JPH04104019A - 日射センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、日射強度、日射仰角、日射方位角が検出可能
であり、日射仰角による日射強度の正確な値を求め得る
日射センサに関する。本発明は自動車の空調制御におい
て、日射による熱負荷量の演算のための正確な日射量の
検出に用いることができる。

【従来技術】

従来の空調装置では、日射検出手段を用いて日射量を検
出し、この日射量に応じて空調装置の吹出温度又は風量
を制御するという日射補正制御が行われている。 又、近年、空調空間における快適性に対する要求が高ま
っている。例えば、実開昭６２−１８９９０８号公報、
特開昭６２−７１７１３号公報等に見られるように、空
調装置において、日射の方向も検出しより細かい日射補
正制御を行うシステムが提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

しかし、日射の方向を検出するためには、例えば、実開
昭６２−１８９９０８号公報に見られるように、光検出
素子を複数立体配置し、且つ、低傾角日射時の性能を確
保するため、例えば、インストルメントパネル面より上
部に光検出素子を配置する必要がある。 その結果、インストルメントパネル面から日射検出手段
が大きく突出する形となり、運転者に違和感を与えたり
、車室内のデザインの検討上、大きな問題となる。また
、インストルメントパネルからの反射光の影響により性
能が悪化する。 そこで、特開昭６２−７１７１３号公報には、インスト
ルメントパネル裏面に可変抵抗素子と光導電素子とを配
置した日射方向検出装置が示されている。 しかし、この装置では、日射仰角と日射方位角が分離で
きないため、きめ細かい日射補正制御は出来ない。 本発明は、日射強度、日射仰角、日射方位角を精度良く
検出でき、特に、日射仰角による日射強度の補正が精度
良く行うことができると共に日射センサの装着位置の自
由度を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための発明の構成は、日射強度及び
日射仰角、日射方位角を検出する日射センサにおいて、
中央部に光りの透過する光導入部が形成され、他の部分
に平面状に光電変換素子の形成された受光素子基板と、
受光素子基板の光りの透過側に、その受光素子基板に対
して平行に且つ所定の間隔を保持して平板状に配設され
、光導入部を通過した光りのスポットが受光され、その
スポットの平面上の２次元的位置を出力する２次元位置
検出素子とを設けたことである。

【作用】

受光素子基板の単位面積当たりの日射の入射光強度は、
光電変換素子の出力として検出される。 その出力値は当然日射の仰角に依存する。 一方、受光素子基板の中央部に形成された光導入部を透
過した光りは、受光素子基板に平行にその下部にそれと
所定の間隔をおいて平面状に設けられた２次元位置検出
素子上にスポットを形成する。このスポットの平面上の
座標に応じた出力がその２次元位置検出素子から出力さ
れる。 この結果、この日射センサの出力値を読み取る制御装置
において、日射仰角、日射方位角が演算され、日射仰角
に応じて日射の入射方向に垂直な単位面における正確な
日射強度を求めることができる。また、これらの、正確
な日射強度、日射仰角、日射方位角等を用いて、自動車
の形態との関係において、より正確な日射負荷をきめ細
かく求めることが可能となる。

【実施例】

第１図は本発明の具体的な一実施例に係る日射サンセ１
を示した断面図である。 日射センサ１は絶縁基板１４を有しており、その絶縁基
板１４上に２次元位置検出素子１２が配設されている。 その２次元位置検出素子１２の上面には受光面１２ａが
形成されている。その受光面１２ａに対して、第２図に
示すように、所定間隔Ａだけ隔てて、透明のガラス基板
１１が配設されている。その透明のガラス基板１１には
、中心部に円形の光導入部１３を残して、不透明の受光
素子１５が平面的に形成されている。受光素子１５はＰ
Ｎ接合の光起電力素子である。 又、絶縁基板１４からは、第３図に示す２次元位置検出
素子１２のＸ方向のＸ電極１７ａ、１７ｂに対するリー
ドｌ１１９ａ、１９ｂとＹ方向のＹ電極１８ａ、１８ｂ
に対するリード線２０ａ、２０ｂと、受光素子１５の起
電力を出力するリード線２３ａ、２３ｂが外部に取り出
されている。 尚、絶縁基板１４の下部を覆うようにリアカバー２１が
形成されており、そのリアカバー２１に周囲で接合し、
絶縁基板１４．２次元位置検出素子１２、ガラス基板１
１の全体を前面から覆うように透明Ｗ脂で形成された前
カバー２２が配設されている。前カバー２２の表面は自
動車のフロントガラスへの反射を防止するために無反射
コーティングされており、さらに、特定の波長域の光り
を透過させる材料（本実施例では、８００ｎＩ１１以上
の光りを透過させるポリカーボネイト）によって形成さ
れている。 上記のような構成の日射センサ１は、自動車のインスト
ルメントパネル１０に形成された凹部９に、ガラス基板
１１の表面がインストルメントパネル１０の表面と一致
する位置で、埋設される。 次に本日射センサ１の作用について説明する。 日射光の強度はガラス基板１１上に形成された受光素子
１５によって検出され、その起電力はリード線２３ａ、
２３ｂから出力される。 ガラス基板１１の中央部に形成された円形の光導入部１
３を透過した光によって、２次元位置検出素子１２の受
光面１２ａ上にスポットが形成される。 尚、受光面１２ａ上に形成されるスポットの直径は、ガ
ラス基板１１をマスクする受光素子１５の膜厚が構成で
あるため、透過光の入射角が変化しても一定であり変化
しない。 この２次元位置検出素子１２のＸ電極１７ａ。 １７ｂの出力を、それぞれ、ｘｌ＋Ｘｆｆとし、Ｙ電極
１８ａ、１８ｂの出力を、それぞれ、ｙｌ、　Ｙｘとす
る時、第３図に示すような受光面１２ａ上のスポットの
位置（Ｘ、　ｙ）は次式で求められる。 Ｌ（ｙｉ−ｙｌ） 但し、Ｌは電極間距離である。 このスポットの位置（ｘ、　ｙ）から次式により、日射
仰角θ、日射方位角φを求めることができる。 尚、２次元位置検出素子１２が、第３図に示すように、
Ｘ電極１７ａが車両の前方に向くように配設されている
時、第３図に示す座標系において、日射方向とスポット
の存在位置との関係は次のようになる。 このようにして、日射方向の車に対する前後、左右が判
別される。第３図は、前方、左側日射の場合が示されて
いる。 第４図は受光素子１５の出力Ｖと日射仰角θとの関係を
示した特性図である。第１図に示したように、受光素子
１５が地面に対して平行に設置されている場合には、受
光素子１５の８力信号は、日射方位角φには関係なく次
式で表され、日射仰角θによっ出力Ｖが変化する。 Ｖ？ｌ−５ｉｎθ　　　　　　　　　　　　　（５）但
し、工は光強度である。 そこで、日射仰角θによって、受光素子１５の出力Ｖを
補正することで、正確な光軸に垂直な面における日射強
度Ｔｓを次式により求めることが８来る。 Ｔｓ＝Ｖ／ｓｉｎθ　　　　　　　　　　　　　　（６
）また、日射による車室内の熱負荷量が車両の屋根や窓
の形状等により、日射仰角θに応じて変化することが知
られている。従って、日射仰角θに対して第５図の特性
で設定された補正係数にと、補正された正確な日射強度
Ｔｓとから、次式で、熱負荷量Ｏ５が演算される。 Ｑ　ｓ　＝　Ｋ−Ｔ　ｓ　　　　　　　　　　　　　−
（７）尚、第５図の補正係数にの日射仰角θに対する特
性は、特定の車両において、車両前方からの日射に対し
て実験的に求められたものである。日射仰角θが約６０
°の時、補正係数にはピークとなり、日射仰角θが６０
°以上では自動車のルーフのために熱負荷が減少するた
め補正係数には低下する。また、日射仰角θが６０°以
下では乗員への直接日射による温熱感を考慮して、補正
係数には日射仰角θが３０°付近まではほぼフラットと
している。さらに、低仰角域では、熱負荷量の急低下に
伴い補正係数Ｋを急激に減少させている。 第６図は本発明の日射センサ１を適用した車両空調装置
の構成を示したブロック図である。 エアコンユニット５０は、内外気切換ユニット５１、送
風機５２、ターラユニット５３、エアミックスユニット
５４、ヒータユニツ１−５５、吹出口切換ユニット５６
、ヒート吹８０５７、ベント吹出口切換ユニット５８を
有する。 内外気切換ユニット５１は内外気切換ダンパ７０を有し
、そのダンパ７０はサーボモータ７１により駆動される
。 送風機５２はファン７２とモータ７３とを有し、モータ
７３の回転数がモータ駆動回路７４により調整される。 ターラユニット５３は車載エンジンにより駆動される図
示しない冷凍サイクルのエバポレータ７５を有する。 エアミックスユニット５４はエアミックスダンパ７６を
有し、そのダンパ７６はサーボモータ７７により駆動さ
れる。 ヒータユニット５５は、車載エンジンの冷却水を熱源と
するヒータコア７８を有する。 吹出口切換ユニット５６は、吹出口切換ダンノＸ１１７
９を有し、そのダンパ７９はサーボモータ８０により駆
動される。 ベント吹出口切換ユニット５８は、ベント吹出口切換ダ
ンパ８１を有し、そのダンパ８１はサーボモータ８２に
より駆動され、運転層側ベントロ８３と助手席側ベント
ロ８４の吹き出し風量比を可変する。 ６０はマイクロコンピュータを内蔵した制御装置である
。その制御装置６０には、本発明を適用した日射センサ
１と外気温センサ６１と室内温センサ６２とエバ後温セ
ンサ６３と水温上ンサ６４とオートスイッチや各種モー
ドのマニュアル設定スイッチ及び温度設定器を有するス
イッチパネル６５からの各信号が入力される。 次に、上記の制御装置６０の作動をマイクロコンピュー
タの処理手順を示した第７図のフローチャートに従って
説明する。 ステップ１００において、各種のデータの初期設定が行
われ、その後、ステップ１０２からステップ１１２まで
の処理が繰り返し実行されることで、エアコンユニット
５０が制御される。 ステップ１０２では、日射センサ１、他のセンサ６１〜
６４、スイッチパネル６５から各信号が入力される。 ステップ１０４では、日射センサ１の２次元位置検出素
子１２の出力信号から前述した（１）式、（２）式を用
いて、スポットの座標（ｘ、ｙ）が演算され、更に、そ
の座標（ｘ、　ｙ）と（３）式、（４）式を用いて、日
射仰角θ及び日射方位角φが演算される。 次に、ステップ１０６では、日射センサ１の受光素子１
５の出力値をステップ１０４で演算された日射仰角θと
（６）式を用いて補正された正確な日射強度Ｔｓが演算
される。更に、日射仰角θに対応する補正係数Ｋが第５
図の特性図から読み取られ、日射仰角θに応じて補正さ
れた日射熱負荷量Ｑｓが（７）式から演算される。 次に、ステップ１０８では、次の（８）式から、車室内
空調に必要な吹出温度Ｔ　ａｏを、ステップ１０６で演
算された日射熱負荷量Ｑｓを用いて演算される。 Ｔ　ＡＯ＝ＫｓｅＬ’Ｔｓ＊Ｌ−Ｋｒ’Ｔｒ　Ｋａｍ＋
Ｔａ５−Ｋｓ＊Ｑ　Ｓ　”Ｃ但し、Ｋ　ｓｏｌ　Ｔ　Ｋ
ｒ　＋　Ｋａｌｌ＋にｓ、Ｃは定数である。 ステップ１１０では、上記の必要吹出温度Ｔ　ＡＯ及び
エバ後温度に基づいて、送風機５２、エアミックスユニ
ット５４、吹出口切換ユニット５６が制御される。 次に、ステップ１１２において、ステップ１０４で演算
された日射仰角θと日射方位角φに基づき、左右のベン
ト吹出口風量比をベント吹出口切換ダンパ８１によりリ
ニアに制御される。 このようにして、日射仰角θによる正確な日射量と日射
仰角θによる日射熱負荷量Ｑｓが演算される。 尚、上記実施例において、光導入部１３は透明なガラス
基板１１の中央部を除いて不透明な受光素子１５を形成
することで形成されている。しかし、この光導入部１３
はガラス基板１１や一面に形成された受光素子１５に穴
開は加工を施すことで形成しても良い。 又、上記実施例では、日射仰角θによる補正の行われた
日射強度Ｔｓから、更に、車両の前後方向の日射仰角θ
に対する受熱量特性で補正して日射熱負荷量Ｑｓを求め
、その値を使用して、要求吹出温度Ｔ　ＡＯを演算して
いる。しかし、車両の熱負荷量は、車両が日射を通す窓
ガラス、日射を通さないルーフ、ピラー等を有している
ことから、日射仰角θ及び日射方位角φによって変化す
る。 そこで、上記の要求吹出温度Ｔ　Ａｏの演算に用いる日
射熱負荷量Ｑｓを上述のように日射仰角θによる補正を
するだけでなく、予め、車両形状に応じて日射仰角θ及
び日射方位角φに対する熱負荷特性を求め、その熱負荷
特性で補正するようにしても良い。 例えば、日射仰角θについては、車両にルーフがあれば
、太陽がほぼ真上にあるときは、太陽が斜め上方にある
ときより日射熱負荷量Ｑｓを少なく見積もる補正を加え
ることができる。 また、日射方位角φについては、日射方向の窓の大きさ
に応じて、窓が大きい程熱負荷量Ｑｓを大きく見積もり
、窓が小さい程熱負荷量Ｑｓを小さく見積もることによ
り車両の室内に入射する日射による熱負荷量を正確に把
握して快適な車室内空調を行うことができる。 例えば、第８図に示すように、自動車のフロントガラス
近傍のインストルメントパネルの上部に日射センサ１を
設置した場合、日射方位角φ及び日射仰角θに対して、
第９図、第１０図のような補正特性を設定しても良い。 第９図、第１０図に示す特性には、日射センサ１を車室
前方のインパネ上部に設置したことによる検出不能範囲
、ルーフにより日射が遮断されること、後方、側方より
前方からの日射が多く入射すること、斜めの方位のとき
日射が多く入射することなどが考慮されている。

【発明の効果】

本発明は、受光素子基板と２次元位置検出素子とを平行
に配設しており、上部に位置する受光素子基板の中央部
に形成された光りを透過する光導入部を介して、光りの
スポットが２次元位置検出素子の平面上に形成されるよ
うにしているので、日射仰角と日射方位角が２次元位置
検出素子の出力から演算可能となり、また、受光素子の
出力からその受光素子の面における日射強度が得られる
。 このように、本日射センサは、日射強度と日射仰角と日
射方位角とに関するデータを検出することができる。そ
して、その日射センサの接続される制御装置又は制御回
路等において、入射方向に垂直な日射強度、日射仰角、
日射方位角を求めることができる。従って、本日射セン
サを用いれば、自動車の空調制御において、より精度の
高い日射熱量による補正が可能となる。 更に、本日射センサは、受光素子基板と２次元位置検出
素子とを平行に配置した簡単な構造であるため、センサ
をコンパクトに構成できる。その結果、日射センサの配
設位置の制限が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な一実施例に係る日射センサの
構造を示した断面図、第２図は２次元位置検出素子上に
スポットの形成される様子を示した説明図、第３図は２
次元位置検出素子の構成を示した平面図、第４図は受光
素子の出力と日射仰角との関係を示した特性図、第５図
は日射熱負荷量の補正係数と日射仰角との関係を示した
特性図、第６図は本実施例の日射センサを用いた空調装
置の構成を示した構成図、第７図は実施例装置の制御装
置で用いられたコンピュータの処理手順を示したフロー
チャート、第８図は日射センサの他の取付は位置を示し
た説明図、第９図は日射熱負荷量の補正係数の日射方位
角をパラメータとする日射仰角に対する特性図、第１０
図は日射熱負荷量の補正係数の日射仰角をパラメータと
する日射方位角に対する特性図である。 １　日射センサ　９　凹Ｂ　　１０　　インストルメン
トパネル　１１　ガラス基板　１２２次元位置検出素子
　１２ａ　　受光面　１３　光導入部１４　絶縁基板　
１５　受光素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　日射強度及び日射仰角、日射方位角を検出する日射セ
   ンサであって、 中央部に光りの透過する光導入部が形成され、他の部分
   に平面状に光電変換素子の形成された受光素子基板と、 前記受光素子基板の前記光りの透過側に、その受光素子
   基板に対して平行に且つ所定の間隔を保持して平板状に
   配設され、前記光導入部を通過した光りのスポットが受
   光され、そのスポットの平面上の２次元的位置を出力す
   る２次元位置検出素子とを有する日射センサ。