H2TD シリーズ防曇/曇り止めセンサ
現代の車両のための効果的な曇り止め戦略
著者: Todd Eckhardt、主任システム設計者、トランスポーテーション センサ
布で結露を拭き取っていた黎明期から、ワイパーや HVAC システムの開発に至るまで、輸送業界は、運転者の視界を維持する新しい方法を常に模索してきました。 今日の車両は、透明なフロントガラスを自動的に維持したり、最近ではカメラ レンズを自動的に維持したりすることを目的とした高度なシステムを搭載して進化しています。高度な HVAC システムは、曇りの兆候が現れるたびに運転者が手動で設定を調整するのではなく、必要なときにのみ自動的に作動するセンサを利用しています。これらのシステムは、シームレスでエネルギー効率が高く、注意の逸れない運転体験のために必要となる適切な程度の介入を提供することを目的としています。
安全上の利点
クリアな視界を確保することは、特に変化し続ける気象条件において安全運転に不可欠です。この必要性は、フロントガラスの内装ガラス表面から曇りを除去するシステムをすべての車両に搭載することを義務付けている、欧州委員会規則 (EU) No 672/2010 などの政府規制を通じて世界的に実施されています。効果的な曇り止め戦略によって、自動車メーカは、曇りの発生リスクを軽減し、注意力の低下を最小限に抑え、世界各国の規制に準拠して運転者の全体的な認識力向上に役立てることができます。
エネルギー効率上の利点
バッテリー式電気自動車 (BEV) やその他のエネルギーを重視する設計においては、効率の維持が大きな課題となります。曇りの状態を予測して防止する機能により、エネルギーを大量に消費する事後対応型の曇り止めの必要性が減少します。曇りの状態を正確に検知することで、必要なときにのみシステムを作動させ、先回りして表面温度を調整して結露の発生を防ぐことができます。このアプローチは凝縮を蒸気に戻す既存の方法よりも必要なエネルギーが少なくて済むため、バッテリー電力の節約に役立ち、車両の全体的な効率と航続距離を改善することができます。
曇り止め戦略
曇り止め戦略の中心となるのは湿度センサです。 湿度センサは、露点 (結露が発生する温度) の測定値を提供することで、システムは曇りを予測してカメラ レンズの加熱やHVACシステムの自動調整などの対策を講じることができます。
曇り状態の予測は、主に次の 3 つの測定値によって行われます。
- 相対湿度
- 周囲環境の温度測定値
- ターゲット表面 (通常はフロントガラスまたはカメラ レンズ) の表面温度
結露は、フロントガラスの表面温度が露点を下回ると発生します。露点 (°C) は相対湿度と周囲温度の関数、露点 (°C) = ƒ(RH, T) として表され、さまざまなアルゴリズムを使用して推定できます。これらの入力を分析することで、露点温度とフロントガラスの表面温度を比較することで、結露の可能性を評価できます。
理想的な閾値の設定
正確にキャリブレーションされた小さな閾値によって効率的な HVAC システム性能が可能になるため、フロントガラスの温度と露点の間の最適な閾値を確立することは非常に重要です。閾値が大きすぎると HVAC システムが早く起動し、不要なエネルギー消費につながる可能性があります。逆に、閾値が小さすぎるとフロントガラスに曇りが発生する可能性があり、結露を蒸気に戻すために手動による介入が必要になり、エネルギー消費の増加にもつながります。
図 1: フロントガラスの温度と露点閾値の関係を示します。
図1 は、フロントガラスの温度が露点に達する直前に HVAC が作動するように設定されている場合の理想的なシナリオを示しています。エラーの可能性を考慮しながらこの閾値を最小限に抑えることは、運転者の利便性を向上させるとともに電気モータの可能性を高めるために重要です。
理想的な閾値を設定し、正確な曇り検知を実現するには、次の条件が必要です。
- 高精度露点測定値
- フロントガラスの温度に対する高速な応答時間
- 長期にわたる安定した測定
- 最小限に抑制された環境からの熱干渉
センサの配置の重要性
位置、位置、位置。不動産の場合と同様に、センサの配置においても位置が重要です。フロントガラスの曇りを防ぐには、バック ミラー、カメラ、アンテナによく使用されるフロントガラスの中央上部が理想的な位置です。この位置は境界条件から最も遠くにあり、日照負荷や HVAC システムの熱干渉などの外的要因の影響が最小限に抑えられます。
センサを最適ではない場所に配置すると、測定値がホット スポットやコールド スポットなどの熱干渉の影響を受け、センサの精度や曇り止め戦略の有効性が損なわれる可能性があります。
図 2: 曇り止め用途における湿度センサの理想的な配置を示します。
スタンドアロン センサと複合センサの比較
多くの OEM で採用されている戦略は 雨・日光・湿度を 1 つのモジュールに収めた複合センサを使用する方法です。このアプローチは、複数存在する PCB アセンブリとパッケージを排除することでコストを削減することを目的としています。取り付け位置は、通常、フロントガラスの上部中央、バック ミラー領域の近くまたは内部になります。
この方法は日照負荷の測定にはメリットがありますが、曇り止め用途には明らかな欠点と留意事項があります。
- 発熱: 複合センサには、通常、雨や日光の機能をサポートする複数のアクティブ コンポーネントが含まれており、熱を発生します。これは測定精度に影響を与える可能性があります1。
- サイズ: 複合センサは、通常、スタンドアロンの湿度センサよりも約 60% 大きくなります2。
- RLS の統合: 視覚ベースのカメラ センシングは、雨・光・太陽光の検出に対する要件を満たすように急速に進化しており、従来の複合センサの必要性と車両構成におけるその役割が変化していることを示しています。
図 3: 業界をリードする複合センサと TE の曇り止めセンサのサイズの違いを示します。
機能、特長と利点
防曇/曇り止めセンサ: 機能、特長と利点
TE Connectivity の防曇/曇り止めセンサはカスタマイズ可能でコンパクトなパッケージに収められ、相対湿度センシングと負温度係数の素子を備えており、露点計算とフロントガラス温度測定を可能にします。
コンパクトなサイズ
このセンサはコンパクトなサイズ形状 (29.5 mm x 21.6 mm x 17.4 mm) を誇り、正確な配置が可能です。カスタマイズ可能なハウジングとサイズの小ささによって、現代の車両設計、特にフロントガラスの中央上部に簡単に組み込むことができます。
高精度および高性能
このセンサは、フロントガラスから分離された正確な露点測定値 (±1.5°C) を提供し、環境の影響を受けずに信頼性の高いデータを提供します。フロントガラスの温度測定を周囲の干渉から分離することで、センサは正確な測定値を提供し、システムの予測能力を強化し、HVAC の最適な起動を可能にします。
| 技術的特長 | |||
|---|---|---|---|
| 測定範囲と精度 | 動作 | 保管 | 湿度 |
| -40°C ～ +90°C | -40°C ～ +105°C | 0 〜 100% RH | |
| フル スケールで ±2°C | ±1.5°C 露点 | ||
| 供給電圧 | 12V | 電流消費 | 最大 10 mA |
| 通信 | デジタル LIN 2.2 | ||
| 固定 | 金属クリップ | ||
カメラ レンズの曇り止めの可能性
フロントガラスの近くに設置された前方カメラは、曇り対策に役立つようにバック ミラー領域のスタンドアロン曇り止めセンサを利用する場合があります。ただし、別の場所に設置されたカメラには、視界を確保するために別の戦略が必要です。TE は、カメラ システムに組み込めるチップレベルのソリューションも提供しています。予測的な結露対策をサポートできます。
結論
フロントガラスに結露が発生するのを防ぐことを目的とした曇り止め戦略が近代化することで、自動車 OEM は、安全性の向上、エネルギー効率の向上、運転体験の向上に必要なツールを利用できるようになります。これらのシステムには、正確な湿度センシング、正確な露点測定、戦略的なセンサ配置、最適化された閾値計算が組み込まれ、フロントガラスとカメラ レンズの両方の曇り止め対策を確実に実現できるようになりました。
TE Connectivity がお客様と協力してお客様の曇り止め戦略をどのように実現できるかについてと、当社の自動車センサ ソリューションの幅広い製品ラインナップをご覧ください。
