JP5051623B2 - 太陽仰角演算装置及びそれを用いた車両用エアコン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽仰角演算装置及びそれを用いた車両用エアコン制御装置に関する。

特開２００２−３６２１２９号公報 特開２００２−３１０６８９号公報

特許文献１には、自動車用のオートエアコンにおいて、吹出し風量ないし吹出し温度などのエアコン出力値を日射量センサの検出入力を参照して制御するとともに、日射量の検出値を太陽仰角に応じて補正することが行なわれている。太陽仰角は、現在地点と日付および時刻に応じて変化する太陽位置情報の一つであり、特許文献１には、各地点経緯度、日付及び時刻に係る太陽仰角の種々の値をマップの形で記憶し、必要に応じ読み出して使用する旨開示されている。また、太陽仰角の値を、現在値の緯度、赤緯、時角から演算により求めてもよいと記載されているが、その具体的演算の基礎となるのは、天文学上周知の下記（１）式である；
ｓｉｎθ＝ｓｉｎη・ｓｉｎσ＋ｃｏｓη・ｃｏｓσ・ｃｏｓφ ‥（１）
ここに、θ：太陽仰角、η：緯度、σ：太陽赤緯（天の赤道を基準とした天球上の太陽位置を示す緯度のことである）、φ：太陽時角、である。太陽時角φは、その地点の恒星時から太陽赤径の値を減じたものに等しい。

しかし、地点経緯度、日付及び時刻の３つを変数として太陽仰角をマッピングするには、３次元の膨大な仰角データを準備しなければならず、また、マップ記憶用に相応のメモリ容量が必要となる。また、太陽仰角の値を演算で求める場合も、赤緯と時角（≡恒星時−赤経）を求めるために、日付ごとの赤緯／赤径の数表と、時刻を恒星時に変換する計算エンジンが必要であり、データ及びプログラムの肥大化は避けがたい。

本発明の課題は、演算に使用するデータやプログラムサイズを大幅に削減でき、ひいてはメモリ容量の削減と演算迅速化に寄与する太陽仰角演算装置と、それを用いた車両用エアコン制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の太陽仰角演算装置は、
地表上における太陽の仰角演算地点を位置特定する仰角演算地点位置特定手段と、
地表上に離散的に定められた複数のモデル地点毎に、仰角と時刻との関係を表す仰角曲線を一義的に定めるためのモデル仰角曲線データを、モデル地点の位置特定情報と対応付けて記憶するモデル仰角曲線データ記憶手段と、
複数のモデル地点のうち、特定された仰角演算地点と予め定められた近接関係にある２以上のモデル地点を被合成モデル地点として選択する被合成モデル地点選択手段と、
選択された被合成モデル地点に対応するモデル仰角曲線データを読み出すとともに、各被合成モデル地点と仰角演算地点との位置関係を反映した合成比率によりそれらモデル仰角曲線データを合成することにより、仰角演算地点の仰角曲線データを演算する仰角曲線データ合成演算手段と、
仰角の演算時刻を特定する仰角演算時刻特定手段と、
合成された仰角曲線データが定める仰角曲線に基づいて、演算時刻に対応する仰角を決定し出力する仰角決定出力手段と、を備えたことを特徴とする。

上記本発明の太陽仰角演算装置によると、モデル仰角曲線データをモデル地点毎に用意しておき、仰角演算地点に近接したモデル地点を特定して対応するモデル仰角曲線データを読み出し、仰角演算地点に対応する仰角曲線を合成して仰角を求めるようにしたから、データやプログラムサイズを大幅に削減でき、ひいてはメモリ容量の削減と演算迅速化を図ることができる。

また、本発明の車両用エアコン制御装置は、車両上にて取得される予め定められた制御入力情報に基づいて、車両用エアコンの出力制御を行なうエアコン制御手段と、
上記本発明の太陽仰角演算装置と、
該太陽仰角演算装置が演算する太陽仰角の値に基づいて制御入力情報を補正する制御入力情報補正手段と、を有することを特徴とする。

この構成によると、太陽仰角の値に基づいて制御入力情報を補正することで、日射による車両への入熱をより的確に考慮したエアコン制御が可能となり、しかも、本発明の太陽仰角演算装置の採用により、データやプログラムサイズを大幅に削減でき、太陽仰角を考慮したエアコン制御方式の一層の普及を図ることができる。制御入力情報は、例えば、車両に搭載された日射センサによる日射量の検出値を含むものとでき、制御入力情報補正手段は、太陽仰角の値に基づいて日射量の検出値を補正するように構成できる。特許文献１によると、車両に侵入する日射量は、太陽位置と車両の進行方向とでなす車両に侵入する侵入方向を求めることによって車両に侵入する受熱量が決まる。この侵入方向には、太陽位置と車両の進行方向に対して日射仰角（θ）と日射方位角（左右角）（α）があり、乗員が日射によって受熱される受熱量および車両の車室内が日射によって受熱される受熱量は、特に日射仰角（θ）によって大きく異なる。具体的には、乗員が乗員席に着座して受熱する受熱量は、日射仰角（θ）が約３０゜近傍で最大となり、車室内が受熱する受熱量は、日射仰角（θ）が約６０゜近傍で最大となる。従って、車両に侵入する日射仰角（θ）を正確に求めることによって、車両に侵入する日射量を有効に補正することができる。

次に、本発明の太陽仰角演算装置においては、隣接するモデル地点を相互にフレーム連結することにより、各頂点をモデル地点とする形で地表を隙間なく区画するよう複数の単位セルを配列設定することができる。被合成モデル地点選択手段は、それら単位セルのうち、仰角演算地点を内包するものを選択し、該単位セルの頂点をなすモデル地点を被合成モデル地点として使用するよう構成できる。地表を予め上記のような単位セルにて区切っておくことにより、仰角演算地点がどの単位セルに属するかを判定することで、その単位セルの頂点をなすモデル地点を被合成モデル地点として簡単に決定できる。

仰角演算地点とモデル地点の位置特定情報は各地点の経緯度を特定するものとすることができる。モデル地点は、予め定められた角度間隔で格子状に配列する緯線及び経線の各交点に定められ、単位セルは、互いに隣接する緯線対及び経線対が規定する四辺形セグメントとして定めることができる。仰角曲線データ合成演算手段は、四辺形セグメントの各頂点をなす４つのモデル地点を被合成モデル地点として使用するよう構成できる。この構成によると、仰角演算地点の経緯度座標点を四辺形セグメントの経度方向及び緯度方向の分点とする形で、仰角曲線データの補間合成演算を、仰角演算地点による緯度方向の補間合成演算と経度方向の補間合成演算とに分離でき、演算アルゴリズムの大幅な簡略化を図ることができる。

仰角曲線は、仰角をθ、太陽時にて表した時刻を全周角に一日を対応付けた形で角度換算した時刻角度をφ、仰角演算地点の経度をξ、同じく緯度をηとして、
θ＝Ａ（η）・ｓｉｎ（φ−φ_ξ）＋Ｂ（η） ‥（２）
にて数学的に表記される、正弦波曲線として規定することができる。仰角振幅Ａ（η）及び正弦波中心線を表す仰角切片項Ｂ（η）は、それぞれ経度ξとは無関係に緯度ηにより一義的に定まる。特に、エアコンの制御補正に使用する程度であれば、仰角曲線を上記のように単純な正弦波近似を行なっても精度上は全く問題がない。φ_ξは時刻角度位相進角であり、時刻角度φを例えば対象地域の標準時に合わせ込んでおけば、対象地域の標準子午線経度と仰角演算地点の経度との差分角度として与えられる。また、時刻角度φをグリニッジ標準時における角度として定めておけば、φ_ξは仰角演算地点の経度に等しくなる。

このようにしておくと、モデル仰角曲線データは、各モデル地点の緯度ηに対応する仰角振幅Ａ（η）の値と、仰角切片項Ｂ（η）の値と、該モデル地点の経度ξに一義的に対応した時刻角度位相進角φ_ξの値とを含むものとして用意しておけばよい。そして、仰角曲線データ合成演算手段は、時刻角度位相進角を仰角演算地点の経度に対応する値に定めるとともに、四辺形セグメントの緯度方向両端の各被合成モデル地点に対応付けられた仰角振幅を、仰角演算地点を緯度方向分点とする形で補間合成して、得るべき仰角曲線の仰角振幅とするよう構成できる。つまり、仰角曲線を一般式（０）で表される正弦波曲線として定義しておけば、モデル仰角曲線データは、仰角振幅Ａ（η）、仰角切片項Ｂ（η）及び時刻角度位相進角φ_ξの３つの定数データにて完全に規定でき、データ量の大幅な削減を図ることができる。このうち、時刻角度位相進角φ_ξについては仰角演算地点の経度ξのみで決定でき、補間は不要である。そして、経度腺で区切られた四辺形セグメントを単位セルとして採用することで、仰角曲線データの合成処理は、仰角演算地点を緯度方向分点とする形で、２つの仰角振幅Ａ（η）の値を補間合成する演算だけでこと足りるようになり、仰角曲線の合成処理のアルゴリズムを大幅に簡略化することができる。

次に、仰角演算地点位置特定手段は、乗り物に搭載され、当該乗り物の現在値を仰角演算地点として検出特定する現在値検出手段として構成できる。この場合、仰角演算時刻特定手段は、現在の太陽仰角を演算するために、現在時刻を仰角演算時刻として特定する計時手段を有するものとして構成できる。これにより、刻々移動する車両現在地に応じて太陽仰角の値を随時更新する形で演算でき、例えばエアコン制御を車両移動に合わせてリアルタイムに補正することが可能となる。

なお、同じ仰角演算地点であっても仰角曲線は日付（季節）によって異なる形状となる。そこで、モデル仰角曲線データ記憶手段に、各モデル地点に対し、暦日付毎にモデル仰角曲線データが暦日付と対応付けて個別に記憶しておき、仰角の演算を行なう暦日付を特定する暦日付特定手段を設けるとともに、仰角曲線データ合成演算手段を、特定された暦日付に対応するモデル仰角曲線データを用いて仰角演算地点の仰角曲線データを演算・合成するように構成することができる。これにより、仰角曲線を求める演算を各日付にて的確に実行することができる。なお、モデル仰角曲線データの組は、１年の全ての日付について個別に用意することもできるが、複数の代表日付についてのみモデル仰角曲線データの組を用意し、中間の日付の仰角曲線を日付軸方向の補間により決定するように構成することもできる。このようにすると、モデル仰角曲線データのサイズをさらに縮小できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の適用対象となる車両用エアコン制御装置ＣＡの全体構成を模式的に示すブロック図である。車両用エアコン制御装置ＣＡはダクト１を備え、該ダクト１には、車内空気を循環させるための内気吸い込み口１３と、車外の空気を取込む外気吸い込み口１４とが形成され、内外気切替ダンパー１５によりいずれかが切替使用される。これら内気吸い込み口１３ないし外気吸い込み口１４からの空気は、ブロワモータ２３により駆動されるブロワ１６によってダクト１内に吸い込まれる。

ダクト１内は、吸い込まれた空気を冷却して冷気を発生させるためのエバポレータ１７と、逆にこれを加熱して暖気を発生させるヒータコア２（エンジン冷却水の廃熱により発熱動作する）とが設けられている。そして、これら冷気と暖気とが、エアミックスダンパー３の角度位置に対応した比率にて混合され、吹出し口４，５，６より吹出される。このうち、フロントグラス曇り止め用のデフ吹出し口４は、フロントグラスの内面下縁に対応するインパネ上方奥に、フェイス吹出し口５はインパネの正面中央に、フット吹出し口６はインパネ下面奥の搭乗者足元に対向する位置にそれぞれ開口し、吹出し口切替用ダンパー７，８，９により個別に開閉される。具体的には、モータ２０からのダンパー制御用の回転入力位相に応じて、ダンパー駆動ギア機構１０により、デフ吹出し口４のみを開いた状態、フェイス吹出し口５のみを開いた状態、フット吹出し口６のみを開いた状態、フェイス吹出し口５とデフ吹出し口４とを開いた状態、フット吹出し口６とデフ吹出し口４とを開いた状態、フェイス吹出し口５、デフ吹出し口４及びフット吹き出し口６の全てを開いた状態の間で切り替えられる。

また、内外気切替ダンパー１５はモータ２１により、エアミックスダンパー３はモータ１９により、吹出し口切替用ダンパー７，８，９はモータ２０により、それぞれ電動駆動される。これらモータ１９，２０，２１は例えばステッピングモータにて構成され、個々の動作はエアコン駆動制御手段の主体をなすエアコンＥＣＵ５０により集中制御される。さらにブロワモータ２３はブラシレスモータ等で構成され、エアコンＥＣＵ５０により、ＰＷＭ制御にて回転速度制御することにより吹出し風量が調整される。エアコンＥＣＵ５０の実体はコンピュータハードウェアであり、エバポレータセンサ５１、内気センサ５５、外気センサ５６、水温センサ５７及び日射センサ５８が接続されている。

また、車載エアコン用操作ユニット１００も独立した操作ユニットＥＣＵ１６０を有し、風量設定スイッチ５２、吹出し口切替スイッチ５３、温度設定スイッチ５４、Ａ／Ｃスイッチ５９、オート切替スイッチ１０３、内外気切替スイッチ６０が接続されている。操作ユニットＥＣＵ１６０はエアコンＥＣＵ５０と通信バス３０（例えば、ＬＩＮ通信バス等のシリアル通信バス）により接続されている。

また、通信バス３０にはカーナビゲーションシステムＥＣＵ２００が接続され、車両の現在位置を特定するためのＧＰＳ２０１及び太陽時により日付及び現在時刻を計時する計時手段としてのカレンダクロック２０２が接続されている。カーナビゲーションシステムＥＣＵ２００は、予め定められたアプリケーションの実行により、周知のカーナビゲーションシステム機能を具現するための制御主体としての役割を果たすとともに、車両の現在位置情報と日付及び現在時刻の計時情報を、通信バス３０を介してエアコンＥＣＵ１７０に送信する。ＧＰＳ２０１は、従って、地表上における太陽の仰角演算地点（車両現在地）を位置特定する仰角演算地点位置特定手段の主体をなすものである。また、カレンダクロック２０２は、仰角の演算時刻を特定する仰角演算時刻特定手段の主体をなすものである。

操作ユニットＥＣＵ１６０もコンピュータハードウェアであり、前述の風量設定スイッチ５２、吹出し口切替スイッチ５３、温度設定スイッチ５４Ｄ，５４Ｐ、Ａ／Ｃスイッチ５９、オート切替スイッチ１０３、内外気切替スイッチ６０が接続されている。風量設定スイッチ５２、吹出し口切替スイッチ５３、温度設定スイッチ５４Ｄ，５４Ｐ、Ａ／Ｃスイッチ５９、オート切替スイッチ１０３あるいは内外気切替スイッチ６０の各操作入力状態は、操作ユニットＥＣＵ１６０から通信バス３０を介してエアコンＥＣＵ５０に送られる。

具体的には、エアコンＥＣＵ５０は、操作ユニットＥＣＵ１６０と連携して、内蔵のＲＯＭ等に搭載されたエアコン制御ファームウェアの実行により、以下のような制御を行なう。
・内外気切替スイッチ６０の操作入力状態に対応して、内気側及び外気側のいずれかに内外気切替用ダンパー１５が倒れるよう、対応するモータ２１の駆動ＩＣに制御指令を行なう。
・Ａ／Ｃスイッチ５９の操作状態に応じて、エバポレータ１７の作動をオン・オフさせる。

・オート切替スイッチ１０３の入力状態に基づいて、エアコンの動作モードをマニュアルモードとオートモードとの間で切り替える。
・オートモードでは、温度設定スイッチ５４Ｄ，５４Ｐによる設定温度の入力情報と、内気センサ５５、外気センサ５６、水温センサ５７及び日射センサ５８の出力情報とを参照し、車内温度が設定温度に近づくよう、エアミックスダンパー３の開度調整による吹出し温度調整と、ブロワモータ２３による風量調整と、吹出し口切替ダンパー７，８，９の位置変更とがなされるよう、対応するモータ１９，２３，２０の動作制御指令を行なう。
・マニュアルモードでは、風量設定スイッチ５２と吹出し口切替スイッチ５３との操作入力状態に対応して、ブロワモータ２３による風量調整を行なうとともに、吹出し口切替ダンパー７，８，９が対応する開閉状態となるようにモータ２０への駆動制御指令を行なう。

次に、エアコンＥＣＵ１７２には、仰角曲線合成演算部１７２とモデル仰角曲線データメモリ１７１とが設けられている。モデル仰角曲線データメモリ１７１は、エアコンＥＣＵ１７２内の図示しない不揮発性メモリ内に形成され、地表上に離散的に定められた複数のモデル地点毎に、仰角と時刻との関係を表す仰角曲線を一義的に定めるためのモデル仰角曲線データを、モデル地点の位置特定情報と対応付けて記憶するモデル仰角曲線データ記憶手段の実体をなすものである。仰角曲線合成演算部１７２は、エアコンＥＣＵ１７２内の図示しないＣＰＵが所定のソフトウェアを実行することにより、複数のモデル地点のうち、特定された仰角演算地点と予め定められた近接関係にある２以上のモデル地点を被合成モデル地点として選択する被合成モデル地点選択手段と、選択された被合成モデル地点に対応するモデル仰角曲線データを読み出すとともに、各被合成モデル地点と仰角演算地点との位置関係を反映した合成比率によりそれらモデル仰角曲線データを合成することにより、仰角演算地点の仰角曲線データを演算する仰角曲線データ合成演算手段とを機能実現するものである。また、エアコンＥＣＵ１７２は、さらに、当該のソフトウェアの実行により、合成された仰角曲線データが定める仰角曲線に基づいて、現在時刻（演算時刻）に対応する仰角を決定し出力する仰角決定出力手段としても機能する。

図２に示すように、モデル地点ｐは、予め定められた角度間隔（例えば０．５゜〜２゜）で格子状に配列する緯線及び経線の各交点に定められ、単位セルＰＣＢは、互いに隣接する緯線対及び経線対が規定する四辺形セグメントとして定められている。つまり、隣接するモデル地点ｐを相互にフレーム連結することにより、各頂点をモデル地点（ｐａ，ｐｂ，‥）とする形で地表を隙間なく区画するよう複数の単位セルが配列設定されている。現在位置（仰角演算地点）ｐｘの経緯度が特定されると、該現在位置ｐｘを内包する単位セルが選択され、図３に示すように、該単位セルＰＣＢの頂点をなす４つのモデル地点ｐａ，ｐｂ，ｐｃ、ｐｄが被合成モデル地点として決定される。

図５に示すように、地球自転軸は太陽公転面に対し２３．４゜の角度にて傾斜しており、春分→夏至→秋分→冬至→春分と移り変わるに従い、南中時の太陽仰角θmaxは一定角度範囲で変化するが、その変化幅は赤道ＥＱにて最大となり、極点ではゼロとなる。図６は、前述の（１）式に基づいて、各緯度での南中時の太陽仰角θmaxの季節変化を描いたものである。緯度によってθmaxの絶対値は異なるが、変化幅は±２３．４゜と全て同じである。赤道での太陽仰角θmaxの年間変化は、θmax＝９０゜を０゜とし、北をプラス、南をマイナスと読み替えることで、赤緯σの年間変化と一致する。

図７は、標準子午線（ξ＝０゜）上における北半球の各緯度における季節ごとの仰角曲線を示すものである。エアコン制御補正における実用上問題のない近似として、ここでは仰角曲線を、太陽時にて表した時刻を全周角に一日を対応付けた形で角度換算した時刻角度をφ、仰角演算地点の経度をξ、同じく緯度をηとして、前述のごとく、
θ＝Ａ（η）・ｓｉｎ（φ−φ_ξ）＋Ｂ（η） ‥（２）
にて表記される正弦波曲線として規定している。仰角振幅Ａ（η）及び正弦波中心線を表す仰角切片項Ｂ（η）は、それぞれ経度ξとは無関係に緯度ηにより一義的に定まる定数である。また、φ_ξは時刻角度位相進角であり、本実施形態では、時刻角度φはグリニッジ標準時（ＧＭＴ：世界標準時）での午前０時が０゜、午後１２時（翌日の午前０時）が３６０゜となるように時刻角度φを定めてある。なお、図１のカレンダクロック２０２は走行中の地域のローカル時にあわせてあるので、計時時刻から当該ローカル時の時差を減ずればＧＭＴに変換できる。図７に示した各仰角曲線は、それぞれ縦軸が仰角θの値を示し（負値は水平線下に太陽が没している状態を示す）、横軸は時刻角度φを示している。前述の（１）式をθについて解けば、Ｂ（η）は
Ｂ（η）＝Ｓｉｎ^−１（ｓｉｎη・ｓｉｎσ） ‥（３）
で表される。

一方、緯度ηでの南中太陽仰角θmaxは、
θmax＝９０゜−（η−σ） ‥（４）
で表すことができるので、仰角振幅Ａ（η）は近似的に、
Ａ（η）＝θmax−Ｂ（η）＝９０゜−Ｓｉｎ^−１（ｓｉｎη・ｓｉｎσ）−η＋σ‥（５）
にて表される。（３）式及び（５）式に、季節毎の赤緯σの値と各地点の緯度ηの値を代入してＢ（η）及びＡ（η）の値を求め、これを用いて描いた仰角曲線の例を図７に示している。特徴をまとめると以下の通りである。

・春分及び秋分では赤緯σ＝０であり、Ｂ（η）は緯度ηによらずゼロなので、どの緯度でも昼夜の長さが等しくなる。
・赤道（η＝０゜）上ではＢ（η）は季節によらずゼロであり、昼夜の長さは常に等しい（標準子午線上ではＧＭＴ６時に日の出となりＧＭＴ１８時に日没となる）。
・地球の自転に対し極点は不動点となるから、η＝９０゜（北極）では仰角θは一日中変化せず、仰角振幅Ａ（η＝９０゜）は季節によらず常にゼロである。
・春分及び秋分以外の日付（季節）では、Ｂ（η）（図７にて破線で示す）の絶対値は高緯度となるに従い大きくなり、極点で最大となる。例えば、北極（η＝９０゜）では、Ｂ（η）は夏至で＋２３．４゜、冬至で−２３．４゜である。
・仰角θは時刻角度に対し、Ｂ（η）を中心に高緯度になるに従い小さい振幅Ａにて正弦波的に変化するが、昼夜を分かつのはθ＝０゜のラインなので、春分から夏至を経て秋分に至る期間では高緯度となるほど昼が長くなり、逆に、秋分から冬至を経て春分に至る期間では高緯度となるほど夜が長くなる。

一方、図８は、北半球の各緯度における仰角曲線の経度による変化を示している。同一緯度であれば、経度が異なっても時刻角度の位相が変化するだけで、仰角曲線は同一形状となることは直感的に理解される。すなわち、同じ緯線上のモデル地点は、仰角振幅Ａ（η）と仰角切片項Ｂ（η）が全て同じ値で与えられる。この実施形態では時刻角度φをグリニッジ標準時における角度として定めてあるので、各経度ξでの時刻角度位相進角φ_ξは当該経度ξと同値となる。

仰角曲線を以上のように定めることで、モデル仰角曲線データは、日付（Ｄ_ｉ：ｉ＝１，２，‥）毎の、モデル地点の各緯度η１，η２，η３，‥，ηｎに対応する仰角振幅（Ａ_ｎｉ）の値と、仰角切片項（Ｂ_ｎｉ）の値として用意されている。なお、時刻角度位相進角φについては、現在地の経度ξｘがそのまま使用できるので、特にデータとして用意しておく必要はない。

図４に、経緯度平面を直交座標系とみなし、四辺形（長方形となる）状の単位セルＰＣＢを用いて仰角曲線を合成する原理を概念的に示している。単位セルＰＣＢの４つの頂点をなす被合成モデル地点ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄをそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして、長方形ＰＣＢを、仰角演算地点ｐｘを通って各辺（ＣＡ，ＤＢ及びＣＤ，ＡＢ）と平行な２本の直線（２個の平面）で切断する。これにより、長方形ＰＣＢは、それぞれ仰角演算地点ｐｘを共有し、かつ長方形ＰＣＢの頂点をなすモデル地点を排他的に１個ずつ取り合う４個の部分長方形ＳＣＢ、具体的には長方形ＣＫＸＮ（面積：Ｓｂ），ＮＸＬＤ（面積：Ｓａ），ＫＡＭＸ（面積：Ｓｄ），ＫＭＢＬ（面積：Ｓｄ）に区切られる。

そして、各部分長方形（部分直方体）の長方形（超直方体）ＰＣＢに対する相対面積（相対体積）を、当該部分長方形ＳＣＢに含まれるモデル地点の長方形ＨＣＢの対角線方向反対側に位置するモデル地点（すなわち、ｐａに対してはｐｄ、ｐｂに対してはｐｃ、ｐｄに対してはｐａ、ｐｃに対してはｐｂ）への重みとする形で、各モデル地点の仰角曲線Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを合成できる。すなわち、長方形ＰＣＢの面積をＳ０とすれば、合成仰角曲線Ｐｘは、一般形として、
Ｐｘ＝（１／Ｓ０）×（Ｓａ・Ｐａ＋Ｓｂ・Ｐｂ＋Ｓｃ・Ｐｃ＋Ｓｄ・Ｐｄ）
により求められる。

しかし、時刻角度位相進角φ_ξを除けば、合成仰角曲線の形状は上記のごとく仰角振幅Ａと仰角切片項Ｂの値だけで一義的に決定できるので、同一緯度のモデル地点について仰角振幅Ａと仰角切片項Ｂが同じになることを考慮すると、現在地の緯度ηｘでの仰角振幅Ａｘと仰角切片項Ｂｘとは、緯線方向の線形補間によって、図４内の記号を用い図１０に示すごとく計算できる。従って、現在地の経度をξｘとすれば、仰角曲線θｘは、
θｘ＝Ａｘｃｏｓ（φ−ξｘ）＋Ｂｘ ‥（６）
として決定することができる。

図１１は、以上説明した仰角計算アルゴリズムを取り込んだ、エアコンＥＣＵ１７０による日射センサ５８の検出値補正の処理流れを示すものである。Ｓ１０１では、ＧＰＳ２０１が検出する現在地の経緯度（地点ｐｘ）を取得する。また、Ｓ１０２では、カレンダクロック２０２による現在の日付Ｄｘを取得する。Ｓ１０３では、地点ｐｘが属する単位セルを特定し、その４つの頂点を被合成モデル地点として特定し、各被合成モデル地点の日付Ｄｘに対応するモデル仰角曲線データ（ここでは、図９の仰角振幅（Ａ_ｎｉ）の値と、仰角切片項（Ｂ_ｎｉ）の値）を読み出す。この実施形態では、各月の代表日のモデル仰角曲線データが用意され、現在日付を挟んで隣接する代表日のモデル仰角曲線データを線形補間して使用する。しかし、１年の全ての日付のモデル仰角曲線データを用意しておくことももちろん可能である。

そして、Ｓ１０４では、モデル仰角曲線データを合成して現在地に係る合成仰角曲線を決定する。また、Ｓ１０５ではカレンダクロック２０２による現在時刻を取得し、被告角度φｉに変換した後、図３に示すように、得られた合成仰角曲線上にて対応する太陽仰角θｉの値を読み取る。なお、太陽仰角θｉが決定できれば、太陽方位角αを、
ｓｉｎα＝ｓｅｃθ・ｃｏｓη・ｓｉｎ（φ−φ_ξ） ‥（７）
により計算できる。

Ｓ１０７では、日射センサ５８の検出値をリードし、Ｓ１０８で読み取った太陽仰角θｉによる補正を行なう。例えば乗員が乗員席に着座して受熱する受熱量は、太陽仰角θが約３０度近傍で最大となり、車室内が受熱する受熱量は、太陽仰角θが約６０度近傍で最大である。そこで、この特性を用いて、太陽仰角θが所定範囲内であることを判定したとき、日射量が大きくなるように補正すれば、例えば乗員が日射により受熱した熱量分を補正することでより快適な空調を可能とすることができる。

他方、日射強度に応じた検出信号を出力する日射センサ５８は、例えば従来周知のフォトダイオードからなるものであり、その出力特性は、一般的に、フォトダイオードが太陽光の波長のなかで可視光域（４００ｎｍから８００ｎｍ程度）内での感度特性が低いために、概して、車両に侵入する太陽仰角θが９０度近傍で出力特性が最大となり、太陽仰角θが９０度よりも小さくなるほど出力特性が低下していく。従って、太陽仰角θの値に応じた出力特性の補償係数の値をテーブルとして記憶しておき、θに対応する補償係数を随時読み取って出力特性を補正することで、日射強度の検出精度を高めることができる。また、太陽仰角θ及び太陽方位角αに応じ、乗員席ごとに風量配分を行なう風力出力制御を行なうことも可能である。
しかし、太陽仰角θ及び太陽方位角αの演算アルゴリズムを除けば、いずれの補正態様についても特許文献１に全て開示されているので詳細な説明は略する。

本発明の適用対象となるエアコン制御装置の電気的構成の一例を示すブロック図。 仰角曲線の合成原理を説明する図。 合成仰角曲線から仰角を決定する原理を説明する図。 仰角曲線の合成演算に係る幾何学的基礎を説明する図。 太陽周囲の地球の運行形態を示す模式図。 各緯度における季節毎の南中太陽仰角の変化挙動を示すグラフ。 各緯度及び各季節における同一経度での仰角曲線例を示す図。 同一日付における各緯度の仰角曲線の経度による変化を示す図。 モデル仰角曲線データの例を示す概念図。 図９のモデル仰角曲線データを線形補間して現在地の仰角曲線データを計算する式を示す図。 本発明の方式による仰角決定アルゴリズムを利用した日射量補正処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

ＣＡ 車両用エアコン制御装置
ｐ モデル地点
ｐｘ 現在地（仰角演算地点）
ｐａ，ｐｂ，ｐｃ，ｐｄ 被合成モデル地点
ＨＣＢ 単位セル
１７０ エアコンＥＣＵ（仰角決定出力手段）
１７１ 仰角曲線合成計算部（仰角曲線データ合成演算手段、被合成モデル地点選択手段）
１７２ モデル仰角曲線データメモリ（モデル仰角曲線データ記憶手段）
２０１ ＧＰＳ（仰角演算地点位置特定手段）
２０２ カレンダクロック（仰角演算時刻特定手段）

Claims (8)

1. 地表上における太陽の仰角演算地点を位置特定する仰角演算地点位置特定手段と、
   地表上に離散的に定められた複数のモデル地点毎に、前記仰角と時刻との関係を表す仰角曲線を一義的に定めるためのモデル仰角曲線データを、前記モデル地点の位置特定情報と対応付けて記憶するモデル仰角曲線データ記憶手段と、
   前記複数のモデル地点のうち、特定された前記仰角演算地点と予め定められた近接関係にある２以上のモデル地点を被合成モデル地点として選択する被合成モデル地点選択手段と、
   選択された被合成モデル地点に対応する前記モデル仰角曲線データを読み出すとともに、各被合成モデル地点と前記仰角演算地点との位置関係を反映した合成比率によりそれらモデル仰角曲線データを合成することにより、前記仰角演算地点の仰角曲線データを演算する仰角曲線データ合成演算手段と、
   前記仰角の演算時刻を特定する仰角演算時刻特定手段と、
   合成された仰角曲線データが定める仰角曲線に基づいて、前記演算時刻に対応する仰角を決定し出力する仰角決定出力手段と、
   を備えたことを特徴とする太陽仰角演算装置。
2. 隣接する前記モデル地点を相互にフレーム連結することにより、各頂点を前記モデル地点とする形で地表を隙間なく区画するよう複数の単位セルが配列設定されるとともに、
   前記被合成モデル地点選択手段は、それら単位セルのうち、前記仰角演算地点を内包するものを選択し、該単位セルの頂点をなすモデル地点を前記被合成モデル地点として使用する請求項１記載の太陽仰角演算装置。
3. 前記仰角演算地点と前記モデル地点の位置特定情報は各地点の経緯度を特定するものであり、前記モデル地点は、予め定められた角度間隔で格子状に配列する緯線及び経線の各交点に定められ、前記単位セルは、互いに隣接する緯線対及び経線対が規定する四辺形セグメントとして定められており、
   前記仰角曲線データ合成演算手段は、前記四辺形セグメントの各頂点をなす４つのモデル地点を前記被合成モデル地点として使用する請求項２記載の太陽仰角演算装置。
4. 前記仰角曲線は、前記仰角をθ、太陽時にて表した前記時刻を全周角に一日を対応付けた形で角度換算した時刻角度をφ、前記仰角演算地点の経度をξ、同じく緯度をηとして、
   θ＝Ａ（η）・ｓｉｎ（φ−φ_ξ）＋Ｂ（η）
   にて数学的に表記可能であって、かつ、仰角振幅Ａ（η）及び正弦波中心線を表す仰角切片項Ｂ（η）がそれぞれ経度ξとは無関係に緯度ηにより一義的に定まる正弦波曲線として規定され、
   前記モデル仰角曲線データは、各前記モデル地点の緯度ηに対応する仰角振幅Ａ（η）の値と、仰角切片項Ｂ（η）の値と、該モデル地点の経度ξに一義的に対応した時刻角度位相進角φ_ξの値とを含むものとして用意され、
   前記仰角曲線データ合成演算手段は、前記時刻角度位相進角を前記仰角演算地点の経度に対応する値に定めるとともに、前記四辺形セグメントの緯度方向両端の各被合成モデル地点に対応付けられた仰角振幅を、前記仰角演算地点を緯度方向分点とする形で補間合成して、得るべき仰角曲線の仰角振幅とするものである請求項３記載の太陽仰角演算装置。
5. 前記仰角演算地点位置特定手段は、乗り物に搭載され、当該乗り物の現在値を前記仰角演算地点として検出特定する現在値検出手段として構成され、
   前記仰角演算時刻特定手段は、現在の太陽仰角を演算するために、現在時刻を前記仰角演算時刻として特定する計時手段を有する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の太陽仰角演算装置。
6. 前記モデル仰角曲線データ記憶手段は、各前記モデル地点に対し、暦日付毎に前記モデル仰角曲線データが暦日付と対応付けて個別に記憶されてなり、
   前記仰角の演算を行なう暦日付を特定する暦日付特定手段と、
   前記仰角曲線データ合成演算手段は、特定された暦日付に対応する前記モデル仰角曲線データを用いて前記仰角演算地点の仰角曲線データを演算・合成するものである請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の太陽仰角演算装置。
7. 車両上にて取得される予め定められた制御入力情報に基づいて、車両用エアコンの出力制御を行なうエアコン制御手段と、
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の太陽仰角演算装置と、
   該太陽仰角演算装置が演算する前記太陽仰角の値に基づいて前記車両用エアコンの制御入力又は制御出力を補正する制御入力情報補正手段と、
   を有することを特徴とする車両用エアコン制御装置。
8. 前記制御入力情報が、前記車両に搭載された日射センサによる日射量の検出値を含むものであり、
   前記制御入力情報補正手段は、前記太陽仰角の値に基づいて前記日射量の検出値を補正する請求項７記載の車両用エアコン制御装置。
   
   

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