JP4452421B2

JP4452421B2 - Solar radiation sensor

Info

Publication number: JP4452421B2
Application number: JP2001206740A
Authority: JP
Inventors: 功角田; 育生高松; 清光石川; 洋高田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003023172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に空調機器などを設けるときに、外部環境の計測の一部として光量の計測に加えて、太陽の高度（仰角）、方位などを計測ることで外部環境の予測の精度を高め、空調装置の温度調整などを乗員に対して一層に快適なものとするために設けられる日射センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の日射センサ９０における受光素子９１（ａ〜ｄ）が４個のときの回路構成の例を示すものが図５であり、それぞれの受光素子９１（ａ〜ｄ）には、それぞれに出力電圧Ｖｏを取出すための負荷抵抗Ｒｌに加えて、並列抵抗Ｒｐが接続され、外部電源Ｖｃｃとの接続の断線、或は、短絡の発生を検知可能な構成とされている。また、前記受光素子９１（ａ〜ｄ）は、太陽の仰角に応じて各受光素子９１（ａ〜ｄ）に光を配分する集光レンズ９２により覆われている。
【０００３】
このように構成することで、例えば外部環境が暗く、受光素子９１（ａ〜ｄ）の内部抵抗が高いときには、ほとんど電流が流れず、結果的には負荷抵抗Ｒｌの両端に生じる出力電圧Ｖｏが０Ｖに極めて近くなり、外部電源Ｖｃｃとの接続の断線か否かの判定が困難な状況でも、前記並列抵抗Ｒｐを接続したことで、負荷抵抗Ｒｌの両端の電圧は（Ｖｃｃ×Ｒｌ）／（Ｒｐ＋Ｒｌ）以下とは成らないものとなるので判定が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の構成の日射センサ９０においては、それぞれの受光素子９１（ａ〜ｄ）の並列抵抗Ｒｐが接続されたことで、負荷抵抗Ｒｌの両端に生じる出力電圧Ｖｏｐは、受光素子９１（ａ〜ｄ）からの出力により生じる電圧と、並列抵抗Ｒｐを流れる電流により生じる電圧とが合算されたものとなる。
【０００５】
従って、太陽の仰角を測定するためには、前記出力電圧Ｖｏｐから、並列抵抗Ｒｐを流れる電流により生じる電圧を差引かなければ成らないものとなり、演算回路９３に減算器ＳＵＢを設けざるを得ないものと成って、第一には、日射センサ９０がコストアップする問題点を生じている。
【０００６】
また、第二には、並列抵抗Ｒｐそれぞれの抵抗値誤差、並列抵抗Ｒｐそれぞれの温度係数の偏差、或は、減算器側ＳＵＢ側との誤差などにより、出力電圧Ｖｏｐから電圧Ｖｐを減算して、正確な電圧Ｖｏを求めることは至難となり、結果的には日射センサ９０の演算精度も低下する問題点を生じている。
【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、所定のパターンに配置された複数の受光素子と、それら複数の受光素子の上方に配置されて太陽光を制御する受光レンズとから成り、太陽光の入射角度に応じてそれぞれの受光素子に生じる出力差から太陽仰角、太陽方位を検出してなる日射センサにおいて、前記受光素子中の適宜のものを基準素子とし、この基準素子からの直接出力と、前記基準素子以外の受光素子からの直接出力とを比較演算することで、断線、及び、短絡を検出することを特徴とする日射センサを提供することで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は従来例と同様に受光素子２と、演算回路３、及び、集光レンズ４とから構成されている。尚、この実施形態では従来例と同様に４個の受光素子２（ａ〜ｄ）が採用されているものとして説明を行う。
【０００９】
先ず、前記受光素子２（ａ〜ｄ）について説明を行えば、本発明では、それぞれの受光素子２（ａ〜ｄ）に直列に負荷抵抗Ｒｌは接続されるが、従来例の如くに並列抵抗が接続されることはない。従って、前記負荷抵抗Ｒｌに生じる出力電圧Ｖｏは太陽光により受光素子２（ａ〜ｄ）が生じた直接出力である。
【００１０】
また、前記演算回路３中に符号ＳＬで示すものはセレクタであり、このセレクタＳＬは、前記受光素子２（ａ〜ｄ）からの出力を切換え、増幅回路Ａｍｐを介してマイクロコンピュータＭＰＵに前記出力電圧Ｖｏ（直接出力）を入力させる。そしてマイクロコンピュータＭＰＵは内蔵するＡ／Ｄ変換器で電圧Ｖｏをデジタル値に変換して内部に保持し、それぞれの受光素子２（ａ〜ｄ）からの出力を比較・演算することで仰角、方位角などの算出を行う。
【００１１】
以上の説明のように、本発明では並列抵抗を省略したので、出力電圧Ｖｏが小さくなる周囲が暗い環境では外部電源Ｖｃｃとの接続が断線しているのか否かの判定が困難なものとなっている。ここで、発明者は、前記各受光素子２（ａ〜ｄ）間の出力比を測定することで、出力電圧Ｖｏの大小に係わらず判定できることを見いだしたのである。
【００１２】
図２は、前記受光素子２（ａ〜ｄ）の配置の例を示すものであり、ここでの図示は省略するが、上記にも説明したように、これら受光素子２（ａ〜ｄ）は上方を集光レンズ４で覆われ、太陽からの光は仰角α、及び、方位角βに対応して、それぞれの受光素子２（ａ〜ｄ）に配分が行われる。
【００１３】
図３は、上記方位角βを０゜とした状態で、前記仰角αのみを変化させたときの各受光素子２（ａ〜ｄ）間の出力電圧Ｖｏの出力比を示すものであり、仰角αが９０゜のときには各受光素子２（ａ〜ｄ）は同じ出力電圧Ｖｏを生じるものとなり、即ち、各受光素子２（ａ〜ｄ）間の出力比は“１”である。
【００１４】
よって、図３においては、この位置を基準値１としてグラフを作成している。そして、仰角αが小さくなるに従って、受光素子２ａと他の受光素子２ｂ、２ｃ、２ｄ間に、次第に出力の差を生じてくるものであることが判る。
【００１５】
尚、図中では、受光素子２ａからの出力には符号Ｖａを付し、受光素子２ｂからの出力には符号Ｖｂを付し、受光素子２Ｃからの出力には符号Ｖｃを付し、受光素子２ｄからの出力には符号Ｖｄを付して示してある。
【００１６】
図４は、上記図３の特性に鑑み、受光素子２ａを基準素子とし、この基準素子の出力で他の受光素子２ｂ、２ｃ、２ｄの出力を除算して出力比Ｎ（ｂ／ａ）、Ｎ（ｃ／ａ）、Ｎ（ｄ／ａ）を求めたものであり、この結果によれば、出力比は０．１〜１．０の範囲にあることが判る。そして、上記の演算で得られる出力比は、単位のない数であるので、太陽の明るさに影響を受けることはない。
【００１７】
ここで、もしも、何れかの受光素子２、例えば受光素子２ｂが外部電源Ｖｃｃに対して接続が行われていない状態となれば、基準素子に対する出力比は“０”となり、これは基準素子以外の受光素子２においても同様である。また、基準素子が外部電源Ｖｃｃから外れたときには、その出力比は無限大となる。よって、断線の検知は可能となる。
【００１８】
また、例えば受光素子２ｂに付属する負荷抵抗Ｒｌが接地したときには、当然に受光素子２ｂからの出力電圧Ｖｏは０であり、出力比も“０”となる。更には、例えば、受光素子２ｂに短絡を生じたとすると、この受光素子２ｂと基準素子（例えば、受光素子２ａ）との出力比は“１以上”となる。よって、本発明の日射センサ１においては、上記に説明した出力比が０．１〜１の範囲外となったときに異常と判断させ、例えばマイクロコンピュータＭＰＵのＤ端子から出力させることで、断線、短絡などを検知できるものとなる。尚、Ｏ端子は演算値の出力である。
【００１９】
即ち、本発明によれば、従来例と異なり並列抵抗Ｒｐを設けることなく断線、短絡の検出が可能となるので、仰角αの演算を演算回路３中のマイクロコンピュータＭＰＵに行わせるときにも、前記並列抵抗Ｒｐによる影響を除外するための減算器ＳＵＢを設ける必要はなくなり、演算回路３の構成が簡素化して、コストダウンと信頼性の向上とが共に可能なものとなる。
【００２０】
同時に、前記並列抵抗Ｒｐの個々の抵抗値誤差などに起因する精度の低下も排除して太陽の仰角α、方位角βに対する測定精度誤差も向上し、更には、前記減算器ＳＵＢにより演算を行うときに生じる誤差も排除し、一層に測定精度が向上するものとなる。尚、図１では理解を容易とするために負荷抵抗Ｒｌは受光素子２（ａ〜ｄ）のそれぞれに個別に設けられているものとして記載したが、これはセレクタＳＬの後段に設ければ１個でよいものであり、よって、負荷抵抗Ｒｌによる誤差は生じない。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明により、受光素子中の適宜のものを基準素子とし、この基準素子からの直接出力と、基準素子以外の受光素子からの直接出力とを比較演算することで、断線、及び、短絡を検出する日射センサとしたことで、従来は断線、短絡の発生の検出のために、受光素子の個々に設けられていた並列抵抗を不要とすると共に、この並列抵抗を設けたことにより必要となっていた演算回路中の減算器も不要とし、もって日射センサの構成を簡素化して、コストダウンと信頼性の向上とに極めて優れた効果を奏するものである。
【００２２】
加えて、上記並列抵抗、及び、減算器を不要としたことで、前記並列抵抗用の抵抗器の抵抗値のバラツキにより生じる誤差、及び、減算器により減算を行うときの演算誤差などもなくし、この種の日射センサにおける測定精度の一層の向上にも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実施形態を示す略示的な配線図である。
【図２】本発明に係る日射センサにおける受光素子の配置の例を示す説明図である。
【図３】仰角９０゜を基準とした各受光素子の出力を比率で示すグラフである。
【図４】基準素子とした受光素子の出力で、他の受光素子の出力を除算した結果を示すグラフである。
【図５】従来例を示す略示的な配線図である。
【符号の説明】
１……日射センサ
２（ａ〜ｄ）……受光素子
３……演算回路
ＳＬ……セレクタ
Ａｍｐ……増幅回路
ＭＰＵ……マイクロコンピュータ
４……集光レンズ
Ｒｌ……負荷抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention improves the accuracy of prediction of the external environment by measuring the altitude (elevation angle), direction, etc. of the sun in addition to the measurement of the amount of light as part of the measurement of the external environment when an air conditioner is provided on the vehicle. The present invention relates to a solar radiation sensor that is provided in order to increase the temperature of an air conditioner and make it more comfortable for passengers.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows an example of a circuit configuration when there are four light receiving elements 91 (a to d) in the conventional solar radiation sensor 90 of this type, and each of the light receiving elements 91 (a to d) includes In addition to the load resistor Rl for extracting the output voltage Vo, a parallel resistor Rp is connected so that the disconnection of the connection to the external power source Vcc or the occurrence of a short circuit can be detected. The light receiving elements 91 (a to d) are covered by a condensing lens 92 that distributes light to the light receiving elements 91 (a to d) according to the elevation angle of the sun.
[0003]
With this configuration, for example, when the external environment is dark and the internal resistance of the light receiving element 91 (ad) is high, almost no current flows, and as a result, the output voltage Vo generated across the load resistor Rl is Even in a situation where it is extremely close to 0 V and it is difficult to determine whether or not the connection to the external power supply Vcc is broken, the voltage across the load resistor Rl is (Vcc × Rl) / ( Since it is not less than (Rp + Rl), determination is possible.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the solar radiation sensor 90 having the above-described conventional configuration, the output voltage Vop generated at both ends of the load resistor Rl is obtained by connecting the parallel resistors Rp of the respective light receiving elements 91 (a to d). The voltage generated by the output from (a to d) and the voltage generated by the current flowing through the parallel resistor Rp are added together.
[0005]
Therefore, in order to measure the elevation angle of the sun, the voltage generated by the current flowing through the parallel resistor Rp must be subtracted from the output voltage Vop, and the subtracter SUB must be provided in the arithmetic circuit 93. First, there is a problem that the solar radiation sensor 90 increases in cost.
[0006]
Second, the voltage Vp is subtracted from the output voltage Vop due to a resistance value error of each parallel resistor Rp, a temperature coefficient deviation of each parallel resistor Rp, or an error with the subtractor side SUB side. Therefore, it is difficult to obtain the accurate voltage Vo, and as a result, there is a problem that the calculation accuracy of the solar radiation sensor 90 is also lowered.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As specific means for solving the above-described conventional problems, the present invention provides a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined pattern and a light receiving lens arranged above the plurality of light receiving elements to control sunlight. In a solar radiation sensor that detects a solar elevation angle and a solar direction from an output difference generated in each light receiving element according to the incident angle of sunlight, an appropriate one of the light receiving elements is used as a reference element, and this reference By solving a direct output from the element and a direct output from a light receiving element other than the reference element, a disconnection and a short circuit are detected to provide a solar radiation sensor that solves the problem. Is.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, this invention is demonstrated in detail based on embodiment shown in a figure. What is denoted by reference numeral 1 in FIG. 1 is a solar radiation sensor according to the present invention, and this solar radiation sensor 1 includes a light receiving element 2, an arithmetic circuit 3, and a condenser lens 4 as in the conventional example. In this embodiment, the description will be made assuming that four light receiving elements 2 (a to d) are employed as in the conventional example.
[0009]
First, the light receiving element 2 (a to d) will be described. In the present invention, a load resistor Rl is connected in series with each light receiving element 2 (a to d). Are never connected. Therefore, the output voltage Vo generated in the load resistor Rl is a direct output generated by the light receiving element 2 (a to d) by sunlight.
[0010]
In addition, what is indicated by a symbol SL in the arithmetic circuit 3 is a selector. The selector SL switches the output from the light receiving element 2 (ad), and outputs the output to the microcomputer MPU through the amplifier circuit Amp. The voltage Vo (direct output) is input. The microcomputer MPU converts the voltage Vo into a digital value by the built-in A / D converter and holds it inside, and compares and calculates the output from each light receiving element 2 (a to d) to calculate the elevation angle and direction. Calculate corners.
[0011]
As described above, since the parallel resistor is omitted in the present invention, it is difficult to determine whether or not the connection with the external power source Vcc is disconnected in an environment where the output voltage Vo is low and the surroundings are dark. ing. Here, the inventor has found that the output voltage Vo can be determined regardless of the magnitude of the output voltage Vo by measuring the output ratio between the light receiving elements 2 (a to d).
[0012]
FIG. 2 shows an example of the arrangement of the light receiving elements 2 (a to d). Although illustration is omitted here, as described above, these light receiving elements 2 (a to d) The upper part is covered with the condensing lens 4, and the light from the sun is distributed to each light receiving element 2 (ad) corresponding to the elevation angle α and the azimuth angle β.
[0013]
FIG. 3 shows the output ratio of the output voltage Vo between the light receiving elements 2 (a to d) when only the elevation angle α is changed with the azimuth angle β being 0 °. When α is 90 °, the light receiving elements 2 (a to d) generate the same output voltage Vo, that is, the output ratio between the light receiving elements 2 (a to d) is “1”.
[0014]
Therefore, in FIG. 3, the graph is created with this position as the reference value 1. Then, it can be seen that as the elevation angle α decreases, an output difference gradually occurs between the light receiving element 2a and the other light receiving elements 2b, 2c, and 2d.
[0015]
In the figure, the output from the light receiving element 2a is denoted by reference numeral Va, the output from the light receiving element 2b is denoted by reference numeral Vb, and the output from the light receiving element 2C is denoted by reference numeral Vc. The output from 2d is shown with the reference symbol Vd.
[0016]
In view of the characteristics shown in FIG. 3, FIG. 4 uses the light receiving element 2a as a reference element, and divides the outputs of the other light receiving elements 2b, 2c, and 2d by the output of the reference element to obtain an output ratio N (b / a), N (c / a) and N (d / a) are obtained, and according to this result, it is understood that the output ratio is in the range of 0.1 to 1.0. And since the output ratio obtained by said calculation is a unitless number, it is not influenced by the brightness of the sun.
[0017]
Here, if any one of the light receiving elements 2, for example, the light receiving element 2b is not connected to the external power source Vcc, the output ratio to the reference element becomes “0”, which is other than the reference element. The same applies to the light receiving element 2. Further, when the reference element is disconnected from the external power source Vcc, the output ratio becomes infinite. Therefore, disconnection can be detected.
[0018]
For example, when the load resistor Rl attached to the light receiving element 2b is grounded, the output voltage Vo from the light receiving element 2b is naturally 0 and the output ratio is also “0”. Further, for example, if a short circuit occurs in the light receiving element 2b, the output ratio between the light receiving element 2b and the reference element (for example, the light receiving element 2a) is “1 or more”. Therefore, in the solar radiation sensor 1 of the present invention, when the output ratio described above is out of the range of 0.1 to 1, it is determined that there is an abnormality, and for example, the disconnection is caused by outputting from the D terminal of the microcomputer MPU. It will be possible to detect short circuits. The O terminal is an output of the calculated value.
[0019]
That is, according to the present invention, unlike the conventional example, it is possible to detect a disconnection or a short circuit without providing a parallel resistor Rp. Therefore, when the microcomputer MPU in the arithmetic circuit 3 performs the calculation of the elevation angle α, There is no need to provide a subtracter SUB for eliminating the influence of the parallel resistor Rp, and the configuration of the arithmetic circuit 3 is simplified, so that both cost reduction and reliability improvement are possible.
[0020]
At the same time, a decrease in accuracy due to individual resistance value errors of the parallel resistor Rp is also eliminated to improve a measurement accuracy error with respect to the elevation angle α and azimuth β of the sun, and further, calculation is performed by the subtractor SUB. Errors that sometimes occur are also eliminated, and the measurement accuracy is further improved. In FIG. 1, for ease of understanding, the load resistor R1 is described as being individually provided for each of the light receiving elements 2 (a to d). Therefore, an error due to the load resistance Rl does not occur.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an appropriate one of the light receiving elements is used as a reference element, and the direct output from the reference element is compared with the direct output from the light receiving elements other than the reference element, thereby causing a disconnection. In addition, since the solar radiation sensor detects a short circuit, the parallel resistance that is conventionally provided for each light receiving element is not required for detecting the occurrence of a disconnection or a short circuit, and this parallel resistance is provided. This eliminates the need for the subtracter in the arithmetic circuit, which simplifies the configuration of the solar radiation sensor, and has extremely excellent effects in reducing costs and improving reliability.
[0022]
In addition, by eliminating the need for the parallel resistor and the subtractor, there are no errors caused by variations in the resistance value of the resistor for the parallel resistor, and calculation errors when performing subtraction by the subtractor. This type of solar sensor also has an extremely excellent effect in further improving the measurement accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic wiring diagram showing an embodiment of a solar radiation sensor according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of arrangement of light receiving elements in the solar radiation sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the output of each light receiving element based on an elevation angle of 90 ° as a ratio.
FIG. 4 is a graph showing the result of dividing the output of another light receiving element by the output of a light receiving element as a reference element.
FIG. 5 is a schematic wiring diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solar radiation sensor 2 (ad)-Light-receiving element 3-Operation circuit SL-Selector Amp-Amplifier circuit MPU-Microcomputer 4-Condensing lens Rl-Load resistance

Claims

所定のパターンに配置された複数の受光素子と、それら複数の受光素子の上方に配置されて太陽光を制御する受光レンズとから成り、太陽光の入射角度に応じてそれぞれの受光素子に生じる出力差から太陽の仰角、太陽の方位角を検出してなる日射センサにおいて、前記受光素子中の適宜のものを基準素子とし、この基準素子からの直接出力と、前記基準素子以外の受光素子からの直接出力とを比較演算することで、断線、及び、短絡を検出することを特徴とする日射センサ。It consists of a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined pattern and a light receiving lens arranged above the plurality of light receiving elements to control sunlight, and an output generated in each light receiving element according to the incident angle of sunlight In a solar radiation sensor that detects the elevation angle of the sun and the azimuth angle of the sun from the difference, an appropriate one in the light receiving element is used as a reference element, and a direct output from the reference element and a light receiving element other than the reference element The solar radiation sensor characterized by detecting a disconnection and a short circuit by performing a comparison operation with the direct output.

前記受光レンズは、前記基準素子からの直接出力と、基準素子以外の受光素子からの直接出力との出力比が０．１〜１．０の範囲内となるように光学設計が行われ、上記範囲以外の比較演算の結果が得られたときには断線、及び、短絡の発生の判定を行うものとすることを特徴とする請求項１記載の日射センサ。The light receiving lens is optically designed such that an output ratio between a direct output from the reference element and a direct output from a light receiving element other than the reference element is in a range of 0.1 to 1.0. 2. The solar radiation sensor according to claim 1, wherein when a result of a comparison operation other than the range is obtained, determination of occurrence of disconnection and short circuit is performed.