JP2020082837A - ウィンドウガラス加熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウィンドウガラスの「車載カメラの撮像範囲に対応するガラスの部分」に付着した氷を融解させるためのウィンドウガラス加熱装置を提供する。【解決手段】ウィンドウガラス加熱装置は、車載カメラの撮像範囲に対応するウィンドウガラスの部分の全体を含む撮像ガラス部(FGC)に付着した氷を融解させるための熱を発生するヒータ(40)を備える。ヒータ(40)は、液体流れ方向における上流側の特定部分に付与する単位面積あたりの熱量が、特定部分よりも液体流れ方向における下流側の部分に付与する単位面積あたりの熱量よりも大きくなるように、撮像ガラス部(FGC)を加熱する。【選択図】図7

Description

本発明は、車両のウィンドウガラスの一部を加熱することによって「ウィンドウガラスのうちの車載カメラの撮像範囲に対応する部分」に付着した氷を除去するための、ウィンドウガラス加熱装置に関する。
予防安全システム(例えば、プリクラッシュセーフシステム(PCS))は、車両に搭載されたカメラ(以下、「車載カメラ」と称呼する。)を使用して障害物を検出する。車載カメラは、車両のフロントウィンドウガラスの車幅方向の中央部且つ上部に対向するように車室内に配設される。車載カメラは、車両の室内からフロントガラスを通して、車両の前方の風景及び障害物を撮像する。
ところで、「車載カメラの撮像範囲に対応するフロントガラスの部分(以下、「特定ガラス部」と称呼する場合がある。)の内面に結露が生じると、車載カメラは車両の周囲の風景及び障害物を適正に撮像することができなくなる。そこで特定ガラス部をヒータにより加熱することにより、特定ガラス部に結露が発生することを防止する装置が多数提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照。)。
特開2017−206080号公報 特開2017−185896号公報
フロントウィンドウガラスの外面には、空気中の水分或いは雪が氷となって付着することがある。氷が特定ガラス部の車室外面に付着すると、車載カメラは車両の周囲の風景及び障害物を適正に撮像することができない。従って、このような氷を融解させて除去する必要がある。
しかしながら、特定ガラス部の全体をヒータにより加熱することによりそのような氷を融解させるためには、非常に大きなエネルギーが必要である。特に、障害物をより広い範囲に渡って検出可能な車載カメラは大きな画角を有するので、特定ガラス部の面積が非常に大きくなり、それ故、氷を融解するために更に大きなエネルギーが消費される。
本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、より小さいエネルギー消費量で「車載カメラの撮像範囲に対応するガラスの部分」に付着した氷を除去することが可能なウィンドウガラス加熱装置(以下、「本発明加熱装置」とも称呼する。)を提供することにある。
本発明加熱装置は、
車両(10)の室内に配置され且つ前記車両のウィンドウガラス(FG)を通して前記車両の外部を撮像する車載カメラ(30)の撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体を含む撮像ガラス部(FGC)に付着した氷を融解させるための熱を発生するヒータ(40、90、100)を備える。前記撮像ガラス部は、前記撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体と一致していてもよく、前記撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体と一致していなくてもよい。
撮像ガラス部のうち、撮像ガラス部の車室外側面上にて液体が流れる方向である液体流れ方向における上流側の特定部分が加熱され、その特定部分に付着していた氷が融解して水に変化すると、その水は撮像ガラス部のうちの特定部分よりも下流側の部分へと流れる。その水は氷の温度よりも高いから、その水によって「特定部分よりも下流側の部分に付着している氷」も融解するか、その氷に僅かな熱を加えるだけで融解する。
そこで、本発明加熱装置における前記ヒータは、
前記撮像ガラス部のうち、前記撮像ガラス部の車室外側面上にて液体が流れる方向である液体流れ方向における上流側の特定部分(FGC1及びFGC2の一方)に付与する単位面積あたりの熱量が、前記撮像ガラス部のうち、前記特定部分よりも前記液体流れ方向における下流側の部分(FGC1及びFGC2の他方)に付与する単位面積あたりの熱量よりも大きくなるように、前記撮像ガラス部を加熱するように構成されている。
従って、本発明加熱装置は、上流側の特定部分及び下流側の部分を均一に加熱することによりそれらの部分に付着している氷を融解する場合に比べ、より少ないエネルギー消費量でそれらの部分に付着している氷を融解することができる。よって、本発明加熱装置は、従来装置に比べ、より少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部に付着した氷を除去することが可能である。
本発明装置の一態様において、
前記ヒータ(100)は、
少なくとも前記車両が停止しているとき(図14のステップ905及びステップ1420のそれぞれで「Yes」との判定)、前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱する(ステップ1430)、ように構成される。
この態様によれば、車両が停止しているとき、撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部を特定部分として加熱することにより、上流側の特定部分の車室外側面に付着していた氷を熱によって融解して水へと変化させる。車両が停止しているとき、融解した水は下方へと流れるので、その水によって特定部分よりも下方の部分に付着した氷が容易に融解される。
本発明装置の一態様において、
前記ヒータ(40、90、100)は、
前記車載カメラの撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体を加熱可能に構成される。
この態様によれば、ヒータによって、車載カメラの撮像範囲に対応するウィンドウガラスの部分の全体を加熱することができるから、当該部分の車室内側面の曇りを除去することができる。更に、特定部分よりも下流側の部分に付着した氷に、前記特定部分から流れてくる水のみならずヒータからも熱を直接的に付与することができる。従って、この態様は、より少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部の外面の主たる部分に付着した氷をより早期に除去することができる。
本発明装置の一態様において、
前記ヒータ(40、100)は、
前記車載カメラの撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体の車室内側面に密着されたヒータである。
この態様によれば、ヒータが車載カメラの撮像範囲に対応するウィンドウガラスの部分の全体の車室内側面に密着されているので、当該部分の全体にヒータが発生する熱が効率的に伝達される。従って、この態様は、より少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部の外面の主たる部分に付着した氷をより効率的に除去することができる。
本発明装置の一態様において、
前記ヒータ(90)は、
前記車両の室内において前記車載カメラの前方且つ下方に延在し前記撮像ガラス部に対向するように配置されたフード部(31a)に配設されている。
この態様によれば、フード部、車載カメラ及び撮像ガラス部によって画成された(比較的密閉性の高い)空間の温度を、フード部に配置されたヒータからの熱によって容易に上昇させることができる。従って、この態様は、少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部の外面の主たる部分に付着した氷を融解でき且つ少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部の内面の主たる部分の曇りも除去することができる。
本発明装置の一態様において、
前記ヒータ(40)は、
前記特定部分の全体の車室内側面に密着されたヒータである。
この態様によれば、上流側の特定部分にのみに対してヒータが発生する熱が直接付与される。従って、この態様は、ヒータを小型化することができる。
本発明装置の一態様において、
前記車両の車速を検出する車速検出部(61)と、
前記ヒータ(100)へ供給される電力を制御する制御ユニット(60)と、
を備え、
前記制御ユニットは、
前記車速が閾値車速以下である場合(ステップ1420での「Yes」との判定)、前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱し(ステップ1430)、
前記車速が閾値車速より高い場合(ステップ1420での「No」との判定)、前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の下側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱する(ステップ1460)ように、
前記ヒータへ供給される電力を制御するように構成される。
前記ウィンドウガラスが前記車両のフロントウィンドウガラスであれば、車速が閾値車速以下であって走行風がウィンドウガラスに当たらない場合、撮像ガラス部の車室外側面に付着した液体は上方から下方へと流れる傾向にある。これに対し、車速が閾値車速より高い場合であって走行風がウィンドウガラスに当たる場合、撮像ガラス部の車室外側面に付着した液体は下方から上方へと流れる傾向にある。
そこで、上記態様においては、車速が閾値車速以下である場合、撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部が特定部分として加熱される。更に、車速が閾値車速より高い場合、撮像ガラス部を上下に二分割した場合の下側の部分の一部又は全部が特定部分として加熱される。従って、この態様は、車速が低い場合のみならず高い場合においても、少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部の外面の主たる部分に付着した氷を融解することができる。
上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び/又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び/又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の第1実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(第1加熱装置)を備えた車両の正面図である。 図2は、第1加熱装置の概略回路ブロック図である。 図3は、車載カメラを収容するカメラ収容ケースの斜視図である。 図4は、第1加熱装置を備えた車両の車載カメラ近傍部分の側面図である。 図5の(A)は、図1に示した車両のフロントガラスを車両の上方から見たときのそのフロントガラスを示した略線図である。(B)は、そのフロントガラスを車両の側方から見たときのそのフロントガラスを示した略線図である。 図6の(A)は、図2に示したヒータの構成を示した概略図である。(B)は、(A)の線1−1に沿ってヒータを切断した概略断面図である。 図7の(A)は第1加熱装置のヒータが加熱する撮像ガラス部に氷が付着した状態を示した撮像ガラス部の概略断面図である。(B)は第1加熱装置のヒータが作動した後の状態を示した概略断面図である。 図8の(A)は参考加熱装置のヒータが加熱する撮像ガラス部に氷が付着した状態を示した撮像ガラス部の概略断面図であり、(B)は参考加熱装置のヒータが作動した後の状態を示した概略断面図である。 図9は、図2に示したカメラECUのCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図10の(A)は本発明の第2実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(第2加熱装置)が加熱する撮像ガラス部に氷が付着した状態を示した撮像ガラス部の概略断面図である。(B)は第2加熱装置のヒータが作動した後の状態を示した概略断面図である。 図11は、第2加熱装置のヒータの正面図である。 図12は、本発明の第3実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(第3加熱装置)の概略回路ブロック図である。 図13の(A)は図12に示した第1ヒータを車両前方から見た図であり、(B)は(A)の2−2線に沿ってヒータを切断した概略断面図であり、(C)は図12に示した第2ヒータを車両前方から見た図である。 図14は、第3加熱装置のカメラECUが備えるのCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図15の(A)は第3加熱装置のヒータが加熱する撮像ガラス部に氷が付着した状態を示した撮像ガラス部の概略断面図であり、(B)は第3加熱装置のヒータが作動した後の撮像ガラス部の概略断面図である。 図16の(A)は第1加熱装置の第1変形例のヒータが加熱する撮像ガラス部の概略断面図であり、(B)は(A)に示したヒータを車両前方から見た図である。 図17の(A)は第1加熱装置の第2変形例のヒータの構成を説明するための図であり、(B)は第3変形例のヒータの構成を説明するための図である。図17の(C)は第1加熱装置の第4変形例のヒータの構成を説明するための図であり、(D)は第5変形例のヒータの構成を説明するための図である。 図18の(A)は第1加熱装置の第6変形例のヒータの構成を説明するための図であり、(B)は第7変形例のヒータの構成を説明するための図である。図17の(C)は第1加熱装置の第8変形例のヒータの構成を説明するための図であり、(D)は第9変形例のヒータの構成を説明するための図である。
以下、本発明の各実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置について図面を参照しながら説明する。実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。
<<第1実施形態>>
(概略構成)
本発明の第1実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(以下、「第1加熱装置」と称呼する。)は、図1に示した車両10に搭載されている。車両10は、駆動源として内燃機関を備えた車両である。車両10は、電気自動車であってもよく、ハイブリッド車両であってもよい。
図2に示したように、車両10は、電源装置20、車載カメラ30、ヒータ40、リレー50、カメラECU60及び運転支援ECU70等を備える。
本明細書において、「ECU」は、マイクロコンピュータを主要部として備える電気制御装置(Electric Control Unit)を示す。マイクロコンピュータは、CPU、ROM、RAM、不揮発性メモリ及びインターフェースI/F等を含む。CPUはROMに格納されたインストラクション(プログラム、ルーチン)を実行することにより各種機能を実現する。あるECUは、CAN(Controller Area Network)を介して、他のECUと相互に情報を送信可能及び受信可能に接続されている。
電源装置20は、図示しない「バッテリ及びオルタネータ」を含む電力源である。電源装置20は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置にあるとき、ヒータ40及び他の車載負荷に電力を供給できない。電源装置20は、イグニッション・キー・スイッチがオン位置にあるとき、ヒータ40及び他の車載負荷に電力を供給可能になる。
車載カメラ30は、図1に示したように、フロントウィンドウガラスFG(以下、「ガラスFG」と称呼する。)の車幅方向の中央部且つ上部の近傍であって、且つ、車両10の室内(車室内)に配設されている。なお、車載カメラ30の配設位置は、これに限定されるものではない。例えば、車載カメラ30は、ガラスFGに対向する位置のうちの任意の位置且つ車室内に配設されてもよい。車載カメラ30は、後に詳述するように、所定時間が経過する毎に、ガラスFGを通して車両10の外部(物体を含む車両外部の風景)を撮像し、画像データを生成する。
ヒータ40は、後に詳述するように、電源装置20から電力が供給されたときに熱を発生してガラスFGの後述する所定の部分を加熱する。
リレー50は、カメラECU60からの指示信号(駆動信号)に応じて、導通状態(オン状態)と遮断状態(オフ状態)との間で切り替わる。リレー50が導通状態にある場合、電源装置20からヒータ40に電力が供給される。リレー50が遮断状態にある場合、電源装置20とヒータ40との接続が遮断され、ヒータ40には電力が供給されない。
カメラECU60は、車載カメラ30及びリレー50に接続されている。カメラECU60は、車載カメラ30が生成した画像データを受け取り、その画像データを用いて種々の処理(例えば、障害物を特定する処理及び白線の認識処理等)を行う。カメラECU60は、リレー50に指示信号を送信する。よって、カメラECU60は、ガラス加熱制御ユニット(便宜上、単に「制御ユニット」とも称呼される。)であると言うこともできる。
更に、カメラECU60は、以下に述べる複数のセンサと接続され、それらのセンサの検出信号を受信するようになっている。
車速センサ61は、車両10の車速Vsを示す検出信号を発生する。
外気温センサ62は、車両10の周囲の外気温Tairを示す検出信号を発生する。
電圧センサ63は、電源装置20の出力電圧VBを示す検出信号を発生する。
運転支援ECU70は、カメラECU60から「障害物についての情報及び白線についての情報」等を含む車両周辺情報を受け取る。運転支援ECU70は、その車両周辺情報に基いて、車両10の走行状態を制御するとともに警報を発生する周知の衝突回避制御及び車線維持制御(レーンキーピングコントロール)等の走行支援制御を実行する。
(車載カメラ)
車載カメラ30は、図3に示したように、カメラ収容ケース31に固定されている。カメラ収容ケース31は、略直方体のケースであり、中央部上方に車載カメラ30を保持している。カメラ収容ケース31は、図4に示したように、ブラケット32によってガラスFGの車幅方向中央部且つ上方に固定される。その結果、車載カメラ30は、ガラスFGの近傍の車両10の室内に配置される。
カメラ収容ケース31は平面状のフード部31aを備えている。フード部31aは、カメラ収容ケース31が車両10に取り付けられた状態において、車載カメラ30(より詳細には、レンズ30a)の下方且つ前方に延在する。従って、フード部31aは、その表面がフロントガラスFGと斜めに対向している。
ヒータ40は、「図5の(A)及び(B)に示した撮像ガラス部FGC」に付着した氷を融解させるための熱、及び、撮像ガラス部FGCに結露が発生しないようにするための熱、を発生する。撮像ガラス部FGCは、車載カメラ30の撮像範囲に対応するガラスFGの部分である。但し、撮像ガラス部FGCは、車載カメラ30の撮像範囲に対応するガラスFGの部分の全体を含むように当該全体よりも大きい部分であってもよい。
車載カメラ30の撮像範囲は、車幅方向における画角A1(図5の(A)を参照。)と、上下方向における画角A2(図5の(B)を参照。)と、により規定される。
画角A1は、図5の(A)に示したように、ラインLrightとラインLleftとがなす角度である。即ち、画角A1は、車載カメラ30が車両10に固定された状態において車両10を上方から見たときの車載カメラ30の画角(即ち、水平方向の画角)である。
画角A2は、図5の(B)に示したように、ラインLupperとラインLlowerとがなす角度である。即ち、画角A2は、車載カメラ30が車両10に固定された状態において車両10を側方から見たときの車載カメラ30の画角(即ち、上下方向の画角)である。
ヒータ40には、例えば、公知のフィルムヒータが採用される(例えば、特開2008−77879号公報、特開平7−153559号公報及び特開2011−222461号公報を参照。)。
本例において、ヒータ40は、図6の(A)及び(B)に示したように、複数の発熱体41が埋設された透明な基材からなるシート状の透明基材層42と、透明接着剤からなる粘着層43と、が積層された構造を有する。
発熱体41は、例えば、銀、銅及びパラジウム等を含み、その線径が数μm以上50μm未満程度の極めて細い導電線である。更に、ヒータ40における開口率は80%以上である。従って、ヒータ40は、実質的に透明である。ヒータ40は、撮像ガラス部FGCの形状(即ち、略台形の平面形状)及び大きさとそれぞれ一致する形状及び大きさを有する。ヒータ40は、粘着層43によって、撮像ガラス部FGCの車室内側面に接着・固定(即ち、密着)されている(図5の(B)を参照。)。
図6の(A)及び(B)に示したように、ヒータ40の各発熱体41は、メッシュ状となるように透明基材層42の内部に配列されている。ヒータ40が撮像ガラス部FGCの車室内側面に接着された状態において、ヒータ40は、ヒータ40の上側部分R1に存在する発熱体41の密度が下側部分R2に存在する発熱体41の密度より大きくなるように構成されている。なお、上側部分R1はヒータ40をヒータ40の主面に沿って上下方向に2分割した場合の上側の部分である。即ち、台形である上側部分R1の高さと、台形である下側部分R2の高さと、は互いに等しい。
電源装置20からヒータ40に電力が供給されたとき、上側部分R1の単位面積当たりの発熱量が、下側部分R2の単位面積当たりの発熱量より大きくなる。更に、電源装置20からヒータ40に電力が供給されたとき、車両10が使用されることが想定される雰囲気下において、上側部分R1と接している撮像ガラス部FGCの車室外側面の温度が氷の融点(0℃)以上になるように、ヒータ40が設計されている。
なお、車両10の車速が閾値車速以下であって走行風がない場合(車両10が停止している場合を含む。)、撮像ガラス部FGCの車室外側面に付着した液体(水)は、撮像ガラス部FGCに沿って上方から下方へと流れる。従って、上側部分R1と接している撮像ガラス部FGCは、撮像ガラス部FGCの車室外側面上にて液体が流れる方向である液体流れ方向における上流側の特定部分であると言うことができる。下側部分R2と接している撮像ガラス部FGCは、撮像ガラス部FGCのうちの特定部分よりも下流側の部分であると言うことができる。
<作動の概要>
イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたとき、図7の(A)に示したように撮像ガラス部FGCの全体に氷80iceが付着していると、カメラECU60は電源装置20からヒータ40に電力を供給する。よって、ヒータ40は熱を発生する。このとき、ヒータ40の上側部分R1の単位面積当たりの発熱量は、下側部分R2の単位面積当たりの発熱量よりも大きい。
従って、上側部分R1が密着している撮像ガラス部FGCの部分(以下、「上流部分FGC1」と称呼する。)の車室外側面の温度は、下側部分R2が密着している撮像ガラス部FGCの部分(以下、「下流部分FGC2」と称呼する。)の温度よりも高くなる。
このため、所定時間に渡りヒータ40に電力が供給されたとき、上流部分FGC1の車室外側面の温度が氷の融点(0℃)以上になる。よって、図7の(B)に示したように、上流部分FGC1の車室外側面に付着していた氷が熱によって融解して水80wtrへと変化する。
そして、車両10が停止していてガラスFGに走行風が当たっていない場合、氷よりも温度が高くなっている水80wtrが、フロントガラスFG(撮像ガラス部FGC)の車室外側面上を下方へと流れ、下流部分FGC2に付着している氷80iceを融解する。以上により、撮像ガラス部FGCの外面全体に付着した氷が、図8の(A)及び(B)に示した参考加熱装置に比べ、より効率良く(即ち、より少ないエネルギーで)除去される。
なお、図8の(A)及び(B)に示した参考加熱装置は、ヒータ40に代えて、ヒータ140を備える。ヒータ140は、図8のブロックB1内に示したように、ヒータ全体に渡って発熱体41の密度が一定であり、且つ、その密度がヒータ40の発熱体41の平均密度と同じであるように構成されている。従って、ある状態の電源装置20にヒータ140を接続した場合のヒータ140の消費電力は、その状態の電源装置20にヒータ40を接続した場合のヒータ40の消費電力と同じである。
従って、電源装置20からヒータ140に電力を供給した場合、上流部分FGC1の車室外側面の温度は、下流部分FGC2の車室外側面の温度と略等しく、且つ、ヒータ40を用いた場合の上流部分FGC1の車室外側面の温度よりも低い。よって、図8の(B)に示したように、撮像ガラス部FGCに付着した氷80iceを融解できない。
以上から理解されるように、参考加熱装置が氷80iceを融解するためには、上流部分FGC1及び下流部分FGC2の車室外側面のそれぞれの温度を氷の融点(0℃)以上にしなければならない。そのためには、参考加熱装置のヒータ140における発熱体41の密度を増大させる等により、ヒータ140の消費電力が増大されなければならない。よって、第1加熱装置は、参考加熱装置に比べて、より少ないエネルギー消費量で撮像ガラス部FGCの外面全体に付着した氷80iceを除去することが可能である。
<具体的作動>
カメラECU60のCPU(以下、単に「CPU」と称呼する。)は、イグニッション・キー・スイッチがオン位置にある場合、図9にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、イグニッション・キー・スイッチがオン位置にある場合に所定のタイミングになると、CPUは、ステップ900から処理を開始してステップ905に進む。CPUは、ステップ905に進むと、現時点がイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された直後であるか否かを判定する。
現時点がイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された直後である場合、CPUはステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、外気温センサ62が検出している外気温Tairが閾値外気温Tair_th以下であるか否かを判定する。閾値外気温Tair_thは、外気温Tairが閾値外気温Tair_th以下である場合にフロントガラスFGの外面に氷が付着している可能性(蓋然性)が高い温度に設定されている。
外気温Tairが閾値外気温Tair_th以下でない場合、CPUは、ステップ910にて「No」と判定し、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、ヒータ40に電力は供給されない。
これに対し、外気温Tairが閾値外気温Tair_th以下である場合、CPUはステップ910にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ915乃至ステップ930の処理を順に行い、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ915:CPUは、ルックアップテーブルMapTapply_1(Tair,VB)に、外気温センサ62が検出している外気温Tair及び電圧センサ63が検出している出力電圧VBを適用することにより印加時間Tapply_1を求める。テーブルMapTapply_1(Tair,VB)は、実験により予め定められていてROMに格納されている。テーブルMapTapply_1(Tair,VB)によれば、印加時間Tapply_1は、以下に述べるように設定される。即ち、印加時間Tapply_1は、外気温Tair及び出力電圧VBの組み合わせに対して印加時間Tapply_1だけヒータ40に電源装置20から電力を供給(リレー50を導通状態に維持)すれば、上流部分FGC1の車室外側面に付着した氷を融解できる時間に設定される。テーブルMapTapply_1(Tair,VB)によれば、印加時間Tapply_1は、気温Tairが低いほど長くなり、出力電圧VBが低いほど長くなる。
ステップ920:CPUは、リレー50に指示信号を送信してリレー50の状態を導通状態(オン状態)に変更する。これにより、ヒータ40に電源装置20から電力が供給され始める。
ステップ925:CPUは、通電フラグXheaterの値を「1」に設定する。なお、通電フラグXheaterの値は、イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときにCPUが実行する初期化ルーチンにより「0」に設定されている。
ステップ930:CPUは、タイマーTの値を「0」に設定する。
この状態において所定時間が経過してCPUがステップ905の処理を実行するとき、その時点はイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された直後でない。よって、CPUはステップ905にて「No」と判定してステップ935に進み、通電フラグXheaterの値を「1」であるか否かを判定する。
この場合、通電フラグXheaterの値は「1」であるから、CPUはステップ935にて「Yes」と判定してステップ940に進み、タイマーTの値を「一定値dt」だけ増加させる。次にCPUはステップ945に進み、タイマーTの値が印加時間Tapply_1以上であるか否かを判定する。即ち、CPUはステップ920にてヒータ40に電源装置20から電力の供給を開始してからの経過時間が印加時間Tapply_1以上になったか否かを判定する。
タイマーTの値が印加時間Tapply_1以上でないとき、CPUはステップ945にて「No」と判定し、ステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ヒータ40への電力の供給が継続される。
その後、タイマーTの値がステップ940にて増加されることにより印加時間Tapply_1以上になると、CPUはステップ945に進んだとき、そのステップ945にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ950及びステップ955の処理を順に行う。その後、CPUはステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ950:CPUは、リレー50に指示信号を送信してリレー50の状態を遮断状態(オフ状態)に変更する。これにより、ヒータ40への電源装置20からの電力供給が停止する。
ステップ955:CPUは、通電フラグXheaterの値を「0」に設定する。
なお、CPUがステップ935の処理を実行する時点において、通電フラグXheaterの値が「1」でなければ、CPUはそのステップ935にて「No」と判定し、ステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上説明したように、第1加熱装置は、撮像ガラス部FGCに付着した氷を融解及び除去するためにヒータ40によって消費されるエネルギー量を低減することができる。
なお、第1加熱装置において、上流部分FGC1の車室内側面のみならず、下流部分FGC2の車室内側面は、その部分の曇り(結露)を防止又は除去できる程度まで温められることが可能である。従って、フロントガラスFGの撮像ガラス部FGCの内面が曇っていると判定される場合、第1加熱装置は、ヒータ40に電力を供給する(通電する)。これにより、第1加熱装置は、撮像ガラス部FGCの車室内側面の曇りを解消することができる。
<<第2実施形態>>
本発明の第2実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(以下、「第2加熱装置」と称呼される場合がある。)は、図10に示したように、ヒータ40に代わるヒータ90を備える点のみにおいて第1加熱装置と相違している。以下、この相違点を中心として説明する。
ヒータ90は、図3及び図4に示したフード部31aの裏面の全体に取り付けられている。フード部31aの裏面は、フード部31aのフロントガラスFGと対向している面と反対側の面である。なお、ヒータ90は、フード部31aの裏面に代えて、フード部31aの表面(即ち、フロントガラスFGと対向している面)に取り付けられてもよい。
ヒータ90は、図11に示したように、シート91と、金属の発熱体92と、を有している。
シート91は、絶縁性が良好なPET(ポリエチレンテレフタレート)からなる。シート91は、フード部31aと実質的に同一の平面形状(即ち、台形形状)を有している。
発熱体92は、金属(例えば、黄銅)を含むヒータ線(電熱線)である。発熱体92は、シート91上にジグザグ状に印刷により配設されている。より具体的に述べると、発熱体92は、上側部分R1に存在する発熱体92の隣接する幅W1が下側部分R2に存在する発熱体92の隣接する幅W2より小さくなるように構成されている。換言すると、発熱体92は、上側部分R1に存在する発熱体92の密度が下側部分R2に存在する発熱体92の密度より大きくなるように構成されている。発熱体92の一端92aはリレー50の端子に接続され、発熱体92の他端92bは接地されている。
シート91の発熱体92が形成された面には、図示しない両面テープの下面が貼られている。その両面テープの上面はフード部31aの裏面に接着される。
ヒータ90(発熱体92)に電源装置20から電力が供給されると(即ち、リレー50が導通状態に維持されると)、ヒータ90が発熱し、その熱(輻射熱)により撮像ガラス部FGCが加熱される。この場合、ヒータ90の上側部分R1から撮像ガラス部FGCの上側部分P1に付与される単位面積あたりの熱量が、ヒータ90の下側部分R2から撮像ガラス部FGCの下側部分P2に付与される当該熱量よりも大きい(図10の(A)及び(B)における白抜きの矢印のサイズを参照。)。つまり、ヒータ90は、上流部分FGC1を下流部分FGC2に比較して大きい熱量で加熱する。
従って、ヒータ90に電源装置20から電力が供給されると、上流部分FGC1の車室外側面の温度が下流部分FGC2の温度よりも高くなる。このため、所定時間に渡りヒータ90に電力が供給されたとき、上流部分FGC1の車室外側面が氷の融点(0℃)以上になる。よって、図10の(B)に示したように、上流部分FGC1の車室外側面に付着していた氷80iceが熱によって融解して水80wtrへと変化する。そして、氷よりも温度が高くなっている水80wtrが、撮像ガラス部FGCの車室外側面上を下方へと流れ、下流部分FGC2に付着している氷80iceを融解する。以上により、撮像ガラス部FGCの外面全体に付着した氷が、より効率良く(即ち、より少ないエネルギーで)除去される。
<<第3実施形態>>
本発明の第3実施形態に係るウィンドウガラス加熱装置(以下、「第3加熱装置」と称呼される場合がある。)について説明する。
車両10が比較的高速にて走行している場合、車両10が比較的低速にて走行している場合(車両10が停止している場合を含む。)に比較して、車両10の走行によって生じる車両10の前方から後方に向かう走行風が強くなる。このため、車両10が比較的高速にて走行している場合には撮像ガラス部FGCの外面上の水(液体)は下流部分FGC2の車室外側面から上流部分FGC1の車室外側面へと流れる。換言すると、車両10が比較的高速にて走行している場合、下流部分FGC2の車室外側面が、車室外側面上にて水(液体)が流れる方向において上流側になり、上流部分FGC1の車室外側面が、車室外側面上にて液体が流れる方向において下流側になる。なお、車両10が比較的低速にて走行している場合には撮像ガラス部FGCの外面上の水(液体)は上流部分FGC1の車室外側面から下流部分FGC2の車室外側面へと流れる。
係る観点に基いた第3加熱装置は、以下の点のみにおいて、第1加熱装置と相違している。
・第3加熱装置は、図12に示したように、ヒータ40に代わるヒータ100と、リレー50に代わる「第1リレー51及び第2リレー52」を備える。ヒータ100は、第1ヒータ101と第2ヒータ102とを含む。
・第3加熱装置は、車両10の車速Vsに応じて、ヒータ100を制御する。そのために、第3加熱装置におけるカメラECU60のCPUは、図9のルーチンに代わる図14に示したルーチンを実行する。
以下、この相違点を中心として説明する。
(回路構成)
図12に示した第1リレー51は、カメラECU60からの指示信号に応じて、導通状態と遮断状態との間で切り替わる。第1リレー51が導通状態にある場合、電源装置20から第1ヒータ101に電力が供給される。第1リレー51が遮断状態にある場合、電源装置20と第1ヒータ101との接続が遮断され、第1ヒータ101には電力が供給されない。
図12に示した第2リレー52は、カメラECU60からの指示信号に応じて、導通状態と遮断状態との間で切り替わる。第2リレー52が導通状態にある場合、電源装置20から第2ヒータ102に電力が供給される。第2リレー52が遮断状態にある場合、電源装置20と第2ヒータ102との接続が遮断され、第2ヒータ102には電力が供給されない。
(ヒータ)
前述したように、ヒータ100は、第1ヒータ101と第2ヒータ102とを含む。第1ヒータ101は、図13の(A)及び(B)に示したように、複数の発熱体101aと、発熱体101aが埋設された透明な基材からなるシート状の透明基材層101bと、を備える。発熱体101aは発熱体41と同じ極めて細い導電線である。従って、第1ヒータ101は、実質的に透明である。透明基材層101bは透明基材層42と同じである。
発熱体101aは、発熱体41と同様に透明基材層101bの内部に配列されている。従って、電源装置20から第1ヒータ101に電力が供給されたとき、上側部分R1の単位面積当たりの発熱量が、下側部分R2の単位面積当たりの発熱量より大きくなる。
第2ヒータ102は、図13の(C)及び(B)に示したように、複数の発熱体102aと、発熱体102aが埋設された透明な基材からなるシート状の透明基材層102bと、を備える。発熱体102aは発熱体41と同じ極めて細い導電線である。従って、第2ヒータ102は、実質的に透明である。透明基材層102bは透明基材層42と同じである。
発熱体102aは、メッシュ状となるように透明基材層102bの内部に配列されている。第2ヒータ102が撮像ガラス部FGCの車室内側面側に接着された状態において、第2ヒータ102は、第2ヒータ102の下側部分R2に存在する発熱体102aの密度が上側部分R1に存在する発熱体102aの密度より大きくなるように構成されている。これにより、電源装置20から第2ヒータ102に電力が供給されたとき、下側部分R2の単位面積当たりの発熱量が、上側部分R1の単位面積当たりの発熱量より大きくなる。
ヒータ100は、図13の(B)に示したように、第2ヒータ102の上に第1ヒータ101が積層され、第1ヒータ101の上に透明接着剤からなる粘着層43が積層された構造を有する。ヒータ100は、撮像ガラス部FGCの形状及び大きさとそれぞれ一致する形状及び大きさを有する。ヒータ100は、粘着層43によって、撮像ガラス部FGCの車室内側面に接着・固定されている。
電源装置20から第1ヒータ101に電力が供給されたとき、車両10が使用されることが想定される雰囲気下において、上側部分R1と接している撮像ガラス部FGCの車室外側面の温度が氷の融点(0℃)以上になるように、第1ヒータ101が設計されている。更に、電源装置20から第2ヒータ102に電力が供給されたとき、車両10が使用されることが想定される雰囲気下において、下側部分R2に対向する撮像ガラス部FGCの車室外側面の温度が氷の融点(0℃)以上になるように、第2ヒータ102が設計されている。
<具体的作動>
CPUは、イグニッション・キー・スイッチがオン位置にある場合、図9のルーチンに代わる図14にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図14のステップのうち図9のルーチンのステップと同じ処理を行うステップには、図9のそのようなステップ付された符号と同じ符号が付されている。これらのステップにおける処理についての説明は適宜省略される。
イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された直後において、外気温Tairが閾値外気温Tair_th以下である場合、CPUはステップ915に進んで印加時間Tapply_1を求める。この時点において、車両10は停止しているから車速Vsは「0」である。
次に、CPUはステップ1410に進み、第1リレー51及び第2リレー52に指示信号を送信して、第1リレー51の状態を導通状態に設定し、第2リレー52の状態を遮断状態に設定する。これにより、第1ヒータ101が発熱を開始し、第2ヒータ102は発熱しない。なお、イグニッション・キー・スイッチがオフ位置にある場合、第1リレー51及び第2リレー52の何れも、その状態は遮断状態に維持されている。その後、CPUはステップ925及びステップ930の処理を実行し、ステップ1495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
この状態において所定時間が経過してCPUがステップ905の処理を実行するとき、CPUはステップ905にて「No」と判定してステップ935に進み、更に、ステップ935にて「Yes」と判定してステップ1420に進む。
CPUはステップ1420にて、車両10の車速Vsが閾値車速Vsth以下であるか否かを判定する。車速Vsが閾値車速Vsth以下である場合には撮像ガラス部FGC上の液体(水)が撮像ガラス部FGCの車室外側面上を下方へと流れ、車速Vsが閾値車速Vsthよりも高い場合には撮像ガラス部FGC上の液体(水)が走行風によって撮像ガラス部FGCの車室外側面上を上方へと流れる。
車速Vsが閾値車速Vsth以下である場合、CPUはステップ1420にて「Yes」と判定してステップ1430に進み、ステップ1410と同じ処理を実行する。その後、CPUはステップ940に進んでタイマーTの値を「一定値dt」だけ増加させ、ステップ945に進んでタイマーTの値が印加時間Tapply_1以上であるか否かを判定する。タイマーTの値が印加時間Tapply_1以上でないとき、CPUはステップ945にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
この状態が継続してタイマーTの値が印加時間Tapply_1以上になると、CPUはステップ945にて「Yes」と判定してステップ1440に進む。CPUはステップ1440に進むと、第1リレー51及び第2リレー52に指示信号を送信して、第1リレー51及び第2リレー52の状態を何れも遮断状態に設定する。なお、この処理が実行される時点にて状態が遮断状態にあるリレーは、ステップ1440の処理が行われた場合、そのまま遮断状態を維持する。
一方、車速Vsが閾値車速Vsthよりも高い場合、撮像ガラス部FGC上の液体(水)が走行風により撮像ガラス部FGCの車室外側面上を上方へと流れる。そこで、CPUがステップ1420の処理を実行する時点において車速Vsが閾値車速Vsthよりも高い場合、CPUはステップ1420にて「No」と判定し、以下に述べるステップ1450及びステップ1460の処理を順に行い、ステップ940に進む。
ステップ1450:CPUは、タイマーTの値を「0」に設定する。なお、CPUは、タイマーTの値を正の値「α」に設定してもよい。この値αは、印加時間Tapply_1よりも小さく、且つ、現時点までに第1ヒータ101が通電されてきた時間が長いほど大きい値に設定される。
ステップ1460:第1リレー51及び第2リレー52に指示信号を送信して、第1リレー51の状態を遮断状態に設定し、第2リレー52の状態を導通状態に設定する。これにより、第2ヒータ102が発熱を開始し、第1ヒータ101は発熱しない。
このように構成された第3加熱装置は、車速Vsが閾値車速Vsth以下である場合、図7に示した第1加熱装置と同様に撮像ガラス部FGCに付着した氷を融解し除去する。即ち、この場合、第1ヒータ101が熱を発生するので、上側部分R1の単位面積当たりの発熱量が下側部分R2の単位面積当たりの発熱量よりも大きくなる。
従って、上流部分FGC1の車室外側面の温度は、下流部分FGC2の温度よりも高くなり、且つ、氷の融点(0℃)以上になる。よって、図7の(B)に示したように、上流部分FGC1の車室外側面に付着していた氷が熱によって融解して水80wtrへと変化し、且つ、撮像ガラス部FGCの車室外側面上を下方へと流れ、下流部分FGC2に付着している氷80iceを融解する。
更に、第3加熱装置は、車速Vsが閾値車速Vsthよりも高い場合、図15に示したように、第2ヒータ102に熱を発生させる。よって、下側部分R2の単位面積当たりの発熱量が上側部分R1の単位面積当たりの発熱量よりも大きくなる。
従って、下流部分FGC2の車室外側面の温度は、上流部分FGC1の温度よりも高くなり、且つ、氷の融点(0℃)以上になる。よって、図15の(B)に示したように、下流部分FGC2の車室外側面に付着していた氷が熱によって融解して水80wtrへと変化する。この水80wtrは、ガラスFGに当たる走行風FLによって撮像ガラス部FGCの車室外側面上を上へと流れ、上流部分FGC1に付着している氷80iceを融解する。
以上から理解されるように、第3加熱装置によれば、車両10が走行している場合であっても、撮像ガラス部FGCに付着した氷を融解及び除去するためにヒータ100によって消費されるエネルギー量を低減することができる。
以上、本発明の各実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基く各種の変形例を採用し得る。
ヒータ40(ヒータ90、100)の配置、形状、大きさ、発熱体41(発熱体92、101a、102a)の物性及び分布等は、上述したヒータ40(ヒータ90、100)の作用効果が得られる限り変更されてもよい。
例えば、第1加熱装置の第1変形例のヒータ40は、図16の(A)及び(B)に示したように、第1加熱装置のヒータ40の上側部分R1のみで構成されてもよい。この場合、ヒータ40は、撮像ガラス部FGCの上流部分FGC1のみに熱を直接的に付与し、下流部分FGC2には熱を直接的には付与しない。即ち、下流部分FGC2に付与する単位面積あたりの熱量は0である。従って、第1変形例も、上流部分FGC1を下流部分FGC2に比較して大きい熱量で加熱できるので、撮像ガラス部FGCの外面全体に付着した氷が、より効率良く除去される。
第1加熱装置の第2乃至第5変形例のヒータ40は、図17の(A)乃至(D)にそれぞれ示した撮像ガラス部FGC及びハッチング部HNGの外縁の内部に配設されたヒータである。更に、ハッチング部HNGに配設された発熱体41の密度は、ハッチング部HNG以外の部分に存在する発熱体41の密度より大きくなるように、構成されている。
第1加熱装置の第6乃至第9変形例は、第1変形例と同様のヒータ40が図18の(A)乃至(D)にそれぞれ示したハッチング部HNGのみに対して配されるように、構成されている。
第1加熱装置の第10変形例は、ヒータ40に加えて第2加熱装置のフード部31aに配設されたヒータ90を更に備える。この場合、フード部31aに配設されたヒータ90の発熱体92は、撮像ガラス部FGCを均一に加熱するように、構成される。
更に、本発明加熱装置が適用されるウィンドウガラスは、フロントウィンドウガラスに限られることはなく、リアウィンドウガラス及びサイドウィンドウガラスであってもよい。その場合、車載カメラは、それぞれのガラスに対向するように車室内に配設される。
10…車両、20…車載電源装置、30…車載カメラ、40…ヒータ、50…リレー、51…第1リレー、52…第2リレー、60…カメラECU、61…車速センサ、62…外気温センサ、70…運転支援ECU

Claims (7)

  1. 車両の室内に配置され且つ前記車両のウィンドウガラスを通して前記車両の外部を撮像する車載カメラの撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体を含む撮像ガラス部に付着した氷を融解させるための熱を発生するヒータを備えたウィンドウガラス加熱装置において、
    前記ヒータが、
    前記撮像ガラス部のうち、前記撮像ガラス部の車室外側面上にて液体が流れる方向である液体流れ方向における上流側の特定部分に付与する単位面積あたりの熱量が、前記撮像ガラス部のうち、前記特定部分よりも前記液体流れ方向における下流側の部分に付与する単位面積あたりの熱量よりも大きくなるように、前記撮像ガラス部を加熱する、
    ように構成された、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  2. 請求項1に記載のウィンドウガラス加熱装置において、
    前記ヒータは、
    少なくとも前記車両が停止しているとき、
    前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱する、
    ように構成された、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のウィンドウガラス加熱装置において、
    前記ヒータは、
    前記車載カメラの撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体を加熱可能に構成された、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  4. 請求項3に記載のウィンドウガラス加熱装置において、
    前記ヒータは、
    前記車載カメラの撮像範囲に対応する前記ウィンドウガラスの部分の全体の車室内側面に密着されたヒータである、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  5. 請求項3に記載のウィンドウガラス加熱装置であって、
    前記ヒータは、
    前記車両の室内において前記車載カメラの前方且つ下方に延在し前記撮像ガラス部に対向するように配置されたフード部に配設されている、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  6. 請求項1に記載のウィンドウガラス加熱装置において、
    前記ヒータは、
    前記特定部分の全体の車室内側面に密着されたヒータである、
    ウィンドウガラス加熱装置。
  7. 請求項1に記載のウィンドウガラス加熱装置であって、
    前記車両の車速を検出する車速検出部と、
    前記ヒータへ供給される電力を制御する制御ユニットと、
    を備え、
    前記制御ユニットは、
    前記車速が閾値車速以下である場合、前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の上側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱し、
    前記車速が閾値車速より高い場合、前記撮像ガラス部を上下に二分割した場合の下側の部分の一部又は全部を前記特定部分として加熱するように、
    前記ヒータへ供給される電力を制御するように構成された、
    ウィンドウガラス加熱装置。

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