ES2203997T3 - Detector de la altura del sol. - Google Patents

Abstract

Detector de la posición del sol para vehículos automóviles con un agrupamiento de sensores (3) fotosensible con un sinnúmero de puntos de imagen y una máscara perforada (2, 11, 12) que proyecta sombra sobre distintas zonas del agrupamiento de sensores (3) en función de la posición del sol, estando conectado este agrupamiento de sensores (3) a una unidad de procesamiento para la evaluación de la dirección de los rayos del sol y el control de dispositivos actores, y habiéndose practicado en la máscara perforada (2, 11, 12) al menos una abertura de paso (5) para dejar que penetre la luz y que da lugar a una estructura de luz que se dispone de tal forma que se iluminen zonas particulares de la superficie fotosensible del agrupamiento de sensores (3) y que está configurada de tal forma que, a partir de los puntos de imagen del agrupamiento de sensores (3) irradiados según el ángulo de incidencia de la luz solar que penetra a través de la abertura de paso (5), puede obtenerse una señal precisa enfunción del ángulo de incidencia de la luz solar, caracterizado porque la, al menos una, abertura de paso (5) presenta dos segmentos (6, 7) que convergen entre sí y por el hecho de que se prevé como agrupamiento de sensores una línea sensora (3) transversal al recorrido longitudinal de los dos segmentos convergentes (6, 7) de la, como mínimo una, abertura de paso (5).

Description

Detector de la altura del sol.

La invención se refiere a un detector de la posición del sol para vehículos automóviles con un agrupamiento de sensores fotosensible con un sinnúmero de puntos de imagen y una máscara perforada que proyecta sombra sobre distintas zonas del agrupamiento de sensores en función de la posición del sol, estando conectado este agrupamiento de sensores a una unidad de procesamiento para la evaluación de la dirección de los rayos del sol y el control de dispositivos actores, y habiéndose practicado en la máscara perforada al menos una abertura de paso para dejar que penetre la luz y que da lugar a una estructura de luz que se dispone de tal forma que se iluminen zonas particulares de la superficie fotosensible del agrupamiento de sensores y que está configurada de tal forma que, a partir de los puntos de imagen del agrupamiento de sensores irradiados según el ángulo de incidencia de la luz solar que penetra a través de la abertura de paso, puede obtenerse una señal precisa en función del ángulo de incidencia de la luz solar.

Los detectores de la posición del sol se emplean en vehículos automóviles para la regulación de la temperatura interior. Por ejemplo, por el documento DE 40 41 770 C1 se conoce un sensor solar mediante el cual se regula la instalación de aire acondicionado del vehículo en función de la intensidad de la radiación solar. Un sensor solar de este tipo se compone básicamente de un conversor optoelectrónico al que se conecta una lente para la detección de la máxima amplitud de entorno. Este tipo de dispositivo permite detectar la intensidad de radiación de la luz solar incidente, pero no puede evaluar la posición del sol.

Por el documento DE 38 21 743 A1 se conoce un detector de la posición del sol en el que se emplean dos sensores solares de este tipo como unidad sensora. Los sensores se disponen respectivamente de tal forma que puede determinarse la dirección de incidencia de la luz. Con este propósito se pueden disponer los sensores con cierto ángulo entre ellos, o bien separarlos por medio de una máscara perforada o placa de separación. Las intensidades de luz obtenidas por los dos sensores pueden diferenciarse en función de la incidencia de la luz, de modo que de esta diferencia puede inferirse dicha dirección de incidencia. Los dos sensores solares están conectados a una unidad de procesamiento en la que se lleva a cabo la evaluación de la intensidad de luz solar obtenida y en función de la cual se puede regular la instalación de aire acondicionado independientemente del lado.

Un detector de la posición del sol de este tipo se dispone generalmente en la cara superior del cuadro de mandos del automóvil, detrás del parabrisas. Así, la máscara perforada está orientada en la dirección de la marcha, con un sensor solar a la izquierda y otro a la derecha. Si a este detector de la posición del sol llega luz solar desde el frente o desde arriba, se iluminan en el mismo grado los sensores solares derecho e izquierdo. En consecuencia, la instalación de aire acondicionado de cada lado del vehículo se controlará de forma equivalente. Si, en cambio, la luz incide con cierto ángulo lateral sobre el detector de la posición del sol, por ejemplo, desde el lado del copiloto, la intensidad de luz es detectada por el sensor solar derecho. Al sensor izquierdo, en cambio, no llega la luz por efecto de la máscara perforada. Esta detección de la intensidad diferenciada para los dos sensores permite inferir hasta cierto punto la posición del sol, concretamente su posición derecha, centrada o izquierda. En el ejemplo mencionado, el aire acondicionado se ajustará correspondientemente con una mayor intensidad por el lado del copiloto, más iluminado, que por el del conductor, situado en la sombra.

Con este detector de la posición del sol conocido se puede llevar a cabo una detección de la posición derecha, izquierda o centrada del sol. Existe, sin embargo, el deseo de determinar con un detector de la posición del sol no ya sólo la posición relativa a la disposición del sol a la derecha, a la izquierda o centrada, sino también con relación a su altura en el espacio que queda por encima del automóvil. Una detección de la posición del sol resulta especialmente deseable cuando se requieren funciones que dependen de la altura del sol, como, por ejemplo, el control de tonalidad de lunas electrocrómicas.

Por el documento DE 195 48 578 A1 se conoce un sensor de intrusión de infrarrojos pasivo selectivo de posición. Dicho sensor sirve para la determinación del calor estático y dinámico de objetos radiantes, la determinación de su posición y para la determinación de su dirección de movimiento. Para la determinación de la posición, la unidad sensora posee varios receptores que cubren distintas zonas angulares, solapándose parcialmente las zonas angulares de los receptores contiguos. Las señales de salida de los receptores se obtienen por comparación de las intensidades recibidas por los diversos receptores, de donde se puede obtener la dirección de incidencia de las radiaciones calóricas recibidas. Sin embargo, este dispositivo no resulta adecuado para su empleo en la detección de la posición del sol en un vehículo automóvil.

Por el documento AT 403 095 B se conoce otro detector de la altura del sol. El objeto de este documento consiste en un sensor de medición de la radiación solar para radiación global y radiación difusa. En el detector de la posición del sol conocido por este documento se prevé una barra vertical de distribución de sombra alrededor de cuyo pie, de forma circular y concéntrica, se disponen cierto número de receptores fotosensibles. Dependiendo de la dirección de incidencia de los rayos solares se sombrean diferentes receptores, a partir de lo cual puede determinarse la dirección de incidencia de dichos rayos. Este dispositivo no resulta adecuado para la determinación, además, del ángulo de incidencia, el azimut. Además, en este detector de la posición del sol conocido resulta desventajosa su configuración abovedada, ya que ello dificulta su disposición sobre la carrocería del vehículo.

Por el documento US 5 483 060 A se conoce otro detector de la posición del sol según el preámbulo de la reivindicación 1. Este detector de la posición del sol utiliza como unidad sensora un agrupamiento de sensores con múltiples puntos de imagen individuales en disposición bidimensional. La máscara perforada situada sobre el agrupamiento de sensores presenta como estructura de luz una cruz. En función de qué zonas del agrupamiento de sensores reciben luz a través de la estructura de luz por su superficie fotosensible se puede determinar la dirección de incidencia de los rayos solares. Con este detector de la posición del sol se puede igualmente obtener el ángulo de incidencia en función de la altura del sol. Sin embargo, en este detector de la posición del sol conocido resulta desventajoso el hecho de que se requieren unos costos considerables en software y hardware para su funcionamiento preciso.

Partiendo del estado de la técnica anteriormente discutido, la invención se propone el objetivo de desarrollar un detector de la posición del sol del tipo mencionado al principio de tal modo que pueda llevar a cabo una detección precisa de la posición del sol con un coste reducido en hardware y en computación.

Este objetivo se consigue, según la invención, por el hecho de que una abertura de paso, por lo menos, presenta dos segmentos que convergen entre sí y por el hecho de que se prevé como unidad sensora una línea sensora transversal al recorrido longitudinal de los dos segmentos convergentes de la, como mínimo una, abertura de paso.

Este detector de la posición del sol utiliza una máscara perforada en la que se practica una abertura de paso de luz para la penetración de luz solar que genera una estructura de luz que comprende dos segmentos convergentes entre sí. Como agrupamiento de sensores se emplea una línea sensora transversal al recorrido longitudinal de estos dos segmentos de la abertura de paso de luz convergentes entre sí.

En este dispositivo se prevé que la longitud de la línea sensora sea significativamente mayor que la distancia de separación entre los dos segmentos convergentes entre sí. Estos segmentos convergentes de la abertura de paso de luz, que dan lugar a la correspondiente estructura de luz, sirven para la determinación precisa de la dirección de incidencia y del ángulo de incidencia de los rayos solares. Gracias a la línea sensora transversal al recorrido convergente de los dos segmentos, la distancia decreciente de separación entre ambos segmentos, con su proyección sobre la parte sensora dependiente de la posición del sol, constituye una medida del azimut del sol, y la posición de dichas estructuras de luz separadas y definidas por el azimut del sol una medida de la dirección de incidencia de la radiación solar.

Mediante un detector de la posición del sol de este tipo, que se coloca adecuadamente en el techo del automóvil para abarcar todo el espacio situado sobre el mismo, se puede llevar a cabo una determinación de la posición del sol que proporcione información acerca del ángulo sólido de los rayos solares incidentes. Esta posibilidad diferenciada de determinación permite la utilización del detector de la posición del sol en el control de tonalidad de lunas electrocrómicas. En función del azimut del ángulo incidente pueden tintarse, por ejemplo, las ventanas sólo en su parte superior o bien, en caso necesario, en toda su superficie, pudiéndose prescindir de parasoles. Este detector de la posición del sol proporciona también información referente a la dirección de incidencia de los rayos solares, de modo que pueden tintarse correspondientemente las lunas laterales, la luna frontal o únicamente la luna posterior según sea necesario. Además, con el detector de la posición del sol según la invención pueden desempeñarse otras funciones dependientes de la posición del sol, como, por ejemplo, un control del sistema de aire acondicionado.

La abertura de paso se configura preferentemente en forma aproximada de Y, de modo que los dos segmentos convergentes entre sí conformen una ranura frontal conjunta. Esta ranura frontal conjunta puede poseer bordes paralelos. Un detector de la posición del sol de este tipo se coloca preferentemente con la ranura frontal orientada hacia delante en la dirección de marcha del vehículo. Así, la línea sensora, dispuesta transversalmente al recorrido longitudinal de los segmentos convergentes, se monta en dirección transversal a la dirección de marcha. La disposición de una ranura frontal conjunta no disminuye el poder de resolución del detector de la posición del sol, ya que sólo en el caso de que los rayos incidan de forma directamente frontal y posean además un ángulo de incidencia muy reducido se produce una proyección desde la ranura frontal sobre la línea sensora. Para una posición del sol tal que los rayos incidan sobre el detector a través de su ranura frontal, puede llevarse a cabo una diferenciación izquierda-derecha a lo largo de toda la amplitud de la línea sensora.

Del mismo modo, los correspondientes extremos opuestos a la ranura frontal conjunta de los segmentos convergentes pueden orientarse paralelamente entre sí. La longitud de separación máxima entre los segmentos convergentes determina finalmente también la longitud de la línea sensora a utilizar. Como ésta no debería presentar una longitud innecesariamente grande, y como en posiciones del sol muy bajas en las que los rayos inciden sobre el vehículo por su parte posterior no se hace necesaria una discriminación izquierda-derecha en todo el perímetro, pueden disponerse de forma paralela los extremos posteriores de los segmentos convergentes.

En un ejemplo de realización se prevé disponer la máscara perforada a una distancia de separación determinada por encima de la superficie del agrupamiento de sensores. Mediante esta distancia entre la máscara perforada y la superficie del agrupamiento de sensores se modifica, entre otros parámetros, el poder de resolución del detector de la posición del sol. Asimismo, mediante esta distancia de separación se define el alcance del espacio observable. Si la distancia entre la máscara perforada y la superficie fotosensible es pequeña, puede alcanzarse un espacio mayor que si se dispone una distancia de separación grande. En este caso la resolución de la detección de la posición del sol resultará correspondientemente menor. Así pues, debe escogerse la distancia de separación entre la máscara perforada y el agrupamiento de sensores de tal modo que tanto el espacio observable como el poder de resolución sean lo suficientemente grandes.

En otro ejemplo de realización se prevé la disposición de una cara frontal de un haz de fibras conductor de luz en la separación anteriormente mencionada de la máscara perforada, haz de fibras a través del cual se transporta la estructura de luz a la superficie fotosensible del agrupamiento de sensores. En este caso, el agrupamiento de sensores puede montarse, por ejemplo, en una posición central en el vehículo. Esta configuración presenta la ventaja de que no se requiere la disposición de ningún componente eléctrico ni electrónico en el techo. Sin embargo, en este caso debe tenerse en cuenta que el poder de resolución de un detector de la posición del sol de este tipo viene determinado también por el diámetro de las fibras individuales del haz de fibras.

Otras ventajas y configuraciones de la invención se incluyen en el resto de subreivindicaciones, así como en la descripción del ejemplo de realización que sigue. Las figuras muestran:

La Fig. 1, una vista superior esquemática de un detector de la posición del sol con la utilización de una línea sensora como agrupamiento de sensores,

La Fig.2, una sección transversal del detector de la altura del sol de la figura 1 a lo largo de la línea A-B,

La Fig.3, una sección longitudinal del detector de la altura del sol de la figura 1 a lo largo de la línea C-D,

La Fig.4a, b, otras máscaras perforadas para un detector de la altura del sol con empleo de una línea sensora, y

La Fig.5, el diagrama de señal de una línea sensora iluminada por una estructura de luz según el detector de la altura del sol de la figura 1.

Un detector de la altura del sol 1 comprende una máscara perforada 2 y una línea sensora 3 dispuesta debajo de la misma. La línea sensora 3 se aloja en una caja de sensor 4, como se puede ver en la figura 2. En la máscara perforada 2 se practica una abertura de paso 5 que, una vez iluminada por la luz solar, genera cierta estructura de luz. Esta estructura de luz, o partes de ella, iluminan distintos entramados de píxeles de la línea sensora 3.

La abertura de paso de luz 5 comprende dos segmentos 6, 7 convergentes entre sí que desembocan en una ranura frontal 8 por sus extremos convergentes. Los extremos de los segmentos 6, 7 opuestos a la ranura frontal 8 desembocan en sendas ranuras posteriores 9, 10 paralelas.

En función de la dirección de incidencia y del ángulo de incidencia de la luz solar, que incide sobre la superficie de la máscara perforada 2 con rayos paralelos, se irradian distintos entramados de píxeles de la línea sensora 3 por parte de los segmentos de la estructura de luz constituida por la abertura de paso 5 resultantes según la posición del sol.

El detector de la altura del sol 1 se aloja en el techo de un vehículo automóvil, debajo de un cristal transparente, con la ranura frontal 8 orientada hacia delante en la dirección de avance del vehículo y, correspondientemente, con las ranuras posteriores 9, 10 de la abertura de paso 5 orientadas hacia atrás. La línea sensora 3 se dispone así en posición transversal a la dirección de avance del vehículo, como se indica mediante los ejes de coordenadas con las direcciones x e y. La distancia de separación de los segmentos 6, 7 refleja el ángulo de posición del sol en dirección x. En este caso se da una diferenciación de la posición del sol en esta dirección exclusivamente en la zona de los segmentos 6, 7 convergentes. En la zona de la ranura frontal 8, así como en la zona de las ranuras posteriores 9, 10, no puede hacerse ninguna diferenciación de la posición del sol en esta dirección debido a su disposición paralela respecto del eje x. Esto, además, no resulta necesario, ya que de todos modos estos segmentos sólo están iluminados por la luz solar en caso de que el sol se encuentre extremadamente bajo y, por tanto, presente un ángulo de incidencia muy reducido. Por ello, las ranuras posteriores 9, 10 se disponen paralelas entre sí, de modo que la longitud de la línea sensora 3 no tenga que dimensionarse muy grande.

Suponiendo que la radiación solar incide desde arriba y desde el lado derecho, se ilumina un segmento del agrupamiento de sensores 3 tal como el que se refleja en las figuras 2 y 3. En estas figuras puede verse claramente que la distancia de separación entre la máscara perforada 2 y la línea sensora 3 influye tanto sobre el poder de resolución del detector de la altura del sol 1 como sobre el azimut mínimo observable de la posición del sol.

La posición del sol puede calcularse a partir de la obtención de los dos ángulos sólidos \alpha y \beta. Puede considerarse para ello tanto la posición absoluta de la proyección total sobre la línea sensora 3 como la posición relativa de las dos proyecciones parciales de los segmentos 6, 7 entre ellas.

En lugar de las máscaras perforadas 2 mostradas en las figuras 1-3, pueden utilizarse, por ejemplo, máscaras perforadas 11, 12 como las mostradas en las figuras 4a y 4b.

Las señales de lectura de la línea sensora 3 para la irradiación solar supuesta se representan en la figura 5. En ella se observan claramente las respectivas zonas de píxeles iluminadas por los rayos solares que atraviesan los segmentos 6, 7. La separación b entre los flancos de los dos picos de señal constituye una medida de la dirección de incidencia de los rayos solares en la dirección x; la distancia media a, que se mide desde el borde de la línea sensora 3, constituye una medida de la dirección de la radiación solar en dirección y. Los ángulos reales \alpha, \beta mostrados en las figuras 2 y 3 no tienen una dependencia lineal de a y b, sino en virtud de las siguientes fórmulas:

\alpha = arctan (d / a),

\hskip1cm

\beta = arctan (k \cdot b / d),

donde d corresponde a la distancia de separación entre la máscara perforada 2 y la línea sensora 3, y k corresponde a la elevación de la abertura de paso 5.

Los datos obtenidos con la línea sensora 3 pueden evaluarse además a través de su pendiente de flanco o de otros parámetros de iluminación para obtener informaciones adicionales referentes a la situación de iluminación. Por ejemplo, se puede configurar la sensibilidad de la línea sensora de tal modo que quede saturada en caso de recibir una radiación solar directa. Así pueden obtenerse flancos de señal muy empinados en comparación con los que resultan en caso de irradiación de luz difusa, mucho más planos. Mediante la obtención de la intensidad total de luz, con el detector de la altura del sol 1 también puede llevarse a cabo una conexión y desconexión del sistema de iluminación del vehículo.

Lista de signos de referencia

1	Detector de la altura del sol
2	Máscara perforada
3	Línea sensora
4	Caja de sensor
5	Abertura de paso
6	Segmento de la abertura de paso
7	Segmento de la abertura de paso
8	Paso frontal
9	Segmento posterior
10	Segmento posterior
11	Máscara perforada
12	Máscara perforada
a	Distancia al borde de la separación media
	entre flancos
b	Separación entre flancos
\alpha	Ángulo de incidencia en dirección x
\beta	Ángulo de incidencia en dirección y

Claims (5)

1. Detector de la posición del sol para vehículos automóviles con un agrupamiento de sensores (3) fotosensible con un sinnúmero de puntos de imagen y una máscara perforada (2, 11, 12) que proyecta sombra sobre distintas zonas del agrupamiento de sensores (3) en función de la posición del sol, estando conectado este agrupamiento de sensores (3) a una unidad de procesamiento para la evaluación de la dirección de los rayos del sol y el control de dispositivos actores, y habiéndose practicado en la máscara perforada (2, 11, 12) al menos una abertura de paso (5) para dejar que penetre la luz y que da lugar a una estructura de luz que se dispone de tal forma que se iluminen zonas particulares de la superficie fotosensible del agrupamiento de sensores (3) y que está configurada de tal forma que, a partir de los puntos de imagen del agrupamiento de sensores (3) irradiados según el ángulo de incidencia de la luz solar que penetra a través de la abertura de paso (5), puede obtenerse una señal precisa en función del ángulo de incidencia de la luz solar, caracterizado porque la, al menos una, abertura de paso (5) presenta dos segmentos (6, 7) que convergen entre sí y por el hecho de que se prevé como agrupamiento de sensores una línea sensora (3) transversal al recorrido longitudinal de los dos segmentos convergentes (6, 7) de la, como mínimo una, abertura de paso (5).

2. Detector de la altura del sol según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos segmentos (6, 7) convergentes entre sí de la abertura de paso (5) conforman una ranura frontal conjunta (8).

3. Detector de la altura del sol según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los extremos libres de los dos segmentos (6, 7) convergentes discurren paralelos entre sí.

4. Detector de la altura del sol según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agrupamiento de sensores (3) se dispone a una cierta distancia de separación por debajo de la máscara perforada (2, 11, 12).

5. Detector de la altura del sol según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la estructura de luz generada por la abertura de paso (5) está acoplada a la superficie frontal anterior de un haz de fibras conductor de luz que irradia con la radiación de luz emitida por las otras superficies frontales del haz de fibras la superficie fotosensible del agrupamiento de sensores.