JP2003025824A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JP2003025824A JP2001216448A JP2001216448A JP2003025824A JP 2003025824 A JP2003025824 A JP 2003025824A JP 2001216448 A JP2001216448 A JP 2001216448A JP 2001216448 A JP2001216448 A JP 2001216448A JP 2003025824 A JP2003025824 A JP 2003025824A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートエアコンの持つ省エネルギー特性を損
なうことなく、マニュアルエアコン並みの低コストで、
所望の快適な空調制御を行うことが可能な、とくに制御
を簡素化した車両用空調装置を実現する。 【解決手段】 車室内に吐出される空気の温度を制御す
る吹出空気温度制御手段と、車室内温度の目標値である
設定温度に応じて、予め定めた初期値から前記目標値に
到達するまでの応答モデルを演算する手段と、車室内温
度検出手段と、前記目標値応答モデル演算手段の出力と
車室内温度検出手段の出力から両者の偏差を含めて目標
吹出温度を演算する目標吹出温度演算手段とを有し、か
つ、該目標吹出温度演算手段の出力に基づいて吹出空気
温度制御手段の制御量を演算する手段を有することを特
徴とする車両用空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
関し、とくに簡単な制御系にて所望の快適性と省エネル
ギー特性とが得られるようにした車両用空調装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、通風ダクト内に蒸発器（冷却
器）とヒータ（加熱器）とを備えた車両用空調装置にお
いては、設定温度に応じて、蒸発器や加熱器とともに、
エアミックスダンパの制御量を演算制御し、各種フィー
ドバック信号を考慮して、目標とする車室内温度が達成
されるよう目標吹出温度を制御している。たとえばオー
トエアコンでは、車室内温度、外気温度、日射量、蒸発
器出口空気温度等の熱負荷検出値を参照して目標吹出温
度を演算し、設定温度に応じて各制御機器（エアミック
スダンパ、吹出モード、内外気切換ダンパ等）の制御を
行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のオートエアコンでは、多くの熱負荷検出部、およ
び各種温調制御機器駆動部を有するため、システム全体
としてのコストが高くなる。一方、マニュアルエアコン
では、蒸発（蒸発器）温度制御を行わないため、省エネ
ルギー特性に乏しい。
【０００４】そこで本発明の課題は、オートエアコンの
持つ省エネルギー特性を損なうことなく、マニュアルエ
アコン並みの低コストで、所望の快適な空調制御を行う
ことが可能な、とくに制御を簡素化した車両用空調装置
を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る車両用空調装置は、車室内に吐出され
る空気の温度を制御する吹出空気温度制御手段と、車室
内温度の目標値である設定温度に応じて、予め定めた初
期値から前記目標値に到達するまでの応答モデルを演算
する手段と、車室内温度検出手段と、前記目標値応答モ
デル演算手段の出力と車室内温度検出手段の出力から両
者の偏差を含めて目標吹出温度を演算する目標吹出温度
演算手段とを有し、かつ、該目標吹出温度演算手段の出
力に基づいて吹出空気温度制御手段の制御量を演算する
手段を有することを特徴とするものからなる。
【０００６】この車両用空調装置においては、車室内に
吐出される空気を加熱する加熱器を有し、該加熱器を通
過する風量を制御する、吹出空気温度制御手段としての
風量制御手段を有し、前記目標吹出温度演算手段の出力
に基づいて、風量制御手段の制御量を演算する手段を有
する構成とすることができる。また、車室内に吐出され
る空気を冷却する冷却器を有し、該冷却器温度を制御す
る、吹出空気温度制御手段としての冷却器温度制御手段
を有し、前記目標吹出温度演算手段の出力に基づいて、
冷却器温度制御手段の制御量を演算する手段を有する構
成とすることもできる。
【０００７】また、この車両用空調装置においては、上
記目標吹出温度演算手段の出力に基づいて演算された冷
却器制御温度と、上記設定温度又は車室内温度又は外気
温度に基づいて演算された冷却器制御温度との低い方の
温度に基づいて、冷却器を備えた冷媒回路の圧縮機を制
御する手段を有することが好ましい。圧縮機制御手段
は、たとえば、圧縮機のクラッチ制御手段からなる。
【０００８】また、本発明に係る車両用空調装置におい
ては、冷却器または冷却器出口空気温度検出手段を有し
ていてもよく、該検出手段からの出力は、エアミックス
ダンパ制御量演算手段による演算に使用することができ
る。また、この冷却器または冷却器出口空気温度検出手
段からの出力は、圧縮機のクラッチ制御にも使用するこ
とができる。
【０００９】このような本発明に係る車両用空調装置に
おいては、設定温度に応じてその目標値への応答モデル
が自動演算され、演算された応答モデルがフィードフォ
ワードの指令信号とされる。このフィードフォワード指
令信号に対し、基本的に、車室内温度検出手段による検
出信号のみがフィードバックされ、両者の偏差がＰＩＤ
演算等により演算され、上記フィードフォワード信号
が、フィードバック信号を含む目標吹出温度の出力信号
に修正されて、この出力に基づいてエアミックスダンパ
の制御量が演算される。
【００１０】すなわち、従来の制御のように、多くの検
出信号をフィードバックして目標吹出温度を演算するの
ではなく、基本的に設定温度に応じた目標値応答モデル
のフィードフォワード制御とし、それに基本的に唯一車
室内温度検出信号のみがフィードバックされる。この制
御系では、従来の制御系に比べ大幅に簡素化されるが、
目標値応答とフィードバック特性を２自由度制御として
独立に設計できるので、目標値応答モデルを用いたフィ
ードフォワード制御に対する安定性と応答性の両立が可
能となる。
【００１１】そして、唯一基本的にフィードバックされ
るのが、そのときの実際の車室内温度であるから、制御
すべき車室内温度を現実に即した目標値に近づけること
が可能になり、簡素な制御でありながら、快適な空調制
御の実現が可能となる。
【００１２】また、冷却器の制御について、とくに冷却
器（蒸発器）を備えた冷媒回路に設けられている圧縮機
の運転、たとえば圧縮機のクラッチの制御について、上
記のような目標値応答モデルと車室内温度フィードバッ
クに基づく目標吹出温度演算から求められる冷却器制御
温度と、単に設定温度から求められる冷却器制御温度と
の低い方を採用するように制御すれば、圧縮機、冷却器
の運転を必要最小状態とすることが可能となり、とく
に、冷媒の蒸発温度を最適化することが可能となり、省
エネルギーも同時に達成できることになる。また、蒸発
温度の最適化により、空調における快適性のより一層の
向上をはかることも可能となる。
【００１３】さらに、冷却器または冷却器出口空気温度
の検出を加えれば、目標吹出温度の演算をより最適に行
うことが可能になるとともに、圧縮機の運転に対しては
より省エネルギー化をはかることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図を示し
ている。図１において、１は、車両用空調装置の機械的
な構成部分全体を示しており、通風ダクト２の入口側に
は、内気導入口３側からの空気吸入量と外気導入口４側
からの空気吸入量との割合を制御する内外気切替ダンパ
５が設けられている。吸入された空気は、モータ６によ
り駆動される送風機７によってダクト２内を吸引、圧送
される。
【００１５】送風機７の下流側には、冷却器としての蒸
発器８が設けられており、その下流側には加熱器として
の温水ヒータ９が設けられている。温水ヒータ９には、
エンジンからのエンジン冷却水１０が循環され、それに
よって加熱されるようになっている。
【００１６】蒸発器８には、冷媒回路１１内を循環され
る冷媒が供給される。冷媒は、容量を可変制御できる可
変容量式圧縮機（コンプレッサ）１２で圧縮され、凝縮
器１３で凝縮された後、受液器１４、膨張弁１５を介し
て蒸発器８に送られ、蒸発器８から圧縮機１２に吸入さ
れる。圧縮機１２の運転は、本実施例では、クラッチコ
ントローラ１６の制御を介して、制御されるようになっ
ている。
【００１７】温水ヒータ９の直下流側には、エアミック
スダンパ１７が設けられており、エアミックスダンパア
クチュエータ１８によって作動されるエアミックスダン
パ１７の開度調整により、ヒータ９を通過する空気の量
とバイパスする空気の量との割合を制御できるようにな
っている。
【００１８】温調された空気は、各吹出口１９、２０、
２１（たとえば、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ吹出口）
を介して車室内に吹き出される。各吹出口１９、２０、
２１には、それぞれダンパ２２、２３、２４が設けられ
ている。
【００１９】上記エアミックスダンパアクチュエータ１
８、圧縮機１２のクラッチコントローラ１６は、メイン
コントローラ２５からの信号に基づいて制御されるよう
になっている。メインコントローラ２５には、車室内温
度設定器２６からの設定温度信号が入力され、車室内温
度センサ２７からの検出信号が入力されるようになって
いる。また、本実施態様では、蒸発器８の出口側に、蒸
発器出口空気温度センサ２８が設けられており、その検
出信号がメインコントローラ２５に入力されるようにな
っている。
【００２０】このようなシステムを用いて、本発明に係
る制御は、基本的に図２に示すように行われる。車室内
温度設定器２６での設定温度３１に応じて、予め設定し
た初期値（たとえば、常温の２５℃）からその設定温度
目標値に到達するまでの目標値応答モデルが応答モデル
演算手段３２によりＦ（Ｓ）として演算される。この演
算結果に基づいて、目標吹出温度の制御対象モデルが、
その演算手段３３により１／Ｐ’（Ｓ）のフィードフォ
ワード信号として演算される。
【００２１】このフィードフォワード信号に、車室内温
度センサ２７からの車室内温度検出信号３４によるフィ
ードバックが加えられる。つまり、上記目標値応答モデ
ルＦ（Ｓ）と、フィードバックされた車室内温度検出信
号３４の偏差がＰＩＤ演算される。そして、上記フィー
ドフォワード信号１／Ｐ’（Ｓ）と、上記ＰＩＤ演算さ
れた補正信号（フィードバック信号）とが加算され、こ
れが目標吹出温度の制御信号、つまり、エアミックスダ
ンパ制御量の基本信号として出力される。このエアミッ
クスダンパ制御量の基本信号は、操作端としての出力イ
ンターフェース、制御対象としてのエアミックスダンパ
の開度演算を介して、実際の制御量信号Ｐ（Ｓ）の形で
エアミックスダンパ開度演算手段３５から、エアミック
スダンパ信号３６として出力される。
【００２２】本実施態様ではさらに、蒸発器出口空気温
度演算・判定手段３７により、上記目標吹出温度から演
算された蒸発器出口空気温度ＴＶＩが演算されるととも
に、設定温度から蒸発器出口空気温度ＴＶＩＩが演算さ
れる。そして、ＴＶＩ、ＴＶＩＩの小さい方（最小値）
が判定され、それに基づいて圧縮機のクラッチ信号３８
が出力される。この演算・判定には、蒸発器出口空気温
度に代えて、蒸発器自体の温度、あるいは蒸発器入出口
の冷媒の温度を対象としてもよい。
【００２３】より具体的な制御ブロック図を図３に示
す。図３の制御は、図２に示した基本制御に基づくもの
である。すなわち、車室内温度目標値Ｔｓｅｔとして設
定された設定温度に応じて車室内温度応答モデルの目標
値がＴｆ＝ｆ（Ｔｓｅｔ）として演算され、それに、Ｔ
ｆと車室内温度の検出値ＴＲとの偏差ｆ（Ｔｆ，ＴＲ）
を加えた式、 Ｔｏｃ＝ｆ（Ｔｓｅｔ）＋ｆ（Ｔｆ，ＴＲ） として、目標吹出温度Ｔｏｃが演算される。
【００２４】この目標吹出温度Ｔｏｃの演算結果に基づ
いて、エアミックスダンパの開度ＡＭＤが演算される。
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ）但し本実施態様では、この演算
に、さらに加熱器入口温水温度ＴＷ（一般にエンジン冷
却水温度として検出されている）と、蒸発器出口空気温
度Ｔｅの信号が使用され、 ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ，ＴＷ，Ｔｅ） として演算される。
【００２５】演算されたエアミックスダンパ開度信号Ａ
ＭＤが、エアミックスダンパアクチュエータ１８に出力
され、実際にエアミックスダンパの開度が制御される。
【００２６】このような制御においては、設定温度に応
じた目標値応答モデルを実質的にフィードフォワード信
号として演算し、それとは独立に、車室内温度センサー
２７からの検出信号を用いたフィードバック制御が行わ
れるので、上記フィードフォワード制御信号がフィード
バック信号により適切に修正され、目標吹出温度の制御
信号として十分に信頼性の高い信号とされる。しかも、
実質的に唯一フィードバックがかけられるのは、実際に
検出したその時の車室内温度の信号であるから、極めて
簡素な制御構成でありながら、快適な空調制御が安定
性、応答性良く実現されることになる。
【００２７】また本実施態様では、上記目標吹出温度Ｔ
ｏｃから蒸発器出口空気温度ＴＶＩ＝ｆ（Ｔｏｃ）が演
算され、前記設定温度から蒸発器出口空気温度ＴＶＩＩ
＝ｆ（Ｔｓｅｔ）が演算される。但し、ＴＶＩＩの演算
には、目標車室内相対湿度ＲＨを固定設定値として与え
ておき、このＲＨも加えて演算することが好ましい。こ
のように演算されたＴＶＩ、ＴＶＩＩのうちの低い方を
蒸発器出口空気温度の目標値ＴＶとし、そのＴＶの基づ
いてクラッチ制御信号がクラッチコントローラ１６に出
力される。クラッチコントローラ１６では、蒸発器出口
空気温度の検出値Ｔｅが上記目標値ＴＶとなるようにコ
ントロールする。
【００２８】このようにＴＶに基づいてクラッチコント
ローラ１６を制御し、それによって圧縮機１２の運転を
制御することにより、必要最小限の運転とすることがで
き、省エネルギー特性を向上することが可能となる。ま
た、蒸発温度の最適化もはかることが可能となるから、
空調におけるより一層の快適性の向上をはかることも可
能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用空
調装置によれば、検出が必要なものは実質的に車室内温
度のみとした極めて簡素な制御系でありながら、所望の
快適な空調制御を実現することが可能となり、オートエ
アコン制御系の大幅なコストダウンをはかることができ
る。
【００３０】また、蒸発器や蒸発器出口空気温度の検出
値を用いた演算結果と、設定温度からの演算結果との比
較判定を行うようにすれば、制御系全体としての簡素な
構成を保ちつつ、省エネルギー特性の向上をはかること
もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概
略構成図である。
【図２】本発明に係る制御の基本構成を示すブロック図
である。
【図３】本発明に係る制御の一例をより具体的に示した
ブロック図である。
【符号の説明】
１ 空調装置 ２ 通風ダクト ６ モータ ７ 送風機 ８ 冷却器としての蒸発器 ９ 加熱器としての温水ヒータ １０ エンジン冷却水 １１ 冷媒回路 １２ 可変容量式圧縮機 １３ 凝縮器 １４ 受液器 １５ 膨張弁 １６ クラッチコントローラ １７ エアミックスダンパ １８ エアミックスダンパアクチュエータ １９、２０、２１ 吹出口 ２２、２３、２４ ダンパ ２５ メインコントローラ ２６ 車室内温度設定器 ２７ 車室内温度センサ ２８ 蒸発器出口空気温度センサ
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月２５日（２００２．４．２
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】このフィードフォワード信号に、車室内温
度センサ２７からの車室内温度検出信号３４によるフィ
ードバックが加えられる。つまり、上記目標値応答モデ
ルＦ（Ｓ）と、フィードバックされた車室内温度検出信
号３４の偏差がＰＩＤ演算される。そして、上記フィー
ドフォワード信号１／Ｐ’（Ｓ）と、上記ＰＩＤ演算さ
れた補正信号（フィードバック信号）とが加算され、こ
れが目標吹出温度の制御信号、つまり、エアミックスダ
ンパ制御量の基本信号として出力される。このエアミッ
クスダンパ制御量の基本信号は、エアミックスダンパ開
度演算手段３５から、エアミックスダンパ信号３６とし
て出力される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 敦雄 群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式 会社内 Ｆターム(参考） 3L011 AF00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車室内に吐出される空気の温度を制御す
    る吹出空気温度制御手段と、車室内温度の目標値である
    設定温度に応じて、予め定めた初期値から前記目標値に
    到達するまでの応答モデルを演算する手段と、車室内温
    度検出手段と、前記目標値応答モデル演算手段の出力と
    車室内温度検出手段の出力から両者の偏差を含めて目標
    吹出温度を演算する目標吹出温度演算手段とを有し、か
    つ、該目標吹出温度演算手段の出力に基づいて吹出空気
    温度制御手段の制御量を演算する手段を有することを特
    徴とする車両用空調装置。
  2. 【請求項２】 車室内に吐出される空気を加熱する加熱
    器を有し、該加熱器を通過する風量を制御する、吹出空
    気温度制御手段としての風量制御手段を有し、前記目標
    吹出温度演算手段の出力に基づいて、風量制御手段の制
    御量を演算する手段を有する、請求項１の車両用空調装
    置。
  3. 【請求項３】 車室内に吐出される空気を冷却する冷却
    器を有し、該冷却器温度を制御する、吹出空気温度制御
    手段としての冷却器温度制御手段を有し、前記目標吹出
    温度演算手段の出力に基づいて、冷却器温度制御手段の
    制御量を演算する手段を有する、請求項１の車両用空調
    装置。
  4. 【請求項４】 前記目標吹出温度演算手段の出力に基づ
    いて演算された冷却器制御温度と、前記設定温度又は車
    室内温度又は外気温度に基づいて演算された冷却器制御
    温度との低い方の温度に基づいて、冷却器を備えた冷媒
    回路の圧縮機を制御する手段を有する、請求項１の車両
    用空調装置。
  5. 【請求項５】 前記圧縮機制御手段が圧縮機のクラッチ
    制御手段からなる、請求項４の車両用空調装置。
  6. 【請求項６】 冷却器または冷却器出口空気温度検出手
    段を有し、該検出手段の出力をエアミックスダンパ制御
    量演算手段による演算に使用する、請求項１ないし５の
    いずれかに記載の車両用空調装置。
  7. 【請求項７】 冷却器または冷却器出口空気温度検出手
    段の出力を圧縮機のクラッチ制御に使用する、請求項５
    または６の車両用空調装置。
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