JP4492207B2

JP4492207B2 - 車両用前照灯装置

Info

Publication number: JP4492207B2
Application number: JP2004143841A
Authority: JP
Inventors: 勇萩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-05-13
Also published as: JP2005324657A

Description

本発明は、概して、ＬＥＤ等の発光素子を利用した車両用前照灯装置に係り、特に、ＬＥＤ保護のための通電制御において、運転者により感知される前照灯明るさ感の低下を大幅に低減した車両用前照灯装置に関する。

従来、白色ＬＥＤを車両用前照灯装置に利用することが提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。

ところで、ＬＥＤの利用に際して、光出力を上げるためにＬＥＤに流す電流を増やすと、電流量に比例してＬＥＤの発光部位であるジャンクション部分の温度が上昇する。

ＬＥＤのジャンクション温度が上限温度以上になると、ＬＥＤのレンズ樹脂のガラス転移点越えやＬＥＤ素子自体の急速な損傷劣化により、光出力が低下することが知られている。

そこで、ＬＥＤを使用した照明装置においては、通常、ジャンクション部分を冷やすための放熱器や、上限温度以上になることを防止するための通電制御が必要となる。

高温によるＬＥＤの劣化は、ＬＥＤチップの発光層、クラッド層、緩衝層などの層状の結晶構造において、熱によって結晶中に存在する格子欠陥や転位が増加することが原因である。

この熱劣化現象は、前照灯等で使用するＩｎＧａＮ系ＬＥＤや近赤外式ナイトビジョンで使用するＡｌＧａＡｓ系ＬＥＤに共通の課題である。

上記特許文献１は、白色ＬＥＤを車両用前照灯装置に利用する際、車両走行時は走行空気流によりＬＥＤが「空冷」され、ＬＥＤジャンクション温度が低く抑えられ、ＬＥＤが保護されるが、車両停車時には空冷効果が得られないことに鑑み、車速が所定速度未満のときには所定速度以上のときに比してＬＥＤに流す電流を減らすことによってＬＥＤ保護を図る手法を提案している。
特開２００３−１７８６０２号公報Ｓａｓａｋｉ，「ＬＥＤＨｅａｄｌａｍｐｓ」、ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＬｉｇｈｔｉｎｇ５ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ（ＤａｒｍｓｔａｄｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｇｅｒｍａｎｙ）、２００３年９月２３〜２４、９３０〜９４１頁

しかしながら、上記特許文献１記載の従来の制御手法では、すべてのＬＥＤへの供給電流が一括して制御されるため、車速が所定速度未満のときには所定速度以上のときに比して前照灯の明るさ（照度）が照射範囲全体に亘って低下する。換言すれば、車速の増減に応じて前照灯が明るくなったり暗くなったりすることになるため、運転者に違和感を与える。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、ＬＥＤ保護のための通電制御において運転者により感知される前照灯明るさ感の低下を大幅に低減した車両用前照灯装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、車両前遠方を照射する第一の発光素子と少なくとも車両近傍を照射する第二の発光素子とを有する車両用前照灯装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
前記第一の発光素子及び前記第二の発光素子の両方が同時に点灯している状態で、前記車速検出手段により検出された車速が所定値未満のときに前記第一の発光素子への供給電流を減少させると共に、前記第二の発光素子への供給電流を前記車速検出手段により検出された車速から独立して制御する制御手段と、を有し、
前記第一の発光素子への供給電流は、前記第一の発光素子のジャンクション温度が所定温度を超えないように設定される。

この一態様においては、車両運転者が前照灯の明るさを感知する際、運転者が感知する明暗の度合に影響を与えるのは、前照灯の照射範囲のうち車両近傍（例えば、１０〜２０メートル）における明るさが主であることに鑑み、発光素子のうち車両前遠方（例えば、５０メートル〜）を照射する発光素子への供給電流のみが制御される。

この一態様によれば、車両運転者が前照灯の明るさを感じる際にその明暗の判断に比較的影響が小さい車両前遠方を照射する発光素子への供給電流のみが制御されるため、前照灯の明るさについて運転者に違和感を与えることなく、すなわち発光素子への供給電流が制御されていることについて運転者に感知させることなく、ＬＥＤの保護を図ることができる。

また、低速走行時に、その必要性が少ない遠方照射光度が低下されるため、実用性を損なうことはない。

したがって、この一態様によれば、ＬＥＤ保護のために発光素子への供給電流が制限されても、前照灯の明るさが低下したという印象を運転者に与えずに済む。

なお、この一態様において、上記第一の発光素子が高輝度タイプのＬＥＤであり、上記第二の発光素子が高光束タイプのＬＥＤであることが好ましい。

本発明によれば、ＬＥＤ保護のための通電制御において、運転者により感知される前照灯明るさ感の低下を大幅に低減した車両用前照灯装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、ＬＥＤを利用した照明装置及び車両用前照灯装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。

図１〜５を参照して、本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置について説明する。図１は、本実施例に係る車両用前照灯装置１００の概略構成図である。前照灯装置１００は、例えばバッテリ出力である１２ボルト（Ｖ）を２０Ｖへ変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１０１と、後述する遠方照射用ＬＥＤへ一定の電流を供給する定電流制御部１０２と、後述する中距離・近傍照射用ＬＥＤへ一定の電流を供給する定電流制御部１０３と、抵抗１０４ａ〜１０４ｅと、発光素子であるＬＥＤユニット１０５ａ〜１０５ｅと、断線検出部１０６とを有する。

定電流制御部１０２には、図示しない車速センサから車速情報が入力される。定電流制御部１０３には車速情報は入力されない。また、前照灯は保安部品であることから、断線検出部１０６により断線が監視され、検出されればウォーニングが発せられる。

図示するように、本実施例に係るＬＥＤユニット１０５ａ〜１０５ｅは、一例として、各々が３つのチップを有する。また、ＬＥＤユニット１０５ａ〜１０５ｅのそれぞれの照射範囲について、そのスクリーン照射状態を図２に示す。

図２において、照射範囲Ａは例えば車両前方５０メートル超の遠方領域を表し、照射範囲Ｂ及びＣは中距離領域を表し、照射範囲Ｄ及びＥは車両近傍の拡散領域を表す。そして、ＬＥＤユニット１０５ａの照射範囲は遠方領域である照射範囲Ａであり、ＬＥＤユニット１０５ｂ及び１０５ｃの照射範囲はそれぞれ中距離領域である照射範囲Ｂ及びＣであり、ＬＥＤユニット１０５ｄ及び１０５ｅの照射範囲はそれぞれ近傍拡散領域である照射範囲Ｄ及びＥである。

本実施例では、上述のように、運転者に前照灯の明るさを感じさせるのは主として中距離と近傍領域の照度であることに鑑み、運転者に与える影響が比較的少ない遠方領域である照射範囲Ａを照射するＬＥＤユニット１０５ａへの供給電流のみを車速に応じて制御する。

また、本実施例において、電流制御の対象とする遠方照射用ＬＥＤユニット１０５ａには高光束ではないが輝度が高いいわゆる高輝度タイプのＬＥＤを用い、他のＬＥＤユニット１０５ｂ〜１０５ｅには効率の高いいわゆる高光束タイプのＬＥＤを用いる。高輝度タイプのＬＥＤは電流を多く流すほど照度が増し、より遠方を照射することができる。したがって、車速が高く、走行による空気流によってＬＥＤユニット１０５ａが十分に空冷されるため、ＬＥＤ保護のためにＬＥＤユニット１０５ａへの供給電流の制御が不要な場合、光束では不利な高輝度タイプのＬＥＤユニット１０５ａにより多くの電流を流すことによって、遠方領域における十分な照度を確保することができる。車両運転者は、車速が高いときほど遠方に視点を置いているため、車速が比較的高いときに遠方照射領域の照度が確保されれば、より遠方の視認性が向上し、走行し易くなる。

本発明者が実験等により得た知見によれば、図３に示すように、車両が走行することによって空気流によりＬＥＤユニットが冷却され、ＬＥＤジャンクション温度を下げる効果が生じるのは、実際には車速がおよそ時速３０キロメートル（３０ｋｍ／ｈ）を越えてからである。逆に言えば、車速が約３０ｋｍ／ｈに達するまでは、ＬＥＤジャンクション温度は、ＬＥＤに電流を流していない状態において、エンジンルーム内の温度（およそ８０〜９０℃と推定される）にＬＥＤの通電による温度上昇が加わった温度、例えば１２０℃程度になる。これは、前照灯の裏側にエンジンルーム内の高温が回り込み、ＬＥＤがこの温度に対して放熱することになるからである。

そこで、本実施例では、温度センサ等を省いた簡易な構造とするために、定電流制御部１０２が車速をモニタリングし、３０ｋｍ／ｈを下回った時点で、遠方用ＬＥＤユニット１０５ａへの供給電流を制限し、ジャンクション温度を低下させる。

このような機能を実現するための定電流制御部１０２の一構成例を図４に示す。定電流回路４０１は、電流検知抵抗４０２ａ〜４０２ｃに従って駆動ＦＥＴ４０３にフィードバック制御を掛ける。このフィードバック制御は、人間の目では照度の変化が感知できないように、高い周波数で実行される。また、定電流回路４０１は、車速をモニタリングし、車速が３０ｋｍ／ｈ以上のときにはデューティ比を例えば１００％とし、３０ｋｍ／ｈ未満のときにはデューティ比を例えば６０％に下げる。すなわち、車速が３０ｋｍ／ｈ未満のときには遠方用ＬＥＤユニット１０５ａに流す電流を少なくする。

図５は、本実施例に係る電流制御の効果を説明するためにグラフであり、横軸はＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａ及びジャンクション温度Ｔ_ｊ、縦軸はＬＥＤ順電流Ｉ_ｆである。Ｔ_ｍａｘ及びＩ_ｍａｘで囲まれた斜線領域は、ことさら光出力を低下させず、またＬＥＤ自体を劣化させずに使用できる推奨使用領域である。

このグラフは以下のように読む。ＬＥＤジャンクション温度Ｔ_ｊは、電流を流していない状態での雰囲気温度Ｔ_ａに、流した順電流Ｉ_ｆの大きさに応じて発生する温度上昇分を加えたものである。ここで、前照灯はエンジンルームの前に備えられることから、車速が３０ｋｍ／ｈ未満で空気流による空冷効果が実質的に得られない（上述）とき、ＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａ≒エンジンルーム内温度である。

点Ａは、ＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａがＴ_１のときに電流Ｉ_１を流すことを示しており、このＬＥＤ順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_１を流したことによりジャンクション温度Ｔ_ｊ＝Ｔ_２となる。すなわち、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_１を流したことによる温度上昇は、（Ｔ_２−Ｔ_１）である。この順電流Ｉ_ｆに比例して上昇する温度は、ＬＥＤの放熱特性により固有に決まっているため、初期温度ともいうべき雰囲気温度Ｔ_ａの大きさによらず傾き一定である。ここで、Ｔ_２＜Ｔ_ｍａｘであるため、点Ａで作動させた場合、ＬＥＤには出力低下も劣化も生じない。

次に、車速が３０ｋｍ／ｈを下回り、走行流による空冷効果が大幅に低減し、ＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａがＴ_１からＴ_３に上がったものとする。ＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａ＝Ｔ_３となっても依然としてＬＥＤ順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_１が維持されるものとすれば、すなわち点Ｂで作動させるものとすれば、ジャンクション温度Ｔ_ｊ＝Ｔ_４＞Ｔ_ｍａｘとなり、光出力の低下が著しくなり、また、素子の劣化を生じる。ここで、点Ａ及びＢでは順電流Ｉ_ｆの値がＩ_１で等しいため、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆの大きさに比例した温度上昇幅は等しい。すなわち、（Ｔ_４−Ｔ_３）＝（Ｔ_２−Ｔ_１）である。

しかしながら、本実施例では、このようにジャンクション温度Ｔ_ｊがＴ_ｍａｘを越える状況が発生しないように、車速が３０ｋｍ／ｈを下回った場合にはＬＥＤ順電流Ｉ_ｆを減らすため、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆに比例した温度上昇を制限することができる。ここでは、車速が３０ｋｍ／ｈを下回ると、定電流制御部１０２がＬＥＤ順電流Ｉ_ｆをＩ_１からＩ_２に下げるものとする。すると、ＬＥＤ雰囲気温度Ｔ_ａ＝Ｔ_３となっても、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_２であるため、すなわち点Ｃで作動されるため、ＬＥＤ順電流Ｉ_ｆ＝Ｉ_２の大きさに比例した温度上昇（Ｔ_５−Ｔ_３）がＩ_ｆ＝Ｉ_１の場合に比して小さく、ジャンクション温度Ｔ_ｊ＝Ｔ_５となり、ＬＥＤをＴ_ｍａｘ以下の温度で使用することができる。

このように、本実施例によれば、遠方照射用に高輝度タイプのＬＥＤを用い、中距離・近傍照射用に高光束タイプのＬＥＤを用い、車速をモニタリングして３０ｋｍ／ｈ未満のときには遠方照射用の高輝度タイプＬＥＤへの供給電流を制限することによって、運転者に前照灯の照度が低下したという印象を与えずにＬＥＤジャンクション温度が規定の上限温度よりも高温になることを防止することができる。

なお、上記一実施例では、定電流制御回路をハードウェアのみで構成する場合について述べたが、本発明はこれに限られず、変形例として、マイクロプロセッサを設け、ソフトウェアで制御を実現してもよい。その場合の処理の流れを図６に、電流値を図７に示す。

図６に示すルーチンは、図７に示すような一定周期の割込パルスが入力されると開始される。割込パルスが入力されると、ＬＥＤユニット１０５ａへの電流供給を開始する（Ｓ６０１）。次いで、その時点での車速Ｖ_ｈが３０ｋｍ／ｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ６０２）。

その時点での車速が３０ｋｍ／ｈ以上であれば（Ｓ６０２の「ＹＥＳ」）、順電流Ｉ_ｆがＬＥＤユニット１０５ａに供給される期間が割込パルス入力から期間ＤＥＬ１経過時までと決定される（Ｓ６０３）。そして、期間ＤＥＬ１の経過が待機され（Ｓ６０４）、経過すると（Ｓ６０４の「ＹＥＳ」）、ＬＥＤユニット１０５ａへの電流供給を一旦終了する（Ｓ６０７）。

他方、その時点での車速が３０ｋｍ／ｈ未満であれば（Ｓ６０２の「ＮＯ」）、順電流Ｉ_ｆがＬＥＤユニット１０５ａに供給される期間が割込パルス入力から期間ＤＥＬ２経過時までと決定される（Ｓ６０５）。そして、期間ＤＥＬ２の経過が待機され（Ｓ６０６）、経過すると（Ｓ６０６の「ＹＥＳ」）、ＬＥＤユニット１０５ａへの電流供給を一旦終了する（Ｓ６０７）。

図７に示すように、ここではＤＥＬ１＞ＤＥＬ２であり、ＤＥＬ２の場合の方がＬＥＤユニット１０５ａに電流が供給される時間が短くなる。すなわち、車速が３０ｋｍ／ｈ未満の場合の方がデューティ比が小さくなる。

このように、マイクロプロセッサ処理による変形例によっても、上記一実施例と同様のデューティ比制御を実現することができる。

本発明は、ＬＥＤを利用した車両用前照灯装置に利用できる。ただし、既述のように、白色ＬＥＤにおいて特に効果が高い。また、前照灯以外にも、フォグランプ、ＤＲＬ、ナイトビジョンの金赤外投光器などにも利用できる。さらに、搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等も不問である。

本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の概略構成図である。本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の配光制御の設定を示すスクリーン照射状態図である。ＬＥＤを利用した車両用前照灯装置における車速とＬＥＤジャンクション温度との関係を示すグラフである。本発明の一実施例に係る車両用前照灯装置の定電流制御部の一構成例を示す図である。ＬＥＤを利用した車両用前照灯装置におけるＬＥＤ雰囲気温度及びＬＥＤジャンクション温度とＬＥＤ順電流値との関係を示すグラフである。本発明の別の一実施例に係る車両用前照灯装置の定電流制御部による電流制御処理の流れを示すフローチャートである。本発明の別の一実施例に係る車両用前照灯装置の定電流制御部により制御された電流値を示す図である。

符号の説明

１００車両用前照灯装置
１０１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０２、１０３定電流制御部
１０４ａ〜１０４ｅ、４０２ａ〜４０２ｃ抵抗
１０５ａ遠方照射用ＬＥＤユニット
１０５ｂ、１０５ｃ中距離照射用ＬＥＤユニット
１０５ｄ、１０５ｅ近傍拡散領域照射用ＬＥＤユニット
１０６断線検出部
４０１定電流回路
４０３駆動ＦＥＴ

Claims

車両前遠方を照射する第一の発光素子と少なくとも車両近傍を照射する第二の発光素子とを有する車両用前照灯装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
前記第一の発光素子及び前記第二の発光素子の両方が同時に点灯している状態で、前記車速検出手段により検出された車速が所定値未満のときに前記第一の発光素子への供給電流を減少させると共に、前記第二の発光素子への供給電流を前記車速検出手段により検出された車速から独立して制御する制御手段と、を有し、
前記第一の発光素子への供給電流は、前記第一の発光素子のジャンクション温度が所定温度を超えないように設定される車両用前照灯装置。
請求項１記載の車両用前照灯装置であって、
前記第一の発光素子は高輝度タイプのＬＥＤであり、前記第二の発光素子は高光束タイプのＬＥＤである、ことを特徴とする車両用前照灯装置。