JP4641363B2 - 日射センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される日射センサに関するものであり、詳細には、日照量、太陽の仰角などを測定し、例えば車載用の空調装置の制御を行わせるときには太陽高度などに対しても制御を可能とし、これら空調機器などを一層に周囲条件に対応する運転状態とすることを可能とする日射センサに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の日射センサ９０の構成の例を示すものが図６であり、この日射センサ９０の受光部９１は複数、例えば４個の受光素子９２（Ａ〜Ｄ）がレンズ状など適宜な形状としたケース９３中に、点対称などの配置とし、それぞれの受光素子９２から個別に出力が得られる回路構成として納められて構成されている。そして、前記受光素子９２（Ａ〜Ｄ）それぞれからの出力に基づき、日照量α、方位β、太陽の仰角γを演算するマイクロコンピュータなどによる演算装置９４が設けられている。
【０００３】
このように日射センサ９０を構成することにより、日照量αは受光素子９２Ａの出力Ｖａ、受光素子９２Ｂの出力Ｖｂ、受光素子９２Ｃの出力Ｖｃ、受光素子９２Ｄの出力Ｖｄの何れか、或は、複数の係数として求められ、自動車に対して太陽の存在する方位βは、隣接する受光素子９２の比の差分、例えば、方位β＝（Ｖａ／Ｖｂ）−（Ｖａ／Ｖｄ）の係数として求められる。
【０００４】
そして、方位βが計測されれば、太陽の仰角γは、その方位に対して前後方向となる２個の受光素子９２、例えば、太陽の仰角γ＝（Ｖａ／Ｖｃ）として求められるものと成る。但し、上記の日射量αと、方位βと、太陽の仰角γとを求めるに当っては、上記の演算結果をもって、予めメモリなどに記録しておいた日照量データテーブル、方位データテーブル、仰角データテーブルを参照し、より正確な値を得るものとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記受光部９１に入射する太陽光について考察してみると、自然界においては、晴天の日もあれば、曇った日もある。そして、晴天の日においては、受光部９１に入射する光は太陽からの直達光成分が大部分を占めるものとなり、即ち、指向性の強い光が入射するものと成るので、上記に示した計算式によっても正確な結果が得られるものと成る。
【０００６】
一方、曇った日においては、雲などに乱反射した拡散光成分が増加するものと成り、この拡散光成分は指向性が弱いので測定精度を低下させる要因となる。しかしながら、曇った日における雲量は様々であり、また薄曇りなど雲が発生する状態も様々であり、従来の日射センサ９０においては適切な補正手段が提供されていなかったので曇天時の精度が低く、この日射センサ９０の出力で、例えば空調装置を制御するときには現実とも乖離が大きくなるなど期待する効果が得られない問題点を生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、所定のパターンをもって配置された複数の受光素子を有し、前記受光素子のそれぞれからの出力を演算し、この演算結果を予め内部に記憶したデータテーブルと比較演算して日照量、方位角および太陽仰角を得る日射センサにおいて、前記受光素子からの出力から演算した太陽仰角および日射量を、晴天時の日射量データテーブルの同じ太陽仰角と比較することで晴天度を算出し、この晴天度に対応する補正係数を補正量データテーブルから求め、前記補正係数に基づく補正値を前記受光素子の出力から減算し、前記減算が行われた値に対して再度方位角および太陽仰角の演算を行い出力とすることを特徴とする日射センサを提供することで精度の向上を可能とし課題を解決するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図５に符号１で示すものは本発明に係る日射センサであり、この日射センサ１には、受光部２と演算装置５とが設けられ、前記受光部２は複数、例えば４個の受光素子３（Ａ〜Ｄ）と、これら受光素子３（Ａ〜Ｄ）を収納する略レンズ状としたケース４とから成り、前記受光素子３（Ａ〜Ｄ）は個別に出力Ｖ（ａ〜ｄ）が取りだせる回路構成とされているものである点は従来例のものと同様である。
【０００９】
ここで、本発明の日射センサ１では、先ず、従来例と同様に、演算装置５により前記受光素子３（Ａ〜Ｄ）の個別の出力Ｖ（ａ〜ｄ）を演算し、太陽の仰角ＡＥｉ、方位角ＡＨｉ、日射量ＰＳｉを求め、それらＡＥｉ、ＡＨｉ、ＰＳｉを初期値として、更なる演算を行い、精度の向上を図るものであり、これに備えて、本発明の演算装置５内には快晴時の日射量を、太陽の仰角毎に測定してマップ化した日射量データーテーブルＰＳＴ（図２参照）と、後に詳細に説明する補正係数データテーブルＫＴ（図３参照）とがメモリなどにより記憶され保持されている。
【００１０】
そして、上記で初期値として演算した太陽の仰角ＡＥｉにおける日射量ＰＳｉと、前記日射量データーテーブルＰＳＴ上における同じ太陽の仰角ＡＥｉとしたときの日射量ＰＳｓとを比較演算し、晴天度ＲＣを（日射量ＰＳｉ（初期値）／日射量ＰＳｓ（テーブル値））として求める。
【００１１】
ここで、晴天度ＲＣについて説明を行えば、前記日射量データーテーブルＰＳＴに記載されているデータは雲一つない快晴時の日射量であり、即ち、太陽からの直達光のみでの受光素子３の出力が記載されている。そして、初期値として測定された日射量ＰＳｉは、現状の気象状況における受光素子３からの出力である。
【００１２】
仮に現状の気象状況が快晴であれば、当然に同じ太陽の仰角ＡＥｉとしたときの日射量ＰＳｉは、データテーブルＰＳＴに記載されている日射量ＰＳｓと一致するものとなる。このときに両者に差異を生じていれば、その差異の主要因は雲量であると考えられ、よって、晴天度ＲＣは現状の気象状況における雲量を表しているものと成る。
【００１３】
従来例でも説明したように雲は拡散光の発生の要因である。そして、日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の量は、雲量に依存すると考えて良い。よって、本発明の日射センサ１では、前記補正係数データテーブルＫＴにより日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の割合を晴天度ＲＣから補正係数Ｋとして求めるのである。
【００１４】
次いで、日射量ＰＳｉに補正係数Ｋを乗算し、日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の光量Ｖｋを算出し、この拡散光の光量Ｖｋを各受光素子３の出力Ｖ（ａ〜ｄ）から減算する。このようにすることで、受光素子３Ａの補正された出力は（Ｖａ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｂの補正された出力は（Ｖｂ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｃの補正された出力は（Ｖｃ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｄの補正された出力は（Ｖｄ−Ｖｋ）となり、これらの出力は何れも各受光素子３（Ａ〜Ｄ）の直達光成分のみによる出力に相当するものとなる。
【００１５】
よって、本発明では上記の手順により得られた、出力（Ｖａ−Ｖｋ）、出力（Ｖｂ−Ｖｋ）、出力（Ｖｃ−Ｖｋ）、出力（Ｖｄ−Ｖｋ）を用いて、再度演算して、補正された太陽の仰角ＡＥｒ、方位角ＡＨｒ、日射量ＰＳｒを求め精度を高めるものであり、上記の手順をフローチャートとして示すものが図４である。
【００１６】
尚、上記の説明でも明らかなように、上記の手順では、最初の太陽の仰角ＡＥｉ、方位角ＡＨｉ、日射量ＰＳｉなどの算出に当っては補正が行われない出力Ｖ（ａ〜ｄ）に基づいて行われ、この部分では拡散光を含む状態で演算が行われているので、精度は低いと考えられる。よって、補正した出力によって得られた、太陽の仰角ＡＥｒ、方位角ＡＨｒ、日射量ＰＳｒを用いて、再々度、上記の手順を繰返し、一層の精度の向上を図るなどは自在である。
【００１７】
図５は上記の手順により得られた太陽の仰角ＡＥｒを、実際に測定した太陽の仰角ＡＥｔ、及び、従来例の手順による太陽の仰角ＡＥｉとの比較で示すグラフであり、従来例の手順による太陽の仰角ＡＥｉは、実際の太陽の仰角ＡＥｔに対して凹凸が激しく、正確な仰角が得られているとは言い難い。
【００１８】
これに対して、本発明による手順で得られた太陽の仰角ＡＥｒは、実際の太陽の仰角ＡＥｔに対して曲線における形状面でも、数値面でも極めて近いものとなっている。従って、本発明の手順を備える日射センサ１を用いて車両用の空調装置、照明装置などを制御すれば、現実の気象状況などと乖離することのない適正な制御が行えるものと成る。
【００１９】
また、上記手順の実際の実施に当っては、例えば、夏季、冬季など季節要因により、前記日射量データテーブルＰＳＴ、前記補正係数データテーブルＫＴの双方、或は、何れか一方を切換えることで一層に精度が向上する可能性もある。よってこのような場合には、複数の日射量データテーブルＰＳＴを用意し、例えば外気温センサの出力などにより切換えて使用するなどは自在である。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、受光素子からの出力から演算した太陽仰角および日射量を、晴天時の日射量データテーブルの同じ太陽仰角と比較することで晴天度を算出し、この晴天度に対応する補正係数を補正量データテーブルから求め、この補正係数に基づく補正値を受光素子の出力から減算し、減算が行われた値に対して再度方位角および太陽仰角の演算を行い出力とする日射センサとしたことで、晴天度から太陽光中に含まれる拡散光の量を雲量の係数として予測し、その拡散光を受光素子が受光した光量から差引くことで直達光を得、この直達光により再計算を行うことで、実状に極めて一致する精度の高い太陽の仰角が得られるようにするものである。
【００２１】
これにより、例えば車両用の空調機器など日射センサの出力により制御が行われる機器を晴天、曇天に係わらず外部状況に一致する精度の高い制御が行われるものとして、車室内の居住性を向上させるなど、この種の機器の性能の向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る日射センサの構成を略示的に示す説明図である。
【図２】 同じく本発明に係る日射センサの日射量データテーブルの例を示すグラフである。
【図３】 同じく本発明に係る日射センサの補正量データテーブルの例を示すグラフである。
【図４】 同じく本発明に係る日射センサの演算課程を示すフローチャートである。
【図５】 同じく本発明に係る日射センサの演算結果を実測値及び従来例との比較で示すグラフである。
【図６】 従来例の日射センサの構成を略示的に示す説明図である。
【符号の説明】
１……日射センサ
２……受光部
３（Ａ〜Ｄ）……受光素子
４……ケース
５……演算装置
ＰＳＴ……日射量データーテーブル
ＫＴ……補正係数データテーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される日射センサに関するものであり、詳細には、日照量、太陽の仰角などを測定し、例えば車載用の空調装置の制御を行わせるときには太陽高度などに対しても制御を可能とし、これら空調機器などを一層に周囲条件に対応する運転状態とすることを可能とする日射センサに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の日射センサ９０の構成の例を示すものが図６であり、この日射センサ９０の受光部９１は複数、例えば４個の受光素子９２（Ａ〜Ｄ）がレンズ状など適宜な形状としたケース９３中に、点対称などの配置とし、それぞれの受光素子９２から個別に出力が得られる回路構成として納められて構成されている。そして、前記受光素子９２（Ａ〜Ｄ）それぞれからの出力に基づき、日照量α、方位β、太陽の仰角γを演算するマイクロコンピュータなどによる演算装置９４が設けられている。
【０００３】
このように日射センサ９０を構成することにより、日照量αは受光素子９２Ａの出力Ｖａ、受光素子９２Ｂの出力Ｖｂ、受光素子９２Ｃの出力Ｖｃ、受光素子９２Ｄの出力Ｖｄの何れか、或は、複数の係数として求められ、自動車に対して太陽の存在する方位βは、隣接する受光素子９２の比の差分、例えば、方位β＝（Ｖａ／Ｖｂ）−（Ｖａ／Ｖｄ）の係数として求められる。
【０００４】
そして、方位βが計測されれば、太陽の仰角γは、その方位に対して前後方向となる２個の受光素子９２、例えば、太陽の仰角γ＝（Ｖａ／Ｖｃ）として求められるものと成る。但し、上記の日射量αと、方位βと、太陽の仰角γとを求めるに当っては、上記の演算結果をもって、予めメモリなどに記録しておいた日照量データテーブル、方位データテーブル、仰角データテーブルを参照し、より正確な値を得るものとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記受光部９１に入射する太陽光について考察してみると、自然界においては、晴天の日もあれば、曇った日もある。そして、晴天の日においては、受光部９１に入射する光は太陽からの直達光成分が大部分を占めるものとなり、即ち、指向性の強い光が入射するものと成るので、上記に示した計算式によっても正確な結果が得られるものと成る。
【０００６】
一方、曇った日においては、雲などに乱反射した拡散光成分が増加するものと成り、この拡散光成分は指向性が弱いので測定精度を低下させる要因となる。しかしながら、曇った日における雲量は様々であり、また薄曇りなど雲が発生する状態も様々であり、従来の日射センサ９０においては適切な補正手段が提供されていなかったので曇天時の精度が低く、この日射センサ９０の出力で、例えば空調装置を制御するときには現実とも乖離が大きくなるなど期待する効果が得られない問題点を生じていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的手段として、所定のパターンをもって配置された複数の受光素子を有し、前記受光素子のそれぞれからの出力を演算し、この演算結果を予め内部に記憶したデータテーブルと比較演算して日照量、方位角および太陽仰角を得る日射センサにおいて、前記受光素子からの出力から演算した太陽仰角および日射量を、晴天時の日射量データテーブルの同じ太陽仰角と比較することで晴天度を算出し、この晴天度に対応する補正係数を補正量データテーブルから求め、前記補正係数に基づく補正値を前記受光素子の出力から減算し、前記減算が行われた値に対して再度方位角および太陽仰角の演算を行い出力とすることを特徴とする日射センサを提供することで精度の向上を可能とし課題を解決するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１〜図５に符号１で示すものは本発明に係る日射センサであり、この日射センサ１には、受光部２と演算装置５とが設けられ、前記受光部２は複数、例えば４個の受光素子３（Ａ〜Ｄ）と、これら受光素子３（Ａ〜Ｄ）を収納する略レンズ状としたケース４とから成り、前記受光素子３（Ａ〜Ｄ）は個別に出力Ｖ（ａ〜ｄ）が取りだせる回路構成とされているものである点は従来例のものと同様である。
【０００９】
ここで、本発明の日射センサ１では、先ず、従来例と同様に、演算装置５により前記受光素子３（Ａ〜Ｄ）の個別の出力Ｖ（ａ〜ｄ）を演算し、太陽の仰角ＡＥｉ、方位角ＡＨｉ、日射量ＰＳｉを求め、それらＡＥｉ、ＡＨｉ、ＰＳｉを初期値として、更なる演算を行い、精度の向上を図るものであり、これに備えて、本発明の演算装置５内には快晴時の日射量を、太陽の仰角毎に測定してマップ化した日射量データーテーブルＰＳＴ（図２参照）と、後に詳細に説明する補正係数データテーブルＫＴ（図３参照）とがメモリなどにより記憶され保持されている。
【００１０】
そして、上記で初期値として演算した太陽の仰角ＡＥｉにおける日射量ＰＳｉと、前記日射量データーテーブルＰＳＴ上における同じ太陽の仰角ＡＥｉとしたときの日射量ＰＳｓとを比較演算し、晴天度ＲＣを（日射量ＰＳｉ（初期値）／日射量ＰＳｓ（テーブル値））として求める。
【００１１】
ここで、晴天度ＲＣについて説明を行えば、前記日射量データーテーブルＰＳＴに記載されているデータは雲一つない快晴時の日射量であり、即ち、太陽からの直達光のみでの受光素子３の出力が記載されている。そして、初期値として測定された日射量ＰＳｉは、現状の気象状況における受光素子３からの出力である。
【００１２】
仮に現状の気象状況が快晴であれば、当然に同じ太陽の仰角ＡＥｉとしたときの日射量ＰＳｉは、データテーブルＰＳＴに記載されている日射量ＰＳｓと一致するものとなる。このときに両者に差異を生じていれば、その差異の主要因は雲量であると考えられ、よって、晴天度ＲＣは現状の気象状況における雲量を表しているものと成る。
【００１３】
従来例でも説明したように雲は拡散光の発生の要因である。そして、日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の量は、雲量に依存すると考えて良い。よって、本発明の日射センサ１では、前記補正係数データテーブルＫＴにより日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の割合を晴天度ＲＣから補正係数Ｋとして求めるのである。
【００１４】
次いで、日射量ＰＳｉに補正係数Ｋを乗算し、日射量ＰＳｉ中に占める拡散光の光量Ｖｋを算出し、この拡散光の光量Ｖｋを各受光素子３の出力Ｖ（ａ〜ｄ）から減算する。このようにすることで、受光素子３Ａの補正された出力は（Ｖａ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｂの補正された出力は（Ｖｂ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｃの補正された出力は（Ｖｃ−Ｖｋ）となり、受光素子３Ｄの補正された出力は（Ｖｄ−Ｖｋ）となり、これらの出力は何れも各受光素子３（Ａ〜Ｄ）の直達光成分のみによる出力に相当するものとなる。
【００１５】
よって、本発明では上記の手順により得られた、出力（Ｖａ−Ｖｋ）、出力（Ｖｂ−Ｖｋ）、出力（Ｖｃ−Ｖｋ）、出力（Ｖｄ−Ｖｋ）を用いて、再度演算して、補正された太陽の仰角ＡＥｒ、方位角ＡＨｒ、日射量ＰＳｒを求め精度を高めるものであり、上記の手順をフローチャートとして示すものが図４である。
【００１６】
尚、上記の説明でも明らかなように、上記の手順では、最初の太陽の仰角ＡＥｉ、方位角ＡＨｉ、日射量ＰＳｉなどの算出に当っては補正が行われない出力Ｖ（ａ〜ｄ）に基づいて行われ、この部分では拡散光を含む状態で演算が行われているので、精度は低いと考えられる。よって、補正した出力によって得られた、太陽の仰角ＡＥｒ、方位角ＡＨｒ、日射量ＰＳｒを用いて、再々度、上記の手順を繰返し、一層の精度の向上を図るなどは自在である。
【００１７】
図５は上記の手順により得られた太陽の仰角ＡＥｒを、実際に測定した太陽の仰角ＡＥｔ、及び、従来例の手順による太陽の仰角ＡＥｉとの比較で示すグラフであり、従来例の手順による太陽の仰角ＡＥｉは、実際の太陽の仰角ＡＥｔに対して凹凸が激しく、正確な仰角が得られているとは言い難い。
【００１８】
これに対して、本発明による手順で得られた太陽の仰角ＡＥｒは、実際の太陽の仰角ＡＥｔに対して曲線における形状面でも、数値面でも極めて近いものとなっている。従って、本発明の手順を備える日射センサ１を用いて車両用の空調装置、照明装置などを制御すれば、現実の気象状況などと乖離することのない適正な制御が行えるものと成る。
【００１９】
また、上記手順の実際の実施に当っては、例えば、夏季、冬季など季節要因により、前記日射量データテーブルＰＳＴ、前記補正係数データテーブルＫＴの双方、或は、何れか一方を切換えることで一層に精度が向上する可能性もある。よってこのような場合には、複数の日射量データテーブルＰＳＴを用意し、例えば外気温センサの出力などにより切換えて使用するなどは自在である。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、受光素子からの出力から演算した太陽仰角および日射量を、晴天時の日射量データテーブルの同じ太陽仰角と比較することで晴天度を算出し、この晴天度に対応する補正係数を補正量データテーブルから求め、この補正係数に基づく補正値を受光素子の出力から減算し、減算が行われた値に対して再度方位角および太陽仰角の演算を行い出力とする日射センサとしたことで、晴天度から太陽光中に含まれる拡散光の量を雲量の係数として予測し、その拡散光を受光素子が受光した光量から差引くことで直達光を得、この直達光により再計算を行うことで、実状に極めて一致する精度の高い太陽の仰角が得られるようにするものである。
【００２１】
これにより、例えば車両用の空調機器など日射センサの出力により制御が行われる機器を晴天、曇天に係わらず外部状況に一致する精度の高い制御が行われるものとして、車室内の居住性を向上させるなど、この種の機器の性能の向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る日射センサの構成を略示的に示す説明図である。
【図２】 同じく本発明に係る日射センサの日射量データテーブルの例を示すグラフである。
【図３】 同じく本発明に係る日射センサの補正量データテーブルの例を示すグラフである。
【図４】 同じく本発明に係る日射センサの演算課程を示すフローチャートである。
【図５】 同じく本発明に係る日射センサの演算結果を実測値及び従来例との比較で示すグラフである。
【図６】 従来例の日射センサの構成を略示的に示す説明図である。
【符号の説明】
１……日射センサ
２……受光部
３（Ａ〜Ｄ）……受光素子
４……ケース
５……演算装置
ＰＳＴ……日射量データーテーブル
ＫＴ……補正係数データテーブル
Claims (3)
- 所定のパターンをもって配置された複数の受光素子を有し、前記受光素子のそれぞれからの出力を演算し、この演算結果を予め内部に記憶したデータテーブルと比較演算して日照量、方位角および太陽仰角を得る日射センサにおいて、前記受光素子からの出力から演算した太陽仰角および日射量を、晴天時の日射量データテーブルの同じ太陽仰角と比較することで晴天度を算出し、この晴天度に対応する補正係数を補正量データテーブルから求め、前記補正係数に基づく補正値を前記受光素子の出力から減算し、前記減算が行われた値に対して再度方位角および太陽仰角の演算を行い出力とすることを特徴とする日射センサ。
- 上記出力を得る手順が少なくとも２回繰返され、複数回数の出力の処理により最終出力を得ることを特徴とする請求項１記載の日射センサ。
- 前記日射量データテーブルと前記補正量データテーブルとの少なくとも一方には季節要因が含まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の日射センサ。
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| JP2003021688A JP2003021688A (ja) | 2003-01-24 |
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