JP2005343377A - 冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリファンからの音が乗員に与える不快感を和らげる。
【解決手段】 ハイブリッドＥＣＵは、車両の動作状態から車室内の暗騒音を検出するステップ（Ｓ１０２）と、暗騒音およびバッテリ４００の温度ＴＢに基づいてファン駆動段数Ｆを決定し、決定したファン駆動段数Ｆを記憶するステップ（Ｓ１０６）と、ファン駆動段数前回値ＦＬを読み出すステップ（Ｓ１０８）と、ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬより大きい場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、応答時間決定用段数ＦＲを、ファン駆動段数Ｆと同じ値に設定するステップ（Ｓ１１２）と、暗騒音および応答時間決定用段数ＦＲに基づいて、応答時間を決定するステップ（Ｓ１１６）とを含むプログラムを実行する。応答時間は、暗騒音が小さいほど長く設定され、応答時間決定用段数ＦＲが大きいほど長く設定される。
【選択図】 図４

Description

本発明は冷却ファンの制御装置に関し、特に車両の冷却対象物に冷却空気を供給する冷却ファンの制御装置に関する。

車両には多くの機器が搭載されているが、これらの機器の中には作動に伴い発熱するものがある。そのため、冷却ファンなどを用いて冷却空気を供給し、機器を冷却する必要がある。また、空調装置には、車室内に空気を送風するための冷却ファン（ブロア）が設けられている。これらの冷却ファンは、冷却対象（空調装置の場合は車内の空気）の温度に基づいて制御される。

特開平６−３２１３５号公報（特許文献１）は、設定温度と車内温度と外気温度と日射量とに基づいて車内熱負荷に相当する総合信号を演算し、演算した総合信号に基づいてエアミックスドアやファンなどの各制御機器を制御するようにした車両用空調装置を開示する。特許文献１に記載の車両用空調装置は、設定温度を入力する温度設定器と、車内温度を検出する車内温度センサと、外気温度を検出する外気温度センサと、日射量を検出する日射センサと、設定温度と車内温度との温度偏差を演算する温度偏差演算部と、温度偏差の変化率を演算する温度偏差変化率演算部と、温度偏差、温度偏差変化率および予め定められたルールに基づいてゲインをファジィ推論するゲイン推論部と、設定温度、車内温度、外気温度、日射量およびゲインに基づいて、車内熱負荷に相当する総合信号を演算する総合信号演算部と、総合信号に基づいて制御機器の制御量を演算する制御量演算部と、制御量演算部の出力に基づいて制御機器（エアミックスドアやファン）を制御する制御手段とを含む。

この公報に記載の車両用空調装置によれば、温度偏差と同偏差変化率とを入力値としてファジィ推論することにより、偏差の状態に応じた総合信号のゲインが定まる。したがって、偏差の状態に応じて、制御機器の制御のパターンが変化し、制御機器の応答性に違いが現れることになる。よって、設定温度と車内温度の偏差が大きい過渡期において、空調能力を一時的に高める制御が可能となる。
特開平６−３２１３５号公報

ところで、近年、環境問題対策の一貫として、ハイブリッド自動車、燃料電池車、電気自動車など、モータからの駆動力により走行する車両が注目されている。これらの車両は、従来のエンジンのみで走行する車両に比べて騒音が小さい。そのため、これらの車両に搭載された冷却ファン（たとえばバッテリ冷却用の冷却ファン）の音は、乗員に聞こえ易い。したがって、これらの車両の冷却ファンを特許文献１に記載の車両用空調装置と同様に制御した場合、応答性が高められて回転数が急上昇すると、乗員が冷却ファンからの音に対して不快感を感じるおそれがあるという問題点がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、乗員に与える不快感を抑制することができる冷却ファンの制御装置を提供することである。

第１の発明に係る冷却ファンの制御装置は、車両の冷却対象に冷却空気を供給する冷却ファンの制御装置である。この制御装置は、予め定められた応答時間で、冷却ファンの回転数を予め定められた目標回転数まで増加させるように、冷却ファンを制御するための制御手段と、車室内の騒音に関する情報を、車両の動作状態に基づいて取得するための取得手段と、取得された騒音に関する情報に基づいて、応答時間を決定するための決定手段とを含む。

第１の発明によると、制御手段により、冷却ファンの回転数が予め定められた応答時間で目標回転数まで増加させられる。これにより、冷却対象の冷却を行なうことができる。取得手段により、車室内の騒音に関する情報が車両の動作状態に基づいて取得され、取得された騒音に関する情報に基づき、決定手段により応答時間が決定される。これにより、たとえば騒音が小さい場合は大きい場合に比べて応答時間を長くしたり、目標回転数が高い場合は低い場合に比べて応答時間を長くしたりすることができる。そのため、冷却対象を冷却する際、冷却ファンの回転数を緩やかの増加させ、冷却ファンからの音が乗員に対して与える不快感を和らげることができる。その結果、乗員に与える不快感を抑制することができる冷却ファンの制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る冷却ファンの制御装置においては、第１の発明の構成に加え、決定手段は、騒音が小さい場合は大きい場合に比べて、応答時間を長くするための手段を含む。

第２の発明によると、騒音が小さい場合は大きい場合に比べて、応答時間を長くされる。これにより、騒音が小さい場合に冷却対象を冷却する際、冷却ファンの回転数を緩やか増加させ、冷却ファンからの音が乗員に対して与える不快感を和らげることができる。

第３の発明に係る冷却ファンの制御装置においては、第１または２の発明の構成に加え、決定手段は、冷却ファンの目標回転数が高い場合は低い場合に比べて、応答時間を長くするための手段を含む。

第３の発明によると、冷却ファンの目標回転数が高い場合は低い場合に比べて、応答時間が長くされる。これにより、冷却対象を冷却する際、冷却ファンからの音が大きくなる場合であっても、冷却ファンの回転数を緩やか増加させ、冷却ファンからの音が乗員に対して与える不快感を和らげることができる。

第４の発明に係る冷却ファンの制御装置においては、第１ないし３のいずれかの発明の構成に加え、制御手段は、冷却ファンの駆動電圧を上げて冷却ファンの回転数を増加させるための手段を含む。

第４の発明によると、冷却ファンの駆動電圧が上げて、冷却ファンの回転数を増加させ、冷却空気の供給量を増加させることができる。

第５の発明に係る冷却ファンの制御装置においては、第１ないし４のいずれかの発明の構成に加え、車両にはバッテリが搭載されている。冷却ファンは、バッテリに冷却空気を供給する。

第５の発明によると、供給された冷却空気により、バッテリを冷却することができる。この場合、冷却ファンの回転数を緩やかの増加させ、冷却ファンからの音が乗員に対して与える不快感を和らげることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る冷却ファンの制御装置を搭載した車両について説明する。この車両は、エンジン１００と、ＭＧ（Motor Generator）（１）２００
と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３００と、バッテリ４００、ＭＧ（２）５００と、ハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００と、Ａ／Ｃ（Air Conditioner）＿ＥＣＵ７００と、Ａ／Ｃユニット７０２とを含む。本発明の実施の形態に係る冷却ファンの制御装置は、たとえばハイブリッドＥＣＵ６００が実行するプログラムにより実現される。

なお、本実施の形態において、車両は、エンジン１００を搭載したハイブリッド車両を用いて説明するが、ハイブリッド車両の代わりに、燃料電池を搭載した燃料電池車や、電気自動車などを用いてもよい。

エンジン１００は、燃料と空気との混合気を燃焼させてクランクシャフト（図示せず）を回転させ、駆動力を発生する。エンジン１００が発生した駆動力は、動力分割機構１０２により、２経路に分割される。一方は減速機１０４を介して車輪１０６を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ（１）２００を駆動させて発電する経路である。

ＭＧ（１）２００は、動力分割機構１０２により分割されたエンジン１００の動力により駆動させられ、発電する。ＭＧ（１）２００により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ４００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たと
えば、通常走行時や急加速時では、ＭＧ（１）２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００を介してＭＧ（２）５００に供給される。

一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ（１）２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００のインバータ３０２により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ３０４により電圧が調整された後、バッテリ４００に蓄えられる。

バッテリ４００は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。なお、バッテリ４００の代わりに、キャパシタ（コンデンサ）を用いてもよい。バッテリ４００は、バッテリファン４０２により供給された冷却空気との間で熱交換が行なわれ、冷却される。

ＭＧ（２）５００は、三相交流回転電機である。ＭＧ（２）５００は、バッテリ４００に蓄えられた電力およびＭＧ（１）２００により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。ＭＧ（２）５００の駆動力は、減速機１０４を介して車輪１０
６に伝えられる。これにより、ＭＧ（２）５００は、エンジン１００をアシストして車両を走行させたり、ＭＧ（２）５００からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。

車両の回生制動時には、減速機１０４を介して車輪１０６によりＭＧ（２）５００が駆動させられ、ＭＧ（２）５００が発電機として作動させられる。これによりＭＧ（２）５００は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。ＭＧ（２）５００により発電された電力は、インバータ３０２およびコンバータ３０４を介してバッテリ４００に蓄えられる。

ハイブリッドＥＣＵ６００には、バッテリ温度センサ６０２、車速センサ６０４、クランクポジションセンサ６０６、回転数センサ（１）６０８および回転数センサ（２）６１０が接続されている。

バッテリ温度センサ６０２は、バッテリ４００の温度ＴＢを検出する。車速センサ６０４は、車輪の回転数を検出する。クランクポジションセンサ６０６は、クランクシャフトに設けられたタイミングロータに対向して設けられており、クランクシャフトの回転数を検出する。回転数センサ（１）６０８は、ＭＧ（１）２００の回転数を検出する。回転数センサ（２）６１０は、ＭＧ（２）５００の回転数を検出する。

バッテリ温度センサ６０２、車速センサ６０４、クランクポジションセンサ６０６、回転数センサ（１）６０８および回転数センサ（２）６１０の検出結果を表す信号は、ハイブリッドＥＣＵ６００に送信される。

ハイブリッドＥＣＵ６００は、各センサから送信された信号、車両の運転状態、アクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、バッテリ４００のＳＯＣおよび温度、メモリ６１２に記憶されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ハイブリッドＥＣＵ６００は、車両が所望の運転状態となるように車両に搭載された機器類を制御する。

Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ７００には、Ａ／Ｃユニット７０２が接続されている。Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ７００は、車室内温度センサ７０６により検出された車室内温度および乗員により操作されるスイッチ７０８の操作状態に応じて、Ａ／Ｃユニット７０２を制御する。Ａ／Ｃユニット７０２からは、Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ７００により設定された吹出し温度の空気が吹出される。

Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ７００は、車室内温度に基づいて、Ａ／Ｃファン７０４を駆動させる電圧を段階的に決定する。Ａ／Ｃファン７０４を駆動させる電圧は、Ａ／Ｃファン駆動段数を決定することにより決定される。決定されたＡ／Ｃファン駆動段数は、ハイブリッドＥＣＵ６００に送信される。

車速センサ６０４、クランクポジションセンサ６０６、回転数センサ（１）６０８および回転数センサ（２）６１０から送信された信号、Ａ／Ｃファン駆動段数、補機類の作動音およびオーディオ(図示せず）の音量などに基づいて、ハイブリッドＥＣＵ６００により車室内におけるバッテリファン４０２の駆動音以外の騒音（暗騒音）が検出される。暗騒音は、たとえば予め実験などにより定められたマップにより検出すればよい。

ハイブリッドＥＣＵ６００は、バッテリ４００の温度ＴＢおよび暗騒音に基づいて、バッテリファン４０２を駆動させる電圧を決定する。バッテリファン４０２を駆動させる電圧は、図２に示すように、段階的に設定される。バッテリファン４０２を駆動させる電圧は、ファン駆動段数Ｆを決定することにより決定される。

暗騒音が大である場合、図２において実線で示すように、ファン駆動段数Ｆは、バッテリ温度ＴＢに応じて１段ずつ高く設定される。なお、本実施の形態において、ファン駆動段数Ｆは「１」〜「５」まで設定可能であるが、段数はこれに限らない。

暗騒音が中である場合、図２において一点鎖線で示すように、ファン駆動段数Ｆは、バッテリ温度ＴＢ（Ｘ）までは、バッテリ温度ＴＢに応じて１段ずつ高く設定される。バッテリ温度ＴＢ（Ｘ）からバッテリ温度ＴＢ（Ｙ）までは、ファン駆動段数Ｆは、「４」以上に設定されない。これにより、暗騒音が中である場合に、バッテリファン４０２からの音が制限される。すなわち、バッテリ温度ＴＢ（Ｘ）からバッテリ温度ＴＢ（Ｙ）までは、バッテリ４００の冷却よりもバッテリファン４０２からの音の抑制が優先される。

バッテリ温度ＴＢがＴＢ（Ｙ）以上になると、ファン駆動段数Ｆは、「４」以上に設定される。これにより、バッテリファン４０２からの音の抑制よりも、バッテリ４００の冷却を優先することができる。

暗騒音が小である場合、図２において二点鎖線で示すように、バッテリ温度ＴＢ（Ｙ）までは、ファン駆動段数Ｆは、「２」以上に設定されない。これにより、暗騒音が小である場合に、バッテリファン４０２からの音が制限される。すなわち、バッテリ温度ＴＢ（Ｙ）までは、バッテリ４００の冷却よりもバッテリファン４０２からの音の抑制が優先される。

バッテリ温度ＴＢがＴＢ（Ｙ）以上になると、ファン駆動段数Ｆは、「２」以上に設定される。これにより、バッテリファン４０２からの音の抑制よりも、バッテリ４００の冷却を優先することができる。

ハイブリッドＥＣＵ６００は、ファン駆動段数Ｆを変更し、バッテリファン４０２の回転数を変化させる場合、予め定められた応答時間で、ファンの駆動電圧をファン駆動段数Ｆと対応した電圧まで変化させ、バッテリファン４０２の回転数を変化させる。

応答時間は、図３に示すマップに基づいて算出される。図３に示す応答時間決定用段数ＦＲとは、ファン駆動段数Ｆに基づいて設定され、応答時間を算出する場合に用いられる値である。暗騒音が小さいほど応答時間は長く設定され、応答時間決定用段数ＦＲが大きいほど応答時間は長く設定される。

応答時間を表す「１」〜「１６」の数字は、単位時間Ｔ秒との比率を示す。すなわち、応答時間が「１」である場合、バッテリファン４０２の回転数は、Ｔ秒で目標の回転数まで変化させられる。応答時間が「４」である場合、バッテリファン４０２の回転数は、単位時間Ｔ秒の４倍の時間で目標の回転数まで変化させられる。なお、本実施の形態において、応答時間は「１」〜「１６」まで設定可能であるが、これら以外の応答時間を設定してもよい。

図４を参照して、本実施の形態に係る車両の制御装置においてハイブリッドＥＣＵ６００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、車速センサ６０４、クランクポジションセンサ６０６、回転数センサ（１）６０８および回転数センサ（２）６１０から送信された信号、Ａ／Ｃファン駆動段数、補機類の作動音およびオーディオの音量などに基づいて、車両の動作状態を検出する。

Ｓ１０２にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、検出された動作状態から車室内の暗騒音を検出する。Ｓ１０４にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、バッテリ温度センサ６０２から送信された信号に基づいて、バッテリ４００の温度ＴＢを検出する。Ｓ１０６にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、暗騒音およびバッテリ４００の温度ＴＢに基づいてファン駆動段数Ｆを決定し、決定したファン駆動段数Ｆをメモリ６１２に記憶する。

Ｓ１０８にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、前回決定されたファン駆動段数であるファン駆動段数前回値ＦＬを、メモリ６１２から読み出す。Ｓ１１０にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬより大きいか否かを判別する。ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬより大きい場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。そうでない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４に移される。

Ｓ１１２にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、応答時間決定用段数ＦＲを、ファン駆動段数Ｆと同じ値に設定する。Ｓ１１４にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、応答時間決定用段数ＦＲを、「０」に設定する。Ｓ１１６にて、ハイブリッドＥＣＵ６００は、暗騒音および応答時間決定用段数ＦＲに基づいて、応答時間を決定する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る冷却ファンの制御装置のＥＣＵ６００の動作について説明する。

車両システムの起動中において、車両の動作状態が検出され（Ｓ１００）、検出された動作状態から車室内の暗騒音が検出される（Ｓ１０２）。ここでは、暗騒音が小であると想定する。

さらに、バッテリ４００の温度ＴＢが検出されて（Ｓ１０４）、暗騒音およびバッテリ４００の温度ＴＢに基づいてファン駆動段数Ｆが決定される（Ｓ１０６）。決定されたファン駆動段数Ｆは、メモリ６１２に記憶される（Ｓ１０６）。ここでは、ファン駆動段数が「２」に決定されたと想定する。

バッテリファン４０２の回転数が増加されるか減少されるかを判別するため、ファン駆動段数前回値ＦＬが読み出され（Ｓ１０８）、ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬより大きいか否かが判別される（Ｓ１１０）。ここでは、ファン駆動段数前回値ＦＬが「１」であると想定する。

ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬより大きいため（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、バッテリファン４０２の回転数は増加させられる。この場合、応答時間決定用段数ＦＲが、ファン駆動段数Ｆと同じ「２」に設定される（Ｓ１１２）。

暗騒音が小であり、応答時間決定用段数ＦＲが「２」であるため、図３に示したマップに基づき、応答時間は「２」に設定される（Ｓ１１６）。そのため、図５に示すように、バッテリファン４０２の電圧は、応答時間が「１」である場合に比べて２倍の時間をかけて増加させられる。そのため、バッテリファン４０２に回転数が緩やかに増加させられ、回転数増加に伴いバッテリファン４０２からの音が増加する場合に、乗員に与える不快感を和らげることができる。

なお、ファン駆動段数Ｆが、ファン駆動段数前回値ＦＬ未満である場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、すなわちバッテリファン４０２の回転数が減少させられる場合は、応答時間決定用段数ＦＲが「０」に設定される（Ｓ１１４）。そのため、応答時間は「１」となり（Ｓ１１６）、バッテリファン４０２に回転数が速やかに減少させられる。

以上のように、本実施の形態に係る冷却ファンの制御装置のハイブリッドＥＣＵは、暗騒音が小さいほどの応答時間を長くし、変更後のファン駆動段数が大きいほど応答時間を長くする。これにより、バッテリファンの回転数を緩やかに増加させ、乗員に与える不快感を和らげることができる。

なお、前述の実施の形態においては、バッテリファンの応答時間を決定していたが、Ａ／Ｃファン、インバータやコンバータなどの電気機器を冷却するために設けられたファンなど、車両に搭載されたその他のファンの応答時間を暗騒音に基づいて決定してもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る冷却ファンの制御装置を搭載した車両を示す制御ブロック図である。 ファン駆動段数を算出するために用いられるマップを示す図である。 バッテリファンの応答時間を算出するために用いられるマップを示す図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 バッテリファンの駆動電圧の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

４００ バッテリ、４０２ バッテリファン、６００ ハイブリッドＥＣＵ、６０２ バッテリ温度センサ、６０４ 車速センサ、６０６ クランクポジションセンサ、６０８
回転数センサ（１）、６１０ 回転数センサ（２）、７００ Ａ／Ｃ＿ＥＣＵ、７０２
Ａ／Ｃユニット、７０４ Ａ／Ｃファン、７０６ 車室内温度センサ、７０８ スイッチ。

Claims (5)

1. 車両の冷却対象に冷却空気を供給する冷却ファンの制御装置であって、
   予め定められた応答時間で、前記冷却ファンの回転数を予め定められた目標回転数まで増加させるように、前記冷却ファンを制御するための制御手段と、
   車室内の騒音に関する情報を、前記車両の動作状態に基づいて取得するための取得手段と、
   前記取得された騒音に関する情報に基づいて、前記応答時間を決定するための決定手段とを含む、冷却ファンの制御装置。
2. 前記決定手段は、前記騒音が小さい場合は大きい場合に比べて、前記応答時間を長くするための手段を含む、請求項１に記載の冷却ファンの制御装置。
3. 前記決定手段は、前記冷却ファンの目標回転数が高い場合は低い場合に比べて、前記応答時間を長くするための手段を含む、請求項１または２に記載の冷却ファンの制御装置。
4. 前記制御手段は、前記冷却ファンの駆動電圧を上げて前記冷却ファンの回転数を増加させるための手段を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の冷却ファンの制御装置。
5. 前記車両にはバッテリが搭載され、
   前記冷却ファンは、前記バッテリに冷却空気を供給する、請求項１ないし４のいずれかに記載の冷却ファンの制御装置。

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