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JP6958415B2 - 車両用撮影装置 - Google Patents

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JP6958415B2
JP6958415B2 JP2018027543A JP2018027543A JP6958415B2 JP 6958415 B2 JP6958415 B2 JP 6958415B2 JP 2018027543 A JP2018027543 A JP 2018027543A JP 2018027543 A JP2018027543 A JP 2018027543A JP 6958415 B2 JP6958415 B2 JP 6958415B2
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Description

本発明は、車両に設けられた窓部(例えばフロントウィンドシールド)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シール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物標(例えば、他の車両)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、フロントウィンドシールドに結露が発生することがある。フロントウィンドシールドに結露が発生すると、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、フロントウィンドシールドを加熱することによって結露を防止する装置(以下、「従来装置」と称呼する。)が提案されている。従来装置は、それぞれがフロントウィンドシールドの車内側に配置される「ヒータ及びそのヒータから受けた熱をフロントウィンドシールドに輻射熱として及ぼす被加熱部」を備えている。従来装置は、車外温度が低い場合(即ち、結露が発生する可能性が高い場合)、ヒータに通電する(電力を供給する)ことによってフロントウィンドシールドの温度を露点温度以上の温度に上昇させる。その結果、フロントウィンドに結露が発生することを防止することができる(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2017−185896号公報
ところで、例えば、車両を長時間に渡って駐車させた後に駆動源(例えば、内燃機関)を始動して車両の運転を開始するとき(即ち、車両運転開始時)、ヒータが発熱していない状態の継続時間が長くなっているので、被加熱部に水滴が付着していることがある。この状態でヒータへの通電を開始すると、ヒータが発生する熱によって「被加熱部に付着していた水滴」が水蒸気となり、さらにこの水蒸気がフロントウィンドシールドによって冷却されることにより結露が発生することがある。即ち、車両運転開始時にヒータへの通電を行った結果、水滴がフロントウィンドシールドに付着してしまう場合が生じる。
更に、フロントウィンドシールドの温度が水の凍結温度(氷結点)以下の場合、車両運転開始時のヒータへの通電によりフロントウィンドシールドに付着した水滴が氷に変化することがある。この場合、この氷を溶かして水滴にし、さらにその水滴をフロントウィンドシールドから消失させる必要が生じる。このとき、氷を融解させるには大きな熱量を必要とするから、フロントウィンドシールドがクリアな状態になるまでの時間が長くなってしまう。
これに対し、車両運転開始時にヒータへ供給する電力量を大きくすれば、上述した問題は回避できる。しかしながら、例えばフロントウィンドシールドの温度が凍結温度より大幅に高い場合に同じ制御を実行すると、被加熱部に水滴が付着していなかった場合にはフロントウィンドシールド及びその周辺部品(撮影装置を含む。)の温度が過度に高くなり、それらの部品が劣化するおそれがある。
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、加熱手段に適切な量の電力を供給可能な車両用撮影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車両に搭載された電源から供給される電力を用いて前記窓部を透過した撮影光を受光することにより撮像データを生成する撮影装置(30)と、
前記窓部の内側に配設され且つ前記電源から供給される電力を用いて発熱することにより前記窓部を加熱する加熱手段(41a、43b)と、
前記車両の外側の温度である車外温度(Tair)を検出する車外温度検出手段(101)と、
前記車両が走行可能状態にある場合に前記撮影装置に前記撮像データを生成させるとともに、前記車両が前記走行可能状態にある場合に所定時間において前記加熱手段に供給する電力量の目標値に相当する量を少なくとも前記車外温度に基いて演算し、前記目標値に相当する電力量が前記電源から前記加熱手段に供給されるように電力供給制御を行う制御装置(100)と、
を備えた車両用撮影装置であって、
前記加熱手段が発熱していない状態の継続時間が長くなるほど前記車外温度に近づく温度を有する特定部材(30)の温度を特定部材温度(Tc、Wt)として検出する特定部材温度検出手段(30a、103)を備え、
前記制御装置が、
前記車両が走行不能状態から前記走行可能状態へと変更された場合、前記特定部材温度と前記車外温度との差の絶対値が所定温度(Va1、Va2)以下であるときに成立する特別加熱必要条件が成立しているとき当該特別加熱必要条件が成立しないときと比べて、前記目標値を大きい値に変更するように構成されている。
このように本発明では、特定部材の温度である特定部材温度と車外温度との差の絶対値が所定温度以下となったときに特別加熱必要条件が成立する。
なお、「特定部材」とは、例えば、撮影装置及び内燃機関の冷却水である。即ち、「特定部材温度」とは、例えば、撮影装置の温度及び冷却水の温度である。従って、例えば、特定部材である撮影装置が電力を供給されないことに起因して長時間に渡って作動していないとき特別加熱必要条件が成立する。
本発明の制御装置は、特別加熱必要条件が成立したときに、成立しない場合と比べて加熱手段に供給する電力量の目標値を大きくするように構成されている。従って、特別加熱必要条件が成立したときに電力量の目標値が大きくなるので、加熱手段が発生する熱によって水蒸気となって温度が低い窓部に付着した水滴が氷になるおそれを低減できる。また、特別加熱必要条件が成立しないときは電力量の目標値が小さくなるので、例えば窓部が加熱手段によって過剰に加熱されるおそれは小さい。
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。
本発明の実施形態に係る車両用撮影装置及びフロントウィンドシールドを車両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。 遮光加熱ユニットを下方から見た分解斜視図である。 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。 特別加熱用Duty比演算用マップに基づいて算出された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。 低速時Duty比演算用マップ又は高速時Duty比演算用マップに基づいて算出された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。
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シールド(以下、「フロントウィンド」と称呼する。)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。
撮影装置10は、図2に示すように、主たる構成要素として、カメラユニット30及び遮光加熱ユニット40を具備している。カメラユニット30の基本構造は、特許文献1に詳細に記載されているので、以下、簡単に説明する。
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。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の前方に位置する物標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(撮像)して撮像データを生成する。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(カメラユニット温度)Tcを検出可能なサーミスタ30a(図4を参照。)が設けられている。
遮光加熱ユニット40は、図3に示すように、主たる構成要素として遮光フード41、ヒータモジュール43、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、ヒータモジュール43、断熱材45及びケーブルモジュール46の基本構造は特許文献1に詳細に記載されているので、以下、簡単に説明する(但し、本実施形態のケーブルモジュール46のヒータモジュール43等への接続態様は特許文献1とは異なる。)。
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。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。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。
PETシート43aの上面は、熱伝導性は良好な両面テープ(図示略)によって被加熱部41aの下面に対して貼り付けられる。
断熱材45は絶縁性を有する部材からなり、被加熱部41aと略同じ正三角形形状である。断熱材45には一対の貫通孔45a、45bが形成されている。断熱材45の熱伝導性は低い。
断熱材45の上面は、両面テープ(図示略)によってPETシート43aの下面に貼りつけられている。
ケーブルモジュール46は、第一給電用ケーブル60と、第二給電用ケーブル63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。
電線61の一端は断熱材45の貫通孔45aに挿入され且つ半田によってランド43cの下面に対して接続されている(図4参照)。電線64の一端は貫通孔45bに挿入され且つ半田によってランド43dの下面に対して接続されている(図4参照)。
図2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。
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、カメラユニット30を支持するブラケット(図示略)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、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4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、RAM及びバックアップ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、後述する各種のマップ(ルックアップテーブル)が格納されている。バックアップRAMは、制御装置100にIG電源から電力が供給されない期間においても格納されたデータを保持する。
さらに車両は駆動源として内燃機関(図示略)を備えている。この内燃機関はスタータモータ(図示略)を有し且つスタータモータの動力によって始動する。
さらに、車両は、車両外の温度Tairを測定するための車外温度センサ101を備えている。さらに車両は、車両の速度(即ち、車速SPD)を検出する車速センサ102、及び内燃機関の冷却水の水温Wtを検出する水温センサ103を備えている。車外温度センサ101、車速センサ102、及び水温センサ103は制御装置100に接続されている。
図4に示すように、電線61の他端は給電線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。電線64の他端はスイッチ素子89の一端に接続されている。スイッチ素子89の他端は接地されている。このスイッチ素子89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。本例において、スイッチ素子89は半導体スイッチ素子であるが、リレー式スイッチであってもよい。
さらにイグニッションスイッチ(IG・SW)には給電線EL2の一端が接続されている。給電線EL2の他端はカメラ制御ECU106の図示しない電源ラインに接続されている。カメラ制御ECU106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ECU106はIG電源から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EL2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電源から電力が供給されるようになっている。カメラ制御ECU106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。なお、図示しないが、制御装置100及びスタータモータもIG・SWを介してIG電源に接続され、IG電源から電力が供給されるようになっている。更に、制御装置100とカメラ制御ECU106とは図示しないCANを介して互いに情報の送受信が可能に構成されている。
カメラ制御ECU106は自身に供給される電力の電圧Vh(給電線EL2の電位)を検出するようになっている。この電圧Vhは、IG電源の電圧Vpと実質的に等しい。さらに、スイッチ素子89の状態が導通状態にあるとき、ヒータ43bに供給される電力の電圧VhはIG電源の電圧Vpと実質的に等しい。よって、カメラ制御ECU106が検出する電圧Vhは、ヒータ43bに供給される電力の電圧(ヒータ電圧)Vhとして使用される。
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。
イグニッションスイッチ(IG・SW)がOFF状態にあるとき、内燃機関は停止しており、車両は走行不能状態に維持される。さらに、図4から理解されるように、イグニッションスイッチ(IG・SW)がOFF状態にあるとき、カメラユニット30及びヒータ43bの何れにもIG電源から電力が供給されないから、カメラユニット30は作動せず(撮像データが生成されず)且つヒータ43bが発熱することはない。
運転者が車両の走行を開始する際に図示を省略したイグニッションキーを操作すると、イグニッションスイッチ(IG・SW)がOFF状態からON状態に切り替えられ(このとき、車両が走行不能状態から走行可能状態へ切り替わる)、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。なお、イグニッションスイッチがOFF状態からON状態に切り替えられた時刻から再度OFF状態に戻されるまでの期間を「トリップ」と称する。
イグニッションスイッチがOFF状態からON状態になると、カメラECU106はカメラユニット30に対して撮像を開始させる。即ち、カメラユニット30の撮像部32の撮像素子32bは、所定時間が経過する毎に撮影装置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ECU106に送信する。カメラECU106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。
さらに運転者がイグニッションキーを始動位置(スタート位置)へと操作すると、IG電源の電力が上記スタータモータに供給され、内燃機関が始動する。
さらに、制御装置100及びカメラ制御ECU106に電力が供給されると、制御装置100及びカメラ制御ECU106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を検出し且つ水温センサ103を用いて内燃機関の冷却水の水温Wtを検出する。さらに制御装置100は、車速センサ102を用いて車速SPDを検出する。
カメラ制御ECU106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ECU106は、カメラ制御ECU106自身に供給される電力の電圧値Vhを検出し、検出した電圧値Vhを制御装置100に送信する。
ところで、車外温度Tair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Tair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5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OFF状態からON状態へと変更された直後において、スイッチ素子89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。)はイグニッション・キー・スイッチがOFF状態からON状態へと変更されると、所定時間T(図7参照。本実施形態では3分)が経過する毎に図5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(但し、ある1回のルーチン処理において後述するステップ1006、1007の処理を経た直後にステップ1095の処理を行ったときは、CPUはステップ1095の処理の完了後に直ちに新たなルーチンの処理を開始する)。
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1094に進みスイッチ素子89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89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102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1094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89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1094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89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」と判定しステップ1004に進む。そしてCPUはステップ1004において、車両が走行不能状態から走行可能状態へ切り替わった直後か否かを判定する。
ステップ1004で「Yes」と判定したCPUはステップ1005に進む。そしてCPUはステップ1005において、以下の条件(a)及び条件(b)が共に満たされているか否かを判定する。
条件(a):所定時刻tpにおける温度Tcと所定時刻tpにおける車外温度Tairとの差の絶対値|Tc−Tair|が所定の第1所定値Va1以下である。温度Tc及び車外温度Tairが摂氏(℃)で表される場合、例えば第1所定値Va1は3.0(℃)である。
条件(b):所定時刻tpに水温センサ103が検出した水温Wtと所定時刻tpにおける車外温度Tairとの差の絶対値|Wt−Tair|が所定の第2所定値Va2以下である。水温Wt及び車外温度Tairが摂氏(℃)で表される場合、例えば第2所定値Va2は3.0(℃)である。
CPUは条件(a)及び(b)が共に満たされていると判定したとき、特別加熱必要条件が成立したと判定する。その一方で、条件(a)及び(b)の少なくとも1つが満たされていないとき、CPUは特別加熱必要条件が成立しないと判定する。
カメラユニット30にIG電源の電力が供給されないことに起因してカメラユニット30が長時間に渡って作動していないとき、温度Tcと車外温度Tairとの差が殆どなくなる(第1所定値Va1以下となる)。そして本実施形態ではイグニッションスイッチがOFF状態にある場合は、IG電源の電力はカメラユニット30、スタータモータ、及びヒータ43bに供給不能である。即ち、IG電源の電力がカメラユニット30及びスタータモータに対して供給不能な状態にあるときは、IG電源の電力はヒータ43bに対しても供給不能となる。そのため、|Tc−Tair|が所定の第1所定値Va1以下のときは、ヒータ43bが長時間に渡って発熱していないと推定できる。
また、スタータモータにIG電源の電力が供給されないことに起因して内燃機関が長時間に渡って作動していないとき、水温Wtと車外温度Tairとの差が殆どなくなる(第2所定値Va2以下となる)。スタータモータにIG電源の電力を供給できないときは、ヒータ43bにもIG電源の電力が供給されない。そのため、|Wt−Tair|が所定の第2所定値Va2以下のときは、ヒータ43bが長時間に渡って発熱していないと推定できる。
従って、特別加熱必要条件が成立した場合は、長時間に渡ってヒータ43bに電力が供給されておらず、その結果、光透過部85aの温度が水の凍結温度(氷結点)である所定温度Ts以下になっている可能性があると考えられる。
ステップ1005で「Yes」と判定したCPUは、以下に述べるステップ1006及びステップ1007の処理を順に行い、その後にステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1006:CPUは下式に示すように、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)に所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び車外温度Tair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ECU106が自身に供給される電力の電圧値に基いて上述したように推定した電圧である。
Duty比=MaPS(Vh,Tair)
Duty比は、図6に示すように、スイッチ素子89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89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ΔTaとすると、本実施形態の一周期ΔTaは100sec(秒)に設定されている。Duty比が大きいほど、一周期ΔTa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、一周期ΔTa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(%)
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、「第1適切温度範囲」と称呼する。)内に維持できれば、「光透過部85aの車内側面に付着した水滴が氷に変化する」ことを回避でき且つ光透過部85aが過剰に高温にならない可能性が高いことが判明した。これは、ヒータ43bの温度が第1適切温度範囲内に維持されると、車外温度Tairの大きさに拘らず、光透過部85aの温度が所定温度Ts(氷結点)より高く且つ過剰な高温よりも低い温度にな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(本例における一周期ΔTa)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」に強い相関を有する。そのため、所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び所定時刻tpの車外温度Tairは、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)の引数として利用される。
特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)に従って算出されるDuty比は、車外温度Tairの大きさに拘らず、ヒータ43bの温度を第1適切温度範囲内に維持するために必要な「一周期ΔTa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、特別加熱用Duty比演算用マップは、ヒータ電圧Vh及び車外温度Tairと、ヒータ43bの温度を第1適切温度範囲内に維持するために必要なDuty比(一周期ΔTa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。
特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)が用いられる場合、ヒータ電圧Vhが高い程Duty比は小さくなり、且つ、車外温度Tairが高い程Duty比は小さくなる。例えば、所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び車外温度Tairがそれぞれ所定値の場合、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)はToff=10sec且つTon=90secとしてDuty比を算出する。
所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び車外温度Tairの大きさが同じ条件下において、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)が算出するDuty比は、後述する「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)」が算出するDuty比より大きい。さらに、所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び車外温度Tairの大きさが同じ条件下において、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)が算出するToffの時間は、「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)」が算出するToffの時間より短い。さらに所定時刻tpのヒータ電圧Vh及び車外温度Tairの大きさが同じ条件下において、特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)が算出するTonの時間は、「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)」が算出するTonの時間より長いのが好ましい。
ステップ1007:ステップ1006の処理を完了したCPUはステップ1007へ進み、ステップ1006で算出したDuty比に従ってヒータ43bの通電制御(発熱量制御)を一周期ΔTaに渡り実行する。即ち、CPUは、図6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89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89の状態をON状態に設定する。すると、スイッチ素子89がON状態にある間に、IG電源の電力がヒータ43bに供給されヒータ43bが加熱する。そのため図6の時刻t0から一周期ΔTa(100sec)が経過する間に光透過部85aの温度が所定温度Ts(氷結点)より高く且つ過剰な高温度よりも低い温度になる可能性が高い。
CPUは時刻t0から一周期ΔTa(100sec)が経過したときに、スイッチ素子89の状態をOFF状態に戻し且つステップ1000から本ルーチンを再開する。
CPUは本ルーチンの2回目以降の処理においてステップ1004で「No」と判定し、以下に説明するステップ1008及びステップ1007の処理を実行する。
ステップ1008:CPUは、先ず、所定時刻tpに車速センサ102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。
Duty比=MaPLo(Vh,Tair,SPD)
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。
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、「第2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の温度が第2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。
ところで、光透過部85aの所定時間における放熱量(さらにヒータ43bの温度)は「車外温度Tair」のみならず「車速SPD」とも強い相関を有する。そのため、所定時刻tpのヒータ電圧Vh、所定時刻tpの車外温度Tair及び所定時刻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の温度を第2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の温度を第2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、Duty比演算用マップを利用する場合は、車外温度Tair及び車速SPDに基づいて目標発熱量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る場合であっても、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1007:CPUは、Duty比に従ってヒータ43bの通電制御を所定時間Tに渡り実行する。即ち、CPUは、図7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89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89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。
上述したように、特別加熱必要条件が成立するとき(CPUがステップ1005で「Yes」と判定したとき)、ヒータ43bが長時間に渡って発熱していなかったと考えられる。即ち、特別加熱必要条件が成立したときに車外温度Tairが低い場合は、光透過部85aの温度が所定温度Ts(氷結点)以下になっている可能性があると考えられる。しかし特別加熱必要条件が成立するときは、ステップ1006で算出されるDuty比がステップ1008で算出されるDutyより大きくなるので、一周期ΔTaにおいてヒータ43bは多量の熱を発生する。さらにステップ1006で算出されるToffの時間はステップ1008で算出されるToffの時間より短い。従って、ステップ1006を経た後にステップ1007の処理が実行されると、光透過部85aが直ちに所定温度Ts(氷結点)より高い温度になる可能性が高い。従って、ヒータ43bに電力が供給される前の時点において被加熱部41aに付着していた水滴が、ヒータ43bが発生する熱によって水蒸気となって光透過部85aの車内側面に付着して氷になるおそれは小さい。従って、(光透過部85aの車内側面に氷が発生する場合と比べて)少ない電力によって、光透過部85aに付着した水滴を光透過部85aから消失させることが可能である。
また、CPUがステップ1004又は1005で「No」と判定したときは、ヒータ43bがある程度の時間に渡って発熱し続けていたものと考えられる。即ち、特別加熱必要条件が成立しないときは車外温度Tairが低い場合であっても、光透過部85aの温度が所定温度Ts(氷結点)より高くなっている可能性が高いと考えられる。そしてこの場合にステップ1008で算出されるDuty比は、CPUがステップ1005で「Yes」と判定する場合にステップ1006で算出されるDuty比より小さいので、所定時間Tにおいてヒータ43bはそれほど多くの熱を発生しない。従って、ヒータ43bが発生する熱によって、光透過部85aが過剰に加熱されるおそれは小さい。
なお、例えば車外温度Tairが極めて低い場合は、図5に示すルーチンの1回目の処理においてCPUがステップ1005で「Yes」と判定した場合であっても、1回目の処理の完了時点において光透過部85aが所定温度Ts(氷結点)以下の温度になる可能性がある。しかし1回目の処理において特別加熱用Duty比演算用マップを用いて算出したDuty比に基づいてヒータ43bの通電制御を行った場合は、上記ルーチンの2回目以降の処理において光透過部85aの温度を所定温度Tsより高い温度まで(上記ルーチンの1回目の処理でステップ1006の処理を実行しない場合と比べて)より早く上昇させることが可能になる。
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。
特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)の引数として所定時刻tpの車外温度Tairのみを用いてもよい。特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)の引数として、所定時刻tpの車外温度Tair、所定時刻tpのヒータ電圧Vh、及び所定時刻tpの車速SPDを用いてもよい。特別加熱用Duty比演算用マップ(MapS)の引数として、所定時刻tpの車外温度Tair及び所定時刻tpの車速SPDを用いてもよい。
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比及び目標発熱量を求めても良い。
図5のフローチャートからステップ1004を省略してもよい。即ち、図5に示すルーチンの1回目の処理においてCPUがステップ1005で「Yes」と判定し且つこのルーチンの2回目以降の処理においてCPUがステップ1005で「Yes」と判定した場合は、CPUが2回目以降の処理においてステップ1006及び1007の処理を行うようにしてもよい。
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。
CPUは、条件(a)及び条件(b)の少なくとも1つが満たされたときに、特別加熱必要条件が成立したと判定してもよい。
さらにCPUは、条件(a)及び条件(b)の少なくとも1つに加えて、以下の条件(c)及び条件(d)の少なくとも一方が満たされたときに、特別加熱必要条件が成立したと判定してもよい。
条件(c):前回トリップにおいてイグニッションスイッチがON状態からOFF状態に戻された時刻からの経過時間が所定の第1閾値時間以上であること。なお、各トリップにおいてイグニッションスイッチがON状態からOFF状態に切り替えられた時刻及びOFF状態からON状態に切り替えられた時刻はバックアップRAMに記録される。
条件(d):前回トリップにおけるヒータ43bへの総通電時間が所定の第2閾値時間以下であること。なお、各トリップにおいてヒータ43bへの総通電時間はバックアップRAMに記録される。
本発明が適用される車両は、ハイブリッド車両、FCV(燃料電池自動車)、及びEV(電気自動車)のいずれであってもよい。但し、ハイブリッド車両、FCV、及びEVのそれぞれの電源がそれぞれの駆動源である電動モータに電力を供給できないときは、これらの電源はヒータ43bへ電力を供給できない。
なお、これらの変形例ではそれぞれの特定部材温度を水温Wtの代わりに用いる。即ち、車両がハイブリッド車両の場合はHV水温(駆動源である電動モータの冷却媒体の温度)を水温Wtの代わりに特定部材温度として用いる。同様に、車両がFCVの場合はスタック水温を水温Wtの代わりに特定部材温度として用いる。同様に、車両がEVの場合は電池温度を水温Wtの代わりに特定部材温度として用いる。
なお、ハイブリッド車両、FCV及びEVでは、例えば車内に設けられたパワースイッチがOFF状態からON状態に切り替わったときに、車両が走行不能状態から走行可能状態へ切り替わる。
10・・・車両用撮影装置、30・・・カメラユニット、30a・・・サーミスタ、40・・・遮光加熱ユニット、41・・・遮光フード、41a・・・被加熱部、43・・・ヒータモジュール、43b・・・ヒータ、85・・・フロントウィンド(窓部)、85a・・・光透過部、89・・・スイッチ素子、95・・・加熱装置、100・・・制御装置、101・・・室外温度センサ、102・・・車速センサ、103・・・水温センサ、106・・・カメラ制御ECU。

Claims (1)

  1. 車両に設けられた窓部の内側に配設され且つ前記車両に搭載された電源から供給される電力を用いて前記窓部を透過した撮影光を受光することにより撮像データを生成する撮影装置と、
    前記窓部の内側に配設され且つ前記電源から供給される電力を用いて発熱することにより前記窓部を加熱する加熱手段と、
    前記車両の外側の温度である車外温度を検出する車外温度検出手段と、
    前記車両が走行可能状態にある場合に前記撮影装置に前記撮像データを生成させるとともに、前記車両が前記走行可能状態にある場合に所定時間において前記加熱手段に供給する電力量の目標値に相当する量を少なくとも前記車外温度に基いて演算し、前記目標値に相当する電力量が前記電源から前記加熱手段に供給されるように電力供給制御を行う制御装置と、
    を備えた車両用撮影装置であって、
    前記加熱手段が発熱していない状態の継続時間が長くなるほど前記車外温度に近づく温度を有する特定部材の温度を特定部材温度として検出する特定部材温度検出手段を備え、
    前記制御装置が、
    前記車両が走行不能状態から前記走行可能状態へと変更された場合、前記特定部材温度と前記車外温度との差の絶対値が所定温度以下であるときに成立する特別加熱必要条件が成立しているとき当該特別加熱必要条件が成立しないときと比べて、前記目標値を大きい値に変更するように構成された、
    車両用撮影装置。
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