JP2019137125A - 空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調装置を作動させる消費エネルギーを極力低減して、人が車両に乗車するときに車室温度を目標温度にする技術を提供する。【解決手段】本開示の空調制御装置は、時間取得部と、温度取得部と、制御部と、を備えている。Ｓ４０２において時間取得部は、人が車両に乗車する乗車時間を取得する。Ｓ４００において温度取得部は、車室温度の目標温度を取得する。Ｓ４０４〜Ｓ４１０において制御部は、車室温度が、時間取得部が取得する乗車時間に、温度取得部が取得する目標温度に到達するように、車両の空調装置に作動を開始させる開始時間を決定する。【選択図】図６

Description

本開示は、車両の空調装置を制御する技術に関する。

人が車両に乗車して走行する前に予め空調装置を作動させることにより、人が車両に乗車するときに車室温度を目標温度にしておくプレ空調の技術が知られている。
例えば、特許文献１には、車両の外部の電源から供給される電力により蓄電池を充電しながらプレ空調を実行する場合、蓄電池の充電が完了するまでに要する充電時間が、空調装置を作動させて車室温度を目標温度にするまでに要する時間以下になると、空調装置による空調を開始する技術が提案されている。

特開２０１３−２３０４７号公報

しかしながら、特許文献１に提案されている技術では、蓄電池の充電時間に基づいて空調装置の作動を開始するので、充電時間が短い場合には、充電が完了したときに車室温度が目標温度に到達していないことがあるという課題がある。

また、蓄電池の充電が完了し車室温度が目標温度になっても、人が車両にすぐに乗車しないことがある。この場合、人が車両に乗車するまで車室温度を目標温度に維持するために空調装置を作動させると、空調装置を作動させるための消費エネルギーが増加するという課題がある。

本開示は、空調装置を作動させる消費エネルギーを極力低減して、人が車両に乗車するときに車室温度を目標温度にする技術を提供することが望ましい。

本開示の空調制御装置（１０）は、時間取得部（１２、Ｓ４０２）と、温度取得部（１４、Ｓ４００）と、制御部（１６、Ｓ４０４〜Ｓ４１０）と、を備えている。
時間取得部は、人が車両に乗車する乗車時間を取得する。温度取得部は、車室温度の目標温度を取得する。制御部は、車室温度が、時間取得部が取得する乗車時間に、温度取得部が取得する目標温度に到達するように、車両の空調装置に作動を開始させる開始時間を決定する。

このような構成によれば、人が車両に乗車する時間に合わせて空調装置に作動を開始させるので、人が車両に乗車するときに車室温度を目標温度にすることができる。
さらに、人が車両に乗車する時間に合わせて車室温度が目標温度に到達するので、人が車両に乗車する前に車室温度が目標温度に到達することを抑制できる。その結果、目標温度に到達した車室温度を人が車両に乗車するまで空調装置を作動させて維持する必要がないので、空調装置が作動することにより消費する消費エネルギーを極力低減できる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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って、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

空調システムの構成を示すブロック図。 内燃機関を駆動源とする冷房時の空調装置を示すブロック図。 電動モータを駆動源とする冷房時の空調装置を示すブロック図。 内燃機関を熱源とする暖房時の空調装置を示すブロック図。 電動モータを駆動源とする暖房時の空調装置を示すブロック図。 空調制御装置による空調制御処理を示すフローチャート。 冷房時の初期車室温度と目標温度到達時間との関係を示す特性図。 冷房時の外気温度による初期車室温度と目標温度到達時間との関係を示す特性図。 暖房時の外気温度による初期車室温度と目標温度到達時間との関係を示す特性図。 冷房時の車室温度、仕事率、消費エネルギーの変化を示すタイムチャート。 暖房時の車室温度、仕事率、消費エネルギーの変化を示すタイムチャート。 車室温度が外気温度よりも低い場合の冷房時の車室温度の変化を示すタイムチャート。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示す空調システム２は、車両に搭載されており、空調制御装置１０と空調装置２０とを備える。

空調制御装置１０は、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリと、を備える周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。空調制御装置１０の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、半導体メモリが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、空調制御装置１０は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

空調制御装置１０は、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図１に示すように、時間取得部１２と温度取得部１４と制御部１６とを備えている。
空調制御装置１０を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その１部または全部の要素について、１つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。

時間取得部１２は、乗員が車両に乗車する乗車時間を取得する。例えば、時間取得部１２は、通勤等で毎日決まった時間に乗員が車両に乗車する場合には、予め設定された乗車時間を取得する。

あるいは、時間取得部１２は、車両に対し車外からの無線通信により設定された乗車時間を取得する。あるいは、時間取得部１２は、自動運転を行う無人車両が指定場所に乗員を迎えに行く場合、車両に搭載された図示しないナビゲーション装置から指定場所に到着する時間を乗車時間として取得する。

温度取得部１４は、図示しない車載の入力装置から乗員により設定された目標温度、あるいは車外からの無線通信により設定された車室の目標温度を取得する。目標温度は固定値であってもよい。

制御部１６は、車室温度が乗車時間に目標温度になるように、空調装置２０に作動を開始させる開始時間を決定し、空調装置２０を制御する。制御部１６は、車室温度が乗車時間に目標温度になるように空調装置２０を制御する場合、空調装置２０を最大能力で作動させる。

空調装置２０は、車両の駆動源によって図２〜図５に示す空調の方式を採用する。
（１）冷房時
（１−１）駆動源として内燃機関を備えている場合
以下、内燃機関をエンジンとも言う。車両の駆動源としてエンジンを備えている場合とは、駆動源としてエンジンだけを備えているか、あるいはハイブリッド車両のように駆動源としてエンジンと電動モータとの両方を備えているかのいずれかである。

図２に示すように、車両の駆動源としてエンジン４を備えており、エンジン４の駆動力で空調装置２０を駆動する場合、空調装置２０は、コンプレッサ２２とコンデンサ２４とレシーバ２６と膨張弁２８とエバポレータ３０とを備えている。

コンプレッサ２２はエンジン４で駆動されて冷媒を高温高圧にし、コンデンサ２４は高温高圧にされた冷媒を冷却して凝縮し、レシーバ２６は冷却された冷媒から水分と異物とを除去する。そして、膨張弁２８がエバポレータ３０内に冷媒を噴射して冷媒が膨張して気化すると、冷媒が周囲の熱を奪うことによりエバポレータ３０が冷却される。ファンが冷却されたエバポレータ３０を通して冷風を車内に送ることにより、車室温度が低下する。

（１−２）駆動源として電動モータを備えている場合
車両の駆動源として電動モータを備えている場合とは、電気自動車のように駆動源として電動モータだけを備えているか、あるいはハイブリッド車両のように駆動源としてエンジンと電動モータとの両方を備えているかのいずれかである。

図３に示すように、駆動源としてバッテリー８から電力を供給される電動モータ６を備えている場合、空調装置２０の構成は図２と実質的に同じである。
（２）暖房時
（２−１）駆動源としてエンジンを備えている場合
図４に示すように、空調装置２０はヒータコア３２を備えている。エンジン４を冷却して加熱された冷却水がヒータコア３２を通過することにより、ヒータコア３２が加熱される。そして、ファンが加熱されたヒータコア３２を通して温風を車内に送ることにより、車室温度が上昇する。

（２−２）駆動源として電動モータを備えている場合
図５に示すように、コンデンサ２４が冷媒を冷却しても、冷媒の温度は６０℃前後であるから、ファンがコンデンサ２４を通して温風を車内に送ることにより、車室温度が上昇する。

［２．処理］
次に、空調制御装置１０が実行する空調制御処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。図６のフローチャートは、例えば、自動運転される車両がスマートフォン等により送迎を依頼されるか、あるいは車両に搭載されたスイッチを乗員がオンにすることにより実行される。

Ｓ４００において温度取得部１４は、前述したように車室温度の目標温度を取得する。Ｓ４０２において時間取得部１２は、前述したように乗員が車両に乗車する乗車時間ｔ１を取得する。Ｓ４０４において制御部１６は、車外と車内とのそれぞれの車室温度に関係する環境情報をセンサ等から取得する。車外の環境情報は、例えば、外気温度、日射量である。車内の環境情報は、例えば、車室温度、車室湿度等である。

制御部１６は、空調装置２０が外気を導入して冷媒の凝縮と膨張とにより冷房と暖房とのうち少なくとも冷房を行う方式の場合、車室温度に関係する情報として、車外の環境情報である風速と風向き、車両の走行情報である車速を取得してもよい。

Ｓ４０６において制御部１６は、今、空調装置２０に作動を開始させると、車室温度が目標温度に到達する到達時間ｔ２を、例えば図７に示す特性２００に基づいて取得する。
特性２００は、例えば、外気温度が３５℃、目標温度が２５℃、日射量０ｋｗの場合に、空調装置２０が作動を開始して車室を冷房する前の車両の初期の車室温度と、目標温度である２５℃に車室温度が到達するまでに要する時間との関係を表している。特性２００は、空調能力が同じ空調装置を搭載した同じ車種毎に、実験等で得られたデータから一次関数で近似されている。

制御部１６は、冷房時の空調装置２０の特性に加え、暖房時の空調装置２０の特性として、空調装置２０が作動を開始して車室を暖房する前の車両の初期の車室温度と、目標温度に車室温度が到達するまでに要する時間との関係を表す特性を記憶している。

車室を冷房する場合、特性２００が示すように、初期の車室温度が高くなるにしたがい、車室温度が低下して目標温度に到達するまでに要する時間は長くなる。
また、車室を冷房する場合、図８において、初期の車室温度と目標温度に到達するまでに要する時間との特性２１０、２１２が示すように、外気温度が高くなるにしたがい、初期の車室温度が同じであっても、車室温度が低下して目標温度に到達するまでに要する時間は長くなる。

また、車室を冷房する場合、図示していないが、日射量が多くなるにしたがい、さらに車室湿度が高くなるにしたがい、初期の車室温度が同じであっても、車室温度が低下して目標温度に到達するまでに要する時間は長くなる。

一方、車室を暖房する場合、図９において、初期の車室温度と目標温度に到達するまでに要する時間との特性２２０、２２２が示すように、外気温度が低くなるにしたがい、初期の車室温度が同じであっても、車室温度が上昇して目標温度に到達するまでに要する時間は長くなる。

また、車室を暖房する場合、図示していないが、日射量が少なくなるにしたがい、さらに車室湿度が低くなるにしたがい、初期の車室温度が同じであっても、車室温度が上昇して目標温度に到達するまでに要する時間は長くなる。

制御部１６は、さらに、空調装置２０が冷媒の凝縮と膨張とにより冷房と暖房とのうち少なくとも冷房を行う方式の場合、車速と風速と風向きとの少なくとも１つに基づいて車両に流入する空気量を算出し、流入する空気量に基づいて、車室温度が目標温度に到達する時間を補正してもよい。

Ｓ４０８において制御部１６は、到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前か否かを判定する。到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前か否かは、今、空調装置２０を作動させて車室温度が目標温度に到達する時刻が、乗員が車両に乗車する時刻よりも前か否か、あるいは今、空調装置２０を駆動して車室温度が目標温度に到達するまでに要する時間が、今から乗員が車両に乗車するまでの時間よりも短いか否かによって判定する。

Ｓ４０８の判定がＹｅｓである、つまり到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前の場合、処理はＳ４００に移行する。
空調装置２０が冷房により車室温度を低下させて目標温度に到達させる場合、図１０の上段に示すように、時間ｔ３０で空調装置２０が作動を開始して到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前になると、符号２３０で示すように、車室温度が目標温度に到達してから乗車時間ｔ１までの間、車室温度を目標温度に維持するために空調装置２０を作動させる必要がある。

また、空調装置２０が暖房により車室温度を上昇させて目標温度に到達させる場合、図１１の上段に示すように、時間ｔ３０で空調装置２０が作動を開始して到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前になると、符号２６０で示すように、車室温度が目標温度に到達してから乗車時間ｔ１までの間、車室温度を目標温度に維持するために空調装置２０を作動させる必要がある。

これに対し、Ｓ４０８の判定がＮｏである、つまり到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１よりも前ではない場合、Ｓ４１０において制御部１６は、今の時間を開始時間とし、空調装置２０に作動を開始させる。

冷房により車室温度を低下させて目標温度に到達させる場合、あるいは暖房により車室温度を上昇させて目標温度に到達させる場合、図１０の上段の符号２３２または図１１の上段の符号２６２に示すように、時間ｔ３１で空調装置２０が作動を開始して到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１と同じになると、ｔ３０とｔ３１との間で空調装置２０を作動させる必要がない。

したがって、図１０の中段と図１１の中段とに示すように、時間ｔ３１で空調装置２０が作動を開始する場合の仕事率２４２、２７２は、時間ｔ３０で空調装置２０が作動を開始する場合の仕事率２４０、２７０よりも、乗車時間ｔ１の時点において、斜線２４４、２７４で表される面積分の仕事率の積算分を低減できる。仕事率の積算分は、空調装置２０が作動することにより消費する消費エネルギーである。

また、図１０の下段と図１１の下段とに示すように、時間ｔ３１で空調装置２０が作動を開始する場合の消費エネルギー２５２、２８２は、時間ｔ３０で空調装置２０が作動を開始する場合の消費エネルギー２５０、２８０よりも、乗車時間ｔ１の時点において、線分２５４、２８４で表される大きさの消費エネルギーを低減できる。

空調装置２０が冷房により車室温度を低下させて目標温度に到達させる他の例として、例えば図１２に示すように、空調装置２０が作動する前の車室温度と目標温度とが同じであり、外気温度が車室温度よりも高い場合、時間ｔ３０で空調装置２０が作動を開始すると、符号２９０で示すように、時間ｔ３０から乗車時間ｔ１までの間、車室温度を目標温度に維持するために空調装置２０を作動させる必要がある。

これに対し、図１２の符号２９２に示すように、車室温度が上昇しても到達時間ｔ２が乗車時間ｔ１と同じになるように時間ｔ３１で空調装置２０が作動を開始すると、ｔ３０とｔ３１との間で空調装置２０を作動させる必要がない。したがって、空調装置２０が作動することにより消費する消費エネルギーを低減できる。

［３．効果］
以上詳述した上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）空調装置２０の作動を開始して車室温度を低下または上昇させ、乗員が車両に乗車する乗車時間に車室温度が目標温度に到達するように、空調装置２０の作動を開始する開始時間を決定する。これにより、乗車時間の前に車室温度が目標温度に到達することを抑制できるので、乗車時間まで空調装置２０を作動させて車室温度を目標温度に維持する必要がない。したがって、空調装置２０が作動することにより消費する消費エネルギーを低減できる。

（２）車外と車内とのそれぞれの車室温度に関係する環境情報と、車両の走行情報として車速とに基づいて、空調装置２０の作動を開始する時間を決定するので、車室温度が目標温度に到達する到達時間を高精度に乗車時間に一致させることができる。

（３）タクシー会社の場合、顧客から自動運転の無人タクシーによる送迎を依頼されると、顧客を送迎できる複数の空車のタクシーから、空調装置２０を作動させて、顧客を乗せる乗車時間に車室温度が目標温度に到達する車を選択し、送迎に向かわせることができる。

上記実施形態において、Ｓ４００が温度取得部の処理に対応し、Ｓ４０２が時間取得部の処理に対応し、Ｓ４０４〜Ｓ４１０が制御部の処理に対応する。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）上記実施形態では、車室温度に関係する車外の環境情報として、外気温度、日射量、風速、風向き等のパラメータ、ならびに車両の走行情報として車速に基づいて、乗員が車両に乗車する乗車時間に車室温度が目標温度に到達するように、空調装置２０の作動を開始する開始時間を決定した。

これに対し、空調装置２０が作動し車室温度が目標温度に到達する間に、車外の環境情報と車両情報とにより車室温度が変化する変化量は小さいと判断し、開始時間を決定するパラメータから車外の環境情報と走行情報とを除外してもよい。

（２）空調装置が冷房と暖房とにより車室温度を目標温度に空調する方式は、図２〜図５に示す方式に限るものではない。例えば、暖房は、電気ヒータを使用してもよい。
（３）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４）上述した空調制御装置１０の他、当該空調制御装置１０を構成要素とするシステム、当該空調制御装置１０としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、空調制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

２：空調システム、１０：空調制御装置、１２：時間取得部、１４：温度取得部、１６；制御部、２０：空調装置

Claims (4)

1. 人が車両に乗車する乗車時間を取得するように構成された時間取得部（１２、Ｓ４０２）と、
   車室温度の目標温度を取得するように構成された温度取得部（１４、Ｓ４００）と、
   前記車室温度が、前記時間取得部が取得する前記乗車時間に、前記温度取得部が取得する前記目標温度に到達するように、前記車両の空調装置（２０）に作動を開始させる開始時間を決定するように構成された制御部（１６、Ｓ４０４〜Ｓ４１０）と、
   を備える空調制御装置（１０）。
2. 請求項１に記載の空調制御装置であって、
   前記制御部は、前記空調装置が作動を開始する前の前記車室温度と、前記空調装置が作動を開始して前記車室温度が前記目標温度に到達するまでに要する時間との特性（２００）に基づいて、前記開始時間を決定するように構成されている、
   空調制御装置。
3. 請求項１または２に記載の空調制御装置であって、
   前記制御部は、さらに、外気温度と前記車室温度と車室湿度とに基づいて、前記開始時間を決定するように構成されている、
   空調制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の空調制御装置であって、
   前記空調装置が冷媒の凝縮と膨張とにより冷房と暖房とのうち少なくとも冷房を行う方式の場合、前記制御部は、さらに、車速と風速と風向きとのうち少なくとも１つに基づいて、前記開始時間を決定するように構成されている、
   空調制御装置。
   

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