JP2737091B2 - 車輌用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車輌用空調装置に係り、とくに、車室内を
適温に維持する自動制御方式の車輌用空調装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、この種の車輌用空調装置としては、特開昭61−
232912号，特開昭63−184518号公報記載のもの等が提案
されている。

この内、特開昭61−232912号公報記載の発明では、車
室内の現実の温度と所望の設定温度との偏差を経時的に
積分し、上記現実の温度を設定温度に近づける，即ち，
上記偏差を零（０）に近づけるよう制御するようになっ
ている。

また、特開昭63−184518号公報記載の発明は、概略す
ると第７図に示すブロック図のように構成されている。

即ち、この発明は、現実の車室内温度を検出する温度
センサ等からなる車室内温度検出手段51と、オペレータ
が所望の温度を設定するための目標温度設定手段52と、
これら両温度の偏差を演算する温度偏差演算手段53と、
この温度偏差演算手段53の出力信号に応じて所定のＰ
（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）制御の制御係数を算出す
る制御係数演算手段54と、この制御係数演算手段54で算
出された制御係数に応じて制御対象56（この発明では、
冷媒圧縮機の容量）をフィードバック制御する制御手段
55とを備えている。このような構成により、定常時の制
御安定性と共に、クールダウン等の過渡状態にあって
も、安定した温度制御ができるようにして上記特開昭61
−232912号の欠点を改善したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例の特開昭63−184518号公報記載の発明で
は、PID制御係数を温度偏差に応じて変化させるように
なっていることから、確かにクールダウン特性等の過渡
時と定常時の安定性の両立を図ることができるようにな
っている。しかしながら、夏、外に放置していた車内に
乗り込むと、搭乗者は、一端、通常設定したある（最
適）温度から、「Max Cool」又はそれに近い温度に設定
して短時間に車内を冷却して後、車室内が十分冷却され
た時点で、冷たすぎると感じて通常の最適温度に設定を
変える場合が多く、かかる場合に、上記特開昭63−1845
18号公報記載の発明では、「Max Cool」により速やかに
なるように、制御係数を大きくするが、最終的には設定
温度は通常の最適温度に設定されるため、制御係数を大
きくしていた分だけ、エネルギの無駄が生じ、また、応
答性をよくするため（特開昭61−232912号に比べて）よ
り多くのエネルギを消費することになるという不都合を
有していた。冬、外に放置した場合も上記と同様の不都
合を有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、とくに、定常時の安定性，過渡時の応答性を維持し
つつ、過渡時におけるエネルギの無駄な消費を有効に低
減せしめることが可能な自動制御方式の車輌用空調装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、温度に関連した物理的環境因子を検出し
電気信号として出力する外気温センサ，室温センサ，日
射量センサ等の検出手段と、外部から設定可能な車室内
温度設定用の温度設定手段と、内外気切換ドア，エアミ
ックスドア，ブロアファン等の温度に関連した操作要素
を駆動する駆動回路部とを備えている。そして、前記各
検出手段及び温度設定手段の出力信号に基づき最適環境
を車室内に形成すべく最適温度を演算する第１の演算機
能部と、室温センサの検出温度と温度設定手段で設定さ
れた目標室温との温度偏差を演算する第２の演算機能部
と、室温センサの検出温度と最適温度との差を算出し，
車室内温度が最適温度に向かっている場合には応答性重
視とし，最適温度から離れていく場合には安定性重視と
なるように，前記差に対応してPID制御又はこれに準ず
る制御の制御係数を演算する第３の演算機能部と、この
演算された制御係数に対応する指令信号を駆動回路部に
送出し，温度偏差を零にすべくフィードバック制御を行
う制御機能部と、を有する演算制御部を装備していると
いう構成を採っている。これによって、前述した目的を
達成しようとするものである。

〔第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第６図に基
づいて説明する。

この実施例の空調装置本体１は、第２図に示すよう
に、ブロアユニット2,クーリングユニット3,ヒータユニ
ット４を連結して構成されている。

この内、ブロアユニット２には、外気吸入口5,内気吸
入口6,これらの両吸入口5,6を開閉する内外気切換ドア
としてのインテークドア７及びブロアファン８が設けら
れている。

前記クーリングユニット３内には、エバポレータ９が
配設され、このエバポレータ９には冷媒ガスを圧縮し送
り込むためのコンプレッサ10が併設されている。

前記ヒータユニット４内には、ヒータコア11及び開度
に応じて該ヒータコア11の通過風量を制御する操作要素
たるエアミックスドア12が設けられている。また、ヒー
タユニット４の周壁には、図示しない車室内に設けられ
た吹出口に連通するデフロスタダクト13,ベンチレータ
ダクト14,フートダクト15が形成されている。これらの
各ダクト13,14,15の基端部には、デフロスタドア16,ベ
ンチレータドア17,フートドア18が軸支されている。

図示しない車室内には、室温センサ19が配設されてい
る。この温度に関連した物理的環境因子の検出手段とし
ての室温センサ19は他の検出手段としての外気温センサ
21,日射量センサ22,水温センサ23とともにA/D変換器24
を介して演算制御部25の入力側に接続されている。この
他、演算制御部25の入力側には、温度設定手段としての
温度設定スイッチ26が接続されている。

次に、この演算制御部25の構成及び機能について第１
図に基づいて説明する。尚、この第１図では、作図の便
宜上A/D変換器24を省略して示している。

この演算制御部25は、前記各検出手段21,22,23及び温
度設定スイッチ26の出力信号に基づき最適環境を車室内
に形成すべく最適温度を演算する（推定する）第１の演
算機能部27と、室温センサ19の検出温度と温度設定スイ
ッチ26で設定された目標室温との温度偏差を演算する第
２の演算機能部28と、室温センサ19の検出温度と上で演
算された最適温度との差を算出し，車室内温度が最適温
度に向かっている場合には応答性重視とし，最適温度か
ら離れていく場合には安定性重視となるように，前記差
に対応してPID制御（又はこれに準ずる制御）の制御係
数を演算する第３の演算機能部29と、この演算された制
御係数に対応する指令信号を後述する駆動回路部43に送
出し，温度偏差を零（０）にすべくフィードバック制御
を行う制御機能部30とを備えている。

この内、制御機能部30は、演算された制御係数の値に
応じて、モータ回転数を算出し後述するファンモータ制
御回路36へ出力する第１の機能，どの吹出モードを選択
するか演算して求め後述するモードアクチュエータ制御
回路37へ出力する第２の機能，及び吹出温度を算出しそ
の値に従いエアミックスドアの位置を算出し後述するエ
アミックスドア用アクチュエータ制御回路38へ出力する
第３の機能等を有している。

前記ファンモータ制御回路36は、第２図に示すよう
に、演算制御部25の出力段に設けられており、当該演算
制御部25から出力される指令信号により前述したブロア
ファン８駆動用のファンモータの回転を制御する回路で
ある。

前記モードアクチュエータ制御回路37は、同じく演算
制御部25の出力段に併設されており、当該演算制御部25
から出力される指令信号により前述したデフロスタドア
16,ベンチレータドア17,フートドア18の開閉を制御する
回路である。

前記エアミックスドア用アクチュエータ制御回路38
は、演算制御部25の出力段に併設され、当該演算制御部
25から出力される指令信号によりエアミックスドア12の
開度を制御する回路である。

演算制御部25の出力段には、この他、インテークドア
７の開閉を制御する内外気切換アクチュエータ制御回路
39,コンプレッサ10の作動・停止等を制御するコンプレ
ッサ制御回路40,ヒータコア11の入力側に設けられたウ
ォータバルブ41の開閉を制御するウォータバルブ制御回
路42が併設されている。

本実施例では、これらのファンモータ制御回路36,モ
ードアクチュエータ制御回路37,エアミックスドア用ア
クチュエータ制御回路38,内外気切換アクチュエータ制
御回路39,コンプレッサ制御回路40,及びウォータバルブ
制御回路42とによって温度に関連した操作要素を駆動す
る駆動回路部43が構成されている。また、第２図におい
て、符号44で示す部分は、実際には、電子回路基板上に
設置されている。

次に、本実施例における演算制御部25の制御動作を、
第３図に示すフローチャートに基づきつつ、第４図ない
し第６図を参照して説明する。

まず、初期設定を行い、チェックフラグを０にする
（ステップS101）。ここで、チェックフラグは、車室内
検出温度が最適温度に達したか否かを判別するために用
いられ、チェックフラグが０ならば、車室内検出温度は
最適温度に向かっているものと判断して応答性重視の制
御係数を演算し、チェックフラグが１ならば、車室内検
出温度は最適温度から離れていくと判断して応答性重視
から安定性重視の制御係数に変化させるようなってい
る。

第４図に、これらの応答性重視の制御係数，安定性重
視の制御係数設定に対応するステップ応答を示す。この
第４図において、Ａが応答性重視の制御係数設定（一般
的に係数の値が大きい）であり、Ｃが安定性重視の制御
係数設定である。また、Ｂはこれら両者の中間の制御係
数設定である。次に、演算制御部25では、目標設定温
度，車室内検出温度等の各センサの検出信号を入力する
（S102）。

次いで、演算制御部では、これらの温度データに基づ
き所定の演算を行い車室内に最適環境を形成すべく最適
温度を演算する（S103）。この最適温度の演算は、常に
一定値，例えば,23〔℃〕に与えるようにしても良く、
外気温度を変数にもつ最適温度関数にしても良い。この
場合、最適温度をT_s,外気温度T_aとすれば、例えば T_s
（T_a）＝a₁＋a₂T_a と表さる。これを図示すると、第５図のようになる。或
いは又、外気温度の他に複数（例えば，日射量等）の変
数を持つ関数にしても良く、目標設定温度を記憶してお
いてこれより最適温度を推定しても良い（一般に、車室
内が安定したときの目標設定温度を乗員にとっての最適
温度と考える）。

次に、演算制御部25では、目標設定温度の変更があっ
たか否かを確認する（S104）。そして、変更がなけれ
ば、次へ進むが、変更があれば、アルゴリズムを最初か
ら始める意味でチェックフラグを０に設定する（S10
5）。

続いて、演算制御部25ではチェックフラグが１か否か
を判断する（S106）。そして、チェックフラグが１でな
い，即ち,0の場合には、最適温度と車室内検出温度との
温度差T_Eを演算し（S107）、当該温度差がほぼ０か否か
を判断する（S108）。ここで、温度差がほぼ０でない場
合には、温度差に応じた制御係数の変化量を演算する
（S110）。ここでは、一例として、比例係数k_pの場合に
ついて説明する。比例係数k_pは大きければ応答性が良く
なり、安定性が悪化する性質がある。

k_p＝k_p1＋k_p2|T_E| …… で表すものとすると、k_pの変化量はk_p2|T_E|の部分に相
当する。即ち、k_pの値は、|T_E|が大きい程k_p2に比例し
て大きくなる。これより、最適温度と車室内検出温度と
の温度差|T_E|が大きい程、応答性重視となり、小さい
程、安定性重視となることがわかる。

続いて、演算制御部25では、目標温度と検出温度との
温度偏差を演算し（S111）、上記制御係数の変化量に基
づき制御係数〔本実施例では、（k₁＋sk_p＋s²k_D）/sで
表される制御伝達関数とする。〕を演算し温度偏差を０
にすべく制御量（吹出風量，吹出モード，吹出温度等）
を演算する（S112）。

一方、ステップS108において、温度偏差がほぼ０であ
る場合には、チェッフラグを１にして（フラグを立て
て）（S109）、目標温度と検出温度との温度偏差を演算
し（S111）、制御係数を演算し温度偏差を０にすべく制
御量を演算する（S112）。

この一方、前記ステップS106において、チェックフラ
グが１である場合には、ステップS111に進み、目標温度
と検出温度との温度偏差を演算し（S111）、制御係数を
演算し温度偏差を０にすべく制御量を演算する（S11
2）。

そして、上記何れの場合にも、ステップS112で演算さ
れた制御量に対応する各指令信号を駆動回路部43に対し
出力し、前記温度偏差を零にすべくフィードバック制御
を行う（S113）。

以後、ステップS102に戻り、上記と同様の制御動作を
繰り返す。

第６図に、本実施例による暖房時のシミュレーション
結果を、従来例の場合とともに示す。

ここでは、時間０で搭乗者が目標設定温度を「Max Ho
t」に設定し、時間t₁後にT_sに再設定する場合に示す。
尚、温度T_sは、搭乗者にとってのほぼ最適温度であった
ため、時間t₁以後には再設定は行われなかったものとす
ると、演算制御部の第１の演算機能部27で演算された最
適温度は、搭乗者がt₁後に再設定したT_sとほぼ等しくな
っているはずである。

以下、第６図に基づき両者の比較を行う。

まず、時間０近くでは、車室内温度と目標設定温度と
の温度偏差と、車室内温度と最適温度との温度差は、ど
ちらも大きいため、制御係数（フィードバックゲイン）
の値は、両方とも同程度であるため、同様な応答を示し
ている。

一方、車室内温度が上昇して図に示す温度T_s付近にな
ると、本実施例では、制御係数は安定性重視の値になっ
ているので、動きが抑えられているが、従来例の場合
は、未だ温度偏差が大きいので応答性重視の値になって
おり、動きが大きく両者の応答に差がでているのが判
る。

「Max Hot」近傍では、両者とも、制御係数が安定性
重視の値となるため、応答は似たような動きを示してい
る。

以上のような動きによって生じる差，即ち，同図に斜
線で示す部分が無駄なエネルギ分である。

時間t₁以後の応答はほぼ同一となっている。これは、
従来例における目標設定温度と本実施例における演算制
御部25の第１の演算機能部27で演算された最適温度がほ
ぼ等しいからである。

上記と同様に、冷房時においても、クールダウン等の
過渡時において、両者にエネルギ消費量に差がでること
となる。

以上説明したように、本実施例によると、搭乗者が温
度設定スイッチ26の設定温度を「Max Cool」又は「Max
Hot」或いはそれぞれの近傍に設定した場合、従来の車
室内検出温度と目標設定温度，即ち，「Max Cool」又は
「Max Hot」との温度偏差の絶対値に対応してPID制御の
フィードバックゲインを増減させる場合とほぼ同様の過
渡時における応答性と定常時における安定性を維持する
ことができ、しかも従来例に比べて過渡時におけるエネ
ルギ消費を低減できるという利点がある。

尚、上記実施例においては、説明上必要なセンサ等を
を例示したが、この他、上記各センサに加えて開度セン
サ等を装備する構成であっても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、以上のように構成され機能するので、これ
によると、搭乗者が温度設定手段により目標設定温度を
「Max Cool」又は「Max Hot」或いはそれぞれの近傍に
設定した場合、演算制御部の第１ないし第３の演算機能
部の機能により、車室内温度が第１の演算機能部で演算
された最適温度（通常、「Max Cool」又は「Max Hot」
に至る途中の温度である）に近づき且つ遠ざかるにつ
れ、応答性重視の制御係数から安定性重視の制御係数に
変化させられることから、車室内検出温度と目標設定温
度との温度偏差の絶対値に対応してPID制御のフィード
バックゲインを増減させる従来例の場合と同様に過渡時
における応答性と定常時における安定性を維持すること
ができ、特に、演算制御部の第３の機能により設定され
た目標室温でなく演算された最適温度との差に基づき制
御係数が演算され，車室内温度が最適温度に接近した時
点では、安定性重視の制御係数に設定されるので同時点
で未だ応答性重視となっている従来例に比べて過渡時に
おけるエネルギ消費を低減できるという優れた車輌用空
調装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の主要部の構成を示すブロ
ック図、第２図は第１図の実施例の全体的な構成を示す
説明図、第３図は第１図の実施例における演算制御部の
制御動作を示すフローチャート、第４図は種々の制御係
数設定に対応するステップ応答の例を示す説明図、第５
図は最適温度を外気温度の関数とした場合の当該最適温
度関数の一例を示すグラフ、第６図は本実施例における
シュミレーション結果を従来例の場合とともに示す線
図、第７図は従来例の構成を示すブロック図である。 ７……内外気切換ドアとしてのインテークドア、８……
ブロアファン、９……エバポレータ、10……コンプレッ
サ、12……エアミックスドア、16……デフロスタドア、
17……ベンチレータドア、18……フートドア、19……室
温センサ、21……外気温センサ、22……日射量センサ、
23……水温センサ、25……演算制御部、26……温度設定
手段としての温度設定スイッチ、27……第１の演算機能
部、28……第２の演算機能部、29……第３の演算機能
部、30……制御機能部、41……ウォータバルブ、43……
駆動回路部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度に関連した物理的環境因子を検出し電
   気信号として出力する外気温センサ，室温センサ，日射
   量センサ等の検出手段と、外部から設定可能な車室内温
   度設定用の温度設定手段と、内外気切換ドア，エアミッ
   クスドア，ブロアファン等の温度に関連した操作要素を
   駆動する駆動回路部とを備え、 前記室温センサ以外の各検出手段及び前記温度設定手段
   の出力信号に基づき最適環境を車室内に形成すべく最適
   温度を所定の方法により演算する第１の演算機能部と、
   前記室温センサの検出温度と前記温度設定手段で設定さ
   れた目標室温との温度偏差を演算する第２の演算機能部
   と、前記室温センサの検出温度と前記最適温度との差を
   算出し，車室内温度が最適温度に向かっている場合には
   応答性重視とし，最適温度から離れていく場合には安定
   性重視となるように，前記差に対応してPID制御又はこ
   れに準ずる制御の制御係数を演算する第３の演算機能部
   と、この演算された制御係数に対応する指令信号を前記
   駆動回路部に送出し，前記温度偏差を零にすべくフィー
   ドバック制御を行う制御機能部と、を有する演算制御部
   を装備していることを特徴とした車輌用空調装置。