JP2004291680A

JP2004291680A - 車両の空調システム

Info

Publication number: JP2004291680A
Application number: JP2003083366A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yamamoto; 研一山本; 敏貴 ▲高▼橋; Toshitaka Takahashi; Nobuhide Takeshige; 伸秀武重; Kazuhisa Yamamoto; 和久山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図ること。
【解決手段】車両内の各領域▲１▼〜▲４▼毎に当該各領域の空調を行う空調装置１〜３と、車両に対する太陽の日射方向を検出する太陽電池４及び電流センサ１４ａ〜１４ｄと、を備え、クランク回転検出センサ１２により、車両のエンジンが停止していると判定した場合に、検出された日射方向に基づいて、空調装置１〜３による前記領域毎の空調を制御する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の空調技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車室内の快適性を維持するため、エアコン、換気ファン等の空調設備を搭載した車両が普及している。また、乗員の足元等に配置され、車室内を部分的に空調するのに好適な空調設備を搭載したものも提案されており、そのような空調設備として例えばペルチェ素子を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
【０００３】
一方、車両を長時間駐車した場合、外気温の影響により車室内の温度が高温又は低温に至り、駐車中の車室内に残っている者や、その後車両に乗り込む者に不快感を与える。とりわけ夏場や冬場にあっては車室内の温度が著しく高温又は低温に至るため顕著となる。ここで、駐車時にあっては通常エンジンが停止しているためエンジン出力を利用して空調設備を駆動する電力を得ることはできない。この点、バッテリから電力を得ることが挙げられるが、バッテリは長時間に渡って十分な電力を供給することは困難である。そこで、車両に太陽電池を設けてこれにより空調設備のための電力を得ることも提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１５１７号公報
【特許文献２】特開平１１−３４２７３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、太陽電池の性能が向上しつつあるとはいえ、その出力電力は必ずしも大きなものではなく、車両のエンジン停止時に空調設備を駆動するために利用できる電力には制限がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図り得る車両の空調システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、車両のエンジンの停止を判定する判定手段と、前記車両内の各領域毎に当該各領域の空調を行う空調手段と、前記車両に対する太陽の日射方向を検出する日射方向検出手段と、前記判定手段により前記エンジンが停止していると判定された場合に、前記日射方向検出手段により検出された日射方向に基づいて、前記空調手段による前記領域毎の空調を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする車両の空調システムが提供される。
【０００８】
このシステムは太陽光を効果的に利用するものである。すなわち、車両に対する太陽の日射方向如何により、車室内は部分的に太陽光により加温される場合があるところ、このシステムでは車両のエンジン停止時に車両に対する日射方向を検出し、これに基づて車室内の各領域毎に空調を制御することで、太陽光によって加温されている領域については、例えば他の領域よりも空調能力を下げて省エネルギ化を図ったり、逆に空調能力を上げて車室内の快適性を向上することが可能となる。従って、このシステムは車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図ることができる。
【０００９】
本発明においては、更に、前記車両に対する太陽の日射量を検出する日射量検出手段を備え、前記制御手段は、前記日射量検出手段により検出された日射量が所定値以上の場合に、前記空調手段による前記領域毎の空調を制御することもできる。これにより、太陽光による加温の影響が大きい場合にのみ上記空調制御を行うことができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記空調手段が、１又は複数の前記領域の空調を行うために、外気を車室内に流通させる１又は複数のファンと、１又は複数の前記領域の空調を行うために、空気を加温又は冷却して車室内に供給する１又は複数のエアコンと、の少なくともいずれかを含むこともできる。
【００１１】
また、本発明においては、前記空調手段が、各々の前記領域毎に設置され、通電により放熱又は吸熱する複数の素子を含むこともできる。
【００１２】
この場合、更に、車室内の温度と外気温との温度差を検出する温度差検出手段を備え、前記制御手段は、前記日射方向検出手段により検出された日射方向と、前記温度差検出手段により検出された温度差と、に基づいて放熱又は吸熱する前記素子を制御することもできる。これにより日射方向のみならず、車室内温度と外気温との温度差も考慮した空調制御が可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、前記日射方向検出手段は、車両に設けられた太陽電池を含むこともできる。これにより、太陽電池を電力供給源としてのみならず、日射方向の検出にも併用できる。
【００１４】
また、本発明においては、前記日射量検出手段は、車両に設けられた太陽電池を含むこともできる。これにより、太陽電池を電力供給源としてのみならず、日射量の検出にも併用できる。
【００１５】
また、本発明においては、前記空調手段は、車両に設けられた太陽電池による電力により駆動されてもよい。車両のエンジン停止時の電力供給源として太陽電池は有益である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る空調システムのブロック図、図２（ａ）は本実施形態の空調システムを適用した車両の平面視図、図３は本実施形態の空調システムを適用した車両内部の構成図である。
【００１７】
本実施形態においては部分冷暖房ユニット１ａ〜１ｄ（以下、総称するときは部分冷暖房ユニット１という。）と換気ファン２ａ〜２ｄ（以下、総称するときは換気ファン２という。）とエアコン３という、３種類の空調装置を設けた場合を例に挙げて説明する。しかし、本発明はこれに限られず、種々の空調装置が採用可能である。
【００１８】
部分冷暖房ユニット１は、車室内の所定の箇所に設置され、通電により放熱又は吸熱する素子を用いたユニットである。そのような素子としては例えばペルチェ素子を挙げることができる。本実施形態の場合、この部分冷暖房ユニット１を車室内の各シートにそれぞれ内蔵するように構成している。このように配置することで、乗員を直接的に加温又は冷却することができ、体感的には最も効率的な空調装置となる。また、この部分冷暖房ユニット１は、例えば、乗員の足元のフロアやルーフの内側に設けてもよい。換気ファン２は外気を車室内に流通させることにより、車室内の空調を行う空調装置であり、例えば、ファンモータから構成される。本実施形態の場合、車両の前後左右の各側部に合計４つ配設されている。
【００１９】
エアコン３は空気を加温又は冷却して車室内に供給するものであり、空気を加温又は冷却する点で単に気流を生じさせる換気ファン２と異なる。車室内にはエアコン３からの空気を吹き出す複数の吹出口１６ａ〜１６ｄが設けられており、これらの吹出口から加温又は冷却された空気を車室内へ供給する。吹出口１６ａ及び１６ｂはインストルメントパネルに、吹出口１６ｃ及び１６ｄは後方のシート上のルーフに、それぞれ配設することができる。
【００２０】
各吹出口１６ａ〜１６ｄはダクトを介してダクト切り替え器１３に接続されている。ダクト切り替え器１３は例えば電気的に制御可能な複数の弁からなり、エアコン３からの空気の各ダクトへの流通を個別に切り替える。
【００２１】
ここで、本実施形態では図３に示すように、車室内を仮想的な４つの領域▲１▼〜▲４▼に区画しており、各領域▲１▼〜▲４▼の空調を主として行うよう、上述した各空調装置を配設している。まず、運転席周辺に設定された領域▲１▼には部分冷暖房ユニット１ａ、換気ファン２ａ及びエアコン３の吹出口１６ａが割り当てられている。また、後部右座席周辺に設定された領域▲２▼には部分冷暖房ユニット１ｂ、換気ファン２ｂ及びエアコン３の吹出口１６ｂが割り当てられている。また、後部左座席周辺に設定された領域▲３▼には部分冷暖房ユニット１ｃ、換気ファン２ｃ及びエアコン３の吹出口１６ｃが割り当てられている。そして、助手席周辺に設定された領域▲４▼には部分冷暖房ユニット１ｄ、換気ファン２ｄ及びエアコン３の吹出口１６ｄが割り当てられている。
【００２２】
これらの各空調装置（部分冷暖房ユニット１、換気ファン２及びエアコン３）は、車両のエンジン停止時にあっては太陽電池４により発電された電気を蓄積するサブバッテリ５から電力の供給を受けることで駆動される。なお、エンジン駆動時にはエンジンに取付けられた発電機から電力の供給を受けるように構成することができる。このように太陽電池４から電力の供給を受けることでエンジン停止時においても電力の供給が可能となる。サブバッテリ５は例えば後方のシート下に配設されており、上述した３種類の空調装置の他、各種補機の電力源として用いることもできる。
【００２３】
太陽電池４は車両のルーフ表面に配設されており、太陽光を電気エネルギーに変換する。本実施形態においては、この太陽電池４を電力源としてのみならず、太陽光の日射方向と日射量との検出にも用いる。以下、この点を説明する。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように太陽電池４は４つのセルＡ〜Ｄを四角錐型に形成したユニットをマトリックス状に多数配設してなる。図２（ｂ）に示すように、セルＡは車両の前方、セルＢは車両の右側面、セルＣは車両の後方、セルＤは車両の左側面を向くように全てのユニットが構成されている。そして、図１に示すように、各セルは各群Ａ〜Ｄ毎に直列に接続され、充放電コントローラ６に電流を供給するように構成され、各セル群Ａ〜Ｄの電流はそれぞれ電流センサ１４ａ〜１４ｄにより個別に計測される。各電流センサ１４ａ〜１４ｄはインターフェース１５を介してＣＰＵ７に接続されており、ＣＰＵ７に計測結果を提供するようにしている。
【００２４】
ここで、太陽電池から発電される電流は太陽光の日射量に比例する。従って、まず、太陽電池４からの総電流量により太陽光の日射量を計測することが可能となる。次に、各セル群Ａ〜Ｄからの電流値を相互に比較することにより、日射方向を検出することが可能となる。例えば、セルＡ群からの電流のみが他の各セル群Ｂ〜Ｄからの電流よりも大きい場合、日射方向は車両の前方からとなる。また、セル群Ａ及びＢからの電流が他のセル群Ｃ及びＤよりも大きく、かつ、両者の電流が略等しい場合、日射方向は車両の右前方からとなる。
【００２５】
このようにして、日射方向を検出することが可能となる。本実施形態では図２（ａ）に示すように、車両の前方からの日射方向を０度として、時計回りに３６０度の日射方向を想定し、電流センサ１４ａ〜１４ｄの計測結果から求めた日射方向に基づき、各領域▲１▼〜▲４▼毎の空調制御を行うものである。なお、本実施形態では日射方向と日射量とを共通の太陽電池４を用いて検出するように構成しているが、日射センサ等の他の検出手段を用いてこれらを検出し、太陽電池４を専ら電力源として用いてもよいことはいうまでもない。
【００２６】
次に、充放電コントローラ６は太陽電池４からの電力をサブバッテリ５に蓄電し、また、サブバッテリ５から各空調装置へ電力が供給されるようにサブバッテリ５の放電を制御するものである。充放電コントローラ６は、ＣＰＵ７の命令に従って、エンジン停止時において各空調装置等を駆動する場合にサブバッテリ５を放電するようにし、エンジン駆動中或いは各空調装置等の非駆動時にはサブバッテリ５を充電するように作動する。
【００２７】
ＣＰＵ７は、インターフェース１５を介して各空調装置（１乃至３）、ダクト切り替え器１３及び充放電コントローラ６の制御を司るプロセッサである。ＣＰＵ７は各空調装置（１乃至３）の駆動・非駆動の切り替え及び充放電コントローラ６の充電、放電の切り替え等を行い、特にエンジン停止時に後述する空調制御処理及び空調モード選択処理を実行する。ＲＯＭ（リードオンリメモリ）８には後述する空調選択処理及び空調モード選択処理のプログラムの他、固定的なデータを記憶するメモリである。ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９はＣＰＵ７によって処理されるプログラムのワークエリアを有し、可変データ等を記憶する。これらのＲＯＭ８及びＲＡＭ９としては他の記憶手段を採用してもよいことはいうまでもない。また、ＣＰＵ７、ＲＯＭ８及びＲＡＭ９は車両の制御部で用いられるものを併用するようにしてもよい。
【００２８】
車室内温度センサ１０は車室内の温度を検出するためのセンサであり、本実施形態の場合、車両のルーフ内側に配置した場合を想定しているが車室内の温度を検出可能な任意の配設位置が選択できる。車外温度センサ１１は車外気温を検出するためのセンサであり、本実施形態の場合、ボンネット上部に配設しているがこれも外気温を検出可能な任意の配設位置を選択できる。これらのセンサとしては例えばサーミスタ素子を用いることができる。
【００２９】
車室内温度センサ１０及び車外温度センサ１１はインターフェース１５を介してＣＰＵ７に接続されており、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）等により検出した車室内温度及び車外温度のデジタル情報をＣＰＵ７に提供する。
【００３０】
クランク回転検出センサ１２は車両のエンジンの停止を検出するためのセンサであり、例えば、エンジンの点火タイミング制御に用いられるクランク角センサをこのクランク回転検出センサ１２として併用することもできる。なお、エンジンの停止を検出するために、このクランク回転検出センサ１２に代えて他の物理量を検出する各種センサを採用してもよいことはいうまでもない。クランク回転検出センサ１２による検出結果はインタフェース１５を介してＣＰＵ７に提供される。
【００３１】
次に、本実施形態における、エンジン停止時の空調制御処理について説明する。図４（ａ）はＣＰＵ７が実行する空調制御処理のフローチャートである。ＣＰＵ７は所定のタイミングで図４（ａ）の処理を反復する。概説すると、本実施形態においては、太陽光の日射方向を判定することで、車室内の各領域▲１▼〜▲４▼のうちより多くの太陽光が照射されている領域を特定・選択し、その領域の空調を制御するものである。この空調制御としては、例えば、夏場のように暑い場合、太陽光が照射されている領域の冷房を他の領域よりも強くして車室内の快適性を向上し、或いは、冬場のように寒い場合、太陽光が照射されている領域の暖房を他の領域よりも弱くして空調装置の消費電力を節約することが挙げられる。このようにすることで、本実施形態では車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図ることができる。
【００３２】
図４（ａ）において、Ｓ１ではクランク回転検出センサ１２の検出結果を取得する。Ｓ２ではＳ１で取得した検出結果に基づいてエンジンが停止中か否かを判定する。エンジンが停止中の場合、エンジン停止時の空調制御を行うべくＳ３へ進み、エンジンが駆動中の場合、処理を終了する。エンジン駆動中の場合、エンジンに接続された発電機から電力の供給を受けて各空調装置（１乃至３）を適宜稼動させる。
【００３３】
Ｓ３では日射量を検出する。具体的には、各電流センサ１４ａ〜１４ｃの計測結果を取得してその総量を算出することで車両に対する日射量を算出する。Ｓ４ではＳ３で検出した日射量が予め定めた値よりも大きいか否かを判定する。小さい場合、車室内に対する太陽光による加温の影響が小さく、領域▲１▼〜▲４▼毎の空調制御を行う効果が小さいと判断して処理を終了する。一方、Ｓ３で検出した日射量が予め定めた値よりも大きい場合、太陽光による加温の影響が大きいと考えられることから、Ｓ５以降に処理を移行する。
【００３４】
Ｓ５では日射方向を検出する。具体的には、各電流センサ１４ａ〜１４ｃの計測結果を取得して、各セル群Ａ〜Ｄからの電流値を相互に比較することにより、日射方向を検出する。Ｓ６〜Ｓ１３の処理では検出した日射方向に従って、空調制御を行う領域を選択し、当該空調制御を実行する。
【００３５】
本実施形態の場合、日射方向を９０度単位で４つに区分けして領域▲１▼〜▲４▼の選択を行う。ただし、区分けする角度はこれに限られず、更に小さな角度で区分けしてもよい。また、本実施形態の場合、各領域▲１▼〜▲４▼について一度に２つの領域を選択する。ただし、選択する領域の数はこれに限られず、１つ又は複数の領域を選択することができる。
【００３６】
Ｓ６では日射方向が３１５度より大きく４５度以下か否かを判定する。この場合は日射方向が車両の前方側からの場合となる（図２参照）。該当しない場合はＳ８へ進む。該当する場合はＳ７へ進み、太陽光が照射される領域▲４▼及び▲１▼（助手席と運転席周辺）を選択し、これに対応する部分冷暖房ユニット１ｄ及び１ａ、換気ファン２ｄ及び２ａ、又は、エアコン３によるダクト１６ｄ及び１６ａの少なくともいずれかによる空調制御を行う。そして、例えば、夏場であれば冷房能力を向上させて快適性を維持し、冬場であれば暖房能力を低下させて消費電力を節約する。なお、他の領域▲２▼及び▲３▼の空調制御は行わなくてもよいし、適宜行ってもよい。
【００３７】
次に、Ｓ８では日射方向が４５度より大きく１３５度以下か否かを判定する。この場合は日射方向が車両の右側方側からの場合となる（図２参照）。該当しない場合はＳ１０へ進む。該当する場合はＳ９へ進み、太陽光が照射される領域▲１▼及び▲２▼（運転席と後部右座席周辺）を選択し、これに対応する部分冷暖房ユニット１ａ及び１ｂ、換気ファン２ａ及び２ｂ、又は、エアコン３によるダクト１６ａ及び１６ｂの少なくともいずれかによる空調制御を行う。空調制御の内容はＳ７と同様である。
【００３８】
次に、Ｓ１０では日射方向が１３５度より大きく２２５度以下か否かを判定する。この場合は日射方向が車両の後方側からの場合となる（図２参照）。該当しない場合はＳ１２へ進む。該当する場合はＳ１１へ進み、太陽光が照射される領域▲２▼及び▲３▼（後部座席周辺）を選択し、これに対応する部分冷暖房ユニット１ｂ及び１ｃ、換気ファン２ｂ及び２ｃ、又は、エアコン３によるダクト１６ｂ及び１６ｃの少なくともいずれかによる空調制御を行う。空調制御の内容はＳ７と同様である。
【００３９】
次に、Ｓ１２では日射方向が２２５度より大きく３１５度以下か否かを判定する。この場合は日射方向が車両の左側方側からの場合となる（図２参照）。該当しない場合はＳ１４へ進む。該当する場合はＳ１３へ進み、太陽光が照射される領域▲３▼及び▲４▼（後部左座席及び助手席周辺）を選択し、これに対応する部分冷暖房ユニット１ｂ及び１ｃ、換気ファン２ｂ及び２ｃ、又は、エアコン３によるダクト１６ｂ及び１６ｃの少なくともいずれかによる空調制御を行う。空調制御の内容はＳ７と同様である。Ｓ１４では検査モードを実行する。Ｓ１４へ至る場合は装置の故障等が考えられるので、その故障の検出若しくはユーザへの警告の表示等を行う。
【００４０】
このように本実施形態では日射方向に応じて車室内を部分的に空調制御することができ、車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図ることができる。
【００４１】
次に、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１及びＳ１３における領域選択後の空調制御の具体例について説明する。図４（ｂ）は当該各ステップにおいてＣＰＵ７が実行する空調モード選択処理のフローチャートである。この処理では、車室内温度と外気温に基づいて、空調制御に用いる部分冷暖房ユニット１、換気ファン２及びエアコン３の選択を行い、とりわけ部分冷暖房ユニット１を駆動するか否かの制御を行うものである。
【００４２】
Ｓ２１では車室内温度と外気温とを検出する。具体的には、車室内温度センサ１０と車外温度センサ１１との温度の検出結果を取得する。Ｓ２２では検出した車室内温度と外気温との温度差（絶対値）を算出して、この温度差が予め定めた値よりも小さいか否かを判定する。小さい場合はＳ２３へ進み、それほど冷暖房能力がそれほど要求されないとみなしてエアコン３又は換気ファン２のいずれかを選択して駆動させる。小さくない場合はＳ２４へ進み、比較的大きな冷暖房能力が要求されるとみなしてエアコン３又は換気ファン２のいずれかと、部分冷暖房ユニット１と、を選択し、両者を組合わせて駆動させる。
【００４３】
このように本処理では日射方向のみならず、車室内温度と外気温との温度差も考慮した空調制御が可能となる。また、複数種類の空調装置の組合せを選択することで、車室内の快適性と消費電力とを考慮した空調制御が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明によれば、車両のエンジン停止時における、車室内の空調とその電力消費との調和を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空調システムのブロック図である。
【図２】（ａ）は本実施形態の空調システムを適用した車両の平面視図、（ｂ）は太陽電池４のセルの説明図である。
【図３】本実施形態の空調システムを適用した車両内部の構成図である。
【図４】（ａ）は空調制御処理のフローチャート、（ｂ）は空調モード選択処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ部分冷暖房ユニット
２ａ〜２ｄ換気ファン
３エアコン
４太陽電池
５サブバッテリ
７ＣＰＵ
１０車室内温度センサ
１１車外温度センサ
１２クランク回転検出センサ
１４ａ〜１４ｄ電流センサ

Claims

車両のエンジンの停止を判定する判定手段と、
前記車両内の各領域毎に当該各領域の空調を行う空調手段と、
前記車両に対する太陽の日射方向を検出する日射方向検出手段と、
前記判定手段により前記エンジンが停止していると判定された場合に、前記日射方向検出手段により検出された日射方向に基づいて、前記空調手段による前記領域毎の空調を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両の空調システム。
更に、前記車両に対する太陽の日射量を検出する日射量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記日射量検出手段により検出された日射量が所定値以上の場合に、前記空調手段による前記領域毎の空調を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両の空調システム。
前記空調手段が、
１又は複数の前記領域の空調を行うために、外気を車室内に流通させる１又は複数のファンと、
１又は複数の前記領域の空調を行うために、空気を加温又は冷却して車室内に供給する１又は複数のエアコンと、
の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両の空調システム。
前記空調手段が、
各々の前記領域毎に設置され、通電により放熱又は吸熱する複数の素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両の空調システム。
更に、車室内の温度と外気温との温度差を検出する温度差検出手段を備え、
前記制御手段は、前記日射方向検出手段により検出された日射方向と、前記温度差検出手段により検出された温度差と、に基づいて放熱又は吸熱する前記素子を制御することを特徴とする請求項４に記載の車両の空調システム。
前記日射方向検出手段は、車両に設けられた太陽電池を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両の空調システム。
前記日射量検出手段は、車両に設けられた太陽電池を含むことを特徴とする請求項２に記載の車両の空調システム。
前記空調手段は、車両に設けられた太陽電池による電力により駆動されることを特徴とする請求項１に記載の車両の空調システム。