JP2023112337A - 車両用ヒーターシステム、車両用センサモジュール及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 降雪時の車載センサの性能低下を抑制可能な車両用ヒーターシステムを提供する。【解決手段】 ヒーターシステム２０は、外気温Ｔを検知する温度センサと、車両Ｖの外装部品の所定の部位であって、前記温度センサとは異なる車載センサが配置される部位又はその周辺部を加熱する電気ヒーターと、前記温度センサの検知結果に基づいて前記電気ヒーターに供給する電力を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、外気温Ｔが所定の第１温度Ｔ１以上且つ当該第１温度よりも高温の第２温度Ｔ２以下である場合に前記電気ヒーターへの電力供給を開始し、前記電気ヒーターへ電力を供給している状態において外気温Ｔが第２温度Ｔ２を超えたとき、外気温Ｔが第２温度Ｔ２を超えている状態の継続時間ｔの計測を開始し、当該継続時間ｔが所定の閾値ｔｔｈを超えたとき、前記電気ヒーターへの電力供給を停止する、ように構成される。【選択図】 図４

Description

本発明は、車両に搭載され、前記車両の外装部品の所定の部位を加熱して、当該部位に付着した雪を融解させる車両用ヒーターシステム、当該車両用ヒーターシステムを備えた車両用センサモジュール、及び当該車両用ヒーターシステムを備えた車両に関する。

従来、車両に搭載され、前記車両の周囲に存在する物体（他車両、歩行者、縁石、カードレールなど）を認識するレーダー装置が知られている。レーダー装置は、例えば、発信装置、受信装置、制御装置などを備える。発信装置は、電波（ミリ波）を発信する。その電波が、車両の外装部品に設けられた開口部（窓）から車外へ伝搬される。そして、その電波が、車両の周囲に存在する物体にて反射し、その反射波が前記開口部から外装部品の内部へ伝搬する。受信装置は、反射波を受信して、当該反射波を表す信号（反射波信号）を出力する。制御装置は、反射波信号に基づいて、車両の周囲に存在する物体と車両との相対位置、物体の形状などを演算（認識）する。

上記の開口部には、電波を透過可能なカバーが設けられている。降雪時に雪が当該カバーに付着している場合には、発信装置から発信された電波が当該カバーに付着した雪にて反射してしまう。そのため、制御装置が物体を正確に認識できない。そこで、例えば、カバーに付着した雪を融解させて流下させるための車両用ヒーターシステム（以下、「従来システム」と称呼する。）が提案されている（例えば、下記特許文献１を参照。）。

特開２０２０－０３０９０８号公報

上記従来システムは、電気ヒーター（電熱線）、電源装置及び制御装置を含む。制御装置は、外気温が所定の温度範囲内にある場合に、電気ヒーターに電力が供給されるように、電源装置を制御する。ここで、例えば、降雪時に、車両がトンネルに進入すると、比較的急激に外気温（車両の周囲の温度）が上昇する場合がある。その際、外気温が前記所定の温度範囲の上限値を超えた場合、従来システムの制御装置は、電気ヒーターへの電力供給を即座に停止させる。その場合、仮に、カバーに雪が残っていると、トンネル内において、車両用レーダー装置の制御装置が、物体を正確に認識できない虞がある。また、カバーに付着した雪が完全には融解せずに水滴として残ったまま車両がトンネルから出て、外気温が急激に低下すると、当該水滴が凝固する場合がある。つまり、カバーに氷が付着した状態になる。この場合にも、車両用レーダー装置の制御装置が、物体を正確に認識できない虞がある。上記のように、従来システムを採用すると、降雪時に、車載センサ―の性能が一時的に低下する（検知対象の物理量を正確に検知できなくなる）場合がある。

本発明の目的の一つは、降雪時の車載センサの性能低下を抑制可能な車両用ヒーターシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の車両用ヒーターシステム（２０）は、
外気温（Ｔ）を検知する温度センサ（２３）と、
車両の外装部品の所定の部位であって、前記温度センサとは異なる車載センサ（１０）が配置される部位又はその周辺部（ＥＭ）を加熱する電気ヒーター（２１）と、
前記温度センサの検知結果に基づいて前記電気ヒーターに供給する電力を制御する制御装置（ＣＰＵ）と、
を備える。
前記制御装置は、
前記外気温が所定の第１温度（Ｔ１）以上且つ当該第１温度よりも高温の第２温度（Ｔ２）以下である場合に前記電気ヒーターへの電力供給を開始し、前記電気ヒーターへ電力を供給している状態において前記外気温が前記第２温度を超えたとき、前記外気温が前記第２温度を超えている状態の継続時間（ｔ）の計測を開始し、当該継続時間が所定の閾値（ｔｔｈ）を超えたとき、前記電気ヒーターへの電力供給を停止する、

（効果）
上記のように、本発明の車両用ヒーターシステムによれば、外気温が、所定の温度範囲内（下限値以上且つ上限値以下）にあるとき、電気ヒーターに電力が供給される。つまり、外装部品の所定の部位又はその周辺部（以下、単に「外装部品」と称呼する。）が加熱される。よって、この温度範囲内において雪が外装部品の表面に付着すると、その雪が、比較的短時間で融けて流下する。これにより、車載センサの機能が損なわれる（性能を十分に発揮できない）ことを抑制できる。そして、外装部品が加熱されている状態で、外気温が上記の上限値を超え、その状態が継続した時間が閾値を超えると、外装部品の加熱が停止される。つまり、外気温が上限値を超えたとき即座に外装部品の加熱が停止されるのではなく、しばらくの間、外装部品が加熱された状態が維持される。その間に、外装部品に付着していた雪が融けて流下する。これにより、外気温が一時的に上昇して前記上限値を超えた場合に当該部位に雪が残ってしまうことを防止できる。つまり、車載センサの機能が損なわれる（性能を十分に発揮できない）ことを抑制できる。

本発明の一態様に係る車両用ヒーターシステムにおいて、
前記電気ヒーターは電熱線（２１）を備え、
前記電熱線は、前記車載センサを覆うカバー部材（ＥＭ）に組み込まれていて、
外気温が前記上限値に一致していて、且つ前記カバー部材の全面に雪が付着している状態から、そのすべての雪を前記電気ヒーターによって融解させるために必要な時間又はそれよりも長い時間が前記閾値として設定されている。

これによれば、外気温が一時的に上限値を超えた状態において、カバー部材に付着している全ての雪を確実に融解させることができる。

本発明の他の態様に係る車両用ヒーターシステムにおいて、
前記車載センサは、電波を送受信するアンテナ（１１２、１２１）を含み、
前記カバー部材は、前記電波を透過可能であって、前記外装部材に設けられた開口部に取り付けられている。

これによれば、降雪時にレーダー装置の性能低下を抑制できる。

また、本発明の一態様は、上記の車両用ヒーターシステムを備えた車両用センサモジュールである。

また、本発明の他の態様は、上記の車両用ヒーターシステムを備えた車両である。

なお、上記説明において、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用ヒーターシステムが適用された車両の前面を示す正面図である。 図２は、車両用ヒーターシステムが適用されたレーダーモジュールのブロック図である。 図３は、加熱開始プログラムのフローチャートである。 図４は、加熱停止プログラムのフローチャートである。

（概略）
図１及び図２に示したように、レーダーモジュール１は、レーダーシステム１０に加え、本発明の一実施形態に係る車両用ヒーターシステム２０（以下、「ヒーターシステム２０」と称呼する。）を含む。レーダーモジュール１は、車両Ｖの前端部に設けられている。レーダーモジュール１は、車両Ｖの前方に存在する物体を認識する。

（具体的構成）
レーダーシステム１０は、送信装置１１、受信装置１２、及びレーダーコントローラ１３を備えている。

送信装置１１は、発信機１１１及び送信アンテナ１１２を含む。発信機１１１は、所定の信号を出力する信号源である。送信アンテナ１１２は、車両Ｖのフロントグリルの中央部に設けられたエンブレムＥＭの後方に配置されている。エンブレムＥＭは、電波（ミリ波）を透過可能な合成樹脂材から構成されている。エンブレムＥＭは、車両Ｖのフロントグリルに設けられた開口部に嵌めこまれている。送信アンテナ１１２は、発信機１１１から出力された信号をミリ波帯の電波として放射（送信）する。送信アンテナ１１２から送信されたミリ波は、エンブレムＥＭを通って、車体外（前方）へ伝搬される。このミリ波が物体にて反射する。物体にて反射したミリ波（反射波）が、車両Ｖ側へ伝搬する。そして、この反射波が、エンブレムＥＭを通って、車体内へ伝搬される。

受信装置１２は、受信アンテナ１２１及び増幅装置１２２を含む。受信アンテナ１２１は、エンブレムＥＭの後方に配置されている。受信アンテナ１２１は、物体からの反射波を受信して、その反射波を表す反射波信号を出力する。

増幅装置１２２は、反射波信号を増幅して、レーダーコントローラ１３に供給する。

レーダーコントローラ１３は、送信装置１１を制御して、ミリ波を放射（送信）させる。また、レーダーコントローラ１３は、受信装置１２から反射波信号を取得する。そして、レーダーコントローラ１３は、送信したミリ波と受信した反射波（反射波信号）との位相差、反射波の減衰レベル及びミリ波を送信してから反射波を受信するまでの時間等を演算する。レーダーコントローラ１３は、当該演算結果に基づいて、車両Ｖと立体物との距離、車両Ｖと立体物との相対速度、車両Ｖに対する立体物の相対位置（方向）等を表す情報を取得する。そして、レーダーコントローラ１３は、図示しない通信ネットワーク（ＣＡＮ）を介して、他の装置（例えば、車両Ｖの挙動を制御する制御装置（ＥＣＵ））へ送信する。

ヒーターシステム２０は、電熱線２１、電源回路２２、外気温センサ２３及びヒーターコントローラ２４を含む。

電熱線２１は、電力が供給される（電流が流される）ことにより発熱する発熱部を有する。この発熱部が、インサート成形法を用いてエンブレムＥＭに埋め込まれている。電熱線２１に電力を供給することにより、エンブレムＥＭを加熱することができる。

電源回路２２は、車両Ｖのバッテリーから供給された電力を電熱線に供給するための電力に変換する変換回路２２１、当該変換回路２２１から電熱線２１への電力供給を遮断するスイッチング回路２２２などを含む。

外気温センサ２３は、エンブレムＥＭの下方に配置されている。外気温センサ２３は、外気温Ｔを検知して、その検知結果をヒーターコントローラ２４へ供給する。

ヒーターコントローラ２４は、外気温センサ２３から取得した外気温に基づいて、スイッチング回路２２２のオン・オフ状態を制御する。

レーダーコントローラ１３及びヒーターコントローラ２４の機能が、１つのマイクロコンピュータＭＣによって実現される。すなわち、このマイクロコンピュータＭＣは、演算装置（以下、「ＣＰＵ」と称呼する。）、記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭなど）、通信装置などを含む。ＣＰＵは、記憶装置にあらかじめ記憶されているコンピュータプログラムを実行して、送信装置１１、スイッチング回路２２２などを制御する。ただし、レーダーコントローラ１３の機能とヒーターコントローラ２４の機能をそれぞれ実現するための２つのマイクロコンピュータが設けられてもよい。

（動作）
つぎに、ヒーターシステム２０（ヒーターコントローラ２４）の動作について説明する。車両Ｖが起動（エンジンが始動）されると、ヒーターコントローラ２４は、所定の周期で、外気温センサ２３から外気温Ｔを取得して外気温Ｔ及びその変化を認識する。

取得した外気温Ｔが、下限値Ｔ１（例えば、－５℃）以上且つ上限値Ｔ２（＋５℃）以下である場合、ヒーターコントローラ２４は、電源回路２２を制御して、電熱線２１に電力を供給させる。すなわち、スイッチング回路２２２をオフ状態からオン状態に遷移させて、エンブレムＥＭを加熱させる。なお、スイッチング回路２２２が既にオン状態である場合には、ヒーターコントローラ２４は、スイッチング回路２２２をオン状態に保持する。

また、外気温Ｔが下限値Ｔ１以上である状態から下限値Ｔ１より低い状態へ遷移した場合、ヒーターコントローラ２４は、電源回路２２を制御して、電熱線２１への電力供給を停止させる。すなわち、スイッチング回路２２２をオン状態からオフ状態に遷移させる。

また、外気温Ｔが上限値Ｔ２以下である状態から上限値Ｔ２より高い状態へ遷移した場合、ヒーターコントローラ２４は、その時点から外気温Ｔが上限値Ｔ２より高い状態の継続時間ｔの計測を開始する。そして、継続時間ｔが所定の閾値ｔｔｈ（例えば１０秒）を超えた場合、ヒーターコントローラ２４は、電源回路２２を制御して、電熱線２１への電力供給を停止させる。すなわち、スイッチング回路２２２をオン状態からオフ状態に遷移させる。なお、継続時間ｔが閾値ｔｔｈを超える以前の時点で外気温Ｔが上限値Ｔ２以下に遷移した場合、ヒーターコントローラ２４は、電熱線２１への電力供給を停止させない。すなわち、ヒーターコントローラ２４は、エンブレムＥＭを加熱し続ける。

なお、外気温Ｔが上限値Ｔ２に一致していて、且つエンブレムＥＭの全面に雪が付着している状態から、そのすべての雪を電熱線２１によって融解させるために必要な時間又はそれよりも長い時間が閾値ｔｔｈとして設定されている。

つぎに、図３及び図４を参照して、ヒーターコントローラ２４（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）の動作（エンブレムＥＭの加熱開始及び停止をそれぞれ実現する加熱開始プログラムＰ１及び加熱停止プログラムＰ２）を具体的に説明する。車両Ｖが起動（エンジンが始動）されると、ＣＰＵは、所定の周期で（所定の微小時間Δｔが経過するごとに）、加熱開始プログラムＰ１及び加熱停止プログラムＰ２を実行する。ここで、両プログラムにおいて、フラグＦを用いる。フラグＦは、エンブレムＥＭが加熱されている状態か否か（電熱線２１に電力が供給されている状態か否か）を表す。フラグＦが「１」であるとき、エンブレムＥＭが加熱されている状態であり、フラグＦが「０」であるとき、エンブレムＥＭが加熱されていない状態である。なお、車両Ｖのエンジンが起動されたとき、フラグＦが「０」に初期化される。

（加熱開始プログラムＰ１）
ＣＰＵは、ステップ１００から加熱開始処理の実行を開始し、ステップ１０１に進む。

ＣＰＵは、ステップ１０１に進むと、フラグＦの値が「０」であるか否かを判定する。フラグＦが「０」である場合（１０１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ１０２に進む。一方、フラグＦが「１」である場合（１０１：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ１０６に進み、加熱開始処理を終了する。

ＣＰＵは、ステップ１０２に進むと、外気温センサ２３から外気温Ｔを取得する。そして、ＣＰＵは、ステップ１０３に進む。

ＣＰＵは、ステップ１０３に進むと、外気温Ｔが「下限値Ｔ１以上、且つ上限値Ｔ２以下であるか否か」を判定する。外気温Ｔが「下限値Ｔ１以上、且つ上限値Ｔ２以下」である場合（１０３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ１０４に進む。一方、外気温Ｔが下限値Ｔ１より低い場合、又は上限値Ｔ２より高い場合（１０３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ１０６に進む。

ＣＰＵは、ステップ１０４に進むと、エンブレムＥＭの加熱を開始する。すなわち、ＣＰＵは、スイッチング回路２２２に、電熱線２１への電力供給を開始させる。そして、ＣＰＵは、ステップ１０５に進む。

ＣＰＵは、ステップ１０５に進むと、フラグＦを「１」に設定して、ステップ１０６に進む。

（加熱停止プログラムＰ２）
ＣＰＵは、ステップ２００から加熱停止処理の実行を開始し、ステップ２０１に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０１に進むと、フラグＦの値が「１」であるか否かを判定する。フラグＦが「１」である場合（２０１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ２０２に進む。一方、フラグＦが「０」である場合（２０１：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２１０に進み、加熱停止処理を終了する。

ＣＰＵは、ステップ２０２に進むと、外気温センサ２３から外気温Ｔを取得する。そして、ＣＰＵは、ステップ２０３に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０３に進むと、外気温Ｔが「下限値Ｔ１以上、且つ上限値Ｔ２以下であるか否か」を判定する。外気温Ｔが「下限値Ｔ１以上、且つ上限値Ｔ２以下」である場合（２０３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ２０４に進む。一方、外気温Ｔが下限値Ｔ１より低い場合、又は上限値Ｔ２より高い場合（２０３：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２０５に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０４に進むと、継続時間ｔ（外気温Ｔが上限値Ｔ２を超えている状態が継続した時間）を「０」に初期化する。そして、ＣＰＵは、ステップ２１０に進み、加熱停止処理を終了する。

ＣＰＵは、ステップ２０５に進むと、外気温Ｔが下限値Ｔ１より低いか否かを判定する。外気温Ｔが下限値Ｔ１より低い場合（２０５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ２０６に進む。一方、外気温Ｔが上限値Ｔ２より高い場合（２０５：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２０８に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０６に進むと、エンブレムＥＭの加熱を停止する。すなわち、ＣＰＵは、スイッチング回路２２２に、電熱線２１への電力供給を停止させる。そして、ＣＰＵは、ステップ２０７に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０７に進むと、フラグＦを「０」に設定して、ステップ２０４に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０８に進むと、継続時間ｔを更新する。すなわち、ＣＰＵは、継続時間ｔに微小時間Δｔを加算する。そして、ＣＰＵは、ステップ２０９に進む。

ＣＰＵは、ステップ２０９に進むと、継続時間ｔが所定の閾値ｔｔｈを超えているか否かを判定する。継続時間ｔが閾値ｔｔｈを超えている場合（２０９：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ２０６に進む。一方、継続時間ｔが閾値ｔｔｈ以下である場合（２０９：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２１０に進む。

（効果）
上記のように、ヒーターシステム２０によれば、外気温Ｔが、所定の温度範囲内（下限値Ｔ１以上且つ上限値Ｔ２以下）にあるとき、エンブレムＥＭが加熱される。よって、この温度範囲内において雪がエンブレムＥＭの表面に付着すると、その雪が、比較的短時間で融けて流下する。これにより、レーダーシステム１０の機能が損なわれる（性能を十分に発揮できない）ことを抑制できる。エンブレムＥＭが加熱されている状態で、外気温Ｔが上限値Ｔ２を超え、その状態が継続した時間が閾値ｔｔｈを超えると、エンブレムＥＭの加熱が停止される。つまり、外気温Ｔが上限値Ｔ２を超えたとき即座にエンブレムＥＭの加熱が停止されるのではなく、しばらくの間、エンブレムＥＭが加熱された状態が維持される。その間に、エンブレムＥＭに付着していた雪がすべて融けて流下する。これにより、外気温Ｔが一時的に上昇した場合にエンブレムＥＭの表面に雪が残ってしまうことを防止できる。つまり、レーダーシステム１０の機能が損なわれる（性能を十分に発揮できない）ことを抑制できる。なお、外気温Ｔが上記の所定の温度範囲内にある場合には、雪が少し融けた状態（水分を多く含む状態）で降下してきて、エンブレムＥＭに付着する可能性が高い。一方、外気温Ｔが下限値Ｔ１より低い状態では、降下してくる雪がほとんど融けておらず、当該雪はエンブレムＥＭに付着し難い、つまり、この場合、雪がエンブレムＥＭに接触しても、エンブレムＥＭに付着することはなく、すぐにエンブレムＥＭから脱落する。そのため、外気温Ｔが下限値Ｔ１より低くなると、エンブレムＥＭの加熱を即座に停止している。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、以下に述べるように、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

＜変形例１＞
例えば、ＣＰＵは、車両Ｖのワイパーが稼働していることを検知し、且つ外気温Ｔが所定の温度範囲内にあるとき、加熱開始プログラムＰ１を実行するように構成されていてもよい。

＜変形例２＞
上記実施形態では、レーダーモジュール１にヒーターシステム２０が適用されているが、ヒーターシステム２０が、他のセンサモジュール（例えば、ヘッドライト用の照度センサモジュール）に適用されてもよい。

１…レーダーモジュール、１０…レーダーシステム、１１…送信装置、１２…受信装置、１３…レーダーコントローラ、２０…車両用ヒーターシステム、２１…電熱線、２３…外気温センサ、２４…ヒーターコントローラ、ＥＭ…エンブレム、ＭＣ…マイクロコンピュータ、Ｔ…外気温、Ｔ１…下限値、Ｔ２…上限値、Ｖ…車両、ｔ…継続時間、ｔｔ…閾値

Claims (5)

1. 外気温を検知する温度センサと、
   車両の外装部品の所定の部位であって、前記温度センサとは異なる車載センサが配置される部位又はその周辺部を加熱する電気ヒーターと、
   前記温度センサの検知結果に基づいて前記電気ヒーターに供給する電力を制御する制御装置と、
   を備えた車両用ヒーターシステムであって、
   前記制御装置は、
   前記外気温が所定の第１温度以上且つ当該第１温度よりも高温の第２温度以下である場合に前記電気ヒーターへの電力供給を開始し、前記電気ヒーターへ電力を供給している状態において前記外気温が前記第２温度を超えたとき、前記外気温が前記第２温度を超えている状態の継続時間の計測を開始し、当該継続時間が所定の閾値を超えたとき、前記電気ヒーターへの電力供給を停止する、
   ように構成された、車両用ヒーターシステム。
2. 請求項１に記載の車両用ヒーターシステムにおいて、
   前記電気ヒーターは電熱線を備え、
   前記電熱線は、前記車両に搭載される所定のセンサを覆うカバー部材に組み込まれていて、
   外気温が前記上限値に一致していて、且つ前記カバー部材の全面に雪が付着している状態から、そのすべての雪を前記電気ヒーターによって融解させるために必要な時間又はそれよりも長い時間が前記閾値として設定されている、
   車両用ヒーターシステム。
3. 請求項２に記載の車両用ヒーターシステムにおいて、
   前記車載センサは、電波を送受信するアンテナを含み、
   前記カバー部材は、前記電波を透過可能であって、前記外装部材に設けられた開口部に取り付けられている、
   車両用ヒーターシステム。
4. 請求項１に記載の車両用ヒーターシステムを備えた車両用センサモジュール。
5. 請求項１又は請求項２に記載の車両用ヒーターシステムを備えた車両。
   

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