル数８で除して、平均化出力（Ｆ（１））が出力される。次にＤ９が、データセルに入力され、Ｄ１が払い出される。またその合計をサンプル数で除して、平均化出力（Ｆ（２））が出力される。以下同様にして、順次平均化出力（Ｆ（ｎ））が出力される。
・〔ＬＰＦ２〕：遅れ成分の生成
以上のようにして量子化ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）を、さらにデジタルフィルタ２（ＬＰＦ２）に入力する。このフィルタ２も、上記フィルタ１と同様に、順次入力される信号の所定のサンプル数の合計を、サンプル数で除して平均化している。このように入力信号を平均化することにより、ノイズ除去された信号（Ｆ１）からその遅れ成分となる信号（Ｆ２）を発生させることができる。なお、フィルタ２からの出力（Ｆ２）は、入力された信号（ＤＩＮ）に対する、２次遅れ信号と理解されてもよい。
上述した２段階のフィルタリングは、高周波成分をカットするローパスフィルタとして理解されてもよい。またこれは、アナログ回路でも実現可能である。しかし、アナログ回路では、回路定数を簡単に変化させることが困難なため、デジタルフィルタを用いることが好ましい。
・〔ＨＰＦ〕：差分の生成
つづいて、前記フィルタ１と前記フィルタ２からの２つの信号を、デジタルフィルタ３（ＨＰＦ）に入力して、前記Ｆ１とＦ２の差を求めて差分信号を発生させる。例えば、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引けばよい。差分の生成を行うフィルタリングは、前記Ｆ１とＦ２の差の高周波成分を抽出するハイパスフィルタとして理解されてもよい。
・〔差分の検出〕：衝突の検出
この差分信号の発生を捕らえることで、雨滴等の動的な付着（衝突）を判断することができる。例えば、差分信号をＦ２信号からＦ１信号を差し引いた値とすると、前記差分値が正のとき、検知面に雨滴等の衝突があったと判断すればよい。逆に、差分信号をＦ１信号からＦ２信号を差し引いた値とするならば、前記差分値が負のとき、検知面に水滴等の衝突があったと判断すればよい。
なお、量子化ノイズの除去（１次遅れ成分（ＬＰＦ１））は、ｎ＝８のデータの平均化により行い、遅れ成分の生成（２次遅れ成分（ＬＰＦ２））は、ｎ＝４のデータの平均化により行っている。ここで、ＬＰＦ２のｎ数が少ないのは、ＬＰＦ１でノイズが除去されているためである。
図９には、実際の信号およびその信号を処理した結果を示した。図９Ａのグラフには、実際の入力信号（ＤＩＮ）、ノイズ等が除去された（１次遅れ）信号（Ｆ１）、およびその（２次）遅れ信号（Ｆ２）を示した。さらに図９Ｂのグラフには、Ｆ２信号からＦ１信号を差し引いた差分信号を示した。なお横軸は時間軸である。なお図中、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突し始めている。図９は、雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
図９から明らかなように、雨滴の衝突に対応して、この場合正の差分信号（Δ（Ｆ２−Ｆ１））が発生していることがわかる。
さらに図９に示した結果より、以下のことが確認される。すなわち、ノイズ等が除去された信号（Ｆ１）に対して、その遅れ信号（Ｆ２）を生成させたとき、Ｆ１信号が急に変化している場合にはその遅れ量が大きくなり、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、その遅れ量が小さなものになることである。
さらに、Ｆ２とＦ１の差分Δ（Ｆ２−Ｆ１）を生成させると、Ｆ１信号が急に変化している場合には大きな差分が発生し、逆にＦ１信号があまり変化しない場合には、ほとんど差分が発生しないことも確認できる。
また例えば、発光素子の出力がゆっくりとシフトしているような場合は、受光索子の出力もシフトすることになる。このような場合、閾値を用いた従来の検出方法においては、閾値を固定したままでは正確な検出が困難である。したがって、自ずと複雑な判断ロジックが必要となってくる。
これに対して、本発明による遅れ信号との差分を検出する方法では、差分をとることにより、シフト量をキャンセルすることができるので、雨滴の衝突に対応して、的確な検出が可能である。またその判断ロジックも、差分の発生の検出だけでよく、非常にシンプルである。
つぎに図１０には、小雨が衝突した際の信号例を示した。図１０は、小雨時における信号を示した図であり、図１１は、検出装置のノイズレベルを示す図である。図１０において、矢印（↓）のタイミングで、雨滴が検知面に衝突している。なお横軸の時間軸は、図９のそれとは異なっている。さらにこの具体的な検出装置のノイズレベルは、図１１に示したように、約２５ｍＶである。
小雨の衝突した場合の信号の変化量は、約２３ｍＶあるいは約３０ｍＶであり、ノイズレベルと大差のない小さなものである。しかし、雨滴の衝突に対応して、正の差分信号が発生していることが確認できた。つまり本方法では、ノイズレベルの小雨であっても、その衝突を的確に検出することができる。
（閾値法により検出面への雨滴の付着を検出する方法）
一方、検出面への雨滴の付着を検出する他の方法として、受光素子の出力信号の変化と基準値との比較によって降雨を検出する周知の方法（いわゆる閾値法）を用いることができる（例えば、特開平１０−１８６０５９号）。
さらに、種々のモードに応じて複数の基準値を設定する方法（特開平１０−１８６０５９号）、順次基準値を置換更新する方法（特開平２−６８２４８号）を用いてもよい。
上記のような方法においては、受光素子に入射する光量の変化を一定の閾値と比較することにより、雨滴の付着を検出するようにすればよい。
（判断部の処理）
検出部２８から出力された、検知面を通過する水の量の検出結果，検知面への雨滴の付着の検出結果は、判断部２９に入力される。判断部２９は、これらの入力に基づいて以下の判断処理を行う。具体的には、図１２に示される処理を行う。図１２は、判断部の処理を説明するフローチャートであり、図１３は、検知面を通過する水の量を示す図であり、図１４は、水量と雨滴付着との関係を示す図である。
判断部２９は、まず検知面を通過する水の量（水量）が所定の閾値レベル（ｔｈ）以上か否か判断する（ステップ２０１）。水量がｔｈ以上の場合には、図１３のＡ１で示される領域に該当することとなる。上記図５の信号波形を例にとると、例えば、図５のＤ１における水量がｔｈを越える場合には、水量は図１３の領域Ａ１に該当する。また、車両の屋根から雨滴が垂れてくる場合であっても、Ｄ１が図５の値と近似であれば、水量は図１３のＡ１で示された領域に該当することとなる。
言いかえれば、車両が降雨状況からトンネル内に入り、車両の屋根に付着していた雨が垂れてきた場合であっても、検知面を通過する水が降雨によるものであるか否か、この段階で識別することはできない。
水量がｔｈ以上の場合には、次に、検知面への雨滴の付着が有ったか否か判断する（ステップ２０２）。
検知面への雨滴の付着がない場合には、図１４の斜線部Ａ２で示される領域に該当することとなる。この領域は、水量が多いにもかかわらずヒットが検出されない場合を示しているので、ワイパーの払拭動作によって運ばれた水は、降雨による水滴ではないと推定される（ステップ２０３）。これにより、例えば、降雨状況からトンネル内に入り、車両の屋根に付着していた雨が垂れてくるような場合においても、状況の変化が発生したことを識別することができる。
次に、判断部２９は、ワイパーの払拭頻度を下げる等の要求を行う（ステップ２０４）。これにより、上記のように状況が変化した場合にも、状況の変化に対応してワイパーの動作を制御することができる。
ステップ２０４におけるワイパーの制御要求は、ワイパーの払拭タイミング等をドライバーの感覚にマッチさせるものである。したがって、その時点でのワイパーの動作状態に応じて制御を変えるようにするとよい。例えば、判断部２９は、自動車制御用コンピュータから現在のワイパーの動作状態に関する信号を受け取り、以下のような判断を行う。
ワイパーが高速の払拭速度で動作している場合には、より遅い払拭速度へ切り替えさせる。また、ワイパーが連続モード（待機時間なし）で動作している場合には間欠モードへ、短い間欠時間で動作している場合には、より長い間欠時間へ切り替えさせるとよい。さらに、間欠モードで動作している場合には、待機状態（払拭動作なし）に移行させてもよい。
なお、状況の変化に従ってワイパーの払拭頻度を変化させることは有益であるが、上記ステップ２０１〜２０４による一回の処理結果のみに基づいて払拭頻度を変更すると不都合が生じる場合がある。例えば、小さい検知面に起因して、一回の処理では降雨を捕らえきれない場合がある。あるいは、払拭頻度の切替が短時間内に頻発し、ドライバーに違和感を与えてしまう。
したがって、上記のステップ２０１および２０２の判断を複数回行い、あるいはステップ２０１の後にステップ２０２の判断のみを複数回行い、ステップ２０２におけるＮｏの結果（雨滴の付着がない）が所定の複数回続いた場合に、ワイパーの払拭頻度を下げる要求を出力するようにすると好適である。
上記のステップ２０２においては、検知面への雨滴の付着（一回の付着）の有無に基づいて判断を行う例を示した。しかしながら本発明はこれに限られない。例えば、検知面への雨滴の検出された付着回数を積算していき、この積算付着回数に基づいて判断を行うようにしてもよい。具体的には、積算付着回数が所定の閾値を越える場合には、上記ステップ２０２の「付着有り」に該当させ、そうでない場合には上記ステップ２０２の「付着なし」に該当させるようにしてもよい。
（閾値の変化）
次に、検知面を通過する水の量の評価に用いられる所定の閾値を変化させる方法について説明する。ワイパーの払拭動作によって運ばれて検知面を通過する水の量は、降雨量の増減にしたがって変化する。加えて、検知面を通過する水の量は、ワイパーの払拭間欠時間の増減にしたがっても変化する。したがって、たとえ降雨量が一定の場合であっても、払拭間欠時間の変動に起因して検知面を通過する水の量が変化することがある。このような場合には降雨量のみを正確に評価することができない。
そこで、閾値をワイパーの払拭間欠時間にしたがって可変させることが好ましい。このようにすることにより、ワイパーの払拭動作によって運ばれて検知面を通過する水の量の値から、ワイパーの払拭間欠時間の変動の影響を除去することができ、降雨量を正確に評価することができる。具体的な処理としては、判断部２９は、ワイパーの払拭間欠時間にしたがって所定の閾値を変化させることとなる。
より詳細に説明すると、ワイパーの払拭間欠時間と、ワイパーの払拭動作によって運ばれて検知面を通過する水の量との関係について以下の知見が得られた。
まず、降雨状況が一定の場合には、ワイパーの間欠時間が増加するにしたがって、ワイパーによって運ばれて検知面を通過する水の量も増加する。理論上のモデルを考えると、降雨量が多くなく、雨滴密度が均一であり、雨滴の粒径が一定の場合には、検知面を通過する水の量は、ワイパーの間欠時間に比例して大きくなる。
次に、降雨量が少なく、雨滴の粒径が小さい場合には、ウィンドシールドガラス上に付着した雨滴が乾いてしまうため、ワイパーの間欠時間が増加しても検知面を通過する水の量が余り増加しない。
ところで、ワイパーが運ぶことのできる水の量には一定の限界がある。一般的なワイパーブレードは、まっすぐな形状を有するため、その両端部から外部への雨の流出を防ぐことができない。したがって、降雨量が多い場合には、一部の雨が外部へ逃げてしまう。加えて、ワイパーの回転により生じる遠心力、ワイパーによって集められた水に働く重力等によっても、雨がワイパーブレードから逃げてしまう。
また、検知面を通過する水の量が一定以上になると、発光素子からの光のほとんどが検知面で透過してしまうので、受光素子の出力信号が下限に達し、それ以上の水の量の増加を検出することができなくなる。
以上のことから、降雨量が多い場合には、ワイパーによって運ばれて検知面を通過する水の量の検出結果は、図１５に示すように一定の値（Ｌ）で飽和する傾向にある。図１５は、降雨量が多い場合における、ワイパー間欠時間とワイパーによって運ばれて検知面を通過する水の量の検出結果との概念的な関係を示す図である。なお、このような両者の関係は、所定の対数関数によって近似値を求めてもよい。
次に、水の量に影響を与える他の要因として、ワイパーブレードの劣化がある。ワイパーブレードが劣化すると、その刃先に生じた隙間から雨が抜け出てしまう。降雨量が少なければ少ないほど、ワイパーが集めた水の量に対して抜け出す量の比率が高くなり、ワイパーブレードの劣化の影響が大きくなる。加えて、その他の要因としては、上述した、休止位置に溜まっている水，ワイパーの払拭領域に垂れてくる水等がある。
上記の知見により、閾値をワイパーの払拭間欠時間にしたがって可変させる場合には、降雨量等の他のパラメータをさらに加味して閾値を設定することが好ましい。具体的には、降雨量が少ない場合には、閾値の増加率を低くする。降雨量が多い場合には、閾値に一定の上限を設ける等である。
（他の実施の形態）
次に、他の実施の形態として具体的な制御処理を例示する。ここで、図１６は、制御処理の流れを説明するフローチャートであり、図１７は、ワイパー動作信号と水量検出タイミングとの関係を説明する図であり、図１８は、水量と待機時間とポイント値との関係を説明するマトリックス図である。
図１６に示すように、検出部２８は、検出された水量をカウンタに積算する（ステップ３０１）。なお、ここでは、実際の水量そのものを積算する形式は取らない。水量の値としては、実際の水量と、ワイパーの待機時間との組み合せによって決定される所定のポイント値が用いられる。以下このポイント値について説明する。
図１７Ａに示すように、ワイパーは、動作信号がＯＮの期間（動作期間）に動作し、動作信号がＯＦＦの期間（待機期間）に待機状態となる。図１７では、動作期間はＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３として示され、待機期間はＷ１，Ｗ２，Ｗ３として示される。また、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のそれぞれは、異なる長さの期間（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）であるとする。図１７Ｂに示されるように、水量は、動作期間内の信号から検出される。
検出部２８は、水量が検出されると、当該水量が検出された動作期間の直前の待機期間を参照する。そして水量の値と待機期間の長さとの組み合せからポイント値を決定する。具体的には、図１８のマトリックスを用いて決定する。図１８のマトリックスにおいては、ポイント値は、水量の増加にしたがって増加し、待機期間の増加にしたがって減少するように配置されている。
一例として、最初の動作期間ＯＰ１内でｔｈ１の水量が得られたとする。ＯＰ１の直前の待機期間はＷ１である。Ｗ１とｔｈ１とを図１８のマトリックスに当てはめることにより、ポイント値６が得られる。このようにして得られた、ポイント値６をカウンタに積算する。このように構成されたポイント値を利用することにより、待機時間の変化による影響を、検出された水量から取り除くことができる。
次に、検出部２８は、水量の検出回数が所定の回数以上か否か判断し（ステップ３０２）、検出回数が所定の回数に達するまで上記のステップ３０１の処理を繰り返す。例えば、所定の回数を３回とする例について説明する。２番目の動作期間ＯＰ２に関しては、ｔｈ２の水量が得られ、待機期間はＷ２である。したがって、ポイント値６をカウンタに積算する。同様に、３番目の動作期間ＯＰ３に関しては、ポイント値６をカウンタに積算する。この段階で、カウンタには１８ポイントが積算されていることとなる。
ステップ３０２で検出回数が所定回数に達すると、次に、判断部２９は、検知面への雨滴の付着が検出部２８によって検出されたか否か判断する（ステップ３０３）。なお、雨滴付着の検出は、上述したような方法で行われ、検出結果が所定のメモリに格納されているとする。
雨滴の付着が検出された場合には、ポイント値が積算されたカウンタをゼロにクリアする（ステップ３０４）。
次に、判断部２９は、カウンタの値が閾値ｔｈ以上か否か判断する（ステップ３０５）。ここで、カウンタの値が閾値ｔｈ未満の場合とは、カウンタの積算値（上記の例では１８ポイント）自体が閾値よりも小さい場合と、上記のステップ３０４でカウンタがクリアされた場合とを含む。
そして、ステップ３０５において、カウンタの値が閾値ｔｈ以上の場合には、ワイパーの払拭頻度を下げる要求を行う（ステップ３０６）。なお、ステップ３０５において、カウンタの値が閾値ｔｈ以上の場合とは、降雨量が一定以上であるにもかかわらず、雨滴の付着が検出されない場合を意味する。
この実施の形態によれば、少ないＣＰＵ負荷および少ないメモリ容量を用いて本発明を実施することが可能となる。
以上、好適な実施の形態を用いて本発明を説明してきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。当業者は、ここに開示された技術思想に基づいて、本発明の範囲から外れることなしに適宜変更または変形を行うことが可能である。また、このような変更あるいは変形も本発明に含まれる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明によれば、不必要なタイミングで払拭動作を起こさないように制御することができ、ドライバーの感覚によりマッチしたワイパー動作を実現することができる。
本発明は、特に、車両が置かれる環境が、降雨状況からそうでない状況に変化した際に、ワイパーの払拭頻度を下げる必要がある場合において有益である。
【図面の簡単な説明】
図１は、ウィンドシールドガラス上のワイパー制御装置の設置位置を示す図である。
図２は、検知面の設置位置を示す図である。
図３は、ワイパー制御装置全体の構成を示した図である。
図４は、検知面を通過する水の量を検出する処理を説明するフローチャートである。
図５は、降雨状態での信号を例示する図である。
図６は、本方法の測定原理を説明する図である。
図７は、雨滴の検出ステップを説明する図である。
図８は、デジタルフィルタを説明する図である。
図９は、雨滴の衝突時における信号、および処理した信号を示す図である。
図１０は、小雨時における信号を示した図である。
図１１は、検出装置のノイズレベルを示す図である。
図１２は、判断部の処理を説明するフローチャートである。
図１３は、検知面を通過する水の量を示す図である。
図１４は、水量と雨滴付着との関係を示す図である。
図１５は、降雨量が多い場合における、ワイパー間欠時間とワイパーによって運ばれて検知面を通過する水の量の検出結果との概念的な関係を示す図である。
図１６は、制御処理の流れを説明するフローチャートである。
図１７は、ワイパー動作信号と水量検出タイミングとの関係を説明する図である。
図１８は、水量と待機時間とポイント値との関係を説明するマトリックス図である。
図１９は、従来の光学式レインセンサを説明する図である。

Claims (7)

1. 車輛のウィンドシールドガラスのワイパーの払拭動作を制御する方法であって、
   （ａ）発光素子から発せられた光を、車輛のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、反射光を受光素子で受光してワイパーの払拭動作によって運ばれて前記検知面を通過する水の量を検出するステップと、
   （ｂ）前記発光素子から発せられた光を、前記検知面で反射させ、反射光を前記受光素子で受光して前記検知面への雨滴の付着を検出するステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ａ）で検出された前記検知面を通過する水の量が、所定の閾値以上であるか否かを判断するステップと、
   （ｄ）前記ステップ（ｃ）で前記検知面を通過する水の量が前記所定の閾値以上であると判断された場合には、前記ステップ（ｂ）で前記検知面への雨滴の付着が検出されたか否かを判断するステップと、
   （ｅ）前記ステップ（ｄ）で前記検知面への雨滴の付着が検出されない場合には、降雨でないものと判断しワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップと、を含むワイパー制御方法。
2. 車輛のウィンドシールドガラスのワイパーの払拭動作を制御する方法であって、
   （ａ）発光素子から発せられた光を、車輛のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、反射光を受光素子で受光してワイパーの払拭動作によって運ばれて前記検知面を通過する水の量を検出するステップと、
   （ｂ）前記発光素子から発せられた光を、前記検知面で反射させ、反射光を前記受光素子で受光して前記検知面への雨滴の付着を検出するステップと、
   （ｃ）前記ステップ（ａ）で検出された前記検知面を通過する水の量が、所定の閾値以上であるか否かを判断するステップと、
   （ｄ）前記ステップ（ｃ）で前記検知面を通過する水の量が前記所定の閾値以上であると判断された場合には、前記ステップ（ｂ）で前記検知面への雨滴の付着が検出されたか否かを判断するステップと、
   （ｅ）前記ステップ（ｄ）で前記検知面への雨滴の付着が検出されなかった場合が複数回繰り返されるまで、前記ステップ（ｃ）および前記ステップ（ｄ）のうち少なくともステップ（ｄ）を繰り返すステップと、
   （ｆ）前記ステップ（ｄ）で前記検知面への雨滴の付着が検出されなかった場合が前記複数回繰り返された場合には、降雨でないものと判断しワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップと、を含むワイパー制御方法。
3. 前記ワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップは、ワイパーが高速の払拭速度で動作している場合には、より遅い払拭速度へ切り替えるステップである、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
4. 前記ワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップは、ワイパーが連続モードで動作している場合には、間欠モードへ切り替えるステップである、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
5. 前記ワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップは、ワイパーが間欠モードで動作している場合には、より長い間欠時間へ切り替えるステップである、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
6. 前記ワイパーの払拭動作の頻度を下げるステップは、ワイパーが間欠モードで動作している場合には、待機状態間へ切り替えるステップである、請求項１または２に記載のワイパー制御方法。
7. 車輛のウィンドシールドガラスのワイパーの払拭動作を制御する装置であって、
   発光素子から発せられた光を、車輛のウィンドシールドガラスのワイパー払拭領域の一部に設けられた検知面で反射させ、反射光を受光素子で受光して出力信号を発生するレインセンサと、
   前記レインセンサの出力信号に基づいて、ワイパーの払拭動作の頻度を下げる払拭頻度切替手段とを備え、
   前記払拭頻度切替手段は、
   前記レインセンサの出力信号に基づいて、ワイパーの払拭動作によって運ばれて前記検知面を通過する水の量を検出し、
   前記レインセンサの出力信号に基づいて、前記検知面への雨滴の付着を検出し、
   検出された前記検知面を通過する水の量が、所定の閾値以上であるか否かを判断し、
   前記検知面を通過する水の量が前記所定の閾値以上であると判断された場合には、前記検知面への雨滴の付着が検出されたか否かを判断し、
   前記検知面への雨滴の付着が検出されない場合には、降雨でないものと判断しワイパーの払拭動作の頻度を下げる、ワイパー制御装置。

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