JP2005145291A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ルーフの開閉に伴う車室内の温度変化に対応した空調制御を行う。
【解決手段】 車室内の温度を検出する温度検出手段２３と、温度検出手段２３による検出値を補正する信号処理手段２１と、信号処理手段２１による補正値に基づき車室内の空調を制御する空調制御手段２８〜３０と、ルーフの開閉を検出する開閉検出手段２６とを備え、信号処理手段２１は、開閉検出手段２６が検出したルーフの開閉に応じて温度検出手段２３による検出値Ｔincを遅延処理する。
【選択図】図４

Description

本発明は、開閉可能なルーフ等、車室外に面して設けられた開口部の開閉状態に応じて車室内の空調を制御する車両用空調装置に関する。

この種の車両用空調装置として、ルーフの開閉状態を検出し、この検出結果に応じて内気センサ，外気センサ，日射センサからの各信号に対応したゲインをそれぞれ調整するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。これによればルーフ開状態において内気センサのゲインを小さく、外気センサと日射センサのゲインを大きくし、これらゲイン調整値に基づき空調制御の基準となる必要吹出空気温度を演算する。

特許第３２０３６９３号公報

しかしながら、上記公報記載のようにルーフ開閉状態に応じて内気センサと外気センサと日射センサのゲインをそれぞれ調整したのでは、制御構成が必要以上に複雑化する。

本発明による車両用空調装置は、車室内の温度を検出する温度検出手段と、車室外に面して設けられた開閉可能な開口部の開閉を検出する開閉検出手段と、開閉検出手段が検出した開口部の開閉に応じて温度検出手段による検出値を遅延処理する信号処理手段と、信号処理手段により遅延処理された温度検出値に基づき車室内の空調を制御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、車室外に面して設けられた開閉可能な開口部の開閉に応じて、車室内の温度検出値を遅延処理し、この遅延処理後の温度検出値により空調制御を行うようにしたので、制御構成が複雑化することなく、開口部の開閉に伴う車室内の温度変化に対応した空調制御を行うことができる。

以下、図１〜図４を参照して本発明による車両用空調装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の概略構成を示す図である。なお、本実施の形態の空調装置は、開閉可能なルーフを有する乗用車（カブリオレ、ロードスター等のオープンカー、キャンバストップカー）に適用する。

コンプレッサ２はエンジン１により駆動され、コンプレッサ２の駆動により冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、コンプレッサ２とともに周知の冷凍サイクルを形成するコンデンサ３、リキッドタンク４、膨張弁５、エバポレータ６を順次通過し、コンプレッサ２に戻る。エンジン１の冷却水は、図示しないウォーターポンプによりヒータコア７に圧送され、エンジン１に戻る。エバポレータ６とヒータコア７は、空調風を生成するための空調ダクト１０内に配設される。

空調装置は運転席側の空調と助手席側の空調を互いに独立制御可能に構成され、空調ダクト１０は空調風を運転席側の吹出口に導く運転席用ダクト１０Ａと助手席側の吹出口に導く助手席用ダクト１０Ｂとを有する。ダクト１０Ａ,１０Ｂの入口にはそれぞれブロアファン１２Ａ,１２Ｂが配設され、モータ１１Ａ,１１Ｂの駆動によりブロアファン１２Ａ,１２Ｂがそれぞれ回転する。ブロアファン１２Ａ,１２Ｂの上流の吸入口１４Ａ,１４Ｂには内外気切換ドア１３Ａ,１３Ｂがそれぞれ設けられ、ブロアファン１２Ａ,１２Ｂが回転するとドア１３Ａ,１３Ｂの回動に応じて内気のみまたは外気のみまたは内気と外気の両方がダクト１０Ａ,１０Ｂ内に導入される。

ブロアファン１２Ａ,１２Ｂにより送風された空気はエバポレータ６を通過し、冷媒との熱交換により冷却される。ヒータコア７の上流側にはエアミックスドア８Ａ,８Ｂがそれぞれ設けられ、エバポレータ６を通過した冷却空気は、エアミックスドア８Ａ,８Ｂの開度に応じてヒータコア７を通過またはバイパスする。ヒータコア７を通過した冷却空気はエンジン冷却水との熱交換により加熱され、この加熱空気とヒータコア７をバイパスした冷却空気がヒータコアの下流で混合し、空気温度が調整される。温度調整後の空気は、ダクト１０Ａ,１０Ｂの終端に設けられた図示しない吹出口（ベント吹出口、デフロスタ吹出口、フット吹出口など）を介して車室内に向かって吹き出される。なお、図１では、運転席側の空調と助手席側の空調を互いに独立制御可能としたが、独立制御可能でなくてもよい。

図２は、本実施の形態に係わる車両用空調装置の制御系の構成を示す図である。空調制御ユニット２１には、外気温を検出する外気温センサ２２と、室内温度を検出する室内温度センサ２３と、日射量を検出する日射量センサ２４と、車速を検出する車速検知器２５と、ルーフの開閉状態を検出するルーフ開閉検知器２６と、乗員により操作されて各種の空調指令を入力する空調操作スイッチ２７とが接続されている。ルーフ開閉検知器２６は、例えば天井部に設けられ、ルーフ閉鎖時にオンし、ルーフ開放時にオフする接点式スイッチである。空調操作スイッチ２７は、空調装置の作動／停止を指令するエアコンスイッチ，吹出風量を設定するファンスイッチ，車室内の目標温度を設定する温度調節スイッチなどを含む。

空調制御ユニット２１では、これらセンサ２２〜２６およびスイッチ２７からの入力信号に応じて所定の処理を実行し、モータ１１Ａ,１１Ｂの駆動制御回路２８Ａ,２８Ｂ、各種アクチュエータ２９、エンジン制御ユニット３０にそれぞれ制御信号を出力する。エンジン制御ユニット３０はリレー３１を介して電磁クラッチ３２に接続され、エンジン制御ユニット３０からの出力信号に応じてリレー３１を励磁または消磁させ、電磁クラッチ３２をオンまたはオフする。電磁クラッチ３２のオンによりエンジン１の回転がコンプレッサ２に伝達され、コンプレッサ２が駆動する。電磁クラッチ３２のオフにより伝達が解除され、コンプレッサ２が停止する。アクチュエータ２９は、エアミックスドア８Ａ,８Ｂを回動するアクチュエータ、内外気切換ドア１３Ａ,１３Ｂを回動するアクチュエータ、吹出口開閉用ドア（ベントドア，フットドア，デフドア）を回動するアクチュエータなどである。

次に、図３および図４のフローチャートに基づいて制御回路２１による空調制御の処理手順を説明する。
図３はメインフローチャートであり、ステップＳ１では種々の演算に用いる変数などの初期設定を行い、ステップＳ２でセンサ２２〜２６および空調操作スイッチ２７からの信号を読み込む。ステップＳ３〜ステップＳ５では、それぞれ所定の演算式に基づいて外気温センサ２２、室内温度センサ２３、日射量センサ２４の検出値Ｔam,Ｔinc,Ｑsunを補正処理する。ステップＳ４の室内温度センサ値処理においては、後述するように室内温度センサ２３の検出値Ｔincを一次遅れフィルタにかけて出力する。

ステップＳ６では乗員によって設定された設定温度Ｔptcを補正処理し、ステップＳ７でステップＳ３〜ステップＳ５のセンサ補正処理値（後述するＴ'inc(t)など）およびステップＳ６の設定温度補正処理値に基づき、例えば次式(I)により空調制御の基準となる目標吹出温度Ｔを演算する。
Ｔ＝Ａ×Ｔam＋Ｂ×Ｑsun＋Ｃ×Ｔinc＋Ｄ×Ｔptc (I)
上式(I)のＡ〜Ｄは所定の係数である。この目標吹出温度Ｔに基づいてステップＳ８〜ステップＳ１２で空調装置を制御する。

例えばステップＳ８では実際の吹出風温度と目標吹出温度Ｔにより目標エアミックスドア開度Ｘを演算し、エアミックスドア駆動用アクチュエータ２９に制御信号を出力してエアミックスドア開度を目標エアミックスドア開度Ｘに制御する（吹出風温度制御）。ステップＳ９では吹出口ドア駆動用アクチュエータ２９に制御信号を出力し、目標エアミックスドア開度Ｘに応じてベントドア，デフドア，フットドアを回動制御する（吹出口制御）。ステップＳ１０では制御回路２８Ａ,２８Ｂに制御信号を出力し、目標エアミックスドア開度Ｘに応じてブロアファン１２Ａ,１２Ｂの回転数を制御する（風量制御）。ステップＳ１１では内外気切換ドア駆動用アクチュエータに制御信号を出力し、目標エアミックスドア開度に応じて内外気切換ドア１３Ａ,１３Ｂを回動制御する（吸込口制御）。また、ステップＳ１２ではエンジン制御ユニット３０に制御信号を出力し、コンプレッサ２を駆動制御する（コンプレッサ制御）。以上の処理が終了するとステップＳ２に戻り、同様な処理を繰り返す。

図４は、上記ステップＳ４の室内温度センサ値処理の詳細を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１で室内温度センサ２３の検出値Ｔincを読み込み、ステップＳ１０２でイグニッションスイッチがオンされた直後か否か、すなわち空調制御の開始の有無を判定する。ステップＳ１０２が肯定されるとステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０７の一次遅れ演算式に代入する変数Ｔ'inc(t-Δt)として温度検出値Ｔincを設定する。ここで設定した変数Ｔ'inc(t-Δt)は一次遅れ処理の初期値として用いられる。

ステップＳ１０４ではルーフ開閉検知器２６からの信号により、ルーフが開放されているか否かを判定する。ステップＳ１０４が否定されるとステップＳ１０６に進み、一次遅れ演算式に代入する時定数τvを所定値ａに設定する。所定値ａはルーフ閉鎖時の補正処理を最適に行うための定数である。すなわちルーフ閉鎖時には車室内の平均温度の変化が小さいにも拘わらず、温度検出値Ｔincが偶発的に変動したことに伴い吹出風温度を変更したのでは、乗員が車室内の温度変化を感じるよりも過剰に吹出風温度が変更され、かえって乗員の空調快適性を損なう。これを避けるため、ルーフ閉鎖時には所定値ａを時定数τvとして設定し、温度検出値Ｔincの補正処理を行う。所定値ａは少なくとも制御の刻み時間Δｔより大きな値として制御開始前に予め記憶されている。

一方、ステップＳ１０４が肯定されるとステップＳ１０５に進み、車速検知器２５からの信号を読み込んで、図示の特性により車速ｖに応じた時定数τvを設定する。ステップＳ１０５の特性によれば、時定数τvは低速領域（ｖ＜ｖ1）で刻み時間Δｔに等しく、中速領域（ｖ1≦ｖ＜ｖ2）で車速の増加に伴い比例的に増加し、高速領域（ｖ≧ｖ2）で所定値ａに等しい。これは高速走行時においては、ルーフ開放状態であっても空力的にルーフ閉鎖状態と同等の気密性が保たれる点を考慮したものである。

ステップＳ１０７では、温度検出値ＴincとステップＳ１０５またはステップＳ１０６で設定した時定数τvをそれぞれ次式(II)に代入し、室内温度センサ２３の補正処理値Ｔ'inc(t)を演算する。
Ｔ'inc(t)＝Ｔ'inc(t-Δt)＋（Ｔinc−Ｔ'inc(t-Δt)）＊Δｔ／τv (II)
上式(II)は室内温度センサ２３の検出値Ｔincに対する一次遅れフィルタに相当し、時定数τvが大きいほど遅れの一次遅れの度合いは大きい。次いで、ステップＳ１０８で補正処理値Ｔ'inc(t)を出力し、メインフローにリターンする。

以上の室内温度センサ値処理によれば、ルーフ閉鎖時には時定数τvとして所定値ａが設定される（ステップＳ１０６）。これにより温度検出値Ｔincが遅れて出力され、温度検出値Ｔincが変動した場合でも目標吹出温度Ｔの変動は小さい。その結果、温度検出値Ｔincが偶発的に変動した場合に、吹出風温度や吹出風量が過剰に変化することを防止することができ、空調快適性の悪化を防ぐことができる。また、エアミックスドア開度の変動が少なくなり、エアミックスドア駆動用アクチュエータ等、目標吹出温度Ｔに応じて駆動されるアクチュエータの駆動頻度が少なくなって、これらの耐久性が向上する。

これに対し、ルーフ開放時には車速ｖに応じた時定数τvが設定される（ステップＳ１０５）。例えば車両停止または低速走行時には（ｖ＜ｖ1）、時定数τvが刻み時間Δｔと等しくなる。これにより温度検出値Ｔincがそのまま補正処理値Ｔ'inc(t)として出力され、応答遅れがなくなる。車速が小さいと車室内に外気が流入しやすいため車室内温度が変化しやすいが、応答遅れをなくすことで車室内の温度変化に吹出風温度や吹出風量が即座に追従し、空調快適性が向上する。

ルーフ開放時に車両が中速走行すると（ｖ1≦ｖ＜ｖ2）、時定数τvは車速ｖの増加に伴い徐々に増加する。これにより温度検出値Ｔincが遅れて出力される。この場合、車速ｖが増加すると車室内に外気が流入しにくくなるため、車室内の温度変化が低速走行時よりも小さくなる。したがって、車速ｖに応じて温度出力の応答性を遅らせることで車室内の温度変化に吹出風温度が適度に追従しつつ、温度検出値Ｔincの偶発的な変動に対して吹出風温度が過剰に変化することを防止することができ、良好な空調制御を実現できる。

ルーフ開放時に車両が高速走行すると（ｖ≧ｖ2）、時定数τvはルーフ閉鎖時と同様、所定値ａに等しくなる。この場合、空力的にみてルーフ閉鎖時とほぼ同様に車室内の気密性が保たれ、車室内への外気の流入による車室内の温度変化は小さい。その結果、ルーフ閉鎖時と同様に、温度検出値Ｔincが偶発的に変化した場合に吹出風温度や吹出風量が過剰に変化することを防止することができ、空調制御が安定する。

以上の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）ルーフの開閉に応じて、室内温度センサ２３の検出値Ｔincを遅延処理するための時定数τvを設定するようにしたので、ルーフの開閉による車室内の温度変化に対応した空調制御を行うことができる。また、ルーフの開閉に応じて単一のセンサの検出値Ｔincを遅延処理するだけなので、複数のセンサのゲインを個別に調整する場合に比べ、制御構成が容易である。

（２）ルーフ開放時に車速が所定値ｖ1未満のときの一次遅れ時定数τvを刻み時間Δｔと等しくしたので、車両停止または低速走行時に温度検出値Ｔincが応答遅れなく出力される。したがって、車室内の温度変化に吹出風温度が即座に追従し、車室内の温度変化が激しい場合であっても空調快適性を維持できる。
（３）ルーフ開放時に車速が所定値ｖ1以上かつ所定値ｖ2未満のときの一次遅れ時定数τvを、車速の増加に伴い比例的に増加するようにしたので、車室内への外気の流入による車室内の温度変化の程度に対応して時定数τvが設定されることとなり、良好な空調制御が可能である。
（４）高速走行時にはルーフ開放時であってもルーフ閉鎖時と同様に車室内の気密性が保たれることに着目し、ルーフ開放時に車速が所定値ｖ2以上のときの一次遅れ時定数τvをルーフ閉鎖時の時定数τvと等しくしたので、ルーフ閉鎖時と同様、温度検出値Ｔincが偶発的に変化した場合に吹出風温度や吹出風量が過剰に変化することを防止することができる。

なお、ルーフ開放状態での高速走行時において、時定数τvを変更する代わりに例えば外気温センサ２３のゲインを大きくすると、外気温がわずかに変化した場合に吹出風温度が大きく変更され、空調快適性を損なう。また、例えば室内温度センサ２３のゲインを小さくすると、車室内の平均温度が高くなった場合でも車室内温度は低めに出力され、車室内温度に対応した空調風を送風することができない。この点、時定数τvを大きくする場合には、外気温のわずかな変化に対して吹出風温度が大きく変更されることはない。また、車室内の平均温度が高くなった場合に温度出力の応答性は遅れるが、いずれその平均温度を出力するので、車室内温度に応じた空調風を送風できる。

上記実施の形態では、信号処理手段としての空調制御ユニット２１での処理により、ルーフ開放時に車速に応じて遅れ処理の時定数τvを設定するようにしたが、ルーフの開閉に応じて遅れ処理に係わる係数を設定するのであれば、この係数は車速に応じたものでなくてもよい。また、空調制御ユニット２１で一次遅れ処理以外の遅延処理（例えば所定の遅延時間を設定し、遅延時間経過後に温度検出値Ｔincを出力するような処理）を行うようにしてもよく、遅れ処理の形態は上述したものに限定されない。すなわち上述した時定数τvの特性（図４のステップＳ１０５）は一例であり、これ以外の特性を設定してもよい。一次遅れ処理以外の遅延処理を行う場合においても、ルーフ開放時には車速が大きいほど応答遅れの度合いが大きくなるようにし、ルーフ閉鎖時には車速に拘わらず応答遅れの度合いが一定となるようにすることが好ましい。ルーフ開放時に車速が所定値ｖ1未満のときτv＝Δｔとして遅延処理を行わないようにしたが、時定数τvを調整する以外の方法で遅延処理を行わないようにすることもできる。

ルーフの開閉に応じて室内温度センサ２３の出力の遅延処理を行うようにしたが、車室外に面したルーフ以外の開閉可能な開口部（例えば窓部）の開閉に応じて遅延処理することもできる。したがって、開閉検出手段はルーフ開閉検知器２６に限定されない。室内温度センサ２３により車室内の温度を検出するようにしたが、温度検出手段は種々のものを用いることができる。車速検知器２５により車速を検出するようにしたが、車速検出手段は種々のものを用いることができる。空調制御手段の構成は図１に示したものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の車両用空調装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の概略構成を示す図。 本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置の制御系の構成を示す図。 図２の空調制御ユニットにおけるメイン処理の一例を示すフローチャート。 図３の室内温度センサ値処理の詳細を示すフローチャート。

符号の説明

２１ 空調制御ユニット ２３ 室内温度センサ
２５ 車速検知器 ２６ ルーフ開閉検知器
２７ 空調操作スイッチ ２８Ａ,２８Ｂ 駆動制御回路
２９ アクチュエータ ３０ エンジン制御ユニット

Claims (5)

1. 車室内の温度を検出する温度検出手段と、
   車室外に面して設けられた開閉可能な開口部の開閉を検出する開閉検出手段と、
   前記開閉検出手段が検出した前記開口部の開閉に応じて前記温度検出手段による検出値を遅延処理する信号処理手段と、
   前記信号処理手段により遅延処理された温度検出値に基づき車室内の空調を制御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。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記信号処理手段は、前記開口部の開放時に車速が所定値以上のときに限り前記遅延処理を行うことを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記信号処理手段は、
   前記温度検出手段による検出値を一次遅れさせる一次遅れフィルタと、
   前記開口部が開放状態では、車速が所定値以上のときの一次遅れの度合いが車速が前記所定値未満のときの一次遅れの度合いよりも大きくなるように車速に応じて一次遅れ処理に係わる係数を設定し、前記開口部が閉鎖状態では、車速に拘わらず前記係数を所定値に設定する係数設定手段とを有することを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項３に記載の車両用空調装置において、
   前記係数設定手段は、前記開口部の開放時に車速が所定値以上のとき、前記係数を前記所定値に設定することを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項３または４に記載の車両用空調装置において、
   前記係数設定手段は、車速が大きいほど前記開口部の開放時の一次遅れの度合いが大きくなるように前記係数を設定することを特徴とする車両用空調装置。
   

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