JP2023017224A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車室内の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを小さくすることができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】圧縮機２５を含む冷凍サイクル２４を有し、圧縮機２５の回転数が可変制御され、圧縮機２５の振動数とステアリング装置３０の固有振動数とが共振する圧縮機２５の共振回転数範囲では圧縮機２５を運転させない車両用空調装置２０であって、車両１０が自動運転を行う場合には、圧縮機２５を共振回転数範囲でも運転可能とする。この結果、圧縮機２５を高回転数で運転させる機会が増えるため、車室内１１の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステアリング装置との共振を回避するように圧縮機の回転数を制御する車両用空調装置に関する。

車両用空調装置は、車両の車室内を空調する装置であって、圧縮機を含む冷凍サイクルを有している。圧縮機は、冷却負荷又は暖房負荷に応じて容量制御が行われる。圧縮機の容量制御は、圧縮機を駆動する電動機の回転数を制御することによって行われる。

ところで、圧縮機は車体に固定される空調ユニットに固定支持されている。また、ステアリング装置は、車体に固定されるインパネリインホースメント（図示なし）に固定支持されている。そのため、圧縮機の運転による振動は、ステアリング装置に伝達する。

圧縮機の振動数（回転数）とステアリング装置の固有振動数が共振した場合は、ステアリング装置のステアリングホイールを把持する乗員が不快に感じることになる。そこで、特許文献１には、圧縮機の振動数とステアリング装置の固有振動数とが共振する圧縮機の回転数では圧縮機を安定して運転させない車両用空調装置が開示されている。

特開２００１－０２６２１４号公報

上述したようにステアリング装置との共振を回避するように圧縮機の回転数を制御するにあたっては、特に高次の共振点を避けるために圧縮機の上限回転数を低く設定している。この場合では、圧縮機が所定回転数以下で運転されるため、車室内の温度が設定温度に到達するまでに時間遅れが発生する。

ところで、近年では、乗員が運転操作を行わなくとも自動で走行できる自動運転を行う車両が普及している。自動運転中では、乗員がステアリングホイールから手を放す場合が多く、上述したようにステアリング装置との共振を回避するように圧縮機の回転数を制御する必要がない。

そこで、本発明は、車室内の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを小さくすることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用空調装置は、圧縮機を含む冷凍サイクルを有し、圧縮機の回転数が可変制御され、圧縮機の振動数とステアリング装置の固有振動数とが共振する圧縮機の共振回転数範囲では圧縮機を運転させない車両用空調装置であって、車両が自動運転を行う場合には、圧縮機を共振回転数範囲でも運転させることを特徴とする。

本発明に係る車両用空調装置において、車両が自動運転を行う場合であっても乗員によるステアリング装置の操作が行われる場合には、圧縮機を共振回転数範囲にて運転させないことが好ましい。

本発明の車両用空調装置によれば、車室内の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを小さくすることができる。

実施形態に係わる車両を示す模式図である。 実施形態の一例である車両用空調装置を示す模式図である。 車両用空調装置の制御構成を示すブロック図である。 冷房運転時の圧縮機の第１回転数マップと第２回転数マップとを示すグラフ図である。 暖房運転時の圧縮機の第１回転数マップと第２回転数マップとを示すグラフ図である。 圧縮機の運転制御のフロー図である。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

図１を用いて、実施形態に係る車両１０について説明する。

車両１０は、本発明に係る車両用空調装置２０を有している。本例の車両１０は、電池から供給される電力によってモータを駆動し、モータを動力として走行する電動車両である。なお、車両１０は、例えばハイブリッド車両又はエンジン車両であってもよい。

車両１０は、車室内１１を空調する上述した車両用空調装置２０と、車両１０の進行方向を任意に変更するステアリング装置３０と、車両１０の走行を制御する走行用ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４０と、を有している。また、車両用空調装置２０は、車両用空調装置２０の各機器を調整する空調用ＥＣＵ５０を有している。車両用空調装置２０及び空調用ＥＣＵ５０について詳細は後述する。

ステアリング装置３０は、乗員の回転操作によって車輪の向きを変更するステアリングホイール３１と、乗員がステアリングホイール３１を把持している状態を検出するステアリングホイール把持センサ３２とを有している。

ステアリングホイール把持センサ３２は、乗員がステアリングホイール３１を把持する際のステアリングホイール３１内部に設けられた静電容量を検出する静電センサを用いて乗員がステアリングホイール３１を把持している状態を検出してもよい。また、ステアリングホイール把持センサ３２は、乗員がステアリングホイール３１を回す際に加わるトルクを検出するトルクセンサを用いて乗員がステアリングホイール３１を把持している状態を検出してもよい。

走行用ＥＣＵ４０は、乗員が運転操作を行わなくても車両１０を自動で走行させる自動運転機能を有する。本例では、自動運転機能は、少なくとも乗員がステアリングホイール３１の操作を行わなくても自動で走行させる運転である。自動運転機能には、車両１０の走行中にステアリング装置３０の操作を自動で行う自動操舵機能、車両１０の駐車運転時にステアリング装置３０の操作を自動で行うパーキングアシスト機能を含む。

図２を用いて、車両用空調装置２０について説明する。

車両用空調装置２０は、車室内１１を冷房又は暖房する装置であって、温度調整された空気を車室内１１に供給する空気通路２１と、車室内１１に向かう空気流を発生させる送風機２２と、車室内１１の空気（内気）の導入、又は車両１０の外部の空気（外気）の導入を切替える内外切替ドア２３と、詳細は後述する冷凍サイクル２４と、詳細は後述する空調用ＥＣＵ５０とを有する。

冷凍サイクル２４は、冷媒を圧縮する圧縮機２５と、冷房運転又は暖房運転を切り替える四方切替弁２６と、車両１０の車体前部に配置される室外熱交換器２７と、冷媒を膨張させる膨張弁２８と、空気通路２１に配置される室内熱交換器２９とが接続されて構成される。

圧縮機２５は、スクロール圧縮機が好適に用いられ、車室内１１の冷却負荷又は暖房負荷に応じて容量制御が行われる。圧縮機２５の容量制御は、圧縮機２５を駆動する電動機の回転数を可変制御することによって行われる。

圧縮機２５は車体（図示なし）に固定される空調ユニットに固定支持される。また、上述したステアリング装置３０は、車両１０の車体に固定されるインパネリインホースメント（図示なし）に固定支持されている。そのため、圧縮機２５の運転による振動は、ステアリング装置３０に伝達される。

圧縮機２５の振動数（回転数）とステアリング装置３０の固有振動数が共振した場合は、ステアリング装置３０のステアリングホイール３１を把持する乗員が不快に感じる。そこで、後述する空調用ＥＣＵ５０の第１圧縮機制御部５５は、圧縮機２５を運転する際に圧縮機２５の回転数を可変制御するにあたって、圧縮機２５の振動数（回転数）とステアリング装置３０の固有振動数とが共振する高次の共振点を含む所定回転数以上では圧縮機２５を運転しない。

四方切替弁２６は、圧縮機２５から吐出された冷媒を室外熱交換器２７へ供給することによって室外熱交換器２７を凝縮器として作用させると共に室内熱交換器２９を蒸発器として作用させる冷房運転と、圧縮機２５から吐出された冷媒を室内熱交換器２９へ供給することによって室内熱交換器２９を凝縮器として作用させると共に室外熱交換器２７を蒸発器として作用させる暖房運転とを切り替える。

図３から図５を用いて、空調用ＥＣＵ５０について説明する。

空調用ＥＣＵ５０は、上述したように、車両用空調装置２０を制御する。空調用ＥＣＵ５０によれば、詳細は後述するが、圧縮機２５の回転数の可変制御の際に、車両１０の自動運転が実行され、乗員がステアリングホイール３１を把持していない場合には、圧縮機２５の振動数とステアリング装置３０の固有振動数が共振する高次の共振点を含む所定回転数以上であっても圧縮機２５を運転する。これにより、圧縮機２５を高回転数で運転するタイミングが増えるため、車室内１１の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを小さくすることができる。

空調用ＥＣＵ５０は、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶部を有し、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。

図３に示すように、空調用ＥＣＵ５０は、送風機２２、内外切替ドア２３、圧縮機２５、四方切替弁２６、膨張弁２８、ステアリングホイール把持センサ３２及び走行用ＥＣＵ４０と接続され、ステアリングホイール把持センサ３２及び走行用ＥＣＵ４０から信号が送信され、圧縮機２５等に信号を送信する。

空調用ＥＣＵ５０は、冷房運転が行われているかを判定する冷房判定部５１と、暖房運転が行われているかどうかを判定する暖房判定部５２と、自動運転が実行中であるかどうかを判定する自動運転判定部５３と、ステアリングホイール把持センサ３２によって乗員がステアリングホイール３１を把持しているかどうかを判定するステアリングホイール把持判定部５４と、ステアリング装置３０との共振を回避するように圧縮機２５の回転数を可変制御する第１圧縮機制御部５５と、自動運転が実行中であって乗員がステアリングホイール３１を把持していない場合には、ステアリング装置３０との共振を回避することなく圧縮機２５の回転数を可変制御する第２圧縮機制御部５６とを有している。

第１圧縮機制御部５５は、車室内１１の冷房負荷又は暖房負荷に応じて圧縮機２５の回転数を制御する。車室内１１の冷房負荷又は暖房負荷は、設定温度、車室内１１の温度（車内温度）、車両１０の車外温度、内外切替ドア２３の開度等から算出される目標吹出温度としている。

また、第１圧縮機制御部５５は、上述したようにステアリング装置３０との共振を回避するように圧縮機２５の回転数を可変制御する。より詳細には、圧縮機２５の振動数（回転数）とステアリング装置３０の固有振動数との共振点において高次の共振点を含む圧縮機２５の所定回転数以上では、圧縮機２５を運転しないように圧縮機２５の上限回転数が設定されている。

図４に示すように、第１圧縮機制御部５５では、冷房運転時に第１回転数マップＭＣ１に従って圧縮機２５の回転数を可変制御する。第１回転数マップＭＣ１では、空調負荷（冷房負荷）を示す目標吹出温度（図中のＴＡО）に応じて圧縮機２５の上限回転数が設定されている（図の実線）。より詳細には、冷房負荷が高くなる（目標吹出温度が低くなる）にしたがって圧縮機２５の上限回転数が高くなるように設定されている。また、上述したようにステアリング装置３０の固有振動数との共振点を回避すべく圧縮機２５の上限回転数がＭＣＨに制限されている。

図５に示すように、第１圧縮機制御部５５では、暖房運転時に第１回転数マップＭＷ１に従って圧縮機２５の回転数を可変制御する。第１回転数マップＭＷ１では、空調負荷（暖房負荷）を示す目標吹出温度（図中のＴＡО）に応じて圧縮機２５の上限回転数が設定されている（図の実線）。より詳細には、暖房負荷が高くなる（目標吹出温度が高くなる）にしたがって圧縮機２５の上限回転数が高くなるように設定されている。また、上述したようにステアリング装置３０の固有振動数との共振点を回避すべく圧縮機２５の上限回転数がＭＷＨに制限されている。

第２圧縮機制御部５６は、車室内１１の冷房負荷又は暖房負荷に応じて圧縮機２５の回転数を可変制御する。また、第２圧縮機制御部５６は、上述したようにステアリング装置３０との共振を回避することなく圧縮機２５の回転数を可変制御する。

再度、図４に示すように、第２圧縮機制御部５６では、冷房運転時に第２回転数マップＭＣ２に従って圧縮機２５の回転数を可変制御する。第２回転数マップＭＣ２では、空調負荷（冷房負荷）を示す目標吹出温度（図中のＴＡО）に応じて圧縮機２５の上限回転数が設定されている（図中の破線）。また、冷房負荷が高い（目標吹出温度が低い）場合には、ステアリング装置３０の固有振動数との共振点を回避することなく圧縮機２５の上限回転数が第１回転数マップＭＣ１よりも高く設定されている。

図５に示すように、第２圧縮機制御部５６では、暖房運転時に第２回転数マップＭＷ２に従って圧縮機２５の回転数を可変制御する。第２回転数マップＭＷ２では、空調負荷（暖房負荷）を示す目標吹出温度（図中のＴＡО）に応じて圧縮機２５の上限回転数が設定されている（図中の破線）。また、暖房負荷が高い（目標吹出温度が高い）場合には、ステアリング装置３０の固有振動数との共振点を回避することなく圧縮機２５の上限回転数が第１回転数マップＭＷ１よりも高く設定されている。

図６を用いて、空調用ＥＣＵ５０による圧縮機２５の運転制御の流れについて説明する。

ステップＳ１１において、冷房判定部５１又は暖房判定部５２によって、冷房運転又は暖房運転が実行されているかどうかが判定される。冷房運転又は暖房運転が実行されている場合には、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、自動運転判定部５３によって、自動運転が実行されているかどうかが判定される。自動運転が実行されている場合には、ステップＳ１３に移行する。自動運転には、上述したように車両１０の走行中にステアリング装置３０の操作を自動で行う自動操舵機能、車両１０の駐車運転時にステアリングホイール３１の操作を自動で行うパーキングアシスト機能を含む。これにより、乗員がステアリングホイール３１から手を放している場合が多いと考えられる自動運転が実行されている場合を抽出する。自動運転が実行されていない場合には、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１３において、ステアリングホイール把持判定部５４によって、乗員がステアリングホイール３１を把持しているかどうかが判定される。乗員がステアリングホイール３１を把持している場合には、ステップＳ１４に移行する。これにより、自動運転が実行されている場合であっても、乗員がステアリングホイール３１を把持している場合を抽出する。乗員がステアリングホイール３１を把持していない場合には、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１４において、第１圧縮機制御部５５によって、冷房運転であれば第１回転数マップＭＣ１に従って圧縮機２５の回転数を制御し、暖房運転であれば第１回転数マップＭＷ１に従って圧縮機２５の回転数を制御する。これにより、圧縮機２５が所定回転数以上で運転することが回避され、圧縮機２５の振動数とステアリング装置３０の固有振動数との共振が回避され、ステアリングホイール３１を把持する乗員が不快に感じることがない。

ステップＳ１５において、第２圧縮機制御部５６によって、冷房運転であれば第２回転数マップＭＣ２に従って圧縮機２５の回転数を制御し、暖房運転であれば第２回転数マップＭＷ２に従って圧縮機２５の回転数を制御する。このとき、圧縮機２５が所定回転数以上でも運転可能であるため、冷房能力又は暖房能力を向上させることができる。これにより、圧縮機２５を高回転数で運転する機会が増えるため、車室内１１の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを少なくすることができる。

本例の圧縮機２５の運転制御によれば、自動運転が実行され、乗員がステアリングホイール３１を把持していない場合には、圧縮機２５の振動数とステアリング装置３０の固有振動数との共振を回避することなく、圧縮機２５の所定回転数以上であっても圧縮機２５を運転する。これにより、圧縮機２５を高回転数で運転する機会が増えるため、車室内１１の温度が設定温度に到達するまでの時間遅れを少なくすることができる。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

本例では、車両１０が電動車両である場合について説明したが、車両１０がエンジン車両である場合には、エンジン排熱を利用して暖房運転を行うため、冷房運転のみが本例の圧縮機２５の運転制御の対象となる。

１０ 車両、１１ 車室内、２０ 車両用空調装置、２１ 空気通路、２２ 送風機、２３ 内外切替ドア、２４ 冷凍サイクル、２５ 圧縮機、２６ 四方切替弁、２７ 室外熱交換器、２８ 膨張弁、２９ 室内熱交換器、３０ ステアリング装置、３１ ステアリングホイール、３２ ステアリングホイール把持センサ、４０ 走行用ＥＣＵ、５０ 空調用ＥＣＵ、５１ 冷房判定部、５２ 暖房判定部、５３ 自動運転判定部、５４ ステアリングホイール把持判定部、５５ 第１圧縮機制御部、５６ 第２圧縮機制御部

Claims (2)

1. 圧縮機を含む冷凍サイクルを有し、前記圧縮機の回転数が可変制御され、前記圧縮機の振動数とステアリング装置の固有振動数とが共振する該圧縮機の共振回転数範囲では該圧縮機を運転させない車両用空調装置であって、
   車両が自動運転を行う場合には、前記圧縮機を前記共振回転数範囲でも運転させる、
   車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置であって、
   前記車両が前記自動運転を行う場合であっても乗員による前記ステアリング装置の操作が行われる場合には、前記圧縮機を前記共振回転数範囲では運転させない、
   車両用空調装置。

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