JP3848897B2

JP3848897B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP3848897B2
Application number: JP2002139806A
Authority: JP
Inventors: 謙一鈴木; 敦雄井上; 啓菅原
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003252022A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御装置に関し、とくに車両用空調装置のオートエアコンシステムに好適で、従来のオートエアコンと同等以上の性能を確保しつつ、構成部品、制御系を大幅に簡素化可能で、安価に実施可能な車両用空調装置として最適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通風ダクト内に蒸発器（冷却器）とヒータ（加熱器）とを備えた車両用空調装置においては、設定温度に応じて、蒸発器や加熱器とともに、エアミックスダンパの制御量を演算制御し、各種フィードバック信号を考慮して、目標とする車室内温度が達成されるよう目標吹出温度を制御している。たとえばオートエアコンでは、車室内温度、外気温度、日射量、蒸発器出口空気温度等の熱負荷検出値を参照して目標吹出温度を演算し、設定温度に応じて各制御機器（エアミックスダンパ、吹出モード、内外気切換ダンパ等）の制御を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のオートエアコンでは、多くの熱負荷検出部、および各種温調制御機器駆動部を有し、複雑な制御系や演算式を多用しているため、制御系を構成するのに多大な時間とコストを必要とする。
【０００４】
また、とくに設定温度変更時、吹出温度の過渡応答がオーバーシュートやアンダーシュートすることがあり、とくに過渡的にオーバーシュート（上昇）する高い吹出温度が生じると、乗員に不快感を与えることがある。このように、従来の制御では、車室内温度の吹出温度に対する応答変化を考慮していないので、吹出温度、車室内温度がオーバーシュートやアンダーシュートすることがある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、過渡状態における車室内温度を最適に推定することにより、車室内温度のオーバーシュートおよびアンダーシュートを防止できるようにして快適性の向上をはかり、これを簡素かつ安価な制御系にて実現できる車両用空調装置に用いて最適な制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、車室内温度を設定する車室内温度設定手段と、車室内温度を検知する車室内温度検知手段と、車室内温度が設定温度となるように車室内に吹き出す空気の目標空気温度を算出する目標吹出温度算出手段と、車室内に吹き出す空気の温度を制御する吹出温度制御手段と、車室内温度が設定温度に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する車室内温度目標応答算出手段と、その目標応答における車室内目標温度と前記車室内温度検知手段により検知された車室内温度との偏差を演算する車室内温度フィードバック演算手段とを備えた車両用空調装置における制御装置であって、前記車室内温度目標応答算出手段により指定された目標応答に基づき設定温度に至る過渡状態での車室内温度を推定する車室内温度推定手段を有し、該車室内温度推定手段における車室内温度の推定を時間を変数に含む演算式により行い、前記車室内温度推定手段は、一次遅れまたはそれに近似した演算式を複数もち、それらの和を車室内温度推定値とすることを特徴とする車両用空調装置における制御装置からなる。
【００１０】
また、上記車室内温度推定手段は一次遅れまたはそれに近似した演算式のみをもつ場合には、その演算における時定数を９０〜１８０秒の範囲に設定することが好ましい。演算式を複数もつ場合、たとえば、上記車室内温度推定手段は２つの一次遅れまたはそれに近似した演算式をもち、それらの和を車室内温度推定値とする場合、一方の一次遅れまたはそれに近似した演算における時定数は９０〜１８０秒の範囲に設定されており、他方の一次遅れまたはそれに近似した演算における時定数は５００〜１０００秒の範囲に設定されていることが好ましい。
【００１１】
このような本発明に係る車両用空調装置に最適な制御装置おいては、設定温度に応じてその目標値への応答モデル、つまり目標応答が自動的に算出されて指定され、それを達成するに必要なフィードフィワード量が演算されて、その演算値にフィードバック制御量が加味されて、より適切な制御量へと修正される。このフィードフィワード制御量が、車室内温度推定手段により、設定温度に至る過渡状態での車室内温度推定値として演算されるが、この演算が、時間を変数に含む演算式により、たとえば一次遅れまたはそれに近似した演算式により行われる。一次遅れまたはそれに近似した演算により、オーバーシュートやアンダーシュートのない、より望ましい応答特性として算出され、それに基づいて車室内温度が制御されるため、実際の車室内温度にオーバーシュートやアンダーシュートが発生することが防止され、快適な空調制御が実現される。
【００１２】
この制御においては、基本的に、フィードバックされる信号は車室内温度検出手段による検出信号のみであり、全体としてはフィードフォワード制御を基調とするものであるから、従来の制御のように、多くの検出信号をフィードバックして演算や制御を行う必要がなくなり、簡素な制御系にて、適切な制御量信号に基づいて車室内温度が制御されることになり、従来のオートエアコンと同等、あるいはオーバーシュートやアンダーシュートに関しては同等以上の性能を保ちつつ、制御系の大幅な簡素化、それに伴う大幅なコストダウンが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る制御装置としての車両用空調装置の機器系統図を示している。図１において、１は、車両用空調装置の機械的な構成部分全体を示しており、通風ダクト２の入口側には、内気導入口３側からの空気吸入量と外気導入口４側からの空気吸入量との割合を制御する内外気切替ダンパ５が設けられている。吸入された空気は、モータ６により駆動される送風機７によってダクト２内を吸引、圧送される。
【００１４】
通風ダクト２内には、冷却器としての蒸発器８と、その下流側に加熱器としての温水ヒータ９が設けられている。温水ヒータ９には、エンジンからのエンジン冷却水１０が循環され、それによって加熱されるようになっている。
【００１５】
冷却器として設けられた蒸発器８には、冷媒回路１１内を循環される冷媒が供給される。冷媒は、クラッチ制御により容量を可変制御できる固定容量式圧縮機（コンプレッサ）１２で圧縮され、凝縮器１３で凝縮された後、受液器１４、膨張弁１５を介して蒸発器８に送られ、蒸発器８から圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２の運転は、本実施例では、クラッチコントローラ１６の制御を介して、制御されるようになっている。
【００１６】
温水ヒータ９の直下流側には、エアミックスダンパ１７が設けられており、エアミックスダンパアクチュエータ１８によって作動されるエアミックスダンパ１７の開度調整により、ヒータ９を通過する空気の量とバイパスする空気の量との割合を制御できるようになっている。
【００１７】
温調された空気は、各吹出口１９、２０、２１（たとえば、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ吹出口）を介して車室内に吹き出される。各吹出口１９、２０、２１には、それぞれダンパ２２、２３、２４が設けられている。
【００１８】
上記圧縮機１２のクラッチコントローラ１６、エアミックスダンパアクチュエータ１８は、メインコントローラ２５からの信号に基づいて制御されるようになっている。メインコントローラ２５には、車室内温度設定器２６からの設定温度信号が入力され、車室内温度センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。また、本実施態様では、冷却器８の出口側に、冷却器出口空気温度センサ２８が設けられており、その検出信号がメインコントローラ２５に入力されるようになっている。
【００１９】
このようなシステムを用いて、本発明に係る制御は、たとえば図２に示すように行われる。
車室内温度設定器２６での設定温度Ｔｓｅｔ（車内温度目標値）に応じて、予め設定した初期値（たとえば、常温の２５℃）からその設定温度目標値に到達するまでの目標値応答モデルＴｆが車室内温度目標応答算出手段により、本実施態様では、車室内温度の応答変化を考慮した２つの車室内温度推定モデルＴｆ１、Ｔｆ２により演算され、それらの演算値の和により車室内温度推定値としての車室内温度目標応答値Ｔｆが演算される。
Ｔｆ＝Ｔｆ１＋Ｔｆ２
Ｔｆ１＝（ＴＬ×Ｔｓｅｔ＋Ｔｃ１×Ｔｆ１（前回値））／（Ｔｃ１＋ＴＬ）
Ｔｆ２＝（ＴＬ×Ｔｓｅｔ＋Ｔｃ２×Ｔｆ２（前回値））／（Ｔｃ２＋ＴＬ）
ここで、
ＴＬ：制御周期
Ｔｃ１、Ｔｃ２：車室内温度応答性指定パラメータ
である。なお、Ｔｆ１、Ｔｆ２は、一次遅れ演算の近似演算式である。
【００２０】
すなわち、図３に示すように、車室内温度目標応答値である車室内温度推定値Ｔｆは、Ｔｆ１とＴｆ２の和として求められ、各車室内温度推定値成分Ｔｆ１、Ｔｆ２は、一次遅れまたはそれに近似した演算式による演算値として求められる。この２つの一次遅れ演算式においては、一方の一次遅れ演算における時定数が９０〜１８０秒の範囲に設定され、他方の一次遅れ演算における時定数が５００〜１０００秒の範囲に設定されていることが好ましい。図３に示す例では、一方の一次遅れ演算（Ｔｆ１の演算）における時定数が１５０秒に設定され、他方の一次遅れ演算（Ｔｆ２の演算）における時定数が７００秒に設定されている。ここで時定数とは、６３．２％応答に至るまでの時間を言う。
【００２１】
このように複数の（上記例では２つの）時定数の異なる車室内温度推定値成分Ｔｆ１、Ｔｆ２の和として車室内温度推定値Ｔｆを演算することにより、より望ましい応答特性を得ることができ、後述の吹出温度、ひいては車室内温度の制御においてより確実にオーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を防ぐことができるようになる。
【００２２】
なお、車室内温度推定手段が一つの一次遅れ演算式のみをもつ場合には、その演算における時定数としては９０〜１８０秒の範囲に設定されていることが好ましい。
【００２３】
再び図２を参照しながら説明するに、目標吹出温度Ｔｏｃの演算に際しては、目標吹出温度のフィードフォワード演算値Ｔｏｃ１が上記車室内温度応答目標値Ｔｆに対して算出される。そして、車室内温度応答目標値Ｔｆと実際に検出された車室内温度ＴＲとから、目標吹出温度のフィードバック演算値Ｔｏｃ２が算出される。
【００２４】
これら目標吹出温度のフィードフォワード演算値Ｔｏｃ１とフィードバック演算値Ｔｏｃ２との和により、目標吹出温度Ｔｏｃが、
Ｔｏｃ＝Ｔｏｃ１＋Ｔｏｃ２
として算出される。
【００２５】
この目標吹出温度Ｔｏｃの演算結果に基づいて、エアミックスダンパの開度ＡＭＤが演算される。
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ）
但し本実施態様では、この演算に、さらに加熱器入口温水温度ＴＷ（一般にエンジン冷却水温度として検出されている）と、蒸発器出口空気温度Ｔｅの信号が使用され、
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ，ＴＷ，Ｔｅ）
として演算される。
【００２６】
演算されたエアミックスダンパ開度信号（エアミックスダンパ位置信号）ＡＭＤが、エアミックスダンパアクチュエータ１８に出力され、実際にエアミックスダンパの開度が制御される。
【００２７】
このような制御においては、設定温度に応じた目標値応答モデルを実質的にフィードフォワード信号として演算し、それとは独立に、車室内温度センサー２７からの検出信号を用いたフィードバック制御が行われるので、上記フィードフォワード制御信号がフィードバック信号により適切に修正され、目標吹出温度の制御信号として十分に信頼性の高い信号とされる。しかも、実質的に唯一フィードバックがかけられるのは、実際に検出したその時の車室内温度の信号であるから、極めて簡素な制御構成でありながら、快適な空調制御が安定性、応答性良く実現されることになる。
【００２８】
また本実施態様では、上記目標吹出温度Ｔｏｃから冷却器出口空気温度ＴＶＩ＝ｆ（Ｔｏｃ）が演算され、前記設定温度から冷却器出口空気温度ＴＶＩＩ＝ｆ（Ｔｓｅｔ，ＲＨ）が演算される。ＲＨは、目標車室内相対湿度で、固定設定値として与えられる。このように演算されたＴＶＩ、ＴＶＩＩのうちの低い方を冷発器出口空気温度の目標値ＴＶとし、そのＴＶの基づいてクラッチ制御信号がクラッチコントローラ１６に出力される。クラッチコントローラ１６では、冷却器出口空気温度の検出値Ｔｅが上記目標値ＴＶとなるようにコントロールする。
【００２９】
このようにＴＶに基づいてクラッチコントローラ１６を制御し、それによって圧縮機１２の運転を制御することにより、必要最小限の運転とすることができ、省エネルギー特性を向上することが可能となる。また、冷媒の蒸発温度の最適化もはかることが可能となるから、空調におけるより一層の快適性の向上をはかることも可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制御装置、とくに車両用空調装置における制御装置によれば、とくに車室内温度はオーバーシュート、アンダーシュートすることがなく、所望の車室内温度に効率よく制御することが可能になる。また、吹出温度の過渡応答にオーバーシュート、アンダーシュートが生じるのを防止できるようにしたので、これらが発生した場合の乗員への不快感の付与を防止でき、快適性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の制御を示すブロック図である。
【図３】図２の制御における車室内温度推定を示す特性図である。
【符号の説明】
１空調装置
２通風ダクト
６モータ
７送風機
８冷却器としての蒸発器
９加熱器としての温水ヒータ
１０エンジン冷却水
１１冷媒回路
１２固定容量式圧縮機
１３凝縮器
１４受液器
１５膨張弁
１６クラッチコントローラ
１７エアミックスダンパ
１８エアミックスダンパアクチュエータ
１９、２０、２１吹出口
２２、２３、２４ダンパ
２５メインコントローラ
２６車室内温度設定器
２７車室内温度センサ
２８冷却器出口空気温度センサ

Claims

車室内温度を設定する車室内温度設定手段と、車室内温度を検知する車室内温度検知手段と、車室内温度が設定温度となるように車室内に吹き出す空気の目標空気温度を算出する目標吹出温度算出手段と、車室内に吹き出す空気の温度を制御する吹出温度制御手段と、車室内温度が設定温度に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する車室内温度目標応答算出手段と、その目標応答における車室内目標温度と前記車室内温度検知手段により検知された車室内温度との偏差を演算する車室内温度フィードバック演算手段とを備えた車両用空調装置における制御装置であって、前記車室内温度目標応答算出手段により指定された目標応答に基づき設定温度に至る過渡状態での車室内温度を推定する車室内温度推定手段を有し、該車室内温度推定手段における車室内温度の推定を時間を変数に含む演算式により行い、前記車室内温度推定手段は、一次遅れまたはそれに近似した演算式を複数もち、それらの和を車室内温度推定値とすることを特徴とする車両用空調装置における制御装置。
前記車室内温度推定手段は２つの一次遅れまたはそれに近似した演算式の和を車室内温度推定値とし、一方の一次遅れ演算またはその近似演算における時定数が９０〜１８０秒の範囲に設定されており、他方の一次遅れ演算またはその近似演算における時定数が５００〜１０００秒の範囲に設定されている、請求項１の車両用空調装置における制御装置。