JP2826889B2 - 自動車用空調装置のサーボ機構制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、マイクロコンピュータを用いて空調制御
する自動車用空調装置にあって、特にモータアクチュエ
ータ等のサーボ機構を制御する装置に関する。

（従来の技術） 車両用空調装置をマイクロコンピュータで制御する空
調制御装置において、制御の多様化及び高精度化に伴っ
て制御用のプログラムは長くなる傾向にあり、小型で安
価なマイクロコンピュータを使用した場合には、処理時
間の間隔が長くなったり、円滑な制御信号の出力ができ
なくなったりする問題点が発生していた。これを改善す
るために特公昭59−34524号において示されているよう
に、応答性も比較的遅く、処理も比較的ゆっくりできる
もの（内気温度、外気温度等の温度測定）はタスクルー
チンにおいて実行し、逆に処理のタイミングを速くしな
いと機械的に問題となるもの（アクチュエータ等により
駆動される温調ダンパの開度コントロール等）は割込ル
ーチンにおいて実行するというように別々の処理ルーチ
ンで実行し、マイクロコンピュータの負荷の軽減を図る
ことによって、各制御の多様化及び高精度化を達成しよ
うとするものが提示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述の制御装置のように、アクチュエ
ータ等のサーボ制御は、割込ルーチンを数十ミリ秒毎に
実行してフィードバック信号を短い周期でサンプリング
するのが一般的であるが、このように速い周期の制御処
理をサーボ機構に割当てたのでは他の速いタイミングで
行ないたい多くの処理を行えなくなり、おのずと処理能
力に限界が生じる欠点があった。

また、アクチュエータは、その駆動による慣性を持っ
ているので、停止信号を目標位置にきた時に出力しても
目標位置からずれた位置で停止してしまい、フィードバ
ック信号の比較処理を幾ら速く行ったところで正確な制
御を行えるわけではなく、上述の装置においては、精度
面に於いても対応しきれない欠点があった。

そこで、この発明においては、上述した欠点を解消
し、サーボ機構のフィードバック信号の処理方式を改良
し、マイクロコンピュータの処理能力の向上を図ると共
に精度の高いサーボ制御が行なえる自動車用空調装置の
サーボ機構制御装置を提供することを課題としている。

（課題を解決するための手段） しかして、この発明の要旨とするところは、第１図に
示されるように、少なくとも車室内温度と車外温度とか
ら熱負荷を検出する熱負荷センサと、空調機器の制御量
を調節するサーボ機構201と、このサーボ機構201による
空調機器の実際の制御値を検出する制御値検出手段202
と、前記熱負荷センサからの信号に基づいて空調機器の
制御目標値を演算する制御目標値演算手段203と、前記
制御値検出手段202によって出力された空調機器の実際
の制御値と前記制御目標値演算手段203によって出力さ
れた制御目標値との偏差を演算する第１の偏差演算手段
204と、この第１の偏差演算手段204で演算された偏差が
所定値より大きい場合に前記サーボ機構201の駆動時間
を演算する駆動時間演算手段205と、前記駆動時間演算
手段205により演算された駆動時間前記サーボ機構201を
駆動させる駆動回路（例えば42）と、前記サーボ機構20
1が前記駆動時間駆動した後に、前記制御値検出手段202
によって出力された空調機器に実際の制御値と前記制御
目標値演算手段203によって出力された制御目標値との
偏差を演算する第２の偏差演算手段206と、この第２の
偏差演算手段206で演算された偏差に基づいて前記駆動
時間を補正する駆動時間補正手段207とを具備したこと
にある。

（作用） 従って、制御目標値が制御目標演算手段によって演算
されると、サーボ機構による空調機器の実際の制御値と
の偏差から、１回目のサーボ機構を駆動させる駆動時間
が駆動時間演算手段によって演算され、その時間だけ空
調機器が制御目標値に向けて駆動される。即ち、一旦駆
動時間の演算結果が駆動回路へ出力された後は、この駆
動時間の間マイクロコンピュータによる制御処理から切
離してサーボ機構を駆動回路によって駆動させることが
でき、マイクロコンピュータはその間別の制御処理を行
なえる。この場合、サーボ機構の精度は駆動時間演算手
段の演算結果によるが、サーボ機構が駆動時間駆動した
後に、その停止位置の目標値からのずれを第２の偏差演
算手段によって求め、その偏差の大きさに応じてそれ以
後の駆動時間が補正されるので、精度の高い制御が補償
される。このため、制御目標値の演算やサーボ制御を行
なうためのフィードバック信号のサンプリング等は比較
的遅い周期をもって行えば足り、そのため、遅い周期で
しかも精度の高いサーボ制御が行え、上記課題を達成す
ることができるものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面により説明す
る。

第２図に示す公知の空調ユニット２は、内気導入口４
と、外気導入口５と、この内気導入口４と外気導入口５
をマイクロコンピュータ16からの制御信号により駆動回
路23からアクチュエータ28を動作させる信号が出力され
ることで内外気を適宜選択するためアクチュエータに機
械的に連結された内外気選択ドア６を最上流側に有し、
そのすぐ下流に駆動回路24の制御により所定の風量を空
調ダクト38内に送り込む送風機37を有している。また前
記空調ダクト38内には冷却サイクルの一部を構成し、前
記マイクロコンピュータ16からの電磁クラッチ26の制御
によって冷却を開始するエバポレータ８と、該エバポレ
ータ８の下流に該マイクロコンピュータ16によって制御
される電磁弁27によって制御されるヒータコア９が設け
られ、このヒータコア９の上流側に近接して該マイクロ
コンピュータ16の制御信号によって駆動回路42からアク
チュエータ７を動作させる信号が出力されることで開閉
する該アクチュエータ７に機械的に連結されたエアミッ
クスドア１が設けられている。更に最下流側にはベント
吹出口10、デフ吹出口11及びフット吹出口12が設けら
れ、各々の吹出量を調節するために前記マイクロコンピ
ュータ16の制御信号によって駆動回路25から出力される
動作信号によって動作するアクチュエータ29に機械的に
連結されたベント吹出ドア13、デフ吹出ドア14及びフッ
ト吹出ドア15が設けられている。

上述の構成による空調ユニット２において、内外気切
替ドア６によって選択された内気又は外気は、前記送風
機37によって、前記内気導入口４又は前記外気導入口５
から吸引され、前記空調ダクト38内に送り込まれる。こ
の空気は前記エバポレータ８を通過することによって冷
却され、この冷却された空気は前記エアミックスドア１
の開度によって前記ヒータコア９を通過する量が決定さ
れ、該ヒータコア９を通過して過熱された空気と、該ヒ
ータコア９をバイパスした空気とが該ヒータコア９の下
流の空間において混合され、所定の温度に温調される。
この温調された空気は、前記ベント吹出ドア13、前記デ
フ吹出ドア14及び前記フット吹出ドア15の開閉によって
適宜風配され、図示しない車室内に吹き出し車室内を温
調する。

この空調ユニット２を制御するために、入力信号を処
理するマルチプレクサ（MPX）19、該MPX19からの信号を
デジタル信号に変換するA/D変換器20、前記マイクロコ
ンピュータ16が設けられている。このマイクロコンピュ
ータ16は、図示しない中央処理装置（CPU）、読出専用
メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ（RAM）、入出
力ポート（I/O）等を持つそれ自体公知のものである。
車室温度検出用センサ17、車外温度検出用センサ18、日
射センサ40、エバポレータ後流側温度検出用センサ41及
び例えばポテンショメータからなるエアミックスドア開
度検出センサ３から前記MPX19に入力されたアナログ信
号は、該MPX19において整理されて前記A/D変換器20に順
に送られ、このA/D変換器20においてデジタル信号に変
換されて、該マイクロコンピュータ16に入力される。ス
イッチボード21は、吹出モードVENTモード、BI−Ｌモー
ド、HEATモード、DEF/HEATモード、DEFモードにマニュ
アル設定するモードスイッチ30a〜30e、図示しない冷房
サイクルを稼動させるA/Cスイッチ31、前記送風機37の
回転速度を低速（FAN1），中速（FAN2），高速（FAN3）
に切り換えるファンスイッチ32a〜32c、該送風機37等の
空調機器の全てを自動制御するAUTOスイッチ33、空調機
器の駆動を停止させるOFFスイッチ34を備えている。温
度設定器22は、アップダウンスイッチ35a,35bと設定温
度を表示する表示部36とから成り、該アップダウンスイ
ッチ35a,35bの操作で該表示部36に示される設定温度を
所定の範囲で変えることができるようになっている。前
記マイクロコンピュータ16には、前記スイッチボード21
及び前記温度設定器22から直接デジタル信号が入力さ
れ、前記A/D変換器20からの信号と共に、第３図乃至第
５図に示すプログラムの実行によって処理され各制御装
置に制御信号が出力される。

第３図乃至第５図において、前記マイクロコンピュー
タ16において実行される空調装置の制御がフローチャー
トとして示されており、この実施例においては、特にこ
の発明におけるサーボ機構の制御対象を前記エアミック
スドア１を駆動させるアクチュエータとした場合の制御
動作例が示されている。

第３図では空調装置の制御のメインルーチンを示すも
ので、前記マイクロコンピュータ16は、空調装置が作動
し始めるとステップ50において後述する制御フラグ（FL
AG1、FLAG2）を零にする等の初期設定を行ない、次のス
テップ52において、前記各センサ17,18,40,41の出力信
号を前記マルチプレクサ19及び前記A/D変換器20を介し
て入力すると共に、前記温度設定器22からの出力信号を
直接入力する。

そして、次のステップ54において、前記ステップ52で
入力された車室内温度T_R、外気温度T_A、日射量T_S、エバ
ポレータの後流側温度T_E、設定温度T_Dに基づいて総合信
号Ｔを（１）式により演算し、 Ｔ＝K_RT_R＋K_AT_A＋K_ST_S＋K_ET_E −K_DT_D＋Ｃ ・・・（１）式 （K_R,K_A,K_S,K_E,K_Dは利得定数,Cは補正項を示す） このＴに基づいて内外気切替制御信号、送風機回転速
度制御信号、吹出口切替信号、冷房サイクルを稼動させ
るための前記電磁クラッチ26を制御する制御信号、前記
ヒータコア９を作動させるための前記電磁弁27を制御す
る制御信号が算出され、その制御信号が次のステップ56
において各駆動回路23,24,25、該電磁クラッチ26及び該
電磁弁27へ出力され、前記エアミックスドア１を除く各
空調機器の動作が制御される。

前記マイクロコンピュータ16は、数百ミリ秒から数秒
の周期でこのメインルーチンを繰り返しており、例えば
数秒毎の長い周期で第６図に示されるようにこのメイン
ルーチンを停止し、第４図に示されるサーボ制御のルー
チンを実行するようになっている。尚、メインルーチン
からサーボ制御ルーチンへの移行は、タイマーによる割
込みによっても、メインルーチンの周期毎に行っても、
またメインルーチンのプログラム内にジャンプ命令を設
けてサーボ制御ルーチンを実行させる形式であってもよ
い。

サーボ制御ルーチンが実行されると、先ず、ステップ
60において、前記総合信号Ｔに基づいて目標開度θ″が
演算され、次のステップ62において、前記エアミックス
ドア１の現実の開度（実開度）θ′の信号が入力され
る。

そして、次のステップ64において、前記目標開度θ″
と前記実開度θ′との偏差（｜θ″−θ′｜）が所定量
αより大きいか否かを判定し、目標開度の変更等により
実開度から大きくずれた場合には、アクチュエータ７の
駆動制御をステップ66以下で行なう。

ステップ66においては、制御用フラグ２を“0"にセッ
トして、次のステップ68において制御用フラグ１が“1"
であるか否かを判別する。ここで制御フラグ２は、後述
する係数Ｋの補正処理を行うか否かを判別するために用
いるフラグで、このフラグが“0"であれば補正処理を行
ない、“1"であれば補正処理を行なわない状態を示す。
また、制御フラグ１は、前記係数Ｋを増大補正するか否
かを判定するために用いるもので、この制御フラグ１が
１であれば、ステップ70において、該係数Ｋを所定量ｘ
増加し、また、この制御フラグ１が０であれば、ステッ
プ72において、制御フラグ１を“1"にセットしてステッ
プ74へ進む。

ステップ74においては、前記目標開度θ″と前記実開
度θ′と偏差に比例係数Ｋを乗じて前記エアミックスド
ア１を目標とする開度まで駆動させるために必要な前記
アクチュエータ７の駆動時間ｔを例えば（２）式により
算出する。

ｔ＝｜θ″−θ′｜・Ｋ ・・・（２）式 ここで、該駆動時間ｔを（２）式をもって演算するよ
うにしたのは、第７図に示されるように、偏差｜Δθ｜
（＝｜θ″−θ′｜）の大きさと、前記エアミックスド
ア１を目標開度まで動かすために要する駆動時間ｔはほ
ぼ比例しており、例えば、前記エアミックスドア１の回
転軸をψ_１゜回転させる場合の駆動時間t₁とψ_２゜回転
させる場合の駆動時間t₂は以下の関係を有しているため
である。

そして、ステップ74において前記駆駆動時間ｔが算出
された後は、ステップ76へ進み、前記駆動回路42へ前記
アクチュエータ７の駆動指令信号を出力して該アクチュ
エータ７を駆動するための作動電源をONにすると共に、
ステップ78において、内部タイマーをスタートさせてｔ
秒後のタイマー割込みを指定し、その後、メインルーチ
ンへ戻るようになっている。

その後、前記タイマーがスタートしてｔ秒が過ぎる
と、第６図に示されるようにメインルーチンから第５図
に示される割込処理が実行され、ステップ100で前記駆
動回路42へ前記アクチュエータ７の停止指令信号を出力
して、前記エアミックスドア１の駆動を止め、次のステ
ップ102においてタイマー割込の指定を解除して再びメ
インルーチンの制御へ戻される。

このため、サーボ制御ルーチンが実行され、前記目標
値θ″と前記実開度θ′との偏差が所定値αより大きい
と判断されると、ステップ74で前記アクチュエータ７の
前記駆動時間ｔを演算した後、該アクチュエータ７の駆
動がｔ秒後前記マイクロコンピュータ16によるフィード
バック制御から切離して行なわれるので、その間におい
ても、メインルーチンの制御処理をマイクロコンピュー
タ16で行なうことができるものである。

ところで、前記アクチュエータ７の駆動量は前記駆動
時間ｔによって決まるものの、該アクチュエータ７の慣
性や作動電源電圧、更には負荷によって異なる。このた
め、前記アクチュエータ７の駆動中にフィードバック制
御を行わない方式によれば前記エアミックスドア１が目
標開度まで正確に駆動されない虞れがある。このため、
これを補償するために、一度前記アクチュエータ７を駆
動させた後に目標開度と実開度との偏差（ずれ）を再び
検出し、その偏差によって前記比例係数Ｋを補正する操
作を行なう。

より具体的には、前記アクチュエータ７を動かした次
の回のサーボ制御ルーチンの実行時において、ステップ
64で前記目標値θ″と前記実開度θ′との偏差が所定量
α以下であると判断された時に、ステップ80へ進み、こ
こで制御フラグ２が“1"であるか否かを判定して、“1"
であると判定された場合には補正処理を行わずにメイン
ルーチンに戻り、“0"であると判定された場合には、ス
テップ82で制御フラグ１を“0"にセットした後、ステッ
プ84,86,88において、前記エアミックスドア１が前記目
標開度θからどの方向にどれだけずれて停止しているか
を判別し、以下の処理を行なう。

先ず、θ′−θ″が、第８図において示されるよう
に、前記エアミックスドア１の停止ゾーンのうち、該エ
アミックスドア１が前記目標開度θ″をオーバーランし
ても前記実開度θ′が該目標開度θ″に非常に近いθ′
−θ″≦γとなる領域（ロ領域）である場合には、ほぼ
期待通りのサーボ制御が行われているので、前記係数Ｋ
を変更せずにそのまま用いる（ステップ90）。また、
θ′−θ″がγより大きく、前記係数Ｋの値を微修正す
ればすむ範囲内（θ′−θ″≦β）の領域（ハ領域）で
あれば、ステップ92において該係数Ｋの値を所定量減少
させる。更に、θ′−θ″がβより大きいがαより小さ
い領域（ニ領域）にある場合は、前記係数Ｋを大きく修
正する必要があり、この実施例においては、ステップ94
へ進んで、該係数Ｋを予め決められた所定の最小値に設
定する。

以上は、前記エアミックスドア１が目標値の手前から
動き始めてこの目標値をオーバーランした際の補正であ
るが、該エアミックスドア１が目標値の手前で停止した
領域（イ領域）には、ステップ96へ進み、ここで制御フ
ラグ１を“1"にセットして、次回のサーボ制御ルーチン
の実行で、｜θ′−θ″｜がαより大きい場合にステッ
プ70で前記係数Ｋを所定量増加する補正を行なう。

尚、前記エアミックスドア１が、前記目標開度θ″か
らα以上手前で、あるいはオーバーランして停止した場
合には、補正を行なう前に再び前記アクチュエータ７が
動かされることになる。

そして、ステップ90,92,94,96の後は、ステップ98へ
進んで制御フラグ２を“1"にセットし、前記アクチュエ
ータ７を動かした後に、複数回のサーボ制御ルーチンの
実行に亘って偏差が所定量α以下の状態を維持していれ
ば、その初回においてのみ補正処理を行ない、次のエア
ミックスドア１の駆動が行なわれるまで、２回目以降の
ルーチンの実行では補正を行わないようになっている。

このように、前記エアミックスドア１の停止ゾーンが
ロ領域になるよう前記駆動時間ｔがマイコンによって自
動的に調節されるので、該エアミックスドア１の駆動中
にフィードバック制御を行わなくても高い精度のサーボ
制御が行なえるものである。

尚、この実施例においては、前記駆動時間ｔの補正処
理をサーボ制御ルーチンの実行時に行なうようにしてい
るが、第５図における割込処理を行なう際に行なうよう
にしてもよいものである。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、目標制御値と
実際の制御値との偏差から、サーボ機構を駆動させるた
めの時間を演算し、その間マイコンの制御下から離れて
サーボ機構を駆動させることができるので、サーボ系の
マイコンによる処理負担が軽減され、4bit等の低速マイ
コンでも多くの処理を効率よく行なうことができるもの
である。

また、サーボ機構の駆動時間が、サーボ機構を駆動さ
せた後の空調機器の実際の制御値と、目標制御値との偏
差に応じて補正されるので、このマイコンによる学習機
能によって、サーボ系の作動電源電圧や負荷の大きさに
かかわらず高精度のサーボ制御が実現でき、全体として
遅い周期でサーボ制御を行っても精度を高めることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を示す機能ブロック図、第２図はこの
発明における自動車用空調装置の実施例を示す概略構成
図、第３図は同上において用いられるマイクロコンピュ
ータによる処理のメインルーチンを示すフローチャー
ト、第４図はサーボ機構の制御動作例を示すフローチャ
ート、第５図はサーボ機構を駆動させた後の割込処理の
動作例を示すフローチャート、第６図はメインルーチン
とサーボ制御ルーチン及び割込処理ルーチンとの時間的
関係を示す説明図、第７図は駆動時間ｔと偏差Δθとの
関係を示す特性線図、第８図は駆動時間の補正処理を説
明するために用いる説明図である。 7,28,29……アクチュエータ、23,24,25,42……駆動回
路、201……サーボ機構、202……制御値検出手段、203
……制御目標値演算手段、204……第１の偏差演算手
段、205……駆動時間演算手段、206……第２の偏差演算
手段、207……駆動時間補正手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも車室内温度と車外温度とから熱
   負荷を検出する熱負荷センサと、 空調機器の制御量を調節するサーボ機構と、 このサーボ機構による空調機器の実際の制御値を検出す
   る制御値検出手段と、 前記熱負荷センサからの信号に基づいて空調機器の制御
   目標値を演算する制御目標値演算手段と、 前記制御値検出手段によって出力された空調機器の実際
   の制御値と前記制御目標値演算手段によって出力された
   制御目標値との偏差を演算する第１の偏差演算手段と、 この第１の偏差演算手段で演算された偏差が所定値より
   大きい場合に前記サーボ機構の駆動時間を演算する駆動
   時間演算手段と、 前記駆動時間演算手段により演算された駆動時間前記サ
   ーボ機構を駆動させる駆動回路と、 前記サーボ機構が前記駆動時間駆動した後に、前記制御
   値検出手段によって出力された空調機器の実際の制御値
   と前記制御目標値演算手段によって出力された制御目標
   値との偏差を演算する第２の偏差演算手段と、 この第２の偏差演算手段で演算された偏差に基づいて前
   記駆動時間を補正する駆動時間補正手段と、 を具備することを特徴とする自動車用空調装置のサーボ
   機構制御装置。