JP2005186919A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転条件や環境条件の変化を考慮して車両の窓ガラスの車室内表面温度を高精度に推定し、推定したその温度に従い、窓ガラスが結露することのない適切な空調制御を極めて簡易な構成で行う。
【解決手段】車両のワイパ作動信号に基づく環境条件及び車両の運転条件に従ってパラメータを設定し（ステップＳ３ａ〜３ｃ）、そのパラメータを用いて窓ガラスの安定車室内表面温度Ｔｎａを計算し（ステップＳ３ｄ）、この安定車室内表面温度Ｔｎａと、前回のサンプリング時に計算した車室内表面温度Ｔｎ１とを用いて、温度変化の応答遅れ時間τを考慮した過渡的状態での車室内表面温度Ｔｎを計算し（ステップＳ３ｅ〜３ｊ）、得られた車室内表面温度Ｔｎに従って窓ガラスが結露することのない制御温度を求め、空調制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱手段及び冷却手段を制御して窓ガラスに曇りの生じない状態で車室内の空調を行う車両用空調装置に関する。

車両用空調装置は、冷媒の気化熱を利用して空気を冷却するとともに除湿を行う蒸発器と、エンジン冷却水等の熱を利用して空気を加熱する加熱器とを組み合わせることにより、車室内の温度及び湿度の調整を行う。

ところで、気温が低い場合において、蒸発器による冷却能力が低くなるように制御を行うと、除湿作用も低減するため、例えば、気温が低く且つ湿度が高い状態では、車室内の水蒸気が窓ガラスに結露する可能性がある。

この問題を解消するためには、車室内絶対湿度が窓ガラス露点絶対湿度よりも低くなるように車両用空調装置を制御すればよいが、そのためには、窓ガラスの車室内表面温度を正確に求め、その温度から窓ガラス露点絶対湿度を算出する必要がある。

窓ガラスの車室内表面温度は、例えば、窓ガラスに直接温度センサを取り付けることで、温度を高精度に測定することができる。しかしながら、専用の温度センサが必要になるだけでなく、温度センサからの信号を処理するケーブルの配線や処理回路が必要となるため、高価になる不具合がある。

そこで、特許文献１では、車両用空調装置を制御するための必須の構成要素である外気温度センサ、車室内温度センサ及び日射量センサによる測定値を用いて窓ガラスの車室内表面温度を推定する方法を提案している。この方法では、窓ガラスの車室内表面温度を検出する専用の温度センサが不要になるとともに、ケーブルの配線や処理回路が不要になるため、ハードウエア上の仕様変更等の必要がなく、コスト面で極めて有利である。

特許第３２９８１５１号公報

前記の特許文献１の方法では、例えば、外気温度、日射量等の急激な環境条件の変化がないときには、窓ガラスの車室内表面温度が安定しているため、その温度を外気温度センサ、車室内温度センサ及び日射量センサを用いて高精度に推定することができる。

しかしながら、環境条件が急激に変化した場合、上記各センサによる測定値が環境変化に追従して迅速に変化し、その測定値から車室内表面温度が速やかに算出されるが、実際の窓ガラスの車室内表面温度は、窓ガラスの熱容量の影響等により、安定した温度に到達するまでに時間が掛かるため、推定された温度と実際の車室内表面温度との間に相当なずれが生じてしまう。また、窓ガラスの車室内表面温度の変化は、車室外表面温度の変化に従って直ちに出現するのではなく、窓ガラスの厚さやガラス熱伝導率に依存した応答遅れ時間が経過した後に出現する。従って、特許文献１に開示された方法では、車室内絶対湿度を適切に制御することができなく、場合によっては窓ガラスに曇りが生じてしまうおそれがある。

本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであり、運転条件や環境条件の変化を考慮して車両の窓ガラスの車室内表面温度を高精度に推定し、推定したその温度に従い、窓ガラスが結露することのない適切な空調制御を極めて簡易な構成で行うことのできる車両用空調装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、加熱手段及び冷却手段を制御して車室内の空調制御を行う車両用空調装置において、
時刻ｔＡにおける車両の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度センサと、
時刻ｔＡにおける車両の車室内温度Ｔｒを検出する車室内温度センサと、
時刻ｔＡにおける車両に対する日射量Ｔｓを検出する日射量センサと、
時刻ｔＡにおける安定状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎａを、窓ガラス及び車室の物理特性により決まるパラメータｋ１〜ｋ３を用いて、
Ｔｎａ＝ｋ１・Ｔｒ＋ｋ２・Ｔａｍ＋ｋ３・Ｔｓ
として算出する安定車室内表面温度算出手段と、
時刻ｔＡにおける過渡的状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎを、前記車室内表面温度Ｔｎの初期値Ｔｎ１、前記初期値Ｔｎ１の状態から時刻ｔＡまでの経過時間ｔ、窓ガラスの車室内表面の温度変化の応答遅れ時間τ、窓ガラス及び車室の物理特性により決まるパラメータφを用いて、
Ｔｎ′＝Ｔｎａ−（Ｔｎａ−Ｔｎ１）ｅｘｐ（−φｔ）
Ｔｎ ≒Ｔｎτ′
（Ｔｎτ′：時刻ｔＡよりも応答遅れ時間τだけ前に算出した車室内表面温度Ｔｎ′）
として算出する過渡車室内表面温度算出手段と、
を備え、算出した前記車室内表面温度Ｔｎを用いて空調制御を行うことを特徴とする。

この場合、窓ガラスの車室外の表面温度が車両の運転条件や環境条件によって変化すると、窓ガラスの車室内表面温度は、窓ガラスの厚さやガラス熱伝導率に応じた時間だけ遅延して温度変化を開始し、且つ、過渡的に変化する。これらの変化を考慮して車室内表面温度を高精度に推定し、この車室内表面温度を用いて窓ガラスが結露することのない空調制御を行う。

また、車室内表面温度の演算開始時刻からの経過時間が、車室内表面温度が変化を開始するまでの応答遅れ時間を経過していないときには、車室内表面温度が演算開始時刻における安定状態での車室内表面温度であるものと推定する。

本発明の車両用空調装置では、窓ガラスの車室内表面温度の応答遅れ及び過渡的な変化を考慮して空調制御を行うことにより、窓ガラスが結露しない状態で無駄のない空調制御を極めて簡易な構成で実現することができる。

また、車両の運転条件や環境条件に応じた窓ガラスの車室内表面温度を高精度に推定することができるため、この推定した車室内表面温度に従って窓ガラスが結露することのない適切な空調制御を行うことができる。

図１は、本実施形態の車両用空調装置１０を搭載した車両１２を示す。車両用空調装置１０は、図２に示すように、エアコンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１４と、エアコンＥＣＵ１４の制御に基づいて空気の温度、湿度、送風量を調整するエアコンユニット１６とを備える。なお、エアコンユニット１６には、エンジン１８から冷却水が供給される。

エアコンＥＣＵ１４には、車両１２の乗員による温度設定、送風量設定、モード切り換え等の操作を受け付けるとともに、設定温度、設定送風量、設定モード等を表示する操作表示部２０が接続される。

また、エアコンＥＣＵ１４には、車両１２の外気温度を検出する外気温度センサ２２、日射量を検出する日射量センサ２４、エンジン１８から供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２６、車両１２の車室内温度を検出する車室内温度センサ２８、車両１２の車室内湿度を検出する車室内湿度センサ３０、車両１２の車速を検出する車速センサ３１が接続される。

さらに、エアコンＥＣＵ１４には、エアコンユニット１６を構成する外内気切換ダンパ駆動部３２、送風機駆動部３４、エアミックスダンパ駆動部３６、モード切換ダンパ駆動部３８が接続される。さらにまた、エアコンＥＣＵ１４には、窓ガラスに設けられたワイパを駆動するワイパ駆動部３９が接続されており、このワイパ駆動部３９からワイパ作動信号が供給される。

エアコンユニット１６は、外気又は内気を取り込む外内気取込口４０と、温度、湿度及び送風量が調整された空気を車室内の所定部位に供給するための吹出口４２、４４及び４６とを有するダクト４８を備える。外内気取込口４０には、外内気切換ダンパ駆動部３２によって駆動され、外気又は内気の切り換えを行う外内気切換ダンパ５０が配設される。吹出口４２、４４及び４６には、モード切換ダンパ駆動部３８によって駆動され、車室内のデフロスタ側、フェース側、フット側の各吹出口４２、４４及び４６を切り換えるモード切換ダンパ５２及び５４が配設される。

ダクト４８の内部には、外内気取込口４０に近接して送風機駆動部３４により駆動される送風機５６が配設される。送風機５６により送風される空気の下流側であって、ダクト４８の内部中間部には、送風された空気の冷却及び除湿を行う蒸発器５８が配設される。蒸発器５８と吹出口４２、４４及び４６との間には、エンジン１８から供給される冷却水により蒸発器５８を通過した空気を加熱する加熱器６０が配設される。この場合、蒸発器５８と加熱器６０との間には、エアミックスダンパ駆動部３６によって駆動され、蒸発器５８を通過した空気の加熱器６０に対する供給量を調整するエアミックスダンパ６２が配設される。

蒸発器５８の空気出口側には、空気の蒸発器出口温度を検出する蒸発器出口温度検出センサ６６が配設される。蒸発器出口温度検出センサ６６は、エアコンＥＣＵ１４に接続される。

また、エアコンユニット１６は、エンジン１８の回転力により駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機６８と、圧縮機６８により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器７０と、凝縮器７０により凝縮された冷媒を液体成分と気体成分とに分離する気液分離器７２と、気液分離器７２により分離された冷媒の気体成分を膨張させて蒸発器５８に供給する膨張弁７４とを備える。なお、蒸発器５８に供給された冷媒は、圧縮機６８に循環供給される。

本実施形態の車両用空調装置１０は、基本的には以上のように構成される。

本実施形態の車両用空調装置１０では、エアコンＥＣＵ１４に供給される各センサ情報を用いて車室内の温度及び湿度を制御することにより、特に、窓ガラスが結露することのない最適な空調制御を行うことができる。この場合、窓ガラスが結露しないためには、車室内絶対湿度が窓ガラスの車室内表面の露点絶対湿度よりも低く設定されていなければならない。この窓ガラスの露点絶対湿度は、窓ガラスの車室内表面温度によって決定される。

窓ガラスの温度が安定している場合、時刻ｔＡにおける窓ガラスの安定車室内表面温度Ｔｎａは、
Ｔｎａ＝［（Ｋｎλ＋２ＫｎＬＫｇ）
／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］Ｔｒ
＋［λＫｇ／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］Ｔａｍ
＋１／Ａ［（λ＋ＬＫｇ）
／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］Ｑｓ…（１）
として推定することができる。

Ｔｒ：時刻ｔＡにおける車室内温度
Ｔａｍ：時刻ｔＡにおける外気温度
Ｑｓ：時刻ｔＡにおける窓ガラスの日射吸収量
Ｌ：窓ガラスの厚さ
λ：ガラス熱伝導率
Ａ：ガラス表面積
Ｋｇ：時刻ｔＡにおける外気側熱伝達率
Ｋｎ：時刻ｔＡにおける車室内熱伝達率

また、窓ガラスの温度に影響を及ぼす関係式（１）の各パラメータの値が時刻ｔＡの値のまま安定し続けるものと仮定すると、窓ガラスの車室内表面温度は、安定車室内表面温度Ｔｎａで安定しているものと予測できる。

一方、窓ガラスは、所定のガラス熱伝導率及び厚さを有しているため、外気温度Ｔａｍ及び日射量Ｔｓ（外気側環境条件）が変化した場合、窓ガラスの車室内表面温度の変化が外気側環境条件の変化から所定の応答遅れ時間τを経過した後に開始され、且つ、過渡的に変化することになる。この場合、時刻ｔＡにおける過渡的状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎは、車室内表面温度Ｔｎの初期値Ｔｎ１、初期値Ｔｎ１の状態から時刻ｔＡまでの経過時間ｔ、窓ガラスの車室内表面の温度変化の応答遅れ時間τ、及び、関係式（１）の各パラメータの値が時刻ｔＡの値のまま安定し続けるものと仮定した場合に予測される安定車室内表面温度Ｔｎａを用いて、
Ｔｎ′＝Ｔｎａ−（Ｔｎａ−Ｔｎ１）ｅｘｐ（−αｔ／ＬＡρＣ）…（２）
Ｔｎ ≒Ｔｎτ′ …（３）
（Ｔｎτ′：時刻ｔＡよりも応答遅れ時間τだけ前に算出した車室内表面温度Ｔｎ′、ρ：ガラス密度、Ｃ：ガラス比熱）
として近似的に推定することができる。

なお、
α＝（ＫｎＡλ＋ＫｇＡ（λ＋２ＫｎＬ））／（λ＋ＫｇＬ） …（４）
である。

車室内温度Ｔｒ（室内側環境条件）が変化した場合には、窓ガラスの車室内表面温度の変化は、室内側環境条件の変化と同時に開始される。そのため、室内側環境条件の変化に対する車室内表面温度Ｔｎは、関係式（３）においてτ＝０とした関係式から導くことができる。しかしながら、通常の車両１２の使用状態において、室内側環境条件が急激に変化することはないため、関係式（２）をそのまま車室内表面温度Ｔｎの演算式として適用することができる。なお、室内側環境条件が急激に変化しないため、車室内熱伝達率Ｋｎも時間によらず一定と考えることができる。

また、時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎは、車両１２の運転条件や環境条件にも依存する。

例えば、窓ガラスの車室外表面に水滴が付着していない場合と水滴が付着している場合とでは、時刻ｔＡにおける窓ガラスの車室外表面温度Ｔｇが異なってくる。そこで、外気温度センサ２２によって検出された時刻ｔＡにおける外気温度Ｔａｍを、環境条件である降雨や降雪による水滴を考慮した水滴温度変化率ξを用いて、ξＴａｍに置き換える。なお、降雨や降雪がない場合には、ξ＝１とする。

また、外気側熱伝達率Ｋｇは、時刻ｔＡにおける運転条件である車速Ｖに比例するとともに、環境条件である降雨や降雪に影響されると考えられる。そこで、時刻ｔＡにおける外気側熱伝達率Ｋｇを、パラメータｘ、ｙと降雨や降雪による熱伝達率変化率ψとを用いて、ψ（ｘＶ＋ｙ）に置き換える。なお、降雨や降雪がない場合には、ψ＝１とする。

さらに、関係式（２）、（３）において、車室内表面温度が初期値Ｔｎ１である状態から時刻ｔＡまでの経過時間ｔをエアコンＥＣＵ１４による演算のためのサンプリング時間間隔とすると、経過時間ｔを定数と考えることができ、時刻ｔＡは各サンプリングタイミングでの時刻となる。また、関係式（２）のパラメータαを構成する時刻ｔＡにおける外気側熱伝達率Ｋｇを車速Ｖの関数として近似できるとすると、パラメータｗ、ｚと降雨や降雪による変化率ωとを用いて、
ｅｘｐ［−αｔ／ＬＡρＣ］＝ω（ｗＶ＋ｚ） …（５）
に置き換えることができる。なお、降雨や降雪がない場合には、ω＝１とする。

この結果、関係式（２）、（３）で示される過渡的状態での時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎは、
Ｔｎ′＝Ｔｎａ−（Ｔｎａ−Ｔｎ１）ω（ｗＶ＋ｚ） …（６）
Ｔｎ ≒Ｔｎτ′ …（７）
（Ｔｎτ′：関係式（６）において、時刻ｔＡよりも応答遅れ時間τだけ前に算出した車室内表面温度Ｔｎ′）
と近似することができる。

また、関係式（１）で示される時刻ｔＡにおける安定車室内表面温度Ｔｎａは、車両１２の運転条件及び環境条件を考慮することにより、
Ｔｎａ＝［（Ｋｎλ＋２ＫｎＬＫｇ）
／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］Ｔｒ
＋［λＫｇ／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］ξＴａｍ
＋１／Ａ［（λ＋ＬＫｇ）
／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］εＴｓ …（８）
と置き換えることができる。なお、時刻ｔＡにおける外気側熱伝達率Ｋｇは、
Ｋｇ＝ψ（ｘＶ＋ｙ） …（９）
であり、また、εＴｓは、日射量換算係数εを用いて日射量Ｔｓに換算される時刻ｔＡにおける窓ガラスの日射吸収量Ｑｓである。

次に、関係式（６）〜（９）により推定された窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎを用いた車両用空調装置１０の動作について、図３に示すフローチャートに従って説明する。

先ず、車両１２の乗員は、車両用空調装置１０の電源を投入した後、操作表示部２０を操作して所望の送風量及び温度の設定を行うとともに、外内気切換ダンパ５０、モード切換ダンパ５２、５４の切り換えによるモードの設定を行う（ステップＳ１）。

ステップＳ１で空調条件が設定されると、エアコンＥＣＵ１４は、車両１２に配設した外気温度センサ２２、日射量センサ２４、冷却水温度センサ２６、車室内温度センサ２８、車室内湿度センサ３０、車速センサ３１、蒸発器出口温度検出センサ６６から時刻ｔＡにおける各センサ情報を読み込む（ステップＳ２）。

次に、エアコンＥＣＵ１４は、図４に示すフローチャートに従って時刻ｔＡにおける窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎを計算する（ステップＳ３）。

そこで、エアコンＥＣＵ１４は、ワイパ駆動部３９からのワイパ作動信号の入力を確認し（ステップＳ３ａ）、ワイパ作動信号が入力されている場合、車両１２の環境条件が降雨状態又は降雪状態にあるために乗員がワイパを作動させているものと判断し、水滴温度変化率ξ、熱伝達率変化率ψ及び変化率ωを所定の設定値とする（ステップＳ３ｂ）。一方、ワイパ作動信号が入力されていない場合、降雨状態や降雪状態にないものと判断し、水滴温度変化率ξ、熱伝達率変化率ψ及び変化率ωを１に設定する（ステップＳ３ｃ）。そして、車速センサ３１によって検出した時刻ｔＡにおける車速Ｖに基づいて計算された外気側熱伝達率Ｋｇを用いて、関係式（８）により時刻ｔＡにおける安定車室内表面温度Ｔｎａを計算する（ステップＳ３ｄ）。

なお、車両１２の環境条件をワイパ作動信号に基づいて判断する代わりに、例えば、雨滴センサからのセンサ情報に従って判断し、あるいは、外気温度センサ２２により検出された外気温度Ｔａｍの急激な低下によって判断することも可能である。

次いで、ステップＳ３ｄで計算した時刻ｔＡにおける安定車室内表面温度Ｔｎａが、サンプリングの１回目（車両用空調装置１０の電源投入時の時刻ｔ１）の計算値である場合（ステップＳ３ｅ）、関係式（６）において、初期値Ｔｎ１を時刻ｔ１で計算した安定車室内表面温度Ｔｎａ（＝Ｔｎａ１）とする（ステップＳ３ｆ）。

次に、関係式（６）、（７）に従い、時刻ｔＡにおける窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎを推定する。図５は、外気温度センサ２２により検出された外気温度Ｔａｍと、関係式（６）、（７）に従って推定された窓ガラスの過渡的状態での車室内表面温度Ｔｎとの関係を示す。

車室内表面温度Ｔｎの算出時刻ｔＡが、サンプリングの１回目である演算開始（車両用空調装置１０の電源投入時の時刻ｔ１）から応答遅れ時間τを経過していない場合（ステップＳ３ｇ）、窓ガラスの車室内表面温度は、時刻ｔ１での値から殆ど変化していないものと考えられるため、車室内表面温度Ｔｎを時刻ｔ１で計算した安定車室内表面温度Ｔｎａ（＝Ｔｎａ１）とする（ステップＳ３ｈ、温度曲線（ａ）参照）。また、関係式（６）（温度曲線（ａ）′参照）により車室内表面温度Ｔｎ′を計算し（ステップＳ３ｉ）、この時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎ′及び時刻ｔＡをエアコンＥＣＵ１４の図示しないメモリに記憶する（ステップＳ３ｊ）。なお、関係式（６）を導く関係式（５）での経過時間ｔは、エアコンＥＣＵ１４による演算のためのサンプリング時間間隔として設定するものとする。

また、車室内表面温度Ｔｎを演算する時刻ｔＡが、サンプリングの１回目である演算開始から応答遅れ時間τを経過している場合（ステップＳ３ｇ）、関係式（６）を用いて時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎ′を計算し（ステップＳ３ｋ）、この時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎ′及び時刻ｔＡをエアコンＥＣＵ１４の図示しないメモリに記憶する（ステップＳ３ｍ）。次いで、関係式（７）に基づいて、時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎを、既に記憶されている時刻（ｔＡ−τ）における車室内表面温度Ｔｎτ′として、過渡的状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎ（温度曲線（ｂ）参照）を設定する（ステップＳ３ｎ）。この場合、車両１２の運転条件、環境条件及び外気温度Ｔａｍの変化及び応答遅れ時間τを考慮した過渡的状態での時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎを高精度に推定することができる。

なお、ステップＳ３ｇにおいて、応答遅れ時間τの経過を判定する代わりに、応答遅れ時間τに相当するサンプリング回数を判定し、時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎを推定するようにしてもよい。また、ステップＳ３ｎにおいて、応答遅れ時間τに従って車室内表面温度Ｔｎを設定する代わりに、応答遅れ時間τに相当するサンプリング回数に従って車室内表面温度Ｔｎを推定することもできる。

次に、以上のようにして推定された時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎを用いて、図６に示すフローチャートに従って窓ガラスが結露することのない車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔを計算する（ステップＳ４）。

エアコンＥＣＵ１４は、先ず、窓ガラスの車室内表面が結露しない限界車室内絶対湿度である窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘを取得する（ステップＳ４ａ）。すなわち、図７に示す湿り空気線図を用いて、ステップＳ３で計算された車室内表面温度Ｔｎに対する窓ガラスの露点湿度である窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘが求められる。

なお、湿り空気線図は、空気温度（℃）、その空気の絶対湿度（ｋｇ／ｋｇ）、相対湿度（％）、エンタルピー等の物理的状態の関係を表したものである。窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘは、空気温度と相対湿度１００％のときの絶対湿度との関係を多項式で表し、車室内表面温度Ｔｎを変数として演算によって求めてもよく、また、この関係をルックアップテーブルとして記憶しておき、車室内表面温度Ｔｎに対応する窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘとして求めてもよい。

次に、窓ガラスが結露することがなく、且つ、車室内が快適と感じられる範囲内の車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔを求める（ステップＳ４ｂ〜Ｓ４ｅ）。

そこで、エアコンＥＣＵ１４は、操作表示部２０を用いて乗員により設定された車室内設定温度Ｔｓｅｔと、予め設定されている車室内上限相対湿度とを用いて、図７に示す湿り空気線図から仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）を求める（ステップＳ４ｂ）。なお、車室内上限相対湿度は、例えば、通常、人間が快適と感じる上限の相対湿度である６０％前後に設定することができる。この車室内上限相対湿度は、例えば、操作表示部２０に設定部を設け、乗員が任意に設定するようにしてもよい。

この場合、空気温度、相対湿度の２変数と、絶対湿度との関係を多項式で表し、車室内設定温度Ｔｓｅｔ、車室内上限相対湿度を変数として演算により仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）を求めてもよく、また、この関係を相対湿度毎にルックアップテーブルとして記憶しておき、選択した相対湿度に対するルックアップテーブルから仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）を求めるようにしてもよい。

次に、窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘと仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）とを比較する（ステップＳ４ｃ）。この場合、Ｘｒｍａｘ＞仮Ｘｓｅｔであれば、仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）の空気が窓ガラスの近傍で冷やされたとしても、その空気が相対湿度１００％を超えることがないため、窓ガラスが曇ることはない。また、車室内の湿度も快適と感じられる範囲内となる。一方、Ｘｒｍａｘ≦仮Ｘｓｅｔであれば、仮車室内設定絶対湿度（仮Ｘｓｅｔ）の空気が窓ガラスの近傍で冷やされると、その空気が相対湿度１００％を超えてしまうため、窓ガラスに曇りが生じてしまう。

そこで、Ｘｒｍａｘ＞仮Ｘｓｅｔの場合、Ｘｓｅｔ＝仮Ｘｓｅｔとし（ステップＳ４ｄ）、Ｘｒｍａｘ≦仮Ｘｓｅｔの場合、Ｘｓｅｔ＝Ｘｒｍａｘとする（ステップＳ４ｅ）。車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔをこのように設定することにより、圧縮機６８による冷房能力を必要最小限として、窓ガラスに曇りが生じることがなく、且つ、車室内を快適な湿度とすることができる。

次に、車室内設定温度Ｔｓｅｔ及び車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔを実現するために必要な吹出口４２、４４又は４６からの吹出空気必要温度Ｔａｏ及び吹出空気必要絶対湿度Ｘａｏを計算する（ステップＳ５、Ｓ６）。

吹出空気必要温度Ｔａｏは、乗員が設定した車室内設定温度Ｔｓｅｔと、車室内温度センサ２８により検出した時刻ｔＡにおける車室内温度Ｔｒと、外気温度センサ２２により検出した時刻ｔＡにおける外気温度Ｔａｍと、日射量センサ２４によって検出した時刻ｔＡにおける日射量Ｔｓとを用いて、
Ｔａｏ＝Ｋｔｓｅｔ・Ｔｓｅｔ−Ｋｔｒ・Ｔｒ−Ｋｔａｍ・Ｔａｍ
−Ｋｔｓ・Ｔｓ−Ｃｔ …（１０）
Ｋｔｓｅｔ：車室内設定温度係数
Ｋｔｒ：車室内温度センサ係数
Ｋｔａｍ：外気温度センサ係数
Ｋｔｓ：日射センサ係数
Ｃｔ：温度演算係数
として計算される。

また、吹出空気必要絶対湿度Ｘａｏは、ステップＳ４で求めた車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔと、車室内湿度センサ３０によって検出した時刻ｔＡにおける車室内絶対湿度Ｘｒとを用いて、
Ｘａｏ＝Ｋｘｓｅｔ・Ｘｓｅｔ−Ｋｘｒ・Ｘｒ−Ｋｘａｍ・Ｔａｍ−Ｃｘ１
…（１１）
Ｋｘｓｅｔ：車室内設定絶対湿度係数
Ｋｘｒ：車室内絶対湿度係数
Ｋｘａｍ：外気絶対湿度係数
Ｃｘ１：湿度演算係数
として計算される。なお、車室内湿度センサ３０が相対湿度を検出するセンサである場合、車室内温度センサ２８によって検出した車室内温度Ｔｒと、車室内湿度センサ３０によって検出した相対湿度とを用いて、図７に示す湿り空気線図から車室内絶対湿度Ｘｒを求めることができる。

以上のようにして計算された吹出空気必要温度Ｔａｏ及び吹出空気必要絶対湿度Ｘａｏを用いて、図８に示すフローチャートに従って圧縮機６８の稼働率を最小限とすることのできる制御温度Ｔｅａを計算する（ステップＳ７）。

なお、圧縮機６８が固定容量型であってエンジン１８とクラッチを介して連結されている場合、制御温度Ｔｅａは、圧縮機６８をエンジン１８から切り離すときの蒸発器出口温度検出センサ６６の検出値とし、圧縮機６８をエンジン１８に接続するときの蒸発器出口温度検出センサ６６の検出値は、Ｔｅａ＋θ（θ：定数）とする。また、圧縮機６８が可変容量型の場合には、制御温度Ｔｅａは、蒸発器出口温度検出センサ６６の検出値とする。

ステップＳ４ａで求めた窓ガラス露点車室内絶対湿度Ｘｒｍａｘと車室内湿度センサ３０によって検出した車室内絶対湿度Ｘｒとを比較し、Ｘｒｍａｘ≦Ｘｒであれば（ステップＳ７ａ）、車室内の空気が窓ガラスの近傍で冷やされると、窓ガラスに曇りが生じる可能性がある。従って、蒸発器５８による除湿能力を最大とするため、制御温度Ｔｅａを蒸発器５８が着霜することのない下限温度ｍｉｎに設定する（ステップＳ７ｂ）。

一方、Ｘｒｍａｘ＞Ｘｒであれば（ステップＳ７ａ）、車室内の空気が窓ガラスの近傍で冷やされたとしても、その空気が相対湿度１００％を超えることがないため、窓ガラスが曇ることはない。そこで、温度に対するマージンをδ、湿度に対するマージンをγとして、（Ｔｓｅｔ−δ）＞Ｔｒ（ステップＳ７ｃ）、且つ、（Ｘｓｅｔ−γ）＞Ｘｒ（ステップＳ７ｄ）の場合、現在の状態において、これ以上の除湿の必要性がなく、また、これ以上の冷房の必要性もないため、圧縮機６８の駆動状態を必要最小限とするべく、Ｔｅａ＝β（例えば、２０℃位）に設定する（ステップＳ７ｅ）。

また、Ｘｒｍａｘ＞Ｘｒ（ステップＳ７ａ）、且つ、（Ｔｓｅｔ−δ）≦Ｔｒ（ステップＳ７ｃ）、且つ、（Ｘｓｅｔ−γ）＞Ｘｒ（ステップＳ７ｆ）の場合、冷房の必要があるものと判断される。このとき、吹出空気必要温度Ｔａｏに対するマージンをαとして、Ｔｅａ＝Ｔａｏ−αと設定する（ステップＳ７ｇ）。

また、Ｘｒｍａｘ＞Ｘｒ（ステップＳ７ａ）、且つ、（Ｔｓｅｔ−δ）＞Ｔｒ（ステップＳ７ｃ）、且つ、（Ｘｓｅｔ−γ）≦Ｘｒ（ステップＳ７ｄ）の場合、除湿の必要があるものと判断される。このとき、相対湿度１００％で吹出空気必要絶対湿度Ｘａｏとなる温度をＴ（Ｘａｏ）、温度Ｔ（Ｘａｏ）の演算係数をηとして、Ｔｅａ＝Ｔ（Ｘａｏ）−ηと設定する（ステップＳ７ｈ）。

さらに、Ｘｒｍａｘ＞Ｘｒ（ステップＳ７ａ）、且つ、（Ｔｓｅｔ−δ）≦Ｔｒ（ステップＳ７ｃ）、且つ、（Ｘｓｅｔ−γ）≦Ｘｒ（ステップＳ７ｆ）の場合、冷房及び除湿の必要があるものと判断される。このとき、Ｔａｏ−αとＴ（Ｘａｏ）−ηとを比較し（ステップＳ７ｉ）、何れか小さい方を制御温度Ｔｅａに設定する（ステップＳ７ｇ、Ｓ７ｈ）。

以上のようにして、制御温度Ｔｅａが設定された後、圧縮機６８が可変容量型である場合、その容量を調整する（ステップＳ８）。また、エアコンＥＣＵ１４は、エアミックスダンパ６２の開度を計算し（ステップＳ９）、エアミックスダンパ駆動部３６を駆動してエアミックスダンパ６２の開度を調整する。さらに、エアコンＥＣＵ１４は、送風機５６による送風量が必要量となるように、送風機駆動部３４に供給する電圧を計算し（ステップＳ１０）、送風機駆動部３４をその電圧で駆動する。さらにまた、エアコンＥＣＵ１４は、操作表示部２０により設定されたモードに従ってモード切換ダンパ５２又は５４の位置を計算し（ステップＳ１１）、モード切換ダンパ駆動部３８を駆動してモード切換ダンパ５２又は５４の切り換えを行う。

上記の状態でエアコンユニット１６が駆動されることにより、車室内の温度が車室内設定温度Ｔｓｅｔとなり、且つ、湿度が車室内設定絶対湿度Ｘｓｅｔとなるように空調制御が行われる。この場合、車室内は、窓ガラスが曇ることがなく、しかも、快適な湿度の上限を超えることのない状態に調整される。しかも、圧縮機６８がこの状態を維持できる必要最小限の駆動力によって制御されるため、圧縮機６８による消費エネルギを節約することができる。

本実施形態の車両用空調装置を搭載した車両の説明図である。 本実施形態の車両用空調装置の構成図である。 本実施形態の車両用空調装置における処理フローチャートである。 図３に示すフローチャートにおける窓ガラス車室内表面温度の計算フローチャートである。 車両の外気温度と、推定された窓ガラスの車室内表面温度との関係説明図である。 図３に示すフローチャートにおける車室内設定絶対湿度の計算フローチャートである。 湿り空気線図である。 図３に示すフローチャートにおける制御温度の計算フローチャートである。

符号の説明

１０…車両用空調装置 １２…車両
１４…エアコンＥＣＵ １６…エアコンユニット
１８…エンジン ２０…操作表示部
２２…外気温度センサ ２４…日射量センサ
２６…冷却水温度センサ ２８…車室内温度センサ
３０…車室内湿度センサ ３１…車速センサ
３９…ワイパ駆動部 ５６…送風機
５８…蒸発器 ６０…加熱器
６６…蒸発器出口温度検出センサ ６８…圧縮機
７０…凝縮器 ７２…気液分離器
７４…膨張弁

Claims (8)

1. 加熱手段及び冷却手段を制御して車室内の空調制御を行う車両用空調装置において、
   時刻ｔＡにおける車両の外気温度Ｔａｍを検出する外気温度センサと、
   時刻ｔＡにおける車両の車室内温度Ｔｒを検出する車室内温度センサと、
   時刻ｔＡにおける車両に対する日射量Ｔｓを検出する日射量センサと、
   時刻ｔＡにおける安定状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎａを、窓ガラス及び車室の物理特性により決まるパラメータｋ１〜ｋ３を用いて、
   Ｔｎａ＝ｋ１・Ｔｒ＋ｋ２・Ｔａｍ＋ｋ３・Ｔｓ
   として算出する安定車室内表面温度算出手段と、
   時刻ｔＡにおける過渡的状態での窓ガラスの車室内表面温度Ｔｎを、前記車室内表面温度Ｔｎの初期値Ｔｎ１、前記初期値Ｔｎ１の状態から時刻ｔＡまでの経過時間ｔ、窓ガラスの車室内表面の温度変化の応答遅れ時間τ、窓ガラス及び車室の物理特性により決まるパラメータφを用いて、
   Ｔｎ′＝Ｔｎａ−（Ｔｎａ−Ｔｎ１）ｅｘｐ（−φｔ）
   Ｔｎ ≒Ｔｎτ′
   （Ｔｎτ′：時刻ｔＡよりも応答遅れ時間τだけ前に算出した車室内表面温度Ｔｎ′）
   として算出する過渡車室内表面温度算出手段と、
   を備え、算出した前記車室内表面温度Ｔｎを用いて空調制御を行うことを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   時刻ｔＡにおける車両の車速Ｖを検出する車速センサを備え、
   前記パラメータｋ１〜ｋ３、φは、前記車速Ｖの関数として設定されることを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   車両の環境条件を設定する環境条件設定手段を備え、
   前記パラメータｋ１〜ｋ３、φは、前記環境条件に対応して設定されることを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記環境条件設定手段は、車両のワイパの作動状態を示すワイパ作動信号を出力するワイパ駆動部であることを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記安定車室内表面温度算出手段は、時刻ｔＡにおける車室内表面温度Ｔｎａを、
   Ｔｎａ＝［（Ｋｎλ＋２ＫｎＬＫｇ）
   ／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］Ｔｒ
   ＋［λＫｇ／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］ξＴａｍ
   ＋１／Ａ［（λ＋ＬＫｇ）
   ／（Ｋｎλ＋Ｋｇ（λ＋２ＫｎＬ））］εＴｓ
   Ｌ：窓ガラスの厚さ
   Ｋｇ：外気側熱伝達率
   Ｋｎ：車室内熱伝達率
   λ：ガラス熱伝導率
   Ａ：ガラス表面積
   ξ：水滴温度変化率
   ε：日射量換算係数
   として算出することを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項５記載の装置において、
   時刻ｔＡにおける車両の車速Ｖを検出する車速センサと、
   車両の環境条件を設定する環境条件設定手段と、
   を備え、前記安定車室内表面温度算出手段は、前記環境条件に従って熱伝達率変化率ψ及び水滴温度変化率ξを所定値に設定するとともに、前記熱伝達率変化率ψ及び前記車速Ｖに従い、パラメータｘ、ｙを用いて時刻ｔＡにおける外気側熱伝達率Ｋｇをψ（ｘＶ＋ｙ）として設定することを特徴とする車両用空調装置。
7. 請求項１記載の装置において、
   時刻ｔＡにおける車両の車速Ｖを検出する車速センサと、
   車両の環境条件を設定する環境条件設定手段とを備え、
   前記過渡車室内表面温度算出手段は、前記経過時間ｔを当該車両用空調装置のサンプリング時間間隔としたとき、
   ｅｘｐ（−φｔ）≒ω（ｗＶ＋ｚ）
   と近似し、前記環境条件に従って変化率ωを所定値に設定し、パラメータｗ、ｚを用いて前記車室内表面温度Ｔｎを算出することを特徴とする車両用空調装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記過渡車室内表面温度算出手段は、前記車室内表面温度Ｔｎの演算開始時刻ｔ１からの経過時間ｔが前記応答遅れ時間τを経過していない場合、前記車室内表面温度Ｔｎを前記演算開始時刻ｔ１における前記車室内表面温度Ｔｎａとすることを特徴とする車両用空調装置。
   

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