JP6409709B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置の動作を制御するための制御装置に関する。

車両用空調装置の制御装置として、単に車室内の気温を目標温度に一致させるだけの制御を行うのではなく、車室内の輻射温度をも考慮した制御を行うことのできる制御装置が提案されている（例えば、下記特許文献１を参照）。このような制御装置によれば、例えば、車室内の気温が適温であったとしても、車室内の輻射温度が比較的高い場合には冷房を行うよう車両用空調装置を動作させることにより、車室内をより快適に保つことが可能となる。つまり、乗員が感じる温熱感を考慮しながら適切な制御を行うことが可能となる。

車室内の輻射温度を測定するために、車室内には輻射温度センサが設けられる。輻射温度センサは、車室内の各種構造物（シートやダッシュボード等）から放射される赤外線や、外部から窓を通じて車室内に入射する赤外線を検知して、これら赤外線に基づいて車室内の輻射温度を測定するものである。

特許第４４４３２９４号公報

車室内では、乗員にはあらゆる方向から赤外線が入射している。ただし、後方側から乗員に向かう赤外線はシートによって遮られるので、乗員には殆ど到達しない。従って、乗員が感じる温熱感に大きな影響を与えるのは、前方側から乗員に向かって入射する赤外線ということになる。

輻射温度センサは、車室内において乗員の位置とは異なる位置に設置される。例えば、天井のうち乗員の斜め上方となる位置に輻射温度センサが設置される態様が考えられる。このような位置の輻射温度センサにより検知されるのは、上記のように前方側から乗員に向かって入射する赤外線ではなく、輻射温度センサに向かって入射する赤外線である。このため、乗員が受けるものとは異なる輻射温度が輻射温度センサにより検知されてしまい、車両用空調装置の制御が適切に行われない可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、乗員が受ける車室内の輻射温度を正確に検知して、車両用空調装置の制御を適切に行うことのできる制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、車両用空調装置の動作を制御するための制御装置であって、車室内において前方側から乗員に入射する赤外線を反射するよう、シートベルトの表面上に形成された反射部と、車室内において乗員よりも前方側となる位置に設けられ、反射部を含む範囲から到達する赤外線を検知する赤外線検知部と、反射部から赤外線検知部に到達した赤外線に基づいて、車室内の輻射温度を算出する輻射温度算出部と、を備え、算出された輻射温度に基づいて、車両用空調装置の動作を制御する。

このような制御装置によれば、車室内において前方側から乗員に入射し、反射部によって反射された赤外線、に基づいて車室内の輻射温度が算出される。このため、乗員よりも前方側となる位置に赤外線検知部が設けられた構成としながらも、前方側からの輻射温度、すなわち、車室内において乗員が受ける輻射温度を正確に検知することができる。このような輻射温度に基づいて車両用空調装置の動作の制御を行うことにより、車室内をより快適に保つことができる。

本発明によれば、車室内において乗員が受ける輻射温度を正確に検知して、車両用空調装置の制御を適切に行うことのできる制御装置が提供される。

本発明の実施形態に係る制御装置が搭載された車両の構成を模式的に示す図である。 乗員及びシートベルトを前方側からみて描いた図である。 図１の制御装置で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る制御装置１００について説明する。制御装置１００は、車両に備えられた空調装置２００の動作を制御することにより、車室ＲＭ内の空調を適切に行うための装置である。図１には、制御装置１００が搭載された車両のうち、車室ＲＭの一部（運転席の近傍）が模式的に示されている。

空調装置２００は、不図示の冷凍サイクルによって温度調整された空気を車室ＲＭ内に供給することにより、車室ＲＭ内を快適に保つための装置である。空調装置２００から車室ＲＭ内に供給される空気の温度及び流量は、制御装置１００が行う制御によって調整される。

車室ＲＭには、運転席であるシートＳＴと、シートベルトＢＴとが備えられている。シートＳＴは、乗員Ｍが着座し運転を行うための座席として設けられている。尚、図１における左側が車両の前方側であり、右側が車両の後方側である。

シートベルトＢＴは、乗員Ｍの身体をシートＳＴに固定するための安全装置として、シートＳＴに設けられた帯状のベルトである。図１及び図２に示されるように、乗員ＭがシートベルトＢＴを装着し運転を行っているときには、シートベルトＢＴは乗員Ｍの身体の前方側部分、具体的には右肩から胸部、左腹部に亘る部分を覆っている。このとき、シートベルトＢＴのうち乗員Ｍ側の面は、乗員Ｍの着衣ＣＬ（図２を参照）に密着した状態となっている。シートベルトＢＴのうち乗員Ｍとは反対側の面、すなわち前方側に向いている方の面には、制御装置１００の一部であるマーカー１３０が形成されている。

尚、車両には車室ＲＭ内の気温を測定するためのセンサ（不図示）が設けられている。当該センサで測定された気温は、制御装置１００（本体部１１０）に入力されている。

本実施形態に係る制御装置１００は、本体部１１０と、熱画像カメラ１２０と、上述のマーカー１３０とによって構成されている。本体部１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムである。本体部１１０は、後述の熱画像カメラ１２０により撮影された熱画像に基づいて各部の温度（車室内の輻射温度をも含む）を算出し、当該温度に基づいて空調装置２００の動作を制御する。

本体部１１０は、機能的な制御ブロックとして、輻射温度算出部１１１と、表面温度算出部１１２と、空調制御部１１３とを有している。輻射温度算出部１１１は、熱画像カメラ１２０で撮影された熱画像に基づいて、車室ＲＭ内の輻射温度を算出する部分である。表面温度算出部１１２は、熱画像カメラ１２０で撮影された熱画像に基づいて、乗員Ｍの着衣ＣＬの表面温度を算出する部分である。空調制御部１１３は、空調装置２００の動作を制御する部分である。輻射温度算出部１１１、表面温度算出部１１２、及び空調制御部１１３のそれぞれにより行われる具体的な処理の内容については、後に説明する。

熱画像カメラ１２０は、物体から放射又は反射されて到達した赤外線を検知し、当該赤外線の強度分布を示す画像（熱画像）を撮影するためのカメラである。熱画像カメラ１２０は、マトリックス状に配置された複数の赤外線撮像素子をその内部に備えている。これら赤外線撮像素子により、撮影範囲の各部から到達する赤外線の強度分布を計測し、熱画像として出力することが可能となっている。熱画像カメラ１２０により検知される赤外線の波長の範囲は、８μｍから１４μｍとなっている。

熱画像カメラ１２０は、乗員Ｍの上半身部分を含む熱画像を前方側から撮影できるよう、車室ＲＭ内において乗員Ｍよりも前方側且つ上方側となる位置に取り付けられている。図１においては、熱画像カメラ１２０で熱画像を撮影することのできる範囲が矢印ＲＧで示されている。当該範囲には、乗員Ｍの上半身に加えて、シートベルトＢＴに形成されたマーカー１３０及びその周辺部分が含まれる。尚、熱画像カメラ１２０により熱画像として撮影される範囲は、概ね図２に示される範囲と一致する。

マーカー１３０は、円形のアルミニウムからなるシートを、シートベルトＢＴの表面（前方側の面）に貼り付けることにより形成されたものである。図２に示されるように、マーカー１３０は、シートベルトＢＴが装着された状態において、乗員の腹部中央となる位置に設けられている。マーカー１３０は、入射した赤外線を反射して、その一部を熱画像カメラに到達させるためのものである。マーカー１３０の材料としては、８μｍから１４μｍの波長の赤外線に対する反射率が十分に高い（つまり放射率が十分に低い）ものであればよく、アルミニウム以外の材料が用いられてもよい。

マーカー１３０の表面には微細な凹凸が形成されている。このため、マーカー１３０に入射した赤外線は、その入射方向によることなく、図１の矢印ＡＲ２で示されるようにあらゆる方向に向けて略均等に拡散反射される。尚、マーカー１３０の表面は前方側を向いているので、マーカー１３０により反射される赤外線は、その大部分が前方側からマーカー１３０に入射したものである。

ところで、車室ＲＭ内において乗員Ｍが感じる温熱感は、気温により影響を受けるのは言うまでもないが、乗員Ｍの体に入射する赤外線によっても影響を受けることが知られている。また、後方側からの赤外線はシートＳＴにより遮られるので、乗員Ｍの温熱感に影響を与えるのは、その大部分が前方側から乗員Ｍに向かって入射する赤外線ということができる。換言すれば、乗員Ｍが受ける輻射温度は、前方側からの赤外線の強度のみによってほぼ決まるということができる。

図１では、このような前方側からの赤外線が矢印ＡＲ１で示されている。前方側からの赤外線には、例えば前方側にあるダッシュボード等の構造物から放射された赤外線や、フロントガラスを通じて車室ＲＭ内に入り込んだ赤外線が含まれる。

本実施形態では、上記のように前方側から乗員Ｍに向かう赤外線、すなわち、乗員が感じる温熱感への影響が大きな赤外線の一部がマーカー１３０により反射され、さらにその一部が熱画像カメラ１２０に到達し検知（撮影）されることとなる。本体部１１０は、熱画像カメラ１２０により得られた熱画像から、マーカー１３０で反射された赤外線に基づく輻射温度を算出する。かかる算出は、本体部１１０の輻射温度算出部１１１により行われる。

上記のように輻射温度算出部１１１により算出される輻射温度は、前方側から乗員Ｍが受けている輻射温度に等しい。本体部１１０の空調制御部１１３は、この輻射温度に基づいて空調装置２００の動作を制御する。例えば、算出された輻射温度が所定範囲よりも高い場合には、車室ＲＭ内の気温の目標値を１度下げる、というような制御を行うことで、乗員Ｍが感じる温熱感をより快適なものとすることが可能となる。

図３を参照しながら、本体部１１０により行われる具体的な処理の内容について説明する。図３に示される一連の処理は、所定の周期が経過する毎に本体部１１０で繰り返し実行される。

最初のステップＳ０１では、熱画像カメラ１２０による熱画像の撮影が行われ、当該熱画像が本体部１１０により取得される。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、取得された熱画像を解析することにより、当該熱画像に含まれるマーカー１３０の検出が行われる。本実施形態では、概ねマーカー１３０が存在し得る範囲（熱画像の中央部）から、円形且つ温度が均等となっている部分を特定し、当該部分をマーカー１３０の範囲として検出するように構成されている。

尚、熱画像からのマーカー１３０の検出を容易なものとするために、本実施形態では、８μｍから１４μｍの波長の赤外線に対する反射率が低い(つまり放射率が高い）材料によりシートベルトＢＴが形成されている。つまり、シートベルトＢＴの表面のうち、マーカー１３０以外の部分における反射率は０又はその近傍となっており、マーカー１３０の反射率は１又はその近傍となっている。

その結果、熱画像により示される各部の温度は、マーカー１３０の部分においては車室ＲＭ内の輻射温度に概ね一致し、マーカー１３０の周囲の部分においては着衣ＣＬの表面温度に概ね一致する。通常、両者は互いに異なっているので、熱画像で示される温度のコントラストに基づいて、マーカー１３０の位置及び範囲を容易に検出することができる。

両者の温度差が近く、熱画像のコントラストによるマーカー１３０の検出が難しい場合には、空調装置２００から吹き出される空気の温度を一時的に低くすればよい。また、吹き出される空気がマーカー１３０に直接当たるように風向を一時的に変更したり、吹き出される空気の流量を一時的に増加させたりしてもよい。このとき、熱画像のうちマーカー１３０の部分において示される温度は（マーカー１３０自体の温度ではなく周囲の輻射温度なので）殆ど変化しない一方、熱画像のうちマーカー１３０の周囲において示される温度は(着衣ＣＬの温度なので）低下することとなる。これにより、マーカー１３０の部分とその周囲との間で示される温度との間に差が生じて、コントラストによるマーカー１３０の検知が容易なものとなる。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、輻射温度算出部１１１により、熱画像のうちマーカー１３０の部分において示された温度が計測（算出）される。本実施形態では、円形であるマーカー１３０の中心位置が温度の測定点ＭＰ１とされ（図２を参照）、当該部分における温度が計測される。

ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、ステップＳ０３で計測された測定点ＭＰ１の温度が、そのまま乗員Ｍの受ける車室ＲＭ内の輻射温度として算出される。尚、マーカー１３０の反射率が１よりも小さく且つ既知である場合には、当該反射率に基づいて補正された後の値が車室ＲＭ内の輻射温度として算出されてもよい。

ステップＳ０２に続いては、上記のステップＳ０３と並行してステップＳ０５が行われる。ステップＳ０５では、表面温度算出部１１２により、マーカー１３０の近傍における温度が計測される。具体的には、熱画像のうち、上記の測定点ＭＰ１よりも所定距離だけ離れた測定点ＭＰ２において示された温度が計測（算出）される。

上記の所定距離は、マーカー１３０の半径よりも僅かに大きい。また、測定点ＭＰ１から測定点ＭＰ２に向かう方向は、概ねシートベルトＢＴの長手方向に沿った方向となっている。その結果、測定点ＭＰ２は、マーカー１３０の近傍（外側）であって、且つシートベルトＢＴの表面上の位置となっている。換言すれば、このような位置となるように測定点ＭＰ２の位置が決定されており、当該位置の温度が計測される。

シートベルトＢＴは乗員Ｍの着衣ＣＬに密着しているので、その表面温度は着衣ＣＬの表面温度に概ね等しくなっている。また、上述のように、シートベルトＢＴの表面のうち、マーカー１３０以外の部分における反射率は０又はその近傍となっている。このため、表面温度算出部１１２により算出される測定点ＭＰ２の温度は、着衣ＣＬの表面温度に略等しい。

そこで、ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、ステップＳ０５で計測された測定点ＭＰ２の温度が、そのまま乗員Ｍの着衣ＣＬの表面温度として算出される。尚、シートベルトＢＴの表面の反射率が０よりも大きく且つ既知である場合には、当該反射率に基づいて補正された後の値が着衣ＣＬの表面温度として算出されてもよい。

上記のような態様に替えて、熱画像のうち、着衣ＣＬの表面上に設定された測定点ＭＰ３（図２参照）において示された温度が、着衣ＣＬの表面温度として直接的に算出されるような態様であってもよい。しかしながら、着衣ＣＬの種類（反射率）は不明であるから、算出される温度と実際の温度との間に誤差が生じる可能性がある。従って、本実施形態のように、反射率が既知であるシートベルトＢＴ上の位置を測定点とし、当該位置における温度を着衣ＣＬの表面温度として算出する態様の方が好ましい。

ステップＳ０４及びステップＳ０６に続くステップＳ０７では、輻射温度算出部１１１により算出された車室ＲＭ内の輻射温度と、表面温度算出部１１２により算出された着衣ＣＬの表面温度とに基づいて、空調装置２００の動作（設定温度や風量）が調整される。例えば、車室ＲＭ内の気温よりも着衣ＣＬの表面温度の方が高いような場合には、気温が適温であったとしても、吹き出し温度を１度下げる、というような制御を行うことができる。

また、車室ＲＭ内の気温、輻射温度、着衣ＣＬの表面温度、のそれぞれの値の組み合わせ毎に、空調装置２００の制御パラメータ（吹き出し温度や風量）がマップとして記憶されているような態様としてもよい。

このように、車室ＲＭ内の気温、輻射温度、着衣ＣＬの表面温度、のそれぞれを計測し、これらを総合的に考慮した制御を行うことにより、乗員Ｍが感じる温熱感をより快適なものとすることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る制御装置１００は、車室ＲＭ内において前方側から乗員Ｍに入射する赤外線を反射するよう、シートベルトＢＴの表面上に形成されたマーカー１３０と、車室ＲＭ内において乗員Ｍよりも前方側となる位置に設けられ、マーカー１３０を含む範囲（図１の矢印ＲＧ）から到達する赤外線を検知する熱画像カメラ１２０と、マーカー１３０から熱画像カメラ１２０に到達した赤外線に基づいて、車室ＲＭ内の輻射温度を算出する輻射温度算出部１１１と、を備える。更に、制御装置１００は、輻射温度算出部１１１で算出された輻射温度に基づいて空調装置２００の動作を制御する。

このような構成により、乗員Ｍよりも前方側となる位置（つまり乗員Ｍとは異なる位置）に熱画像カメラ１２０が設けられた構成としながらも、車室ＲＭ内において乗員Ｍが前方側から受ける輻射温度を正確に検知することができる。このような輻射温度に基づいて空調装置２００の動作の制御を行うことにより、車室ＲＭ内をより快適に保つことが可能となっている。

更に、制御装置１００は、マーカー１３０の近傍における所定箇所（測定点ＭＰ２）から熱画像カメラ１２０に到達した赤外線に基づいて、乗員Ｍの着衣ＣＬの表面温度を算出する表面温度算出部１１２、を更に備えており、算出された表面温度に基づいて空調装置２００の動作を制御する。

車室ＲＭ内の気温や輻射温度に加えて、着衣ＣＬの表面温度にも基づいて空調の制御を行うことにより、乗員Ｍが感じる温熱感を更に快適なものとすることが可能となる。

ところで、着衣ＣＬの表面温度は、着衣ＣＬが乗員Ｍの身体に密着している部分と、密着していない部分（例えば、着衣ＣＬに生じた皺の頂点部分）との間で大きく異なる場合が多い。従って、着衣ＣＬの測定点の選び方によっては、着衣ＣＬの表面温度に基づいた空調制御が適切に行われない可能性がある。

これに対し、本実施形態の測定点ＭＰ２においては、シートベルトＢＴの引っ張り力によって着衣ＣＬが乗員Ｍの身体に押さえつけられており、着衣ＣＬと乗員Ｍの身体とが常に密着した状態となっている。測定点ＭＰ３（図２）で着衣ＣＬの表面温度が測定される場合でも同様である。

このため、測定された着衣ＣＬの表面温度は、（密着箇所の温度なので）乗員Ｍが感じる温熱感を示す指標として用いることができるものとなっている。このように測定された表面温度に基づいて空調の制御を行うことにより、車室ＲＭ内をより快適に保つことができる。

着衣ＣＬの表面温度の測定点ＭＰ２は、シートベルトＢＴの表面上の箇所として設定されている。反射率が既知の部分からの赤外線に基づいて着衣ＣＬの表面温度が計測されるので、測定誤差の少ない計測が可能となる。

本実施形態では、シートベルトＢＴの表面の反射率が０又はその近傍となっている。換言すれば、シートベルトＢＴの表面の輻射率が１又はその近傍となっている。このため、熱画像のうち、シートベルトＢＴ上の測定点ＭＰ２において示された温度は、（反射の影響をほとんど受けないので）着衣ＣＬの表面温度に略等しくなる。つまり、着衣ＣＬの表面温度をより正確に計測することが可能となる。

尚、測定点ＭＰ２を含む局所的な範囲においてのみ、シートベルトＢＴの表面の輻射率が１又はその近傍となっているような態様であってもよい。

マーカー１３０の表面には、入射した赤外線を拡散反射させるための加工が施されている。このため、車両の前方側の広範囲から（あらゆる方向から）乗員Ｍに到達している赤外線が、マーカー１３０で反射され熱画像カメラ１２０に到達することとなる。その結果、熱画像のうちマーカー１３０の部分に示される温度は、乗員Ｍの前方側からの輻射温度を平均したものとなる。つまり、局所的な高温箇所（例えば態様）からの輻射による影響を受けることなく、乗員Ｍが受ける輻射温度を適切に測定することが可能となっている。

本実施形態では、シートベルトＢＴの表面上に単一のマーカー１３０が形成されている。このような態様に替えて、マーカー１３０が複数個所形成されている態様であってもよい。また、マーカー１３０は、シートベルトＢＴに対して反射率の高い物質を編み込んだり、メッキしたりすることにより形成されてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１００：制御装置
１１１：輻射温度算出部
１１２：表面温度算出部
１１３：空調制御部
１２０：熱画像カメラ
１３０：マーカー
２００：空調装置
ＢＴ：シートベルト
ＣＬ：着衣
ＲＭ：車室
ＳＴ：シート

Claims (5)

1. 車両用空調装置（２００）の動作を制御するための制御装置（１００）であって、
   車室（ＲＭ）内において前方側から乗員（Ｍ）に入射する赤外線を反射するよう、シートベルト（ＢＴ）の表面上に形成された反射部（１３０）と、
   前記車室内において前記乗員よりも前方側となる位置に設けられ、前記反射部を含む範囲から到達する赤外線を検知する赤外線検知部（１２０）と、
   前記反射部から前記赤外線検知部に到達した赤外線に基づいて、前記車室内の輻射温度を算出する輻射温度算出部（１１１）と、を備え、
   算出された前記輻射温度に基づいて、前記車両用空調装置の動作を制御することを特徴とする制御装置。
2. 前記反射部の近傍における所定箇所（ＭＰ２）から前記赤外線検知部に到達した赤外線に基づいて、前記乗員の着衣（ＣＬ）の表面温度を算出する表面温度算出部（１１２）、を更に備え、
   算出された前記表面温度に基づいて、前記車両用空調装置の動作を制御することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記所定箇所は前記シートベルトの表面上の箇所であることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記シートベルトのうち、少なくとも前記所定箇所における輻射率の値が１又はその近傍であることを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記反射部の表面には、入射した赤外線を拡散反射させるための加工が施されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。

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