JP2007176203A

JP2007176203A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2007176203A
Application number: JP2005373889A
Authority: JP
Inventors: Kiyomitsu Ishikawa; 清光石川; Norihiko Ito; 徳彦伊藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4832888B2

Abstract

【課題】非接触式の温度検出手段による車室内の温度に基づいて車室内が冷房された状態で窓が開けられたときに、エアダクトから送出される空気の温度の低下や風量の減少が生じることを抑制した車両用空調装置を提供する。
【解決手段】サイドウインドウ５２が閉まっている状態で、第１の温度検出範囲Ｅ₁により車室内の温度を検出する広角赤外線センサ２０を使用して、広角赤外線センサ２０による検出温度に基づいて車室内の冷房を行っているときに、サイドウインドウ５２の開度が所定レベル以上増大したときには、使用する赤外線センサを広角赤外線センサ２０から第２の温度検出範囲Ｅ₂により車室内の温度を検出する狭角赤外線センサ２１に切替えて、狭角赤外線センサ２１による検出温度に基づいて車室内の空調制御を行う空調制御手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触式の温度検出手段による車室内の検出温度に基づいて、車室内の温度を制御する車両用空調装置に関する。

従来より、非接触温度センサを用いて車室内の温度を検出するようにした車両用空調装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。非接触温度センサは、予め設定された温度検出範囲の平均温度を検出するため、例えば、日射の影響を受ける運転者の上半身と、室内温度に連動する車室の天井と、外気温度の影響を受けるサイドウインドウ等が温度検出範囲に含まれるように設定することで、車室内の温度分布を反映した温度を検出することができる。

そして、このようにして、非接触温度センサにより検出された温度と、運転者により設定される目標温度との偏差を減少させるように、空調ダクトから車室内に送出される空気の温度又は風量を制御することによって、室内温度の制御性を向上させることができる。

しかし、本願発明者らは、非接触温度センサを用いた車両用空調装置により車室内が冷房されている状態で、運転者が窓を開けたときに、窓から熱気が流入して運転者が暑さを感じているにも拘らず、エアダクトから送出される空気の温度が逆に上昇し或いは風量が減少して、運転者に違和感や不快感を与える場合があることを知見した。
特開２００１−３４７８１６号公報

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、非接触式の温度検出手段による車室内の検出温度に基づいて車室内が冷房された状態で窓が開けられたときに、エアダクトから送出される空気の温度の低下や風量の減少が生じることを抑制した車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、エアダクト内に配設されて空気と熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換した空気を該エアダクトから車室内に送風する送風手段と、車室内の温度を非接触で検出する非接触温度検出手段と、該非接触温度検出手段の検出温度と目標室内温度との偏差を減少させるように、前記エアダクトから車室内に送出される空気の温度と風量とのうちの少なくともいずれか一方を制御する空調制御を実行する空調制御手段とを備えた車両用空調装置の改良に関する。

そして、車両の窓を開閉する窓開閉手段と、該窓の開閉状態を検出する窓開閉状態検出手段と、前記非接触温度検出手段による温度検出範囲を、該窓が含まれる第１の温度検出範囲と、該窓が含まれないか又は温度検出範囲全体に占める該窓の部分の割合が該第１の温度検出範囲よりも小さい第２の温度検出範囲とに切替える温度検出範囲切替え手段とを備え、前記空調制御手段は、前記窓の開度が所定値以下であって、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲として前記温調制御を実行している状態で、前記窓の開度が所定レベル以上増大したときに、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲から前記第２の温度検出範囲に切替えて、前記空調制御を実行することを特徴とする。

かかる本発明おいて、前記窓の開度が前記所定値以下であって、前記窓に日が当たっているときには、日差しにより窓ガラスが加熱されて窓ガラスの内側（車室側）の温度が高くなる。そのため、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲が前記第１の温度検出範囲であるときは、前記非接触温度検出手段による検出温度における窓の内側の高い温度の影響が大きくなる。

そして、前記空調制御手段により、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲として、前記空調制御による車室内の冷房が実行された状態で、運転者が前記窓を開けると、前記第１の温度検出範囲において、それまで窓ガラスの内側の温度を検出していた部分が外気温度を検出するようになる。この場合、日差しにより加熱された窓ガラスの内側の温度よりも外気温度の方が低いと、前記非接触温度検出手段の検出温度が低下する。その結果、前記非接触温度検出手段の検出温度と目標空調温度との偏差が小さくなって、前記空調制御手段により、前記ダクトから車室内に送出される空気の温度を上げるか或いは空気の風量を下げる制御が行われる。このとき、運転者は窓を開けて車室内に熱気が流入することで暑さを感じているにも拘らず、運転者の意に反してダクトからの送風の温度が上昇するか風量が減少するため、運転者は違和感や不快感を感じる。

そこで、前記空調制御手段は、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲として前記空調制御を実行している状態で、前記窓の開度が前記所定レベル以上増大したときに、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲から前記第２の温度検出範囲に切替える。

これにより、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲から前記窓の部分が除外されるか、或いは温度検出範囲に占める前記窓の部分の割合が減少するため、前記窓の開度の増大に伴う前記非接触温度検出手段の検出温度の低下幅を縮小させることができる。そのため、上述した前記ダクトから車室内に送出される空気の温度の上昇や風量の減少が生じることを抑制して、運転者に違和感や不快感を与えること防止することができる。

また、前記非接触温度検出手段は、複数の非接触温度センサを各非接触温度センサの温度検出範囲が連続するように配置して構成され、前記温度検出範囲切替え手段は、前記複数の非接触温度センサのうち、温度検出に使用する前記非接触温度センサの組み合わせを変更することによって、前記第１の温度検出範囲と前記第２の温度検出範囲とを切替えることを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記複数の非接触温度センサの個数と配置により前記温度検出手段の温度検出範囲の可変範囲を任意に設定することができる。そして、前記温度検出範囲切替え手段は、前記複数の非接触温度センサのうち、温度検出に使用する前記非接触温度センサの組み合わせを変更するという簡易な処理により、前記第１の温度検出範囲と前記第２の温度検出範囲とを切替えることができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の車両用空調装置の制御ブロック図、図２は図１に示した広角赤外線センサ及び狭角赤外線センサの取付け態様の説明図、図３は図１に示した空調制御手段による空調制御のフローチャート、図４は車両の窓を開閉したときの広角赤外線センサの検出温度とダクトの吹出し口温度の変化を示したグラフ、図５は車両の窓を開閉したときの狭角赤外線センサの検出温度とダクトの吹出し口温度の変化を示したグラフ、図６は複数の赤外線センサの組合せにより温度検出範囲を切替える構成の説明図である。

図１を参照して、本発明の車両用空調装置は、車両に備えられて温度センサにより検出される車室内の温度と目標暖房温度との偏差を減少させるように、ダクト（図示しない）から車室内に供給される空気の温度と風量を制御するものである。

そして、マイコン等により構成された電子ユニットであるエアコンコントローラと、非接触で車室内の温度を検出する赤外線センサである広角赤外線センサ２０及び狭角赤外線センサ２１とを備えている。広角赤外線センサ２０及び狭角赤外線センサ２１は、被検温物の表面温度を被接触で検出する赤外線センサであり、広角赤外線センサ２０と狭角赤外線センサ２１とにより本発明の非接触温度検出手段が構成される。

また、ウィンドウコントローラ３１は、運転者によるウインドウ操作スイッチ３０の操作に応じて、ウインドウモータ３２を作動させ、これにより、車両のサイドウインドウ（本発明の窓に相当する）を開閉する。また、エアコンコントローラ１から出力される制御信号により、ダクトから車室内に空気を送風するブロアユニット４０（本発明の送風手段に相当する）の回転数と、ダクト内に配置された熱交換器４２に冷媒を供給するコンプレッサ４１の回転数とが制御される。

空調コントローラ１には、広角赤外線センサ２０又は狭角赤外線センサ２１により検出される車室内の温度と空調操作スイッチ２３により設定された目標空調温度との偏差を減少させるように、ブロアユニット４０の回転数を変更してダクトから送出される空気の風量を制御すると共に、コンプレッサ４１の回転数を変更してダクトから送出される空気の温度を制御する空調制御手段１０と、ウインドウコントローラ３１から出力されるサイドウインドウの開閉状態を示す信号に基づいて、サイドウインドウの開閉状態を検出する窓開閉状態検出手段１１と、サイドウインドウの開閉状態に応じて、車室内の温度検出範囲を切替える温度検出範囲切替え手段１２とが備えられている。

次に、図２（ａ）を参照して、広角赤外線センサ２０と狭角赤外線センサ２１は、車両Ｘのダッシュボード５０の前面のインストルメントパネル５１の空調操作部（図示しない）付近に取り付けられている。そして、広角赤外線センサ２０の温度検出範囲は、角度θ₁の範囲であって、サイドウインドウ５２の部分が広く含まれる第１の温度検出範囲Ｅ₁に設定されている。また、狭角赤外線センサ２１の温度検出範囲は、角度θ₁よりも狭い角度θ₂の範囲であって、前記Ｅ₁よりもサイドウインドウ５２の部分が占める割合が小さい第２の温度検出範囲Ｅ₂に設定されている。

図２（ｂ）は、広角赤外線センサ２０及び狭角赤外線センサ２１側から見た車室内の斜視図であり、第１の温度検出範囲Ｅ₁においては、運転者Ｙの上半身と天井５３とサイドウインドウ５２がほぼ均等に含まれている。一方、第２の温度検出範囲Ｅ₂においては、サイドウインドウ５２の占める割合が、第１の温度検出範囲Ｅ₁よりも大幅に減少している。

そして、温度検出範囲切替え手段１２は、広角赤外線センサ２０と狭角赤外線センサ２１とのうちのいずれを使用するかを切替えることにより、車室内の温度検出範囲を、第１の温度検出範囲Ｅ₁と第２の温度検出範囲Ｅ₂とに切替える。ここで、第１の温度検出範囲Ｅ₁においては、第２の温度検出範囲Ｅ₂よりもサイドウインドウ５２が占める割合が大きいため、サイドウインドウ５２の部分の温度が検出温度に与える影響が大きくなる。

次に、図３に示したフローチャートに従って、空調制御手段１０による車室内の空調制御の実行手順について説明する。図３のフローチャートは、サイドウインドウ５２が閉じた状態で、使用者の操作により空調開始が指示された場合を示している。

ＳＴＥＰ１で、窓開閉状態検出手段１１によりサイドウインドウ５２が閉められていることが検出されると、ＳＴＥＰ２で、温度検出範囲切替え手段１２により広角赤外線センサ２０が選択されて、第１の温度検出範囲Ｅ₁により車室内の温度が検出される状態となる。なお、サイドウインドウ５２が閉められていることの検出は、サイドウインドウ５２が完全に閉められていること（開度０％、本発明の所定値に相当する）を条件として行う場合の他、サイドウインドウ５２の開度が所定値（例えば１０％、本発明の所定値に相当する）以下であることを条件として行ってもよい。

続くＳＴＥＰ３で、空調制御手段１０は上述した「空調制御」を実行し、次のＳＴＥＰ４でサイドウインドウ５２の開度が所定レベル（例えば５０％）以上増大する状況となるまで、ＳＴＥＰ３で、第１の温度検出範囲Ｅ₁による検出温度に基づいて「空調制御」を継続する。

ＳＴＥＰ４でサイドウインドウ５２の開度が５０％以上増大する状況となったときはＳＴＥＰ５に進む。ＳＴＥＰ５は温度検出範囲切替え手段１２による処理であり、温度検出範囲切替え手段１２は、狭角赤外線センサ２１を選択して、温度検出範囲を第１の温度検出範囲Ｅ₁から第２の温度検出範囲Ｅ₂に切替える。

そして、続くＳＴＥＰ６で、次のＳＴＥＰ７で窓開閉状態検出手段１１によりサイドウインドウ５２が閉じられたことが検出されるまで、空調制御手段１０は、第２の温度検出範囲Ｅ₂による検出温度に基づいて「空調制御」を実行する。

ここで、図２（ｂ）を参照して、第１の温度検出範囲Ｅ₁による検出温度は、サイドウインドウ５２が閉まっているときは、サイドウインドウ５２のガラスの温度の影響を強く受けたものとなる。そして、日差しによりサイドウインドウ５２が加熱されて、サイドウインドウ５２の温度が高くなっている状態でサイドウインドウ５２が開けられると、サイドウインドウ５２の部分の温度は、サイドウインドウ５２のガラス部分の温度から外気温度に切り替わるため、第１の温度検出範囲Ｅ₁による検出温度が大幅に低下する。

その結果、車室内の検出温度と目標空調温度との偏差が減少する。そして、この場合に、第１の温度検出範囲Ｅ₁に基づく「空調制御」を継続すると、該偏差の減少に応じてダクトから送出される空気の温度が上昇し、また、ダクトからの空気の送風量が減少するように制御される。

この場合、サイドウインドウ５２を開けて高い温度の外気が車室内に流入し、運転者が暑さを感じているにも拘らず、ダクトから送出される空気の温度が上昇し、或いはダクトから送出される空気の風量が減少するため、運転者に違和感や不快感を与えてしまうおそれがある。

そこで、ＳＴＥＰ４でサイドウインドウ５２の開度が５０％以上増大したときにＳＴＥＰ５に進み、温度検出範囲切替え手段１２は、狭角赤外線センサ２１を選択して、温度検出範囲を第１の温度検出範囲Ｅ₁から第２の温度検出範囲Ｅ₂に切替える。

そして、続くＳＴＥＰ６で、次のＳＴＥＰ７でサイドウインドウ５２が閉じられたことが検出されるまで、空調制御手段１０は、狭角赤外線センサ２１の検出温度に基づいて「空調制御」を実行する。

ここで、狭角赤外線センサ２１による第２の温度検出範囲Ｅ₂は、広角赤外線センサ２０による第１の温度検出範囲Ｅ₁に比べて、サイドウインドウ５２の部分が占める割合が小さいため、サイドウインドウ５２を開けたときの検出温度の低下幅は、狭角赤外線センサ２１を用いた場合の方が広角赤外線センサ２０を用いた場合よりも小さくなる。そこで、ＳＴＥＰ４でサイドウインドウ５２が開けられたときに、ＳＴＥＰ５に進んで、使用する赤外線センサを広角赤外線センサ２０から狭角赤外線センサ２１に切替えることによって、検出温度の低下幅を小さくして目標空調温度との偏差が縮小することを抑制することができる。

そして、これにより、上述したように、「空調制御」によりダクトから送出される空気の温度が上昇し、また、ダクトから送出される空気の風量が減少して、運転者に違和感や不快感を与えることを防止することができる。

ＳＴＥＰ７で、窓開閉状態検出手段１１によりサイドウインドウ５２が閉められたことが検出されたときにＳＴＥＰ８に進む。ＳＴＥＰ８は温度検出範囲切替え手段１２による処理であり、温度検出範囲切替え手段１２は、広角赤外線センサ２０を選択して温度検出範囲を第２の温度検出範囲Ｅ₂から第１の温度検出範囲Ｅ₁に切替え、ＳＴＥＰ３に戻る。

次に、以上説明した図３の処理による効果について、図４，図５を参照して説明する。図４は広角赤外線センサ２０を選択して第１の温度検出範囲Ｅ₁に基づいて「空調制御」を行った場合の、広角赤外線センサ２０の検出温度とダクトから車室内に送出される空気の温度（吹出し口温度）の変化を示したグラフであり、上段が広角赤外線センサ２０の検出温度、下段が吹出し口温度を示している。そして、縦軸がそれぞれ温度（℃）に設定され、横軸が共通の時間軸（sec）に設定されている。

図４においては、ｔ₁₀、ｔ₁₂、ｔ₁₄、ｔ₁₆、ｔ₁₈でサイドウインドウが開けられ、ｔ₁₁、ｔ₁₃、ｔ₁₅、ｔ₁₇、ｔ₁₉でサイドウインドウが閉められている。ここで、サイドウインドウの部分の温度は、サイドウインドウが閉まっているときはガラスの内側（車室側）の温度であり、サイドウインドウが開いているときには外気温度となる。

そして、サイドウインドウのガラスの温度は、日中においては日差しにより加熱されて比較的高温になっているため、外気温度との差が大きくなる。そして、広角赤外線センサ２０による第１の温度検出範囲Ｅ₁は、図２（ａ），図２（ｂ）に示したように、サイドウインドウ５２の部分が閉める割合が大きいため、サイドウインドウ５２の部分の温度の変化の影響が大きくなる。

そのため、図４の上段に示した広角赤外線センサ２０の検出温度のグラフにおいては、サイドウインドウを開けたときに広角赤外線センサ２０の検出温度が大きく（１．５℃程度）低下している。そして、このような広角赤外線センサ２０の検出温度を用いて「空調制御」を行った場合、図４の下段に示したように、吹出し口温度の変化も大きくなる（４．５℃程度）。

一方、図５においては、ｔ₂₀、ｔ₂₂、ｔ₂₄、ｔ₂₆、ｔ₂₈でサイドウインドウが開けられ、ｔ₂₁、ｔ₂₃、ｔ₂₅、ｔ₂₇、ｔ₂₉でサイドウインドウが閉められている。そして、狭角赤外線センサ２１による第２の温度検出範囲Ｅ₂は、図２（ａ），図２（ｂ）に示したように、サイドウインドウ５２の部分が閉める割合が第１の温度検出範囲Ｅ₁よりも小さいため、サイドウインドウ５２の部分の温度変化の影響が広角赤外線センサ２０を用いたときよりも小さくなる。

そのため、図５の上段に示した狭角赤外線センサ２１の検出温度のグラフにおいては、サイドウインドウを開けたときの狭角赤外線センサ２０の検出温度の低下幅が、広角赤外線センサ２０を用いた場合よりも小さくなっている（０．７℃程度）。そして、このような狭角赤外線センサ２１の検出温度を用いて「空調制御」を行った場合、図５の下段に示したように、吹出し口温度の変化が広角赤外線センサ２０を用いた場合よりも小さくなる（２℃程度）。

そこで、上述したように、図３のフローチャートにおいて、ＳＴＥＰ４でサイドウインドウが閉まった状態から開いた状態に変化したときに、図５に進んで使用する温度センサを広角赤外線センサ２０から狭角赤外線センサ２１に切替えることで、サイドウインドウが開けられたときに、これに応じて車室内の検出温度が大きく低下することを抑制することができる。

そして、狭角赤外線センサ２１の検出温度に基づいて、「空調制御」を行うことによって、吹出し口温度が高くなること、及び吹出し口からの送風量が減少することを抑制することができ、これにより、使用者に違和感や不快感を与えることを防止することができる。

なお、本実施の形態では、温度検出範囲が異なる広角赤外線センサ２０と狭角赤外線センサ２１とを備え、いずれを使用するかを切替えることによって、温度検出範囲を第１の温度検出範囲Ｅ₁と第２の温度検出範囲Ｅ₂とに切替えたが、他の方法により温度検出範囲を切替えるようにしてもよい。

例えば、図６に示したように、赤外線センサ１００〜１０３（本発明の非接触温度センサに相当する）を、隣接する赤外線センサの温度検出範囲Ｅ₁₀〜Ｅ₁₃に重複部分を持たせて予め配置し、使用する赤外線センサの組合せを変更することによって、温度検出範囲を切替えるようにしてもよい。

図６に示した構成においては、例えば、全ての赤外線センサ１００〜１０３を用いることにより、Ｅ₁₀〜Ｅ₁₃という広範囲の第１の温度検出範囲を設定することができる。また、赤外線センサ１０２と赤外線センサ１０３とを用いることにより、Ｅ₁₂〜Ｅ₁₃という第１の温度検出範囲よりも狭い範囲の第２の温度検出範囲を設定することができる。なお、この場合は、赤外線センサ１００〜１０３により、本発明の非接触温度検出手段が構成される。

また、図３のＳＴＥＰ５で、使用する温度センサを広角赤外線センサ２０から狭角赤外線センサ２１に切替える際に、広角赤外線センサ２０及び狭角赤外線センサ２１の特性、取付位置、温度検出信号の出力態様等に応じて適宜に設定した補正係数を、狭角赤外線センサ２１による検出温度に乗じた補正温度を用いて、「空調制御」を行うようにしてもよい。このような補正温度を用いることで、温度検出範囲の切替えに伴う検出温度の不連続性が改善され、「空調制御」の制御性が向上することが期待できる。

なお、図６に示したように、複数の非接触温度センサの組合せにより、温度検出範囲を切替える場合には、前記補正係数は、各非接触温度センサの特性、取付位置、温度検出信号の出力態様等に応じて決定される。

本発明の車両用空調装置の制御ブロック図。図１に示した広角赤外線センサ及び狭角赤外線センサの温度検出範囲の説明図。図１に示した空調制御手段による空調制御のフローチャート。車両の窓を開閉したときの広角赤外線センサの検出温度とダクトの吹出し口温度の変化を示したグラフ。車両の窓を開閉したときの狭角赤外線センサの検出温度とダクトの吹出し口温度の変化を示したグラフ。複数の赤外線センサの組合せにより温度検出範囲を切替える構成の説明図。

符号の説明

１…空調コントローラ、１０…空調制御手段、１１…窓開閉状態検出手段、１２…温度検出範囲切替え手段、２０…広角赤外線センサ（非接触温度検出手段を構成）、２１…狭角赤外線センサ（非接触温度検出手段を構成）、２３…空調操作スイッチ、３０…操作スイッチ、３１…ウインドウコントローラ、３２…ウインドウモータ、４０…ブロアユニット（送風手段）、４１…コンプレッサ、４２…熱交換器、５２…サイドウインドウ、５３…天井、Ｅ₁…第１の温度検出範囲、Ｅ₂…第２の温度検出範囲

Claims

エアダクト内に配設されて空気と熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換した空気を該エアダクトから車室内に送風する送風手段と、車室内の温度を非接触で検出する非接触温度検出手段と、該非接触温度検出手段の検出温度と目標室内温度との偏差を減少させるように、前記エアダクトから車室内に送出される空気の温度と風量とのうちの少なくともいずれか一方を制御する空調制御を実行する空調制御手段とを備えた車両用空調装置において、
車両の窓を開閉する窓開閉手段と、該窓の開閉状態を検出する窓開閉状態検出手段と、前記非接触温度検出手段による温度検出範囲を、該窓が含まれる第１の温度検出範囲と、該窓が含まれないか又は温度検出範囲全体に占める該窓の部分の割合が該第１の温度検出範囲よりも小さい第２の温度検出範囲とに切替える温度検出範囲切替え手段とを備え、
前記空調制御手段は、前記窓の開度が所定値以下であって、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲として前記温調制御を実行している状態で、前記窓の開度が所定レベル以上増大したときに、前記非接触温度検出手段の温度検出範囲を前記第１の温度検出範囲から前記第２の温度検出範囲に切替えて、前記空調制御を実行することを特徴とする車両用空調装置。
前記非接触温度検出手段は、複数の非接触温度センサを各非接触温度センサの温度検出範囲が連続するように配置して構成され、
前記温度検出範囲切替え手段は、前記複数の非接触温度センサのうち、温度検出に使用する前記非接触温度センサの組み合わせを変更することによって、前記第１の温度検出範囲と前記第２の温度検出範囲とを切替えることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。