УСТРОЙСТВО ОБОГРЕВА ЛОБОВОГО СТЕКЛА ДЛЯ БОРТОВОЙ КАМЕРЫ Российский патент 2018 года по МПК B60J1/20 H05B3/84 B60S1/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству обогрева лобового стекла для камеры, установленной в транспортном средстве, например, в автомобиле.

[0002] Описание предшествующего уровня техники

В транспортном средстве управление системой помощи при вождении осуществляют за счет предупредительной системы безопасности, датчик управления движением, такой как датчик системы предаварийной безопасности (сокращенно «датчик СПБ»), вмонтированный в центре верхней части лобового стекла (ветрового стекла). Датчик управления системой помощи при вождении включает бортовую камеру, такую как ПЗС-камера, при этом бортовая камера выполнена с возможностью фотографировать пространство перед транспортным средством через лобовое стекло.

[0003] Когда температура наружного воздуха низкая, например, в зимний период, разность температур внутри и снаружи транспортного средства возрастает, на внутренней поверхности лобового стекла происходит конденсация, что приводит к запотеванию ветрового стекла. Запотевание лобового стекла препятствует нормальному фотографированию пространства впереди транспортного средства бортовой камерой. Таким образом, как, например, раскрыто в опубликованной для ознакомления заявке на патент в Японии №2013-151291, из которой известен способ устранения запотевания лобового стекла путем нагревания лобового стекла перед камерой устройством обогрева.

[0004] Устройство обогрева лобового стекла включает в себя пластинчатый электрический нагревательный элемент, такой как ПТК-нагреватель, при этом электрический нагревательный элемент закреплен путем приклеивания к внутренней поверхности лобового стекла рядом с камерой. Размеры электрического нагревательного элемента должны быть достаточными для эффективного обогрева лобового стекла, но не должны негативно сказываться на дальности фотографирования. Таким образом, известно, что электрический нагревательный элемент имеет основную зону нагрева (первую зону нагрева), которая выполняет основную функцию нагрева в непосредственной близости от камеры, и вспомогательную зону нагрева (вторую зону нагрева), которая выполняет вспомогательную функцию нагрева. Вспомогательная зона нагрева расположена, например, в поперечном направлении транспортного средства относительно оптической оси камеры. Несмотря на то, что площадь основной зоны нагрева больше, чем площадь вспомогательной зоны, основная зона нагрева, также как и вспомогательная зона нагрева, сформированы с одним и тем же ПТК-нагревателем и имеют одинаковые значения теплопроизводительности на единицу площади.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В случае использования традиционного устройства обогрева лобового стекла, в котором электрический нагревательный элемент содержит основную и вспомогательную зоны нагрева в соответствии с приведенным выше описанием, выявлено, что при нагреве лобового стекла устройством обогрева в области вокруг вспомогательной зоны нагрева возникают высокие растягивающие напряжения. Как подробно описано ниже, когда лобовое стекло нагревается нагревательным устройством, основная зона нагрева имеет большую площадь нагрева, соответственно, температура вокруг основной зоны нагрева также будет становиться выше. Таким образом, основную зону нагрева и прилегающую область можно относительно легко расширять по направлению вдоль плоскости лобового стекла.

[0007] Напротив, в связи с меньшей площадью вспомогательной зоны нагрева температура области вокруг вспомогательной зоны нагрева не становится выше температуры области вокруг основной зоны нагрева. Следовательно, учитывая существенное ограничение расширения вспомогательной зоны нагрева со стороны области вокруг нее, в области вокруг вспомогательной зоны нагрева возникает высокое растягивающее напряжение в направлении вдоль внешней периферии вспомогательной зоны нагрева, вызванное силами расширения из-за расширения вспомогательной зоны нагрева. Вспомогательная зона нагрева не может легко расширяться в направлении вдоль плоскости лобового стекла, но расширяется с деформацией в направлении перпендикулярном плоскости лобового стекла, что в результате приводит к появлению областей, отклоненных от изначальной плоскости лобового стекла, вокруг вспомогательной зоны нагрева.

[0008] В связи с этим, если значение теплопроизводительности на единицу площади электрического нагревательного элемента установлено на низком уровне, чтобы предотвратить возникновение вышеупомянутых проблем, уменьшается значение теплопроизводительности не только вспомогательной зоны нагрева, но также и основной зоны. Поэтому, становится невозможным эффективно обогревать лобовое стекло для эффективного устранения запотевания стекла.

[0009] Настоящее изобретение обеспечивает устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры, содержащее основную зону нагрева и вспомогательную зону нагрева, усовершенствованное таким образом, чтобы снизить риск возникновения высоких растягивающих напряжений в области вокруг вспомогательной зоны нагрева, при этом, не снижая эффективность устранения запотевания лобового стекла.

[0010] В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры содержит пластинчатый электрический нагревательный элемент, расположенный по направлению вдоль внутренней поверхности лобового стекла в непосредственной близости от бортовой камеры, фотографирующей пространство перед транспортным средством, и выполненный с возможностью обогрева лобового стекла в обогреваемой зоне перед бортовой камерой.

[0011] Электрический нагревательный элемент содержит первую и вторую зоны нагрева, прилегающие друг к другу. Площадь обогрева второй зоны нагрева меньше площади обогрева первой зоны нагрева, и значение теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева меньше значения теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева.

[0012] В соответствии с описанной выше конфигурацией, площадь обогрева второй зоны нагрева меньше площади обогрева первой зоны нагрева, и значение теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева меньше значения теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева. Следовательно, по сравнению с традиционным устройством обогрева, в котором первая и вторая зоны нагрева выполнены с одним и тем же нагревательным элементом, температура второй зоны нагрева может быть снижена, а перепады температур на периферии второй зоны нагрева возможно сделать мягче. Таким образом, возможно уменьшить растягивающие напряжения, создаваемые на периферии второй зоны нагрева силой растяжения, возникающей из-за расширения второй зоны нагрева, а также уменьшить степень деформации второй зоны нагрева при расширении в направлении, перпендикулярном плоскости лобового стекла.

[0013] В частности, площадь обогрева первой зоны нагрева больше площади обогрева второй зоны нагрева, и значение теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева больше значения теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева. Соответственно, поскольку обогреваемая зона может быть эффективно нагрета за счет первой зоны нагрева, возможно, избежать снижения эффективности устранения запотевания лобового стекла. [0014] Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, электрический нагревательный элемент является ПТК-нагревателем, которое содержит элемент с ПТК, в котором токопроводящие частицы рассеяны в непроводящей матрице, и пару электродов, отделенных друг от друга данным ПТК-элементом, и верхняя предельная температура ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева ниже, чем верхняя предельная температура ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева, и выше, целевой температуры нагрева в заданной расчетной точке обогреваемой зоны.

[0015] В соответствии с приведенным выше аспектом изобретения, поскольку нагревательный элемент является ПТК-нагревателем, отсутствует необходимость, например, измерять температуру электрического нагревательного элемента или обогреваемой зоны и для управления включением электрического нагревательного элемента на основании замеренной температуры. Верхняя предельная температура ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева ниже, чем верхняя предельная температура ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева, и выше, чем целевая температура нагрева в заданной расчетной точке обогреваемой зоны. Поэтому, согласно настоящему аспекту изобретения, температура второй зоны нагрева может быть ниже, чем температура в традиционном устройстве обогрева, и возможно обеспечить ситуацию, при которой вторая зона нагрева способствует повышению температуры заданной расчетной точки обогреваемой зоны до значения, не ниже целевой температуры нагрева.

[0016] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, расстояние между электродами ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева больше, чем расстояние между электродами ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева.

[0017] В соответствии с приведенным выше аспектом настоящего изобретения, используя, например, одни и те же ПТК-элементы в первой и второй зонах нагрева и изменяя расстояние между электродами в одной и другой зоне нагрева, возможно легко получить указанное выше соотношение расстояний между электродами. Таким образом, согласно настоящему аспекту изобретения, возможно легко и недорого достичь описанного выше соотношения значения теплопроизводительности на единицу площади и верхней предельной температуры.

[0018] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, толщина ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева меньше, чем толщина ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева.

[0019] В соответствии с описанным выше аспектом настоящего изобретения, увеличивая, например, количество пластинчатых ПТК-элементов, собранных пакетом в первой зоне нагрева, до числа, превышающее количество ПТК-элементов во второй зоне нагрева, возможно относительно легко получить указанное выше соотношение толщины ПТК-нагревателя. Таким образом, в соответствии с настоящим аспектом изобретения, используя одни и те же пластинчатые ПТК-элементы, возможно сформировать ПТК-нагреватель с первой и второй зонами нагрева.

[0020] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, плотность рассеивания токопроводящих частиц в ПТК-элементе во второй зоне нагрева ниже, чем плотность рассеивания токопроводящих частиц в ПТК-элементе в первой зоне нагрева.

[0021] В соответствии с приведенным выше аспектом настоящего изобретения, увеличивая, например, количество токопроводящих частиц на единицу объема ПТК-элемента в первой зоне нагрева и(или) размер токопроводящих частиц до значений, превышающих количество или размер во второй зоне нагрева, возможно относительно легко получить указанное выше соотношение плотности рассеивания токопроводящих частиц. Таким образом, в соответствии с настоящим аспектом изобретения, используя два вида пластинчатых ПТК-элементов с разной плотностью рассеивания токопроводящих частиц вследствие разного количества токопроводящих частиц на единицу объема и(или) размера токопроводящих частиц, можно сконфигурировать ПТК-нагреватель с первой и второй зонами нагрева.

[0022] Согласно другому аспекту настоящего изобретения, первая зона нагрева содержит часть, расположенную между бортовой камерой и лобовым стеклом, а вторая зона нагрева выполнена с промежутком в поперечном направлении транспортного средства относительно оптической оси бортовой камеры, если смотреть в направлении, перпендикулярном лобовому стеклу.

[0023] Согласно приведенному выше аспекту, нагрев обогреваемой зоны происходит, в основном, за счет передачи и излучения тепла первой зоной нагрева со стороны камеры и дополнительно за счет передачи и излучения тепла второй зоной нагрева в поперечном направлении транспортного средства. Таким образом, наряду с предотвращением негативного воздействия на дальность фотографирования камеры второй зоной нагрева, можно задействовать вторую зону нагрева для нагрева обогреваемой зоны.

[0024] В соответствии с настоящей заявкой «верхняя предельная температура» ПТК-нагревателя означает температуру, при которой скорость нагрева ПТК-нагревателя уменьшается со временем, и температура ПТК-нагревателя становится постоянной благодаря свойству положительного температурного коэффициента ПТК-элемента.

[0025] Прочие объекты, характеристики и сопутствующие преимущества настоящего изобретения будут доступно раскрыты в описаниях вариантов осуществления настоящего изобретения и на примерах следующих чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] ФИГ. 1 представляет собой вид в аксонометрии, под углом снаружи транспортного средства, датчика системы предаварийной безопасности со встроенным устройством обогрева лобового стекла для бортовой камеры, соответствующим варианту осуществления настоящего изобретения.

ФИГ. 2 представляет собой вид в разрезе датчика системы предаварийной безопасности в вертикальной плоскости сечения, проходящей через оптическую ось камеры, без штриховки.

ФИГ. 3 представляет собой вид сверху датчика системы предаварийной безопасности, если смотреть в перпендикулярном направлении к лобовому стеклу снаружи транспортного средства.

ФИГ. 4 представляет собой увеличенную часть вида в разрезе электрического нагревательного элемента (ПТК-нагревателя) в перпендикулярном направлении его плоскости.

ФИГ. 5 представляет собой принципиальную электросхему устройства обогрева лобового стекла, соответствующего варианту осуществления изобретения.

ФИГ. 6 представляет собой график, отображающий пример изменения температуры в первой и второй зонах нагрева электрического нагревательного элемента после подачи напряжения.

ФИГ. 7 представляет собой диаграмму, отображающую значение теплопроизводительности на единицу площади (вверху), верхнюю предельную температуру (посередине) и перепад температур (внизу) для первой и второй зон нагрева традиционным устройством обогрева лобового стекла.

ФИГ. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую расширение и напряжение в первой и второй зонах нагрева и вокруг них в традиционном устройстве обогрева лобового стекла.

ФИГ. 9 представляет собой вид в разрезе преувеличенной деформации лобового стекла во второй зоне нагрева в традиционном устройстве обогрева лобового стекла.

ФИГ. 10 представляет собой диаграмму, отображающую значение теплопроизводительности на единицу площади (вверху), верхнюю предельную температуру (посередине) и перепад температур (внизу) сразу после перехода ПТК-нагревателя в установленное состояние для первой и второй зон нагрева устройства обогрева лобового стекла, соответствующего варианту осуществления изобретения.

ФИГ. 11 представляет собой схему, иллюстрирующую расширение и напряжение в первой и второй зонах нагрева и вокруг них в устройстве обогрева лобового стекла, соответствующего варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] Один вариант осуществления настоящего изобретения будет подробно раскрыт ниже на примере прилагаемых чертежей.

[Вариант осуществления изобретения]

[0028] Устройство 10 обогрева лобового стекла для бортовой камеры, согласно варианту осуществления настоящего изобретения (сокращенно «устройство обогрева»), используется для датчика 12 СПБ. Датчик 12 СПБ содержит элемент 16 опорного основания, выполненный из полимера, закрепленный на внутренней поверхности лобового стекла 14 при помощи клеящего материала, корпус 18 датчика, съемно закрепленный на опорном основании, крышку (не показана), закрывающую корпус датчика. Корпус 18 датчика содержит ПЗС-камеру 22 и радиолокационный датчик 24, расположенные рядом друг с другом в поперечном направлении транспортного средства 20 (см. ФИГ. 2). Конфигурация датчика 12 СПБ не критична для настоящего изобретения, датчик 12 СПБ может иметь любое исполнение, при условии, что оно предусматривает наличие камеры для фотографирования пространства перед транспортным средством через лобовое стекло 14. Если необходимо, за дополнительной информацией о датчике 12 СПБ можно обратиться, например, к опубликованной для ознакомления заявке на патент в Японии №2016-144966, поданной автором настоящего изобретения.

[0029] Камера 22 представляет собой бортовую камеру, выполненную с возможностью фотографирования пространства перед транспортным средством 20 вдоль оптической оси 26. На ФИГ. 1 и 2 штриховая линия 28 показывает

положение объектива (не показан) камеры 22, а штрихпунктирная линия 30 с двумя точками показывает угол обзора камеры 22. Точка Р обозначает пересечение оптической оси 26 и внутренней поверхности лобового стекла 14, и является заданной расчетной точкой обогреваемой зоны 32 лобового стекла 14, нагреваемой устройством 10 обогрева. Расчетную точку в обогреваемой зоне 32 можно задавать в месте, отличном от точки Р пересечения оптической оси 26 и внутренней поверхности лобового стекла 14.

[0030] Устройство 10 обогрева выполнено с возможностью нагрева лобового стекла 14 в обогреваемой зоне 32 перед камерой 22 и содержит пластинчатый электрический нагревательный элемент 34. Электрический нагревательный элемент 34 протягивается в направлении вдоль лобового стекла 14 вблизи камеры 22 и закреплен на внутренней поверхности лобового стекла 14 при помощи клеящего материала. Как проиллюстрировано на ФИГ. 4, электрический нагревательный элемент 34 содержит ПТК-элемент 40, в котором токопроводящие частицы 38, такие как частицы углерода, рассеяны в непроводящей матрице 36, выполненной из полупроводящих частиц или подобных им, и электроды 42 и 44, разделенные ПТК-элементом.

[0031] В частности, на ФИГ. 4 ссылочные номера 46 и 48 обозначают защитные пластины, закрывающие ПТК-элемент 40 и электроды 42 и 44, защитные слои 46 и 48 могут быть выполнены из непроводящего полимерного материала, такого как полиэтилентерефталат (ПЭТ). Также, хотя предпочтительно, чтобы, как показано на ФИГ. 4, равномерное рассеивание токопроводящих частиц 38 в матрице 36 является предпочтительным, рассеивание может также быть неравномерным. Кроме того, хотя и не показано на ФИГ. 4, предпочтительно, чтобы электроды 42 и 44 были гребенчатого типа с множеством зубцов, расположенными поочередно вдоль плоскости электрического нагревательного элемента 34.

[0032] Электрический нагревательный элемент 34, т.е. ПТК-нагреватель, содержит первую зону 34А нагрева и вторую зону 34В нагрева, прилегающие друг к другу, и площадь (S2) обогрева второй зоны нагрева меньше, чем площадь (S1) обогрева первой зоны 34А нагрева. В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения, первая зона 34А нагрева является по существу прямоугольной формы, проходит в поперечном направлении транспортного средства 20, и большая ее часть находится между камерой 22 и радиолокационным датчиком 24 и лобовым стеклом 14.

[0033] Как проиллюстрировано на ФИГ. 1 и 3, вторая зона 34В нагрева является по существу треугольной формы, выступающей в направлении вперед и вниз от первой зоны 34А нагрева, и, если смотреть в перпендикулярном направлении лобовому стеклу 14, размещена с промежутком в поперечном направлении транспортного средства относительно оптической оси 26 бортовой камеры 22. Таким образом, первая зона 34А нагрева расположена ближе к камере 22, чем вторая зона 34В нагрева, при этом вторая зона 34В нагрева также не оказывает негативного воздействия на дальность фотографирования камеры 22. Несмотря на то, что продольные направления первой зоны 34А нагрева и второй зоны 34В нагрева, по существу, пересекаются перпендикулярно, продольные направления двух зон нагрева могут пересекаться под углом, отличным от угла при перпендикулярном пересечении.

[0034] Как продемонстрировано на ФИГ. 10, описание которой приведено ниже, значение Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева меньше, чем значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева. Верхняя предельная температура T2max ПТК-нагревателя 34 во второй зоне 34В нагрева ниже, чем верхняя предельная температура T1max ПТК-нагревателя 34 в первой зоне 34А нагрева. Таким образом, первая зона 34А нагрева выполняет роль основной зоны нагрева, а вторая зона 34В нагрева выполняет роль вспомогательной зоны нагрева. Разница в значениях теплопроизводительности и верхней предельной температуры может быть получена при использовании одной или любой из следующих конфигураций от (А) до (С) или их комбинации.

(A) Расстояние между электродами 42 и 44 ПТК-нагревателя 34 во второй зоне нагрева 34В больше, чем расстояние между электродами 42 и 44 ПТК-нагревателя 34 в первой зоне 34А нагрева.

(B) Толщина ПТК-нагревателя 34 во второй зоне 34В нагрева меньше, чем толщина ПТК-нагревателя 34 в первой зоне 34А нагрева.

(С) Плотность рассеивания токопроводящих частиц 38 в ПТК-элементе 40 во второй зоне 34В нагрева ниже, чем плотность рассеивания токопроводящих частиц 38 в ПТК-элементе 40 в первой зоне 34А нагрева.

[0035] Кроме того, верхняя предельная температура T2max ПТК-нагревателя 34 во второй зоне 34В нагрева выше, чем целевая температура (Tht) нагрева в расчетной точке Р в обогреваемой зоне 32. Данное соотношение между температурами может быть получено обеспечением соответствующего расстояния между электродами 42 и 44 и/или соответствующей плотности рассеивания токопроводящих частиц 38 в ПТК-нагревателе 34 во второй зоне 34В нагрева. В этой связи, целевая температура (Tht) расчетной точки Р в обогреваемой зоне 32 установлена как температура, при которой устраняется запотевание обогреваемой зоны 32 лобового стекла 14 в условиях, когда температура наружного воздуха является пониженной.

[0036] На ФИГ. 5 проиллюстрирована электрическая схема устройства 10 обогрева. Первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева ПТК-нагревателей 34 соединены параллельно друг другу, а электроды 42 и 44 ПТК-нагревателя 34 подсоединены к разъему 52 токоподводящим проводником 50. Разъем 54, соединенный с разъемом 52, подсоединен токоподводящим проводником 56 к источнику 58 питания постоянного тока транспортного средства. Таким образом, первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева ПТК-нагревателя 34 параллельно подсоединены к источнику 58 питания постоянного тока, а токоподводящий проводник 56, общий для двух зон нагрева, снабжен переключателем 62, который замыкает и размыкает электронный блок 60 управления.

[0037] Сигнал, подаваемый датчиком 64 температуры окружающего воздуха, с информацией о температуре Tout наружного воздуха, поступает в электронный блок 60 управления. Кроме того, в электронный блок 60 управления поступает сигнал, информирующий о том, может ли камера 22 фотографировать пространство впереди транспортного средства 20 в штатном режиме из-за запотевания обогреваемой зоны 32, от электронного блока 66 управления, который управляет движением транспортного средства 20 на основании результата распознавания от датчика 12 СПБ. Электронный блок 60 управления замыкает переключатель 62 при возникновении предварительно установленного условия включения устройства 10 обогрева, такого как «температура Tout наружного воздуха равна или ниже, чем расчетное значение включения», или при возникновении предварительного установленного условия продолжения работы устройства 10 обогрева, такого как «камера 22 не может фотографировать переднюю часть транспортного средства 20 в штатном режиме». Напротив, электронный блок 60 управления размыкает переключатель 62 при возникновении предварительного установленного условия прекращения работы устройства 10 обогрева, такого как «температура Tout наружного воздуха равна или выше, чем расчетное значение выключения».

[0038] Первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева ПТК-нагревателя 34 нагреваются известным способом при подаче на них напряжения замыканием переключателя 62. А именно, нагреватель производит тепло за счет электрического сопротивления при прохождении постоянного тока от одного электрода 42 через токопроводящие частицы 38 ПТК-элемента 40 к другому электроду 44. При возрастании температуры ПТК-элемента 40 в результате выделения тепла непроводящая матрица 36 расширяется, увеличивая расстояние между токопроводящими частицами 38, электрическое сопротивление ПТК-элемента 40 постепенно растет, при этом электрический ток, проходящий через ПТК-элемент 40, постепенно ослабевает и становится постоянным.

[0039] Таким образом, когда первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева ПТК-нагревателя 34 переходят в установившийся режим, как показано на ФИГ. 6, они поддерживают максимальную температуру T1max и T2max соответственно. Две зоны нагрева ПТК-нагревателя 34 вместе нагревают обогреваемую зону 32 и область вокруг нее таким образом, чтобы температура (Th) нагрева расчетной точки Р обогреваемой зоны 32 лобового стекла 14 равнялась или была выше, чем целевая температура (Tht) нагрева, при которой устраняется запотевание лобового стекла 14.

[0040] В первой зоне 34А нагрева и второй зоне 34В нагрева используется одна из конфигураций от (А) до (С), описанных выше, или любая их комбинация. В связи с этим, электрическое сопротивление ПТК-нагревателя 34 во второй зоне 34В нагрева выше, чем электрическое напряжение ПТК-нагревателя 34 в первой зоне 34А нагрева, и, соответственно, электрический ток, проходящий через вторую зону 34В нагрева слабее, чем электрический ток, проходящий через первую зону 34А нагрева. Таким образом, в соответствии с приведенным выше описанием, значение Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева меньше, чем значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева. В дополнение, как проиллюстрировано на ФИГ. 6, верхняя предельная температура T2max второй зоны 34В нагрева ниже, чем верхняя предельная температура T1max первой зоны 34А нагрева. Кроме того, степени участия первой зоны 34А нагрева в нагревании обогреваемой зоны 32 и области вокруг нее выше, чем степень участия второй зоны 34В нагрева.

[0041] Отличие от известного уровня техники

В традиционном устройстве обогрева лобового стекла для бортовой камеры и первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева состоят из ПТК-нагревателей одной и той же конфигурации. Другими словами, приведенные выше конфигурации от (А) до (С) не используются.

[0042] Таким образом, как проиллюстрировано в верхней части ФИГ. 7, значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева и значение Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева равны значению Q12. В дополнение, как показано в средней части ФИГ. 7, верхняя предельная температура T1max первой зоны 34А нагрева и верхняя предельная температура T2max второй зоны 34В нагрева также равны значению T12max. Кроме того, поскольку площадь (S1) первой зоны 34А нагрева больше площади (S2) второй зоны 34В нагрева, как проиллюстрировано в нижней части ФИГ. 7, в то время, как перепад температур вокруг первой зоны 34А нагрева относительно невелик, то перепад температур вокруг второй зоны 34В нагрева является крутым.

[0043] На ФИГ. 7 и 10, описание которых дается ниже, «поперечное положение» по горизонтальной оси означает положение в направлении вдоль плоскости первой зоны 34А нагрева или второй зоны 34В нагрева и перпендикулярно продольному направлению зоны нагрева. Также, W1 обозначает ширину первой зоны 34А нагрева, a W2 обозначает ширину второй зоны 34В нагрева по центру в продольном направлении. Значения ширины W1 и W2 меньше значений продольных длин первой зоны 34А нагрева и второй зоны 34В нагрева соответственно.

[0044] Поскольку температура вокруг первой зоны 34А нагрева относительно высокая, ограничение расширения первой зоны 34А нагрева со стороны области вокруг нее слабое. Следовательно, как проиллюстрировано на ФИГ. 8, обогрев лобового стекла 14 вокруг первой зоны 34А нагрева может расширяться относительно легко вдоль своей плоскости. Соответственно, поскольку лобовое стекло 14 в первой зоне 34А нагрева также может относительно легко расширяться вдоль своей плоскости, тепловые напряжения в первой зоне 34А нагрева и области вокруг нее относительно невелики. На ФИГ. 8 и 10, описание которых дается ниже, жирные стрелки и жирные двунаправленные стрелки показывают направление расширения, а тонкие стрелки и тонкие двунаправленные стрелки показывают направление силы расширения и растягивающего напряжения соответственно. Кроме того, длины жирных стрелок и жирных двунаправленных стрелок представляют степень расширения, а длины тонких стрелок и тонких двунаправленных стрелок представляют протяженность величин силы расширения и растягивающего напряжения соответственно.

[0045] С другой стороны, поскольку температура вокруг второй зоны 34В нагрева низкая, как показано на ФИГ. 8, ограничение расширения второй зоны 34В нагрева со стороны области вокруг нее высокое. Следовательно, в области вокруг второй зоны 34А нагрева возникают высокие растягивающие напряжения, создаваемые расширяющей силой, вызванной расширением второй зоны 34В нагрева. Поскольку лобовое стекло 14 во второй зоне 34В нагрева не может с легкостью расширяться вдоль своей плоскости, как показано на ФИГ. 9, лобовое стекло 14 во второй зоне 34В нагрева расширяется и деформируется наружу в направлении перпендикулярном его плоскости.

[0046] Напротив, согласно варианту осуществления изобретения, используется, по меньшей мере, одна из упомянутых выше конфигураций от (А) до (С). Таким образом, как проиллюстрировано в верхней части ФИГ. 10, значение Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева меньше, чем значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева. В дополнение, как показано в средней части ФИГ. 10, верхняя предельная температура T2max второй зоны 34В нагрева ниже, чем верхняя предельная температура T1max первой зоны 34А нагрева. Более того, как показано в нижней части ФИГ. 10, перепад температур вокруг первой зоны 34А нагрева относительно мягкий, как и в традиционном устройстве обогрева, а перепад температур вокруг второй зоны 34В нагрева круче, чем перепад температур вокруг первой зоны 34А нагрева, но мягче, чем в традиционном устройстве обогрева.

[0047] Температура вокруг первой зоны 34А нагрева выше, чем в традиционном устройстве обогрева, и, соответственно, как и в традиционном устройстве обогрева, ограничение расширения первой зоны 34А со стороны области вокруг нее слабое. Следовательно, как проиллюстрировано на ФИГ. 11, лобовое стекло 14 вокруг первой зоны 34А нагрева может расширяться относительно легко вдоль этой плоскости. Таким образом, поскольку лобовое стекло 14 в первой зоне 34А нагрева также может относительно легко расширяться вдоль этой плоскости, тепловые напряжения в первой зоне 34А нагрева и области вокруг нее относительно низкие.

[0048] С другой стороны, поскольку температура во второй зоне 34В нагрева может быть ниже, чем в традиционном устройстве обогрева, что дает возможность уменьшить разницу между температурой второй зоны 34В нагрева и температурой области вокруг нее по сравнению с температурой в традиционном устройстве обогрева. Поэтому, как показано на ФИГ. 11, ограничение расширения второй зоны 34В нагрева вокруг нее является слабым, и, соответственно, растягивающие напряжения, создаваемые в области вокруг второй зоны 34В нагрева силой расширения, вследствие расширения второй зоны нагрева ниже, чем в традиционном устройстве обогрева. Кроме того, степень, с которой лобовое стекло 14 во второй зоне 34В расширяется и деформируется в направлении перпендикулярном своей плоскости, также меньше по сравнению с традиционным устройством обогрева.

[0049] В этой связи, площадь (S1) обогрева первой зоны 34А нагрева больше площади (S2) обогрева второй зоны 34В нагрева, и значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева больше значения Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева. Соответственно, при обеспечении эффективного нагрева обогреваемой зоны 32 первой зоной 34А нагрева можно избежать снижения эффективности устранения запотевания лобового стекла 14.

[0050] Значение Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева и значение Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева возможно устанавливать соответственно, поскольку обе зоны нагрева ПТК-нагревателя 34 могут работать совместно для обеспечения нагрева таким образом, чтобы температура (Th) нагрева в расчетной точке Р была равной или выше, чем целевая температура (Tht) нагрева. Более того, значение верхней предельной температуры T1max первой зоны 34A нагрева и верхней предельной температуры T2max второй зоны 34В нагрева можно устанавливать соответственно, поскольку значение верхней предельной температуры T1max выше значения верхней предельной температуры T2max, а значение верхней предельной температуры T2max выше значения целевой температуры (Tht) нагрева в расчетной точке Р обогреваемой зоны 32.

[0051] Например, предположим, что увеличение суммы значения Q1 теплопроизводительности на единицу площади первой зоны 34А нагрева по сравнению с традиционным устройством обогрева представлено значением ΔQ1=(Q1-Q12), и уменьшение суммы значения Q2 теплопроизводительности на единицу площади второй зоны 34В нагрева представлено значением ΔQ2=(Q12-Q2). Суммарное значение Qp теплопроизводительности в традиционном устройстве обогрева и суммарное значение Qp теплопроизводительности в данном варианте осуществления изобретения представлены следующими уравнениями (1) и (2) соответственно.

[0052] Таким образом, если значения теплопроизводительности Q1, Q2 и значения площади S1, S2 заданы так, чтобы ΔQ1⋅S1 и ΔQ2⋅S2 стали равны друг другу, суммарное значение Qe теплопроизводительности в данном варианте осуществления изобретения становится равным суммарному значению Qp в традиционном устройстве обогрева, объем потребляемой мощности в данном варианте осуществления изобретения может быть выполнен равным объему потребляемой мощности в традиционном устройстве обогрева.

[0053] В частности, в данном варианте осуществления изобретения электрический нагревательный элемент 34 с первой и второй зонами нагрева представляет собой ПТК-элемент 40, в котором токопроводящие частицы 38 рассеяны в непроводящей матрице 36, а электроды 42 и 44 разделены ПТК-элементом. Таким образом, при подаче электрического тока на ПТК-нагреватель, температуры первой зоны 34А нагрева и второй зоны 34В нагрева автоматически регулируются до значений T1max и T2max верхней предельной температуры согласно характеристике ПТК-нагревателя. Следовательно, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, например, нет необходимости контролировать включение питания, когда реостатный провод нагревателя, например, используется как электрический нагревательный элемент. Другими словами, нет необходимости контролировать включение питания нагревателя в зависимости от температуры нагрева нагревателя.

[0054] Верхняя предельная температура T2max ПТК-нагревателя во второй зоне 34В нагрева ниже, чем верхняя предельная температура T1max ПТК-нагревателя в первой зоне 34А нагрева, и выше, чем целевая температура (Tht) нагрева в расчетной точке Р обогреваемой зоны 32. Таким образом, при снижении растягивающего напряжения вокруг второй зоны 34В нагрева до уровня ниже, чем в традиционном устройстве обогрева, возможно повысить степень вклада ПТК-нагревателя в зоне 34В нагрева, по сравнению с тем, где верхняя предельная температура T2max равна или ниже целевой температуры (Tht) нагрева.

[0055] В данном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из конфигураций от (А) до (С) используется в соответствии с приведенным выше описанием для получения соотношений значений теплопроизводительности на единицу площади и верхних предельных температур для первой и второй зон нагрева.

[0056] Конфигурация (А) может с относительной легкостью достигнута, например, используя один и тот же ПТК-элемент 40 в первой зоне 34А нагрева и второй зоне 34В нагрева, и обеспечивая разное расстояние между электродами 42 и 44 в двух зонах нагрева. Таким образом, в соответствии с настоящей конфигурации, можно легко и недорого добиться описанного выше соотношения значений теплопроизводительности на единицу площади и верхней предельной температуры.

[0057] Конфигурация (В) может с относительной легкостью достигнута, например, увеличив количество пластинчатых ПТК-элементов 40, набранных в пакет, в первой зоне 34А нагрева по сравнению со второй зоной 34В нагрева. Таким образом, в соответствии с настоящей конфигурацией, ПТК-нагреватель, имеющий первую и вторую зоны 34А и 34В нагрева, может быть сформирован с использованием того же листообразного ПТК-элемента 40.

[0058] Кроме того, конфигурация (С) может с относительной легкостью быть достигнута, например, путем увеличения числа токопроводящих частиц 38 на единицу объема и/или размера токопроводящих частиц 38 ПТК-элемента 40 в первой зоне 34А нагрева, чем во второй зоне 34В нагрева. Таким образом, в соответствии с настоящей конфигурацией, ПТК-нагреватели РТС, имеющие первую и вторую области 34А и 34В нагрева, могут быть сформированы с использованием двух видов листообразных ПТК-элементов РТС 40, имеющих разные проводящие частицы 38 и различное количество проводящих частиц 38 и/или различных размеров проводящих частиц 38.

[0059] Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, первая зона 34А нагрева содержит участок, расположенный между камерой 22 и лобовым стеклом 14, а вторая зона 34В нагрева разделена в поперечном направлении транспортных средств 20 относительно оптической оси 26 камеры 22, если смотреть в направлении, перпендикулярном лобовому стеклу 14. Таким образом, согласно варианту осуществления, нагрев обогреваемой зоны 32 может в основном нагреваться за счет передачи и излучения тепла первой зоной 34А нагрева со стороны камеры 22 и дополнительно за счет передачи и излучения тепла второй зоной 34В нагрева в поперечном направлении транспортного средства 20. Следовательно, возможно с уверенностью задействовать вторую зону 34В нагрева для нагрева обогреваемой зоны 32, предотвращая при этом негативное воздействие на дальность фотографирования камеры (22) во второй зоне 34В нагрева.

[0060] Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева параллельно подсоединены к источнику 58 питания постоянного тока. Таким образом, первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева используют одно и то же напряжение.

[0061] Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения, первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева параллельно подсоединены к источнику 58 питания постоянного тока, а питающий проводник, общий для первой и второй зон нагрева, а именно, питающий проводник 56 между разъемом 54 и источником 58 питания постоянного тока, снабжен переключателем 62. Таким образом, количество деталей может быть уменьшено по сравнению с ситуацией, когда переключатели предусмотрены для отдельных питающих проводников первой и второй зон нагрева, и обе зоны нагрева могут включаться и выключаться одновременно замыканием и размыканием одного переключателя 62 посредством электронного блока 60 управления.

[0062] Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно раскрыто на примере конкретных вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления, и другие различные варианты осуществления возможны в рамках объема притязаний настоящего изобретения.

[0063] Например, тогда как в раскрытом выше варианте осуществления первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева ПТК-нагревателя 34 параллельно подсоединены к источнику 58 питания постоянного тока, они могут быть независимо подсоединены к источнику 58 питания постоянного тока. В последнем случае переключатель может предусматриваться на питающем проводнике между первой зоной 34А нагрева и источником 58 питания постоянного тока, и на питающем проводнике между второй зоной 34В нагрева и источником 58 питания постоянного тока.

[0064] Кроме того, тогда как в раскрытом выше варианте осуществления изобретения, электрический нагревательный элемент 34 является ПТК-нагревателем, он может представлять собой нагреватель с проводником высокого сопротивления. В последнем случае нагреватель с проводником высокого сопротивления первой зоны 34А нагрева и второй зоны 34В нагрева может быть параллельно подсоединен к источнику 58 питания постоянного тока или подсоединен последовательно к источнику 58 питания постоянного тока. В связи с этим, при последовательном подсоединении к источнику 58 питания постоянного тока, электрическое сопротивление нагревателя с проводником высокого сопротивления второй зоны 34В нагрева устанавливается на значение меньшее, чем электрическое сопротивление нагревателя с проводником высокого сопротивления первой зоны 34А нагрева.

[0065] Кроме того, тогда как в раскрытом выше варианте осуществления ПТК-элемент 40 представляет собой элемент, в котором токопроводящие частицы 38 рассеяны в непроводящей матрице 36, ПТК-элемент может быть выполнен из полупроводника, такого как титанат бария или подобного материала, изменяющего электрическое сопротивление путем фазового превращения.

[0066] Кроме того, согласно раскрытому выше варианту осуществления изобретения, первая зона 34А нагрева и вторая зона 34В нагрева имеют прямоугольную и треугольную формы соответственно. Однако, поскольку площадь обогрева второй зоны нагрева меньше площади обогрева первой зоны нагрева, а значение теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева меньше значения теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева, по меньшей мере, одна из зон нагрева может иметь другие формы.

[0067] Более того, тогда как в раскрытом выше варианте осуществления, устройство 10 обогрева используется для датчика 12 СПБ, снабженного одной ПЗС-камерой 22, устройство 10 обогрева может использоваться для датчика управления системой помощи при вождении, снабженного стереокамерой. В таком случае, могут использоваться два устройства 10 обогрева с первой зоной 34А нагрева и второй зоной 34В нагрева, и каждый из устройств обогрева может располагаться вблизи соответствующей камеры.

[0068] Кроме того, согласно раскрытому выше варианту осуществления, устройство 10 обогрева используется для датчика 12 СПБ, снабженного ПЗС-камерой 22 и радиолокационным датчиком 24. Тем не менее, устройство 10 обогрева может использоваться для датчика управления системой помощи при вождении, снабженного только камерой, или для датчика управления системой помощи при вождении, снабженного устройством обнаружения, отличным от радиолокационного датчика, в дополнение к камере. Устройство 10 обогрева дополнительно может использоваться для датчика управления системой помощи при вождении, снабженного другими устройствами обнаружения в дополнение к камере и радиолокационному датчику.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры содержит пластинчатый электрический нагревательный элемент. Пластинчатый электрический нагревательный элемент расположен вдоль внутренней поверхности лобового стекла в непосредственной близости от бортовой камеры, фотографирующей пространство перед транспортным средством, и выполнен с возможностью обогрева лобового стекла в обогреваемой зоне перед бортовой камерой. Электрический нагревательный элемент содержит первую и вторую зоны нагрева, прилегающие друг к другу. Площадь обогрева второй зоны нагрева меньше площади обогрева первой зоны нагрева. Значение теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева меньше значения теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева. Достигается повышение эффективности обогрева лобового стекла. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры, содержащее пластинчатый электрический нагревательный элемент, расположенный в направлении вдоль внутренней поверхности лобового стекла в непосредственной близости от бортовой камеры, фотографирующей пространство перед транспортным средством, и выполненный с возможностью обогрева лобового стекла в обогреваемой зоне перед бортовой камерой, отличающееся тем, что пластинчатый электрический нагревательный элемент содержит первую и вторую зоны нагрева, прилегающие друг к другу, площадь обогрева второй зоны нагрева меньше площади обогрева первой зоны нагрева, и значение теплопроизводительности на единицу площади второй зоны нагрева меньше значения теплопроизводительности на единицу площади первой зоны нагрева.

2. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры по п.1, отличающееся тем, что пластинчатый электрический нагревательный элемент является ПТК-нагревателем, содержащим элемент с ПТК, в котором токопроводящие частицы рассеяны в непроводящей матрице, и электроды, отделенные друг от друга данным ПТК-элементом, а также тем, что верхняя предельная температура ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева ниже, чем верхняя предельная температура ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева, и выше, чем целевая температура нагрева в заданной расчетной точке обогреваемой зоны.

3. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры по п.1, отличающееся тем, что расстояние между электродами ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева больше, чем расстояние между электродами ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева.

4. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры по п.2, отличающееся тем, что толщина ПТК-нагревателя во второй зоне нагрева меньше, чем толщина ПТК-нагревателя в первой зоне нагрева.

5. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры по п.2, отличающееся тем, что плотность рассеивания токопроводящих частиц в ПТК-элементе во второй зоне нагрева ниже, чем плотность рассеивания токопроводящих частиц в ПТК-элементе в первой зоне нагрева.

6. Устройство обогрева лобового стекла для бортовой камеры по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что первая зона нагрева содержит часть, расположенную между бортовой камерой и лобовым стеклом, а вторая зона нагрева выполнена с промежутком в поперечном направлении транспортного средства относительно оптической оси бортовой камеры, если смотреть в направлении, перпендикулярном лобовому стеклу.