JP4082122B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置（以下、エアコンという）を備える車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エアコン付車両の制御装置において、特にアイドル状態におけるエンジンの回転数をエアコン冷力の要求を満たすように制御するものがある。
この例として、特開平１１−１７０８５８号公報に記載の装置が知られている。該公報に記載の装置には、センサで検出された冷凍サイクルの高圧圧力（Ｐｄ圧）と低圧圧力とから冷媒圧縮機の駆動に必要なトルクを演算し、このトルクに基づいてエンジンのアイドル回転数を制御することが開示されている。
【０００３】
また特開平１１−３３６５８３号に記載の装置では、エンジンのアイドル時のアイドル回転数制御空気量を補正するためのアイドルアップ補正量を、水温センサと車速センサとの信号に基づいて決められたラジエータファン駆動デューティから求め、この補正量をアイドル回転数制御空気量に加算して、アイドル回転数を制御することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−１７０８５８号公報に記載の装置では、圧縮機が可変容量圧縮機である場合には、圧縮機の吐出側の高圧側圧力は必ずしもエアコン負荷を表すわけではなく、更に諸条件を考慮して、冷力を安全に確保するために高めのアイドル回転数としなければならなかった。このため、通常の使用条件では必要以上に高めのアイドル回転数となり、エアコンＯＮ時での燃費が悪化するという問題が生じていた。
【０００５】
この問題を解決するために、エアコンＯＮ時のアイドル回転数を事前に設定するのではなく、エアコン冷力を目標変数とし、アイドル回転数を制御変数としたフィードバック制御を行うことが考えられる。
しかし、この場合、アイドル回転数の変化に応じたエアコン冷力の変化の応答性が低いために、制御の更新周期を比較的長く設定する必要があった。このため、走行状態からアイドル状態へ移行したときの初期回転数が必要以上に低い場合には、冷力不足の状態が長時間持続することとなり、乗員に不快感を与えてしまう。逆に、初期回転数が必要以上に高い場合には、必要以上に燃料を消費している時間が長くなり、燃費向上代が少なくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、エアコンの要求冷力を確保しつつ、アイドル回転数が必要以上に高くならないようにフィードバック制御を行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明では、エンジンのアイドル運転状態において、目標代表温度と現在の代表点温度との差に基づきエアコンの冷力の増減量要求値を演算する一方、現在の電動冷却ファン風量と現在のエンジン回転数とに基づきエアコンの現在の発生冷力を演算し、冷力の増減量要求値と現在の発生冷力とに基づき目標冷力を演算する。そして、予め設定された特性値に基づき目標冷力を実現する電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値を設定して、この目標値に一致するように、電動冷却ファン風量とエンジン回転数とを制御する。
更には、エンジンがアイドル運転状態になる前の車両走行状態において、圧縮機の動力の代表値を検出すると共に、電動冷却ファン風量と走行風量とを加えた全風量を検出し、これらの検出値に基づいて車両走行時に要求されていた冷力を演算し、この冷力値を初期値として、前記アイドル運転状態での電動冷却ファン風量とエンジン回転数との制御を行う構成とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドル状態において、目標冷力を確保するように電動冷却ファン風量とエンジン回転数との制御を行うため、冷力不足が発生せず、燃費を改善することができるという効果がある。
また、走行状態からアイドル状態へ移行したときの初期回転数が適切なものとなり、車両走行中の冷力を確保しつつ、燃費を改善することができるという効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る車両の制御装置のシステム全体を示す構成図である。
エアコン１は、室内空気（内気）または室外空気（外気）が選択的に導かれる空調ダクト９を備えている。この空調ダクト９には送風ファン１０が設けられ、送風ファン１０からの空気がエバポレータ１１を通過することで冷却空気が得られる。
【００１０】
エバポレータ１１の下流側には、エバポレータ１１通過後の吹出温度を検出する温度センサ１２が設けられ、この信号がエアコン１内の代表点温度としてエアコンコントロールユニット（以下、エアコンＣＵという）２へ送られる。さらに空調ダクト９の下流側には吹出口（図示せず）が設けられ、車内に冷気を吹き出す構成となっている。
【００１１】
そしてエバポレータ１１と、冷媒を吸入、圧縮、吐出する圧縮機（コンプレッサ）１３と、圧縮機１３からの冷媒を外気との熱交換によって凝縮液化させる凝縮器（コンデンサ）１４とがそれぞれ冷媒配管１５によって結合されており、冷媒がこれらを循環する。
圧縮機１３と凝縮器１４との間の冷媒配管１５には、圧力センサ１６が設けられ、この圧力（Ｐｄ圧）の信号が圧縮機１３の動力の代表値としてエアコンＣＵ２へ送られる。
【００１２】
凝縮器１４は、電動冷却ファン１７が駆動することで冷却される。電動冷却ファン１７には、バッテリー１８と発電機（オルタネータ）１９との電力を調整するレギュレータ２０を介して電力が供給される。そして電動冷却ファン１７は、モータファンドライブユニット２１により駆動が制御される。この時の駆動デューティが電動冷却ファン１７の風量として推定される。
【００１３】
発電機１９は、エンジン５と圧縮機１３とに取り付けられたベルト２２を介して回転が伝わることで電流が発生する。そして、発電機１９とレギュレータ２０との間には、発電機１９により発生した電流を検出する電流センサ２３が設けられ、この信号がエンジンコントロールユニット（以下、エンジンＣＵという）３へ送られる。なお、エンジン５の回転数を検出する回転数センサ２４と、車速を検出する車速センサ２５との信号もエンジンＣＵ３へ送られる。
【００１４】
ここにおいて、エアコンＣＵ２は、各種情報を基に圧縮機１３の作動を制御する。
エンジンＣＵ３は、各種情報を基にエンジン５を制御するが、特にアイドル回転数の制御のために、アイドルスピードコントロールバルブ６を制御する。なお、アイドルスピードコントロールバルブ６は、エンジン５の吸気通路のスロットル弁７をバイパスするバイパス通路８に設けられて、バイパス空気量を制御する。
【００１５】
また、エンジンＣＵ３は、電動冷却ファン１７の風量を制御するため、モータファンドライブユニット２１をデューティ制御することで、電動冷却ファン１７の駆動を制御する。ここで、電動冷却ファン１７の駆動デューティが電動冷却ファン１７の風量として推定される。
また、エンジンＣＵ３は、エアコンＣＵ２と通信線４を介して接続され、相互にデータの送受信が可能である。
【００１６】
次に、これらの構成を備える車両の制御装置の制御内容を、図２乃至図５を用いて説明する。図２は、エンジン５のアイドル運転状態においてエンジンＣＵ３により実行されるフローチャートである。
図２のステップ１００（図ではＳ１００と示す、以下同様）では、前回の制御が終了してからシステムが安定するまでの時間ΔＴ秒が経過しているか否かを判断する。これは、前回の制御によりシステムが安定した後に制御を行うためである。Ｙｅｓと判断された場合にはステップ２００へ進み、Ｎｏと判断された場合にはリターンとなる。
【００１７】
ステップ２００では、エアコン冷力の過不足判断を行い、目標冷力を決定する。これは目標温度と実温度との差から確保すべき冷力を求めることで、エンジン５の回転数と電動冷却ファン１７の風量とを制御するためである。この詳細については図３を用いて説明する。
図３は、図２のステップ２００においてフィードバック制御時の目標冷力を決定するサブルーチンを示すフローチャートである。
【００１８】
ステップ２０１では、車内の実温度をエバポレータ１１の下流側の温度センサ１２の信号に基づいて検出する。
ステップ２０２では、周知の方法により乗員が設定する空調設定温度などに基づいて決定される目標温度の読み込みを行う。
ステップ２０３では、目標温度と実温度との差を演算により求める。
【００１９】
ステップ２０４では、ステップ２０３で計算された温度差に応じた要求冷力のアップ代またはダウン代を決定する。このアップ代またはダウン代は、予め実験などにより決定されており、テーブルを参照して決定される。
ステップ２０５では、現在の電動冷却ファン１７の風量を検出する。ファン１７の風量は、電動冷却ファン１７の回転数、具体的にはモータファンドライブユニット２１の駆動デューティに基づいて検出する。
【００２０】
ステップ２０６では、エンジン５の回転数を検出する。回転数は、回転数センサ２４の信号に基づいて求められる。
ステップ２０７では、図６のマップに基づいて、現在の電動冷却ファン１７の風量とエンジン回転数とから現在の発生冷力を求める。
図６のマップは、実験などによって予め求められており、エンジン回転数と電動冷却ファン風量とから現在の冷力が求められ、また、等冷力線に基づいて要求される冷力を得るための、例えばアイドル回転数に対応する電動冷却ファン風量が求められることを示している。
【００２１】
ステップ２０８では、ステップ２０４で決定した現在の発生冷力と要求冷力アップ代（またはダウン代）とを加算して目標冷力を求める。その後はリターンとなり、図２のステップ２００へ戻る。
図２のステップ３００では、図６のマップに基づいて、目標冷力を実現可能なエンジン回転数と電動冷却ファン風量との関係を明確化する。
【００２２】
ステップ４００では、目標冷力を実現可能なアイドル回転数と電動冷却ファン風量との関係の中から、充放電バランスが成立する範囲で、アイドル回転数を特定するため、充放電バランスが成立する最低回転数Ｒｅｖ１を決定する。
具体的には、図７に示すように、電動冷却ファン１７の消費電力を縦軸、アイドル回転数を横軸とする等冷力線のうち、図示の目標冷力に対応する線Ａと、充放電限界線Ｌとの交点におけるアイドル回転数を、充放電バランスが成立する最低回転数Ｒｅｖ１として決定する。
【００２３】
ここで図７の充放電成立ゾーンは、アイドル回転数が高い場合には、発電機１９で発電した電力が大きいため充放電成立ゾーンが広くなり、回転数が低い場合には、発電機１９で発電した電力が小さいため充放電成立ゾーンが狭くなることを示している。
図２のステップ５００では、目標冷力を実現可能なアイドル回転数と電動冷却ファン風量との関係の中から、車両音振特性が成立する範囲で、アイドル回転数を特定するため、車両音振特性が成立する最低回転数Ｒｅｖ２を決定する。
【００２４】
具体的には、図８に示すように、補機駆動トルク（すなわち、圧縮機１３と発電機１９との駆動トルクの合計）を縦軸、アイドル回転数を横軸とする等冷力線のうち、図示の目標冷力に対応する線Ａ’と、車両音振限界線Ｌ’との交点におけるアイドル回転数を、車両音振特性が成立する最低回転数Ｒｅｖ２として決定する。
【００２５】
ここで図８の車両音振成立ゾーンは、騒音と振動とが安定する領域を示しており、エンジン回転数が高い場合には安定領域が広くなり、回転数が低い場合には安定領域が狭くなることを示している。
図２のステップ６００では、ステップ４００とステップ５００とで決定された最低回転数Ｒｅｖ１とＲｅｖ２とを比較して、回転数の小さい方をアイドル回転数とする。これにより、充放電と車両音振とを考慮したアイドル回転数を決定することができる。
【００２６】
ステップ７００では、ステップ６００で決定されたアイドル回転数（Ｒｅｖ１またはＲｅｖ２）において、目標冷力を満足する電動冷却ファン風量を図６の関係から決定する。その後はリターンとなる。
次に、車両の走行中における冷力を求めて、この冷力をアイドル状態においても確保するようにエンジン回転数と電動冷却ファン風量とを制御する場合について図４を用いて説明する。図４は、走行状態における発生冷力を求めるフローチャートである。
【００２７】
ステップ８０１では、車両が走行中であるか否かを判断する。Ｙｅｓと判断された場合にはステップ８０２へ進み、Ｎｏと判断された場合にはリターンとなる。
ステップ８０２では、圧縮機１３の動力を検出する。ここで圧縮機動力とは、圧縮機１３の高圧側圧力（Ｐｄ圧）に基づいて求められる動力である。
【００２８】
ステップ８０３では、全風量を検出する。ここで全風量とは、電動冷却ファン風量と、車速センサ２５の信号に基づいて求められる走行風量とを加えた量である。
ステップ８０４では、圧縮機動力と全風量とに基づいて発生冷力を求める。ここでは図９を参照しながら説明する。
【００２９】
図９は、車両走行中の発生冷力を求める関係図であり、縦軸は全風量、横軸は圧縮機動力を示している。この関係は予め実験などにより求められる。この関係図から、ステップ８０２とステップ８０３とで検出した圧縮機動力と全風量とに対応する発生冷力を求める。そして、ステップ８０４で発生冷力を求めた後は、図５のステップ９０１へ進む。
【００３０】
図５は、車両が走行した後にアイドル状態へ移行した時の初期制御を示すフローチャートである。なお図２において同じ処理を行っている部分については、その詳細な説明を省略する。
ステップ９０１では、車両走行中に求めた発生冷力（図４のステップ８０４）を目標冷力に設定している。これはアイドル状態において、車両走行中の冷力を確保できるようにすれば十分だからである。
【００３１】
ステップ９０２では、図２のステップ３００と同じく、目標冷力を実現可能なアイドル回転数と電動冷却ファン風量との関係を明確化する。ここでは図１０を参照しながら説明する。
図１０は、電動冷却ファン風量とアイドル回転数とから目標冷力を求める図であり、縦軸は電動冷却ファン風量、横軸はエンジン回転数を示している。この関係は予め実験などにより求められる。ここで図１０に太線で示された等冷力線は、図９において太線で示されている等冷力線と同じ冷力であることを示している。
【００３２】
図５のステップ９０３では、図２のステップ４００と同じく、充放電バランスが成立する最低回転数Ｒｅｖ１を決定する。
ステップ９０４では、図２のステップ５００と同じく、車両音振が成立する最低回転数Ｒｅｖ２を決定する。
ステップ９０５では、図２のステップ６００と同じく、最低回転数Ｒｅｖ１とＲｅｖ２との小さい方をアイドル回転数とする。
【００３３】
ステップ９０６では、図２のステップ７００と同じく、アイドル回転数（Ｒｅｖ１またはＲｅｖ２）で目標冷力を満足する電動冷却ファン風量を決定し、リターンとなる。
本実施形態によれば、電動冷却ファン１７の風量を検出する電動冷却ファン風量検出手段（ステップ２０５）と、エンジン５の回転数を検出するエンジン回転数検出手段（ステップ２０６）と、エアコン１内の代表点温度を検出する代表点温度検出手段（ステップ２０１）と、代表点の目標温度を設定する目標代表点温度設定手段（ステップ２０２）とを備え、エンジン５のアイドル運転状態において、目標代表温度と現在の代表点温度との差に基づいて、エアコン１の冷力の増減量要求値を演算する手段（ステップ２０４）と、現在の電動冷却ファン風量と現在のエンジン回転数とに基づいて、エアコン１の現在の発生冷力を演算する手段（ステップ２０７、図６）と、冷力の増減量要求値と現在の発生冷力とに基づいて、目標冷力を演算する手段（ステップ２０８、図６）と、予め設定された特性値（図６〜図８）に基づいて、目標冷力を実現する電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値を設定する手段と、この目標値に一致するように、電動冷却ファン風量とエンジン回転数とを制御する手段（ステップ４００、５００、６００、７００）と、を有する構成としている。このため、車両停止時において冷力不足が発生せず、燃費を改善することができる。
【００３４】
また本実施形態によれば、電動冷却ファン風量とエンジン回転数とによって実現する冷力をマップ（図６）として持ち、このマップに基づいて目標冷力を実現する電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値を設定する。このため、マップに対応して冷却ファン風量とエンジン回転数とを必要な冷力を得るように簡単に制御することができ、燃費を改善することができる。
【００３５】
また本実施形態によれば、エンジン５によって駆動される発電機１９を備え、電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値は、電動冷却ファン１７の消費電力が発電機１９の発電電力を上回らない範囲内で設定する（ステップ４００、図７）。このため、常にエンジン５の回転によって発電機１９に発生した電力を電動冷却ファン１７へ供給することができる。
【００３６】
また本実施形態によれば、補機の駆動トルク（すなわち、圧縮機１３と発電機１９との駆動トルクの合計）とエンジン回転数との関係において、エンジン回転数に応じて補機駆動トルクが過大とならない領域を予め設定し、電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値は、補機駆動トルクが過大とならないエンジン回転数の範囲内で設定する（ステップ５００、図８）。このため、圧縮機１３と発電機１９との駆動トルクを考慮してエンジン５の回転数を設定することができ、車両音振特性が向上する。
【００３７】
また本実施形態によれば、エアコン１内の代表温度は、エバポレータ１１の通過後の空気温度とした（ステップ２０１）。このため、エアコン吹出口の温度を考慮して、電動冷却ファン風量とエンジン回転とを制御することができる。
また本実施形態によれば、電動冷却ファン風量は、電動冷却ファン１７の駆動デューティに基づいて推定する（ステップ２０５）。このため、電動冷却ファン風量を適切かつ簡易に推定することができる。
【００３８】
また本実施形態によれば、エンジン５がアイドル状態になる前の車両走行状態において、圧縮機１３の動力の代表値を検出すると共に（ステップ８０２）、電動冷却ファン風量と走行風量とを加えた全風量を検出し（ステップ８０３）、これらの検出値に基づいて車両走行時に要求されていた冷力を演算し（ステップ８０４、図９）、この冷力値を初期値として（ステップ９０１、図１０）、アイドル状態での電動冷却ファン風量とエンジン回転数との制御を行う（ステップ９０２〜ステップ９０６、図１０）。このため、車両走行中の冷力を確保しつつ、燃費を改善することができる。
【００３９】
また本実施形態によれば、圧縮機１３の動力の代表値は、圧縮機１３の吐出側の冷媒圧力（Ｐｄ圧）としている（ステップ８０２）。このため、Ｐｄ圧に基づいて冷力を確保するように電動冷却ファン風量とエンジン回転数とを制御することができる。
また本実施の形態によれば、充放電と音振とについても同時に成立性を判断しているため、他性能が悪化することも防止している。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両の制御装置のシステム全体を示す構成図
【図２】エンジンのアイドル運転状態において実行されるフローチャート
【図３】ステップ２００においてフィードバック制御時の目標冷力を決定するサブルーチンを示すフローチャート
【図４】走行状態におけるの発生冷力を求めるフローチャート
【図５】走行した後にアイドル回転へ移行した時の初期制御を示すフローチャート
【図６】電動冷却ファン風量とエンジン回転数から目標冷力を決定するためのマップ
【図７】充放電収支と要求冷力の両立ゾーンを示す関係図
【図８】車両音振と要求冷力の両立ゾーンを示す関係図
【図９】車両走行中の発生冷力を求める関係図
【図１０】電動冷却ファン風量とアイドル回転数とから目標冷力を求める図
【符号の説明】
１ エアコン
２ エアコンＣＵ
３ エンジンＣＵ
４ 通信線
５ エンジン
６ アイドルスピードコントロールバルブ
１１ エバポレータ
１２ 吹出温度センサ
１３ 圧縮機
１４ 凝縮器
１６ 圧力センサ
１７ 電動冷却ファン
１９ 発電機
２１ モータファンドライブユニット
２３ 電流センサ
２４ 回転数センサ
２５ 車速センサ

Claims (8)

1. エンジンと、電動冷却ファンと、エンジンにより駆動される圧縮機を有する空調装置と、を備える車両の制御装置において、
   電動冷却ファンの風量を検出する電動冷却ファン風量検出手段と、
   エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   空調装置内の代表点温度を検出する代表点温度検出手段と、
   代表点の目標温度を設定する目標代表点温度設定手段とを備え、
   エンジンのアイドル運転状態において、
   目標代表温度と現在の代表点温度との差に基づいて、空調装置の冷力の増減量要求値を演算する手段と、
   現在の電動冷却ファン風量と現在のエンジン回転数とに基づいて、空調装置の現在の発生冷力を演算する手段と、
   前記冷力の増減量要求値と現在の発生冷力とに基づいて、目標冷力を演算する手段と、
   予め設定された特性値に基づいて、前記目標冷力を実現する電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値を設定する手段と、
   この目標値に一致するように、電動冷却ファン風量とエンジン回転数とを制御する手段と、を有し、
   更に、エンジンがアイドル運転状態になる前の車両走行状態において、圧縮機の動力の代表値を検出すると共に、電動冷却ファン風量と走行風量とを加えた全風量を検出し、これらの検出値に基づいて車両走行時に要求されていた冷力を演算し、この冷力値を初期値として、前記アイドル運転状態での電動冷却ファン風量とエンジン回転数との制御を行うことを特徴とする車両の制御装置。
2. 電動冷却ファン風量とエンジン回転数とによって実現する冷力をマップとして持ち、このマップに基づいて目標冷力を実現する電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値を設定することを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
3. エンジンによって駆動される発電機を備え、前記電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値は、電動冷却ファンの消費電力が発電機の発電電力を上回らない範囲内で設定することを特徴とする請求項２記載の車両の制御装置。
4. 圧縮機と発電機との駆動トルクの合計とエンジン回転数との関係において、エンジン回転数に応じて圧縮機と発電機との駆動トルクの合計が過大とならない領域を予め設定し、前記電動冷却ファン風量とエンジン回転数との目標値は、圧縮機と発電機との駆動トルクの合計が過大とならないエンジン回転数の範囲内で設定することを特徴とする請求項２記載の車両の制御装置。
5. 前記空調装置内の代表温度は、エバポレータ通過後の空気温度であることを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
6. 前記電動冷却ファン風量は、電動冷却ファンの駆動デューティに基づいて推定することを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
7. 前記走行風量は、車速に基づいて推定することを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
8. 圧縮機の動力の代表値は、圧縮機の吐出側の冷媒圧力であることを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。

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