雨滴检测传感器、雨滴计测装置、雨刷驱动装置及使用这些装置的车辆的制作方法

专利名称：雨滴检测传感器、雨滴计测装置、雨刷驱动装置及使用这些装置的车辆的制作方法
技术领域：
本发明是关于检测雨滴的雨滴检测传感器，使用该传感器对雨滴量进行计测的雨滴计测装置及对应于所测雨滴量而驱动雨刷的雨刷驱动装置，以及具有检测雨滴的功能的汽车。
过去，在汽车等车辆中设有如图28、29中所示为了自动驱动雨刷而可以检测出雨滴量的雨滴检测传感器。
图28所示出的是全反射式雨滴检测传感器。
图中，70表示前窗玻璃，71、72为分别设在前窗玻璃70内侧的发光元件与受光元件，并在前窗玻璃的内侧分别与发光元件71、受光元件72相对设置有棱镜73、74。
当发光元件71发出的光经棱镜73照射在前窗玻璃70上时，若前窗玻璃70处于未附着雨滴75的状态，则光在前窗玻璃70内进行全反射，经棱镜74而射向受光元件72。
另一方面，若前窗玻璃70上附着有雨滴75，光就会通过雨滴75而向外侧泄漏，从而使受光元件72所接收的光量降低，利用这种原理通过对受光元件72受光量的检测而检知雨滴75。
图29所示出的是静电容量式雨滴检测传感器。
这种雨滴检测传感器借助于一对透明电极76a、76b之间静电容量的变化而检知雨滴75，其透明电极76a、76b则安装在前窗玻璃等车体的表面上。
图30所示出的是压电振动式雨滴检测传感器。
这种雨滴检测传感器是在车体表面上安装压电振子77，用此压电振子77把雨滴75落下时的振动转换为电信号而检测出雨滴的存在。
在上述三种雨滴检测传感器中，图28的全反射式雨滴传感器，因为必须把传感器安装在雨刷擦拭面的对面，故会妨碍司机的视野，另外，若是为了加大雨滴检测区域而加大发光元件71与受光元件72之间的距离，则会产生检出精度下降的问题。
在图29的静电容量式雨滴检测传感器中，由于当电极76a、76b之间充满雨滴75时会使静电容量达到饱和状态，故需要设置除去雨滴75的机构。
而图30中的压电振动式雨滴检测传感器则有对雾雨等小的雨滴由于不能得到足够的振动而不能检测雨滴，以及对声音等引起的空气振动产生误检出的问题。
为了解决这些问题。出现了(实开昭61-123963号公报)把发光元件与受光元件相对地配置在车体的适当部位，通过受光元件的受光量变化而检测雨滴型式的雨滴检测传感器。
图31示出了上述雨滴检测传感器的外形，在壳体82的两端形成突出部83、84。在突出部83、84内分别容纳着发光元件80与受光元件81。
在这种结构中，当雨滴通过发光元件80与受光元件81之间时，雨滴遮住了发光元件80所发出的光使受光元件的受光量减少，以此来检测雨滴的通过。
然而，在上述的结构中，发光元件80的投射光不仅向前方而且向上下方向发散，这些发散光的反射光与干扰光也射到受光元件81上，因而易受干扰影响，也会出现不能得到高精度检出结果的问题。
过去，作为光学方式检测雨滴的传感器，已知有把光学系统与检测电路都收容在一个壳体中的雨滴检测传感器(例如，实开昭62-156859)，在把这些传感器安装在雨滴降落之处汽车就具备了能检测雨滴的功能。
但是，由于过去的传感器是把光学系统与检测电路收容在一个壳体内，传感器本身较大，把它们安装在车体上时向外突出很多，因而会出现下列问题1、碍眼(对于买车人来说车体设计是非常重要的，若安装了其它物件(传感器)而使车体外形发生变化，就是个非常大的问题)；2、空气阻力增大。
而且，在车体上安装传感器应在接受不到车体反射光的部位，即要使光学系统位于与车体有一定距离的部位，这就更加大了其向外的突出，从而成为更加碍眼及空气阻力更大的原因。
另外，在图32中示出了现有技术的雨滴检测传感器的实例，在PWB(印刷电路板)101上固定的投光部102与受光部103为传感器本体，将其固定在金属板104上并填充树脂109，再整体插入作为防水罩的壳体105中，盖上底板106，再用树脂111进行防水处理，透光窗107是透过从投光部102发射的光束用的窗口，透光窗108是透过射向受光部103的光束用的窗口，电缆110则供连接图中未示的车体上的电路与传感器之用。
这种结构虽然是意在防止因温度变化、振动等而产生光轴偏斜以及防水的结构，但由于固定电缆110的树脂111的填充部分短，在水压高等情况下存在着水从电缆周围侵入的危险，而且由于把传感器整个插入防水罩中，还有使整体加大的缺点。
本发明的目的是提供投射带状光并利用雨滴横穿此带状光时受光量的变化来检测雨滴。从而能简单而正确地检测雨滴的小型化雨滴检测传感器，以及提供适于把它用于汽车上的各种装置。
为达到上述目的所采用的手段请参照各权利要求。
若使用权利要求1的雨滴传感器，由于投光部所投射的光为带状光，所以能正确地检测雨滴的大小。(这里，限定为带状光，是由于带状光才能检测雨滴的大小)。
对于权利要求11的雨滴传感器，由于投光和受光部设在车体外侧，壳体上又有夹持着车体一部分的夹持部，故能使传感器小型化。
对于权利要求22的雨滴传感器，由于投光和受光部设在车体外侧，用固定基板与壳体夹持在车体的一部分上，能使传感器小型化。
对于权利要求25的雨滴传感器，由于有从投光和受光部伸出而插入车体用于安装的插入部，因而它能容易地安装在车体前栅上。
对于权利要求28的雨刷装置，由于使用投光部所投射的光为带状光的雨滴传感器，故能正确地检测雨滴的大小，从而控制雨刷。
对于权利要求29的车辆，由于使用投光部所投射的光为带状光的雨滴传感器，故能正确地检测雨滴的大小，控制雨刷、提高车辆的安全性。
对于权利要求30的车辆，由于雨滴传感器的投光和受光部设在车体外侧，而传感器的处理电路设置在车体的内侧，因而不致损害车体的外观。


图1是表示本发明一实施例的把雨刷驱动装置安装在车辆上的实例说明图；图2是表示发光部与受光部的结构实例的说明图；图3是表示发光部与受光部内部结构实例的说明图；图4是雨刷驱动装置的另一实施例说明图；图5是表示图4的雨刷驱动装置的投光和受光部外观的透视图；图6是发光部与受光部的另一结构例的说明图；图7是发光部与受光部的再一种结构实例的说明图；图8是表示雨滴检测原理的说明图；图9是表示受光率变化与雨滴大小的关系的说明图；图10是表示雨滴大小与下落速度的关系的说明图；图11是表示求雨滴下落速度的方法的说明图；图12是表示检测区域与降雨量的关系的说明图；图13是表示图1中雨刷驱动装置的电气结构的方框图；图14是驱动发光部的同步信号与受光脉冲信号的说明图；图15是表示雨滴分类用阈值设定例的说明图；图16是表示雨滴分类用界限值设定例的说明图；图17是表示图4雨刷驱动装置的电气结构的方框图；图18是表示求受光率最小值的处理程序的流程图；图19是表示求受光率最小值的处理程序的说明图；图20是表示从受光率变化时间求雨滴下落速度处理程序的流程图；图21是表示求受光率变化时间处理程序的说明图；图22是表示根据降雨量控制驱动雨刷程序的流程图；图23是表示水滴飞溅造成的受光率变化的说明图24是表示根据雨滴量控制驱动雨刷程序的流程图；图25是表示驱动雨刷用界限值设定例的说明图；图26是表示根据降雨量控制驱动雨刷程序的流程图；图27是表示根据雨滴量控制驱动雨刷程序的流程图；图28是表示以往的雨滴传感器的说明图；图29是表示以往的雨滴传感器的说明图；图30是表示以往的雨滴传感器的说明图；图31是表示以往的雨滴传感器的说明图；图32是进一步表示以往的雨滴传感器的说明图；图33是进一步表示雨滴检测传感器的实施例说明图；图34是表示电缆引出结构的一个实例的说明图；图35是投光部与受光部的组装图；图36是雨滴检测传感器的一具体组装结构的实例图；图37表示把雨滴检测传感器安装在车辆发动机盖上的情况；图38是雨滴检测传感器的外观图；图39是雨滴检测传感器安装在发动机盖上状态的断面图；图40表示把雨滴检测传感器安装在保险杠的情况；图41是雨滴检测传感器安装在保险杠上状态的断面图；图42是雨滴检测传感器安装在前栅格上的情形；图43是雨滴检测传感器安装在前栅格上时传感器的外观图；图44是雨滴检测传感器安装在前栅格上时的断面图；图45表示雨滴检测传感器安装在车辆顶棚上的情况；图46是把雨滴检测传感器安装在车辆顶棚上时的断面图；图47是表示除了带状光以外的平行光束的一个例子。
以下对实施例进行说明图1表示把本发明的一实施例的雨刷驱动装置安装在汽车上的例子。
图1中，1表示汽车发动机罩，2是前窗玻璃，成一对的发光部5与受光部6以一定间隔相对地配置在机罩1与前窗玻璃2的交界处上。
放大单元3与控制装置4装在车体之内，上述发光部5与受光部6均连接到放大单元3上，此放大单元3将后述的同步信号传给发光部5使之间歇地发射带状光(图中用8表示)，在把受光部6所接受的光进行放大处理与数字化处理后，把处理后的受光量输出给控制装置4。
控制装置4是用从放大单元3接收来的受光量而检测雨滴并在既定条件下驱动车辆雨刷的装置，它从已数字化的受光量数据检查受光率的变化，以受光率变化作为有雨滴通过发光部5与受光部6之间而进行检测，进而控制装置4还由该检测结果来求出雨滴量，当此雨滴量达到预先设定的界限值时向雨刷驱动电路(图中未示出)发出驱动信号。
图中点划线表示雨刷7的擦拭面。
如图2所示，上述投光部5和受光部6是以一定间隔相对配置的。
此发光部5与受光部6是把发光器9，受光器10(均表示在图3中)配置在各自的壳体11、12中构成的，在各壳体11、12的相对的面上分别形成投射与接收带状光8的槽孔30、31(图3中所示)。
图3表示发光部5、受光部6的内部结构与带状光8的关系。
上述壳体11之内装设着发光器9，该发光器9由发光二极管LED等发光元件32及把该发光元件32所发的光变成平行光的准直透镜33所构成，来自准直透镜33的平行光通过槽孔30而投射出带状光8。
受光部6侧的槽孔31位于带状光8的通路上，在壳体12内部装有受光器10，该受光器10由汇聚所通过的带状光8用的聚光透镜35和接受来自聚光透镜35的光的受光元件34所构成。
进而，为使雨滴不附着在发光面与受光面上，各壳体11、12均用高吸水性材料(例如海绵等)构成，而且要把上述发光器9与受光器10配置在与各槽孔30、31有足够距离的位置上。
在汽车常速行驶时，为使雨滴13近于垂直地进入带状光8中，此发光部5与受光部6的各槽孔30、31的纵长方向要相对于水平面成45°角设置，这样就使带状光8的通过领域14具有雨滴检测区的功能。
此外，发光部5、受光部6的安装位置不一定限于图1中的位置，也可以安装在能使两者之间能通过雨滴的车体上的任何位置上。
图4示出了雨刷驱动装置的另外的例子。
此实施例中，使发光部5与受光部6一体化固定配置在机罩1与前窗玻璃2的间隙中，而控制装置4则配置在车体的内部。
上述控制装置4除了设有把直流电供给发光部5和受光部6的电源之外，与第1实施例相同，通过检出受光部6的受光量变化而检测到通过带状光8的雨滴之后，用该检测结果算出雨滴量，进而控制装置4在该雨滴量到达所定的界限值时向雨刷驱动电路输出驱动信号。
图5表示发光部5与受光部6的具体例，是由把和上述图3相同的发光器9、受光器10分别装在其中的壳体36、37和支持板40构成的。
各壳体36、37的各有向下方突出的侧板38、38，这些侧板38、38与上述支持板40的两侧部分连接成一体。
另外在各侧板38、38上分别形成切口部39、39，借助于把机罩1的边缘插入切口部39、39中并把支持板40插入机罩1与前窗玻璃2之间的间隙中，而把各壳体36、37以靠近前窗玻璃2前面的状态安装在发动机罩1上。
在构成发光部5的壳体36的里面开设投射带状光8用的矩形槽孔30，而在构成受光部6的另一壳体37的里面与之相对地开设接收带状光8用的相同矩形形状的槽孔(图中未示)。在把各壳体36、37装在机罩1上时，各槽孔的纵长方向与水平面成45°角。
而且，除了发光器9、受光器10之外，在各壳体36、37之内还设有驱动发光器9、受光器10用的驱动电路等。
在上述各实施例中，虽然是分别把发光器9与受光器10相向地配置，并从发光器9向受光器10投射带状光8而构成的，但不局限于此，也可以采用把发光器9与受光器10设置成朝同一方向，再用反光镜等反射装置把带状光8导向受光器10而构成的结构。
图6中，把发光器9与受光器10水平方向平行地设置，为了把带状光8导向受光器10而在带状光8的通路上设置两个反光镜45、46。
图7是把发光器9与受光器10在垂直方向上平行设置的例子，在此场合下也是用两个反光镜45、46把来自发光器9的带状光8导至受光器10的。
上述图6与图7中的各实施例中的任何一个都可用于图1与图4中所示的实施例中，连接到发光部5与受光部6的装置的结构也与第1、第2实施例相同。
另外，在这些实施例中，若把发光器9、受光器10与各反光镜45、46制成一体，就能容易地安装在车体上。
图8示出了雨滴检测原理，表示出在上述检测区14内无雨滴状态下受光率为1的受光率随时间的变化。在时刻t1雨滴到达检测区14，雨滴遮住一部分带状光使受光率减少，随着雨滴下落受光率逐渐减少，在整个雨滴进入检测区的时刻t2受光率成为最小值Emin，其后，随着雨滴移出检测区14受光率增大，在雨滴脱离检测区14的时刻t3受光率恢复为1。
在停车状态下，假定雨滴是垂直地落入检测区14的，上述受光率的最小值Emin与受光率变化时间T(从图8中的时刻t1到t3的时间)随雨滴直径成比例地增大。
图9表示上述受光率的变化与雨滴大小的关系，图中，典型A、B、C、D、E分别表示直径为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm的雨滴通过检测区时受光率的变化，各自的受光率最小值m1、m2、m3、m4、m5与受光率变化时间T1、T2、T3、T4、T5随直径的增大而增大。
车在行走状态中时，受光率的变化与雨滴大小的关系虽然与上述相同，但受光率的变化时间与雨滴大小之间的比例关系方面会由于车的行进速度而引起误差。
另一方面，在靠近地面的雨滴下落速度与雨滴大小之间的关系上则可确认如图10所示的关系成立，从上述受光率的变化时间与车的行驶速度可以容易地求出雨滴下落速度。
图11(1)(2)示出了求雨滴下落速度的方法。
图中Cv与V分别表示车行驶速度与雨滴13的下落速度，而Pv则是雨滴13通过带状光8的速度，是用上述受光率的变化时间与带状光8的厚度算出的。
从图可以看出，雨滴的下落速度V是由下式(1)算出的。V=Pv2-Cv2......---(1)]]>而车的行驶速度Cv则可用安装在车辆上的车速传感器容易地测量出来。
在本发明的雨刷驱动装置中，是以使雨滴确实地一滴一滴地滴入的状态来设定检测区的大小的，用上述图9、10的原理检测受光率的变化量，在检测受光率的变化时间后，从变化时间与车的信号速度算出雨滴的下落速度，从而检测在检测区内有无雨滴及雨滴的大小。
图12表示检测区与降雨量的关系。
图中，S表示检测区的面积(mm2)，V表示降雨量(mm/秒)，而Pv与r分别表示通过检测区的雨滴速度(mm/秒)与雨滴的半径(mm)。
降雨量V是由过去的数据而预先设定的固定值。
若假定以检测区为一面区，则1秒内通过该检测面的雨滴数n可用下式(2)表示。n=V•S42πr3=3SV4πr3---(2)]]>若以X代表落入检测区中雨滴13、13之间的平均距离，则可用下式(3)求得X值。X=Pvn---(3)]]>
要使检测区内雨滴为一滴滴落入，则必须满足式(4)的条件X＞2r.......(4)用式(2)与式(3)改写式(4)则可得式(5)S<2πr2Pv3V---(5)]]>过去的最高瞬时降雨量的记录为10分钟内降雨49mm，落至地面上雨滴最小半径约为0.25mm，此雨滴的平均下落速度为2m/秒，把这些值代入式(5)中，则得S＜3206mm2，据此把例如发光部5的开放部的横向宽度设定为20mm，把发光部5与受光部6的距离设定为125mm，则检测区14的面积S为2500mm2，就能满足式(5)的条件而设定出检测区。
图13表示出第1实施例雨刷驱动装置的电气结构。
上述放大单元3是由驱动电路15，放大电路16，同步信号发生部17，A/D转换部18等构成的，把同步信号发生部17输出的同步信号提供给驱动电路，使上述发光元件32间歇地发光，到达受光元件33的光量变换为电信号后用放大电路16进行放大，再用A/D转换部18使之数字化。
上述同步信号发生部17的同步信号也提供A/D转换部18，这样，A/D转换部18就把对应于发光元件32的发光计时的光量变换为脉冲信号输出。
图14(1)表示提供给上述驱动电路15的同步信号，图14(2)表示从上述A/D转换部18输出的变换脉冲(下面称之为“受光脉冲信号”)，同步信号发生器17每隔一定时间间隔t0输出有一定电平H的脉冲信号。
A/D转换部18在与上述同步信号同步的计时内输出有一定电平的脉冲信号。
在这种情况下，若当检测区14中为无雨滴状态，则输出有一定电平P0的受光脉冲信号，当雨滴开始进入检测区14(时刻t1时)受光脉冲信号电平降低，在检测区14中完全落入了雨滴时(时刻t2)，成为最小值Pmin，其后，雨滴脱离检测区(时刻t3时)受光脉冲信号恢复至原电平P0。
再看图13，控制装置14是由雨滴检知部19、雨滴量计测部20，界限值存储部21，系数值存储部22，雨刷驱动控制部23，动作方式存储部24等构成的。
雨滴检知部19接受来自放大单元3的A/D转换部18的上述受光量数据，维持无雨滴状态下的脉冲信号电平(P0)，然后在各脉冲电平变动时，检知其变动值并算出受光率的最小值与变化时间。
在算出雨滴变化时间的情况下，雨滴检知部19读取设在车辆中的车速传感器47的检测信号而对车速进行计测，用上式(1)算出雨滴的下落速度。
把所算出的受光率最小值与雨滴下落速度作为雨滴的检测数据输出给雨滴量计测部20。
雨滴量计测部20取得雨滴检知部19的输出数据并进行后述的处理，算出作为雨滴量的降雨量与雨滴数中的任何一个数据，并把所得值输出给雨刷驱动控制部23，在动作方式存储部24中存储着作为驱动雨刷的条件的既定界限值，雨刷驱动控制部23在上述计测值达到此界限值时向雨刷驱动电路25输出驱动信号。
界限值存储部21是利用雨滴检知部19的雨滴检知数据，存贮用于对通过带状光8的每个雨滴的大小进行分组的界限值的装置，系数值存储部22则是把算出降雨量用的系数值存储于雨滴的各组中的装置。
图15(1)、(2)与图16(1)、(2)分别表示存贮在界限值存储部21中的界限值的设定例。
图15(1)、(2)中设定5个受光率界限值e1～e5(e1＞e2＞e3＞e4＞e5)把所检测到的雨滴分为5组g1～g5，将雨滴检知部19算出的受光率的最小值Emin与各界限值进行比较，而把雨滴分到某一组中。
在图示例子中，受光率最小值Emin在界限值e3、e4之间，此时雨滴应分入g4组中。
图16(1)、(2)中利用图10中所示的雨滴下落速度与大小之间的关系设定界限值，在下落速度轴上设定5个界限值V1～V5(V1＜V2＜V3＜V4＜V5)，把所检知的雨滴分为g1～g5的5组。
界限值的设定方法并不限于图示例中的方法也可以设定6个以上的界限值以对雨滴进一步细分类。此外，还可以根据周围环境的明亮程度而设定多组界限值的组合，设定可根据汽车照明的打开与关闭或司机的手动操纵而进行选择的某种界限值的组合。
图17表示第2实施例的电气结构。
在上述投光部5上配置有投光元件32与驱动此投光元件32的驱动电路48，在受光部6上配置受光元件33与驱动它的驱动电路49，以及对受光元件33的受光量进行放大处理的放大电路50。
上述控制装置4，与第1实施例一样，除了有雨滴检知部19，雨滴量计测部20，界限值存储部21，系数值存储部22，雨刷驱动控制部23，动作方式存储部24之外，其构成还包括电源电路52，带通滤波器53，A/D转换部54和同步信号发生部55等。
上述电源电路52在车辆行驶中连续地向带通滤波器53、上述投光与受光部5、6的驱动电路48、49供给直流电流。
带通滤波器53只允许来自上述放大电路50的受光量信号中既定范围的频率的信号通过，通过的信号经A/D转换部54后输出。
同步信号发生部55产生有既定时间间隔的脉冲信号并输至上述A/D转换部54中，A/D转换部54则根据此脉冲信号把所接受的来自上述带通滤波器53的模拟量信号转换成脉冲信号而输出，结果和上述图14中例一样，每隔既定时间t0把受光脉冲信号送至雨滴检知部19。
以下各部分结构由于与第一实施例相同，在此，省略其说明。
下面，叙述上述第一、第二各实施例共同的控制程序。
图18与图19表示利用雨滴检知部19来检测受光率变化量的程序，下面边参照图19按图18中的各步骤(图中表示为“ST”)依次对处理程序进行说明。
在以下说明中，Pa表示由各受光脉冲表示的受光量(下称“受光数据”)，Pmax表示各受光数据中的最大值，Ps表示供检出受光率变化的标准值，E表示受光率，Emin为受光率的最小值。
在处理的第1阶段，雨滴检测部19依次读入来自A/D转换部18或54的受光脉冲，并检验各脉冲电平之间是否分布散乱(步骤1、2)，若所读入的既定数量(n个)受光数据的变动在规定的偏差内，则步骤2为“NO”，从其中设定出最大值Pmax与标准值Ps(步骤3、4)。
如图19中所示的，标准值Ps是从最大值Pmax中减去根据数据的散乱程度规定的误差ΔP而求得的。
然后在步骤5中，雨滴检测部19把受光率的最小值Emin初始设定为“1”后，读入最新的受光数据Pa并把它与最大值Pmax比较(步骤6、7)。
若此受光数据Pa超过最大值Pmax，步骤7为“NO”，再返回步骤1重新设定最大值Pmax，界限值Ps。
若受光数据Pa低于最大值Pmax，步骤7为“YES”，雨滴检测部19把此受光数据Pa与界限值Ps相除而算出受光率E，并检验此受光率是否低于“1”(步骤8、9)。
在图19的例子中，对设定最大值Pmax，标准值Ps用的n个受光脉冲Q1～Qn进行采样，后续受光脉冲a的电平超过标准值Ps时，步骤9为“NO”，并返回步骤6，再读入下个受光数据，在下面进行同样的处理之后，在得到低于界限值Ps的数据时(图19的受光脉冲6)，步骤9为“YES”，转入步骤10，雨滴检测部19在确认此时的受光率E小于最小值Emin后，更新最小值Emin的值(步骤11)，再返回步骤6读入下一数据。
在图19的例中，受光脉冲b后续的两个脉冲c、d依次电平降低，其间反复进行步骤6～11的处理并更新受光率最小值Emin。
从新的受光数据Pa算出的受光率E超过最小值Emin时(图19中的受光脉冲e的情形)，步骤10为“NO”，雨滴检测部19输出受光率最小值Emin即图示例场合中受光脉冲d的受光率。
图20与21示出检测受光率变化时间并从检测结果算出雨滴下落速度的程序。
这种场合中，也是雨滴检测部19先采集既定数量(n个)受光数据，再设定最大值Pmax、标准值Ps，然后初始设定(步骤1～5)′在受光率变化时间T中上述脉冲之间的时间间隔t0(如图14所示)。
其后，与上述同样地读入最新的受光数据Pa，若根据此数据的受光率E小于1，则雨滴检测部19用脉冲间的时间间隔t0更新变化时间T(步骤6～10)。
在图21的例子中是对受光脉冲b～f进行步骤6～10的处理，依次更新变化时间T，其后的受光脉冲g受光数据大于标准值Ps，此时受光率大于1，故步骤9为“NO”，收到这样的判定时，雨滴检测部19在确认此时的变化时间T比t0大之后，利用此变化时间T算出雨滴通过带状光8的速度Pv(步骤11、12)。
然后，雨滴检测部19在步骤13中取得上述车速传感器47的检测结果并对车的行进速度Cv进行计测之后，把此行进速度Cv与上述通过速度Pv代入上式(1)而算出雨滴的下落速度V，并把此值作为检测结果进行输出(步骤14)。
在步骤6～11的循环未进行一周而步骤9为“NO”的场合，步骤11的判定也是“NO”，则在不进行变化时间T的输出的情况下返回步骤6，再读入下一个受光数据。
图22表示借助于雨滴量计测部20及雨刷驱动控制部23利用由图18的程序检测的受光率最小值Emin算出降雨量而控制雨刷动作的程序，在以下的说明中，R表示累计降雨量，R0为在上述动作方式存储部24中所存储的驱动雨刷用的界限值，m1～m5表示对于分别被划入上述g1～g5组中(图15所示)的雨滴算出其体积用的系数值(存储在上述系数值存储部22中)。
雨滴量计测部20首先用步骤1初始设定降雨量R为“0”，接着用步骤2读入由雨滴检测部19所检测的受光率最小值Emin。
如图9中所示的，受光率的变动值与雨滴直径成比例，就能从受光率最小值Emin求出雨滴的大小。
雨滴量计测部20首先把接收到的受光率最小值Emin与上述5个标准值e1～e5进行比较，判定此雨滴属于哪个组(步骤3～7)。
若所检测到的雨滴属于第1组g1，则步骤3为“YES”，雨滴量计测部20把该组g1的设定的系数值m1与界限值e1相乘而算出雨滴体积的近似值r(步骤8)。
对于分入到其它组g1～g5中已分组的雨滴也同样地把有关各组的系数值与界限值相乘而算出雨滴体积的近似值r(步骤9～12)。
其后，雨滴量计测部20用借助于上述程序算出的雨滴体积近似值r更新降雨量R，并把此值输送给雨刷驱动控制部23(步骤13)，雨刷驱动控制部23判定此降雨量R是否达到界限值R0，若判定为“YES”，则向雨刷驱动电路25输出驱动信号(步骤14，15)。
进而，如图23所示，如果比最大雨滴更大的水滴(例如由对面行车等飞溅来的水滴等)进入检测面时，受光率的最小值Emin低于最大雨滴所属组别g5的界限值e5，则步骤3～7的判定全部为“NO”，这种场合，直接转入步骤15，并发出雨刷驱动信号。
图24表示用受光率的最小值Emin累计雨滴数计测雨滴量并驱动雨刷的程序，这种场合，如图25所示，把上述各组g1～g5中所定的雨滴数TH1～TH5设定为界限值，并存入上述动作方式存储部22中，雨滴量计测部20相应于所检出的雨滴的大小依次算出各组雨滴的累计数，当任何一组的累积雨滴数超过其界限值时，雨刷驱动控制部23就发出雨刷驱动信号。
在下面的说明中，N1～N[5表示各组的累积雨滴数。
在步骤1中把各累积雨滴数N1～N5的初始值设定为“0”后，和图22的程序相同，读入受光率最小值Emin，与各界限值e1～e5进行比较，判定雨滴属于哪一组(步骤3～7)。
若所检知的雨滴属于第gk组(K＝1～5)，则用雨滴量计测部20使该组的累积雨滴数Nk递增(步骤8、10、12、14、16)。雨刷驱动控制部23把此累积雨滴数Nk与相当的界限值THK进行比较(步骤9、11、13、15、17)，若超过其界限值则输出雨刷驱动信号(步骤18)。
而且，对于雨滴的下落速度V也可以用如图14中所示的界限值V1～V5把雨滴分入g1～g5中的任意一组，累积各组中算出的降雨量，雨滴数就能控制驱动雨刷。
图26表示根据雨滴的下落速度V对雨滴进行分类后，求出降雨量来控制驱动雨刷的程序，图中q1～q5是在系数值存储部22中所存储的供算出有关各组g1～g5降雨量的系数值。
这个程序可按上述的图22中的程序一样看待，故在此省略其程序的详细说明。
图27表示根据雨滴的下落速度V求出雨滴数而控制驱动雨刷的程序，此程序可如在上述图24中的程序一样对待，详细说明亦省略。
进而在图22、26的各实施例中，虽然算出降雨量的方法是由把雨滴进行分类用的界限值与所定系数值相乘而求出各雨滴体积的近似值，并将其累计而得出降雨量的，但是并不局限于此，也可以把所检测到的受光率最小值Emin或雨滴下落速度V代入所定的变换式中而求得。
如前所述，此实施例是以在汽车常速行驶时雨滴垂直地通过检测区14为前提的，此时使带状光8的光面相对于水平方向配置成45°角状态地设置发光部5与受光部6，但如果把发光部5、受光部6的倾斜角度设定成可随车速变更而不管车速如何总能使雨滴垂直地通过检测区14时，则能使检测更加正确。
此外，作为由于某种原因检测不到雨滴的对策，可采用下述结构，即在上述动作方式存储部24中设置雨刷的不驱动时间的上限值，若不驱动雨刷的时间超过此上限值则输出雨刷驱动信号。
为了能根据操纵者与环境变化等而改变雨刷的驱动条件，可事先设定一定的变动值，按照需要把这变动值附加在图25例中的界限值TH1～TH5上。
在此实施例中虽然举出了对每个雨滴进行检测而计测雨滴量，再根据此计测值来驱动汽车雨刷的雨刷驱动装置的一个例子，但本发明并不限定于此种实施例。
例如，以无线方式把汽车与既定的台站相联，发送用上述方法计测到的雨滴量计测值，实时地掌握台站方面各地的降雨情况，建立起把所得到的情报信息与各地的操作人员沟通降雨状况的情报系统等的种种应用都是可以考虑的。
如上所述的本发明由于是依据对于带状光的受光量的变化而对雨滴进行检测的，故不受干扰光与反射光的影响，能简单而正确地对雨滴进行检测。
图33是进一步示出雨滴检测传感器的实施例。在该图中，在金属板201的两端部各有突出部202，金属板201固定着投光部203与受光部204，并被用作壳体，金属板201的断面为图中所示出的“L”形结构，在此情形下，金属板201本身作为光学基准面，是一种有较强抗振动、抗弯曲的结构。
而且，如图33(2)中所示地，金属板201上固定的投光部203，受光部204与突出部202都覆盖着防水罩205，并用粘结剂粘接，金属板201下部设置PWB208，并填充树脂206，分别从投光部203、受光部204引出导线203′、204′，并连接在PWB208上。电缆207设在树脂206与L型金属板201的弯曲部之间，向外引出。
在这样的结构中，由于投光部(或受光部)与金属板同时用防水罩覆盖，可以防止水从外部侵入，而且传感器的外形只取决于金属板的大小和投光部、受光部，全体地插入防水罩中能做到更加小型化，另外，由于在这种结构中只有投光部、受光部是突出的，当装在车上时能使突出部分小型化。
图34中示出电缆引出的实例，把电缆207插入到传感器整体的一半的程度，连同PWB208一起充填树脂206，可确保其防水性能。因为电缆207与树脂206的接合面加长，就能完全防止水等从电缆207的周围侵入。
这种结构能在用树脂固定电路元件与电缆的同时确保防水性能，一次完成费时的树脂充填，可望因工时减少而使成本降低。
图35是投光部与受光部的具体例子，投光部203由LED构成的发光元件201、棱镜211及盛装它们的投光部壳体212构成，受光部204则由PD构成的受光元件213、棱镜214及盛装它们的受光部壳体215构成，发光元件210发出的光经棱镜211向外透射，经过棱镜214射到受光元件213上。
图36中示出了分别在投光部、受光部上附加必要的最低限电路(PWB)的具体的组装图，投光部203由发光元件210、有开口部218的盖217、投光部壳体212、安装在投光部壳体侧面上的组合着必要电路的PWB219、棱镜211及槽缝216构成。将它们依次组装而成投光部203。发光元件发出的光经开口部218、投光部壳体212的内部、棱镜211、槽缝216而射向受光部204，受光部204也大致是这样的结构，把这样组装成的投光部与受光部安装在金属板201的突出部202上，并如已说明的那样覆盖防水罩205，在防水罩205上有透光窗口108。
借助于这样的结构，在处理微弱信号时由于受光元件与初级放大器配置靠近，能构成抗干扰性强的结构。
下面说明在汽车上安装本发明的雨滴传感器问题，此处所使用的雨滴检测传感器的光学系统是与图3中所述同样的系统。
首先，图37是安装在发动机罩上的传感器的具体实例，汽车271的机罩272的靠近风挡玻璃一侧的端部上安装着断续透光式雨滴检测传感器241，安装在此位置，既能检出风挡附近的雨滴也不会影响司机的视野，还能尽可能地减小空气阻力，而且传感器只是其投光单元251与受光单元261突出于机罩272之上。
图38是本发明的雨滴传感器的外观实例，在用作底板的底板部件262的两端上，突出地设置投光单元251和受光单元261。在这些投光、受光单元251、261中分别设有投光部与受光部，在此哪个是投光单元哪个是受光单元都没关系。而且投、受光用的处理电路也设在底板部件262之中，从而能使投光单元及受光单元的尺寸变小，投光单元251及受光单元261各在其靠近底板部件262的部分上变细而形成夹持部263，这样，夹持部263与机罩272相嵌合就把传感器241固定在发动机罩272上了。
此外，也可以把投、受光处理电路分别设在投、受光单元251、261之内。此时，在受光部内受光元件与受光处理电路间的距离变短，更能抗干扰。
图39是把传感器安装在机罩上的状态的断面图，传感器241的夹持部嵌合在机罩272上的，传感器241在与机罩272相接的部分上还设有弹性件273以防损伤机罩272，图中274为洗涤器喷嘴，275为电缆。
图40示出了本发明的雨滴检测传感器安装在保险杠上的实例。把具有图38所示外观的雨滴检测传感器241设置在车辆前保险杠276上，只使其投、受光单元251、261呈突出状态。图41是把雨滴检测传感器安装在保险杠上的状态的断面图，传感器241的夹持部嵌合在保险杠276上，传感器241与保险杠276相接的部分上由于有弹性材273，可以防止损伤保险杠276。借助于这样的结构，使传感器外露部分变小，还能减少空气阻力。
图42示出的是把本发明的雨滴检测传感器安装在前栅格上的实例，传感器设在车辆两前灯278之间的冷却空气进入散热器的位置上。因此，从外面只见到投光单元251和受光单元261，图43示出了安装在前栅格上的雨滴检测传感器281的外观，投光单元251和受光单元261分别设在U字形的底板部件282的两端上，投、受光处理电路设在底板部件282之中。此外，也可以利用底板部件282安装在车体上。此时，使用底板部件282的一部分或其全部均可，使用一部分时最好是使用弯曲部分283。图44是把雨滴检测传感器安装在前栅格上状态的断面图，用底板部件282把雨滴检测传感器281安装在前栅格277上，此时，传感器281设在比前栅格277更靠前的位置上。
图45是把本发明的雨滴检测传感器装设在车棚上的实例，雨滴传感器241装设在车辆271的顶棚291上，成为只有投光单元251和受光单元261向外突出的状态。图46是安装在顶棚上时的断面图，传感器241以其夹持部嵌在顶棚291上，由于在传感器241与顶棚291相接的部分上有弹性件273，因而可以防止顶棚291受损伤。
图47示出了使用非带状光的平行光束的一个实例，只要拆除图3所示的光学系统中投、受光部分的槽缝30、31就能构成这种筒状的平行光束。在检出雨滴数方面与带状光是同样的。
权利要求
1.一种雨滴传感器，其特征在于它具有投射带状光的投光部，接收从上述投光部发来的带状光的受光部，及至少根据上述受光部的受光量来检出雨滴的检出装置。
2.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述检出装置是借助于上述受光部的受光量变化来检出横切上述带状光的雨滴的大小的。
3.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述检出装置是借助于上述受光部的受光量变化来检出横切上述带状光的雨滴的个数的。
4.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述检出装置是借助上述受光部的受光量变化来检出降雨量的。
5.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，它是一种装备在车辆上的传感器，其结构为在安装到车辆上时，使带状光相对于车辆行进方向成为前方向下倾斜的状态。
6.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，它是装备在车辆上的传感器，它设有可调节带状光倾斜角度的装置，以适应车速的变化。
7.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部与受光部相对地配置。
8.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述受光部接受由反射装置反射来的带状光。
9.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部发出脉冲光。
10.如权利要求1所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部发出连续光。
11.一种雨滴传感器，其特征在于，它由投光部、受光部、处理电路部以及容纳着这些部分的壳体构成，还具有夹持部，它利用该壳体以夹持住车体的一部分从而将传感器安装在车体上，在安装到车体上时至少上述投、受光部露出于车体的外面。
12.如权利要求11所述的雨滴传感器，其特征在于，上述处理电路部在安装到车体上时配置在车体的内侧。
13.如权利要求11所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部与受光部相对地配置。
14.如权利要求11所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部投射带状光。
15.一种雨滴传感器，其特征在于，它具有投光部、受光部，固定上述投光部及受光部的固定部件，以及容纳他们的壳体，还具有夹持机构，它利用该壳体以夹持住车体的一部分，从而将传感器安装在车体上，并在安装在车体上时至少使上述投、受光部露出车体外侧。
16.如权利要求15所述的雨滴传感器，其特征在于，当其安装在车体上时，上述固定部件配置在车体内侧。
17.如权利要求15所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部与受光部相对地配置。
18.如权利要求15所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部投射带状光。
19.一种雨滴传感器，其特征在于，它具有投光部、受光部、处理电路部，在将其安装在车体上时，上述投、受光部露出车体外侧，而上述处理电路则隐藏在车体内侧，上述投光部、受光部及处理电路部容纳在壳体内，还具有夹持结构，它利用该壳体以夹持住车体的一部从而将传感器安装在车体上，在该夹持部制做中，使其一侧容纳上述投、受光部，另一侧容纳处理电路部。
20.如权利要求19所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部和受光部相对地设置。
21.如权利要求19所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部投射带状光。
22.一种雨滴传感器，其特征在于它具有投光部、受光部、固定投光部及受光部的固定部件，覆盖上述投光部与受光部的罩盖，在上述固定底板与罩盖上形成夹持住车体的一部分以便装在车体上的夹持结构，安装在车体上时至少上述投、受光部露出车体外侧。
23.如权利要求22所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部与受光部相对地配置。
24.如权利要求22所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部投射带状光。
25.一种雨滴传感器，其特征在于，它具有投光部、受光部、处理电路部，装于车体上时，上述投、受光部露出车体外侧，而上述处理电路部则隐藏在车体内侧，还具有从上述投、受光部延伸出的插入部结构，用以插入车体内并装在车体上，上述处理电路部固定或者容纳在该插入部中。
26.如权利要求25所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部与受光部相对地设置。
27.如权利要求25所述的雨滴传感器，其特征在于，上述投光部投射带状光。
28.一种自动雨刷装置，包括以光学方式检测雨滴的雨滴传感器，根据该雨滴传感器的一定输出信号对雨刷装置发出既定的雨刷操作指令的控制装置及接受该控制装置的指令而进行驱动的雨刷装置，其特征在于，上述雨滴传感器由投射带状光的投光部，接收从上述投光部发来的带状光的受光部及至少根据上述受光部的受光量来检出雨滴的检出装置所构成。
29.一种装有光学方式检测雨滴的雨滴传感器的车辆，它能根据该传感器的输出控制其它装置，其特征在于，上述雨滴传感器由投射带状光的投光部，接收从上述投光部发来的带状光的受光部及至少根据上述受光部的受光量来检出雨滴的检出装置所构成。
30.一种装有光学方式检测雨滴的雨滴传感器的车辆，它能根据该传感器的输出控制其它装置，其特征在于，上述雨滴传感器的投、受光部设置在车体外侧，而上述传感器的处理电路部分则设置在车体内侧。
31.如权利要求30所述的装有雨滴检测传感器的车辆，其特征在于，上述雨滴传感器设置在发动机罩的靠近前窗玻璃处。
32.如权利要求30所述的车辆，其特征在于，上述雨滴传感器设置在保险杠上。
33.如权利要求30所述的车辆，其特征在于，上述雨滴传感器设置在前栅格上。
34.如权利要求30所述的车辆，其特征在于，上述雨滴传感器设置在车辆顶棚上。
全文摘要
本发明涉及雨滴传感器、有关的自动雨刷及具有检测雨滴功能的汽车。该雨滴传感器包括投射带状光的投光部、接收带状光的受光部及根据受光量检测雨滴的检测装置，可利用夹持部、夹持机构、夹持结构或插入结构部装在车体上，并至少使投、受光部露出车体外侧。利用该雨滴传感器可组成自动雨刷装置。该雨滴传感器可装在车辆的发动机罩、保险杠、前栅格或顶棚上。
文档编号B60S1/08GK1115728SQ9510574
公开日1996年1月31日 申请日期1995年4月26日 优先权日1994年4月26日
发明者福井浩, 酒井泰诚, 高木润一 申请人:欧姆龙公司