JP2006240387A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サーモグラフィといった特別な検出手段を必要とすることなく、通常の検出手段を用いるだけで、乗員個人の身体状況や好みに対応した快適な空調制御を実現する。
【解決手段】 車室内の空調状態を自動制御する車両用空調装置において、渋滞走行、高速走行、あるいは通常走行といった車両の走行状態の種別を判定し（Ｓ４２０）、各種走行状態ごとに、空調操作部材の操作を学習して空調制御の制御値を決定する（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）。
【選択図】 図６

Description

本発明は、車両の走行状態に応じた最適な空調制御を行う学習機能を持った車両用空調装置に関する。

近年、車両用空調装置では運転者（乗員）個人の心理的、身体的な状況に対応した快適な空調制御への要望が高まっている。そこで、特許文献１においては、運転者の表面温度を赤外線センサを用いたサーモグラフィにより非接触で検出し、運転者の表面温度分布に応じた空調制御を行う車両用空調装置が提案されている。
特開２００２−２６７２４１号公報

しかし、特許文献１によると、赤外線センサを用いたサーモグラフィという特別な検出手段が必要であり、サーモグラフィによる２次元の撮像結果をディジタル処理して温度分布データを得るようにしているので、コストアップを招く。

本発明は、上記点に鑑み、サーモグラフィといった特別な検出手段を必要とすることなく、通常の検出手段を用いるだけで、乗員個人の身体状況や好みに対応した快適な空調制御を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車室内の空調状態を自動制御する車両用空調装置において、
車両の走行状態の種別を判定する判定手段（Ｓ４２０）と、
前記判定手段（Ｓ４２０）で判定された各種走行状態ごとに、空調操作部材（３７〜４２）の操作を学習して空調制御の制御値を決定する制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）とを備えることを特徴としている。

ところで、車両の走行状態の変化、すなわち、渋滞走行であるか、高速走行であるか、あるいは通常走行であるか等によって、運転者個人の心理的、身体的なストレスや疲労具合が変化し、これに伴って、運転者の要求する空調状態も変化する。

この点に着目して、請求項１に記載の発明によると、車両の各種走行状態ごとに個別に運転者の空調操作信号の変更に基づく学習制御を行って、その学習結果を各種走行状態ごとの空調制御に反映できる。それ故、サーモグラフィといった特別な検出手段を設けなくても、車両の各種走行状態ごとの特有の学習結果に基づいて、各種走行状態に応じた最適な空調制御を実現できる。

請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の車両用空調装置において、前記判定手段（Ｓ４２０）は、具体的には、車両の渋滞走行、高速走行および通常走行の種別を判定するようにすればよい。

請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の車両用空調装置において、前記判定手段（Ｓ４２０）は、車両運転開始後の連続運転時間が所定時間以上となる長時間連続運転状態を判定するようにしてもよい。

これによれば、長時間連続運転状態特有の学習制御を行って、長時間連続運転状態にとって最適な空調制御を実現できる。

請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、少なくとも車室内へ吹き出す空気の風量制御値を決定するようにしてもよい。

これによれば、車室内への吹出風量を各種走行状態ごとに最適に制御できる。

請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、内外気吸込モードおよび吹出モードの制御値を決定するようにしてもよい。

これによれば、内外気吸込モードおよび吹出モードを各種走行状態ごとに最適に制御できる。

請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置において、前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、前記制御値として車室内へ吹き出す空気の目標温度を決定するようにしてもよい。

これによれば、車室内吹出空気の目標温度を各種走行状態ごとに最適に決定できる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態の全体構成の概要を示すもので、車両用空調装置は車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）内側部等に配設される室内空調ユニット１を備えている。

この室内空調ユニット１はケース２を有し、このケース２内に車室内へ向かって空気が送風される空気通路を構成する。このケース２の空気通路の最上流部に内気導入口３および外気導入口４を有する内外気切替箱５を配置している。この内外気切替箱５内に、内外気切替手段としての内外気切替ドア６を回転自在に配置している。

この内外気切替ドア６はサーボモータ７によって駆動されるもので、内気導入口３より内気（車室内空気）を導入する内気モードと、外気導入口４より外気（車室外空気）を導入する外気モードと、内気と外気を同時に導入する半内気モードとを切り替える。

内外気切替箱５の下流側には車室内に向かって空気を送風する電動式の送風機８を配置している。この送風機８は、遠心式の送風ファン８ａをモータ８ｂにより駆動するようになっている。送風機８の下流側には送風空気を冷却する冷房用熱交換器をなす蒸発器９を配置している。

この蒸発器９は、冷凍サイクル装置１０を構成する要素の一つであり、低温低圧の冷媒が送風空気から吸熱して蒸発することにより送風空気を冷却する。なお、冷凍サイクル装置１０は周知のものであり、圧縮機１１の吐出側から、凝縮器１２、受液器１３および減圧手段をなす膨張弁１４を介して蒸発器９に冷媒が循環するように構成されている。凝縮器１２には電動式の冷却ファン１２ａによって室外空気（冷却空気）が送風される。

冷凍サイクル装置１０において、圧縮機１１は電磁クラッチ１１ａを介して車両エンジン（図示せず）により駆動される。従って、電磁クラッチ１１ａの通電の断続により圧縮機１１の作動を断続制御できる。

一方、室内空調ユニット１において、蒸発器９の下流側にはケース２内を流れる空気を
加熱するヒータコア１５を配置している。このヒータコア１５は車両エンジンの温水（エ
ンジン冷却水）を熱源として、蒸発器９通過後の空気（冷風）を加熱する暖房用熱交換器
である。ヒータコア１５の側方にはバイパス通路１６が形成され、このバイパス通路１６
をヒータコア１５のバイパス空気が流れる。

蒸発器９とヒータコア１５との間に温度調整手段をなすエアミックスドア１７を回転自
在に配置してある。このエアミックスドア１７はサーボモータ１８により駆動されて、そ
の回転位置（開度）が連続的に調整可能になっている。

このエアミックスドア１７の開度によりヒータコア１５を通る空気量（温風量）と、バ
イパス通路１６を通過してヒータコア１５をバイパスする空気量（冷風量）との割合を調
節し、これにより、車室内に吹き出す空気の温度を調整するようになっている。

ケース２の空気通路の最下流部には、車両の前面窓ガラスＷに向けて空調風を吹き出す
ためのデフロスタ吹出口１９、乗員の顔部に向けて空調風を吹き出すためのフェイス吹出
口２０、および乗員の足元部に向けて空調風を吹き出すためのフット吹出口２１の計３種
類の吹出口が設けられている。

これら吹出口１９〜２１の上流部にはデフロスタドア２２、フェイスドア２３およびフ
ットドア２４が回転自在に配置されている。これらのドア２２〜２４は、図示しないリン
ク機構を介して共通のサーボモータ２５によって開閉操作される。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明すると、空調制御装置３０は、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。
この空調制御装置３０は、そのＲＯＭ内に空調制御のための制御プログラムを記憶してお
り、その制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行う。

空調制御装置３０の入力側には空調用センサ群３１〜３５からセンサ検出信号が入力され、また、車室内前部の計器盤付近に配置される空調操作パネル３６から各種操作信号が入力される。

空調用センサ群としては、具体的には、外気温（車室外温度）Ｔａｍを検出する外気センサ３１、内気温（車室内温度）Ｔｒを検出する内気センサ３２、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ３３、蒸発器９の空気吹出部に配置されて蒸発器吹出空気温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ３４、ヒータコア１５に流入する温水（エンジン冷却水）温度Ｔｗを検出する水温センサ３５等が設けられる。

また、空調操作パネル３６には各種空調操作部材として、車室内温度を設定する温度設定手段をなす温度設定スイッチ３７、吹出モードドア２２〜２４により切り替わる吹出モードをマニュアル設定する吹出モードスイッチ３８、内外気切替ドア６による内外気吸込モードをマニュアル設定する内外気切替スイッチ３９、圧縮機１１の作動指令信号（電磁クラッチ１１ａのＯＮ信号）を出すエアコンスイッチ４０、送風機８の風量をマニュアル設定する送風機作動スイッチ４１、空調自動制御状態の指令信号を出すオートスイッチ４２等が設けられる。

また、走行状態入力装置４３から車速Ｖｓやエンジンイグニッションスイッチ信号ＩＧ等の車両走行状態に関連する信号が空調制御装置３０に入力される。また、車載ナビゲーション装置４４から車両の現在位置や地図情報等の信号が空調制御装置３０に入力され、さらに、車外のＶＩＣＳ（道路交通情報提供システム）４５から道路交通情報等の信号が空調制御装置３０に入力される。

空調制御装置３０の出力側には、圧縮機１１の電磁クラッチ１１ａ、各機器の電気駆動
手段をなすサーボモータ７、１８、２５、送風機８のモータ８ｂ、凝縮器冷却ファン１２
ａのモータ１２ｂ等が接続され、これらの機器の作動が空調制御装置３０の出力信号によ
り制御される。

次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。最初に、室内空調ユニット１の
作動の概要を説明すると、送風機８を作動させることにより、内気導入口３または外気導
入口４より導入された空気がケース２内を車室内に向かって送風される。また、電磁クラ
ッチ１１ａに通電して電磁クラッチ１１ａを接続状態とし、圧縮機１１を車両エンジンに
て駆動することにより、冷凍サイクル装置１０内を冷媒が循環する。

送風機８の送風空気は、先ず蒸発器９を通過して冷却、除湿され、この冷風は次にエア
ミックスドア１７の回転位置（開度）に応じてヒータコア１５を通過する流れとバイパス
通路１６を通過する流れとに分けられる。ヒータコア１５を通過する流れは加熱されて温
風となり、バイパス通路１６を通過する流れは冷風のままである。

従って、エアミックスドア１７の開度によりヒータコア１５を通る空気量（温風量）と
、バイパス通路１６を通過する空気量（冷風量）との割合を調整することにより、車室内
に吹き出す空気の温度を調整できる。そして、この温度調整された空調風が、ケース２の
空気通路の最下流部に位置するデフロスタ吹出口１９、フェイス吹出口２０およびフット
吹出口２１のうち、いずれか１つまたは複数の吹出口から車室内へ吹き出して、車室内の
空調および車両の前面窓ガラスＷの曇り止めを行う。

次に、本実施形態による空調自動制御を図２および図３に基づいて説明する。図２は空調制御装置３０のマイクロコンピュータにより実行される空調制御全体の概要を示すフローチャートであり、この制御ルーチンは、図示しない車両エンジンのイグニッションスイッチの投入状態においてオートスイッチ４２が投入されるとスタートする。

先ず、空調操作パネル３６の温度設定スイッチ３７により設定された車室内設定温度Ｔｓｅｔ、センサ群３１〜３５により検出された検出信号、走行状態入力装置４３から入力される車両走行状態に関連する車速Ｖｓ等の信号、さらに、車載ナビゲーション装置４４やＶＩＣＳ４５からの道路情報等の各種信号を読み込む（Ｓ１０）。

次に、車室内への吹出空気の目標吹出温度ＴＡＯを算出する（Ｓ２０）。この目標吹出温度ＴＡＯは空調熱負荷変動にかかわらず、温度設定スイッチ３７により設定した設定温度Ｔｓｅｔに車室内温度（内気温）Ｔｒを維持するために必要な車室内吹出空気温度である。このＴＡＯは設定温度Ｔｓｅｔ、外気温Ｔａｍ、内気温Ｔｒ、日射量Ｔｓに基づいて下記（１）式により算出する。

ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ （１）
但し Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓ：制御ゲイン
Ｃ：補正用の定数
次に、上記目標吹出温度ＴＡＯに基づいてエアミックスドア１８の目標開度ＳＷを下記（２）式により算出する（Ｓ３０）。

ＳＷ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｗ−Ｔｅ）×１００（％）
但し、Ｔｅ：蒸発器吹出空気温度（蒸発器温度センサ３４の検出温度）
Ｔｗ：ヒータコア１５に流入する温水の温度（水温センサ３５の検出温度）
なお、ＳＷ＝０（％）は、エアミックスドア１７の最大冷房位置であり、バイパス通路１６を全開し、ヒータコア１５側の通風路を全閉する。これに対し、ＳＷ＝１００（％）は、エアミックスドア１７の最大暖房位置であり、バイパス通路１６を全閉し、ヒータコア１５側の通風路を全開する。

次に、送風機８の風量を決めるブロワモータ電圧（駆動モータ８ｂへの印加電圧）を図３の制御特性（マップ）に示すように上記目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定する（Ｓ４０）。

このＴＡＯに基づく風量制御特性は、ＴＡＯの極低温域（最大冷房域）でブロワモータ電圧を最大にして、送風機８の風量を最大風量（Ｈｉ）に制御する。また、ＴＡＯの極高温域（最大暖房域）でブロワモータ電圧を最大値付近の高電圧にして、送風機８の風量を最大風量（Ｈｉ）付近に制御する。

そして、最大冷房状態から冷房負荷が減少してＴＡＯが極低温域から中間温度域に向かって上昇すると、このＴＡＯの上昇に応じてブロワモータ電圧を減少して、送風機８の風量を減少させる。また、最大暖房状態から暖房負荷が減少して目標吹出温度ＴＡＯが極高温域から中間温度域に向かって低下すると、このＴＡＯの低下に応じてブロワモータ電圧を減少して、送風機８の風量を減少させる。ＴＡＯが所定の中間温度域内に入ると、ブロワモータ電圧を最小値にして送風機８の風量を最小値にする。

ところで、乗員が望む風量には車両走行状態による心理的、身体的な体調の変化や各個人の好みによる差があるので、予め一律に適切な送風量を決めることは難しい。そこで、本実施形態では、各車両の運転者（乗員）個々が望む風量を乗員の手動操作時に学習して、その学習結果に基づいて風量制御特性を補正していくことにより、車両走行状態の変化や乗員の好みを的確に反映した送風量制御特性となるようにしている。これについては後で詳述する。

次に、内外気切替ドア６による内外気吸込モードを図４の制御特性（マップ）により目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定する（Ｓ５０）。具体的には、ＴＡＯが最大冷房状態に相当する極低温域では、内外気吸込モードを内気モードとし、そして、ＴＡＯの上昇につれて内外気吸込モードを半内気モード→外気モードへと順次切り替える。

次に、吹出モードドア２０、２２、２４による吹出モードを図５の制御特性（マップ）により目標吹出温度ＴＡＯに基づいて決定する（Ｓ６０）。具体的には、ＴＡＯが低温域から高温域へと上昇するにつれて吹出モードをフットモード→バイレベル（Ｂ／Ｌ）モード→フェイスモードへと順次切り替える。

次に、上記各ステップＳ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０で決定された各種制御信号を送風機８の駆動モータ８ｂ、および各アクチュエータ７、１８、２５に出力して、送風機８の駆動モータ８ｂの回転数および各アクチュエータ７、１８、２５の作動を制御する（Ｓ７０）。

アクチュエータ１８は、エアミックスドア１７の実際の開度がＳ３０の目標開度ＳＷとなるようにエアミックスドア１７の開度を制御する。これにより、車室内吹出空気温度が目標吹出温度ＴＡＯとなるように制御され、車室内温度Ｔｒが設定温度Ｔｓｅｔに維持される。

次のステップＳ８０では、制御周期であるｔ秒経過したか判定し、ｔ秒経過後にステップＳ１０に戻り、上記制御処理を繰り返す。

次に、本実施形態における学習制御による空調制御特性の補正の具体例を図６により説明する。図６は図３のステップＳ４０の風量決定の制御処理の具体例を示すもので、まず、走行状態入力装置４３から入力される車両走行状態に関連する車速Ｖｓ等の信号、あるいは、車載ナビゲーション装置４４やＶＩＣＳ４５からの道路情報等の信号に基づいて車両走行状態の種別を判定する（Ｓ４１０）。

この判定としては、例えば、車速Ｖｓが第１所定値以下の渋滞走行と、車速Ｖｓが第１所定値よりも十分高い第２所定値以上である高速走行と、車速Ｖｓが第１所定値と第２所定値との間に位置する通常走行のいずれであるかを判定する。

次に、上記各走行状態に移行してからの経過時間と、車両運転開始後の連続運転時間とを計測する（Ｓ４２０）。次に、各走行状態において、運転者の手動操作による風量設定の変更操作の有無を判定する（Ｓ４３０）。ここで、風量設定の変更操作とは、空調操作パネル３６に設けられている送風機作動スイッチ４１による風量のマニュアル設定操作のことである。

風量設定の変更操作有りの場合は、ステップＳ４４０にてこの変更操作を行ったときの状況（すなわち、走行状態の種別、走行時間、および設定変更内容）を記憶する。次に、ステップＳ４５０にてこの記憶内容を学習して、該当する走行状態での風量制御特性を変更する。

次に、この学習制御に基づく変更後の風量制御特性を使用して、風量制御値、具体的には、ブロワモータ電圧値をＴＡＯにより決定する（Ｓ４６０）。

上記ステップＳ４５０、Ｓ４６０における風量制御特性の変更および風量制御値の決定の処理を図３に基づいて具体的に説明すると、破線Ａは、学習前の元の風量制御特性であり、そして、この元の風量制御特性Ａに基づいて風量ａが決定されている場合に、運転者の手動操作により風量ｂに減少する設定変更がなされると、この風量減少の設定変更を学習して風量制御特性を破線特性Ａから実線特性Ｂに変更する。以後、この新たな制御特性ＢとＴＡＯに基づいてブロワモータ電圧値を決定する。

一方、ステップＳ４３０にて設定変更なしと判定されたときはステップＳＳ４６０に直接進み、風量制御値（ブロワモータ電圧値）を決定する。この場合は、前回までの処理で決定されている風量制御特性（元の特性Ａ）に基づいて風量制御値（ブロワモータ電圧値）をＴＡＯにより決定すればよい。

ところで、本実施形態では、車両走行状態の種別を判定し、各走行状態ごとに学習制御を行って、各種走行状態ごとの風量制御を行うから、図３に示す風量制御特性は渋滞走行、高速走行、通常走行ごとに設定し、ＲＯＭに記憶している。

当然のことながら、運転者の運転機会は通常走行が最も多く、渋滞走行および高速走行の運転機会は少ない。従って、渋滞走行および高速走行における設定変更の頻度、ひいては学習制御の頻度も少なくなる。

そこで、渋滞走行および高速走行における学習制御は、渋滞走行および高速走行における設定変更の学習だけでなく、通常走行における学習結果をも加味して行うことがより適切な風量決定につながる。

なお、図３は、各種走行状態ごとの学習制御による風量制御値決定の具体例を示しているが、図４に示す内外気吸込モードの決定、および図５に示す吹出モードの決定についても、図３に示す学習制御の考え方を適用して各種走行状態ごとに図４に示す内外気吸込モードおよび図５に示す吹出モードの制御特性を変更していくことにより、運転者の意向、好みに沿った各種走行状態ごとの内外気吸込モードおよび吹出モードを適切に決定できる。

また、空調操作パネル３６の温度設定スイッチ３７の手動操作による車室内設定温度Ｔｓｅｔの設定変更操作についても学習制御をして、各種走行状態ごとにおける目標吹出温度ＴＡＯの補正値を求め、この補正値に基づいて目標吹出温度ＴＡＯの値を補正し、この補正後のＴＡＯ値に基づいて各種空調制御を行うようにしてもよい。

また、上述の一実施形態では、渋滞走行、高速走行および通常走行といった車両走行状態の種別を判定し、各種走行状態ごとの学習制御を行っているが、車両運転開始後の連続運転時間が長くなると、走行状態の種別の如何に係わらず、運転者の疲労蓄積が大きくなるので、連続運転時間が所定時間以上に長くなったことを判定すると、長時間連続運転状態特有の学習制御を個別に行って、空調制御特性の変更や空調制御値の補正値を決定し、それに基づいて各種空調制御を行うようにしてもよい。

なお、図６において、ステップＳ４２０は、車両の走行状態の種別を判定する判定手段を構成し、また、ステップＳ４４０〜Ｓ４６０は、車両の各種走行状態ごとに、空調操作部材３７〜４２の操作を学習して空調制御の制御値を決定する制御手段を構成する。

本発明の一実施形態を示す全体システム構成図である。 本発明の一実施形態の空調制御全体の概要を示すフローチャ−トである。 本発明の一実施形態による風量制御特性図である。 本発明の一実施形態による内外気吸込モード制御特性図である。 本発明の一実施形態による吹出モード制御特性図である。 本発明の一実施形態による風量制御の具体例を示すフローチャ−トである。

符号の説明

３０…空調制御装置、３６…空調操作パネル、３７〜４２…各種操作スイッチ（空調操作部材）。

Claims (6)

1. 車室内の空調状態を自動制御する車両用空調装置において、
   車両の走行状態の種別を判定する判定手段（Ｓ４２０）と、
   前記判定手段（Ｓ４２０）で判定された各種走行状態ごとに、空調操作部材（３７〜４２）の操作を学習して空調制御の制御値を決定する制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記判定手段（Ｓ４２０）は、車両の渋滞走行、高速走行および通常走行の種別を判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記判定手段（Ｓ４２０）は、車両運転開始後の連続運転時間が所定時間以上となる長時間連続運転状態を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、少なくとも車室内へ吹き出す空気の風量制御値を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
5. 前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、内外気吸込モードおよび吹出モードの制御値を決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
6. 前記制御手段（Ｓ４４０〜Ｓ４６０）は、前記制御値として車室内へ吹き出す空気の目標温度を決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
   

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