JP2006151285A - 車両用熱線ヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウインドに付着した曇り或いは氷雪を効果的に除去することのできる車両用熱線ヒータ制御装置を提供する。
【解決手段】熱線ヒータ１と電源Ｅとの間に配置される電子スイッチ４と、熱線ヒータ１に流れる電流を検出する電流検出器５と、電流検出器５にて検出された電流の時間的な変化量を求める変化量演算部９と、電流の時間的な変化量に基づいて、熱線ヒータ１への連続電流供給時間、その後の断続電流供給時間、及び断続電流供給時間中における電流の供給、停止のデューティ比を設定するデューティ比設定部８と、デューティ比設定部８にて設定された連続電流供給時間、断続電流供給時間及びデューティ比となるように、電子スイッチ４のオン、オフを制御するオン／オフ制御部７とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載されるリヤデフォッガ等の熱線ヒータを制御する車両用熱線ヒータ制御装置に関する。

車両に搭載されるリヤウインドは、降雨時或いは降雪時等に曇りが発生することがあり、後方視界が悪くなることがある。このため、リヤウインドに熱線ヒータを取り付け、該熱線ヒータに電流を流して発熱させることにより、曇りを除去するリヤデフォッガが多く用いられている。

このようなリヤデフォッガは、操作者によるオン、オフ動作により、熱線ヒータへの通電、停止を切り替える構成となっているので、オン状態として曇りを除去した後、オフ操作を忘れてしまうと、不要な電力を消費してしまう。また、オン状態とした後所定時間（例えば１５分）経過した際に、自動的にオフ状態とするものも考案されているが、このような方式を採用した場合でも、曇りが短時間で除去された場合には、その後通電状態が継続するので、依然として不要な電力を消費するという問題が残る。

リヤデフォッガの熱線ヒータに流れる電流は、２０アンペア程度に達することがあり、バッテリ、或いはオルタネータへの負担が大きくなり、また、オルタネータへ発電への負荷が大きくなることにより車両の燃費が低下するという問題が生じる。そこで、曇りが除去されたかどうかを検知するためのセンサを搭載し、このセンサの検出信号を受けて自動的に熱線ヒータへの通電、停止を切り替える方法が考えられるが、このような方法では、センサの追加等コストアップにつながるという欠点がある。

また、このような問題を解決するための従来例として、例えば特開２００２−２１５２４６号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。該特許文献１では、熱線ヒータに印加する電圧値と熱線ヒータに流れる電流値に基づいて熱線ヒータの抵抗値を求め、この抵抗値に応じて、熱線ヒータへの通電時間を制御し、無駄な電力消費を削減し、熱線ヒータの焼損を防止するようにしている。
特開２００２−２１５２４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、熱線ヒータの抵抗値に基づいて、該熱性ヒータに供給する電力値を制御することにより、過度な電力供給を回避するものであり、ウインドに曇りが付着した場合これをいち早く解露し、且つ解露した後には、即時に発熱量を減少させて消費電力を低減し、且つ、熱線ヒータの焼損を防止するという動作を行うことができず、必ずしもウインドに付着した曇りの状態に適合したヒータ制御になっているとは言えなかった。

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウインドに付着した曇り或いは氷雪の状況に応じて迅速に且つ無駄な消費電力を極力低減した状態で曇り或いは氷雪を除去することのできる車両用熱線ヒータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、車両用ウインドに設けられた熱線ヒータに電流を供給して発熱させ、前記ウインドを加温する車両用熱線ヒータ制御装置において、前記熱線ヒータと車載された電源との間に配置されるスイッチ手段と、前記熱線ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段にて検出された電流の時間的な変化量を求める変化量演算手段と、前記電流の時間的な変化量に基づいて、前記熱線ヒータへの連続電流供給時間、その後の断続電流供給時間、及び前記断続電流供給時間中における電流の供給、停止のデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、前記デューティ比設定手段にて設定された連続電流供給時間、断続電流供給時間及びデューティ比となるように、前記スイッチ手段のオン、オフを制御するオンオフ制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記変化量演算手段にて求められた電流の時間的な変化量に基づいて電流の飽和時間を求め、該飽和時間を前記連続電流供給時間とすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記電流の時間的な変化量と、前記デューティ比との対応を予め設定するテーブルを備え、前記デューティ比設定部は該テーブルを参照してデューティ比を設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記熱線ヒータへの電流供給開始時からの経過時間を計時するタイマを備え、該計時時間が所定時間となった場合には、強制的に前記熱線ヒータへの電流供給を停止させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記電流の時間的な変化量は、前記電流の時間についての一次微分値として求められる電流変化率であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記電子スイッチは、半導体を用いた無接点スイッチであることを特徴とする。

本願請求項１に係る発明では、熱線ヒータに流れる電流の時間的な変化量に基づいて、熱線ヒータへの連続通電時間と、その後の断続通電時間及び断続通電のデューティ比を設定するので、周囲温度に適したウインドの加温が可能となり、ウインドに付着した曇り或いは氷雪等を素速く除去することができる共に、過度な通電状態を回避することにより、消費電力の低減を図ることができる。また、熱線ヒータの過度な加熱を回避することができる。

また、請求項２に係る発明では、電流の時間的な変化量に基づいて、電流の飽和時間を求め、この飽和時間を連続通電時間とするので、ウインドに付着した曇り或いは氷雪を効果的に除去することができる。

請求項３に係る発明では、電流の時間的な変化量に対して設定するデューティ比を、これらの関係を予め決定したテーブルに当てはめることにより求めることができるので、演算処理の負担を軽減することができ、処理速度を速めることができる。

請求項４に係る発明では、タイマにより所定時間が計時された際には、強制的に熱線ヒータへの電流供給を停止させるので、仮に操作者がオフ操作を忘れた場合であっても、過度な電力消費を防止することができる。

請求項５に係る発明では、時間的な変化量として時間に対しての電流変化率を用いるので、時間的な変化量の算出が容易となり、演算処理の負担を軽減することができる。

請求項６に係る発明では、スイッチ手段として半導体スイッチを用いるので、オン、オフ時における接点切り替え音が発生せず、操作者に不快感を与えることがない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両用熱線ヒータ制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示す熱線ヒータ１は、例えば車両のリヤウインドに設けられたリヤデフォッガ用の熱線ヒータである。

そして、同図に示す熱線ヒータの制御装置は、熱線ヒータ１への電流の供給、停止を切り替えるためのスイッチ装置２と、該スイッチ装置２の駆動を制御する制御部３に大別して構成され、このうち、スイッチ装置２は、熱線ヒータ１と電源Ｅとの間に配置されて該熱線ヒータ１への電流の供給、停止を切り替える電子スイッチ（スイッチ手段）４と、該電子スイッチ４に流れる電流値を検出する電流検出器（電流検出手段）５と、電子スイッチ４の制御入力端子へ駆動信号を出力する駆動回路６とを備えている。

また、制御部３は、電源Ｅより与えられる電源電圧を所望するレベルの電圧に変換する電源回路１２と、駆動、停止を切り替える操作スイッチ１３と、オン／オフ制御部（オンオフ制御手段）７と、デューティ比設定部（デューティ比設定手段）８と、変化量演算部（変化量演算手段）９と、タイマ１０と、電流値演算部１１とを備えている。

電流値演算部１１は、電流検出器５で検出された電流検出信号から、所定のサンプリング周期で電流値を求める。変化量演算部９は、電流値演算部１１で所定のサンプリング周期毎に求められる電流値の、前回値と今回値との差分から変化量を求め、更に、この変化量から変化率（時間的な変化量）を求める。この場合は、時間に対する一次微分値となる。

デューティ比設定部８は、変化量演算部９で求められた電流変化率に基づいて、電流の飽和時間及びリヤウインドの周囲温度を推定し、この推定結果に基づいて、電子スイッチ４をオン、オフ動作させる際のデューティ比を算出する。

オン／オフ制御部７は、デューティ比設定部８にて設定されたデューティ比に基づき、駆動回路６へオン、オフ信号を出力する。タイマ１０は、電子スイッチ４をオンとしてからの経過時間を計測し、所定時間（例えば、１５分間）経過した場合には、電子スイッチ４を強制的にオフとする。

電子スイッチ４としては、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の無接点式の半導体スイッチを用いることができる。

次に、上述のように構成された本実施形態の動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、リヤデフォッガを駆動させるべく操作スイッチ１３がオンとされると（ステップＳＴ１で「オン状態」）、タイマ１０の計時が開始される（ステップＳＴ２）。そして、タイマ１０の計時が終了するまでの間（例えば、１５分間）において、電流飽和時間（後述）の導出が完了したかどうかが判断される（ステップＳＴ３）。

この時点では、未だ電流飽和時間は導出されていないので、オン／オフ制御部７の制御により駆動回路６にオン指令信号を出力し、電子スイッチ４をオンとする。これにより、バッテリＥより出力される電圧が熱線ヒータ１の両端に印加され、該熱線ヒータ１に電流が流れる（ステップＳＴ４）。

これにより、リヤウインドが加熱され、該リヤウインドに付着した曇り、或いは氷雪を除去することができる。

また、熱線ヒータ１に流れる電流が電流検出器５にて検出され、この電流信号が制御部３に供給されると、電流値演算部１１では所定のサンプリング周期で、熱線ヒータ１に流れる電流値を求める（ステップＳＴ５）。

更に、変化量演算部９では、前回サンプリングされた電流値と今回サンプリングされた電流値との差分から変化量を求める（ステップＳＴ６）。そして、この変化量と、予め設定されている判定値との比較を行い（ステップＳＴ７）、変化量の方が判定値よりも大きい場合には（ステップＳＴ７でＹＥＳ）、処理を元に戻す。つまり、電流の変化量が判定値よりも大きいということは、電流変動が大きいということであり、電流変化が過渡的な状態にあるものと判断し、そのまま熱線ヒータ１への通電状態を維持する。

また、電流の変化量が飽和状態に近づいた時点で、短時間当たりの変化量が、予め設定した変化量によって、例えば図４の如く、対応レベルとそれに対する対応テーブルを設定しておき、この対応テーブルを用いて、飽和時間経過後に熱線ヒータ１への電流供給のオン／オフ設定時間（デューティ比）を求める（ステップＳＴ９）。

尚、この対応テーブルについては、車両毎に形状、ヒータ容量、ウィンドの熱容量等によって、予め決めておく必要がある。

例えば、変化率の大きさレベルがレベル１（最も小さい）である場合には、熱線ヒータ１の抵抗値が小さく、よって周囲温度が低く−１０℃以下であるものと判断し、電流値が飽和した後においても熱線ヒータ１へ連続的に電流を供給する。これにより、いち早くリヤウインドを加温して該リヤウインドに付着した曇り、或いは氷雪を即時に除去することができ、その後も熱線ヒータ１の通電状態を継続することにより、曇り或いは氷雪の付着を防止することができる。

また、変化率の大きさレベルがレベル２（レベル１よりも大きい）である場合には、周囲温度が−１０℃〜１０℃であるものと判断し、電流値が飽和状態となった後に、１５秒のオン時間と１０秒のオフ時間が交互に繰り返されるように、電子スイッチ４を断続的にオン、オフ動作させる。

更に、変化率の大きさレベルがレベル３（レベル２よりも大きい）である場合には、周囲温度が１０℃〜２５℃であると判断し、電流値が飽和状態となった後に、１０秒のオン時間と１０秒のオフ時間が交互に繰り返されるように、電子スイッチ４を断続的にオン、オフ動作させる。

また、変化率の大きさレベルがレベル４（最も大きい）である場合には、周囲温度が２５℃以上であると判断し、電流値が飽和状態となった後に、５秒のオン時間と１０秒のオフ時間が交互に繰り返されるように、電子スイッチ４を断続的にオン、オフ動作させる。これにより、周囲温度に適合した熱線ヒータ１への電流供給が可能になる。

その後、オン／オフ制御部７により、設定されたオン／オフ時間による電子スイッチ４のオン／オフ制御が行われる（ステップＳＴ１０）。また、予め設定したデフォッガ動作時間が経過した場合には（ステップＳＴ２でＹＥＳ）、電子スイッチ４をオフとし、リヤデフォッガを停止させる（ステップＳＴ１１）。

このときの、負荷電流の変化と、リヤウインドの温度変化を図３に示す特性図を参照して説明する。同図（ａ）は、リヤウインドの温度が低い場合で、図４に示したテーブルのレベル４の場合のガラス表面温度変化（Ｓ１）と熱線ヒータ１に流れる電流値（Ｓ２）との関係を示している。

図示のように、電子スイッチ４をオンとした後、時刻ｔ１で熱線ヒータ１に流れる電流値が飽和した後、オン時間５秒、オフ時間１０秒となるデューティ比で電子スイッチ４をオン、オフ動作させている。これにより、ガラス表面の温度を急速に上昇させることができ、その後過多な温度上昇を防止することができるので、ガラスに付着した曇り或いは氷雪を迅速に除去することができると共に、熱線ヒータ１の過度な温度上昇を防止することができる。

また、図３（ｂ）は、リヤウインドの温度が高い場合で、図４に示したテーブルのレベル２の場合のガラス表面温度変化（Ｓ３）と熱線ヒータ１に流れる電流値（Ｓ４）との関係を示している。

図示のように、電子スイッチ４をオンとした後、同図（ａ）に示した時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２にて熱線ヒータ１に流れる電流値が飽和する。その後、オン時間１５秒、オフ時間１０秒となるデューティ比で電子スイッチ４をオン、オフ動作させることにより、ガラス表面温度をある程度の温度に保持することができ、効果的にガラスに付着した曇り、或いは氷雪を除去することができる。

また、図３（ｃ）は、従来の方法を用いて熱線ヒータ４に電流を流した場合のガラス表面温度変化（Ｓ５）と電流値（Ｓ６）の変化を示しており、電子スイッチ４をオンとした後、所定時間連続で電流を流し続けてガラスを加温しているので、不要な電力が消費されていることが容易に理解される。

このようにして、本実施形態では、熱線ヒータ１に流れる電流が飽和電流に達するまでの間は、電子スイッチ４を連続オン状態とし、飽和電流に達した後は、推定したウインドガラスの温度に応じて、通電時間と停止時間のデューティ比を適宜変更するので、素速くガラスを所望する温度まで加温することができ、且つ、熱線ヒータ１が焼損しない程度の温度に保持することができる。

これにより、曇り、氷雪を高速に除去することができると共に、消費電力を低減し、且つ、長時間の通電による熱線ヒータ１の焼損を防止することができる。

以上、本発明の車両用熱線ヒータ制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、リヤウインドに設けられた熱線ヒータ１を制御する例について説明したが、その他のウインド或いはバックミラーに設けられた熱線ヒータについても適用することができる。また、フロントガラスに設けられ、ワイパに付着した氷雪を加温して除去するワイパーデアイサーについて適用することも可能である。

また、本実施形態では、電流の変化率、即ち、時間についての一次微分値を用いて電流の飽和時間を求め、且つ周囲温度を推定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二次微分値等の他の時間的な変化量を用いることも可能である。

車両のリヤウインド等に付着した曇り、氷雪を迅速に除去し、且つ消費電力を軽減する上で極めて有用である。

本発明の一実施形態に係る車両用熱線ヒータ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る車両用熱線ヒータ制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 ガラス表面温度と電流値の変化を示す特性図であり、（ａ）はガラス温度が高い場合、（ｂ）はガラス温度が低い場合、（ｃ）は従来の方法を用いた場合を示す。 断続運転設定時間を決めるためのテーブルを示す図である。

符号の説明

１ 熱線ヒータ
２ スイッチ装置
３ 制御部
４ 電子スイッチ
５ 電流検出器
６ 駆動回路
７ オン／オフ制御部
８ デューティ比設定部
９ 変化量演算部
１０ タイマ
１１ 電流値演算部
１２ 電源回路
１３ 操作スイッチ

Claims (6)

1. 車両用ウインドに設けられた熱線ヒータに電流を供給して発熱させ、前記ウインドを加温する車両用熱線ヒータ制御装置において、
   前記熱線ヒータと車載された電源との間に配置されるスイッチ手段と、
   前記熱線ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段にて検出された電流の時間的な変化量を求める変化量演算手段と、
   前記電流の時間的な変化量に基づいて、前記熱線ヒータへの連続電流供給時間、その後の断続電流供給時間、及び前記断続電流供給時間中における電流の供給、停止のデューティ比を設定するデューティ比設定手段と、
   前記デューティ比設定手段にて設定された連続電流供給時間、断続電流供給時間及びデューティ比となるように、前記スイッチ手段のオン、オフを制御するオンオフ制御手段と、
   を有することを特徴とする車両用熱線ヒータ制御装置。
2. 前記変化量演算手段にて求められた電流の時間的な変化量に基づいて電流の飽和時間を求め、該飽和時間を前記連続電流供給時間とすることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱線ヒータ制御装置。
3. 前記電流の時間的な変化量と、前記デューティ比との対応を予め設定するテーブルを備え、前記デューティ比設定部は該テーブルを参照してデューティ比を設定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用熱線ヒータ制御装置。
4. 前記熱線ヒータへの電流供給開始時からの経過時間を計時するタイマを備え、該計時時間が所定時間となった場合には、強制的に前記熱線ヒータへの電流供給を停止させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用熱線ヒータ制御装置。
5. 前記電流の時間的な変化量は、前記電流の時間についての一次微分値として求められる電流変化率であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車両用熱線ヒータ制御装置。
6. 前記電子スイッチは、半導体を用いた無接点スイッチであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車両用熱線ヒータ制御装置。
   

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