ヒートポンプ暖房ダクト変形、原因はソフトウェアにあり
電動モビリティの進化が加速する中、革新性と信頼性の両立が求められる自動車産業では、一見些細な部品が重大な技術的課題の核心となることがある。最近、直接膨張式ヒートポンプエアコンシステムに搭載された暖房用風管の変形問題が、その好例として浮上した。一連の顧客からの報告をきっかけに、江鈴グループ新エネルギー自動車有限公司（Jiangxi Jiangling Group New Energy Vehicle Co., Ltd.）の技術チームは、この問題の根本原因を特定するための大規模な調査を実施。その結果、当初懸念された材料やハードウェアの欠陥ではなく、制御ソフトウェアのロジックに潜む問題が真の原因であることが判明した。この発見は、現代の自動車、特に電気自動車（EV）の複雑なシステム統合において、ソフトウェアが果たす役割の重要性を改めて浮き彫りにした。
自動車の電動化が世界的なトレンドとなる中、車内環境を快適に保つエアコンシステム、特にヒートポンプ技術の重要性はますます高まっている。従来の抵抗加熱（PTC）方式に比べ、ヒートポンプは外部の熱を室内に移動させるため、寒冷地での暖房効率が格段に優れ、バッテリー消費を抑え、航続距離を延ばすことができる。中国の市場データによると、新エネルギー車にヒートポンプシステムが搭載される比率は、2020年の11%から2022年には38%へと急上昇。これは、メーカー各社がエネルギー効率の向上に注力していることを示しており、ヒートポンプがEVのコア技術の一つとして定着しつつあることを物語っている。
しかし、こうした技術の普及に伴い、長期的な信頼性と耐久性に対する要求も厳しくなる。特に、実使用環境下でのフィールド障害（Field Failure）は、設計段階のシミュレーションや実験室テストでは再現が難しい複雑な要因が絡み合うことが多く、その根本原因の特定は非常に困難を伴う。本件のような「風管の変形」という現象は、一見すると材料の耐熱性不足や、部品の製造不良、あるいは外部からの火災などが原因と推測されがちだ。しかし、これらの表面的な原因を一つ一つ丁寧に検証し、除外していくことが、真の原因にたどり着く唯一の道となる。
江鈴グループのエンジニアリングチームは、この問題に「故障の木（FTA: Fault Tree Analysis）」という体系的なアプローチを採用した。これは、最終的な故障モード（風管の変形）を頂点とし、その原因となり得るすべての要因（ハードウェア、ソフトウェア、材料、環境など）を階層的に展開する分析手法である。これにより、主観的な推測を排し、論理的かつ網羅的な調査が可能となる。
FTAの分析では、以下の6つの主要な故障要因が最初に仮定された。
- エアコンコントローラの故障：制御ユニットがPTCヒーターの出力を適切に制御できず、温度が上がりすぎている可能性。
- エアコンボックス部品の故障：風量を制御する「温度風門」が閉じたまま固着している、または鼓風機（ブロアモーター）の調速モジュールやモーター本体が故障し、風が通らない状態（ドライバーニング）になっている可能性。
- 火災の発生：風道内に可燃物が入り込み、燃焼したことにより変形が生じた可能性。
- 筐体材料の耐熱性不足：PTCヒーターの近くにあるプラスチック製の筐体自体が、設計温度を超える熱に耐えられず変形した可能性。
- 三合一コントローラの出力異常：PTCヒーターの電源を制御する「三合一」（電動モーター、インバーター、減速機の統合ユニット）の内部回路に問題があり、コントローラからの停止指令にもかかわらず電力が供給され続けている可能性。
- エアコンコントローラのソフトウェアバージョンの古さ：初期バージョンのソフトウェアに、PTCヒーターの温度保護閾値が高すぎたり、停止時の冷却ロジックが不十分だったりする欠陥がある可能性。
チームは、これらの仮説を一つずつ実証・否証するため、実車と試験台を用いた厳密な検証を開始した。
まず、エアコンコントローラのハードウェア自体に異常がないかを確認。故障車両のコントローラーを試験台に取り付け、各種の運転シナリオを再現したが、指令通りに動作し、異常な信号出力は観測されなかった。これにより、ハードウェア故障の可能性は排除された。
次に、エアコンボックス内部の部品についての検証に移った。変形が「風が通らない状態でPTCが加熱し続けた（ドライバーニング）」ことが原因であれば、風門、調速モジュール、ブロアモーターのいずれかに故障があるはずだ。チームは、故障車両のエアコンボックスを試験台に設置し、1～7段階のすべての風量設定で1.5時間ずつ連続運転。風量の変動や電圧の異常を綿密にモニタリングしたが、調速モジュールやブロアモーターに不具合は見られず、正常に作動していることが確認された。また、風量を制御する「温度風門」の位置とそのフィードバック信号も、設計通りの範囲内で正確に動作していた。
さらに、PTC温度センサーの精度にも着目。もしセンサーが故障して、実際の温度よりも低い値をコントローラーに伝えていると、コントローラーは「まだ冷たい」と判断してPTCを加熱し続け、過熱を招く。チームは、故障車両のセンサーと新品のセンサーを比較。常温下での抵抗値は仕様内であり、さらに70℃から120℃まで5℃刻みで温度を上げながら抵抗値を測定したが、すべてのサンプルで理論値と一致し、高温でも正確に作動していることが証明された。
次に、火災の可能性を検証。故障した風管を分解すると、プラスチック筐体は変形・垂れ下がっており、風門のゴムパッキンは黄色く変色していた。しかし、重要なのは「材料の欠損が全くないこと」。火災が発生した場合、材料は炭化して黒くなり、燃え尽きてなくなる。そこで、チームは新品の風門パッキン（熱可塑性エラストマー）に直接炎を当てて燃焼実験を行った。その結果、材料は黒く炭化し、体積が減少するという典型的な燃焼の兆候を示した。これに対して、故障品の黄色い変色は、長時間の熱放射による「熱劣化」の特徴と一致し、火災の痕跡ではないことが明確になった。
最後に、筐体材料の耐熱性を疑い、実際の耐熱試験を実施。故障したエアコンボックスを恒温槽に入れ、100℃、115℃、130℃、140℃と段階的に高温にさらし、それぞれ2時間保持した。その結果、これらの温度帯では一切の変形が見られなかった。これは、筐体材料（PP-TD20）が少なくとも140℃までは問題なく使用できることを示しており、通常の運転温度帯では材料自体が原因ではないことを裏付けた。
ここまでで、ハードウェア、材料、外部要因のすべてが疑いの余地なく除外された。残るは、FTAの最後の要因であるソフトウェアの問題だった。
調査の結果、故障車両のエアコンコントローラーは、初期の開発版である「A03」バージョンのソフトウェアを搭載していることが判明した。一方、その後にリリースされた最新版「A06」バージョンでは、PTCヒーターの制御戦略に重要な変更が加えられていた。主な違いは以下の3点だった。
- PTC出力の低下戦略の最適化：A03版では、目標温度に達した後も出力が緩やかに低下（スロープ状）していたが、A06版では急激に低下（ステープル状）するように変更され、過熱をより迅速に防止できる。
- 保護温度の引き下げ：PTCの出風側の保護温度閾値が、120℃から100℃へと大幅に引き下げられた。
- 停止時のブロア延長運転：システムを停止した後、PTCは即座に電源が切れるが、ブロアファンは3段階の風量で15秒間追加で回り続ける。これにより、ヒーター内部に残った熱を風管外に排出し、筐体への熱蓄積を防ぐ。
この違いが本当に問題を引き起こしているのかを検証するため、チームは決定的な実験を行った。A03バージョンのコントローラーを装着した車両で、PTCの出風口内に2つの熱電対を設置し、温度をリアルタイムで計測した。実験の結果、システムを停止した直後、出風口の温度は165℃まで急上昇した。これは、筐体材料PP-TD20の融点そのものであり、155℃前後で軟化を始める材料にとって、致命的な高温である。一方、A06バージョンのコントローラーで同様の実験を行ったところ、停止後の最高温度は102℃に抑えられ、材料の安全使用温度範囲内に収まった。
この実験結果は決定的だった。初期バージョンのソフトウェアでは、停止時の冷却ロジックが不十分であり、PTCが停止した直後、筐体内部に極めて高い温度の熱が一時的に集中し、プラスチックを軟化・変形させる原因となっていた。これは、長期間の使用により、熱劣化が進行し、最終的に目に見える変形として現れたのである。
この根本原因が特定された後、江鈴グループは迅速な対応を取った。市場に出荷されたすべての該当車両に対して、エアコンコントローラーのソフトウェアバージョンを調査し、A03バージョンを搭載している車両を特定。これらの車両に対し、ディーラーでの対応やOTA（Over-the-Air）によるリモート更新で、A06バージョンへのアップグレードを実施した。ハードウェアの交換が必要なかったため、コストと顧客負担を最小限に抑えられた。
この事例は、現代の自動車、特に電気自動車の技術的課題の本質を象徴している。車両はもはや単なる「機械」ではなく、「ソフトウェアで定義されたプラットフォーム」である。パフォーマンス、効率、そして信頼性の多くは、ハードウェアの精度だけでなく、それを制御するソフトウェアの洗練度に大きく依存している。一見、物理的な損傷に見える問題の背後には、コードの一行に潜むロジックの欠陥があるかもしれない。この調査は、体系的な思考（FTA）と実証的な検証の重要性を強調しており、業界全体にとって貴重な教訓となっている。
胡超常、趙文魁、吴金、陈立伟、任锡玉、刘树友、江西江铃集团新能源汽车有限公司、制冷、doi: 10.3969/J.ISSN.1005-9180.2024.03.0016