JP2002079827A - 車両用空調装置 - Google Patents
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Abstract
に、冷却ファンモータの駆動制御を実質的に無段階で最
適化し、車両エンジンの燃料消費量を低減する。 【解決手段】 車両用空調装置において、外気温度認識
手段15と、車速認識手段14を設けるとともに、各認
識手段の認識値を参照して冷却ファンモータ12の制御
量を算出する制御量算出手段と、算出された制御量に応
じてを可変制御する冷却ファンモータ駆動制御手段を設
け、かつ、可変容量圧縮機5および冷却ファンモータを
含む、空調装置用機器の合計消費動力Wを算出する空調
装置用機器消費動力算出手段を設け、前記冷却ファンモ
ータ制御量算出手段は、まず冷却ファンモータ電圧の目
標値Vpを算出し冷却ファンモータ電圧Vfが目標値V
pに近づくように操作した後、前記合計消費動力Wが減
少するように、冷却ファンモータ電圧Vfを繰り返し演
算および制御する。
Description
関し、とくに、冷凍回路の室外熱交換器に対し冷却ファ
ンを備えた車両用空調装置に関する。
に示すように構成され、冷却ファンは図8に示すように
制御されている。図7においては、車室内へと通じる空
調ダクト101内に室内熱交換器、たとえば蒸発器10
2が設けられ、空調ダクト101外に室外熱交換器、た
とえば凝縮器103が設けられている。エンジン104
により駆動される圧縮機、たとえば可変容量型圧縮機1
05から凝縮器103を介して送られてきた冷媒が膨張
弁106で膨張されて蒸発器102に供給され、蒸発器
102からの冷媒が圧縮機105に戻されるように冷凍
回路107が構成されている。
03に対し冷却用空気流を発生させる冷却ファン108
およびそれを駆動するモータ109が設けられている。
この冷却ファンモータ109は、冷凍サイクルの冷媒圧
縮機105が作動すると、それに連動してオン−オフ制
御されている。つまり、メインコントローラ110から
の圧縮機用クラッチコントロール信号111に連動し
て、冷却ファンモータオンーオフ制御手段112を介し
てオン−オフ制御されている。
サイクルの室外熱交換器103に対して以外に、ラジエ
ータの冷却ファンモータも兼ねている場合等には、車速
センサ113からの信号およびエンジン冷却水温度セン
サ114からの信号も考慮して、冷却ファンモータ10
9に所定の電圧を印加するようにしている。
に、圧縮機クラッチ信号Sm、あるいはそれに加えて車
速信号SP、エンジン冷却水信号Twに応じて、冷却フ
ァンモータオン−オフ制御手段112を介し冷却ファン
モータ109を制御している。いずれの場合にあって
も、冷却ファンモータ109は、単なるオン−オフ制
御、あるいは高−低の2段階電圧制御、あるいは高々高
−低−オフの3段階電圧制御に頼っている。
従来の冷却ファンモータの制御においては、基本的に、
単にオン−オフあるいは電圧の高−低の2段階制御しか
行っておらず、冷却ファンモータの制御電圧の導出に、
空調装置の総消費動力を考慮していないため、総消費動
力が最適な状態にて冷却ファンモータが運転されていな
い場合がある。したがって、冷却ファンモータの運転に
よって空調装置の総消費動力が大きくなり、それによっ
て車両エンジンの燃料消費量が大きくなる場合がある。
低の2段階制御しか行っておらず、冷凍サイクルに対
し、凝縮器(室外熱交換器)の放熱量を考慮した冷却制
御が行われていないため、冷凍サイクルの安定性を低下
させている場合がある。冷凍サイクルが不安定である
と、ダクト吹出空気温度が安定しない。
2段階の制御状態しかないため、凝縮器の放熱量があま
り必要とされていないときにも、冷却ファンモータの回
転数が必要以上に高くなる場合があり、騒音発生の原因
となる場合がある。また、高回転数で不必要に長時間運
転することは、冷却ファンモータの寿命低下の原因とも
なる。
制御における問題点に着目し、室外熱交換器用の冷却フ
ァンモータの駆動制御を最適化することで、空調装置全
体の総消費動力を小さく抑えることができるようにし、
それによって車両エンジンの燃料消費量の低減をはかる
ことにある。
の駆動制御を最適化することにより、冷凍サイクルの安
定性を向上してダクト吹出空気温度の安定性を向上する
とともに、冷却ファンモータの低回転数での動作機会を
増やし、その寿命延長および騒音低減をはかることにあ
る。
に、本発明に係る車両用空調装置は、空調ダクト内に設
けられた室内熱交換器、空調ダクト外に設けられた室外
熱交換器、エンジンにより駆動される可変容量型圧縮機
を備えた冷凍回路と、前記室外熱交換器に対し冷却用空
気流を発生させる冷却ファンおよび該冷却ファンを駆動
するモータを有する車両用空調装置において、少なくと
も、前記冷却用空気流の温度を検出する外気温度認識手
段と、車両の走行車速を認識する車速認識手段を設ける
とともに、各認識手段の認識値を参照して冷却ファンモ
ータの制御量を算出する冷却ファンモータ制御量算出手
段と、算出された制御量に応じて冷却ファンモータの駆
動制御量を可変制御する冷却ファンモータ駆動制御手段
を設け、かつ、前記圧縮機および冷却ファンモータを含
む、空調装置用機器の合計消費動力Wを算出する空調装
置用機器消費動力算出手段を設け、前記冷却ファンモー
タ制御量算出手段は、まず冷却ファンモータ電圧の目標
値Vpを算出し冷却ファンモータ電圧Vfが目標値Vp
に近づくように操作した後、前記合計消費動力Wが減少
するように、冷却ファンモータ電圧Vfを繰り返し演算
および制御することを特徴とするものからなる。
ファンモータ制御量算出手段は、冷却ファンモータ電圧
Vfの演算において、合計消費動力Wが減少していく方
向に、ある電圧変化幅ΔVをもって、冷却ファンモータ
電圧Vfを減少又は増加する方向に繰り返し演算および
制御し、合計消費動力Wが増加に転じたときには、電圧
変化幅ΔVを半分にするとともに冷却ファンモータ電圧
Vfの操作方向を増加又は減少する方向に反転させ、こ
れら一連の演算および制御を繰り返し行うようにするこ
とが好ましい。
は、冷却ファンモータ電圧Vfの演算において、冷却フ
ァンモータ電圧の変化幅ΔVおよび/または合計消費動
力Wの前回値と今回値の差が所定値より小さくなったと
き、または、前記ΔVおよび/または前記Wの差が所定
値より小さい状態のまま一定時間経過したときに、予め
記憶してある目標冷却ファンモータ電圧Vp式導出のた
めの各パラメータ値であるデータの一部を更新し、前記
更新後データから、最小二乗法により新たな目標冷却フ
ァンモータ電圧Vpの算出式を導出し、現在の算出式を
新たに算出した目標冷却ファンモータ電圧Vpの算出式
に更新するようにすることができる。
は、冷却ファンモータ電圧Vfの演算において、外気温
度認識手段による認識値と車速認識手段による認識値を
参照して目標冷却ファンモータ電圧Vpを算出するよう
にすることが好ましい。
手段は、冷却ファンモータ電圧Vfの演算において、外
気温度認識手段による認識値と車速認識手段による認識
値を参照して目標冷却ファンモータ電圧Vpを繰り返し
算出し、前回Vpと今回Vpの差ΔVpが所定値になっ
たとき、冷却ファンモータ電圧Vfの演算操作を今回の
新たなVpに基づいて最初から行うようにすることが好
ましい。
においては、冷却ファンモータの電圧を演算により導出
するに際し、空調装置用の各機器の合計消費動力Wの算
出値が考慮され、そのときの状態に応じて、合計消費動
力が小さくなるように最適な制御電圧として算出され
る。したがって、無駄な動力の消費が抑えられ、空調装
置全体の合計消費動力が小さくなる結果、車両エンジン
の燃料消費量も低く抑えられる。
階に最適化されるので、室外熱交換器の放熱状態が無段
階に最適に調整され、それによって冷凍サイクルにおけ
る冷媒の状態の変動が小さく抑えられる。その結果、室
内熱交換器での熱交換性能の変動が小さく抑えられ、ダ
クト吹出空気温度の安定性が向上される。
適制御により、従来のオン−オフあるいは電圧高−低の
2段階制御の場合に比べ、低回転数での動作時間が増
え、前述の空調装置の合計消費動力の低減がはかられつ
つ、冷却ファンモータの寿命延長および騒音低減も達成
される。
形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の一
実施態様に係る車両用空調装置を示している。図1にお
いて、空調ダクト1内には、室内熱交換器としての蒸発
器2が設けられており、空調ダクト1外に、室外熱交換
器としての凝縮器3が設けられている。車両エンジン4
によって駆動される可変容量型圧縮機5(可変容量コン
プレッサ)で圧縮された冷媒が凝縮器3で凝縮され、受
液器6、膨張弁7を介して蒸発器2に送られ、蒸発器2
から圧縮機5に戻されるように冷凍回路8が構成されて
いる。圧縮機5には、メインコントローラ9から容量制
御信号が送られ、冷凍回路8の高圧側に設けられた高圧
センサ10から、圧力検知信号がメインコントローラ9
に送られる。
空気流を発生させる冷却ファン11が設けられており、
冷却ファン11は冷却ファンモータ12によって駆動さ
れる。この冷却ファンモータ12の駆動は、冷却ファン
モータ制御量算出手段としてのメインコントローラ9か
らの冷却ファンモータ制御量信号に基づき、冷却ファン
モータ駆動制御手段としての冷却ファン電圧コントロー
ラ13を介して制御される。メインコントローラ9に
は、上記冷却ファンモータ制御量を演算するために、車
速認識手段としての車速センサ14からの車速信号、外
気温度認識手段としての外気温度センサ15からの外気
温度信号、冷却水温度認識手段としてのエンジン冷却水
温度センサ16からの冷却水温度信号、車内温度認識手
段としての車室内温度センサ17からの車内温度信号、
蒸発器2の下流側に設けられた蒸発器出口空気温度セン
サ18からの信号が入力されるようになっている。
1と内気導入口22との吸気空気量の切替ダンパ23が
設けられ、それを調節するインテークアクチュエータ2
4が設けられている。また、送風機のファン25および
そのモータ26の電圧を制御する送風機電圧コントロー
ラ27が設けられている。蒸発器2の下流側には、本実
施態様では、エンジン冷却水が通水される温水ヒータ2
8が設けられており、その直下流側に、エアミックスダ
ンパ29が設けられている。エアミックスダンパ29の
開度は、メインコントローラ9からの信号に基づいて、
エアミックスダンパアクチュエータ30を介して制御さ
れる。
の温調空気吹出口を示しており、各吹出口にはそれぞれ
開度調整用のダンパ34、35、36が設けられてい
る。本実施態様では、吹出口33に電気ヒータ37が設
けられており、電気ヒータ37の電圧は、メインコント
ローラ9からの信号に基づいて電気ヒータ電圧コントロ
ーラ38を介して制御される。
ータ制御量の算出は、たとえば図2〜図4に示すように
行われる。図2、図3に示すフローチャートはメインル
ーチンを示しており、ステップS1で先ずサブルーチン
に入る。サブルーチンでは、図4に示すように、外気温
度Toutと車速SPが入力され(ステップS101、
S102)、目標冷却ファンモータ電圧Vpが、 Vp=f(Tout,SP) によって算出される(ステップS103)。先ず、目標
冷却ファンモータ電圧の初期値V0が入力され、前記目
標冷却ファンモータ電圧Vp(今回値)とその前回値で
ある目標冷却ファンモータ電圧Vp’との差を算出する
(ステップS104、S105)。
標冷却ファンモータ電圧ΔVpを半分にした冷却ファン
モータ制御電圧変化幅ΔVaを前回冷却ファンモータ制
御電圧Vf’に加算し、新たな冷却ファンモータ制御電
圧Vfとして操作した後、空調装置消費動力の合計W0
を算出する(ステップS2〜S5)。
Vaを前回冷却ファンモータ制御電圧Vf'(ステップS
4のVf)に加算し、新たな冷却ファンモータ制御電圧
Vfとして操作した後、空調装置消費動力の合計W1を
算出する(ステップS6〜S8)。続いて図4のサブル
ーチンを実行し(ステップS9)、前記目標冷却ファン
モータ電圧変化量ΔVpが±A(所定値)の範囲内であ
るか否かを判定し(ステップS10)、範囲内であれ
ば、空調装置消費動力の合計W0とW1を比較する(ス
テップS11)。空調装置消費動力の合計W0とW1を
比較して、W1が大きい場合は、図3に示すように、前
記冷却ファンモータ制御電圧変化幅ΔVaを半分とした
ΔVbを、前回冷却ファンモータ制御電圧Vf’から減
算し、新たなファン制御電圧Vfとして操作した後、空
調装置消費動力の合計W2を算出する(ステップS12
〜S15)。続いて図4のサブルーチンを実行し(ステ
ップS16)、前記目標冷却ファンモータ電圧変化量Δ
Vpが±Aの範囲内であれば、空調装置消費動力の合計
W1とW2を比較する(ステップS17、S18)。空
調装置消費動力の合計W1とW2を比較して、W2が大
きく且つ前記冷却ファンモータ制御電圧変化幅ΔVbが
±B(所定値)の範囲内であり、W1とW2の差の絶対
値がCよりも小さい場合は、現在の外気温度Toutお
よび車速SP、冷却ファンモータ制御電圧Vfをメモリ
ーに記憶する(ステップS19、S20)。
目標冷却ファンモータ電圧Vp式を導出し(ステップS
21)、現在Vp式(図4のVp式)を新たなVp式に
更新した後(ステップS22)、フローチャートのST
ARTに戻る。
ンモータ電圧変化量ΔVpが±Aの範囲内にないときに
は、ステップS2に戻る。ステップS11においてW0
<W1でないときには、ステップS6に戻る。ステップ
S17においてΔVpが±Aの範囲内にないときにはス
テップS2に戻り、ステップS18においてW1<W2
でないときにはステップS13に戻る。さらに、ステッ
プS19が成立しないときには、くり返しステップS1
2に戻る。
力Wは、たとえば図5に示すように算出される。また、
フローチャートにおける目標冷却ファンモータ電圧Vp
の式は、たとえば図6に示すように導出される。
流出空気温度Teout、外気温度Tout、内気温度
Tin、インテーク状態INT、送風機電圧演算値BL
V、圧縮機容量制御信号Ic、高圧圧力Pd、冷却ファ
ンモータ電圧Vfan、バッテリ電圧VB、電気ヒータ
電圧Vhを検出する。蒸発器流入空気温度Teinを、 Tein=Tout×α+Tin×(1−α) で演算し、冷媒流量Grを、 Gr=f(Qe,ΔIe) で演算する。但し、 Qe=f(Tein,BLV,Teout) ΔIe=f(Ps,Pd) Ps=f(Ic) である。ここで、 Qe:冷房能力 ΔIe:蒸発器エンタルピー差 Ps:圧縮機吸入圧力 である。
lcを、 Welc=η×f(Wfan,Wcl,Wblv,W
h) で求める。但し、 Wfan=f(Vfan) Wcl=f(VB) Wblv=f(BLV) Wh=f(Vh) η:オルタネータ効率 である。
の消費動力Welcとの合計Wが、 W=Wcmp+Welc として求められる。
の目標冷却ファンモータ電圧Vpの演算式を求める考え
方を示している。
力は、圧縮機消費動力Wcompと各種電気機器消費動
力Welcとの合計となり、各種電気機器消費動力に
は、原動機(エンジン)の発生動力に対しオルタネータ
・レギュレータの効率分が上乗せされた動力が消費され
る。圧縮機消費動力Wcompは、各種条件(蒸発器流
出空気温度Teout、外気温度Tout、内気温度T
in、インテーク状態INT、送風機電圧演算値BL
V、圧縮機容量制御信号Ic、冷凍回路の高圧圧力P
d)に応じて発生する消費動力であり、電気機器消費動
力Welcも、各種条件(冷却ファンモータ使用電圧V
fan、バッテリ電圧VB、電気ヒータ電圧Vh、送風
機電圧演算値BLV)に応じて発生する消費動力であ
る。
消費動力Wと、冷却ファンモータ電圧Vfan(つま
り、冷却ファンモータの実際に行った駆動制御量)との
相関関係(相関データ)が、各パラメータ(各説明変
数)毎に採られる。すなわち、Vfanを目的変数、つ
まり目標冷却ファンモータ電圧Vpとし、各パラメータ
を説明変数として、説明変数毎に相関関係が求められ
る。そして、外気温度Toutと車速SPが説明変数と
され、冷却ファンモータ電圧Vpが目的変数とされて、
相関関係が求められる。このVfan(Vp)とWとの
相関関係は、各説明変数に関して、一般に図に示すよう
な最低極値(極小値)をもつデータとなる。この極小値
Wminあるいはその近傍のWとなるVfan(Vp)
に制御すれば、冷却ファンモータの消費動力を、そのと
きの条件に応じて最適に低減することが可能になる。単
なる冷却ファンモータ電圧のオン−オフ制御や高低2段
階制御では、このような、そのときの条件に応じた冷却
ファンモータの消費動力の低減、冷却ファンモータ電圧
制御の最適化はできない。
ータから、目的変数と説明変数の相関式fを導出する。 Vp=f(Tout,SP) の相関式を導出し、この相関式を用いて、前述の図4の
サブルーチンに示したように演算し、そのときの条件に
応じて、実際に冷却ファンモータ電圧コントローラ13
に出力する指令信号を決定する。
両や空調装置の状態に応じて、実質的に無段階にて、冷
却ファンモータの電圧を最適に制御することが可能とな
る。つまり、冷却ファンモータ電圧は、空調装置の合計
消費動力が可能な限り小さくなるように制御され、同時
に冷凍サイクルの冷媒の状態の変動が抑えられダクト吹
出空気温度変動が抑えられるように制御される。空調装
置の合計消費動力が小さく抑えられることにより、車両
エンジンの燃料消費量が低く抑えられ、冷凍サイクルの
安定化により、ダクト吹出空気温度の安定性が確保され
る。
する機会が増えるから、冷却ファンおよびそのモータの
寿命延長や騒音低減も達成される。
用空調装置によれば、空調装置への合計消費動力を考慮
し、そのときの状態に応じて冷却ファンに使用すべき動
力を最適に制御できるようにしたので、冷却ファンの消
費動力、ひいては空調装置の総消費動力を小さく抑える
ことができ、車両エンジンの燃料消費量を抑えることが
できる。
に制御できるので、ダクト吹出空気温度の安定性を向上
でき、かつ冷却ファンは低回転数での運転機会が増える
ことから、寿命延長および騒音低減をはかることも可能
となる。
略構成図である。
る。
る。
ーチャートである。
を示すブロック図である。
ータ電圧演算式導出の一例を示す説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 空調ダクト内に設けられた室内熱交換
器、空調ダクト外に設けられた室外熱交換器、エンジン
により駆動される可変容量型圧縮機を備えた冷凍回路
と、前記室外熱交換器に対し冷却用空気流を発生させる
冷却ファンおよび該冷却ファンを駆動するモータを有す
る車両用空調装置において、少なくとも、前記冷却用空
気流の温度を検出する外気温度認識手段と、車両の走行
車速を認識する車速認識手段を設けるとともに、各認識
手段の認識値を参照して冷却ファンモータの制御量を算
出する冷却ファンモータ制御量算出手段と、算出された
制御量に応じて冷却ファンモータの駆動制御量を可変制
御する冷却ファンモータ駆動制御手段を設け、かつ、前
記圧縮機および冷却ファンモータを含む、空調装置用機
器の合計消費動力Wを繰り返し算出する空調装置用機器
消費動力算出手段を設け、前記冷却ファンモータ制御量
算出手段は、まず冷却ファンモータ電圧の目標値Vpを
算出し冷却ファンモータ電圧Vfが目標値Vpに近づく
ように操作した後、前記合計消費動力Wが減少するよう
に、冷却ファンモータ電圧Vfを繰り返し演算および制
御することを特徴とする車両用空調装置。 - 【請求項2】 冷却ファンモータ制御量算出手段は、冷
却ファンモータ電圧Vfの演算において、合計消費動力
Wが減少していく方向に、ある電圧変化幅ΔVをもっ
て、冷却ファンモータ電圧Vfを減少又は増加する方向
に繰り返し演算および制御し、合計消費動力Wが増加に
転じたときには、電圧変化幅ΔVを半分にするとともに
冷却ファンモータ電圧Vfの操作方向を増加又は減少す
る方向に反転させ、これら一連の演算および制御を繰り
返し行う、請求項1の車両用空調装置。 - 【請求項3】 冷却ファンモータ制御量算出手段は、冷
却ファンモータ電圧Vfの演算において、冷却ファンモ
ータ電圧の変化幅ΔVおよび/または合計消費動力Wの
前回値と今回値の差が所定値より小さくなったとき、ま
たは、前記ΔVおよび/または前記Wの差が所定値より
小さい状態のまま一定時間経過したときに、予め記憶し
てある目標冷却ファンモータ電圧Vp式導出のための各
パラメータ値であるデータの一部を更新し、前記更新後
データから、最小二乗法により新たな目標冷却ファンモ
ータ電圧Vpの算出式を導出し、現在の算出式を新たに
算出した目標冷却ファンモータ電圧Vpの算出式に更新
する、請求項1または2の車両用空調装置。 - 【請求項4】 冷却ファンモータ制御量算出手段は、冷
却ファンモータ電圧Vfの演算において、外気温度認識
手段による認識値と車速認識手段による認識値を参照し
て目標冷却ファンモータ電圧Vpを算出する、請求項1
ないし3のいずれかに記載の車両用空調装置。 - 【請求項5】 冷却ファンモータ制御量算出手段は、冷
却ファンモータ電圧Vfの演算において、外気温度認識
手段による認識値と車速認識手段による認識値を参照し
て目標冷却ファンモータ電圧Vpを繰り返し算出し、前
回Vpと今回Vpの差ΔVpが所定値になったとき、冷
却ファンモータ電圧Vfの演算操作を今回の新たなVp
に基づいて最初から行う、請求項4の車両用空調装置。
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