JP3071531B2 - 車両用空調装置のコンプレッサ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用空調装置に設け
られた可変容量コンプレッサの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンのオーバーヒートを防止
するため、エンジンの冷却水温度が高いとき、可変容量
コンプレッサの容量を小さくする技術が、特開昭５９−
１８０１７号公報並びに特開昭６０−６４０２１号公報
等に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
技術では、エンジン冷却水温度の絶対値のみに基づいて
コンプレッサ容量を制御しているため、次の問題点があ
った。

【０００４】（１）エンジン冷却水温度は走行状態によ
って常に変動しており、それに応じて上記制御によりコ
ンプレッサの負荷が変化すると、「エンジン負荷が変動
する」→「冷却水温度が変動する」→「それに応じてコ
ンプレッサ容量を制御する」→「コンプレッサ負荷が変
化する」、という動作を繰り返す制御ハンチングが生じ
る。

【０００５】（２）エンジン冷却水温度の変化速度は、
走行状態や外気温度によって変化する。例えば高外気温
時に、高速走行から急にアイドル状態になった場合、冷
却水温度の上昇速度が非常に大きくなる。そのため、冷
却水温度の上昇に応じて容量減少の制御信号を発して
も、実際に容量可変部材が作動してコンプレッサ容量が
小さくなり、それによりエンジン負荷が小となるまでに
は時間的な遅れがあり、制御が間に合わずにオーバーヒ
ートを起こしてしまうことがある。特に斜板式の可変容
量コンプレッサを用いている場合は、圧力バランスで容
量が変化するようになっているので、容量可変部材の作
動から実際に容量小となるまでに６〜７秒かかり、上記
の不具合が生じやすい。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、制御ハンチ
ングや制御遅れの問題を改善することのできる車両用空
調装置のコンプレッサ制御装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のコンプレッサ制
御装置は、上記課題を解決するため、図１に示すよう
に、空調ダクトに配設されたエバポレータ１と、このエ
バポレータ１に接続されエンジンにより駆動される可変
容量コンプレッサ２と、車内熱負荷に応じて上記エバポ
レータ１の目標温度を演算するエバポレータ目標温度演
算手段３と、上記エバポレータの温度を検出するエバポ
レータ温度検出手段４と、上記エンジンの冷却水温度Ｔ
ｗを検出するエンジン冷却水温度検出手段５と、該手段
５の検出したエンジン冷却水温度の変化速度ｄ／ｄｔ
（Ｔｗ）を演算するエンジン冷却水温度変化速度演算手
段６と、上記エンジン冷却水温度検出手段６の検出した
エンジン冷却水温度Ｔｗと上記エンジン冷却水温度変化
速度演算手段６の演算したエンジン冷却水温度変化速度
ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）とに基づいてコンプレッサ規制容量を
ファジィ推論するファジィ推論手段７と、該手段７の推
論したコンプレッサ規制容量の範囲内で上記エバポレー
タ検出温度とエバポレータ目標温度の偏差を所定値以下
とするように上記コンプレッサの容量を演算するコンプ
レッサ容量演算手段８と、該手段８の演算結果に基づい
て上記コンプレッサ２の容量を制御するコンプレッサ容
量制御手段９と、を具備したことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の装置では、ファジィ推論手段７が、エ
ンジン冷却水温度Ｔｗとエンジン冷却水温度変化速度ｄ
／ｄｔ（Ｔｗ）とに基づいてコンプレッサの規制容量を
演算する。つまりこの場合、ファジィ推論の前件部パラ
メータ（入力）をエンジン冷却水温度Ｔｗ及びエンジン
冷却水温度変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）とし、後件部パラ
メータ（出力）を規制容量θｍとしている。

【０００９】ファジィ推論は、経験則などに基づいて定
められたファジィルールに従って推論結果を出力するも
ので、そのやり方の手順は例えば次の通りである。ま
ず、各ファジィルールに従って、予め与えられた入力側
メンバーシップ関数より、前件部の変数Ｔｗのグレード
（ファジィラベルに対する所属度、適合度、あるいはメ
ンバーシップ値とも言う）を求め、次いでもう一つの変
数ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）のグレードを求め、両グレードの最
小値をとる。この処理を前件部処理と言う。次に、後件
部処理として、出力側メンバーシップ関数を上記のグレ
ードの所で頭切り処理し（つまり制限を加えることであ
る）、頭切り処理して得た台形出力を論理和する。次い
で、論理和して重ね合わせた台形部の重心を求めて、そ
の重心位置を推論結果、つまり最終出力である「コンプ
レッサの規制容量θｍ」とする。この推論手法は、例え
ば特開平２−９２７６３号公報等において公知の手法を
応用したものである。推論手法は別に他の方法を採用し
ても構わない。

【００１０】そして、上記のように推論した規制容量の
範囲内で、エバポレータ検出温度とエバポレータ目標温
度の偏差を所定値以下とするように、コンプレッサの容
量を演算し、演算した値となるようにコンプレッサの容
量を制御する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は実施例のコンプレッサ制御装置を含む空
調装置の概略構成を示す。この空調装置においては、空
調ダクト１０の最上流部に、内気入口１０Ａと外気入口
１０Ｂが２股に分れる形で形成され、その分かれた部分
にインテークドア１１が設けられている。そして、この
インテークドア１１を開閉制御することにより、空調ダ
クト１０内に導入すべき内気と外気の割合を調節するこ
とができるようになっている。

【００１２】空調ダクト１０には、下流側に行くに従っ
て順に、送風ファン１２、エバポレータ１３、エアミッ
クスドア１４、ヒータ１５が設けられている。エバポレ
ータ１３は、コンプレッサ１６、コンデンサ１７、レシ
ーバタンク１８及びエキスパンションバルブ１９と共に
配管結合されて、冷凍サイクルを構成している。

【００１３】上記コンプレッサ１６として、ここでは斜
板式可変容量コンプレッサが用いられている。このコン
プレッサ１６は、簡単に説明すると、容量が斜板（揺動
板）の傾斜角度で決まり、斜板の傾斜角度がクランク室
の圧力で決まり、クランク室の圧力がソレノイドバルブ
１６Ａの実質開度によって決まる。つまり、ソレノイド
バルブ１６Ａへの供給電流Ｉｓｏｌを大きくするとコン
プレッサ容量が減少し、ソレノイドバルブ１６Ａへの供
給電流を小さくするとコンプレッサ容量が増加するとい
うものである。ここでは、ソレノイドバルブ１６Ａへの
供給電流Ｉｓｏｌが０．６５アンペア（Ａ）のとき容量
が０％となり、供給電流Ｉｓｏｌが０アンペア（Ａ）の
とき容量が１００％となるようになっている。この可変
容量コンプレッサ１６は、エンジンから伝達される力で
駆動され、電磁クラッチ１６Ｂを断続することにより駆
動制御される。

【００１４】また、エアミックスドア１４は、開度に応
じてヒータ１５を通過する空気とヒータ１５を通過しな
い空気との割合を調節する。そして、ヒータ１５を通過
した空気と通過しない空気は、ヒータ１５の下流側で混
合されて温度調節され、吹出口から車内に吹き出され
る。

【００１５】空調ダクト１０の後端部は、フロントガラ
スの内面に向かって空気を吹き出すデフロスト吹出口２
１と、乗員の顔面に向かって空気を吹き出すベント吹出
口２２と、乗員の足元に向かって空気を吹き出す吹出口
２３と、に分かれて車室内に開口しており、各吹出口２
１、２２、２３にはそれぞれモードドア２４、２５、２
６が設けられている。そして、これらモードドア２４、
２５、２６を選択的に開閉することで、吹出モードを変
えることができるようになっている。

【００１６】上述したインテークドア１１、エアミック
スドア１４、モードドア２４〜２６はそれぞれ図示しな
いアクチュエータにより開閉制御される。これら各アク
チュエータ、送風ファン１２、コンプレッサ１６のソレ
ノイドバルブ１６Ａ、電磁クラッチ１６Ｂは、それぞれ
コントロールユニット５０により駆動制御される。

【００１７】コントロールユニット５０は、上記各アク
チュエータ、送風ファン１２、ソレノイドバルブ１６
Ａ、電磁クラッチ１６Ｂ等を駆動する駆動回路と、各駆
動回路に制御信号を供給するマイクロコンピュータと、
マイクロコンピュータに接続されたＡ／Ｄ変換器と、マ
ルチプレクサとを含むものである。

【００１８】そして、このコントロールユニット５０内
のＡ／Ｄ変換器には、エアミックスドア１４の開度を検
出するポテンショメータ５１と、車室内に入る日射量を
検出する日射センサ５２と、外気温度を検出する外気温
度センサ５３と、車室内の代表温度を検出する内気温度
センサ５４と、車室内の温度を設定する温度設定器５５
と、エバポレータ１３の出口温度を検出するダクトセン
サ（エバポレータ温度検出手段）５６と、エンジン冷却
水温度を検出する水温センサ（エンジン冷却水温度検出
手段）５７が接続され、各センサ類からのデータがマイ
クロコンピュータに入力されるようになっている。

【００１９】また、コントロールユニット５０は、少な
くともコンプレッサのＯＮ−ＯＦＦ操作を行うエアコン
スイッチ（Ａ／Ｃ ＳＷ）６１と、ファン及びコンプレ
ッサを停止するオフスイッチ（ＯＦＦ ＳＷ）６２と、
を有する操作ユニット６０と接続されており、相互に信
号の授受が行えるようになっている。

【００２０】次に、上記空調装置のコントロールユニッ
ト５０により行われる制御の内容を説明する。ここで
は、コンプレッサ制御の内容についてのみ説明する。図
３に示す制御ルーチンがスタートすると、まずステップ
１０１においてオフスイッチ（ＯＦＦ ＳＷ）６２がＯ
Ｎされたかどうかを判定し、ＮＯの場合はステップ１０
２でエアコンスイッチ（Ａ／Ｃ ＳＷ）６１がＯＮされ
ているかどうかを判定する。エアコンスイッチ６２がＯ
Ｎされている場合は、ステップ１０３に進んでエンジン
冷却水温度Ｔｗが非常に高温（１２０℃以上）かどうか
を判定し、高温でない場合はステップ１０４に進む。

【００２１】オフスイッチ６２がＯＮされた場合、また
エアコンスイッチ６１がＯＮされていない場合、さらに
エンジン冷却水温度Ｔｗが非常に高温でオーバーヒート
のおそれのある場合は、ステップ１０７に進んでコンプ
レッサをオフモードにして、図示しない空調制御のメイ
ンルーチンに戻る。

【００２２】ステップ１０４に進んだ場合は、ここでエ
ンジン冷却水温度Ｔｗが低いかどうか（９０℃より低い
かどうか）を判定する。冷却水温度Ｔｗが高い場合は、
オーバーヒートの可能性があるので、これを未然に防ぐ
ためステップ１０５に進んでコンプレッサ規制容量を演
算する。このステップ１０５の演算内容は、図４を用い
て後に詳しく述べる。冷却水温度Ｔｗが低い場合はオー
バーヒートの心配がないから、コンプレッサの容量規制
をする必要がないので、規制容量演算のステップ１０５
は飛ばす。

【００２３】次に、ステップ１０６でコンプレッサをＯ
Ｎモードにし、ステップ１０８で最適なコンプレッサ容
量を演算し、演算した値となるようにコンプレッサ容量
を制御する。この場合、ステップ１０５で求めた容量規
制がある場合には、規制容量の範囲内で、エバポレータ
検出温度（ダクトセンサ５６の検出温度）がエバポレー
タ目標温度（この値は主に、車内温度、外気温度、設定
温度、日射量によって求められる車内熱負荷に応じて設
定されるが、除湿制御のときなどは強制的に特定値に決
められることもある）となるようにコンプレッサ容量の
値を決定する。なお、この場合の容量制御量は比例積分
演算で求める。そして、コンプレッサ容量制御が終了し
たら、メインルーチンに戻る。

【００２４】次に、サブルーチンとして定義されている
規制容量演算の内容を図４〜図６を参照しながら説明す
る。このルーチンがスタ−トすると、まず、ステップ２
０１で冷却水温度Ｔｗを読み込む。次いで、冷却水温度
Ｔｗを微分して冷却水温度の変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）
を演算する。次いで、ステップ２０３、２０４、２０５
で冷却水温度Ｔｗと冷却水温度変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔ
ｗ）とを前件部パラメータとして、規制容量θｍをファ
ジィ推論する。

【００２５】このファジィ推論では、経験則あるいは実
験などで得られた実績により、図５にマトリックスで示
すような７個のファジィルールが設定されている。ここ
で、各符号（ファジィラベル）は、次の意味で用いられ
ている。冷却水温度Ｔｗについては、 ＰＬ … 温度が高い（１２０℃程度以上） ＰＭ … 温度が中位 ＰＳ … 温度が低い ＺＲ … 温度が非常に低い（９０℃程度以下） 冷却水温度変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）については、 ＰＬ … 正方向に大きい（温度上昇速度が大きい） ＰＭ … 正方向に中位 ＰＳ … 正方向に小さい ＺＲ … ほとんど「０」 ＮＳ … 負方向に小さい ＮＭ … 負方向に中位 ＮＬ … 負方向に大きい（温度下降速度が大きい） 規制容量θｍについては、 ＰＬ … 規制が大きい（容量可変域最小） ＰＭ … 規制が中位 ＰＳ … 規制が小さい ＺＲ … 規制がない（容量可変域最大） したがって、例えば一つのルールは、冷却水温度Ｔｗが
低く（ＺＲ）ても、温度上昇速度ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）が大
きい（ＰＬ）場合には、規制容量を最大にする（Ｐ
Ｌ）、というものである。

【００２６】そして、各パラメータＴｗ、ｄ／ｄｔ（Ｔ
ｗ）、θｍ毎に上記のラベルを表現するメンバーシップ
関数として、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すもの
が用いられている。（ａ）の関数は入力パラメータＴｗ
のメンバーシップ関数、（ｂ）の関数は入力パラメータ
ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）のメンバーシップ関数、（ｃ）の関数
は出力パラメータθｍのメンバーシップ関数である。

【００２７】ファジィ推論過程では、上記のファジィル
ールに従い、特開平２−９２７６３号公報などで公知の
ＭＩＮ−ＭＡＸルールを用いて、規制容量θｍを演算す
る。その流れは、まず最初にステップ２０３でルール毎
の入力側メンバーシップ関数により、前件部パラメータ
Ｔｗ、ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）のグレードＷｉを求め、その最
小値をとる。次いで、ステップ２０４で出力側メンバー
シップ関数により、各ルール毎のグレードから、後件部
出力である規制容量θｍｉを求める。そして、ステップ
２０５で各ルール毎に得た後件部出力を論理和して重心
を求め、その重心位置を最終的な規制容量θｍとする。
推論したら、次にステップ２０６に進んで、その推論し
た規制容量θｍを、ソレノイドバルブ１６Ａへの供給電
流に対応した信号値Ｉｓｏｌｍ（規制電流値）に変換す
る。今、電流が０．６５アンペアのとき最小容量となる
から、０．６５〜Ｉｓｏｌｍの間が、Ｉｓｏｌの変化範
囲となる。そして、規制容量に対応した電流値を演算し
たら、図３のコンプレッサ制御ルーチンに戻る。

【００２８】このように、エンジン冷却水温度Ｔｗとそ
の温度変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔｗ）を入力因子として、オ
ーバーヒート防止のための規制容量θｍを求め、その規
制容量の範囲内でコンプレッサの容量を制御するので、
制御ハンチングや制御遅れを改善したコンプレッサ制御
が可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のコンプレ
ッサ制御装置によれば、エンジン冷却水温度と同温度の
変化速度の両方を入力因子としているので、車両走行状
態の変化に伴なう冷却水温度の変化に対しても、的確な
タイミングでコンプレッサの容量制御を行うことができ
る。また、ファジィルールやメンバーシップ関数に、容
量可変の際の応答遅れを反映させておくことで、制御遅
れの問題も解消することができる。しかも、規制容量は
ファジィ推論により求めるので、複雑な制御ロジックを
必要とせずに簡単に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】同実施例におけるコンプレッサ制御の内容を示
すフローチャートである。

【図４】同コンプレッサ制御の中の規制容量演算の内容
を示すフローチャートである。

【図５】同規制容量演算の中のファジィ推論に用いるル
ールを示す図である。

【図６】上記ファジィ推論に用いるメンバーシップ関数
を示し、（ａ）は前件部パラメータであるエンジン冷却
水温度Ｔｗのメンバーシップ関数、（ｂ）は前件部パラ
メータであるエンジン冷却水温度変化速度ｄ／ｄｔ（Ｔ
ｗ）のメンバーシップ関数、（ｃ）は後件部パラメータ
であるコンプレッサ規制容量のメンバーシップ関数であ
る。

【符号の説明】

１，１３ エバポレータ ２，１６ 可変容量コンプレッサ ３ エバポレータ目標温度演算手段 ４ エバポレータ温度検出手段 ５ エンジン冷却水温度検出手段 ６ エンジン冷却水温度変化速度演算手段 ７ ファジィ推論手段 ８ コンプレッサ容量演算手段 ９ コンプレッサ容量制御手段 １０ 空調ダクト １６Ａ ソレノイドバルブ（容量調節手段） ５６ ダクトセンサ（エバポレータ温度検出手段） ５７ 水温センサ（エンジン冷却水温度検出手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空調ダクトに配設されたエバポレータと、 このエバポレータに接続されエンジンにより駆動される
   可変容量コンプレッサと、 車内熱負荷に応じて上記エバポレータの目標温度を演算
   するエバポレータ目標温度演算手段と、 上記エバポレータの温度を検出するエバポレータ温度検
   出手段と、 上記エンジンの冷却水温度を検出するエンジン冷却水温
   度検出手段と、 該手段の検出したエンジン冷却水温度の変化速度を演算
   するエンジン冷却水温度変化速度演算手段と、 上記エンジン冷却水温度検出手段の検出したエンジン冷
   却水温度と、上記エンジン冷却水温度変化速度演算手段
   の演算したエンジン冷却水温度変化速度とに基づいてコ
   ンプレッサ規制容量をファジィ推論するファジィ推論手
   段と、 該手段の推論したコンプレッサ規制容量の範囲内で、上
   記エバポレータ検出温度とエバポレータ目標温度の偏差
   を所定値以下とするように上記コンプレッサの容量を演
   算するコンプレッサ容量演算手段と、 該手段の演算結果に基づいて上記コンプレッサの容量を
   制御するコンプレッサ容量制御手段と、 を具備したことを特徴とする車両用空調装置のコンプレ
   ッサ制御装置。