JP3448310B2

JP3448310B2 - 自動車用空気調和装置の制御装置

Info

Publication number: JP3448310B2
Application number: JP10422792A
Authority: JP
Inventors: 二三男萩; 弘明斉藤
Original assignee: カルソニックカンセイ株式会社
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-04-23
Publication date: 2003-09-22
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JPH05294126A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、自動車用空気調和装置
の制御装置に係り、特にエアミックスドア制御にファジ
ィ制御を適用して短時間で目標温度に到達しうるように
したものに関する。【０００２】【従来の技術】近年の自動車用空気調和装置では、安全
性の向上等を目的としたオートエアコンが普及してい
る。従来のオートエアコンは、乗員が所望の設定温度を
指示するだけで、自動的に吹出風の温度、コンプレッサ
の作動・停止、吹出口モードの設定、内外気の選択、お
よび風量の切り替えを行うようになっている。かかる制
御は、自動車や空気調和装置等の所定の位置に設けられ
た各種センサからの入力信号を制御手段に取り込むこと
によって、この制御手段であらかじめ決められた判断基
準に従って演算されるように構成されている。【０００３】例えば、吹出風温度の制御について説明す
ると、このシステムは、図１１に示すように、センサ群
として温度設定器１２、外気温センサ２１、日射センサ
２２、室温センサ１３、吹出温センサ２３、およびドア
開度検出手段２４を有している。温度設定器１２は室内
のコントロールパネルに設けられており、乗員が所望の
温度を選択でき、外気温センサ２１は室外の例えばフロ
ントグリル周辺に取り付けられ、外気温度を検知する。
また、日射センサ２２は室内のインストルメントパネル
の上面に設けられて室内に入射する日射量を検知する。
一方、室温センサ１３はインストルメントパネルの前面
等に設けられて現在の室内温度を検知し、また、吹出温
センサ２３はエバポレータ直後の空気温度を検知する。
さらに、ドア開度検出手段２４は現在のエアミックスド
アの開度を検知する例えばＰＢＲ等から構成されてい
る。これらのセンサ群からの情報は制御手段２５に取り
込まれた後に、図１２に示す制御手順に従って演算処理
が行われ、得られた演算結果をエアミックスドアアクチ
ュエータ１１に出力し、エアミックスドアを所定の方向
および開度に作動させる。【０００４】具体的には、図１２のフローチャートに示
すように、ドア開度検出手段２４から現在のエアミック
スドアの開度Ｘを検出し、このデータを制御手段に取り
込み（ステップ１）、下記の演算式１に従ってＳ値を算
出する（ステップ２）。【０００５】【数１】【０００６】この演算式１において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇは空気調和装置を搭載する車両特有の補正定
数で、あらかじめ車両ごとに決定された値である（その
一例を同図(a) に示してある）。また、Ｔ_PTCは乗員が
選択した設定温度、Ｔ_AMBは外気温、Ｑ_SUNは日射量、
Ｔ_INCは室内温度、Ｔ_INTは吹出温度である。【０００７】そして、このようにして求められたＳ値を
基準値と比較して（ステップ３）、例えば、Ｓ＜−２の
ときは、エアミックスドアをＣＯＬＤ側へ回動させ（ス
テップ４）、Ｓ＞２のときは、エアミックスドアをＨＯ
Ｔ側へ回動させる（ステップ６）。また、−２≦Ｓ≦２
のときは、エアミックスドアをそのままの位置に維持す
る（ステップ５）。【０００８】【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のエアミックスドア制御では演算式１を用いて
おり、一つの温調式で判断しているため、冷暖房時間を
短縮しようとした場合に一定の限界があった。つまり、
ウォームアップやクールダウンの初期は急速温調を行な
って最短時間で設定温度に近付け、設定温度にある程度
近付くと徐々に制御を緩和して違和感なく設定温度に到
達するように制御することが最も好ましいが、一つの温
調式で判断すると、目標値に対してその一つの温調式で
求まる傾きの制御（線形制御）しかできないため、室内
の状態に適した非線形制御を行うことができず、ウォー
ムアップやクールダウン時間の短縮は困難である。ま
た、従来の制御では、快適性を損なうオーバシュートや
アンダシュートの発生を抑制するため、遅延された定数
を使っていることも冷暖房時間の短縮化を妨げる一因に
なっている。【０００９】また、一つの温調式いえども複雑な内容で
あるため、演算式の理解に熟練を必要とし、特に仕様変
更や機能追加の時にプログラムミスを犯す等の危険があ
り、プログラム作業の正確さを確保することが困難であ
るのみならず、部分的な微調整を行うと演算式全体をも
微調整する必要があり、車両ごとに設定する定数等のプ
ログラム作業に長時間を要していた。【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、ウォームアップやクールダ
ウンを短時間で行うことができ、しかもプログラムの設
定や変更等の作業を短時間でかつ容易に行うことができ
る自動車用空気調和装置の制御装置を提供することを目
的とする。【００１１】【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ヒータユニット内に設けられたエアミック
スドアを所定の速度および方向に回動させるエアミック
スドア駆動手段と、所望の温度を選択する温度設定器
と、車室内の温度を検知する室温センサと、前記温度設
定器と前記室温センサによりそれぞれ得られた設定温度
と室温との温度差を演算する設定温度差演算手段と、前
記室温センサにより得られた室温データに基づいて室温
の変化量を演算する室温変化量演算手段と、前記設定温
度差演算手段と前記室温変化量演算手段によりそれぞれ
得られた設定温度差データと室温変化量データを用いて
あらかじめ設定されたファジィ制御則に従って前記エア
ミックスドア駆動手段の動作速度と動作方向を推論する
ファジィ推論手段とを有することを特徴とする。【００１２】【作用】このように構成した本発明にあっては、温度設
定器と室温センサから得られた温度データを基に、まず
設定温度差演算手段で設定温度と室温との温度差を演算
するとともに室温変化量演算手段で室温の変化量を演算
し、これら設定温度差データと室温変化量データに基づ
いてファジィ推論手段にてあらかじめ設定されたファジ
ィ制御則に従ってエアミックスドア駆動手段の動作速度
と動作方向を推論する。【００１３】【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１は本発明の一実施例に係る自動車用空気調
和装置の制御装置を示すブロック図、図２は同実施例の
前件部変数に係るメンバーシップ関数を示す図、図３は
同実施例の前件部変数に係る他のメンバーシップ関数を
示す図、図４は同実施例のルールテーブルを示す図、図
５は同実施例の出力条件を示す図、図６は同実施例の他
の出力条件を示す図、図７は同実施例による演算方法の
説明に供する図、図８は同実施例と従来例によるクール
ダウンテストの結果を示すグラフ、図９はそのときのＰ
ＢＲ電圧を示すグラフ、図１０はそのときのファン電圧
を示すグラフである。【００１４】本実施例は、吹出風温度の制御をファジィ
制御を用いて構成した自動車用空気調和装置である。ま
ず、図１に基づいて構成を説明すると、この自動車用空
気調和装置の本体は、一般の自動車用空気調和装置と同
様、内気または外気を選択的に取り入れるインテークユ
ニット１と、取り入れ空気を冷却するクーリングユニッ
ト２と、取り入れ空気を調和して温調した後この調和空
気を車室内に吹き出すヒータユニット３とで構成されて
いる。インテークユニット１はモータ４によって所定の
速度で回転するファン５を有し、クーリングユニット２
には冷房サイクルを構成するエバポレータ６が内設され
ている。ただし、本発明においてこのクーリングユニッ
ト２は必須のものではなく、インテークユニット１とヒ
ータユニット３とを直接接続してもよい。【００１５】ヒータユニット３にはヒータコア７が内設
されており、このヒータコア７の近傍には取り入れ空気
がヒータコア７を迂回して混合室８に至る迂回路９が形
成されている。また、ヒータコア７の上流側には、ヒー
タコア７を通過する空気の量と迂回路９を通過する空気
の量との比率を調節するためのエアミックスドア１０が
回動自在に設けられており、このエアミックスドア１０
は電動アクチュエータなどのエアミックスドアアクチュ
エータ１１（エアミックスドア駆動手段）によって回動
するようになっている。これにより、ヒータコア７の下
流に形成された混合室８には、ヒータコア７を通過して
加熱された温風と、迂回路９を通過した非加熱の冷風と
が流下することになり、ここで両者が混合して適当な温
度にミックスされた後に、混合室８に開設されたデフ吹
出口１２、ベント吹出口１３、フット吹出口１４のいず
れかの吹出口から車室内に供給される。ここで、デフ吹
出口１２は温風をフロントガラス内面に導いてガラスの
曇りを除去するための吹出口であり、ベント吹出口１３
は調和空気を乗員の上半身に吹き出して室内の温調を司
るための吹出口である。また、フット吹出口１４は主に
温風を乗員の足元に導いて乗員の暖房感を高めるための
吹出口である。これらの吹出口１２〜１４には、それぞ
れデフドア１５、ベントドア１６、フットドア１７が回
動自在に設けられており、例えばリンク機構を介して電
動アクチュエータなどによる自動操作によって所望の吹
出口モードに設定される。【００１６】本実施例では、センサ群として温度設定器
１２と室温センサ１３を有する。温度設定器１２は、室
内のコントロールパネルに設けられており、乗員が所望
の温度を選択でき、また、室温センサ１３は、インスト
ルメントパネルの前面等に設けられて現在の室内温度を
検知する。これら温度設定器１２と室温センサ１３から
の温度データはコントロールアンプ１４に取り込まれ
る。【００１７】コントロールアンプ１４は、入力アナログ
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５と、
温度設定器１２と室温センサ１３からの温度データに基
づいて両者の温度差を演算する設定温度差演算手段１６
と、室温センサ１３からの温度データに基づいて室温の
変化量を演算する室温変化量演算手段１７とを備えてい
る。設定温度差演算手段１６は、設定温度差、つまり
（設定温度）−（室温）を演算して設定温度差信号ｘ₁
をファジィ推論手段１８に出力する。また、室温変化量
演算手段１７は、室温変化量、例えば、（現在の室温）
−（１分４０秒前の室温）を演算して室温変化量信号ｘ
₂をファジィ推論手段１８に出力する。なお、本実施例
では省略しているが、外気温や日射量によって設定温度
差を補正するようにしてもよい。【００１８】また、本実施例のファジィ推論手段１８
は、ファジィ推論用のメンバーシップ関数を格納するＲ
ＯＭと、ファジィ推論のロジックが格納されているファ
ジィ推論部と、アクチュエータ１１の動作方向と動作速
度を算出して信号合成手段１９へ出力する演算部とから
構成されている。【００１９】このファジィ推論手段１８では、二つの入
力値、つまり、設定温度差信号ｘ₁と室温変化量信号ｘ
₂を基に、ファジィ推論によってエアミックスドア１０
の動作方向と動作速度を決定して動作方向信号ｘ₃と動
作速度信号ｘ₄を信号合成手段１９に出力するが、これ
らの操作量はＲＯＭに予め格納された各制御則から求め
られた適合度により実行される。すなわち、図２は前件
部変数に係るメンバーシップ関数であり、設定温度差演
算手段１６から出力された設定温度差信号ｘ₁を横軸
に、これに応じた適合度を縦軸に示している。このと
き、ファジィラベルすなわち曖昧さを含んだ概念で適合
度を表現すると、設定温度差が＋２度以上の場合は「大
変寒い（ＶＶＣＬ）」、＋１〜＋３度が「かなり寒い
（ＶＣＬ）」、０〜＋２度が「寒い（ＣＬ）」、−１〜
＋１度が「適温（ＧＤ）」、−２〜０度が「暑い（Ｈ
Ｔ）」、−３〜−１度が「かなり暑い（ＶＨＴ）」、−
２度以下が「大変暑い（ＶＶＨＴ）」となる。また、図
３は同じく前件部変数に係るメンバーシップ関数であっ
て、室温変化量演算手段１７から出力された室温変化量
信号ｘ₂を横軸に、これに応じた適合度を縦軸に示して
いる。すなわち、室温変化量が＋８度以上の場合は「室
温の上昇大（ＶＵＰ）」、０〜＋１６度が「室温の上昇
小（ＵＰ）」、−８〜＋８度が「変化なし（ＮＴ）」、
−１６〜０度が「室温の下降小（ＤＮ）」、−８度以下
が「室温の下降大（ＶＤＮ）」としている。【００２０】一方、図５は後件部変数に係る出力条件で
あり、エアミックスドア１０の動作方向を決定する出力
信号ｘ₃のプログラム上のビット番号（これを動作モー
ドの意味でＭＯＤという）とこれに応じた動作方向を示
している。このとき、本実施例ではプログラム上のビッ
ト番号（ＭＯＤ）は０１〜３１まで設定されており、Ｍ
ＯＤ値が１６の場合は「停止」、１６より大きく３１以
下が「正転（本実施例ではＨＯＴ側）」、０１以上１６
未満が「逆転（本実施例ではＣＯＯＬ側）」となってい
る。また、図６は同じく後件部変数に係る出力条件であ
り、エアミックスドア１０の動作速度を決定する出力信
号ｘ₄のプログラム上のビット番号（これをパルス幅制
御によるという意味でＰＷＭという）とこれに応じた動
作速度を示している。ここでもまた、プログラム上のビ
ット番号（ＰＷＭ）は０１〜３１まで設定されており、
ＰＷＭ値が３１に近付くほど動作速度が速く、逆に０１
に近付くほど動作速度が遅くなるようになっている。【００２１】さらに、図４はファジィ推論部に格納され
た予測ルールテーブルであり、設定温度差と室温変化量
の各適合度の組み合わせに対するＭＯＤ値とＰＷＭ値の
組み合わせ（ＭＯＤ／ＰＷＭ）をあらかじめ設定したも
のである。このテーブル上のＭＯＤ／ＰＷＭ値は、後述
するように設定温度差と室温変化量の各適合度に重み付
けを行って動作方向と動作速度の各出力値を決定する場
合の重み付け定数として用いられる。制御性のチューニ
ングは、このテーブルのＭＯＤ／ＰＷＭ値を変更して行
うことになる。【００２２】そして、ファジィ推論手段１８は、図２と
図３に示すメンバーシップ関数と図４に示す予測ルール
テーブルとによってファジィ推論を行って出力値を求め
る。ファジィ推論で出力を導く手法としては、一般に、
面積法、高さ法、重心法等があるが、本実施例では、収
束性やチューニング性の良さを重視して高さ法を用いる
ことにする。この高さ法による演算方法の具体例を、図
７を参照して以下説明する。【００２３】まず、二つの入力値（設定温度差ｔ₁、室
温変化量ｔ₂）を用いて図４のルールテーブルに対して
前件部の設定温度差と室温変化量のそれぞれの適合度を
図２と図３のメンバーシップ関数から算出する。例え
ば、図７(a) に示すように設定温度差ｔ₁の適合度は、
ＶＶＨＴ（大変暑い）が０．７（＝ａ₁）、ＶＴＨ（か
なり暑い）が０．３（＝ａ₂）であり、また、図７(b)
に示すように室温変化量ｔ₂の適合度は、ＶＤＮ（室温
の下降大）が０．８（＝ｂ₁）、ＤＮ（室温の下降小）
が０．２（＝ｂ₂）であるとする。こうして求めた適合
度に図４の予測ルールテーブルの定数（ＭＯＤ／ＰＷＭ
値）で重み付けを行う。図７(c) にこのルールテーブル
の該当部分を示している。このとき、前件部に各二つの
条件がある（つまり、ａ₁ｂ₁，ａ₁ｂ₂，ａ₂ｂ₁，
ａ₂ｂ₂）ので、ファジィ理論に基づき、論理積をと
る。すなわち、下記の数式２と数式３に従ってそれぞれ
エアミックスドア１０の動作方向と動作速度の出力値
（ＭＯＤ値とＰＷＭ値）を算出する。【００２４】【数２】【００２５】【数３】【００２６】その結果、ＭＯＤ値は５．２１なので、図
５の出力条件より、エアミックスドア１０の動作方向は
「逆転」つまりＣＯＯＬ側となり、またＰＷＭ値は２
３．９３なので、図６の出力条件より、エアミックスド
ア１０の動作速度は「やや速い」となる。【００２７】以上のようなファジィ制御を用いたクール
ダウンテストの結果を図８〜図１０に示す。テスト条件
は、同一の車両を用い、外気温３５℃湿度７０％、目標
設定温度２５℃、車両の走行速度４０km／h 一定、であ
る。図８に示すように、本実施例のファジィ制御によれ
ば、従来の制御の場合と比較して、クールダウンの開始
後目標温度に到達するまでの時間が約４０秒ほど早くな
っている（率にして約２０％の短縮）。これは、非線形
制御が可能になったことのほか、図９に示すように従来
の制御ではクールダウン開始と同時にＨＯＴ側に動いて
いるのに対して本発明では少なくともクールダウンの最
中にはフルクールに制御が固定されているためである。
なお、図８において、設定温度は２５℃であるが、２５
±１℃の範囲でクールダウン時間を判定している。ま
た、このようなクールダウンのみならずウォームアップ
ついてもこれに要する時間の短縮が図られることは明ら
かである。【００２８】また、本実施例によれば、図８に示すよう
にクールダウン後に室温が実際に目標温度（２５℃）に
到達するため、図１０に示すように、安定制御に入って
からファン電圧をＬＯＷ（５Ｖ）にすることができるの
で、従来のようにクールダウン後であるにもかかわらず
風量が多い（６Ｖ）といった違和感が解消されるととも
にファン騒音も低減されることになる。【００２９】さらに、本実施例によれば、予測ルールテ
ーブルのＭＯＤ／ＰＷＭ値を変えるだけで、オーバシュ
ートやアンダシュートの量を容易に変更することができ
る。また、従来の演算式１のような複雑な温調式を使用
しないため、プログラムの設定や変更等の作業を短時間
でかつ容易に行うことができ、プログラムミスの低減を
も図ることができる。【００３０】また、本実施例では、出力値の算出に高さ
法を用いたのでプログラムの簡略化を図ることができる
とともに、アセンブリ言語による現行プログラムとの融
合化も容易になった。【００３１】【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、二つ
の入力値とファジィ制御則とに基づいてファジィ推論を
行うため、非線形制御を行うことが可能となり、ウォー
ムアップやクールダウン時間の短縮を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の一実施例に係る自動車用空気調和装置
の制御装置を示すブロック図である。【図２】同実施例の前件部変数に係るメンバーシップ関
数を示す図である。【図３】同実施例の前件部変数に係る他のメンバーシッ
プ関数を示す図である。【図４】同実施例の予測ルールテーブルを示す図であ
る。【図５】同実施例の出力条件を示す図である。【図６】同実施例の他の出力条件を示す図である。【図７】同実施例による演算方法の説明に供する図であ
る。【図８】同実施例によるクールダウンテストの結果を示
すグラフである。【図９】そのときのＰＢＲ電圧を示すグラフである。【図１０】そのときのファン電圧を示すグラフである。【図１１】従来のオートエアコンの吹出風温度制御を示
すブロック図である。【図１２】同じく吹出風温度制御を示すフローチャート
である。【符号の説明】３…ヒータユニット１０…エアミックスドア１１…エアミックスドアアクチュエータ（エアミックス
ドア駆動手段）１２…温度設定器１３…室温センサ１６…設定温度差演算手段１７…室温変化量演算手段１８…ファジィ推論手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】【請求項１】ヒータユニット(3) 内に設けられたエアミ
ックスドア(10)を所定の速度および方向に回動させるエ
アミックスドア駆動手段(11)と、所望の温度を選択する温度設定器(12)と、車室内の温度を検知する室温センサ(13)と、前記温度設定器(12)と前記室温センサ(13)によりそれぞ
れ得られた設定温度と室温との温度差を演算する設定温
度差演算手段(16)と、前記室温センサ(13)により得られた室温データに基づい
て室温の変化量を演算する室温変化量演算手段(17)と、前記設定温度差演算手段(16)と前記室温変化量演算手段
(17)によりそれぞれ得られた設定温度差データと室温変
化量データを用いて、あらかじめ設定されたファジィ制
御則に従って前記エアミックスドア駆動手段(11)の動作
速度と動作方向を推論するファジィ推論手段(18)と、を有することを特徴とする自動車用空気調和装置の制御
装置。