JP6151591B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却ファンを備えた車両用灯具についての技術分野に関する。
特開2010−254099号公報 特開2010−153343号公報
車両用灯具として、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とするものがある。そして半導体光源の熱対策のためには放熱板(ヒートシンク)や冷却ファンが用いられている。
上記特許文献1には、冷却ファンの異常を検出した際に、半導体光源の駆動を停止させる技術が開示されている。また上記特許文献2には冷却用ファンの異常を確実に検出する技術が開示されている。
ところで放熱板は、半導体光源の発熱を拡散させ、半導体光源の温度上昇及びそれに伴う光出力の低下、さらには半導体光源の劣化、故障を防ぐために用いられる。さらに冷却ファンは、放熱板に風を送り、熱の拡散効果をさらに高める。従って冷却ファンを設けることで、放熱板を小型化し、車両用灯具の軽量化を図ることができる。
しかし冷却ファンを設けて放熱板を小型化した場合、万一冷却ファンの経時劣化や故障により、ファン回転速度が低下あるいは停止してしまうと、放熱板の熱拡散効果が低下し、半導体光源の発熱が大きくなり、最悪の場合は熱故障に至る。
そこで上記特許文献1では、冷却ファンの異常時には半導体光源を消灯することで、熱故障を回避できるようにしている。
ところが車両用灯具の場合、場合によっては、光源を消灯することが適切ではないこともある。例えば自動車の夜間の運転中に左右のヘッドライトの一方が冷却ファン異常によって消灯されると、運転者にとっては突然前方の光量が低下することになり運転の快適性を妨げる。
そこで本発明は、運転の快適性を考慮しつつ、半導体光源の熱故障も回避できるようにすることを目的とする。
発明に係る車両用灯具は、光源と、前記光源の冷却に用いられる冷却ファンと、前記光源を発光駆動する光源用電源部と、前記冷却ファンの回転異常検出を行うとともに、回転異常検出に応じて前記光源を減光させるように前記光源用電源部の出力を制御する制御部とを備える。
これにより冷却ファン異常時に減光によって光源の発熱を抑えつつ、できるだけ視認性を確保できる状態とする。
また前記制御部は、前記光源用電源部による前記光源に対する駆動電流の情報に応じて、前記冷却ファンの回転異常検出に用いる判定閾値を変更するとともに、前記変更は、駆動電流値が低いほど回転異常検出がされにくくなるようにする変更である。
光源用電源部が光源に供給する駆動電流は、例えば点灯モード(例えばロービーム、ハイビーム、DRL(Daytime Running Lamps)のモード)などにより変化される場合がある。駆動電流が小さい場合と大きい場合では、冷却ファンに求められる冷却能力(回転数に応じた送風能力)も増減する。そこで駆動電流の情報に応じて回転異常検出の判定閾値を変更する。
記した本発明に係る車両用灯具においては、前記制御部は、前記冷却ファンの回転異常を検出した際に、前記冷却ファンの回転速度に応じた減光量となるように、前記光源用電源部の出力を制御することが望ましい。
つまり冷却ファンの冷却能力の低下度合いに応じて光源の発光光量を設定する。
記した本発明に係る車両用灯具においては、前記制御部は、前記冷却ファンの回転異常を検出した際に、前記光源が徐々に減光されるように前記光源用電源部の出力を制御する。
これにより急激に光量が低下することを避ける。
記した本発明に係る車両用灯具においては、前記制御部は、前記冷却ファンからの回転速度信号に基づいて回転異常検出を行うとともに、正常回転速度を示す代用回転速度信号を発生させており、前記回転速度信号の入力が所定の原因で途絶えた際には、前記代用回転速度信号を用いて回転異常検出を行うことで回転異常とは検出しないことが望ましい。
例えば回転速度信号線の断線や配線外れを原因として回転速度信号が得られない場合や、所定の制御により冷却ファン停止させたことが原因となって回転速度信号が得られない場合などは、冷却ファン異常としないことで、不必要な減光が実行される事態を避ける。
記した本発明に係る車両用灯具においては、前記制御部は、前記冷却ファンからの回転速度信号に基づいて回転異常検出を行うとともに、前記冷却ファンの起動時からの所定期間は、前記回転速度信号に基づく回転異常検出を行わないマスク期間とし、前記マスク期間以外に、前記回転速度信号において回転異常に相当する状態が所定時間継続した場合に、回転異常であると検出することが望ましい。
冷却ファンの起動時からの所定期間をマスク期間とすることで、例えば温度状況などによる冷却ファンの起動時の回転が安定するまでの期間の変動によって回転異常が検出されてしまうことを防止する。また回転異常に相当する状態が所定時間継続した場合に回転異常とすることで、一時的な回転数減少等の事象で回転異常が検出されることを防止する。
記した本発明に係る車両用灯具においては、前記制御部は、温度情報に応じて、前記冷却ファンの回転異常検出に用いる判定閾値を変更することが望ましい。
環境温度に応じて冷却ファンの回転数が変動することや、環境温度によって冷却ファンに求められる冷却能力(回転数に応じた送風能力)も増減する。そこで温度情報に応じて回転異常検出の判定閾値を変更する。
本発明によれば、冷却ファン回転異常時において、光源の発熱を抑えて光源の熱故障を防止するとともに、消灯しないことで視界の光量低下を抑えることができる。
本発明の第1の実施の形態の車両用灯具のブロック図である。 第1の実施の形態のファン異常検出部の回路図である。 第1の実施の形態のファン異常検出部の動作波形図である。 第1の実施の形態の出力制御の例の説明図である。 第1の実施の形態の積分処理の説明図である。 第2の実施の形態のブロック図である。 第2の実施の形態の制御電圧生成回路のブロック図である。 第2の実施の形態の制御電圧の説明図である。 第2の実施の形態の制御電圧生成回路の動作波形図である。 第3の実施の形態のファン異常検出部のブロック図である。 第4の実施の形態のファン異常検出部のブロック図である。 第4の実施の形態のファン異常検出部の閾値変更の説明図である。 第5の実施の形態のファン異常検出部のブロック図である。 第5の実施の形態のファン異常検出部の閾値変更の説明図である。 第5の実施の形態の変形例のファン異常検出部のブロック図である。 第5の実施の形態の変形例のファン異常検出部の閾値変更の説明図である。 第6の実施の形態のブロック図である。
以下、実施の形態の車両用灯具100について図面を参照しながら説明する。
<1.第1の実施の形態>
図1は第1の実施の形態の車両用灯具100のブロック図である、この車両用灯具100は、点灯回路部1、光源部2、ヒートシンク3、冷却ファン4を有する。なお図では車載バッテリー6、点灯スイッチ7、ファン駆動スイッチ8も併せて示している。
光源部2は例えば1又は複数のLEDを光源として発光を行う。
光源部2の熱対策として、図では破線で模式的に示すようにヒートシンク3が取り付けられており、光源部2で発生する熱の放熱が行われる。
また同じく光源部2の熱対策として、冷却ファン4が設けられ、ヒートシンク3に対して送風することで、放熱効率が向上するようにしている。
この車両用灯具100では、点灯スイッチ7がオンとされることで車載バッテリー6からの直流電圧を用いて点灯回路部1が光源部2に発光駆動電流を流し、光源部2を発光動作させる。また、少なくとも光源部2の発光動作時には冷却ファン4が回転駆動される。即ち光源部2の発光動作に伴ってファン駆動スイッチ8がオンとされることで、車載バッテリー6からの直流電圧を用いて点灯回路部1が冷却ファン4にファンモータの回転駆動電流を供給する。
このような動作を行う点灯回路部1としては、光源用電源部10、制御部11、ファン用電源部12が設けられる。
光源用電源部10は、例えばスイッチングレギュレータとしてのDC−DCコンバータにより形成される。光源用電源部10の入力側は端子31、32を介して車載バッテリー6の正極と負極(グランド)に接続される。また光源用電源部10の出力側は端子33,34を介して光源部2を構成する1又は複数のLEDのアノード端、カソード端と接続される。即ち光源用電源部10は、端子31、32間の直流電圧を昇圧又は降圧して光源部2の発光駆動のための出力電圧を生成し、端子33,34間に出力する。
なお抵抗Rsは出力電流検出用の抵抗である。
制御部11は、光源用電源部10のスイッチング動作の制御を行う。さらに本実施の形態の場合、制御部11は、冷却ファン4の異常検出を行うとともに、異常検出に応じて光源部2の光量を減光させるように光源用電源部10の出力を制御する。
このため制御部11には、ファン異常検出部21と出力制御部22が設けられる。
ファン異常検出部21は、端子39を介して冷却ファン4の回転速度信号SFGを入力する。回転速度信号SFGとは例えばファンモータに取り付けられているFG(Frequency Generator)からの信号である。そしてファン異常検出部21は後述するように回転速度信号SFGに基づいて、冷却ファン4の回転動作が異常状態か否かの検出を行い、冷却ファン4の回転の正常/異常を示す異常検出信号Sdetを出力制御部22に出力する。なお回転速度信号SFGは、冷却ファン4の回転に同期してH/Lが切り替わる信号としており、この回転速度信号SFGは配線Lfgを介してファン異常検出部21に供給される。
また、ファン異常検出部21は、冷却ファン4の回転の異常を検出した場合は、端子40から異常報知信号SEを出力する。例えば異常報知信号SEを図示しない電子コントロールユニット(ECU:electronic control unit)に対して出力する。
出力制御部22は、光源用電源部10の出力電流の安定化のため、電流検出抵抗Rsの両端電圧で出力電流検出を行い、検出された電流に応じてスイッチングレギュレータとしての光源用電源部10のスイッチ素子のオン/オフ制御を行う。即ちスイッチ素子のオン/オフ制御信号のデューティ制御を行う。さらに異常検出信号Sdetによりファン回転異常が検出されたときには、光源部2の発光光量を減光させるように光源用電源部10の出力を制御する。例えば光源用電源部10からの発光駆動電流量を低下させたり、あるいはパルス発光の場合、パルスデューティやスイッチング周波数を制御して平均発光駆動電流を低下させるなどの処理を行う。
ファン用電源部12は、ファン駆動スイッチ8がオンの状態において、その入力側は端子35、36を介して車載バッテリー6の正極と負極(グランド)に接続される。またファン用電源部12の出力側は端子37,38を介して冷却ファン4と接続される。即ちファン用電源部12は、端子35、36間の直流電圧からファンモータの駆動電圧を生成し、冷却ファン4の回転駆動を行う。
なお、ファン用電源部12に対する電力は、上述のECUから供給される構成を採る場合もある。また電力が点灯スイッチ7の出力から供給される場合、つまり点灯スイッチ7がファン駆動スイッチ8を兼ね、光源用電源部10への電力供給と同期してファン用電源部12にも電力供給が行われる構成を採る場合もある。
図2,図3により、ファン異常検出部21の具体例を示す。図2はファン異常検出部21のブロック図、図3は図2の各部の波形図である。
図2に示すようにファン異常検出部21は、主に、破線で囲った部分としての回転数検出回路50とフィルタ58とを有する。回転数検出回路50は、例えばDフリップフロップ51、52、56、NORゲート53、カウンタ55、ORゲート54、57を備えた構成とされる。この場合、回転数検出回路50は、上述の回転速度信号SFGからファン回転数を検出して、ファン回転数が所定回転数以下となったことを示す信号S4を出力する。フィルタ58は信号S4について継続性判定の処理を行って異常検出信号Sdetを出力する。
回転速度信号SFGは、端子61からDフリップフロップ51のD端子、及びNORゲート53に入力される。
また図示しないクロック生成回路では、クロックCK1,CK2が生成される。そして所定周波数のクロックCK1が、端子60から入力され、抵抗R1を介してDフリップフロップ51のD端子、及びNORゲート53に入力される。
またクロックCK2が、端子59から入力され、Dフリップフロップ51、52のCK端子に供給されてラッチクロックとして用いられるとともに、ORゲート54を介してカウンタ55のCK端子に入力され、カウントクロックとして用いられる。
クロックCK2は、例えば数KHz〜数10KHzなどの周波数のクロックとされる一方、クロックCK1は、冷却ファン4の正常回転速度に対応する周波数とされる。
ここでまず、回転速度信号SFGとクロックCK1とがDフリップフロップ51に入力されることについて述べておく。図示しないクロック生成回路で生成されるクロックCK1は代用回転速度信号として機能する。
図3に回転速度信号SFG及びクロックCK1の各波形を例示している。なお、期間T1は、冷却ファン4の回転速度が正常範囲と判定されている期間であり、期間T2は異常と判定されることになる期間である。
今、例えば冷却ファン4が正常に回転しているとき(期間T1)の回転速度信号SFGが120Hzの信号とされているとする。そしてあくまで説明上の一例であるが、例えば回転速度信号SFGが30Hz以下となったら回転異常と判定するものとする。
一方、クロックCK1はあくまで正常回転速度に対応する周波数とされ、例えば120Hzの固定周波数の信号とされる。
従って、正常回転時には、回転速度信号SFGとクロックCK1は、例えば共に120Hzの信号とされる。冷却ファン4の回転動作に何らかの支障が生じて回転速度が低下すると、回転速度信号SFGの周波数は低下していくが、クロックCK1は変化しない。
そしてこのような回転速度信号SFGとクロックCK1がともにDフリップフロップ51及びNORゲート53に入力される。
但し抵抗R1は高抵抗とされている。これにより、正常回転時も、あるいは回転速度信号SFGが低周波数となる異常回転時も、Dフリップフロップ51及びNORゲート53においてクロックCK1より回転速度信号SFGが優先され、クロックCK1は無視される状態となる。
一方、回転速度信号SFGは図1に示した配線Lfgにより供給されるが、配線Lfgが断線したり、あるいはコネクタ部分で配線Lfgが端子39から外れてしまっているような場合は、端子39側がハイインピーダンス状態となるため、Dフリップフロップ51及びNORゲート53においてクロックCK1が入力される。つまり、正常状態の回転速度信号SFGの代用としてクロックCK1が用いられる。
このように、配線Lfgの断線あるいはコネクタ外れとしての配線障害が原因で回転速度信号SFGが供給されない場合、異常検出のための入力にクロックCK1が代用され、しかもこのクロックCK1が正常回転速度に相当する周波数とされていることで、図2のファン異常検出部21が冷却ファン4の回転異常を検出してしまうことがないようにしている。
続いて以下では、上記の配線障害が発生していないことを前提に、図2の回路構成における回転速度信号SFGの入力に応じた動作を述べていく。
Dフリップフロップ51では、D入力の回転速度信号SFGをクロックCK2のタイミングでラッチし、Q出力とする。このQ出力がDフリップフロップ52のD入力となる。Dフリップフロップ52では、D入力をクロックCK2のタイミングでラッチし、その反転信号を反転Q出力(Q ̄出力)とする。従ってQ ̄出力は、回転速度信号SFGをクロックCK2周期で遅延させ、かつ反転した信号となる。
このQ ̄出力と回転速度信号SFGがNORゲート53に入力されるため、NORゲート53の出力である信号S1は、図3に示すように回転速度信号SFGの立ち下がりエッジ検出信号となる。
NORゲート53からの信号S1は、カウンタ55のリセット端子RSTに入力されるとともに、Dフリップフロップ56のCK端子に供給されてラッチクロックとして用いられる。なお図2には、信号S1が出力される端子63を示しているが、これは後述の第2の実施の形態で用いられる構成である。
カウンタ55は、CK端子にORゲート54を介してクロックCK2が入力される。従って信号S1のタイミングでカウント値がリセットされながら、クロックCK2をカウントしていく動作を行う。そしてカウント値が所定値となったら、Qn端子から信号S2を出力する。
図3にカウント値CT−N、信号S2を示している。図のカウント値CT−Nは、縦軸をカウント値として、カウントアップされていく様子を示している。
ファン回転が正常な期間T1では、カウント値が所定値N1に達する前に信号S1によりリセットされるため、Qn端子からの信号S2はLレベルの状態を継続する。
ところが、ファン回転速度が低下していくと、信号S1がHとなるインターバルが長くなっていくため、リセット直前のカウント値は高くなっていく。
回転異常と判定される期間T2では、カウント値CT−Nが所定値N1に達してもリセットがかからない状態となる。これに応じて、信号S2がHレベルとなる。
つまり、所定時間t10以上、リセットがかからないこと、換言すれば、回転速度信号SFGが、所定時間t10に相当する周期となる或る特定の周波数以下に低下したことで、信号S2がHレベルとなる。
なお、ORゲート54の他方の入力は信号S2となるため、信号S2がHレベルとなっている時点は、カウンタ55のCK端子へのクロックCK2の入力はマスクされ、カウント値は所定値N1を維持する。その後、信号S1によってリセットされることで、信号S2はLレベルとなると共に、クロックCK2のカウントが再開される。
カウンタ55からの信号S2は、Dフリップフロップ56のD端子に入力され、またORゲート57に供給される。
Dフリップフロップ56はCK端子に信号S1が入力されるため、カウンタ55のリセットタイミングに信号S2をラッチするものとなる。従ってDフリップフロップ56のQ出力としての信号S3は図3に示すようになる。この信号S3もORゲート57に供給される。
従ってORゲート57から出力される信号S4は、図3に示すように信号S2,S3の論理和となる。
結局、信号S4は、回転速度信号SFGの周波数が、ファン回転異常と判断される周波数となったことを検出した信号となる。但し、一時的に回転速度信号SFGの周波数が低下した場合などに、異常判定することを避けるため、フィルタ58を介して異常検出信号Sdetを生成している。
フィルタ58はカウンタで構成されたり、あるいはシフトレジスタを使用するなどの構成で、信号S4のHレベルがある程度長い時間継続した場合に、異常判定を示す異常検出信号Sdetを出力するものとされている。例えばカウンタにより信号S4のHレベルの継続時間をカウントする。そして図3のように所定時間t11に達したら、異常検出信号SdetをHレベルとする。所定時間t11とは、例えば1秒〜60秒程度、もしくはそれ以上で或る適切な時間を設定すればよい。
ファン異常検出部21は、例えば以上のように異常検出信号Sdetを生成し、出力制御部22に出力する。
異常検出信号SdetがHレベルとなったら、出力制御部22は、ファン回転異常が発生したとして、光源部2を減光させるように光源用電源部10の出力を制御する。
出力制御部22の動作例を図4で説明する。図4は出力制御部22における出力安定化制御のための構成例を示している。
出力制御部22は、電流検出抵抗Rsの両端電圧差を電流検出アンプ70で検出し、電流値に応じた検出信号Vdとする。エラーアンプ71では、検出信号Vdと、基準電圧生成部72で生成された基準電圧信号Vrefとの差分をとり、エラー信号Veを得る。
エラー信号Veは、エラーコンパレータ73で、比較信号生成部74で生成された比較信号Vcpと比較される。比較信号Vcpは例えば鋸歯状波の信号とされる。このためエラーコンパレータ73からは、電流エラー量に応じたパルスデューティのスイッチング制御信号SSが得られる。このスイッチング制御信号SSで光源用電源部10(スイッチングレギュレータ)のスイッチ素子がオン/オフ制御されることで、出力電流の安定化が図られる。
出力制御部22が例えばこのような出力安定化構成を採る場合、次のような手法で異常検出に応じた減光制御を行うことができる。
まず、Hレベルの異常検出信号Sdetが入力されること応じて出力目標値を下げるということが考えられる。具体的には、基準電圧生成部72で生成される基準電圧信号Vrefを下げる。あるいは、比較信号生成部74で生成された比較信号Vcpにマイナスオフセットを与える。
また、Hレベルの異常検出信号Sdetに応じて検出値を上げてもよい。例えば検出信号Vdにオフセットを与える。もしくはエラー信号Veにオフセットを与える。
以上の手法は、光源用電源部10の出力電流をDC的に低下させる例であるが、PWM(Pulse Width Modulation)駆動の場合に、平均電流を低下させるようにしてもよい。
例えば光源用電源部10の出力電圧をPWM制御し、光源部2のLEDに一定の駆動電流を断続的に流して高速点滅させる動作の場合、点灯期間と消灯期間を決めるPWM信号のデューティを変化させることで、減光させることもできる。これによってもHレベルの異常検出信号Sdetに応じての減光制御が実現される。
本実施の形態では以上のように、ファン異常検出部21と出力制御部22を備える制御部11が、冷却ファン4の回転異常検出を行うとともに、回転異常検出に応じて光源部2を減光させるように光源用電源部10の出力を制御している。
従って、冷却ファン4の回転速度が低下した異常時に、減光によって光源の発熱を抑え、熱破壊等を防止する。そして光源部2については、減光であって、消灯はさせないことで、運転者の視界光量が急激に大きく落ちるような事態を生じさせず、視認性の変動を少なくできる。即ち運転者の運転の快適性を考慮した発光制御が実現されることになる。
また実施の形態では、上述のように配線Lfgの断線あるいはコネクタ外れとしての配線障害で回転速度信号SFGが供給されなくなった場合、代用回転速度信号としてのクロックCK1が用いられることで、異常検出信号SdetがHレベルとはならない。つまり減光制御されない。
即ち制御部11は、正常回転速度を示す代用回転速度信号を発生させており、回転速度信号の入力が配線障害の原因で途絶えた際には、代用回転速度信号を用いて回転異常検出を行うことで回転異常とは検出しないことで、ファン回転異常ではなく配線障害に起因して減光されてしまうことを回避する。これはできるだけ視界光量が低下する事態を防ぎ、運転快適性を維持するための処理となり、車両用灯具として好適である。
ところで、第1の実施の形態の変形例として、ファン異常検出部21は、図5に示すように異常検出信号Sdetを積分回路80に供給し、図5下段に示すように時間軸方向に積分された異常検出信号Sdet’を生成して、これを出力制御部22に供給してもよい。積分回路80は抵抗とコンデンサで実現できる一般的な回路でよい。
そして出力制御部22は異常検出信号Sdet’を用いて図4で説明したような減光制御を行う。例えばこれにより、異常検出時に、光源部2が徐々に所定のレベルまで減光されていくように光源用電源部の出力を制御することが可能となる。
あくまで減光であっても、急に光量を下げると運転者が困惑することがあるため、減光レベルまで徐々に光量を下げていくようにすることは、運転中に運転者に違和感を与えず、運転快適性の維持に適切である。
また図1でファン異常検出部21は異常報知信号SEを出力すると述べたが、異常報知信号SEは、異常検出信号Sdetをそのまま用いてもよいし、あるいは他の異常報知と併せて加工した信号としてもよい。
また図2の構成の場合、いったん異常検出信号SdetがHレベル(オン)となっても、その後冷却ファン4の回転速度が正常に戻ると、異常検出信号SdetはLレベル(オフ)となる。従って冷却ファン4の回転速度が正常状態に復帰したら、光源部2は減光状態から通常発光状態に戻る。
但し制御部11は、異常検出信号Sdetがオン(異常検知)となったら、当該異常検出信号Sdetをラッチして、以降は異常として減光させる状態を継続させるようにしてもよい。
<2.第2の実施の形態>
第2の実施の形態を図6〜図9を参照して説明する。
図6は第2の実施の形態の点灯回路部1を示している。他の構成は図1と同様とする。また点灯回路部1内でも、図1と同様の部位には同一符号を付して説明を省略する。
この図6の点灯回路部1は、制御部11のファン異常検出部21において、検出回路21a、制御電圧生成回路21bを有する。
検出回路21aの回路構成例は図2と同様である。つまり図2に示した第1の実施の形態のファン異常検出部21全体を、ここでは「検出回路21a」としている。但し検出回路21aは、図2で述べた端子63を有し、NORゲート53からの信号S1を制御電圧生成回路21bに出力する。また図2、図3で説明した動作により、異常検出信号Sdetを生成し、制御電圧生成回路21bに出力する。
図7に制御電圧生成回路21bの例を示す。また図9に各部の動作波形を示す。
制御電圧生成回路21bは、制御電圧Svとして、異常検出時に、冷却ファン4の回転速度に応じた減光量となるように光源用電源部10の出力を制御する信号を生成する回路である。
制御電圧生成回路21bの端子77には、検出回路21aからの信号S1が供給され、ORゲート70に入力される。また端子78には検出回路21aからの異常検出信号Sdetが供給され、インバータ71で反転されてORゲート70に入力される。
図9に信号S1、異常検出信号Sdet、ORゲート70の出力としての信号S5を示している。なお図3と同様に期間T1は冷却ファン4が正常範囲の回転速度で回転している期間で、期間T2は異常回転となっている期間である。
期間T1では、回転速度信号SFGのエッジ検出信号である信号S1が短いインターバルでHレベルとなる。冷却ファン4の回転速度が低下していくと信号S1のHレベルのインターバルが長くなっていき、ある程度以上となると異常検出信号SdetがHレベルとなって異常検出がなされることは先に述べたとおりである。
インバータ71で反転された異常検出信号Sdetと信号S1の論理和出力である信号S5は、図示のように、正常回転の期間T1では継続してHレベル、異常状態の期間T2では、その回転速度に応じたインターバルでHレベルとなる。
信号S5はカウンタ72のリセット端子RST及びスイッチ素子75(FET:Field Effect Transistor)のゲートに供給される。
カウンタ72は端子CKに計数用のクロックCK3が入力され、カウント値Qn〜Qn−mを出力する。そしてカウンタ72は信号S5でリセットされるため、期間T1では、常時リセットの状態で、カウント値は0のままとなるが、異常検出されている期間T2では、冷却ファン4の回転速度に応じた期間(信号S5のHレベル発生のインターバル)においてカウントアップが行われる。
そしてカウント値Qn〜Qn−mは、それぞれインバータ群73で反転されてD/A変換器74でアナログ電圧に変換され、信号S6として出力される。
従って信号S6は、図9に示すように、カウント値が0のときに最大電圧値となり、カウント値が進むほど電圧値が低下する信号となる。
この信号S6は抵抗R2、コンデンサC2で安定化され、スイッチ素子75のソース・ドレイン間を介してコンデンサC1の一端に供給される。スイッチ素子75とコンデンサC1でサンプルホールド回路が形成される。サンプルホールドされた電圧値は出力アンプ76を介して制御電圧信号Svとして端子80から出力制御部22に出力される。
スイッチ素子75は信号S5によってオンされる。つまり信号S5がHレベルとなった際に信号S6のサンプリングが行われ、コンデンサC1によりホールドされる。
このため制御電圧信号Svは図9に示すようになる。つまり正常な期間T1では、或る所定の電圧V1となるが、異常状態では冷却ファン4の回転速度が低下するほど、低い電圧値(V2,V3,V4)となる。
図8に冷却ファン4の回転速度と制御電圧信号Svの関係を示している。
このように制御電圧生成回路21bは、冷却ファン4の異常検出の際に、冷却ファン4の回転速度が低下することに応じて低下する制御電圧信号Svを生成して、出力制御部22に供給する。
出力制御部22は、この制御電圧信号Svを用いて、光源部2の発光動作が、冷却ファン4の回転速度に応じた減光量となるように、光源用電源部10の出力を制御する。
先に第1の実施の形態において図4で、出力制御部22による出力制御の手法を述べたが、この場合も同様な例が考えられる。
出力制御部22が例えば図4のような出力安定化構成を採る場合、この出力制御部22に対して制御電圧信号Svを供給する。そして出力制御部22は、制御電圧信号Svに応じて出力目標値を下げるということが考えられる。例えば制御電圧信号Sv自体、もしくは制御電圧信号Svを係数乗算した電圧値を、エラーアンプ71へ供給する基準電圧信号Vrefとすればよい。あるいは、比較信号生成部74で比較信号Vcpに与えるオフセットとして制御電圧信号Svを用いる。
また、制御電圧信号Svに応じて検出値を上げてもよい。例えば検出信号Vd、もしくはエラー信号Veに、制御電圧信号Svを加算する。
これらの手法で、異常検出時に光源用電源部10の出力電流をDC的に低下させ、冷却ファン4の回転速度に応じた減光量とすることができる。つまり冷却ファン4の回転速度が遅くなるほど発光駆動電流を低下させて光源部2の減光量を大きく(発光量を低く)することができる。
また光源用電源部10の出力電圧をPWM制御し、光源部2のLEDに一定の駆動電流を断続的に流して高速点滅させる動作の場合、点灯期間と消灯期間を決めるPWM信号のデューティを、制御電圧信号Svに応じて変化させることで、冷却ファン4の回転速度に応じた減光量とすることもできる。つまり冷却ファン4の回転速度が遅くなるほど発光駆動電流を平均的に低下させて光源部2の減光量を大きく(発光量を低く)することができる。
以上のように第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果が得られることに加え、特に異常検出時に冷却ファン4の回転速度に応じた減光を行うことで、なるべく異常検出時の光量低下を少なくすると共に、光源部2の発熱による障害を防止できる程度に減光させ、熱故障等を防ぐことができる。これにより、より運転者の運転の快適性に適した動作となる。
なお第2の実施の形態の変形例として、ファン異常検出部21は、制御電圧生成回路21bで生成した制御電圧信号Svを積分回路で積分して出力制御部22に供給してもよい。あるいは、図9の信号S6を制御電圧信号Svとして出力制御部22に供給してもよい。
出力制御部22はこのような制御電圧信号Svを用いて上述のような減光制御を行うと、異常検出時に、光源部2が徐々に所定のレベルまで減光されていくように光源用電源部の出力を制御することが可能となる。これによって減光レベルまで徐々に光量を下げていくようにされ、運転中に運転者に違和感を与えず、より運転快適性に配慮したものとなる。
<3.第3の実施の形態>
第3の実施の形態を図10で説明する。この第3の実施の形態は、ファン異常検出において、正常な状態をファン異常と誤判定したり、或いは一時的な回転数低下で異常判定がなされることを防止するものである。
図10では例えば図1のファン異常検出部21と同様の構成として回転数検出回路50及びフィルタ58を示している。
回転数検出回路50は例えば図2で説明した構成で、冷却ファン4の回転速度低下に応じてHレベルとなる信号S4を出力する。但しリセット端子RSTに入力されるマスク信号MKがHレベルの期間は、回転速度信号SFGに基づく異常検出動作がマスクされ、そのマスク期間には信号S4は常にLレベル出力となる。なお、この構成は、例えば図2において信号S1とマスク信号MKがオアゲートを介してカウンタ55のリセット端子RSTに供給される構成とすることで実現できる。
マスク信号MKは、例えば冷却ファン4の起動から所定期間(例えば2分間)だけHレベルとされる。それ以降はマスク信号MKはLレベルとされ、従って回転数検出回路50では回転速度信号SFGに基づく異常判定が行われる。このため冷却ファン4の回転速度が或る判定閾値以下となることで、信号S4のHレベル出力がなされる。
フィルタ58は例えばクロックCK4を用いて信号S4のHレベル期間を計測し、Hレベル期間が所定時間継続した場合にHレベルとなる異常検出信号Sdetを出力する。クロックCK4としては図2のクロックCK2を用いてもよいし他の周波数のクロックとしてもよい。
このように図10のファン異常検出部21は、回転速度信号SFGに基づいて回転異常検出を行うが、冷却ファン4の起動時からの所定期間は、回転速度信号SFGに基づく回転異常検出を行わないマスク期間としている。例えば冷却ファン4は、ファンモータを構成するフェライト磁石の温度特性や、温度によるオイルの粘度の変化などにより、起動から安定回転までの時間は変化する。特に極低温状態では、安定回転速度に達するまでの時間はかなり長くなる(例えば1分以上など)。そこで、冷却ファン4の回転の立ち上がり期間を考慮してマスク信号MKでマスク期間を設定する。これにより起動直後であって回転速度がまだ判定閾値に達していない時点で異常検出が行われてしまうことを回避する。なおこのため、マスク期間はいずれの温度環境でも、立ち上がり期間をカバーできる期間長とする。例えば2分間としておけば、−40℃前後の極低温状態で立ち上がり期間がかなり長くなっていてもカバーできる。
またフィルタ58では、回転速度信号SFGにおいて回転異常に相当する状態、つまり判定閾値以下の回転速度を示す状態として信号S4がHレベルとなった状態が所定時間継続した場合に、回転異常としてHレベルの異常検出信号Sdetを出力する。
このようなフィルタ58により、瞬間的に回転速度が判定閾値より低下したような場合に無闇に異常検出(Hレベルの異常検出信号Sdetの出力)が行われることを防止している。これによって異常/正常の頻繁な検出結果の変動を防止する。また確かに回転異常とされる場合に異常として検出することで、異常検出の信頼性を高めることができる。
フィルタ58による所定時間とは、例えば2秒〜6秒などの数秒程度としてもよいし1分〜2分などとしてもよい。
なお、フィルタ58による所定時間を例えば2分などとすれば、立ち上がり時のマスク期間としての機能も持つことになる。従って、マスク信号MKによるマスク期間を設けず、フィルタ58の機能のみで起動時の誤検出防止に対応することとしてもよい。但し、その場合、通常の動作時でも、冷却ファン4の回転数が低下或いは停止してしまっても、2分後にならないと異常検出されない。すると、2分間は光源部2に対する冷却効果が弱まる。この2分間の冷却機能低下は、場合によっては長すぎ、LED故障の恐れも生ずる。そこで、図10のように起動時の誤検出防止はマスク信号MKによるマスク期間により防止し、それ以外の期間は、フィルタ58で例えば4秒程度の継続時間判断を行って検出信頼性を向上させることが適切となる。
<4.第4の実施の形態>
第4の実施の形態を図11、図12で説明する。この場合、回転数検出回路50には、温度情報Tsが入力される構成とする。回転数検出回路50は、回転速度信号SFGから冷却ファン4の回転速度(回転数rpm)が所定の判定閾値以下となったことを検知したら信号S4をHレベルとする。フィルタ58は例えば信号S4のHレベルが4秒などの所定時間継続したら、回転異常が生じているとしてHレベルの異常検出信号Sdetを出力する。
なお温度情報Tsは、制御部11(図1参照)内に設けられた温度検出回路の検出情報であってもよいし、サーミスタ等を用いた制御部11外の温度検出回路で得られる検出情報でもよい。
この構成において回転数検出回路50は、温度情報Tsに応じて判定閾値を変化させる。
例えば図12のように判定閾値を、温度が0℃〜125℃の場合は回転数r3(rpm)、温度が−30℃〜0℃の場合は回転数r2(rpm)、温度が−40℃〜−30℃の場合は回転数r1(rpm)などとする。つまり低温環境下となるほど、判定閾値としての回転数を低くする。
なお判定閾値を低くすることは、図2で説明した構成においては、カウンタ55における所定値N1(図3参照)を高くすることに相当する。
低温環境化では、上述のフェライトの温度特性やオイル粘度の変化により、定常回転時の回転速度も低下する。さらに、そもそも低温時には、低温環境自体による冷却効果も得られるため冷却ファン4による冷却効果を高めなくてもよい。言い換えれば、低温時には回転数が低下して冷却ファン4の冷却効果が低下していても、これを異常として検出し光源部2への駆動電流を低減させる制御を行わなくてもよい場合が多い。
これらの事情から、低温時には、多少冷却ファン4の回転速度が落ちていても、それを異常として検出しないようにするとよい。そこで温度情報Tsに応じて判定閾値を変更する。これによって温度に適した回転異常検出が実行されるようにするとともに、不必要な異常検出が行われることを防止する。
<5.第5の実施の形態>
第5の実施の形態を図13、図14で説明する。この場合、回転数検出回路50には、駆動電流情報Isが入力される構成とする。回転数検出回路50は、回転速度信号SFGから冷却ファン4の回転速度(回転数rpm)が所定の判定閾値以下となったことを検知したら信号S4をHレベルとする。フィルタ58は例えば信号S4のHレベルが4秒などの所定時間継続したら、回転異常が生じているとしてHレベルの異常検出信号Sdetを出力する。
駆動電流情報Isは、制御部11が光源用電源部10に指示する駆動電流値の情報である。例えば制御部11は、ロービーム、ハイビーム、DRLとしての点灯モードによって光源用電源部10から異なる値の駆動電流を出力させるようにする。この場合、点灯モードの情報を駆動電流情報Isとしてもよい。
そして回転数検出回路50は、判定閾値を図14のように駆動電流情報Isに応じて変化させる。例えば駆動電流がDLR、ロービーム、ハイビームで0.7A、1.2A、2.0Aで変化されるとする。この場合に、例えば判定閾値は、DLR時は400rpm、ロービーム時は1000rpm、ハイビーム時は2000rpmなどに設定する。
駆動電流の高いときほど、光源部2の発熱量は大きくなる。従って、冷却ファン4の回転数はなるべく高く維持されていることが必要である。しかし駆動電流が低いDLR時などは、発熱量も少なく、冷却ファン4の能力もさほど必要としない。言い換えれば、冷却ファン4の回転数がある程度落ちていたとしても、それを回転異常として検出する必要性も低い。
そこで駆動電流情報Isによって、駆動電流値が高い時は判定閾値を高い回転数とし、駆動電流値が低い時は判定閾値を低い回転数とする。これによって、不必要に回転異常検出が行われないこと、及びそれによる異常検出の信頼性向上を実現させる。
図15,図16は第5の実施の形態の変形例を示している。これは回転速度信号SFGを電圧変換部65で電圧値に変換して回転数検出回路50Aに供給する構成である。
回転数検出回路50Aは、電圧値により冷却ファン4の回転数を検出し、冷却ファン4の回転速度が所定の判定閾値以下となったことを検知したら信号S4をHレベルとする。また回転数検出回路50Aは駆動電流情報Isに応じて、電圧値としての判定閾値の設定を変更する。他は図13と同様である。
図16に判定閾値の設定の一例を示す。例えば駆動電流がDLR、ロービーム、ハイビームで0.7A、1.2A、2.0Aで変化されるとする。判定閾値は、DLR時は0.4V(例えば400rpm相当の電圧値)、ロービーム時は1.0V(例えば1000rpm相当の電圧値)、ハイビーム時は2.0V(例えば2000rpm相当の電圧値)などに設定する。
この場合も、例えば点灯モードなどに応じて適切で信頼度の高い回転異常検出が可能となる。
なお第4の実施の形態の温度情報Tsと第5の実施の形態の駆動電流情報Isの両方を考慮して、判定閾値を変更するという例も考えられる。例えば各温度帯毎に、電流値に応じた判定閾値を設定するなどである。
<6.第6の実施の形態>
第6の実施の形態を説明する。この第6の実施の形態は冷却ファン4の回転を意図的に停止させる場合に、回転異常と誤判定することを防止する例である。
なお第1の実施の形態では、回転速度信号SFGの配線Lfgの配線障害の際には異常検出を行わない例を述べたが、この第6の実施の形態では、ファン回転停止制御を原因として回転速度信号SFGが途絶えた場合に異常検出を行わない例とし、駆動電源ライン、回転速度信号SFGラインについての断線、駆動電源ラインと回転速度信号ラインの短絡、或いは駆動電源ライン、回転速度信号ラインのグランドライン又はケースアースとの短絡が生じた各場合は、異常と判定する例としている。
図17では図1における制御部11内のファン異常検出部21の周辺、及びファン用電源部12、冷却ファン4を示している。
冷却ファン4の電源ラインとグランドラインは端子37,38を介してファン用電源部12に接続され、ファン駆動電源供給がなされる。
図1の例と異なりこの図17の例では、冷却ファン4からの回転速度信号SFGは、配線Lfg1が端子39Aに接続されてファン用電源部12に供給される。そして回転速度信号SFGは配線Lfg2によりファン用電源部12から制御部11に供給される構成を採っている。
制御部11においては、ファン異常検出部21は上述の各実施の形態と同様に回転数検出回路50とフィルタ58を有する。
また制御部11はパルス発生器59を備える。このパルス発生器59は代用回転速度信号としてのパルス信号P1を発生させる。パルス信号P1は、図3で説明した正常回転速度に対応する周波数のクロックCK1と同様の信号である。パルス信号P1は抵抗R10(例えば2MΩ)、及び抵抗R11(例えば10kΩ)を介して回転数検出回路50に供給され得る構成としている。
一方、回転速度信号SFGは、抵抗R3(例えば1kΩ)を介して配線Lfg2により抵抗R10,R11の接続点に供給され、抵抗R11を介して回転数検出回路50に供給される。抵抗R10が例えば2MΩという高抵抗であることで、基本的にはパルス信号P1ではなく回転速度信号SFGが回転数検出回路50に入力される。回転数検出回路50は回転速度信号SFGから冷却ファン4の回転速度が所定の判定閾値以下となったか否かを検知し、判定閾値以下となったら信号S4をHレベルとする。フィルタ58は例えば信号S4のHレベルが4秒などの所定時間継続したら、回転異常が生じているとしてHレベルの異常検出信号Sdetを出力する。
ファン用電源部12は電源IC95を備える。電源IC95のVin端子、GND端子にはファン駆動電源電圧が印加される。そして電源IC95は、ファン駆動電源電圧からファンモータの駆動電圧Voutを生成し、駆動電源ラインLd(端子37)に出力する。
またファン用電源部12はPNPトランジスタ96、NPNトランジスタ97、ダイオードD20、抵抗R3〜R7を有している。PNPトランジスタ97のエミッタは駆動電源ラインLdに接続され、コレクタはダイオードD20のアノードに接続され、ベースは抵抗R5を介して端子39A(配線Lfg1)に接続されている。抵抗R4は端子37,39A間に接続されている。
ダイオードD20のカソードは抵抗R6(例えば10kΩ)を介してNPNトランジスタ97のコレクタに接続される。NPNトランジスタ97のエミッタは接地され、ベースは抵抗R7を介して端子41に接続されている。ダイオードD20と抵抗R6の接続点は、抵抗R3を介して配線Lfg2に接続されている。
端子41には、例えば図示しないECUからファン停止信号STfが供給される。なお例えばDRL点灯時に冷却ファン4を停止するような制御仕様の場合、DRL点灯モードの指示信号が用いられてファン停止信号STfが生成されてもよい。
ファン停止信号STfは電源IC95及びNPNトランジスタ97のベースに供給される。ファン停止信号STfはHレベルが「ファン駆動」、Lレベルが「ファン停止」を指示する信号である。ファン停止信号STf=Lとなると、電源IC95は駆動電圧Voutの出力を停止し、冷却ファン4の回転を停止させる。
このような構成により以下の各動作が実行される。
・冷却ファン4の回転駆動時
ファン停止信号STf=Hレベルであることで電源IC95が駆動電圧Voutを出力し、冷却ファン4を回転駆動する。この場合、PNPトランジスタ96とNPNトランジスタ97はオンとなる。配線Lfg1からの回転速度信号SFGは、PNPトランジスタ96、ダイオードD20、抵抗R3を介して配線Lfg2により制御部11に供給される。このときパルス発生器59側は抵抗R10によりハイインピーダンス状態となっているためパルス信号P1は有効とならず、配線Lfg2から供給された回転速度信号SFGが回転数検出回路50に入力される。従って、回転速度信号SFGに基づいて、冷却ファン4の正常/異常の検出が行われる。
・意図的に冷却ファン4の回転を停止させる場合
例えばDRL点灯といった発光駆動電流を減少させて点灯を行う場合は、光源部2の発熱が少なくなる為、冷却ファン4の回転を停止してもよい場合が想定される。そこでDRL点灯の場合、例えばECUがファン停止信号STfをLレベルとし、冷却ファン4の回転を停止させることとする。
この場合、ファン停止信号STf=Lレベルとなることをトリガに電源IC95が駆動電圧Voutの出力を停止する。冷却ファン4の回転停止により回転速度信号SFGも停止する。PNPトランジスタ96はオフとなる。またファン停止信号STfによりNPNトランジスタ97もオフとなる。すると、ファン異常検出部21側から見て、配線Lfg2はオープンとなるため、回転数検出回路50には、抵抗R10によりハイインピーダンスで接続されたパルス発生器59からのパルス信号P1が代用回転速度信号として入力される。パルス信号P1は正常回転速度に相当する周波数信号であるため、冷却ファン4が停止していても、ファン異常検出部21は異常との検出を行わない(異常検出信号Sdet=Hとはならない)ことになる。
・冷却ファン4の回転駆動時の短絡時、開放時
まず駆動電源ラインLdのグランド短絡時は、PNPトランジスタ96はオフとなる。一方NPNトランジスタ97はオンである。駆動電源ラインLdのグランド短絡により冷却ファン4は正常動作せず、回転速度信号SFGは異常となる。この場合、NPNトランジスタ97がオンであって、ファン異常検出部21からみて配線Lfg2側は抵抗R6を介してグランド接続されオープンとはなっていない。このため抵抗R10を介したパルス発生器59側はハイインピーダンスでパルス信号P1は有効な入力とならない。従って異常状態である回転速度信号SFGが回転数検出回路50に入力され、ファン異常検出部21によって異常検出(異常検出信号Sdet=H)がなされる。
駆動電源ラインLdと配線Lfg1の短絡時も同様である。さらに配線Lfg1とグランド短絡時も同様である。
また駆動電源ラインLd(端子37)、配線Lfg1(端子39A)、グランドライン(端子38)のいずれかが開放になった場合もPNPトランジスタ96はオフ、NPNトランジスタ97はオンであり、上記同様に、異常検出がなされる。
以上のように第6の実施の形態では、例えばDRL点灯といった発光駆動電流を減少させて点灯を行う場合は、光源部2の発熱が少なくなる為、冷却ファン4の回転を停止させる。冷却ファン4を停止させることで、冷却ファン4の長寿命化を図ることができる。
但しこの場合、冷却ファン4の停止により回転速度信号SFGも停止する。一方で、駆動電源ラインLdや回転速度信号SFGラインである配線Lfg1についての断線、短絡時も回転速度信号SFGはファン停止時と同様に発生しなくなる。これらの場合が区別できないと、短絡・断線時にファン故障の判断ができない。
そこで本実施の形態では、回転速度信号SFGが供給されない状況において、回転停止制御を原因とする場合は、パルス信号P1が代用されて異常検出が行われないようにし、短絡・断線時はパルス信号P1が代用されず、異常状態の回転速度信号SFGにより異常検出が行われるようにしている。これによって光源部2を点灯させているときでも制御上意図的に冷却ファン停止を実行する車両用灯具において正確な異常検出動作を実現できる。
以上、第1〜第6の実施の形態について説明したが、これらは一例であり、本発明の車両用灯具の具体的構成はさらに多様に考えられる。
1…点灯回路部、2…光源部、3…ヒートシンク、4…冷却ファン、6…車載バッテリー、10…光源用電源部、11…制御部、12…ファン用電源部、21…ファン異常検出部、21a…検出回路、21b…制御電圧生成回路、22…出力制御部、100…車両用灯具

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源の冷却に用いられる冷却ファンと、
    前記光源を発光駆動する光源用電源部と、
    前記冷却ファンの回転異常検出を行うとともに、回転異常検出に応じて前記光源を減光させるように前記光源用電源部の出力を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記光源用電源部による前記光源に対する駆動電流の情報に応じて、前記冷却ファンの回転異常検出に用いる判定閾値を変更するとともに、前記変更は、駆動電流値が低いほど回転異常検出がされにくくなるようにする変更である
    車両用灯具。
  2. 前記制御部は、前記冷却ファンの回転異常を検出した際に、前記冷却ファンの回転速度に応じた減光量となるように、前記光源用電源部の出力を制御する
    請求項1に記載の車両用灯具。
  3. 前記制御部は、前記冷却ファンの回転異常を検出した際に、前記光源が徐々に減光されるように前記光源用電源部の出力を制御する
    請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具。
  4. 前記制御部は、前記冷却ファンからの回転速度信号に基づいて回転異常検出を行うとともに、正常回転速度を示す代用回転速度信号を発生させており、前記回転速度信号の入力が所定の原因で途絶えた際には、前記代用回転速度信号を用いて回転異常検出を行うことで回転異常とは検出しない
    請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の車両用灯具。
  5. 前記制御部は、前記冷却ファンからの回転速度信号に基づいて回転異常検出を行うとともに、
    前記冷却ファンの起動時からの所定期間は、前記回転速度信号に基づく回転異常検出を行わないマスク期間とし、
    前記マスク期間以外に、前記回転速度信号において回転異常に相当する状態が所定時間継続した場合に、回転異常であると検出する
    請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の車両用灯具。
  6. 前記制御部は、温度情報に応じて、前記冷却ファンの回転異常検出に用いる判定閾値を変更する
    請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の車両用灯具。
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