JP2936701B2 - 自動車用空調制御装置 - Google Patents

自動車用空調制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 [産業上の利用分野] 本発明は自動車用空調制御装置に関する。
[従来の技術] 従来の自動車用空調制御装置として次の構成が提案さ
れている。特開昭63−65318号公報には風速を加味して
空調装置を制御する構成が示されている。風速を検出す
るセンサとしては、特公昭60−12569号公報に1個のセ
ンサで風速と気温とを検出する構成が記載されている。
また、実開平1−169411号公報には輻射温度を加味し
て空調装置を制御する構成が示されている。輻射温度を
検出するセンサとしては、実開平1−75837号公報に1
個のセンサで輻射温度と気温とを検出する構成が記載さ
れている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記構成の従来装置では風速を加味し
た空調制御か、あるいは輻射温度を加味した空調制御の
どちらか一方しか実現できず、温度や風速、輻射のすべ
てに左右される人間の温感に適合した空調制御ができな
いという問題がある。かといって、単に上記風速を加味
した空調制御の構成と、輻射を加味した空調制御の構成
とを組み合わたとしても、温度や風速、輻射の検出に少
なくとも2個のセンサを用いなければならない。つま
り、上記の1個の風速および気温が検出可能なセンサと
輻射を検出するもう1個のセンサとの併せて2個のセン
サが必要となるか、上記1個のセンサで輻射および気温
が検出可能なセンサと風速を検出するもう1個のセンサ
との併せて2個のセンサが必要となる。この結果、車両
の限られたスペースにおいて、2個のセンサが大きな取
付空間を占めることになる。
本発明の自動車用空調制御装置は上記課題を解決し、
1個のセンサで風速を加味した空調制御と輻射を加味し
た空調制御の両方を実現できるようにすることを目的と
する。
発明の構成 [課題を解決するための手段] 本発明の自動車用空調制御装置は、第1図に例示する
ように、 車室に配置され、加熱手段により加熱される加熱側温
度検出素子および前記加熱手段による熱の影響を受けな
い非加熱側温度検出素子を有する体感センサと、 該体感センサの前記加熱手段による加熱を停止した状
態において、前記加熱側温度検出素子の出力から検出さ
れる温度と前記非加熱側温度検出素子の出力から検出さ
れる温度との温度差に基づき空調装置を制御する第1モ
ード制御手段と 前記体感センサの前記加熱手段による加熱を実行した
状態において、前記加熱側温度検出素子の出力から検出
される温度と前記非加熱側温度検出素子の出力から検出
される温度との温度差に基づき前記空調装置を制御する
第2モード制御手段と、 前記第1モード制御手段および前記第2モード制御手
段を切り替えるモード切替手段と を備えることを特徴とする。
[作用] 上記構成を有する本発明の自動車用空調制御装置にお
いて、体感センサの加熱側温度検出素子の出力から検出
される温度をTh、非加熱側温度検出素子の出力から検出
される温度をTaとすると、温度差ΔT=Ta−Thは次式で
表わされる。
ここでA,Bは定数、Vは風速、Radは輻射量を示す。定
数Aは加熱手段への供給エネルギの増大に伴い増加する
数値である。加熱手段へのエネルギ供給が停止した場合
に定数Aは値零になる。
第1モード制御手段は、体感センサの加熱手段による
加熱を停止した状態において、上記温度差ΔTに基づい
て空調装置を制御する。温度差ΔTは、上記定数Aが加
熱手段の停止にそり値零になることから右項B・Radで
表記される。したがって、温度差ΔTは輻射量が反映し
た値となる。第1モード制御手段は、この輻射量が反映
した温度差ΔTに基づいて空調装置を制御するから、輻
射量を加味した空調制御が実現される。
第2モード制御手段は、体感センサの加熱手段による
加熱をした状態において、上記温度差ΔTつまり定数A
が値零でなく風速が反映した値に基づいて空調装置を制
御する。したがって、風速を加味した空調制御が実現さ
れる。
モード切替手段は、以上のように第1モード制御手段
による輻射を加味した空調制御と、第2モード制御手段
による風速を加味した空調制御とを切り替える。この結
果、1個の体感センサで輻射と風速との両方を加味した
空調制御が実現される。
[実施例] 以上説明した本発明の自動車用空調制御装置の一実施
例を説明する。
自動車用空調制御装置は、第2図に概略構成を示すよ
うに、電子制御装置1と、電子制御装置1に接続した各
種センサおよび各種アクチュエータとを備える。
電子制御装置1は、周知のCPU,ROM,RAM,入出力部等を
備えた算術論理演算回路として構成されており、入出力
部には後述する体感センサ3と、車室に射込む日光の強
度を検出する日射センサ5と、車外の気温を検出する車
外気温センサ7と、車室の気温を検出する内気温度セン
サ9とが接続される。また、電子制御装置1の入出力部
には、ブロアモータ11と、内外気切換サーボモータ13
と、エアミックスサーボモータ15と、ベント吹出口ダン
パ制御用サーボモータ17と、フット吹出口ダンパ制御用
サーボモータ19とが接続される。
ここで空気調和系の機械的構成の概略を説明する。内
外気切換サーボモータ15は内外気切換ダンパ21を移動し
て内気または外気を選択する。選択された内気または外
気はブロアモータ11で送風される。送風された空気はエ
バポレータ27にて冷却され除湿される。除湿された空気
は、エアミックスサーボモータ15が移動するエアミック
スダンパ23により一部はヒータコア25を通って暖められ
る。この後、暖められた一部の空気と、冷却されたまま
の空気とは混合されて適当な温度となる。そして、ベン
ト吹出口ダンパ制御用サーボモータ17により移動される
ベント吹出口ダンパ28と、フット吹出口ダンパ制御用サ
ーボモータ19により移動されるフット吹出口ダンパ29と
によりカードが調節されるベント吹出口およびフット吹
出口から吹き出され、車室の温度が調節される。なお、
上述した空気調和系の機械的構成以外にも、公知の種々
の空気調和系の機械的構成が適用可能である。
体感センサ3は、第3図の平面図および第4図の縦断
面図に示すように、気温検出用サーミスタ31と、外郭33
の内部に断熱材35で囲まれた輻射・気流検出用サーミス
タ37と、ヒータ39と、伝熱板41と、透明フィルム43とを
備える。気温検出用サーミスタ31はヒータ39の熱の影響
を受けないように外郭33の外側に構成される。輻射・気
流検出用サーミスタ37には伝熱板41からヒータ39の発生
する熱が伝達される。外郭33の上面には断熱材35が設け
られておらず、透明フィルム43が取り付けられている。
外郭33の底面には取付面44が形成される。
上記構成の体感センサ3は、第5図に示すように、車
室の天井面45に取り付けられる。実施例では、車両シー
ト47に着いた運転者49のほぼ頭部上方に体感センサ3が
配置される。
ここで、体感センサ3の挙動を詳述する。
気温検出用サーミスタ31の出力から検出される温度を
T31とし、輻射・気流検出用サーミスタ37の出力から検
出される温度をT37とすると、温度差ΔT=T37−T31
は、[作用]の項で示した式1で表される。
A,Bは定数、Vは気流速度御(風速)、Radは輻射量を
示す。定数Aは実施例ではヒータ39への投入電力に比例
して増加する値となる。ヒータ39への電力供給を停止し
た状態では定数Aは値零になる。
実施例では定数A≫定数Bの関係が得られるように、
体感センサ3の3辺が各々4[cm]程度に設計してあ
る。体感センサ3の3辺が各々4[cm]であれば、定数
A≫定数Bとなる理由は以下のとおりである。
即ち、体感センサ3より出る熱量Q(単位W)は、以
下の式で表される(輻射のみ)。
Q=SF(E1−E2) E1=5.67(T1/100) E2=5.67(T2/100) Sは体感センサ3の面積(m2)、Fは形態係数(無次
元)、E1は体感センサ3から車内壁への単位面積あたり
の輻射量(W/m2)、E2は車内壁から体感センサ3への単
位面積あたりの輻射量(W/m2)、T1は体感センサ3の温
度(K)、T2は壁温(K)である。
上記3式から次式が得られる。
Q=5.67SF{(T1−T2)・ (T13+T12・T2+T1・T22+T23)×10-8 ここでT1〜T2〜300[K]と近似すれば、 Q〜5.67SF(T1−T2)(3003×4)×10-8 〜6.12SF(T1−T2) 形態係数Fは値1を超えることはないので、輻射によ
る熱量移動の最大値は、 Q=6.12S(T1−T2) となる。
ここで、T1−T2=20[℃](体感センサ3の近辺が15
[℃]で壁温が−5[℃]程度の状態、つまり空調は効
果を発揮し始めたがいまだ壁温が低く輻射検出が必要な
状態)とし、体感センサ3の面積を4[cm]四方とすれ
ば、 Q=6.12×(0.04)×20〜0.195[W] となる。
形態係数F=1は相互に理想的に向き合う黒体にのみ
あり得ることであり、実際には面の向き合い方、反射な
どでF=0.01〜0.1が良いところである。
したがって、F=0.05とすると、 Q=0.01[W]=10[mW] と算出するのが現実的であると考えられる。
これはヒータ39(50[W]程度)が投入された場合、
熱が風によって奪われる(定常状態ではほぼ完全に熱が
流れると見てよい)割合よりも充分小さく、特に|T2−T
1|≦5[℃]以内ではQ=2.5[mW]となり、風による
熱の流れに対して輻射は極めて小さい。つまり、定数A
≫定数Bが成立すると見ることができる。
なお、体感センサ3の3辺を各々4[cm]程度とする
以外にも、形態係数F(影響要素は体感センサ3の取付
位置、色、形状)と面積Sとの関係が、 SF≦1×10-4[m2] 程度となるように、体感センサ3の大きさや形状、色な
どを合わせ込むことで定数A≫定数Bを実現してもよ
い。
次に、電子制御装置1が行なう空調制御処理ルーチン
を第6図のフローチャートにしたがって説明する。
電子制御装置1のCPUが本ルーチンを開始すると、ま
ず図示しないA/Cパネル設定スイッチより設定温度TSET
を入力するとともに、内気温度センサ9より内気温度T
R、車外気温センサ7より外気温度Tam、日射センサ5よ
り日射量Tsを入力する入力処理(ステップ100)を行な
う。次に、入力した内気温度TRと設定温度TSETとの温
度差の絶対値が値5以上か否かを判断する(ステップ11
0)。
上記温度差の絶対値が値5以上と判断した場合(ステ
ップ110)、ヒータ39への電力供給を停止するヒータOFF
処理(ステップ120)を行ない、輻射量Radの検出処理
(ステップ130)を実行する。ヒータ39への電力供給を
停止した状態では、既述したように式1の定数Aが値零
となり、式1の右項B・Radが残るから、体感センサ3
の出力から輻射量Radが検出される。
次に、検出した輻射量Radに定数αを乗算した値を目
標吹出空気温度TAΘから減算し、減算した計算値を新た
な目標吹出空気温度TAΘとして更新する処理(ステップ
140)を行なう。上記定数αは正の値である。したがっ
て、輻射量Radが大きいほど、目標吹出空気温度TAΘは
小さくなる。
目標吹出空気温度TAΘは次式から算出される。
TAΘ=A′TSET+B′TR+C′Tam+D′Ts+E′ なお、A′,B′,C′,D′,E′はいずれも定数である。
この後、ブロアモータ11の電圧VMとエアミックスド
ア開度Xとを、以下の各式で算出した値に制御し(ステ
ップ180)、再び本ルーチンをステップ100から繰り返
す。
VM=F|TR−TSET| X=G・TAΘ+H なお、F,G,Hは定数である。
これに対して、ステップ110で内気温度TRと設定温度
TSETとの温度差の絶対値が値5未満と判断された場
合、ヒータ39への電力供給を実行するヒータON処理(ス
テップ150)を行なって、気流速度Vの検出処理(ステ
ップ160)を実行する。ヒータ39への電力供給を実行し
た状態では、既述したように式1の定数A≫定数Bの関
係から、式1は と近似できる。したがって、気流速度Vは上式を変形し
た次式から求めることができる。
次に、ステップ160の処理で検出した気流速度Vに定
数βを乗算した値を目標吹出空気温度TAΘに加算し、加
算した値を新しい目標吹出空気温度TAΘとして更新する
処理(ステップ170)を行なう。定数βは正の値であ
る。したがって、気流速度Vが小さいほど、目標吹出空
気温度TAΘは小さくなる。
そして、ブロアモータ11の電圧VMとエアミックスド
ア開度Xとを各式で算出した値に制御し(ステップ18
0)、再び本ルーチンをステップ100から繰り返す。
したがって、本ルーチンが繰り返し実行されると、設
定温度TSETと内気温度TRとの温度差の絶対値が値5以
上のウォームアップ・クールダウン時には、ヒータ39へ
の電力供給を停止して輻射量Radを検出し、輻射量Radを
加味した空調制御が実現される。
これに対して、設定温度TSETと内気温度TRとの温度
差の絶対値が値5未満の安定制御時は、ヒータ39への電
力供給を実行して気流速度Vを検出し、気流速度Vを加
味した空調制御が実現される。
以上説明した自動車用空調制御装置によれば、取付空
間の小さい1個の体感センサ3を用いて、輻射量Radを
加味した空調制御と、気流速度Vを加味した空調制御と
が実現できるという効果を奏する。
また、ウォームアップやクールダウン時のように最適
温度への早期到達が望まれる場合には、輻射量Radを加
味した空調制御を自動的に実現し、内気気温TRが設定
温度TSETに近い安定制御時には気流速度Vを加味した
空調制御を自動的に実現するから、乗員の温感に適合し
た応答性のよい空調制御が可能になるという効果を奏す
る。
例えば、暑い日に長時間放置された大型乗用車などに
おいて、クールダウン時に車室の気温のみが設定温度に
近いのを検出しMaxCoolを停止して以降ゆるやかな制御
に切り替えると、なかなか設定温度に達しない結果とな
る。これは、車室の気温が車両ボディの暖まり方や冷え
方に影響されるからである。これに対して、上述した実
施例装置は、ウォームアップやクールダウン時には輻射
量Radを加味した空調制御を自動的に実現するから、よ
り適正時間のMaxCoolやMaxHotが実行され、内気温度TR
が一層短時間で最適温度に到達する。さらに、安定制御
時に単に内気温度TRに基づく空調制御を行なうとベン
トグリルの向きで温感に大きな差ができるが、実施例装
置は気流速度Vを加味した空調制御を実現するから、ベ
ントグリルの向きにさほど影響されない安定した温感の
実現が可能になる。
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し
得ることは勿論である。
例えば加熱手段への供給エネルギを調整して、式1の
定数Aと定数Bとの相対的な大きさの関係を調整するこ
とにより、第2モード制御手段が実現する風速を加味し
た空調制御において風速が反映する度合を調整したり、
風速を加味した制御であっても輻射の反映を利用する構
成としてもよい。
また、実施例においては、体感センサ3の大きさや形
状、色などを合わせ込むことで定数A≫定数Bの関係を
実現してもよい。
第6図のフローチャートにおけるステップ140の定数
α、ステップ170の定数βは、符号が正の範囲でソフト
スイッチあるいはマニュアルスイッチなどを用いて変更
可能な構成としてもよい。定数α,βを大きくすると、
目標吹出空気温度TAθの更新時に輻射量Radや気流速度
Vが反映する程度が大きなるから、輻射量Radや気流速
度Vにより敏感に反応する空調制御が実現される。ま
た、定数α,βを大きくすると、全体に涼し目で安定す
る制御が実現される。このことから、定数α,βの設定
により涼し目で安定させたり、暖か目で安定させたり
と、使用者の好む温感に繊細に対応する空調制御が可能
になる。
発明の効果 以上詳述したように、本発明の自動車用空調制御装置
によれば、体感センサの加熱手段の加熱を停止した状態
で空調装置を制御することにより輻射を加味した空調制
御を実現する第1モード制御手段と、加熱手段の加熱を
実行した状態で空調装置を制御することにより風速を加
味した空調制御を実現する第2モード制御手段とを切換
可能に構成したから、1個の体感センサを用いて輻射と
風速との両方を加味した空調制御が実現できるという効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
2図は本発明の一実施例としての自動車用空調制御装置
のブロック図、第3図は体感センサの平面図、第4図は
体感センサの縦断面図、第5図は体感センサの取付状態
を示す説明図、第6図は電子制御装置において実行され
る空調制御処理ルーチンを例示するフローチャートであ
る。 1……電子制御装置、3……体感センサ 31……気温検出用サーミスタ 37……輻射・気流検出用サーミスタ 39……ヒータ、45……車室天井

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車室に配置され、加熱手段により加熱され
    る加熱側温度検出素子および前記加熱手段による熱の影
    響を受けない非加熱側温度検出素子を有する体感センサ
    と、 該体感センサの前記加熱手段による加熱を停止した状態
    において、前記加熱側温度検出素子の出力から検出され
    る温度と前記非加熱側温度検出素子の出力から検出され
    る温度との温度差に基づき空調装置を制御する第1モー
    ド制御手段と 前記体感センサの前記加熱手段による加熱を実行した状
    態において、前記加熱側温度検出素子の出力から検出さ
    れる温度と前記非加熱側温度検出素子の出力から検出さ
    れる温度との温度差に基づき前記空調装置を制御する第
    2モード制御手段と、 前記第1モード制御手段および前記第2モード制御手段
    を切り替えるモード切替手段と を備えることを特徴とする自動車用空調制御装置。
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