JP2005047457A - 外気温検出装置および車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外気温の推定精度を向上する。
【解決手段】 車室内の前端部天井付近にＩＲセンサ４を設け、ＩＲセンサ４によりサイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲおよびリヤウインドＲＷの内表面の温度をそれぞれ検出する。コントローラ１では、これら温度検出値のうち、最も低い温度（最低温度Ｔwsmin）を選択し、この最低温度Ｔwsminと天井トリム温度Ｔrfとの差に定数Ａ乗じたものを最低温度Ｔwsminに加算し、外気温推定値Ｔamb（＝Ｔwsmin＋Ａ（Ｔwsmin−Ｔrf））を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調制御用の温度情報としての外気温を検出する外気温検出装置および車両用空調装置に関する。

従来、赤外線センサを用いて車室内の表面温度を検出するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。これによれば乗員の上半身、天井部、ウインド部等を含んだ領域を検出範囲とし、日射量、内気温、外気温の環境情報を含んだ表面温度を赤外線センサにより検出し、この検出温度に基づいて空調制御を行う。

特開２００１−３４７８１６号公報

上記特許文献１記載の装置では、日射量、内気温、外気温の環境情報を含んだ表面温度を赤外線センサにより検出するため、検出温度は日射の影響を受けやすく、外気温を精度よく検出することができない。

本発明による外気温検出装置は、車両の少なくとも異なる複数面のウインド部の内表面の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出された温度データの中から最も低い温度を選択し、この最低温度に基づいて外気温を推定する外気温推定手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明による車両用空調装置は、上述した外気温検出装置と、外気温検出装置により推定された外気温に基づき、少なくとも吹出風温度制御および吹出風量制御を含む空調制御を実行する空調制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、外気温の影響を受けやすく、外気温との相対関係がよいウインド部のうち、少なくとも複数面のウインド部の内表面の温度をそれぞれ検出し、その中から最も低い温度に基づいて外気温を推定するので、日射の影響を受けにくい箇所の温度に基づいて外気温が推定され、外気温の推定精度が向上する。

以下、図１〜図５を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態の概要は次の通りである。すなわち、多点温度計測を行うことができる赤外線センサ（以下、ＩＲセンサ）４を用いて車両の異なる複数面のウインド部（サイドウインド、リヤウインド）の内表面温度をそれぞれ計測し、この温度計測値を用いて外気温を推定するとともに、推定した外気温Ｔambに基づいて空調制御を行う。

図１（ａ）,（ｂ）は、ＩＲセンサ４の取付位置を示す車両の上面図および側面図である。ＩＲセンサ４は車幅方向中央のフロントウインドの上端部近傍に車両後方を検出方向として設置され、その左右視野角αは図１（ａ）に示すように左右のサイドウインドにわたり、上下視野角βは図１（ｂ）に示すように天井部から前席シート着座部にわたっている。

ＩＲセンサ４による検出範囲を図２に示す。図示のように検出範囲は、斜線で示す前後左右のサイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲ、リヤウインドＲＷ、および天井トリムＴＲを含んでいる。ＩＲセンサ４は、ＣＣＤのように複数画素を有する多点計測が可能なマトリクス型センサであり、図２に示すように格子状に区分された各部の表面温度をそれぞれ計測し、その計測値を計測ポイントを示すアドレスとともに順次コントローラ１に出力する。アドレスは窓部の温度データを特定するものであり、このアドレスに基づいて全部の温度計測値の中から後述するように窓部の温度を取り出す。

図３は、本発明による車両用空調装置の構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータやメモリ等で構成される空調用コントローラ１には、車速を検出する車速センサ３と、ＩＲセンサ４と、エバポレータ通過直後の空気温度を検出する吸込温度センサ５と、車室内温度を検出する内気温センサ６と、日射量を検出する日射センサ７と、乗員の操作により空調指令が入力される空調操作盤２がそれぞれ接続されている。空調操作盤２はインストルメントパネルに配置され、エアコンのオンオフ、温度設定値、リヤウインドに設けられた熱線の通電指令等が入力される。

コントローラ１は、これらからの入力信号に基づき後述するような処理を実行し、外気温Ｔambを推定するとともに、ヒータコア上流側のエアミックスドアを駆動するアクチュエータ８と、ベントドア,フットドア,デフロスタドア等の吹出口ドアを駆動するアクチュエータ９と、内気導入、外気導入を切り替えるための内外気切換ドアを駆動するアクチュエータ１０と、ブロアＦＡＮ１１にそれぞれ制御信号を出力し、車両の空調を制御する。また、空調用ディスプレイ１２に制御信号を出力し、ディスプレイ表示を制御する。

図４は、コントローラ１内で実行される空調制御処理のメインルーチンを示すフローチャートである。このフローチャートは例えばエンジンキースイッチのオンによりスタートする。まず、ステップＳ１００で空調指令を初期化する。次いで、ステップＳ２００で空調操作盤２および各種センサ３〜７からの信号を読み込むとともに、後述する外気温推定制御を実行し、外気温推定値Ｔambを得る。

ステップＳ３００では、外気温推定値Ｔambと、空調操作盤２により設定された温度設定値と、センサ５〜７の信号に基づき、周知の演算式により目標吹出温度を算出する。そして、ステップＳ４００で、この目標吹出温度等に基づいてエアミックスドア用アクチュエータ８に制御信号を出力し、エアミックスドア、すなわち空調風の温度を制御する。

次いで、ステップＳ５００で目標吹出温度等に基づいて吹出モードを決定し、この吹出モードに応じた制御信号をモードドア用アクチュエータ９に出力し、吹出口ドアの開閉を制御する。例えばベントモードが選択されるとベントドアを開放し、フットモードが選択されるとフットドアを開放し、デフロスタモードが選択されるとデフロスタドアを開放する。なお、デフロスタモードにおいてはフロントウインドおよび前側のサイドウインドに向けてデフロスタ風が送風される。

ステップＳ６００では目標吹出温度等に基づいて吸気モードを決定し、この吸気モードに応じた制御信号をインテークドア用アクチュエータ１０に出力して、内外気切換ドアを切り替える。次いで、ステップＳ７００で目標吹出温度等に基づいて吹出風量を演算し、この吹出風量に応じた制御信号をブロアＦＡＮ１１に出力して、ブロアＦＡＮ１１の作動を制御する。ステップＳ８００ではディスプレイ２１に現在の吹出モードやファン風量等を示す信号を出力してディスプレイ表示を制御し、ステップＳ２００に戻る。

次に、外気温推定制御について説明する。図５は、外気温推定制御に係わる処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１でＩＲセンサ４による温度計測値を読み込む。次いで、ステップＳ２０２で吹出モードがデフロスタモードか否かを判定する。ステップＳ２０２が否定されるとステップＳ２０３に進み、肯定されるとステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０３,ステップＳ２０４ではそれぞれ空調操作盤２から熱線の通電指令が入力されているか否かを判定する。ステップＳ２０３が否定されるとステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ＩＲセンサ４による温度計測値の中からウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲ,ＲＲを特定するアドレスの温度データを抽出する。そして、それら温度データを比較し、最も低い温度を最低温度Ｔwsminとして選択する。この最低温度Ｔwsminは日射の影響を最も受けない温度であり、外気温に最も近い温度であると推定される。

一方、ステップＳ２０３で熱線がオンと判定されるとステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ＩＲセンサ４による温度計測値の中からリヤウインドＲＷ以外のウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲの温度データを取り出し、その中から最も低い温度を最低温度Ｔwsminとして選択する。これにより熱線で加熱されているウインドＲＲの温度データが最低温度Ｔwsminの候補から除かれる。

また、ステップＳ２０４が否定、すなわちデフロスタモードでかつ熱線がオフと判定されるとステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ＩＲセンサ４による温度計測値の中から前側のサイドウインドＦＬ,ＦＲ以外のウインドＲＬ,ＲＲ,ＲＷの温度データを取り出し、その中から最も低い温度を最低温度Ｔwsminとして選択する。これによりデフロスタ風が送風されているウインドＦＬ,ＦＲの温度データが最低温度Ｔwsminの候補から除かれる。

ステップＳ２０４が肯定、すなわちデフロスタモードでかつ熱線がオンと判定されるとステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、ＩＲセンサ４による温度計測値の中からリヤウインドＲＷと前側のサイドウインドＦＬ,ＦＲ以外のウインドＲＬ,ＲＲの温度データを取り出し、その中から最も低い温度を最低温度Ｔwsminとして選択する。これにより熱線で加熱されているウインドＲＲおよびデフロスタ風が送風されているウインドＦＬ,ＦＲの温度データが最低温度Ｔwsminの候補から除かれる。

ステップＳ２０５〜ステップＳ２０８のいずれかの処理が終了するとステップＳ２０９に進み、車速センサ３からの信号に基づき車両が走行中か否かを判定する。ステップＳ２０９が肯定されるとステップＳ２１０に進み、否定されるとステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１０ではステップＳ２１２で用いる外気温演算のための定数ＡにＡ１を設定し、ステップＳ２１１では定数ＡにＡ２を設定する。ここで、Ａ１,Ａ２は、走行時と停車時のウインド外表面の熱伝達率の違いを考慮して予め定められた値であり、少なくともＡ２＞Ａ１＞０の関係がある。

次いで、ステップＳ２１２で、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０８で求めた最低温度Ｔwsminと、ステップＳ２１０,ステップＳ２１１で選択した定数Ａ、およびＩＲセンサ４により計測された天井トリムＴＲの温度Ｔrfをパラメータとした所定の演算式により外気温推定値Ｔambを求める。すなわち最低温度Ｔwsminから天井トリムＴＲの温度Ｔrfを減算したものに定数Ａを乗じ、これに最低温度Ｔwsminを加算したもの（Ｔwsmin＋Ａ（Ｔwsmin−Ｔrf））を外気温推定値Ｔambとする。この場合、ウインドの最低温度Ｔwsminは室内温度と外気温の間にあり、最低温度Ｔwsminと室内温度との差が大きいほど最低温度Ｔwsminと実際の外気温との差も大きい。そのため、最低温度Ｔwsminと室内温度に相当する天井トリム温度Ｔrfとの差（Ｔwsmin−Ｔrf）に基づいて最低温度Ｔwsminを補正することで、外気温の推定精度が向上する。

次に、本実施の形態の特徴的な動作をより具体的に説明する。
デフロスタモード以外で、かつ、熱線が非通電状態では、上述したようにリヤウインドＲＷおよび前後左右のサイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲの中から最も低い温度Ｔwsminが選択される（ステップＳ２０５）。例えば車両の片側に日射が当たると、日射の当たっている方のウインドの温度が上昇し、日射の当たらないウインドの温度よりも高くなる。したがって、この場合には日射の当たらないウインドの温度が最低温度Ｔwsminとなる。ここで、ウインド表面の温度は最も外気温の影響を受けやすく、外気温との対応関係がよい。さらに、ウインド表面温度の中でも日射の影響を受けない最低温度Ｔwsminは外気温に良好に対応する。

一方、デフロスタモードが選択されると、前席のサイドウインドＦＬ,ＦＲにデフロスタ風が送風される。その結果、サイドウインドＦＬ,ＦＲの温度は外気温の影響だけでなくデフロスタ風の温度の影響を受け、ウインドＦＬ,ＦＲの温度と外気温との対応関係が乱れる。このとき前側のサイドウインドＦＬ,ＦＲ以外のウインド部から最低温度Ｔwsminが選択される（ステップＳ２０７,Ｓ２０８）。これによりサイドウインドＦＬ,ＦＲの温度が最低温度Ｔwsminの候補から除かれ、デフロスタ風の影響を受けないウインド部の温度を最低温度Ｔwsminとして選択できる。この場合、最低温度Ｔwsminの候補となるウインドは左右および後面のウインドＲＬ,ＲＲ,ＲＷ、すなわち車両の複数面のウインドであり、日射の影響を受けにくいウインドを含むので、選択された最低温度Ｔwsminは外気温に良好に対応する。

また、熱線が通電されると、リヤウインドＲＷの温度は外気温の影響だけでなく熱線の影響を受け、リヤウインドＲＷの温度と外気温との対応関係が乱れる。このときリヤウインドＲＷ以外のウインド部から最低温度Ｔwsminが選択される（ステップＳ２０６,Ｓ２０８）。これによりリヤウインドＲＷの温度が最低温度Ｔwsminの候補から除かれ、熱線の影響を受けないウインドの温度を最低温度Ｔwsminとして選択できる。この場合、最低温度Ｔwsminの候補となるウインドは左右のサイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲで、すなわち車両の複数面のウインドであり、日射の影響を受けにくいウインドを含むので、選択された最低温度Ｔwsminは外気温に良好に対応する。

以上のように選択された最低温度Ｔwsminは外気温に近い値であるが、外気温の推定精度をさらに向上させるため、本実施の形態では最低温度Ｔwsminと天井トリムＴrfとの温度差（Ｔwsmin−Ｔrf）に基づき最低温度Ｔwsminを補正をする（ステップＳ２１２）。

例えば夏場等、外気温が高いとき、最低温度Ｔwsminは外気温よりも低く天井トリム温度Ｔrfよりも高い。したがって、温度差（Ｔwsmin−Ｔrf）＞０であり、最低温度Ｔwsminに補正値が加算される。一方、冬場等、外気温が低いとき、最低温度Ｔwsminは外気温よりも高く天井トリム温度Ｔrfよりも低い。したがって、温度差（Ｔwsmin−Ｔrf）＜０であり、最低温度Ｔwsminから補正値が減算される。このように最低温度Ｔwsminに補正値を加算または減算することで外気温推定値Ｔambが実際の外気温に接近する。したがって、室内と室外の温度差が大きい場合であっても、車室内の温度情報から外気温を良好に推定することができる。

外気温推定値Ｔambの補正を行う際、温度差（Ｔwsmin−Ｔrf）に定数Ａを乗算したものが補正値とされる。この定数Ａは車両停車中であればＡ２、車両走行中であればＡ１（＜Ａ２）であり、車両停車時の方が補正量が大きい。これにより車両停車中であっても外気温を精度よく推定することができる。すなわち、車両停車時にはウインド近傍の空気の流速は遅いため、ウインド外表面における熱伝達率は小さく、最低温度Ｔwsminと外気温との差が大きいが、定数Ａを大きくして補正量を大きくすることで、温度推定値を実際の外気温に精度よく近づけることができる。

本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ＩＲセンサ４によりリヤウインドＲＷおよび左右サイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲの内表面温度を検出し、そのうちの最も低い温度Ｔwsminに基づいて外気温を推定するようにしたので、日射の影響を受けにくい箇所の温度に基づいて外気温が推定され、外気温の推定精度が向上する。
（２）マトリクス型ＩＲセンサ４により複数のウインドの温度を計測するので、温度計測のために多数のセンサを設ける必要がなく、センサの数を節約することができる。また、マトリクス型ＩＲセンサ４によればウインド全面の温度を計測できるので、１枚のウインドに温度分布がある場合でも、ウインドの最低温度Ｔwsminを精度よく求めることができる。

（３）デフロスタ風の送風されているサイドウインドＦＬ,ＦＲおよび加熱状態の熱線を有するリヤウインドＲＷを除く、他のウインドの温度の中から最低温度Ｔwsminを選択するようにしたので、選択された最低温度Ｔwsminは外気温以外の温度の影響を受けることがなく、外気温の推定精度が向上する。
（４）ウインドの最低温度Ｔwsminと天井トリム温度Ｔtrとの温度差（Ｔwsmin−Ｔrf）に定数Ａを乗じたものにより最低温度Ｔwsminを補正し、外気温推定値Ｔambを求めるようにしたので、室内と室外の温度差が大きい場合であっても、外気温を精度よく推定することができる。
（５）車両停車時の定数Ａ１を車両走行時の定数Ａ２よりも大きく設定したので、車両停車時の補正量は車両走行時の補正量よりも大きくなり、車両停車時にも外気温を精度よく推定することができる。
（６）外気温推定値Ｔambを用いて目標吹出温度を算出し、この目標吹出温度に基づいて吹出風温度制御や吹出風量制御等の空調制御を実行するので、外気温に対応した良好な空調制御が可能となる。

なお、上記実施の形態では、車室内温度を内気温センサ６により求めるようにしたが、ＩＲセンサ４により求めるようにしてもよい。これにより内気温センサ６を省略することができる。車速が速いほど熱伝達率が大きくなるので、車速に応じて定数Ａを変更するようにしてもよい。サイドウインドＦＬ,ＦＲにデフロスタ風を送風するようにしたが、他のウインドに送風するようにしてもよい。上記では、デフロスタ風と熱線の作用するウインドを最低温度Ｔwsminの候補から除外するようしたが、デフロスタ風と熱線以外にウインドの温度に影響を与える因子があれば、この因子が作用するウインド部の温度を最低温度Ｔwsminの候補から除くようにすればよい。最低温度Ｔwsminと天井トリム温度Ｔrfとの温度差により最低温度Ｔwsminを補正するようにしたが、天井トリム温度Ｔrfの代わりに内気温センサ６の検出値を用いてもよい。上記では、Ｔwsmin＋Ａ（Ｔwsmin−Ｔrf）により外気温Ｔambを求めるようにしたが、他の演算式により外気温Ｔambを求めてもよい。

上記実施の形態では、ＩＲセンサ４によりリヤウインドＲＷおよびサイドウインドＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲの温度を検出するようにしたが、車両の少なくとも異なる複数面のウインド部の温度を計測するのであれば、他のウインドの温度を検出してもよい。すなわち異なる複数面のウインド部の温度を検出すれば、日射の影響による温度上昇の程度が小さいウインドを含むので、外気温を精度よく求めることが可能となる。

上記実施の形態では、複数画素を有するマトリクス式ＩＲセンサ４によりウインド部を含む領域の温度を検出するようにしたが、単画素のＩＲセンサを複数設け、これら各センサによりそれぞれ複数面のウインド部の温度を計測するようにしてもよい。また、赤外線センサ以外の温度検出手段を用いてもよい。

外気温推定手段としてのコントローラ１内での処理は上述したもの（図５）に限らない。また、少なくとも吹出風温度制御および吹出風量制御を行うのであれば、空調制御手段としてのコントローラ１内での処理は上述したもの（図４）に限らない。吹出モードがマニュアルモードのときは、デフスイッチによりデフロスタ判定手段を構成してもよい。空調操作盤２からの指令により熱戦の有無を判定するのではなく、他の熱線判定手段を設けてもよい。車速センサ以外により走行判定手段を構成してもよい。

本発明の実施の形態に係わる外気温検出装置を構成するＩＲセンサの配置を示す上面図および側面図。 図１のＩＲセンサによる検出範囲を示す図。 本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の構成を示すブロック図。 図３のコントローラ内で実行される空調制御処理のメインルーチンを示すフローチャート。 図３のコントローラ内で実行される外気温推定制御処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ コントローラ ２ 空調操作盤
３ 車速センサ ４ ＩＲセンサ
ＦＬ,ＦＲ,ＲＬ,ＲＲ サイドウインド
ＲＷ リヤウインド ＴＲ 天井トリム
Ｔwsmin 最低温度 Ｔrf 天井トリム温度

Claims (7)

1. 車両の少なくとも異なる複数面のウインド部の内表面の温度をそれぞれ検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度データの中から最も低い温度を選択し、この最低温度に基づいて外気温を推定する外気温推定手段とを備えることを特徴とする外気温検出装置。
2. 請求項１に記載の外気温検出装置において、
   前記温度検出手段は、複数画素を有する多点計測が可能な赤外線センサであり、この赤外線センサは、ウインド部を含む領域の温度データを検出し、
   前記外気温推定手段は、前記赤外線センサが検出した温度データの中からウインド部の最低温度を選択することを特徴とする外気温検出装置。
3. 請求項１または２に記載の外気温検出装置において、
   デフロスタ風の送風の有無を判定するデフロスタ風判定手段を有し、
   前記外気温推定手段は、前記デフロスタ風判定手段の判定結果に基づき、デフロスタ風が送風されていないウインド部の温度データの中から最低温度を選択することを特徴とする外気温検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の外気温検出装置において、
   ウインド部に設置された熱線の通電の有無を判定する熱線判定手段を有し、
   前記外気温推定手段は、前記熱線判定手段の判定結果に基づき、熱線に通電されていないウインド部の温度データの中から最低温度を選択することを特徴とする外気温検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の外気温検出装置において、
   前記温度検出手段は、さらに車内の天井部の温度を検出し、
   前記外気温推定手段は、推定された前記外気温を、この外気温と前記天井部の温度との温度差に基づき補正することを特徴とする外気温検出装置。
6. 請求項５に記載の外気温検出装置において、
   車両が走行中か否かを判定する走行判定手段を有し、
   前記外気温推定手段は、前記走行判定手段により走行中と判定されると停車中と判定されたときよりも前記温度差に基づく補正量を大きくすることを特徴とする外気温検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の外気温検出装置と、
   前記外気温検出装置により推定された外気温に基づき、少なくとも吹出風温度制御および吹出風量制御を含む空調制御を実行する空調制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。

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