JP6558854B2

JP6558854B2 - 冷却ファン制御装置

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Publication number: JP6558854B2
Application number: JP2016019964A
Authority: JP
Inventors: 文明古塩; 貴彦大兼; 正道石井; 航楠元
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: EP3412886A4; EP3412886A1; US20180347447A1; WO2017135258A1; JP2017137825A; EP3412886B1

Description

本発明は、冷却ファン制御装置に関する。

従来より、車両に搭載されるラジエータに対して冷却風を送風することで、ラジエータを冷却する冷却システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この冷却システムは、冷却風を送風する冷却ファンと、この冷却ファンを回転制御する冷却ファン制御装置とを備える。この冷却システムは、ＯＢＤ(On Board Diagnostics)の要求に対応するため、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が冷却システムの異常を判定するための信号として、冷却ファンの回転数を示す回転数信号を上位ＥＣＵに供給する。
図７は、従来の上位ＥＣＵ２０１の冷却システム２０２における異常を検出する方法を説明する図である。図７に示すように、冷却システム２０２は、冷却ファン制御装置２０３及び冷却ファン２０４を備える。そして、冷却ファン制御装置２０３と上位ＥＣＵ２０１とは、２つの信号線２０５、２０６で接続されている。

冷却ファン制御装置２０３は、上位ＥＣＵ２０１から信号線２０５を介して回転指令を取得する。例えば、回転指令は、目標とする回転数に応じてデューティを変化させた信号である。したがって、冷却ファン制御装置２０３は、回転指令に基づいた回転数になるように、冷却ファン２０４の回転数を制御する。また、冷却ファン制御装置２０３は、実際の冷却ファン２０４の回転数を示す回転数情報を信号線２０６を介して上位ＥＣＵ２０１に出力する。例えば、回転数信号は、実際の冷却ファン２０４の回転数に応じた周波数パルスの信号である。冷却ファン制御装置２０３は、冷却システム２０２内の異常を検出した場合には、信号線２０５、２０６にロウレベルの信号を出力する。これにより、上位ＥＣＵ２０１は、信号線２０６から供給される信号が回転数信号、又は信号線２０５がロウレベルの信号のいずれかを判定することで冷却システム２０２の異常の有無を判定している。

特開２００４−３５３４５７号公報

しかしながら、従来の冷却ファン制御装置２０３は、冷却ファン２０４が停止している場合には、回転数が０であるためロウレベルの信号を信号線２０６を介して上位ＥＣＵ２０１に供給する。このため、上位ＥＣＵ２０１は、信号線２０６から供給される信号だけでは、冷却ファン２０４が停止してる状態か、冷却システム２０２内に異常が発生した状態かのいずれかであるかの区別ができない。したがって、冷却ファン制御装置２０３は、冷却システム２０２内の異常を検出した場合には、信号線２０５と信号線２０６との両方にロウレベルの信号を出力する必要があった。これにより、上位ＥＣＵ２０１は、信号線２０５と信号線２０６との両方から供給される信号の信号レベルに基づいて、冷却システム２０２内の異常の有無を判定することになる。そのため、上位ＥＣＵ２０１による冷却システム２０２内の異常の有無の判定が複雑化する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、上位ＥＣＵによる冷却システム内の異常を容易に判定可能な冷却ファン制御装置を提供することである。

本発明の一態様は、上位の制御装置に対して第１の信号線と第２の信号線とを介して接続され、前記制御装置から前記第１の信号線を介して出力された回転指令に基づいて冷却ファンを回転制御する冷却ファン制御装置であって、前記冷却ファンを制御する機構における監視対象の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部により前記異常が検出されない場合には、前記冷却ファンの回転に応じた第１の信号を前記第２の信号線に出力し、前記異常検出部により前記異常が検出された場合には、前記第１の信号とは異なる第２の信号を前記第２の信号線に出力する出力部と、を備える冷却ファン制御装置である。

また、本発明の一態様は、上述の冷却ファン制御装置であって、前記第１の信号は、前記冷却ファンの回転数に応じた第１の周波数のパルス信号であり、前記第２の信号は、前記第１の周波数以外の第２の周波数のパルス信号である。

また、本発明の一態様は、上述の冷却ファン制御装置であって、前記第１の信号は、前記冷却ファンの回転数に応じた第１のデューティ比の信号であり、前記第２の信号は、前記第１のデューティ比以外の第２のデューティ比の信号である。

また、本発明の一態様は、上述の冷却ファン制御装置であって、前記出力部は、前記異常が検出されない場合において、前記冷却ファンが回転している場合には前記第１の信号を前記第２の信号線に出力し、前記冷却ファンが停止している場合には前記第１の信号と前記第２の信号との両方とは異なる第３の信号を前記第２の信号線に出力する。

また、本発明の一態様は、上述の冷却ファン制御装置であって、前記冷却ファンは、車両のラジエータ冷却用のファンである。

本発明によれば、上位ＥＣＵによる冷却システムの異常の有無を容易に判定可能な冷却ファン制御装置を提供することができる。

本実施形態における冷却ファン制御装置を備えた冷却システム１を示す概略構成の一例を示す図である。本実施形態における冷却ファン制御装置１０の概略構成の一例を示す図である。本実施形態におけるモータ駆動部１０１の概略構成の一例を示す図である。本実施形態における冷却ファン制御装置１０の処理のフローを説明する図である。従来の冷却ファン制御装置における第１の信号線Ｌ１、第２の信号線Ｌ２を経由する信号について、説明する図である。本実施形態における冷却ファン制御装置１０における第１の信号線Ｌ１、第２の信号線Ｌ２を経由する信号について、説明する図である。従来の上位ＥＣＵ２０１の冷却システム２０２における異常を検出する方法を説明する図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。

本実施形態の冷却ファン制御装置は、上位の制御装置に対して第１の信号線と第２の信号線とを介して接続され、その制御装置から第１の信号線を介して出力された回転指令に基づいて冷却ファンを回転制御する。そして、冷却ファン制御装置は、監視対象の異常を検出する検出部を備え、異常が検出されない場合には、冷却ファンの回転に応じた第１の信号を第２の信号線に出力する。一方、冷却ファン制御装置は、異常検出部により上記異常が検出された場合には、第１の信号とは異なる第２の信号を第２の信号線に出力する。これにより、上位の制御装置は、第２の信号線を介して供給される信号のみに基づいて監視対象の異常の有無を判定することができるため、従来と比較して容易に上記異常の有無を判定可能となる。以下に本実施形態における冷却ファン制御装置について、図を用いて説明する。

図１は、本実施形態における冷却ファン制御装置を備えた冷却システム１を示す概略構成の一例を示す図である。
図１に示すように、冷却システム１は、制御装置２０から供給される回転指令に基づいて、車両に搭載されるラジエータ３０に対して冷却風を送風することで、ラジエータ３０を冷却する。例えば、制御装置２０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。

冷却システム１は、冷却ファン制御装置１０、ファンモータ１１及び冷却ファン１２を備える。冷却ファン制御装置１０は、制御装置２０に対して第１の信号線Ｌ１と第２の信号線Ｌ２とを介して接続されている。

冷却ファン制御装置１０は、制御装置２０から第１の信号線Ｌ１を介して出力された回転指令に基づいてファンモータ１１（例えば、ブラシレスモータ）を回転制御する。これにより、ファンモータ１１が回転するため、冷却ファン１２が回転し、この冷却ファン１２の回転により発生する冷却風でラジエータ３０を冷却する。ここで、回転指令は、ファンモータ１１を回転させるための信号であって、予め設定された回転数でファンモータ１１を回転させる信号でもよいし、ファンモータ１１を回転させる回転数の目標値であるＤｕｔｙ比を示す信号であってもよい。例えば、回転指令がＤｕｔｙ比である場合には、冷却ファン制御装置１０は、第１の信号線Ｌ１を介して供給されたＤｕｔｙ比が示す目標回転数になるように、ファンモータ１１の回転数を制御する。本実施形態において、回転指令は、ファンモータ１１を回転させる回転数の目標値であるＤｕｔｙ比を示す信号である場合について、説明する。

また、冷却ファン制御装置１０は、制御装置２０から第１の信号線Ｌ１を介して出力された停止指令に基づいてファンモータ１１を回転制御を停止する。これにより、ファンモータ１１が回転を停止するため、冷却ファン１２も回転を停止する。したがって、冷却ファン１２の冷却風によるラジエータ３０の冷却を停止する。停止指令は、ファンモータ１１の回転を停止させるための信号であり、例えば、回転指令では用いられないＤｕｔｙ比である。例えば、回転指令では、５０％以上で且つ１００％未満のＤｕｔｙ比が使用され、停止指令では、０％以上で且つ５０％未満のＤｕｔｙ比が使用される。

また、冷却ファン制御装置１０は、冷却ファン１２を制御する機構における監視対象の異常を検出する機能を備え、その監視対象の異常を検出していない場合には、ファンモータ１１の回転に応じた第１の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。一方、冷却ファン制御装置１０は、監視対象の異常を検出した場合には、第１の信号とは異なる第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。以下に、本実施形態における冷却ファン制御装置１０について、詳細を説明する。

図２は、本実施形態における冷却ファン制御装置１０の概略構成の一例を示す図である。
冷却ファン制御装置１０は、モータ駆動部１０１、信号処理部１０２、記憶部１０３、異常検出部１０４及び出力部１０５を備える。
モータ駆動部１０１は、制御装置２０に対して第１の信号線を介して接続されている。モータ駆動部１０１は、第１の信号線Ｌ１から供給される回転指令に基づいて、ファンモータ１１を回転数を制御する。

図３は、本実施形態におけるモータ駆動部１０１の概略構成の一例を示す図である。
図３に示すように、モータ駆動部１０１は、ドライバ回路１３０及びインバータ１４０を備える。

インバータ１４０は、３相ブリッジ形式に接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン−ソース間に逆並列に接続された還流ダイオードとを備える。例えば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＦＥＴ（Field Effective Transistor；電界効果スイッチング素子）、又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラスイッチング素子）である。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートはドライバ回路１３０に接続される。

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４との接続点は、ファンモータ１１の固定子巻線Ｕに接続される。スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ５との接続点は、固定子巻線Ｖに接続される。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ６との接続点は、固定子巻線Ｗに接続される。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ドライバ回路１３０から出力される駆動信号（ゲート信号）Ｇ１〜Ｇ６によってスイッチング動作を行い、インバータ１４０に印加される電源１５０の直流電源電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧に変換して、固定子巻線Ｕ、Ｖ、及びＷに出力する。

ドライバ回路１３０は、制御装置２０から第１の信号線Ｌ１を介して取得した回転指令に基づいて、インバータ１４０内のスイッチング素子をオン／オフする駆動信号を生成する。

図２に戻り、回転検出部１５は、ファンモータ１１の回転を検出する。例えば、回転検出部１５は、信号処理部１０２に接続されている。例えば、回転検出部１５は、ファンモータ１１に備えられたセンサマグネットの磁束の変化をＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）センサで検出する。また、回転検出部１５は、検出したセンサマグネットの磁束の変化に応じて信号処理部１０２にＡ相、Ｂ相、Ｚ相の各々の回転検出信号を出力する、例えば磁気式のエンコーダである。なお、本実施形態において、回転検出部１５は、ファンモータ１１の回転を検出するものであれば、特に限定されない。例えば、回転検出部１５は、３相のそれぞれのモータ端子から固定子巻線Ｕ、Ｖ、及びＷの誘起電圧に基づいてファンモータ１１の回転を検出してもよい。すなわち、本実施形態では、ファンモータ１１の回転を検出するセンサを備えてもよいし、センサレスでファンモータ１１の回転を検出してもよい。

信号処理部１０２は、回転検出部１５から出力される回転検出信号に基づいて、ファンモータ１１の回転に応じた第１の信号を生成する。例えば、信号処理部１０２は、回転検出部１５から出力される回転検出信号に基づいて、ファンモータ１１の回転数を取得する。そして、信号処理部１０２は、取得したファンモータ１１の回転数に基づいて、ファンモータ１１の回転数に応じた第１の信号を生成する。ここで、第１の信号は、ファンモータ１１の回転を示す信号であればよい。例えば、第１の信号は、固定のデューティ比（例えば、５０％）であって、ファンモータ１１の回転数に応じて周波数が変化する信号である。以下、ファンモータ１１の回転数に応じて変化する第１の信号の周波数は、第１の周波数と称する場合がある。

記憶部１０３は、ファンモータ１１の回転数と、その回転数に応じた周波数とを関連付けたテーブルを、予め記憶している。したがって、信号処理部１０２は、取得したファンモータ１１の回転数に対応する周波数を記憶部１０３に記憶されたテーブルから読み取る。そして、信号処理部１０２は、予め設定されたデューティ比（第１のデューティ比）であって、読み取った周波数の信号を第１の信号として出力部１０５に出力する。

異常検出部１０４は、監視対象の異常を検出する。例えば、監視対象とは、冷却ファン制御装置１０内の過電圧や低電圧等の電圧異常である。異常検出部１０４は、監視対象の異常を検出した場合には、監視対象に異常が発生していることを示す異常信号を出力部１０５に出力する。

出力部１０５は、異常検出部１０４により監視対象の異常が検出されない場合には、信号処理部１０２からの第１の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。出力部１０５は、異常検出部１０４により監視対象の異常が検出された場合には、第１の信号とは異なる第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。すなわち、出力部１０５は、異常検出部１０４から異常信号が供給されない場合には、信号処理部１０２からの第１の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。出力部１０５は、異常検出部１０４から異常信号が供給された場合には、第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。第２の信号は、第１の信号とは異なる信号であればよい。例えば、第１の信号が、固定のデューティ比（例えば、５０％）であって、ファンモータ１１の回転数に応じて周波数が変化する信号である場合には、第２の信号は、第１のデューティ比とは異なる第２のデューティ比（例えば、２０％）の信号、又は第１の周波数以外の周波数（第２の周波数）の信号である。

ここで、ファンモータ１１には回転している回転状態と、ファンモータ１１の回転が停止している停止状態とがある。ファンモータ１１が停止状態である場合には、ファンモータ１１の回転数が０であるため、第１の信号は周波数が０、すなわち、例えばハイアクティブの信号の場合はロウレベルの信号である。したがって、出力部１０５は、異常検出部１０４により監視対象の異常が検出されない場合、且つファンモータ１１が停止状態である場合には、ロウレベルの第１の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。ただし、本実施形態では、これに限定されず、例えば、出力部１０５は、異常検出部１０４により監視対象の異常が検出されない場合、且つファンモータ１１が停止状態である場合には、第１の信号とは異なる第３の信号を出力してもよい。この場合、第３の信号とは、第１の信号及び第２の信号とは異なる信号である。換言すれば、出力部１０５は、異常検出部１０４により監視対象の異常が検出された場合には、ファンモータ１１の回転状態及び停止状態と区別可能な信号（第２の信号）を第２の信号線Ｌ２に出力する。これにより、制御装置２０は、信号線Ｌ２から出力される信号が第２の信号が否かを判定するだけで、監視対象の異常の有無を判定することができる。このように、制御装置２０は、信号線Ｌ２のみから出力される信号に基づいて監視対象の異常の有無を判定することができる。

以下に、本実施形態における冷却ファン制御装置１０の処理のフローを説明する。
図４は、本実施形態における冷却ファン制御装置１０の処理のフローを説明する図である。冷却ファン制御装置１０は、以下に示す処理を一定周期毎に行う。
信号処理部１０２は、回転検出部１５から出力される回転検出信号に基づいて、ファンモータ１１の回転に応じた第１の信号を生成する（ステップＳ１０１）。信号処理部１０２は、生成した第１の信号として出力部１０５に出力する。

出力部１０５は、監視対象に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。例えば、出力部１０５は、異常検出部１０４から異常信号を取得した場合には、監視対象に異常があると判定する。一方、出力部１０５は、異常検出部１０４から異常信号を取得しない場合には、監視対象に異常がないと判定する。

出力部１０５は、監視対象に異常があると判定した場合、第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する（ステップＳ１０３）。一方、出力部１０５は、監視対象に異常がないと判定した場合、第１の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する（ステップＳ１０４）。これにより、制御装置２０は、信号線Ｌ２から出力される信号が第２の信号が否かを判定するだけで、監視対象の異常の有無を判定することができる。

以下に、本実施形態における効果について、図５及び図６を用いて説明する。
図５は、従来の冷却ファン制御装置における第１の信号線Ｌ１、第２の信号線Ｌ２を経由する信号について、説明する図である。図６は、本実施形態における冷却ファン制御装置１０における第１の信号線Ｌ１、第２の信号線Ｌ２を経由する信号について、説明する図である。

図５に示すように、従来の冷却ファン制御装置２０３に異常がある場合は、第１の信号線Ｌ１と第２の信号線Ｌ２に対してロウレベルの信号を出力する。ただし、従来の冷却ファン制御装置は、異常がない場合において、ファンモータ１１が停止状態である場合は、ロウレベルの信号を第２の信号線Ｌ２を介して制御装置２０に出力する。そのため、制御装置２０は、第２の信号線Ｌ２から出力される信号だけでは、ファンモータ１１の停止状態と、冷却ファン制御装置２０３の異常とが区別ができない。したがって、冷却ファン制御装置２０３に異常がある場合には、制御装置２０は、第１の信号線Ｌ１から出力される信号に基づいて、冷却ファン制御装置２０３の異常の有無を判定する必要がある。また、制御装置２０は、第１の信号線Ｌ１を介して停止指令や回転指令を冷却ファン制御装置に出力する必要があるため、第１の信号線Ｌ１が接続されているポートを入出ポートにする必要がある。

図６に示すように、本実施形態における冷却ファン制御装置１０は、異常がある場合は、ファンモータ１１の回転状態及び停止状態と区別可能な第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。これにより、制御装置２０は、第２の信号線Ｌ２から出力される信号に基づいて冷却ファン制御装置１０の異常の有無を判定することができる。したがって、制御装置２０は、第１の信号線Ｌ１が接続されているポートを入力ポートにすることができる。すなわち、制御装置２０は、第１の信号線Ｌ１に対して入力のみの処理を行えばよいため、制御装置２０の回路の簡素化が可能となる。

上述したように、本実施形態における冷却ファン制御装置１０に異常が検出されない場合には、ファンモータ１１、すなわち冷却ファン１２の回転に応じた第１の信号を第２の信号線Ｌ１に出力し、冷却ファン制御装置１０に異常が検出された場合には、第１の信号とは異なる第２の信号を第２の信号線Ｌ２に出力する。これにより、制御装置２０は、第２の信号線Ｌ２から出力される信号のみに基づいて、冷却ファン制御装置１０の異常の有無を判定できる。したがって、従来と比較して、制御装置２０による冷却システム１の異常の有無を容易に判定可能となる。

冷却ファン制御装置１０の各部は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、冷却ファン制御装置１０の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１冷却システム
１０冷却ファン制御装置
１１ファンモータ
１２冷却ファン
２０制御装置
１０１モータ駆動部
１０２信号処理部
１０３記憶部
１０４異常検出部
１０５出力部

Claims

上位の制御装置に対して第１の信号線と第２の信号線とを介して接続され、前記制御装置から前記第１の信号線を介して出力された回転指令に基づいて冷却ファンを回転制御する冷却ファン制御装置であって、
前記冷却ファンを制御する機構における監視対象の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により前記異常が検出されない場合には、前記冷却ファンの回転に応じた第１の信号を前記第２の信号線に出力し、前記異常検出部により前記異常が検出された場合には、前記第１の信号とは異なる第２の信号を前記第２の信号線に出力する出力部と、
を備える冷却ファン制御装置。
前記第１の信号は、前記冷却ファンの回転数に応じた第１の周波数のパルス信号であり、
前記第２の信号は、前記第１の周波数以外の第２の周波数のパルス信号である請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
前記第１の信号は、前記冷却ファンの回転数に応じた第１のデューティ比の信号であり、
前記第２の信号は、前記第１のデューティ比以外の第２のデューティ比の信号である請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
前記出力部は、前記異常が検出されない場合において、前記冷却ファンが回転している場合には前記第１の信号を前記第２の信号線に出力し、前記冷却ファンが停止している場合には前記第１の信号と前記第２の信号との両方とは異なる第３の信号を前記第２の信号線に出力する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷却ファン制御装置。
前記冷却ファンは、車両のラジエータ冷却用のファンである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却ファン制御装置。