Sensor dual de carga solar para detectar la intensidad y direccionalidad de potencia de radiación solar que entraen la cabina de un vehículo a través de un parabrisas,

comprendiendo dicho sensor:

un alojamiento (20);

un sustrato (1) que lleva dos elementos semiconductores (2) sensibles a la luz sobre el mismo alojados en dichoalojamiento (20),

dos lentes (3), estando localizada una lente (3) sobre uno de dichos elementos semiconductores (2) sensibles a laluz, estando localizada la otra lente (3) sobre el otro elemento semiconductor (2) sensible a la luz, siendotransparente cada una de dichas lentes (3), presentando cada una de dichas lentes (3) una forma convexa externapara recoger luz y una base, estando destinada cada una de dichas lentes (3) a desviar la luz recogida por la formaconvexa externa hacia un respectivo elemento se 15 miconductor (2) sensible a la luz; y

una pared ópticamente opaca (4) localizada separando dichas dos lentes (3);

caracterizado porque comprende además una capa (7) de material difusor de luz añadido a la base de cada una dedichas lentes de tal manera que la luz recogida por la forma convexa externa se difunda hacia el elementosemiconductor (2) sensible a la luz a través de la capa de material difusor de luz,

en el que cada capa de material difusor de luz tiene sus bordes al menos parcialmente expuestos de forma directa ala luz solar entrante para que la luz alcance el elemento sensible ya sea por la lente, a través de la capa difusora yhasta el elemento sensible, o directamente por el borde de la capa difusora, a través de la capa difusora y hasta elelemento sensible.

Sensor de carga solar para vehículos automóviles.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para medir la potencia de radiación solar que penetra dentro de la cabina de un coche a través del parabrisas y la dirección predominante desde la cual está entrando esta carga de potencia de radiación, para la finalidad de controlar el acondicionamiento de aire del coche de una manera que maximice la comodidad de los pasajeros.

Antecedentes de la invención

En la actualidad, están comercialmente disponibles sensores de carga solar, ya sean de un canal o de dos canales. La mayoría son dispositivos optoelectrónicos y utilizan un fotodiodo de silicio como elemento de detección. Una pluralidad de fabricantes de vehículos han integrado en sus productos sensores de carga solar de canal dual en un intento de proporcionar una estabilidad de temperatura mejorada en la cabina y comodidad a los pasajeros. Los sensores de carga solar de canal dual deben proporcionar no sólo una medición de toda la carga térmica solar que entra en el coche a través del parabrisas, sino también una indicación de qué lado del coche, el lado del conductor o el lado del pasajero, está sometido a más o menos calor, de modo que el aire frío del sistema de acondicionamiento de aire se distribuya preferiblemente en el lado que más lo requiera.

Sin embargo, los actuales sensores de canal dual no responden completamente a la necesidad de que proporcionen en seguida una medición de toda la carga térmica que entra en la cabina y de la distribución relativa de esta carga térmica de radiación en el conductor y en el pasajero, especialmente cuando el sol está en una posición angular que es baja con respecto al plano horizontal del vehículo. Típicamente, cuando el sol está bajo, se subestima la carga térmica total y la señal comparativa de los dos canales llega a ser un indicador no fiable de las fracciones relativas de la carga térmica que están afectando a los dos lados de la cabina.

Además, algunos sensores actuales de canal dual requieren la presencia de elementos de detección que estén montados según un cierto ángulo de uno con respecto a otro, una característica que hace su fabricación más compleja y costosa.

En los documentos US6084228 y WO99/24951 se describen sensores de canal dual.

Sumario de la invención

Un objetivo principal de esta invención es proporcionar un sensor de carga solar de canal dual capaz de generar señales de salida que sean indicadores fiables de la carta térmica solar total que entra en un vehículo a través del parabrisas y de las fracciones relativas de las cargas térmicas de radiación que son percibidas por el conductor y por el pasajero, para casi todas las posiciones angulares del sol.

De acuerdo con la invención, se consigue este objetivo con el sensor de carga solar dual que se define en la reivindicación 1.

La geometría del sensor es tal que éste puede construirse económicamente, ya que los elementos de detección de los dos canales permanecen en el mismo plano. Las señales de salida del sensor pueden utilizarse para controlar la temperatura y la distribución del aire frío en coches equipados con una unidad de acondicionamiento de aire.

Descripción de los dibujos

Esta y otras ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de una lectura de la siguiente descripción detallada hecha con referencia a los siguientes dibujos, en los cuales:

La figura 1 es una vista en despiece ordenado de un sensor de carga solar según un ejemplo.

La figura 2 es una vista recortada que muestra la pared opaca interna entre las áreas transparentes del alojamiento del sensor de la figura 1.

La figura 3 es una vista externa del sensor de carga solar de la figura 1.

La figura 4 es una vista en planta desde arriba del sensor de carga solar de la figura 1.

La figura 5 es una vista recortada diagonal del sensor de la figura 1, que muestra las formas internas de las secciones transparentes, difusoras y opacas del alojamiento de plástico, en un plano cuya posición se muestra en la figura 4.

La figura 6 es la misma vista recortada diagonal de la figura 5, que muestra la realización de la invención en la que la parte difusora de la óptica tiene sus bordes exteriores expuestos directamente a la luz que llega del exterior del sensor.

La figura 7 es un diagrama de circuito de una realización preferida de la invención, en la que la electrónica de acondicionamiento de señal es completamente pasiva.

La figura 8 es un diagrama de circuito de una realización alternativa de la invención, en la que el circuito electrónico de acondicionamiento de señal es un circuito activo que comprende amplificadores.

La figura 9 es un diagrama de bloques que ilustra la manera en que el sensor se relaciona con el procesamiento de datos y el sistema HVAC del vehículo. La línea discontinua indica el límite del propio sensor.

Las figuras 10a, 10b y 10c son representaciones esquemáticas de las trayectorias que recorre la luz hacia un fotodiodo según un ejemplo cuando no hay presente ningún difusor y cuando el sol está alto por encima del horizonte (figura 10a) , moderadamente alto por encima del horizonte (figura 10b) y bajo en el horizonte (figura 10c) .

Las figuras 11a y 11b son representaciones esquemáticas de las trayectorias que recorre la luz hacia un fotodiodo según otro ejemplo cuando un difusor está presente en la base de la lente, cuando el sol está alto por encima del horizonte (figura 11a) y bajo en el horizonte (figura 11b) .

La figura 12 ilustra una respuesta angular típica para el canal del lado del conductor; cuando un difusor delgado está presente en la base de la lente, sus bordes no están expuestos a la luz solar externa (línea continua) ; y cuando está presente un difusor más grueso según la invención sus bordes están directamente expuestos a la luz solar externa (línea continua) .

La figura 13 ilustra que los ejes ópticos de las lentes están alineados a lo largo de las diagonales de cubos virtuales que descansan sobre los elementos de detección, según otro ejemplo.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a las siguientes figuras, la presente invención concierne a un sensor de carga solar 10. El sensor 10 consiste en los siguientes componentes básicos. Un sustrato plano 1 comúnmente utilizado para la fabricación de circuitos electrónicos, ya sea una placa de circuito impreso hecha de material compuesto o un material cerámico, lleva una metalización de circuito (no mostrada) impresa sobre el sustrato por métodos típicos conocidos en la técnica. Dos chips 2 de fotodiodo de silicio están montados en este circuito del sustrato para servir como elementos de detección para la radiación solar.

Deberá entenderse que, opcionalmente, pueden montarse otros componentes electrónicos sobre el mismo sustrato para adaptar la señal de los fotodiodos 2 a los requisitos específicos de la circuitería eléctrica utilizada en un modelo de vehículo particular; tales componentes electrónicos pueden incluir particularmente condensadores, amplificadores y resistencias, incluyendo la versión de película gruesa impresa de estas últimas. En las figuras 7 y 8 se muestran diagramas de circuito para dos versiones alternativas de tal electrónica de acondicionamiento. La figura 7 muestra un circuito que es completamente pasivo, en donde cada uno de los fotodiodos 2 está acompañado de resistencias apropiadas tanto en paralelo como en serie. La salida del circuito está en la parte superior de la figura. Los componentes pasivos pueden ser resistencias de película gruesa que pueden ser recortadas por láser para equilibrar con precisión la salida de los dos canales del sensor 10.

Alternativamente, la figura 8 muestra un circuito activo que incluye amplificadores operacionales para acondicionar la señal. Sin embargo, se apreciará que cualquier circuito apropiado satisfará los objetos de la presente invención.

Una interfaz eléctrica enlaza la circuitería interna del sensor 10 con la circuitería externa del vehículo, de modo que se hace que las señales eléctricas proporcionadas por los dos elementos de detección de fotodiodo 2 y adecuadamente condicionadas por la electrónica comprendida en el sensor 10 estén disponibles por separado para la circuitería... [Seguir leyendo]

1. Sensor dual de carga solar para detectar la intensidad y direccionalidad de potencia de radiación solar que entra en la cabina de un vehículo a través de un parabrisas, comprendiendo dicho sensor:

un alojamiento (20) ;

un sustrato (1) que lleva dos elementos semiconductores (2) sensibles a la luz sobre el mismo alojados en dicho alojamiento (20) , dos lentes (3) , estando localizada una lente (3) sobre uno de dichos elementos semiconductores (2) sensibles a la luz, estando localizada la otra lente (3) sobre el otro elemento semiconductor (2) sensible a la luz, siendo transparente cada una de dichas lentes (3) , presentando cada una de dichas lentes (3) una forma convexa externa para recoger luz y una base, estando destinada cada una de dichas lentes (3) a desviar la luz recogida por la forma convexa externa hacia un respectivo elemento semiconductor (2) sensible a la luz; y una pared ópticamente opaca (4) localizada separando dichas dos lentes (3) ;

caracterizado porque comprende además una capa (7) de material difusor de luz añadido a la base de cada una de dichas lentes de tal manera que la luz recogida por la forma convexa externa se difunda hacia el elemento semiconductor (2) sensible a la luz a través de la capa de material difusor de luz, en el que cada capa de material difusor de luz tiene sus bordes al menos parcialmente expuestos de forma directa a la luz solar entrante para que la luz alcance el elemento sensible ya sea por la lente, a través de la capa difusora y hasta el elemento sensible, o directamente por el borde de la capa difusora, a través de la capa difusora y hasta el elemento sensible.

2. Sensor según la reivindicación 1, en el que dicho sensor incluye además una guía de luz en forma de un cilindro truncado entre una base de cada una de dichas lentes (3) y el elemento (2) sensible a la luz correspondiente para dicha lente (3) .

3. Sensor según la reivindicación 1 o 2, en el que la capa (7) de material difusor de luz consiste en un polímero transparente en el que están dispersos granos de dióxido de titanio.

4. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos (2) sensibles a la luz son fotodiodos de silicio.

5. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además unos componentes electrónicos pasivos montados sobre el sustrato junto con dichos elementos (2) sensibles a la luz para ajustar la salida eléctrica del sensor.

6. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además unos componentes electrónicos activos montados sobre el sustrato junto con dichos elementos (2) sensibles a la luz y unos componentes electrónicos pasivos, para la finalidad de amplificar y ajustar la salida eléctrica del sensor.

7. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada lente (3) tiene una forma convexa externa.

8. Sensor según la reivindicación 3, en el que la guía de luz es una pieza que tiene la forma de un cilindro truncado.

9. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los dos elementos semiconductores (2) sensibles a la luz están en el mismo plano.