JP3539825B2 - 自動車用空調装置のエアミックス制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同種の複数のアクチュエータを用いた自動車用空調装置に好適なエアミックス制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用空調装置に用いられるアクチュエータ制御システムとして、ハーネス本数の削減とシステムコストの低減などを図るため、ドアを駆動するアクチュエータをすべてＩＣ内蔵としたＰＢＲ方式のアクチュエータに統一し、これらをオートアンプによって１本の通信線を介してシリアル通信を使って総合的に制御するようにしたもの（以下「エアコンＬＡＮシステム」と称する）が現在開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなエアコンＬＡＮシステム以外の一般的な自動車用空調装置における従来のエアミックス制御方法として、図３のフローチャートに示すようなものがある。ここでは、後で一部詳述するため、簡単に説明するにとどめる。なお、自動車用空調装置の本体は、一般に、車の内外気を選択導入するインテークユニットと、クーラサイクルを構成するエバポレータを内蔵するクーリングユニットと、エンジン冷却水の循環するヒータコアを内蔵しエアミックスドアで加熱空気量を制御して温度調整を行うヒータユニットとから構成されている。
【０００４】
オートアンプは、エアミックスドアを駆動するアクチュエータ（エアミックスドアアクチュエータ）を制御するため、まず、各種のデータ値（たとえば、設定温度、車室内温度、外気温度、日射量、吸込温度（クーリングユニット出口の空気温度つまり温度調整をするヒータユニットに吸い込まれる空気温度）など）を入力し（ステップＳ２１）、所定の演算式により、車室内の目標温度（目標室温）を算出した後（ステップＳ２２）、ＰＢＲによって検出されたドア開度の値（ＰＢＲ値）を入力し（ステップＳ２３）、リンクなどを考慮したＰＢＲ特性により、所定の演算式を用いて、エアミックスドアの現在開度Ｘを算出する（ステップＳ２４）。それから、ステップＳ２２で求めた目標室温とステップＳ２４で求めたドア開度Ｘから、所定の演算式により、制御偏差Ｓ値を算出する（ステップＳ２５）。
【０００５】
Ｓ値が求まると、Ｓ値を±２℃と比較する（ステップＳ２６）。この比較により、Ｓ値が−２℃未満のときは、アクチュエータをクール側へ駆動し（ステップＳ２７）、Ｓ値が−２℃以上２℃以下のときは、アクチュエータをホールドし（ステップＳ２８）、Ｓ値が２℃よりも大きいときは、アクチュエータをホット側へ駆動する（ステップＳ２９）。これらステップＳ２６〜ステップＳ２９の処理が終了するとリターンし、ステップＳ２１以下の一連の処理を所定の短い制御周期で繰り返し実行する。
【０００６】
ところが、このようなエアミックス制御方法は、エアコンＬＡＮシステムには適用できない。なぜなら、エアコンＬＡＮシステムにあっては、オートアンプは単に各アクチュエータへ制御データ（目標位置）を送信するだけであり、各種ドアの具体的な位置決めは各アクチュエータが前記目標位置データにより現在位置を監視しながら自分で行うようになっているため、検出されるＰＢＲ値はエアミックスドアアクチュエータの内部で処理され、オートアンプにはフィードバックされないからである。
【０００７】
したがって、エアコンＬＡＮシステムを構築する際にはそのためのエアミックス制御方法（制御プログラム）を新たに考案する必要があるが、このとき、上記した従来の制御プログラム（図３参照）をベースにして最小限の変更で済むようであれば、従来の手法（制御方式）を踏襲することによって、開発工数が削減され、また制御プログラムの信頼性も維持されうるので、きわめて望ましいことは明らかである。
【０００８】
本発明は、エアコンＬＡＮシステムのエアミックス制御における上記課題に着目してなされたものであり、エアコンＬＡＮシステムに好適で、かつ、従来のエアミックス制御方式を踏襲し制御プログラムの変更が最小限で済む自動車用空調装置のエアミックス制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、吹出風温度を調節するためのエアミックスドアと、当該エアミックスドアを駆動するアクチュエータと、各種入力信号を演算処理して得られる所定の制御パラメタにより前記アクチュエータを制御する制御手段とから成り、前記エアミックスドアを常に最適な開度に設定するようにした自動車用空調装置のエアミックス制御装置において、前記アクチュエータは、前記エアミックスドアを駆動するモータと、前記エアミックスドアの現在位置を電圧として出力する位置検出手段と、前記制御パラメタとして与えられる目標位置の値と前記位置検出手段の出力とにより前記モータの回転方向を制御する制御回路とから成り、前記制御手段は、各種入力信号を演算処理して得られる車室内の目標温度と、内蔵メモリに記憶されている目標位置データとから、所定の中間制御パラメタを算出し、得られた中間制御パラメタの値により逐次目標位置データを補正し、補正された目標位置データを前記メモリに記憶更新するとともに前記アクチュエータへ双方向シリアル通信によって送信することを特徴とする。
【００１０】
この発明にあっては、制御手段は、各種入力信号を演算処理して得られる車室内の目標温度と、内蔵メモリに記憶されている目標位置データとから、所定の中間制御パラメタを算出し、得られた中間制御パラメタの値により逐次目標位置データを補正し、補正された目標位置データを制御パラメタとして前記メモリに記憶更新するとともに前記アクチュエータ（エアミックスドアアクチュエータ）へ双方向シリアル通信によって送信する。エアミックスドアアクチュエータは、補正後の目標位置データを受信すると、制御回路で、受信した目標位置データと位置検出手段の出力（エアミックスドアの現在位置）とにより、モータの回転方向（正転、逆転、または停止）を決定し、得られた結果に従って実際にモータを制御する。このとき、中間制御パラメタを従来のエアミックス制御方式における制御パラメタと同じもの（たとえば、制御偏差Ｓ値）にすれば、従来と同じ手法で中間制御パラメタを算出することができ、プログラムの変更が最小限で済むことになる。また、アクチュエータへの指令値（目標位置）は、結局、その従来の制御パラメタに基づいて算出される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の自動車用空調装置のエアミックス制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
同図において、自動車用空調装置本体を構成するヒータユニット１には温水（たとえば、エンジン冷却水）を利用して空気を加熱するヒータコア２が内設されており、このヒータコア２の上流側には吹出風温度を調節するためのエアミックスドア３が回動自在に取り付けられている。エアミックスドア３によって、ヒータコア２を通過する空気とそれを迂回する空気との割合が調節される。つまり、ヒータコア２の上流に設けられた図示しないエバポレータで冷却された冷風がヒータコア２を通過して加熱され温風となる量とヒータコア２を迂回するエバポレータ通過後の冷風の量との割合が調節される。こうしてエアミックスドア３の開度によって決定される冷風と温風の混合割合によって、車室内に吹き出される空気の温度（吹出風温度）が決定される。エアミックスドア３は図中のＡ位置（フルクール位置）とＢ位置（フルホット位置）を限界位置としてそれらの間を自由に回動する。エアミックスドア３がＡ位置（フルクール位置）にあるとき、その開度は０％であり、エバポレータ通過後の冷風はすべてヒータコア２を迂回して直接車室内に吹き出され、最大冷房が発揮される。また、エアミックスドア３がＢ位置（フルホット位置）にあるとき、その開度は１００％であり、エバポレータ通過後の冷風はすべてヒータコア２を通過して加熱され温風として車室内に吹き出され、最大暖房が発揮される。
【００１２】
エアミックスドア３はエアミックスドアアクチュエータ４ａによって図示しないリンクを介して開閉駆動される。なお、図示しないインテークドアおよびモードドア（デフドア、ベントドア、フットドアなど）もまたそれぞれリンク（図示せず）を介してインテークドアアクチュエータ４ｂおよびモードドアアクチュエータ４ｃによって開閉駆動される。
【００１３】
ここでは、自動車用空調装置は前述したエアコンＬＡＮシステムで構成されている。
すなわち、各アクチュエータ４ａ〜４ｃはすべて同じ１種類のアクチュエータから成っている。このタイプのアクチュエータ４は、ドアを駆動するモータ５とドアの現在位置を電圧として検出するＰＢＲ（ポテンショ・バランス・レジスタ）６を内蔵したいわゆるＰＢＲ方式のモータアクチュエータであり、本システムに専用のＩＣ（カスタムＩＣ）７を内蔵している。位置検出手段はＰＢＲ６で構成され、制御回路はカスタムＩＣ７で構成されている。ＰＢＲ６は可変抵抗であり、アクチュエータ４のシャフトと連動して移動しドア位置（開度）に対応するモータ回転位置を電圧値に変換して出力するものである。モータ５とＰＢＲ６はそれぞれカスタムＩＣ７に接続されている。カスタムＩＣ７は、マイコンを内蔵しており、後述するオートアンプと通信し、与えられた目標位置データとＰＢＲ６の出力とに基づいてモータ５の回転方向、つまり正転させるか、逆転させるか、または停止させるかを決定し、この決定に従ってモータ５を正転、逆転、または停止させる機能を有している。すなわち、カスタムＩＣ７は、外部と通信する機能、モータ５の制御信号を生成する機能、モータ５の駆動信号を出力する機能を備えている。このカスタムＩＣ７によってアクチュエータ４は自分自身でモータ５の停止制御（位置決め制御）を行うことができる。なお、カスタムＩＣ７は、たとえば、アクチュエータ４内に設けられた図示しない回路基板上に装填されている。
【００１４】
各アクチュエータ４ａ〜４ｃはマイコンを内蔵したオートアンプ８によって総合的に制御される。制御手段はオートアンプ８で構成されている。もちろんオートアンプ８は内蔵メモリ９を備えている。オートアンプ８と各アクチュエータ４ａ〜４ｃとは１本の電源線１０と１本の通信線１１とで接続されている。より詳細には、オートアンプ８にはアクチュエータ用に１本の電源線１０と１本の通信線１１とが接続されており、それぞれが途中で分岐して各アクチュエータ４ａ〜４ｃに接続されている。また、各アクチュエータ４には１本のアース線１２がそれぞれ設けられている。したがって、各アクチュエータ４ａ〜４ｃはそれぞれ１本の電源線１０と１本の通信線１１と１本のアース線１２を持つことになり、オートアンプ８と各アクチュエータ４ａ〜４ｃの間のハーネスの数は合計で９本となり、従来の一般的なシステムと比べて大幅に削減されている。
【００１５】
ここでは、オートアンプ８と各アクチュエータ４ａ〜４ｃの間でやり取りされる通信信号は１本の通信線１１のみで伝送され（１線式）、双方向の通信が行われるようになっている。通信信号は１本の通信線１１を使って送受信するため、本システムでは情報を直列伝送するシリアル通信を用いている。すなわち、本システムでは、オートアンプ８は各アクチュエータ４ａ〜４ｃをシリアル通信を使って制御するように構成されている。
【００１６】
オートアンプ８と各アクチュエータ４ａ〜４ｃの間で送受信される通信信号（シリアル信号）は、所定の形式で構成されている。たとえば、通信線１１上を送受信される通信信号（シリアル信号）は、オートアンプ８から各アクチュエータ４ａ〜４ｃへの情報として、アクチュエータの識別情報（アドレス）（ＡＤＲ）、モータの作動・停止信号（ＥＮＡ）、目標位置信号（ＤＡＴＡ）、およびエラー検知情報（ＰＲＴＹ）、また、各アクチュエータ４ａ〜４ｃからオートアンプ８への情報として、目標位置到達情報（ＰＯＳ）から成っている。ここで、ＡＤＲ（アドレス）は、送信対象とするアクチュエータのアドレスを表わす信号である。つまり、本システムでは、オートアンプ８からすべてのアクチュエータ４ａ〜４ｃに共通の信号が同時に送信されるため、どのアクチュエータに向けた通信信号であるかをこのＡＤＲの信号によって表わしている。また、ＤＡＴＡ（データ）は、各アクチュエータ４ａ〜４ｃに対応した制御データ、つまりオートアンプ８の演算結果としてのドア目標停止位置を表わす信号である。エアミックス制御の場合、オートアンプ８からエアミックスドアアクチュエータ４ａに向けて、制御パラメタとしてエアミックスドア３の目標位置（開度）の指令値が送信される。
【００１７】
オートアンプ８にはスイッチ類やディスプレイを備えた操作／表示部１３が接続されている。操作／表示部１３にはディスプレイ１４のほか、スイッチ類１５として、たとえば、コンプレッサ（図示せず）をオンしてエアコンを作動させるためのエアコンスイッチ１５ａ、車室内の温度を調節するための温度調節スイッチ１５ｂなどが設けられている。オートアンプ８と操作／表示部１３は、たとえば、一体化されて１台のコントローラを構成している。コントローラには図示しないバッテリが接続されている。各アクチュエータ４ａ〜４ｃへの電力供給は、このバッテリからオートアンプ８と電源線１０を介して行われる。また、オートアンプ８には、たとえば、車室内空気の温度（室温）を検出する内気センサ１６、外気温度を検出する外気センサ１７、日射量を検出する日射センサ１８、エバポレータ通過後の空気温度を検出する吸込温度センサ１９などが接続されている。オートアンプ８は、これら各センサや各スイッチなどの信号を入力し、これらを演算処理して、各アクチュエータ４ａ〜４ｃを作動させるための情報（ドア目標停止位置など）を１本の通信線１１を介して送信する。各アクチュエータ４ａ〜４ｃは、オートアンプ８から送信されてきたデータ（目標位置）により、ドアの現在位置を電圧で示すＰＢＲ６の出力を監視しながらモータ５を駆動し、ドアを回動させて目標停止位置に近づける。
【００１８】
このようなエアコンＬＡＮシステムにおけるエアミックス制御にあっては、前述したように、エアミックスドア３の開度を示すＰＢＲ値がオートアンプ８にフィードバックされないため、図３に示すような従来通りの制御ができない。そこで、本実施例では、従来のＳ値による制御に代えて、エアミックスドア３の目標位置（開度）Ｘm を制御パラメタ（制御変数）として算出しこのデータをエアミックスドアアクチュエータ４ａへ送る制御としている。その際、従来の制御方式を踏襲し、制御プログラムの変更が最小限で済むようにすべく、従来のＳ値を中間制御パラメタとし、このＳ値に応じて制御パラメタ（目標位置）Ｘm を補正するようにしている。
【００１９】
図２はオートアンプ８によるエアミックス制御の動作を示すフローチャートである。ここで、ステップＳ３を除くステップＳ１〜ステップＳ６は図３に示す従来の処理（ステップＳ２３を除くステップＳ２１〜ステップＳ２６と同様であり、変更または追加された新しい部分はステップＳ３とステップＳ７以降の処理である。
【００２０】
プログラムがスタートすると、オートアンプ８は、各種のデータ値、具体的には、温度調節スイッチ１５ｂからの設定温度、内気センサ１６からの車室内温度、外気センサ１７からの外気温度、日射センサ１８からの日射量、吸込温度センサ１９からの吸込温度などを入力し（ステップＳ１）、あらかじめ設定された車両熱平衡定数を用いて、所定の演算式（たとえば、図３のステップＳ２２で使用される式と同じもの）により、車室内の吹出空気の目標温度（目標室温）Ｔm を算出する（ステップＳ２）。
【００２１】
次に、メモリ９に記憶されている制御パラメタ（ドア開度目標値）Ｘm を入力し（ステップＳ３）、所定の演算式（たとえば、図３のステップＳ２４で使用される式と同じもの）を用いて、エアミックスドアの開度Ｘを推定する（ステップＳ４）。メモリ９には、制御パラメタＸm の初期値として、適当な所定の値（たとえば、０．５（５０％）など）が登録されている。このようにドア開度Ｘの推定（算出）にあたってメモリ値を使用するのは、従来のようにＰＢＲ値の入力がないためである。
【００２２】
次に、ステップＳ２で求めた目標室温Ｔm とステップＳ４で求めたドア開度Ｘから、たとえば、下記の演算式により、中間制御パラメタとしての制御偏差Ｓ値を算出する（ステップＳ５）。
Ｓ＝Ｔm −（ＦＸm ＋Ｇ）（８２−Ｔint ）−Ｔint
ここで、Ｔint ：吸込温度
Ｆ、Ｇは定数
なお、この式は図３のステップＳ２５で使用される式と同じものである。
【００２３】
Ｓ値が求まると、Ｓ値を±２℃と比較する（ステップＳ６）。この比較により、Ｓ値が−２℃未満のときは、制御パラメタＸm の値を少しだけ減少させ、Ｓ値が−２℃以上２℃以下のときは、Ｘm 値を変更せず、Ｓ値が２℃よりも大きいときは、Ｘm 値を少しだけ増加させてそれぞれメモリ９に記憶更新する。
【００２４】
その際、制御パラメタＸm の変化量ΔＸm の算出方法としては、Ｘm 値が０〜１（０％〜１００％）の範囲内であることに着目して、いろいろな方法が考えられるが、ここでは、一例として、時定数τでの１次遅れにより変化量ΔＸm を決定する。
【００２５】
すなわち、操作量Ｘσを設定し、ステップＳ６の比較結果により、Ｓ値に応じて、Ｓ値が−２℃未満のときは、操作量Ｘσを０とし（Ｘσ＝０）（ステップＳ７）、Ｓ値が−２℃以上２℃以下のときは、操作量Ｘσを現在のＸm の値とし（Ｘσ＝Ｘm ）（ステップＳ８）、Ｓ値が２℃よりも大きいときは、操作量Ｘσを１とし（Ｘσ＝１）（ステップＳ９）、その後、下記の演算式により、
ΔＸm ＝（Ｘσ−Ｘm ）／τ
変化量ΔＸm を算出する（ステップＳ１０）。
【００２６】
変化量ΔＸm が求まると、次のステップＳ１１で、これを現在のＸm 値に加算して制御パラメタＸm の値を補正する（変化させる）（つまり、Ｘm ＝Ｘm ＋ΔＸm ）。
【００２７】
ステップＳ１１で得られた補正後のＸm 値は、メモリ９に記憶更新した後（ステップＳ１２）、エアミックスドアアクチュエータ４ａ用の制御データとして、通信線１１を介してエアミックスドアアクチュエータ４ａに向けて送信する（ステップＳ１４）。
【００２８】
そして、ステップＳ１４の処理が終了するとリターンし、ステップＳ１以下の一連の処理を所定の短い制御周期で繰り返し実行する。これにより、アクチュエータ４ａは、逐次送られてくる補正後の指令値（目標開度）によりエアミックスドア３の位置決め制御を行うので、すなわち、エアミックスドア３の目標開度を逐次最適な方向に変化（修正）させながらエアミックスドア３の位置決め制御を行うので、エアミックスドア３は常に最適な開度に設定されることになる。
【００２９】
なお、Ｓ値に応じた変化量ΔＸm の算出方法としては、上記した方法（Ｓ値により「０」または「１」を最終値とした１次遅れの変化）に限定されるものではなく、適当な任意の方法を採用すればよい。たとえば、Ｓ値の符号により一定の値Ｐを加減算する方法（Ｘm ＝Ｘm ±Ｐ）や、Ｓ値の大きさに応じてΔＸm の絶対値Ｑ(S) を算出しＳ値の符号により加減算する方法（Ｘm ＝Ｘm ±Ｑ(S) ）などでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、エアミックスドアの具体的な位置決め制御をアクチュエータ自身で行うエアミックス制御システムにおいて、アクチュエータへ送信する制御パラメタ（目標位置）を所定の中間制御パラメタに基づいて算出するので、その中間制御パラメタを従来のエアミックス制御方式における制御パラメタと同じものにすれば、従来と同じ手法で中間制御パラメタを算出することができ、プログラムの変更が最小限で済むことになる。したがって、開発工数の削減が図られ、さらに制御プログラムの信頼性も維持されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動車用空調装置のエアミックス制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】オートアンプによるエアミックス制御の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来のエアミックス制御方式を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３…エアミックスドア
４ａ…エアミックスドアアクチュエータ
５…モータ
６…ＰＢＲ（位置検出手段）
７…カスタムＩＣ（制御回路）
８…オートアンプ（制御手段）
９…内蔵メモリ
１０…電源線
１１…通信線

Claims (1)

1. 吹出風温度を調節するためのエアミックスドア（３）と、当該エアミックスドア（３）を駆動するアクチュエータ（４ａ）と、各種入力信号を演算処理して得られる所定の制御パラメタにより前記アクチュエータ（４ａ）を制御する制御手段（８）とから成り、前記エアミックスドア（３）を常に最適な開度に設定するようにした自動車用空調装置のエアミックス制御装置において、前記アクチュエータ（４ａ）は、前記エアミックスドア（３）を駆動するモータ（５）と、前記エアミックスドア（３）の現在位置を電圧として出力する位置検出手段（６）と、前記制御パラメタとして与えられる目標位置の値と前記位置検出手段（６）の出力とにより前記モータ（５）の回転方向を制御する制御回路（７）とから成り、
   前記制御手段（８）は、各種入力信号を演算処理して得られる車室内の目標温度と、内蔵メモリ（９）に記憶されている目標位置データとから、所定の中間制御パラメタを算出し、得られた中間制御パラメタの値により逐次目標位置データを補正し、補正された目標位置データを前記メモリ（９）に記憶更新するとともに前記アクチュエータ（４ａ）へ双方向シリアル通信によって送信することを特徴とする自動車用空調装置のエアミックス制御装置。

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