JP6939536B2 - 車両用撮影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば車両のフロントウィンドの車内側に設けられる車両用撮影装置に関する。
車両のフロントウィンドの車内側にカメラを設けることがある。カメラは車両前方に位置する被写体(例えば、車両)によって反射された反射光(被写体像)を撮像素子によって撮像データ(電気信号)に変換し、この撮像データを車両の制御装置に送信する。
ところで、車両の外気の温度である車外温度が低い場合に車両内で暖房を使用すると、フロントウィンドに結露が発生することがある。また、車外温度が低い場合には、フロントウィンドの車外側面に氷及び/又は霜が付着することがある。フロントウィンドにおいてこのような現象が発生すると、カメラの撮像素子が生成する撮像データが不鮮明な被写体像を表すデータとなったり、撮像素子が車両前方の物標を撮像できなくなったりするおそれがある。
そのため特許文献1の車両のフロントウィンドの車内側には、電熱線であるヒータと、ヒータが固定され且つヒータから受けた熱をフロントウィンドに輻射熱として及ぼす被加熱部と、が設けられている。
このヒータは給電線を介して車両の電源に接続されるようになっている。電源の電力がヒータに供給されるとヒータが熱を発生し、そのヒータが発生した熱によって被加熱部が加熱され、被加熱部が発生した輻射熱がフロントウィンドに及ぶ。そしてヒータの温度を所定の温度範囲内の値にすれば、フロントウィンドが露点温度以上の温度となる。そのため、フロントウィンドに発生していた結露が消失する。さらにフロントウィンドの車外側面に付着していた氷及び霜が消失する。従って、ヒータ及び被加熱部によってフロントウィンドを加熱すれば、撮像素子が不鮮明な被写体像を撮像したり、被写体像を撮像できなくなったりするおそれを低減できる。
特願2017−185896号公報
車外温度は、ヒータの加熱対象であるフロントウィンドの温度と相関関係を有する。そのため、ヒータの温度を上記所定の温度範囲内の値にするために所定時間においてヒータが発生すべき熱の量は車外温度に基づいて演算可能である。
そしてヒータが発生すべき熱の量に基づいてヒータへの電圧印加時間を算出することが可能である。
しかし、ヒータは車載の電源から電力の供給を受ける。電源の電力は車両に搭載された様々な電子機器にも供給されるため、電源からヒータに印可される電圧の大きさは変化する。そのため、ヒータが発生すべき熱の量のみに基づいてヒータへの電圧印加時間を制御した場合、電源の電圧によっては実際にヒータが発生する熱の量がヒータが発生すべき熱の量に対して大幅に大きくなるおそれがある。この場合、ヒータの温度が過剰に高くなるので、ヒータの近傍に位置する部品が変形するおそれがある。
本発明は前記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、加熱手段(例えば、ヒータ)に電力を供給する電源の電圧が変化する場合においても加熱手段が一定時間に発生する熱量を狙いとする熱量(例えば、車外温度に基いて決定される熱量)にほぼ一致させることが可能な車両用撮影装置及び加熱装置を提供することにある。
前記目的を達成するための本発明による車両用撮影装置は、
車両に設けられた窓部(85)の内側に配設され且つ前記窓部を透過した撮影光を受光する撮影装置(30)と、
前記窓部の内側に配設され且つ前記車両に搭載された電源の電圧が印加されることにより当該電源から電力が供給されたときに発熱して当該窓部を加熱する加熱手段(41a、43b)と、
前記加熱手段が所定時間(T)において発生する熱の総量が少なくとも車外温度(Tair)に基いて定まる所定量に一致するように前記電源の電圧の前記加熱手段への印加時間を変更する制御装置(100)と、
を備えるように構成されている。
上記の「所定量に一致する」とは、所定量と完全に一致すること、及び所定量とほぼ一致すること、の両方の意味を含む。
本発明によれば、制御装置が、電源の電圧の大きさに拘らず、加熱手段が所定時間内に所定量の熱を発生するように加熱手段への印加時間を変更する。従って、加熱手段が所定時間に発生する熱量を狙いとする熱量(例えば、車外温度に基いて決定される熱量)にほぼ一致させることが可能である。
本発明の一態様において、前記制御装置が、電源の電圧が高くなるほど前記加熱手段への電圧印加時間を短くするように構成される。
この一態様によれば、電源の電圧が大きいときは加熱手段への電圧印加時間は短くなり、且つ、電圧が小さいときは加熱手段への電圧印加時間は長くなる。さらに加熱手段の電圧印加時間がそれほど長くない場合は、電圧印加時間内における電圧の変動幅はあまり大きくならない。そのため、加熱手段の電圧印加時間がそれほど長くない場合は、電圧の大きさに拘らず、加熱手段が所定時間内に所定量の熱を発生することが可能である。
本発明の一態様において、
前記車両外側の車外温度を検出する車外温度検出手段(101)と、
前記車両の車速を検出する車速センサ(131)と、
を備え、
前記制御装置が、前記電源の電圧が前記加熱手段に印加され始めてから前記加熱手段が発生した熱の総量(E(t))を前記電源の電圧に基づいて算出し、前記算出した熱の総量が、前記検出された車外温度及び前記検出された車速に基づいて決定される目標発熱量(Et)に到達したとき、前記電源の電圧の前記加熱手段への印加を終了するように構成される。
この一態様によれば、加熱手段が発生した熱の総量が目標発熱量に到達したときに制御装置が加熱手段への電圧の印加を終了する。そのため、加熱手段が所定時間内に所定量の熱を発生することが可能である。
本発明の一態様において、
前記電源から前記撮影装置に印可される電圧の大きさ(Vc)及び前記電源と前記撮影装置との間で生じ得る電圧降下量の最大値(Vrmax)に基づいて前記電源の電圧の推定値である推定電圧値(Vp)を求める電圧推定手段(106)を備え、
前記制御装置が、前記推定電圧値に基づいて、前記電源の電圧の前記加熱手段への印加時間を変更するように構成される。
この一態様によれば、加熱手段が所定時間内に所定量の熱を発生する可能性が高くなる。
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。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
本発明の実施形態に係る車両用撮影装置及びフロントウィンドの前方から見た斜視図である。 図1のII−II矢線に沿う断面図である。 車両用撮影装置の上方から見た斜視図である。 車両用撮影装置の上方から見た分解斜視図である。 遮光加熱ユニットの下方から見た分解斜視図である。 遮光加熱ユニットの下方から見た斜視図である。 被加熱部、ヒータモジュール、ヒューズモジュール及びケーブルモジュールの下方から見た模式図である。 (a)はヒューズを通る位置で切断した遮光加熱ユニットの断面図であり、(b)は封止材を通る位置で切断した遮光加熱ユニットの断面図である。 電気回路の模式図である。 制御装置が実行する処理を示すルーチンである。 ヒータに電力を供給するときのDuty比を示すグラフである。 本発明の変形例の制御装置が実行する処理を示すルーチンである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係る車両用撮影装置(加熱装置を含む。)について説明する。
(構成)
図1に示すように、実施形態に係る車両用撮影装置10(以下、「撮影装置10」と称呼する。)は、車両のフロントウィンド85の車内側に設けられる。フロントウィンド85は透光性のガラスにより形成されている。フロントウィンド85は透光性を有していればガラス以外の材料(例えば、樹脂)によって成形されてもよい。図2に示すように、フロントウィンド85は上方から下方に向かうにつれて徐々に車両の前方に向かう態様で車体に対して傾斜している。
図1に示すように、フロントウィンド85の後面(即ち、車内側の面)の上縁部及びその近傍部には、全体形状が略T字形をなす遮光シート86が貼り付けられている。遮光シート86の中央部には前斜め下方に向かって延びる前方延出部86aが形成されている。前方延出部86aの前端近傍部には略台形形状をなす光透過孔86bが形成されている。フロントウィンド85の光透過孔86bと対向する部位は光透過部85aを構成している。撮影装置10は、フロントウィンド85の車内側に光透過部85aと対向する態様で配設されている。
図3及び図4に示すように、撮影装置10は、主たる構成要素として、ブラケット20、カメラユニット30、遮光加熱ユニット40及びカバー50を具備している。
ブラケット20は硬質樹脂製である。ブラケット20には、略台形形状の貫通孔が支持部21として形成されている。さらにブラケット20の上面には複数の接着面22が形成されている。
カメラユニット30は、ハウジング31及び撮像部32を含む。ハウジング31は、樹脂製の一体成形品であり且つカメラユニット30の外形を構成している。ハウジング31の上面には平面視略台形形状のフード装着用凹部31aが設けられている。撮像部32は、フード装着用凹部31aの後端面に固定されている。図2に示すように、撮像部32は、レンズ32aと、レンズ32aの直後に位置する撮像素子32bと、を備えている。撮像素子32bは複眼タイプの素子である。撮像素子32bは、カメラユニット30の前方に位置する障害物によって後方へ反射され且つレンズ32aを透過した反射光(撮影光)を受光する。カメラユニット30は、その上部がブラケット20に係止されブラケット20により支持される。なお、カメラユニット30の内部には、カメラユニット30の温度Tcを検出可能なサーミスタ30a(図9を参照。)が設けられている。
図4乃至図8(特に、図5)に示された遮光加熱ユニット40は、主たる構成要素として遮光フード41、両面テープ42、ヒータモジュール43、ヒューズモジュール44、断熱材45及びケーブルモジュール46を備えている。
遮光フード41は硬質樹脂製の一体成形品である。遮光フード41は、被加熱部41aと側壁部41bと備えている。被加熱部41aは、正三角形状の(即ち、正面視において正三角形状をなす)板状体である。被加熱部41aは、前後方向に延びる中心線L1に関して左右対称である。側壁部41bは、被加熱部41aの左右両側縁部のそれぞれから上方に延びる一対のフランジ部である。側壁部41bの高さは、前端から後端に向かうにつれて徐々に大きくなっている。
ヒータモジュール43は、PETシート43a及びヒータ43bを有している。
PETシート43aは、PET(ポリエチレンテレフタレート)によって成形されている。PETシート43aの外形は被加熱部41aと略同形状である。即ち、PETシート43aは中心線L1に関して左右対称な正三角形である。PETシート43aの絶縁性は良好である。
ヒータ43bは、通電時に発熱する金属(例えば、黄銅)によって構成された電熱線である。ヒータ43bは、PETシート43aの上面のほぼ全体にジグザグ状に印刷により形成されている。ヒータ43bの両端部は、その他の部分と比べて面積が大きい一対のランド43c、43dによって構成されている。ランド43c、43dは、PETシート43aの上下両面において露出している。ランド43cはPETシート43aの後方の角部近傍に設けられており、ランド43dはPETシート43aの前方の右側の角部近傍に設けられている。
PETシート43aの上面には、ヒータ43bを覆うように両面テープ42の下面が貼られている。両面テープ42は、被加熱部41a及びPETシート43aと略同形状である。両面テープ42の上面は被加熱部41aの下面に対して貼り付けられる。この結果、ヒータモジュール43が遮光フード41に固定される。両面テープ42の熱伝導性は良好である。PETシート43aの周縁部は両面テープ42及び被加熱部41aの周縁部と重なっている。
ヒューズモジュール44は、両面テープ44a、ヒューズ44b及び二本のリード線44c、44dを有する一体物である。
両面テープ44aは図5に示す形状のシート状部材であり、その両面が粘着面となっている。両面テープ44aの熱伝導性は、遮光フード41、両面テープ42及びPETシート43aの何れよりも低い。
ヒューズ44bは電流制限素子であり、円筒状の絶縁ケースと、絶縁ケース内に固定された導電性を有する可溶金属と、を有している。ヒューズ44bの絶縁ケースは、両面テープ44aの上面の略中央部に貼りつけられている。
二本のリード線44c、44dは、図示の態様で両面テープ44aの上面に貼りつけられている。二本のリード線44c、44dの一端は、共にヒューズ44bの絶縁ケース内に位置し且つ可溶金属の両端にそれぞれ接続されている。一方、二本のリード線44c、44dの他端である接続端44c1、44d1はいずれも両面テープ44aの外周側に位置している。
両面テープ44aの上面がPETシート43aの下面に対して貼り付けられる。これにより、ヒューズモジュール44はヒータモジュール43に固定されている。図7に示すように、ヒューズモジュール44全体がPETシート43aの外周縁部の内周側に位置している。ヒータモジュール43の一対のランド43c、43dは、いずれも両面テープ44aの外周側に位置している。さらに図7に示すように、ヒューズモジュール44のヒューズ44bが、被加熱部41aの重心G位置と被加熱部41aの厚み方向に重なる位置に位置する。即ち、重心Gを通り且つ被加熱部41aの板厚方向に延びる直線上にヒューズ44bが配置されている。
ヒューズ44b及びリード線44c、44d(但し、接続端44c1、44d1を除く)はPETシート43aの下面に接触している。即ち、ヒューズ44b及びリード線44c、44d(但し、接続端44c1、44d1を除く)と、ヒータ43bのランド43c、43dを除く部分とは、両者の間に位置するPETシート43aによって互いに絶縁されている。さらにリード線44dの接続端44d1は、PETシート43aのランド43dの下面に対して半田付けされている(図示略)。
図5に示す断熱材45は絶縁性を有する部材からなり、被加熱部41aと略同じ形状である。即ち、断熱材45は正三角形状のシート状部材である。断熱材45の後端角部近傍には一対の貫通孔45a、45bが形成されている。断熱材45の熱伝導性は、遮光フード41、両面テープ42、PETシート43a及び両面テープ44aの何れよりも低い。
断熱材45の上面は、両面テープ44aの下面に対して貼り付けられている。断熱材45の上面の両面テープ44aと対向しない部位は、PETシート43aの下面に接触している。また、断熱材45の周縁部は、被加熱部41a及びPETシート43aの周縁部の外周側において遮光フード41に接触している。さらに、被加熱部41aの板厚方向に見たときに、断熱材45の貫通孔45a、45bは共に直線L1上に位置する。断熱材45が両面テープ44aに固定されると、貫通孔45aがPETシート43aのランド43cの真下に位置し且つ貫通孔45bがリード線44cの接続端44c1の真下に位置する。
ケーブルモジュール46は、図5乃至図9に示したように、第一給電用ケーブル60と、第二給電用ケーブル63と、第一給電用ケーブル60及び第二給電用ケーブル63の一端に接続されたコネクタ66(図4及び図9を参照)と、結束チューブ67(図6を参照。)と、を備えている。
第一給電用ケーブル60は、導電性が良好な金属線によって構成された電線61と、電線61の両端部を除く外周面を覆う被覆チューブ62と、を備えている。同様に、第二給電用ケーブル63は、導電性が良好な金属線によって構成された電線64と、電線64の両端部を除く外周面を覆う被覆チューブ65と、を備えている。
コネクタ66の内部には二つの金属製のコンタクト(図示略)が設けられている。2つのコンタクトの一方は陽極であり、他方は陰極である。第一給電用ケーブル60及び第二給電用ケーブル63の一端はコネクタ66に接続されている。電線61の一端は陽極であるコンタクトに接続され且つ電線64の一端は陰極であるコンタクトに接続されている。
さらに図4及び図6に示すように、被覆チューブ62及び被覆チューブ65の前後両端部を除く部分は単一の結束チューブ67内に挿入されている。即ち、結束チューブ67が被覆チューブ62及び被覆チューブ65を互いに分離しないように束ねている。
図8(b)に示すように、第一給電用ケーブル60の電線61の他端は断熱材45の貫通孔45aに挿入され、且つ、半田70によって電線61の他端がランド43cの下面に対して接続されている。図示は省略してあるが、第二給電用ケーブル63の電線64の他端は断熱材45の貫通孔45bに挿入されている。そして電線64の他端とリード線44cの接続端44c1とが互いに半田付けされている。
さらに図6及び図8に示すように、断熱材45の下面及び第一給電用ケーブル60の被覆チューブ62の貫通孔45a側の端部近傍である被固定部62a(図5、図8参照)には絶縁性の封止材71が固定されており、この封止材71によって貫通孔45aが覆われている。同様に、図6に示すように、断熱材45の下面及び第二給電用ケーブル63の被覆チューブ65の貫通孔45b側の端部近傍である被固定部65a(図5参照)には絶縁性の封止材72が固定されており、この封止材72によって貫通孔45bが覆われている。
図3及び図4に示すように、遮光加熱ユニット40の遮光フード41が、カメラユニット30のフード装着用凹部31aに嵌り込み、さらに撮像部32の前部が左右の側壁部41bの後端部間の隙間を通して被加熱部41aの後端部の直上に位置する。さらに図2及び図3に示すように、ブラケット20の支持部21に遮光加熱ユニット40の遮光フード41が嵌合し、カバー50が、カメラユニット30及び遮光加熱ユニット40を覆うように、その上面にてブラケット20に固定される。
ケーブルモジュール46のコネクタ66は、カバー50の後端開口を通してカバー50の後方へ引き出される。
図1及び図2に示すように、このようにして一体化された撮影装置10は、ブラケット20の各接着面22に塗布された接着剤(図示略)を利用して、遮光シート86の前方延出部86aの車内側面に対して固定される。すると遮光シート86の光透過孔86bと対向する位置に、ブラケット20の支持部21、遮光加熱ユニット40の被加熱部41a及びカメラユニット30の撮像部32が位置する。従って、フロントウィンド85の前方から後方に向かい且つ光透過部85a及び遮光シート86の光透過孔86bを後方に透過した撮影光は、撮像部32のレンズ32aを透過した後に撮像素子32bによって受光される。
図9に示すように、車両は電気制御装置(図示略。以下、「制御装置」と称する)100を具備している。制御装置100はECUである。ECUは、Electric Control Unitの略であり、CPU、ROM及びRAM等の記憶装置を含むマイクロコンピュータを備える。CPUはROMに格納されたインストラクション(プログラム)を実行することにより各種機能を実現するようになっている。制御装置100の記憶装置(ROM)には「低速時Duty比演算用マップ(MapLo)」及び「高速時Duty比演算用マップ(MapHi)」が格納されている。
さらに、車両は、車外温度センサ101、スイッチ素子102、中継素子110、カメラ制御ECU120、ブレーキ制御ECU130及び車速センサ131等を備えている。制御装置100、カメラ制御ECU120及びブレーキ制御ECU130は、図示しないCANを介して互いに情報(信号)を送信及び受信可能になっている。
車外温度センサ101は車両のフロントグリルに設けられ、車両外の温度Tairを検出する。車外温度センサ101は制御装置100に接続されている。
スイッチ素子102は半導体スイッチ素子である。スイッチ素子102の状態は、制御装置100によってON状態(導通状態、接続状態)とOFF状態(非導通状態、遮断状態)とに切り替えられる。スイッチ素子102はリレー式スイッチであってもよい。
遮光加熱ユニット40のコネクタ66は、車体側に設けられた車体側コネクタ66aに接続される。実際には、コネクタ66及び車体側コネクタ66aのそれぞれは一体物であるが、図9においては結線関係が明確になるように、コネクタ66及び車体側コネクタ66aのそれぞれは二つに分割された状態にて描かれている。
第一給電用ケーブル60は、コネクタ66、車体側コネクタ66a、給電線EL1及びイグニッションスイッチ(IG・SW)を介して車載電源(IG電源、バッテリ)の陽極に接続されている。IG電源の陰極は接地されている。第二給電用ケーブル63は、コネクタ66及び車体側コネタ66aを介してスイッチ素子102の一端に接続されている。スイッチ素子102の他端は接地されている。
従って、スイッチ素子102がOFF状態にあるときIG電源の電力はヒータ43bに供給されないので、ヒータ43bは発熱しない。スイッチ素子102がON状態にあるときIG電源の電力はヒータ43bに供給されるので、ヒータ43bが発熱する。
給電線EL2の一端EL2Sは、イグニッションスイッチ(IG・SW)に接続されている。給電線EL2の他端ELE2は中継素子110の入力端子P1に接続されている。中継素子110の出力端子P2は、給電線EL3及び給電線EL4の一端と接続されている。
カメラ制御ECU120の図示しない電源ラインは給電線EL3の他端に接続されている。カメラ制御ECU120の図示しないアースラインは接地されている。これにより、カメラ制御ECU120はIG電源から中継素子110を介して電力が供給されるようになっている。加えて、カメラユニット30の図示しない電源ラインは給電線EL3の他端に接続され、カメラユニット30の図示しないアースラインは接地されている。これにより、カメラユニット30はIG電源から中継素子110を介して電力が供給されるようになっている。カメラ制御ECU120とカメラユニット30とは各種の信号を相互に送受信可能に接続されている。
ブレーキ制御ECU130の図示しない電源ラインは給電線EL4の他端に接続されている。ブレーキ制御ECU130の図示しないアースラインは接地されている。これにより、ブレーキ制御ECU130はIG電源から中継素子110を介して電力が供給されるようになっている。ブレーキ制御ECU130は、図示しない車両のブレーキ装置に接続され、ブレーキ装置を用いて車両の制動力を制御するようになっている。
車速センサ131は車両の速度SPDに応じた信号を発生する。車速センサ131はブレーキ制御ECU130に接続されている。ブレーキ制御ECU130は、車速センサ131から受け取った信号に基いて車速SPDを検出(取得)するようになっている。
なお、制御装置100の図示しない電源ラインは給電線EL1に接続されている。但し、制御装置100の図示しない電源ラインは中継素子110の出力端子P2と接続されていてもよい。制御装置100の図示しないアースラインは接地されている。これにより、制御装置100は、IG電源から電力が供給されるようになっている。
中継素子110は抵抗体111、コンデンサ(キャパシタ)112及び切替部113を備えている。
抵抗体111の一端は切替部113の端子P4と接続されている。抵抗体11の他端は出力端子P2と接続されている。
コンデンサ112の一方の極板は入力端子P1及び切替部113の端子P3に接続されている。コンデンサ112の他方の極板は接地されている。従って、イグニッションスイッチ(IG・SW)が閉じられている間、コンデンサ112はIG電源により充電される。端子P3は入力端子P1と接続されている。端子P5は出力端子P2と接続されている。
切替部113は制御装置100からの信号に基いて、端子P3と端子P4とを接続した状態(第1状態)と、端子P3と端子P5とを接続した状態(第2状態)と、の何れかの状態を選択的に実現するようになっている。
ところで、制御装置100は車両に搭載された図示しない内燃機関を、車両の運転状態に応じて、自動的に作動させたり停止させたりするスタートアンドストップ制御(以下、SS制御と称する)を行うようになっている。
制御装置100は、内燃機関が作動しているとき切替部113を第1状態(端子P3を端子P4に接続した状態)に設定する。従って、この場合、IG電源から供給される電力は、イグニッションスイッチ(IG・SW)、給電線EL2、抵抗体111及び給電線EL3を介して「カメラ制御ECU120及びカメラユニット30」に供給される。同様に、IG電源から供給される電力は、イグニッションスイッチ(IG・SW)、給電線EL2、抵抗体111及び給電線EL4を介してブレーキ制御ECU130に供給される。
SS制御によって内燃機関の運転が停止すると、内燃機関により駆動されるオルタネータは発電を行わなくなる。従って、内燃機関が運転を停止しているときは、内燃機関が運転しているときと比べてIG電源の電圧が低くなる。更に、SS制御によって運転停止中の内燃機関を再始動させる場合、スターターモータがIG電源から供給される電力を利用して回転する。従って、内燃機関が再始動させられている期間、内燃機関が運転を停止しているときよりもIG電源の電圧がさらに低くなる。このように制御装置100がSS制御を実行しているときはIG電源の電圧が低下し易く、そのためカメラユニット30の動作が不安定になり易い。
そのため、制御装置100は、SS制御によって内燃機関を停止しているとき及び内燃機関の運転を自動的に開始するとき、切替部113を第2状態(端子P3を端子P5に接続した状態)に設定する。従って、この場合、コンデンサ112に蓄電された電力が、給電線EL2及び給電線EL3を介して「カメラ制御ECU120及びカメラユニット30」に供給される。同様に、コンデンサ112に蓄電された電力が、給電線EL2及び給電線EL4を介してブレーキ制御ECU130に供給される。この結果、IG電源の電圧が低下しても、コンデンサ112から高い電圧の電力が出力端子P2を介して、カメラ制御ECU120、カメラユニット30及びブレーキ制御ECU130等に供給される。
ところで、後述するように、給電線EL1の電圧(即ち、IG電源の電圧に実質的に等しい電圧であってヒータ43bに印加される電圧(ヒータ電圧))Vh)が変動するとヒータ43bの発熱量が変動する。従って、ヒータ電圧Vhを推定することが必要である。一方、本実施形態では、電気回路の構成に起因して、給電線EL1に電圧測定装置を設けることが困難である。従って、ヒータ電圧Vhを直接的に測定することができない。
他方、カメラ制御ECU120は、カメラ制御ECU120自身に供給される電力の電圧値(給電線EL3の電位)Vcを検出可能に構成されている。そこで、カメラ制御ECU120は、この電圧値Vcに基いてヒータ電圧Vh(特に、スイッチ素子102がON状態にあるときの給電線EL1の電位)を演算により推定する。そして、制御装置100はこの推定されたヒータ電圧Vhを通信によりカメラ制御ECU120から受け取り、受け取ったヒータ電圧Vhに基いてヒータ43bの通電制御を行う。
いま、カメラ制御ECU120が測定した電圧をVc、切替部113が端子P3と端子P4とを接続しているとき(切替部113が第1状態にあるとき)の抵抗体111による電圧降下量をVr、IG電源の電圧をVpと定義する。この場合、下式に示すように、電源電圧Vpは、電圧Vcと電圧降下量Vrとの和に等しい。

Vp=Vc+Vr
電圧降下量Vrは、抵抗体111の抵抗値と抵抗体111を流れる電流値との積である。そしてカメラ制御ECU120(給電線EL3)の電流値とブレーキ制御ECU130(給電線EL4)の電流値とを加算すると抵抗体111を流れる電流値になるので、給電線EL3の電流値及び給電線EL4の電流値を検出できれば電圧降下量Vrを演算できる。
しかし、本実施形態においては、カメラ制御ECU120はカメラ制御ECU120自身に供給される電力の電流値を検出可能であるが、ブレーキ制御ECU130は自身に供給される電力の電流値を測定できない。但し、本実施形態の電気回路は、IG電源の電圧値がいかなる大きさであっても、給電線EL3の電流値と給電線EL4の電流値の合計値(即ち、抵抗体111の電流値)が所定の最大電流値Imaxを超えないように設計されている。換言すると、カメラ制御ECU120、カメラユニット30、及びブレーキ制御ECU130のそれぞれは、それぞれの電流がそれぞれの最大電流値を超えないように設計されている。そして、それらの最大電流値を合算した値は最大電流値Imaxを超えることがない。
そこで、カメラ制御ECU120のROMには最大電流値Imaxが記憶されている。そして、カメラ制御ECU120は、電圧降下量Vrの最大値Vrmaxを抵抗体111の抵抗値と最大電流値Imaxとの積(抵抗体111の抵抗値×最大電流値Imax)として演算し、且つ、この最大値Vrmaxと電圧Vcとを加算することによりIG電源の電圧Vp(=電圧Vc+最大値Vrmax)を演算する。
なお、本実施形態の最大電流値Imaxは0.5A(アンペア)であり且つ抵抗体111の抵抗値は1Ωであるので、カメラ制御ECU120は電圧Vpを電圧Vcより0.5V(=最大値Vrmax)だけ高い値として算出する。但し、抵抗体111の実際の電流値は最大電流値Imax以下なので、IG電源の実際の電圧値(即ち、ヒータ電圧Vhの実際値)は、このように推定される電圧値Vp(=電圧Vc+最大値Vrmax)よりも最大で0.5V低い可能性がある。換言すると、実際のヒータ電圧Vhと、推定される電圧Vpとの間には差が生じる可能性がある。しかし、最大電流値Imaxは小さい値(0.5A)なので、この差は小さい値となる。
さらに、切替部113が端子P3と端子P5とを接続しているとき(切替部113が第2状態にあるとき)には、カメラ制御ECU120は、自身が測定した電圧Vcを電圧Vp(=Vh)と見做す。但し、この場合は前述したSS制御についての説明から理解されるように、IG電源の実際の電圧値(即ち、ヒータ電圧Vh)は電圧Vcより低い可能性が高い。即ち、切替部113が第1状態であるか第2状態であるかに関わらず、推定される電圧Vpは、実際のヒータ電圧よりも高い値となる。
以上説明した遮光加熱ユニット40及び制御装置100は加熱装置95の構成要素である。
(作動)
続いて車両及び撮影装置10の動作について説明する。図示を省略したイグニッションキーが操作されると、イグニッションスイッチ(IG・SW)が閉じられ、IG電源の陽極が給電線EL1、給電線EL2及び制御装置100に接続される。その結果、カメラ制御ECU120はカメラユニット30に対して撮像を開始させる。カメラユニット30は、所定時間が経過する毎に撮像部32を用いて撮像データを取得する。
より具体的に述べると、撮像部32の撮像素子32bは、撮影装置10を搭載した車両の前方に位置する物標(例えば、他の車両)によって後方へ反射され且つフロントウィンド85の光透過部85a、遮光シート86の光透過孔86b及びレンズ32aを透過した反射光を撮像して撮像データを生成する。カメラユニット30は、その撮像データをカメラ制御ECU120に送信する。カメラ制御ECU120は、カメラユニット30から受けとった撮像データを処理し、所定時間が経過する毎に制御装置100に送信する。制御装置100は、受け取った撮像データを分析することにより車両の前方に存在する物標(他車両及び障害物等)についての情報(前方情報)を取得し、その前方情報に基いて車両を制御する。
例えば、制御装置100は、前方情報に基いて、「自動ブレーキ制御、レーンキーピングアシスト制御(レーントレーシングアシスト制御)及びアダプティブハイビーム制御」等を実行したり、自動運転を実施したり、警報を発したりする。以下、前方情報に基くこのような制御は運転支援制御と称呼される。
さらに、各ECUに電力が供給されると、各ECUは以下に行なう動作を所定時間が経過する毎に実行する。
制御装置100は、車外温度センサ101を用いて車外温度Tairを検出する。
カメラ制御ECU120は、サーミスタ30aを用いてカメラユニット30の温度Tcを検出する。カメラ制御ECU120は、カメラ制御ECU120自身に供給される電力の電圧値(給電線EL3の電位)Vcを検出するとともに、上述したようにヒータ電圧Vhを推定する。
ブレーキ制御ECU130は、車速センサ131を用いて車速SPDを検出する。
これらの検出値は、制御装置100に送信される。
ところで、車外温度が低い場合、フロントウィンド85の光透過部85aに結露が発生する場合がある。結露は車室内で暖房を使用するとより発生し易い。さらに、車外温度が低い場合、光透過部85aに氷及び/又は霜が付着する場合がある。このような現象が発生すると、撮像素子32bが生成する撮像データが不鮮明な被写体像を表すデータとなったり、撮像部32が車両前方の物標を撮像できなくなったりするおそれがある。このような場合、制御装置100が撮像データを利用した上記の運転支援制御を正確に実施できないおそれがある。そこで制御装置100は、図10にフローチャートにより示す処理(ルーチン)を実行することにより、このような事態が発生することを未然に防止する。なお、制御装置100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において、スイッチ素子102の状態をOFF状態に設定している。
制御装置100のCPU(以下、単に「CPU」と呼ぶ。)は、所定時間T(図11参照。本実施形態では3分)が経過する毎に図10に示すルーチンの処理をステップ1000から開始してステップ1001に進む。そしてCPUは、本ルーチンの処理の開始直前の所定時刻tpに車外温度センサ101が検出した車外温度Tairが所定の閾値車外温度Tathより低いか否かを判定する。車外温度Tairが所定の閾値車外温度Tath以上である場合、「透過部85aに結露が発生したり氷及び/又は霜が付着したりする可能性」は極めて低い。従って、この場合、CPUはステップ1001にて「No」と判定してステップ1006に進みスイッチ素子102の状態をOFF状態に設定する(ヒータ43bの通電を停止する。)。その後、CPUはステップ1095に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、スイッチ素子102の状態がOFF状態に維持されるので、ヒータ43bが発熱することはない。
これに対し、車外温度Tairが所定の閾値車外温度Tathより低い場合、CPUはステップ1001にて「Yes」と判定してステップ1002に進み、本ルーチンの処理の開始直前の所定時刻tpに車速センサ131が検出した車速SPDが所定の閾値速度SPDth以上か否かを判定する。制御装置100は、車速SPDが閾値速度SPDth以上である場合にカメラユニット30が生成した撮像データに基づく運転支援制御を実行する。従って、車速SPDが閾値速度SPDth未満である場合、撮像データは使用されないので、ヒータ43bに通電する必要がない。そこで、車速SPDが閾値速度SPDth未満である場合、CPUはステップ1002にて「No」と判定し、ステップ1006を経由してステップ1095に直接進む。この結果、スイッチ素子102の状態がOFF状態に維持されるので、ヒータ43bが発熱することはない。
これに対し、車速SPDが閾値速度SPDth以上である場合、CPUはステップ1002にて「Yes」と判定してステップ1003に進む。なお、ステップ1002は省略されてもよい。換言すると、閾値速度SPDthは「0km/h」であってもよい。この場合、CPUは車速SPDに関わらず必ずステップ1003に進む。CPUは、ステップ1003において、本ルーチンの処理の開始直前の所定時刻tpにサーミスタ30aにより検出されたカメラユニット30の温度Tcが所定の正常温度の範囲(カメラユニット30の動作が保証される温度範囲)内にあるか否かを判定する。カメラユニット温度Tcが正常温度範囲内にない場合、CPUはステップ1003にて「No」と判定し、ステップ1006を経由してステップ1095に直接進む。この結果、スイッチ素子102の状態をOFF状態に維持されるので、ヒータ43bが発熱することはない。
これに対し、カメラユニット温度Tcが正常温度範囲内にある場合、CPUはステップ1003にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ1004及びステップ1005の処理を順に行い、ステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ1001乃至ステップ1003の総てにおいて「Yes」と判定された場合、所定の制御開始条件が成立する。
ステップ1004:CPUは、先ず、上記所定時刻tpに車速センサ131が検出した車速SPDが、所定の低速領域と高速領域のいずれに含まれるかを判定する。例えば、低速領域の範囲は0以上且つ50km/h未満であり、且つ、高速領域の範囲は50km/h以上である。
車速SPDが低速領域に含まれる車速である場合、CPUはDuty比演算用マップ(ルックアップテーブル)として低速時Duty比演算用マップ(MapLo)を選択する。そして、CPUは下式に示すように、このマップに上記所定時刻tpのヒータ電圧Vh、車外温度Tair及び車速SPDを引数として適用することにより、Duty比を算出する。ヒータ電圧Vhは、カメラ制御ECU120が自身に供給される電力の電圧値(給電線EL3の電位)Vcに基いて上述したように推定した電圧である。
Duty比=MaPLo(Vh,Tair,SPD)
Duty比は、図11に示すように、スイッチ素子102の状態がON状態である時間(電圧印加時間)をTonと規定し、スイッチ素子102の状態がOFF状態である時間(電圧印加停止時間)をToffと規定するとき、下式により表される比(%)である。なお、本例においては、Ton+Toffを一周期ΔTとすると、上記所定時間TはΔTの三倍の長さに設定されている(T=3・ΔT)。Duty比が大きいほど、所定時間Tにおいてヒータ43bに供給される(ヒータ43bにて消費される)電力量(総電力量)は大きくなり、従って、所定時間Tにおけるヒータ43bの発熱量(総発熱量[J])は大きくなる。
Duty比=[Ton/(Ton+Toff)]・100(%)
一方、車速SPDが高速領域に含まれる車速である場合、CPUはDuty比演算用マップとして高速時Duty比演算用マップ(MapHi)を選択する。そして、CPUは下式に示すように、このマップにヒータ電圧Vh、車外温度Tair及び車速SPDを引数として適用することにより、Duty比を算出する。ヒータ電圧Vhは、カメラ制御ECU120が自身に供給される電力の電圧値(給電線EL3の電位)Vcに基いて上述したように推定した電圧である。
Duty比=MaPHi(Vh,Tair,SPD)
ところで、実験によれば、ヒータ43bの温度を所定の温度範囲(以下、「適切温度範囲」と称呼する。)内に維持できれば、「光透過部85aにおける結露の発生、及び、光透過部85aへの氷及び霜等の付着」が回避できることが判明した。これは、ヒータ43bの温度が適切温度範囲内に維持されると、光透過部85aの温度が「露点温度以上の所定範囲内の温度」に維持できるからであると推定される。
一方、ヒータ43bの温度は、ヒータ43bの所定の時間(本例における所定時間T)における発熱量及びヒータ43bから奪われる熱の量と強い相関を有する。更に、ヒータ43bから奪われる熱の量は光透過部85aの放熱量に強い相関を有する。光透過部85aの所定時間における放熱量は「車外温度Tair及び車速SPD」に強い相関を有する。そのため、上記所定時刻tpのヒータ電圧Vh、上記所定時刻tpの車外温度Tair及び上記所定時刻tpの車速SPDは、低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)の引数として利用される。
低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)は、一つのDuty比演算用マップ(MapCo(Vh,Tair,SPD))に統合されてもよい。以下、低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)を区別する必要がない場合、これらのマップはDuty比演算用マップと称呼される。Duty比演算用マップに従って算出されるDuty比は、ヒータ43bの温度を適切温度範囲内に維持するために必要な「所定時間Tにおけるヒータ43bの発熱量(供給電力量)」の目標値に対応する値である。よって、Duty比演算用マップは、ヒータ電圧Vh、車外温度Tair及び車速SPDと、ヒータ43bの温度を適切温度範囲内に維持するために必要なDuty比(所定時間Tにおいてヒータ43bが発生すべき熱の総量の目標値)と、の間の実験により予め求められた関係に基いて作成され、ROMに格納されている。
なお、車外温度Tair及び車速SPDに基づいて目標発熱量(発熱量の目標値)を求めることが可能であり、且つ、目標発熱量及び電圧Vhに基づいてDuty比を求めることが可能である。
低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)のいずれが用いられた場合であっても、ヒータ電圧Vhが高い程Duty比は小さくなる。
低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)のいずれが用いられた場合であっても、車外温度Tairが高い程Duty比は小さくなる。
ヒータ電圧Vh及び車外温度Tairがそれぞれ所定の一定値である場合、高速時Duty比演算用マップ(MapHi)により求められるDuty比は、低速時Duty比演算用マップ(MapLo)により求められるDuty比よりも大きくなる。更に、低速時Duty比演算用マップ(MapLo)及び高速時Duty比演算用マップ(MapHi)のいずれが用いられた場合であっても、車速SPDが高いほどDuty比は大きくなる。
ステップ1005:CPUは、Duty比に従ってヒータ43bの通電制御(発熱量制御)を所定時間Tに渡り実行する。即ち、CPUは、図11に示すように、Duty比により規定される電圧印加停止時間Toffに渡りスイッチ素子102の状態をOFF状態に設定し、次いで、Duty比により規定される電圧印加時間Tonに渡りスイッチ素子102の状態をON状態に設定する動作を、3回繰り返す(時刻t0乃至t6を参照。)。その後、ステップ1001の処理を開始した時点から所定時間Tが経過すると、CPUはステップ1000から本ルーチンを再開する。
このように、上記所定時刻tpの電源Vp(ヒータ43bの電圧Vh)の電圧が高いほど、所定時間Tにおける電圧印加時間Tonの合計時間は短くなる。さらに、所定時間Tをそれほど長くない時間に設定すれば、所定時間T内における実際の電源の電圧の変動幅はあまり大きくない。しかも、カメラ制御ECU120が、電圧降下量Vrを考慮しながら電圧Vp(=Vh)を演算している。そのため所定時刻tpの電圧Vp(=Vh)の大きさに拘らず、ヒータ43bが時刻t0から時刻t6の間に発生する熱量は、時刻t0にて決定された発熱量とほぼ等しい値になる。更に、前述したように、切替部113の状態が第1状態及び第2状態の何れであっても、推定される電圧Vp(=Vh)は実際の電源電圧よりも高めの値として推定される。よって、所定時間T内においてヒータ43bの発熱量が時刻t0にて決定した発熱量を大きく上回る事態が発生しない。
この結果、本実施形態に係る車両用撮影装置は、電源の電圧が変動する場合であってもヒータ43bの温度を適切温度範囲内に維持することができる。この結果、車両用撮影装置は、「光透過部85aにおける結露の発生、及び、光透過部85aへの氷及び霜等の付着」の可能性を低減でき、且つ、ヒータ43bの温度が適切温度範囲を大きく超えて過度に高い温度になる可能性を低減することができる。よって、ヒータ43bの近傍に位置する部品(例えば、PETシート43a)が熱変形する可能性を低減することができる。
なお上記電気回路がヒューズ44bを具備しない場合に、電気回路に図9の「ショート」の態様でショート(地絡)が発生すると、制御装置100がスイッチ素子102の状態をOFF状態に設定している場合においてもIG電源の電力がヒータ43bに供給される。即ち、この場合は、IG電源の電力が長時間に渡って連続的にヒータ43bに供給されてしまう。そのため、ヒータ43b、被加熱部41a及びこれらの周辺部が過剰に高温となってしまう。
しかし本実施形態の撮影装置10は上記電気回路上に設けられたヒューズ44bを備えている。ヒューズ44bの可溶金属は、ヒータ43bからリード線44c、44dを介して伝わった熱及び被加熱部41aから伝わった熱により加熱される。
図9の「ショート」の態様で上記電気回路にショートが発生した場合には、ヒータ43b及び被加熱部41aが高温となる。すると、ヒューズ44bの温度が所定値以上の温度になり、その結果このヒューズ44bが溶断する。すると、IG電源の電力がヒータ43bに流れなくなるので、ヒータ43b、被加熱部41a及びこれらの周辺部が過剰に高温となることが阻止される。
<実施形態の変形例>
例えば、本発明の変形例に係る制御装置100のCPUは、図10のフローチャートに代えて図12のフローチャートにより示されるルーチンを上記所定時間Tが経過する毎に実行してもよい。このフローチャートのステップ1201、1202、1203及び1206は、ステップ1001、1002、1003及び1006とそれぞれ同一である。従って、これらのステップについての説明は省略する。
CPUは、ステップ1203にて「Yes」と判定すると、以下に述べるステップ1204及びステップ1205の処理を実行する。
ステップ1204:CPUは、下式に示すように、制御装置100のROMに記憶させてある目標発熱量演算用マップ(ルックアップテーブル)MaPEtに所定時刻tpの車外温度Tair及び車速SPDを引数として適用することにより、目標発熱量Etを算出する。目標発熱量Etは、ヒータ43bの温度を適切温度範囲内に維持するために必要な「所定時間Tにおけるヒータ43bの発熱量(供給電力量)」の目標値である。
目標発熱量Et=MaPEt(Tair,SPD)
ステップ1205:CPUは、目標発熱量Etに従ってヒータ43bの通電制御(発熱量制御)を実行する。より具体的に述べると、CPUはスイッチ素子102の状態をOFF状態からON状態へと変更することにより、IG電源からヒータ43bに電力を供給してヒータ43bから熱を発生させる。更に、CPUは、スイッチ素子102の状態をON状態へと変更した時点から下記の式(1)に基づいてヒータ43bが実際に発生した実発熱量(総熱量、熱量の積算値)E(t)を演算する。なお、tは時間、Rはヒータ43bの抵抗値、Vはヒータ43bの電圧である。Vとして上述の「カメラ制御ECU120が自身に供給される電力の電圧値Vcに基いて推定したヒータ電圧Vh」が使用される。
Figure 0006939536
さらにCPUは、ステップ1205において、式(1)に基づいて算出した実発熱量E(t)が目標発熱量Etに到達したか(以上になったか)否かをモニタし、実発熱量E(t)が目標発熱量Etに到達したときにスイッチ素子102の状態をON状態からOFF状態へと変更する。その後、ステップ1201の処理を開始した時点から所定時間Tが経過すると、CPUはステップ1200から本ルーチンを再開する。
以上、本発明を実施形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
上述の実施形態及び変形例は、ルックアップテーブルを用いる代わりに、ルックアップテーブルの引数を変数として有する計算式により、Duty比及び目標発熱量Etを求めても良い。
図10のステップ1004にて使用されるヒータ電圧Vhは、スイッチ素子102をOFF状態からON状態に切り替えた直後の時刻であってもよい。つまり、CPUは、図11の時刻t0にてスイッチ素子102をOFF状態からON状態に切り替え、その直後にDuty比を決定してもよい。
さらに、本発明の変形例は、制御装置100が給電線EL1の電位(電圧)をヒータ電圧Vhとして検出可能に構成されていてもよい。
加えて、車両用撮影装置を、フロントウィンドとは別の窓部に装着してもよい。例えば、車両の後方に位置する障害物を検出可能となるように、車両のバックウィンドに車両用撮影装置を装着してもよい。
目標発熱量(Et)を車外温度Tairのみに基づいて求めてもよい。
10・・・車両用撮影装置、30・・・カメラユニット、30a・・・サーミスタ、43b・・・ヒータ、85・・・フロントウィンド(窓部)、85a・・・光透過部、102・・・スイッチ素子、95・・・加熱装置、100・・・制御装置、101・・・車外温度センサ。

Claims (3)

  1. 車両に設けられた窓部の内側に配設され且つ前記窓部を透過した撮影光を受光する撮影装置と、
    前記窓部の内側に配設され且つ前記車両に搭載された電源の電圧が印加されることにより当該電源から電力が供給されたときに発熱して当該窓部を加熱する加熱手段と、
    前記加熱手段が所定時間において発生する熱の総量が少なくとも車外温度に基いて定まる所定量に一致するように前記電源の電圧の前記加熱手段への印加時間を変更する制御装置と、
    前記電源から前記撮影装置に印可される電圧の大きさ及び前記電源と前記撮影装置との間で生じ得る電圧降下量の最大値に基づいて前記電源の電圧の推定値である推定電圧値を求める電圧推定手段と、
    を備え
    前記制御装置が、記推定電圧値に基づいて、前記電源の電圧の前記加熱手段への印加時間を変更するように構成された、
    車両用撮影装置。
  2. 請求項1記載の車両用撮影装置において、
    前記制御装置が、前記電源の電圧が高くなるほど前記印加時間を短くするように構成された、
    車両用撮影装置。
  3. 請求項1記載の車両用撮影装置において、
    前記車両外側の車外温度を検出する車外温度検出手段と、
    前記車両の車速を検出する車速センサと、
    を備え、
    前記制御装置が、前記電源の電圧が前記加熱手段に印加され始めてから前記加熱手段が発生した熱の総量を前記電源の電圧に基づいて算出し、前記算出した熱の総量が、前記検出された車外温度及び前記検出された車速に基づいて決定される目標発熱量に到達したとき、前記電源の電圧の前記加熱手段への印加を終了するように構成された、
    車両用撮影装置。
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