JP2013060151A - 車両用灯具ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】車載バッテリとキャパシタの両方に蓄積された電力を灯具に供給するように構成された車両用灯具ユニットにおいて、灯具が点灯されない場合でも満充電状態のキャパシタを放電させる。
【解決手段】車両用灯具ユニット７０は、ランプボディと透明のアウターカバーとで画成される灯室内に配置される灯具７２〜７８と、灯室内に配置され灯具７２〜７８に電力を供給可能に構成されるキャパシタ４６と、灯室外にある車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電を可能にするようランプボディに取り付けられる受電端子６２と、車載バッテリ５０から電力供給を受けて作動する灯室外の機器に対して、キャパシタ４６からの給電を可能にするようランプボディに取り付けられる給電端子６４と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用灯具ユニットの構造に関する。

自動車に搭載される電装部品の増加に伴い、自動車用の蓄電池として、エネルギー密度が高く充放電性能に優れたリチウムイオンキャパシタが注目されつつある。また、高性能のキャパシタと従来の鉛蓄電池とを組み合わせることで、車両用電源装置としての性能を改善することも試みられている。例えば、特許文献１には、バッテリと電源用のキャパシタ装置とを併用する車両用電源装置が記載されている。

特開２００９−１２７２８号公報

一般に、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタは、満充電の状態で長期間放置しておくと充電容量が低下し寿命が短くなるという特性がある。そのため、キャパシタから各灯具に電力供給を行うように構成された車両用灯具ユニットを備えた車両のユーザが主に昼間に運転をするような人物である場合、キャパシタが放電される機会が非常に少なく、キャパシタの性能が低下してしまうという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車載バッテリとキャパシタの両方に蓄積された電力を灯具に供給するように構成された車両用灯具ユニットにおいて、灯具が点灯されない場合でも満充電状態のキャパシタを放電させる技術を提供することにある。

本発明のある態様の車両用灯具ユニットは、ランプボディと、ランプボディの車両前面側に配置される透明のアウターカバーと、ランプボディとアウターカバーとで画成される灯室内に配置される灯具と、灯室内に配置され、灯具に電力を供給可能に構成されるキャパシタと、灯室外にある車載バッテリからキャパシタへの充電を可能にするようランプボディに取り付けられる受電端子と、車載バッテリから電力供給を受けて作動する灯室外の機器に対して、キャパシタからの給電を可能にするようランプボディに取り付けられる送電端子と、を備える。

この態様によると、車載バッテリから電力供給を受けて作動する灯室外の機器に対してキャパシタからの給電を可能にすることで、灯具が点灯されない場合でも満充電状態のキャパシタを放電させることが可能になる。

キャパシタの充電状態を監視する充電量監視部と、充電量監視部によりキャパシタが満充電状態であると判定されたとき、車両のエンジンが作動中か否かを判定するエンジン判定部と、エンジン判定部によりエンジンが作動中と判定されたとき、灯具の照度を増加させ、エンジンが非作動中と判定されたとき、キャパシタから灯室外の機器への給電を実行する放電制御部と、をさらに備えてもよい。これによると、エンジンが停止しているときでも、車両側の電気機器への電力供給によって満充電状態のキャパシタを放電させることができる。

放電制御部は、充電量監視部によってキャパシタの充電量が予め定められた値以下になったと判定されたとき、灯室外の機器への給電を停止してもよい。これによると、キャパシタの充電量が適正値になったときにキャパシタの放電を止めることができる。

本発明によれば、車載バッテリとキャパシタの両方に蓄積された電力を灯具に供給するように構成された車両用灯具ユニットにおいて、灯具が点灯されない場合でも満充電状態のキャパシタを放電させることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニットの概略正面図である。 本発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニットの概略断面図である。 車両用灯具ユニットの各構成要素間、および車両に搭載される機器との間の接続を示す模式的な回路図である。 キャパシタ充放電制御のフローチャートである。 キャパシタ充放電制御のフローチャートである。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る車両用灯具ユニット７０の概略構成図である。図１は正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。車両用灯具ユニット７０は車両前面に配置され、それぞれ機能の異なる複数の灯具を備える。

車両用灯具ユニット７０は、ランプボディ８０およびエクステンション８２、８４、８６などの構造材で形成された車両前方の開口部を、透明のアウターカバー８８で覆うことで、灯室９２が画成されている。灯室９２内には、ハイビーム用ランプ７２、ロービーム用ランプ７４、ＤＲＬ（Daytime Running Lamp）７６、ターンシグナルランプ７８およびＣＬＬ（Clearance Lamp）７９を備える。なお、ＤＲＬは、他車両のドライバーや歩行者に自車両の存在をより明確に視認させるために昼間時に点灯される灯具であり、ＣＬＬは、ハイビームやロービーム等の非点灯時に他車両や歩行者に自車両の存在を知らせるために点灯される灯具である。各灯具７２〜７９は、それぞれの機能に適した光源を備えている。光源としては、例えば、白熱球、ハロゲンランプ、放電球、ＬＥＤなどを使用することができる。各灯具の構造は周知であるので、具体的な構造に関する説明は省略する。

各灯具７２〜７９は、車両用灯具ユニット７０の灯室内に配置されるキャパシタ４６と、車両に通常搭載されるバッテリのいずれかまたは両方から電力の供給を受けられるように構成されている。また、各灯具７２〜７９は、灯室９２内に配置される制御装置１００によって点消灯および充放電が制御される。

ランプボディ８０の車両後方側には、灯室外に設置されている車載バッテリから灯室内のキャパシタおよび灯具に給電を行うための受電端子６２と、通常は車載バッテリから電力供給を受けて作動する車両側の電気機器に対して、灯室９２内に配置されたキャパシタ４６からの給電を行うための給電端子６４も設けられている。

このように、灯具に電力を供給するキャパシタと、キャパシタを制御する制御装置とを車両用灯具ユニットの灯室内に設けることで、車両用灯具ユニットと車体間の配線が簡素になり、取り付けが容易になる。

キャパシタ４６は、一例として、図２に示すような略平板状またはフィルム状に加工された薄型であることが好ましい。略平板状に成形されたキャパシタを採用することで、キャパシタを積層したり折り曲げたりして、灯室内の限られた空間に多数のキャパシタを搭載して蓄電容量を高めることができる。しかしながら、灯室内の空間に配置することができれば、キャパシタは任意の形状であってよい。

キャパシタ４６は、例えばリチウムイオンキャパシタである。リチウムイオンキャパシタは、エネルギー密度および出力密度が高く高容量のキャパシタとして知られており、灯具の光源への電力の供給用途に適している。リチウムイオンキャパシタの構造自体は周知なので、本明細書では詳細な説明を省略する。

灯室内の空いた空間にキャパシタ４６を配置する代わりに、ランプボディ８０およびエクステンション８２〜８６自体を、所定の形状に折り曲げられた平板状キャパシタで形成するようにしてもよい。平板状のキャパシタを折り曲げて灯室を形成する構造材として代用することで、灯室内の空間体積が小さく十分な量のキャパシタを配置できない場合でも、キャパシタを増やして蓄電容量を増大させることができる。上記に加えて、アウターカバー８８のうち配光形成に影響を与えない周縁部の表面に、平板状のキャパシタを配置してもよい。

ところで、キャパシタから各灯具に電力供給を行う車両用灯具ユニットでは、以下のような問題が生じることがある。

第１に、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタは、満充電の状態で長期間放置しておくと充電容量が低下し寿命が短くなるという特性がある。そのため、例えば車両のユーザが主に昼間に運転をするような人物である場合、車両用灯具ユニット７０内のキャパシタ４６が放電される機会が非常に少なく、キャパシタの性能が低下してしまうという問題がある。したがって、満充電状態のキャパシタを適宜放電させるための仕組みを導入することが望ましい。

第２に、キャパシタを車両用灯具ユニットの電源として用いる場合、キャパシタの電圧が低下したとき車載バッテリからキャパシタに充電を行うように構成される。しかし、例えばドライバーがエンジンを停止した後にも灯具を点けっぱなしにしておいた場合、車載バッテリからキャパシタへの充電と灯具の点灯が長時間継続した結果、車載バッテリが放電しきってバッテリ上がりを起こしてしまうおそれがある。そのため、特定の条件下では車載バッテリからキャパシタへの充電を停止するような仕組みを導入することが望ましい。

本実施形態では、エンジンの作動状態、キャパシタの充電状態、および／または灯具の種類等に基づきキャパシタの充放電を制御して、車載バッテリおよびキャパシタの性能低下を防止するようにした。

図３は、車両用灯具ユニット７０の各構成要素間、および車両に搭載される機器との間の接続を示す模式的な回路図である。

鉛蓄電池等の車載バッテリ５０は、ランプボディ８０に配置された受電端子６２を介して、制御装置１００内のスイッチ１０２と接続される。また、車両側のイモビライザ５２、室内灯５４およびカーテシーランプ５６などの、エンジンを停止し車両の駐車中でも動作させる必要がある電気機器が、給電端子６４を介して制御装置１００内のスイッチ１０２と接続される。

スイッチ１０２は、灯室内に配置されるキャパシタ４６、ハイビーム用ランプ７２、ロービーム用ランプ７４、ＤＲＬ７６、ターンシグナルランプ７８およびＣＬＬ７９とも接続される。図示しないが、上記の灯具以外に、ストップランプ、テールランプ、フォグランプ等の他の灯具が追加してスイッチ１０２に接続されていてもよいし、上記灯具のうち一部がスイッチ１０２に接続されていなくてもよい。

制御装置１００は、スイッチ１０２を切り替えることで、各灯具７２〜７９の点消灯、車載バッテリ５０から各灯具７２〜７９への給電、キャパシタ４６から各灯具７２〜７９への給電、車載バッテリ５０によるキャパシタ４６の充電、およびキャパシタ４６から車両側の電気機器５２〜５６への給電のうち一つまたは複数を選択することができる。なお、車載バッテリ５０またはキャパシタ４６から灯具への給電は、灯具毎にオンオフを切り替えられるように構成される。

車体と車両用灯具ユニット７０との間には、ＣＡＮ（Car Area Network）６０と制御装置１００との間でデータを送受信するための通信経路も設けられている。

図３では、制御装置１００の構成はブロック図として示されている。この構成は、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

制御装置１００は、充電量監視部１０４、充放電ユニット１１０およびエンジン判定部１０６を含む。

充電量監視部１０４は、キャパシタ４６の電圧に基づきその充電状態を監視する。例えば、キャパシタ４６が所定の電圧Ｖ１（例えば、１３Ｖまたは最大電圧の８０％）以上である期間が所定期間（例えば、２４０時間）以上である場合、キャパシタ４６が満充電状態であると判断する。電圧Ｖ１は、その電圧以下であればキャパシタを長期間放置しても性能の劣化が少なくなるという観点で実験的に決定される。

エンジン判定部１０６は、ＣＡＮ６０から車両のイグニッションスイッチのオンオフ情報を受け取り、これに基づき車両のエンジンが作動中か否かを判定する。

充放電ユニット１１０は、キャパシタ４６の充電状態に応じて、キャパシタ４６を充電するかまたは放電させるかを判定し、それに応じてスイッチ１０２を切り替える。充放電ユニット１１０は、充電制御部１１２、灯具種類判定部１１４、放電制御部１１６および点消灯制御部１１８を含む。

充電制御部１１２は、充電量監視部１０４によってキャパシタ４６の電圧が予め定められた値Ｖ２（例えば、９Ｖ）以下と判定された場合に、車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電を実行するか否かを判定する。より具体的には、エンジン判定部１０６によりエンジンが作動中であると判定された場合、スイッチ１０２を切り替えることで車載バッテリ５０からキャパシタ４６に充電が行われるようにし、エンジンが非作動中であると判定された場合は、車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電が行われないようにスイッチ１０２を切り替える。

灯具種類判定部１１４は、エンジンの非作動中に、充電量監視部１０４によってキャパシタ電圧が予め定められた値以下と判定されたとき、灯具７２〜７９のうちいずれが点灯されているかをスイッチ１０２の設定に基づき決定する。そして、点灯中の灯具が、エンジン非作動中であっても点灯を継続すべきものとして予め定められた灯具（以下「指定灯具」と呼ぶ）に含まれるか否かを判定する。指定灯具は、例えばターンシグナルランプ、ストップランプ、テールランプなどの、駐車中の車両の安全確保に必要と考えられる灯具である。指定灯具以外の灯具は、エンジン非作動中（すなわち車両駐車中）に消灯しても安全性に与える影響が少ないと考えられる灯具である。

なお、いずれの灯具を指定灯具にするかを、車両のメーカおよび／またはドライバーが設定できるようにしてもよい。

点消灯制御部１１８は、灯具種類判定部１１４によって点灯中の灯具が指定灯具であると判定されたとき、キャパシタ４６から点灯中の灯具への給電が継続されるようにする。この場合、充電制御部１１２は、エンジンが非作動中であっても車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電が行われるようにスイッチ１０２を切り替える。点消灯制御部１１８は、灯具種類判定部１１４によって点灯中の灯具が指定灯具でないと判定されたときは、点消灯制御部１１８は、点灯中の灯具を消灯するようにスイッチ１０２を切り替えるか、または点灯中の灯具を減光する。

放電制御部１１６は、充電量監視部１０４によってキャパシタ４６が満充電状態であると判定されたとき、キャパシタ４６からの放電を促してキャパシタ４６の満充電状態が解消されるようにする。具体的には、エンジン判定部１０６によってエンジンが作動中と判定されたとき、点灯中の灯具の照度を増加させ、エンジンが非作動中と判定されたとき、キャパシタ４６から車両側の電気機器、すなわちイモビライザ５２、室内灯５４、カーテシーランプ５６のうち少なくとも一つに対してキャパシタ４６から給電されるようスイッチ１０２を切り替える。後者の場合、充電量監視部１０４によってキャパシタ電圧が低下して、予め定められたキャパシタ保護のための適切な電圧Ｖ１以下になったと判定された時点で、放電制御部１１６は、キャパシタ４６から車両側の電気機器への給電が停止されるようにスイッチ１０２を切り替える。

図４は、車両用灯具ユニット７０におけるキャパシタ充放電制御のフローチャートである。このフローは、制御装置１００において例えば数分間隔で繰り返し実行される。

通常時は、キャパシタ４６から全ての灯具７２〜７９に対して給電がなされるようにスイッチ１０２がセットされているものとする。充電量監視部１０４は、キャパシタ電圧が所定の電圧Ｖ１（例えば、１３Ｖ）以上である状態が、所定の期間（例えば、２４０時間）以上継続しているか否か、すなわち満充電状態が続いているか否かを判定する（Ｓ１０）。満充電状態が継続中と判定された場合（Ｓ１０のＹ）、エンジン判定部１０６がエンジンが作動中か否かを判定する（Ｓ１２）。

エンジンが作動中であれば（Ｓ１２のＹ）、点消灯制御部１１８はスイッチ１０２を参照してＤＲＬが点灯中であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ＤＲＬ点灯中であれば（Ｓ１４のＹ）、放電制御部１１６は、ＤＲＬの光源の照度を増大させることでキャパシタの満充電状態を積極的に解消させる（Ｓ１６）。Ｓ１２において、エンジンが停止中であれば（Ｓ１２のＮ）、放電制御部１１６は、スイッチ１０２を切り替えてキャパシタ４６から車両側の電気機器、すなわちイモビライザ５２、室内灯５４およびカーテシーランプ５６に給電させることで、キャパシタ４６の満充電状態を積極的に解消させる（Ｓ１８）。

キャパシタ電圧がＶ１未満になると（Ｓ１０のＮ）、ＤＲＬの照度アップまたはキャパシタから車両側電気機器への給電が行われていた場合には、放電制御部１１６はそれを停止する（Ｓ２０）。これによって、たとえ車両が夜間走行されない場合でも、長期間放置しても性能低下しない水準までキャパシタ４６の電圧を低下させることができる。

図５は、キャパシタ充放電制御のフローチャートである。このフローは、車両用灯具ユニット７０内のいずれかの灯具が点灯しているとき、制御装置１００において例えば数分間隔で繰り返し実行される。

充電量監視部１０４は、キャパシタ電圧が所定の電圧Ｖ２（但し、Ｖ２＜Ｖ１）以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。キャパシタ電圧がＶ２より大きければ（Ｓ２２のＮ）、充電制御部１１２は、キャパシタ４６から点灯中の全ての灯具に対して給電されるようにスイッチ１０２を切り替える（Ｓ２４）。キャパシタ電圧がＶ２以下の場合（Ｓ２２のＹ）、エンジン判定部１０６がエンジンが作動中か否かを判定する（Ｓ２６）。エンジンが作動中の場合（Ｓ２６のＹ）、充電制御部１１２は、キャパシタ４６から点灯中の全ての灯具に対して電力が供給されるとともに、車載バッテリ５０からキャパシタ４６に対して充電が行われるように、スイッチ１０２を切り替える（Ｓ３８）。

エンジンが非作動である場合（Ｓ２６のＮ）、灯具種類判定部１１４が点灯中の灯具の種類を判定する（Ｓ２８）。点灯中の灯具のうち、予め定められている指定灯具（例えば、ターンシグナルランプ、ストップランプ、テールランプ）であるものについては、点消灯制御部１１８は、キャパシタ４６から指定灯具に対して給電されるようにスイッチ１０２を設定する。このとき、車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電は行われない（Ｓ３０）。キャパシタ４６から指定灯具への給電を続け、キャパシタ電圧が所定の電圧Ｖ３（但し、Ｖ３＜Ｖ２）以下になった場合（Ｓ３２）、車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電が開始される（Ｓ３４）。この結果、車載バッテリの電力がなくなるまで指定灯具は点灯され続ける。

点灯中の灯具のうち、指定灯具以外（例えば、ハイビーム、ロービーム、ＣＬＬ、フォグランプ）であるものについては、点消灯制御部１１８はそれらの灯具を減光するか、または消灯する（Ｓ３６）。Ｓ３０と同様に、このときも車載バッテリ５０からキャパシタ４６への充電は行われない。つまり、キャパシタ電圧がＶ２以下になり充電量が不足してきた場合でも、エンジンが非作動中であるときは、車載バッテリからキャパシタへの充電は行われない。この理由は、バッテリからキャパシタに充電を行いつつ指定灯具を点灯し続けた場合、灯具の点灯時間が長期化すると車載バッテリの電力を使い果たしてバッテリ上がりを起こしてしまうことを防止するためである。

以上説明したように、本実施形態によれば、灯具に電力を供給するキャパシタと、キャパシタを制御する制御装置とを、車両用灯具ユニットの灯室内に設けたので、車両用灯具ユニットと車体間の配線が簡素になり、取り付けが容易になる。

また、キャパシタが満充電状態であるときに適切な電圧まで電力を消費するようにしたので、車両が昼間にしか使用されず灯具を点灯する機会が少ない場合であっても、キャパシタの性能劣化を防止することができる。

また、キャパシタの充電量が低下した場合でも、エンジンが非作動であるときには車載バッテリからキャパシタへの充電が行われないので、車載バッテリに蓄積された電力が消費されることによるバッテリ上がりが防止される。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

キャパシタ４６から灯室内の灯具以外の電気機器にも電力を供給できるように回路を構成してもよい。そのような電気機器として、例えば、曲線道路走行時等に進行方向を照らして運転者の前方視界を向上させるＡＦＳ（Adaptive Front-lighing System）を実現するためのスイブルアクチュエータ、車両姿勢に応じた光軸調整により、ハイビーム用ランプによる前方照射の到達距離を最適な距離に調整するためのレベリングアクチュエータ、ヘッドランプクリーナの駆動モータなどが考えられる。このような回路構成の場合、アクチュエータへの電力供給によって電力を消費してキャパシタ充電量を調整することが可能になる。

上述のような、車載バッテリからではなくキャパシタから電気機器に電力を供給するようにした車両用灯具ユニットには、以下のような利点もある。車載バッテリから電力供給を受ける一般的な車両用前照灯では、灯室内のアクチュエータなどの電気機器に、エンジン始動時のクランキング対策として電圧変動に対応する大容量のコンデンサ等が搭載されている。しかし、キャパシタのみからこれらの電気機器に電力を供給し、車載バッテリと直接接続しないような回路構成とすることで、電気機器からクランキング対策のコンデンサを排除することが可能になる。

４６ キャパシタ、 ５０ 車載バッテリ、 ６２ 受電端子、 ６４ 給電端子、 ７０ 車両用灯具ユニット、 ７２ ハイビーム用ランプ、 ７４ ロービーム用ランプ、 ７６ ＤＲＬ、 ７８ ターンシグナルランプ、 ７９ ＣＬＬ、 ８０ ランプボディ、 ８２ エクステンション、 ８８ アウターカバー、 ９２ 灯室、 １００ 制御装置、 １０２ スイッチ、 １０４ 充電量監視部、 １０６ エンジン判定部、 １１０ 充放電ユニット、 １１２ 充電制御部、 １１４ 灯具種類判定部、 １１６ 放電制御部、 １１８ 点消灯制御部。

Claims (5)

1. ランプボディと、
   前記ランプボディの車両前面側に配置される透明のアウターカバーと、
   前記ランプボディと前記アウターカバーとで画成される灯室内に配置される灯具と、
   前記灯室内に配置され、前記灯具に電力を供給可能に構成されるキャパシタと、
   灯室外にある車載バッテリから前記キャパシタへの充電を可能にするよう前記ランプボディに取り付けられる受電端子と、
   前記車載バッテリから電力供給を受けて作動する灯室外の機器に対して、前記キャパシタからの給電を可能にするよう前記ランプボディに取り付けられる送電端子と、
   を備えることを特徴とする車両用灯具ユニット。
2. 前記キャパシタの充電状態を監視する充電量監視部と、
   前記充電量監視部により前記キャパシタが満充電状態であると判定されたとき、車両のエンジンが作動中か否かを判定するエンジン判定部と、
   前記エンジン判定部によりエンジンが作動中と判定されたとき、前記灯具の照度を増加させ、エンジンが非作動中と判定されたとき、前記キャパシタから前記灯室外の機器への給電を実行する放電制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具ユニット。
3. 前記放電制御部は、前記充電量監視部によって前記キャパシタの充電量が予め定められた値以下になったと判定されたとき、前記灯室外の機器への給電を停止することを特徴とする請求項２に記載の車両用灯具ユニット。
4. 前記灯室外の機器は、イモビライザ、室内灯、カーテシーランプのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用灯具ユニット。
5. 前記キャパシタがリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の車両用灯具ユニット。

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