(57)【要約】【課題】車両用ランプユニットにおける曇り発生（結露発生）の数値シミュレーションの精度を向上する。【解決手段】制御部は、少なくともランプユニット２０の内部空間３０と連通するエンジンルーム３４またはその連通部分（連通孔３６）における物理的特性を、境界条件および／または初期条件として、解析を行う。実機に近い条件で解析を行うことができるため、曇り発生の予測精度が向上する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行うステップであって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行うステップＡと、
レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および前記ステップＡの解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定するステップＢと、
を含むランプ曇り評価方法。
【請求項２】
前記ステップＡでは、外部空間または連通部分における空気の速度が境界条件および／または初期条件として含まれることを特徴とする請求項１に記載のランプ曇り評価方法。
【請求項３】
前記ステップＡでは、外部空間または連通部分の温度、湿度および圧力が境界条件および／または初期条件として含まれることを特徴とする請求項１または２に記載のランプ曇り評価方法。
【請求項４】
自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行う解析部であって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行う解析部と、
レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および前記解析部による解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定する判定部と、
を含むランプ曇り評価システム。
【請求項５】
コンピュータに、
自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行うステップであって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行うステップＡと、
レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および前記ステップＡの解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定するステップＢと、
を含むランプ曇り評価を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用ヘッドランプのレンズの内側と外側との温度差等に起因して当該レンズの内壁が結露するいわゆる「ランプの曇り」を、数値シミュレーションによって予測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限要素法や差分法等の数値シミュレーションによる構造解析や流体解析は、従来より盛んに行われており、その精度は、コンピュータの発展や計算スキームの開発等により益々向上している。ＣＡＥにおいても、数値シミュレーションは、製品や部品を試作して実験を行う場合に比べると、手間が少なく、安価に済み、かつ迅速に結果が得られることから、いわゆる数値実験として盛んに利用されている。数値実験の結果はそのまま設計スペックに反映される場合もあるし、実験用の製品や部品のスペックを決定するのに用いられる場合もある。
【０００３】
自動車開発におけるＣＡＥの一つとして、ヘッドランプのレンズ内壁面に発生する曇り（結露）の数値シミュレーションが行われている。ヘッドランプ内のバルブは発熱源である。このため、外気温との差等により、ヘッドランプのレンズの内壁面に結露が生じ（曇りが発生し）、所望の照度が得られなくなることがある。そこで、この場合も、数値シミュレーションを利用して、種々の仕様あるいは条件下で結露の発生状況が調査されている。なお、実物あるいは試作品を用いたランプの曇りの評価手法としては、特許文献１に開示されるものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６５８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のランプ曇りに関する数値シミュレーションでは、バルブの発熱に伴う温度上昇など、ランプユニットの内部空間における温度や圧力等の物理的特性については考慮されていたものの、その周囲のエンジンルームや外気における物理的特性については考慮されていなかった。このため、数値シミュレーションの結果と実際の現象とが乖離し、数値シミュレーションをあまり有効に活用できない場合もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるランプ曇り評価方法は、自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行うステップであって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行うステップＡと、レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および上記ステップＡの解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定するステップＢと、を含む。
【０００７】
また、上記本発明にかかるランプ曇り評価方法では、上記ステップＡでは、外部空間または連通部分における空気の速度が境界条件および／または初期条件として含まれるのが好適である。
【０００８】
また、上記本発明にかかるランプ曇り評価方法では、上記ステップＡでは、外部空間または連通部分の温度、湿度および圧力が境界条件および／または初期条件として含まれるのが好適である。
【０００９】
また、本発明にかかるランプ曇り評価システムは、自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行う解析部であって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行う解析部と、レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および上記解析部による解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定する判定部と、を含む。
【００１０】
また、本発明にかかるプログラムは、コンピュータに、自動車用ランプユニットの内部空間の熱流体解析を行うステップであって、少なくともその内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行うステップＡと、レンズ外の温度、飽和水蒸気圧情報、および上記ステップＡの解析結果から求まるレンズ内壁表面の各位置の水蒸気圧に基づいて、レンズ内壁表面の各位置における結露の有無を判定するステップＢと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態にかかる車両用のランプ曇り評価システム１０の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、ランプ曇り評価システム１０は、コンピュータとして構成され、数値シミュレーションの実行や入出力の制御を行う制御部（例えばＣＰＵ）１２、制御部１２の動作に関わる諸情報を記憶する記憶部（例えばＲＡＭ，ＲＯＭまたはハードディスク等）１４、諸情報を入力する入力部（例えばキーボード，マウス等）１６、および計算結果や諸情報の入力を促すための情報等を所定の形式で出力する出力部（例えばディスプレイ，プリンタ等）１８を備える。また、ランプ曇り評価システム１０には、リムーバブルデバイスや通信用インタフェース機器等（いずれも図示せず）が内蔵あるいは接続され、これらを介して、他装置（例えば実験データを処理した装置等）から所定のデータあるいはパラメータ（例えば実験結果データ等）を取り込むことも可能である。取り込まれたデータあるいはパラメータは、記憶部１４に格納される。
【００１３】
本実施形態では、制御部１２が、数値シミュレーションを行う解析部および結露判定を行う判定部として機能する。これらの処理は、例えば、プログラム保持部（例えば記憶部１４）に保持されたプログラムにしたがって、制御部１２によって実行される。プログラムは、例えば、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（例えばＭＯ、ＤＶＤ等）に格納され、リムーバブルデバイス（例えばＭＯドライブ、ＤＶＤドライブ等）によって読み出され、プログラム保持部にインストールされる。プログラムを格納した外部装置から通信ネットワークおよび通信用インタフェース機器等を介してダウンロードしたプログラムをインストールすることももちろん可能である。
【００１４】
図２は、ランプ曇り評価システム１０によって実行される一連の処理の一例を示すフローチャートである。図２の例では、ランプ曇り評価システム１０では、大別して、前処理Ｓ１０、数値シミュレーションＳ１１、結露判定Ｓ１２、および後処理Ｓ１３の各処理が実行される。これらステップＳ１０〜Ｓ１３は、制御部１２によって実行される。
【００１５】
まず、前処理のステップ（Ｓ１０）では、数値シミュレーション（Ｓ１１）や結露判定（Ｓ１２）のステップを実行するための準備が行われる。具体的には、数値シミュレーションを実行する範囲に対する計算格子の生成（いわゆるモデリング）や、数値シミュレーションを実行するための初期条件や境界条件の設定等が行われる。
【００１６】
図３は、ランプ曇り評価システム１０による評価対象としてのランプユニット２０の一例を示す断面図である。図３の例では、ランプユニット２０は、レンズ２２、ケーシング２４、バルブ２６、および反射鏡２８を含んでおり、レンズ２２とケーシング２４に囲まれて内部空間３０が形成されている。また、図３において、レンズ２２の左側は車外領域３２、ケーシング２４の右側はエンジンルーム３４である。内部空間３０は、ケーシング２４に設けられた連通孔３６を介して、エンジンルーム３４と連通している。すなわち、この例では、内部空間３０と連通する外部空間は、エンジンルーム３４である。なお、図３は断面図であるため、連通孔３６は１個のみ示されているが、実際には複数設けられている場合もある。
【００１７】
本実施形態では、ステップＳ１１における数値シミュレーションの対象範囲は、基本的には内部空間３０とするが、連通孔３６や、外部空間としてのエンジンルーム３４の一部を含めてもよい。ステップＳ１０では、公知の格子生成法により、数値シミュレーションの対象範囲となる空間を多数の細領域に分割することで、ステップＳ１１での数値シミュレーション手法（スキーム）に適合する計算格子（メッシュ、グリッド；図示せず）が生成される。このとき、形状的な変化が大きい領域（例えばケーシング２４の隅部やケーシング２４と連通孔３６との境界部分、反射鏡２８の先端部等）や物理的特性（圧力、速度等）の変化が大きいと予測される領域（例えばケーシング２４と連通孔３６との境界部分等）については、格子がより密集して形成されるようにするのが好適である。
【００１８】
また、ステップＳ１０では、入力部１６等から入力されたデータに基づき、初期条件や境界条件の設定も行われる。ここで、初期条件とは、シミュレーションの演算を開始する時点での計算格子各点における物理的特性（圧力、速度、温度、湿度等）であり、また、境界条件とは、計算格子の境界やその近傍における速度や熱に関する拘束条件（例えば、速度や温度の値、変化率等）である。
【００１９】
発明者らの研究により、ランプの内部空間の熱流体特性には、発熱源としてのバルブ２６のみならず、エンジンルーム３４からの影響が大きいことが判明した。特に、連通孔３６における空気の速度（図３中の矢印Ｖ）や、エンジンルーム３４（特に連通孔３６付近）や連通孔３６の圧力、温度、湿度等が、大きな影響を及ぼすことがわかった。これは、エンジンルーム３４内にもエンジン等の熱源があり、また、エンジンルーム３４内には空気の流れがあり、しかもその流れは、エンジンルーム内のレイアウト等によって異なり、またラジエータのファンのＯＮ／ＯＦＦや、外部からの空気の流入状況、車速等によって変動することが原因であると考えられる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、初期条件および／または境界条件として、内部空間３０と連通する外部空間としてのエンジンルーム３４、またはその連通部分（連通孔３６）における物理的特性を含めるようにしている。具体的には、例えば、連通孔３６やエンジンルーム３４付近の境界やその近傍の格子点における境界条件として、連通孔３６内の流速、エンジンルーム３４側の境界あるいは境界近傍の圧力、温度、湿度等を用いる。また、その付近の各格子点の初期条件として、連通孔３６やエンジンルーム３４付近の圧力、温度、湿度等を用いる。このとき、各物理的特性の値としては、実機（実物や試作品）での計測値や、当該計測値に基づいて推定した値を用いるのが好適である。
【００２１】
そして、ステップＳ１１では、ステップＳ１０で設定された初期条件および境界条件のもと、公知の数値解析スキームによる熱流体解析が実行され、各格子点における各タイミングでの物理的特性が演算される。
【００２２】
次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１１での数値シミュレーション結果に基づいて、レンズ内壁表面（内部空間３０側の表面）の各位置における結露の有無が判定される。具体的には、レンズ２２の内壁面上の各点において、結露が生じる条件であるか否かが判定される。結露が生じるのは、水蒸気圧が飽和水蒸気圧を上回る場合である。ここで、各位置での水蒸気圧Ｐｗは、ステップＳ１１での解析結果より取得することができる。また、温度Ｔｉは、車外領域３２の温度としてもよいし、ステップＳ１１において車外領域３２の温度に加えてレンズ２２の熱伝導性・放熱性等を考慮して取得された温度としてもよい。そして、各位置での温度Ｔｉに対する飽和水蒸気圧Ｐｔｈと、水蒸気圧Ｐｗとが比較され、例えばＰｗ＞Ｐｔｈの場合（図４ではＡの領域にある場合）には結露が生じるものと判定され、Ｐｗ≦Ｐｔｈの場合（同Ｂの領域にある場合）には結露は生じないものと判定される。なお、結露の有無の判定は、数値シミュレーション中の任意のタイミング（タイムステップ）で行うことができる。また、結露の有無の判定は、基本的には計算格子点について行われるが、計算格子点以外の位置においても、計算格子点の値から内挿するなどして推定した水蒸気圧を用いて判定するようにしてもよいし、計算格子点の判定結果から計算格子点以外の位置の判定結果を推定するようにしてもよい。また、ここでの判定に用いられる、各温度Ｔｉに対する飽和水蒸気圧Ｐｔｈを示す情報（飽和水蒸気圧情報）は、例えば記憶部１４に、テーブル、マップあるいは関数等として格納されている。
【００２３】
そして、次の後処理のステップ（Ｓ１３）では、ステップＳ１１およびＳ１２によって取得された結果を出力部１８に出力（表示）させるための処理が行われる。図５は、制御部１２において生成された表示情報に基づいて出力部１８から出力された結露の判定結果の一例を示す図である。図５の例では、結露の有無は、レンズ２２の正面図（図３では左側から見た図）上に表示されている。この図５において、結露すると判定（予想）された領域は、ハッチングを施した領域４０である。さらに、このステップＳ１３において、図５と同様のレンズ２２の正面図に、レンズ２２の内壁表面の温度や、流跡線、流線、流線ベクトル等を表示するための情報を生成してもよいし、それらを適宜重ね合わせて表示するための情報を生成してもよい。また、このとき、適宜色彩や模様を用いて、出力された状態において結露の発生位置や各位置の温度等の識別性を向上させるようにするのが好適である。
【００２４】
以上、説明したように、本実施形態によれば、内部空間と連通する外部空間またはその連通部分における物理的特性を境界条件および／または初期条件として解析を行うので、それを行わない場合に比べて、精度の高い解析結果を得ることができる。なお、上記実施形態で示したのはあくまで一例であって、種々の変形が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態にかかるランプ曇り評価システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるランプ曇り評価システムにおいて実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態にかかるランプ曇り評価システムにおける評価対象の一例としてのランプユニットの断面図である。
【図４】飽和水蒸気圧曲線を示す図である。
【図５】本発明の実施形態にかかるランプ曇り評価システムによって結露（曇り）の発生が推定された領域を示すための表示出力例（ランプの正面図）である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ランプ曇り評価システム、１２  制御部（解析部、判定部）、１４  記憶部、１６  入力部、１８  出力部、２０  ランプユニット、２２  レンズ、２４  ケーシング、２６  バルブ、２８  反射鏡、３０  内部空間、３２  車外領域、３４  エンジンルーム、３６  連通孔（連通部分）、４０  結露（曇り）発生領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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