JP4543954B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗員の体感温度に応じて空調補正する車両用空調装置に関する。
に関する。

従来より、赤外線センサ等により車室乗員の皮膚温度を検出し、この皮膚温度に基づいて、例えば、車室内への吹出方向を変更するスイングルーバのスイング範囲を制御する車両用空調装置があった（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２２５８３８号公報

しかし、上記従来技術で用いられる乗員の皮膚温度は、個人毎の体感温度までを判断できるものではない。すなわち、同じ皮膚温度でも、体感温度には個人差がある。この体感温度は、定性的には、肥満傾向にある人は暑がりの人が多く、反対に痩身傾向にある人は寒がりの人が多いことに対応する。

したがって、皮膚温度による空調制御では、個人差のある体感温度に対応したきめ細かな空調制御を行うことが困難であった。

本発明は、上記点に鑑み、個人差の大きい体感温度に応じた空調制御を行うことを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車室内へ空調風を吹き出す空調ユニット（１０）と、空調ユニットから車室内へ吹き出す吹出モードと、吹き出す風量と、吹き出す温度とを制御する空調制御手段（３０）と、乗員の体脂肪率を検出する体脂肪率検出手段（３６）とを備え、
空調制御手段は、現在の季節が夏期であるか冬期であるかを判定するようになっており、
空調制御手段は、体脂肪率検出手段より乗員の体脂肪率を含む乗員データが出力されない場合は、予め設定された制御則に基づく標準空調状態での吹出モードにて車室内へ空調風を吹き出し、
さらに、空調制御手段は、体脂肪率検出手段より乗員データが出力されている場合であって、現在の季節が夏期である場合に、乗員データのうち体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より低いときは、吹出モードを標準空調状態よりフット寄りに空調補正するとともに吹出風量を標準空調状態より小さめに補正し、一方、現在の季節が夏期である場合に、体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より高いときは、吹出モードを標準空調状態よりフェイス寄りに空調補正するとともに吹出風量を標準空調状態より大きめに補正し、
また、体脂肪率検出手段より乗員データが出力されている場合であって、現在の季節が冬期である場合に、体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より低いときは、吹出モードを標準空調状態よりフット寄りに空調補正するとともに吹出風量を標準空調状態より大きめに補正し、一方、現在の季節が冬期である場合に、体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より高いときは、吹出モードを標準空調状態よりフェイス寄りに空調補正するとともに吹出風量を標準空調状態より小さめに補正することを特徴とする。

この発明によれば、体脂肪率検出手段から体脂肪率を含む乗員データが出力されると、その乗員データのうち体脂肪率と季節の夏・冬判定とに応じて標準空調状態での吹出モード及び吹出風量を補正するので、乗員の体感温度に応じた快適な空調制御を行うことができる。
より具体的には、請求項１に記載の発明では、乗員データのうち体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より低い場合は、その乗員は寒がりであるとみなして、夏期の冷房時には冷房感を緩和するように吹出モード及び吹出風量を補正し、また、冬期の暖房時には標準空調状態より暖房感を増強するように吹出モード及び吹出風量を補正することができる。一方、体脂肪率が基準体脂肪率より高い場合は、その乗員は暑がりであるとみなして、夏期の冷房時には標準空調状態より冷房感を増強するように吹出モード及び吹出風量を補正し、また、冬期の暖房時には標準空調状態より暖房感を緩和するように吹出モード及び吹出風量を補正することができる。

なお、請求項２に記載のように、体脂肪率検出手段は、具体的には、車両のステアリングホイール（ＳＴＷ）に装着すればよい。これによれば、乗員は運転時には必ずステアリングホイールを把持するので、このときの体脂肪率を検出することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の全体システム図である。まず、実施形態の車両用空調装置のうち、車室内に搭載される空調ユニット１０について説明する。

空調ユニット１０の空気流れ最上流側には内外気切替箱１１が配置され、その内部には板状の内外気切替ドア１１ａが回動自在に設置されている。この内外気切替ドア１１ａはサーボモータからなるアクチュエータ１１ｂにより駆動されて、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）を切替導入する。

内外気切替箱１１の下流側には送風機１２が配置される。この送風機１２は遠心式の送風ファン１２ａと駆動用モータ１２ｂとにより構成され、内外気切替箱１１から吸入した空気を空調ユニット１０のケース内の通風路１０ａを通して車室内へ向かって送風する。

空調ユニット１０の通風路１０ａ内において送風機１２の下流直後に蒸発器１３が配置され、蒸発器１３の下流側にヒータコア１４が配置されている。

蒸発器１３は冷却用熱交換器をなすものであり、車両エンジン（図示せず）により駆動される圧縮機２５を持つ周知の冷凍サイクルに設けられ、蒸発器１３に流入した低圧冷媒が送風機１２の送風空気から吸熱して蒸発することにより送風空気を冷却する。なお、圧縮機２５には駆動装置２３により駆動される動力断続用の電磁クラッチ２４が設けられ、車両エンジンの動力が電磁クラッチ２４を介して圧縮機２５に伝達される。

ヒータコア１４は加熱用熱交換器をなすものであり、図示しない車両エンジンからの温水（冷却水）を熱源として送風空気を加熱する。

ヒータコア１４の上流側には、吹出空気温度調整手段をなすエアミックスドア１５が回動自在に設けられている。このエアミックスドア１５の開度はアクチュエータ１５ａにより駆動されて調整され、これによって、ヒータコア１４を通過する空気とヒータコア１４をバイパスする空気の割合とが調整され、車室内に吹き出す空調風の温度が調節される。

空調ユニット１０の最下流には、フロント窓ガラスＷに向けて空調風を吹き出すためのデフロスタ吹出口１６を開閉するデフロスタドア１７、乗員の顔付近および上半身に向けて空調風を吹き出すためのフェイス吹出口１８を開閉するフェイスドア１９、および乗員の足元に向けて空調風を吹き出すためのフット吹出口２０を開閉するフットドア２１が設けられている。

これらの各ドア１７、１９、２１は吹出口制御手段をなすものであって、図示しないリンク機構を介して共通のアクチュエータ２２により連動して開閉される。これらの各ドア１７、１９、２１の開閉作動によって、周知の吹出口モードが切替設定される。

次に、本実施形態の電気制御部について説明すると、空調用制御装置（エアコンＥＣＵ）３０は、マイクロコンピュータとその周辺回路とにより構成される制御手段であって、車両エンジンを始動するためイグニッションスイッチ３８がオンされると同時に作動を開始する。この空調用制御装置３０は、マイクロコンピュータにおける所定の制御プログラムに基づく演算処理により上記の各アクチュエータ１１ｂ、１５ａ、２２および送風機駆動用モータ１２ｂの作動を制御するようになっている。

そして、空調用制御装置３０には車室内の空調状態に影響を及ぼす環境条件を検出する各種センサからの信号が入力される。具体的には、車室内の空気温度（内気温度）Ｔｒを検出する内気温センサ３１、車室外の空気温度（外気温度）Ｔａｍを検出する外気温センサ３２、蒸発器１３の吹出空気温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ３３、ヒータコア１５の水温Ｔｗを検出する水温センサ３４、および、車室内に入射する日射量Ｔｓを検出する日射センサ３５からの各信号が空調用制御装置３０に入力される。

空調操作パネル３９は車室内の計器盤（図示せず）の近傍に配置されるものであって、乗員により手動操作される複数の操作部材３９ａ〜３９ｅが設けられ、この複数の操作部材３９ａ〜３９ｅの操作信号が空調用制御装置３０に入力される。この複数の操作部材は、具体的には、空調装置の自動制御状態を設定するＡＵＴＯスイッチ３９ａ、車室内温度を乗員の好みの設定温度Ｔｓｅｔに設定するための温度設定スイッチ３９ｂ、内外気モードを設定する内外気切替スイッチ３９ｃ、吹出口モード（フェイス、バイレベル、フット、フットデフ、デフロスタ）を設定する吹出口モード切替スイッチ３９ｄ、送風機１２の送風量を設定するための送風量切替スイッチ３９ｅ等である。

また、空調用制御装置３０には、体脂肪率検出装置３６が接続されている。体脂肪率検出装置３６は、図２に示すように、車両の操舵装置であるステアリングホールＳＴＷのリング部４０ａの２箇所に設けられた握りセンサ３６ａ、３６ｂと、ステアリングホール
のボス部４０ｂに設けられた入力パネル３７ｃとを備えている。

握りセンサ３６ａ、３６ｂは、リング部４０ａのいわゆる１０時１０分の位置に設けられた電極であり、乗員がこの握りセンサ３６ａ、３６ｂを両手で把持することにより、乗員の両手間に微弱電流を流して乗員のインピーダンス（電気抵抗）を測るものである。

入力パネル３７ｃには、体脂肪率に基づく空調補正の作動または非作動を指示するスイッチと複数の操作部材とが設けられている。この複数の操作部材より、乗員の生体データである身長、体重、性別、年齢などが入力されるようになっている。また、入力パネル３７ｃには、体脂肪率検出装置３６の作動状態および測定された体脂肪率を表示する表示板が設けられている。

これら入力された生体データおよび、握りセンサ３６ａ、３６ｂの検出信号は乗員データとして空調制御装置３０に入力される。

そして、空調制御装置３０では、握りセンサ３６ａ、３６ｂからの検出信号および入力パネル３７ｃからの生体データに基づき、周知の演算方法（生体インピーダンス法：ＢＩＡ法）によって、乗員の体脂肪率を算出する。その概要を説明すると、握りセンサ３６ａ、３６ｂにより検出された乗員のインピーダンスと、生体データ（身長、体重、性別、年齢）とを、所定の回帰式に入力する。すなわちこの回帰式は、予め基準となる水中体重計で測定された全身の体脂肪率の値とインピーダンスとの相関性をもたせるよう設定されており、この回帰式により算出された数値が全身に占める脂肪の割合となる。

なお、乗員がステアリングホールＳＴＷを握っていない等により、握りセンサ３６ａ、３６ｂからの検出信号が入力されない場合には、空調制御装置３０は乗員データなしと判定し、後述の標準空調状態における空調制御を行う。

次に、本実施形態の作動を説明する。まず、空調制御装置３０による、通常のオートエアコン制御による標準空調状態の実現方法について、周知方法であるので簡単に説明する。

まず、車室内を温度設定スイッチ３９ｂの設定温度Ｔｓｅｔに維持するために必要な吹出温度である目標吹出温度ＴＡＯを次の（１）式に基づき算出する。

ＴＡＯ＝Ｋｓｅｔ×Ｔｓｅｔ−Ｋｒ×Ｔｒ−Ｋａｍ×Ｔａｍ−Ｋｓ×Ｔｓ＋Ｃ
・・・（１）
但し、Ｋｓｅｔ、Ｋｒ、Ｋａｍ、Ｋｓ：制御ゲイン、Ｃ：補正用の定数である。

次に、この目標吹出温度ＴＡＯに基づき、図３の制御マップに応じた吹出モードを決定する。なおこの吹出モードにおいて、ＦＡＣＥモードはフェイスドア１９を全開にしてフェイス吹出口１８より空調風を吹き出すモードであり、ＦＯＯＴモードはフットドア２１を全開にしてフット吹出口２０より空調風を吹き出すモードである。またＢ／Ｌ（バイレベル）モードはフェイスドア１９およびフットドア２１をともに開いて両方の吹出口から空調風を吹き出すモードである。

次に、目標吹出温度ＴＡＯに基づき、図４の制御マップに応じた送風機１２の駆動用モータ１２ｂの印加電圧（ブロワ電圧）、すなわち送風量を決定する。

さらに、車室内に吹き出される空調風の吹出温度を決めるエアミックスドア１５の目標開度θを、次の（２）式により算出する。

θ＝（ＴＡＯ−Ｔｅ）／（Ｔｗ−Ｔｅ）×１００（％） ・・・（２）
なお、Ｔｅは蒸発器温度センサ３３の蒸発器の吹出空気温度であり、Ｔｗは水温センサ３４によるヒータコア１４の水温である。

このように目標吹出温度ＴＡＯに応じて決定された標準空調状態としての吹出モード、送風量および吹出温度にて、車室内の空調制御が行われる。

この標準空調状態において、乗員の体脂肪率に応じて行われる空調補正について、図５に示す制御ルーチンを用いて説明する。この制御ルーチンは、空調制御装置３０にて、入力パネル３７ｃのスイッチオンに応じて処理が開始される。

まずステップＳ１００にて握りセンサ３６ａ、３６ｂからの検出信号が読み込まれ、ステップＳ１１０で入力パネル３７ｃからの乗員の生体データ（身長、体重、性別、年齢）が読み込まれる。

ステップＳ１２０で、これらセンサ値および生体データに基づき乗員の体脂肪率の算出が行われ、エラーなく算出されたか否かが判定される。算出エラーがあった場合は、この制御ルーチンを終えて標準空調状態がそのまま実現、維持される。

体脂肪率がエラーなく算出された場合は、基準体脂肪率に対する乗員の体脂肪率の大きさに応じて、ステップＳ１３０にて吹出モード制御を標準空調状態より補正、変更し、ステップＳ１４０にてブロワ制御を標準空調状態より補正、変更し、ステップＳ１５０にて吹出温度制御を補正、変更する。

なお、基準体脂肪率は、例えば、適正体脂肪率として公表されているデータ、男性３０歳未満：１４〜２０％、男性３０歳以上：１７〜２３％、女性３０歳未満：１７〜２４％、女性３０歳以上：２０〜２７％を用いることができる。

すなわち、算出された体脂肪率が、適正体脂肪率の数値範囲より高い場合を体脂肪率が「高」、適正体脂肪率の数値範囲内の場合を体脂肪率が「中」、適正体脂肪率の数値範囲より小さい場合を「低」と、それぞれ判定する。

この体脂肪率の大きさに応じた空調補正は、具体的には、図６に例示する制御マップに基づき行われる。なお、制御マップにおいて、「ＮＯＲＭＡＬ」は、標準空調状態を示す。また、夏期または冬期は、予め期間設定がなされ、図示しないナビゲーション装置のカレンダー情報に基づき、現在日の季節（夏期または冬期）を判定することができる。

順に説明すると、夏期においては、体脂肪率が「低」の乗員は、概して体感温度が低く寒がりと判定されるので、吹出モードをＦＯＯＴ寄り、すなわち、フットドア２１の開度を標準空調状態よりも所定量増加させてフット吹出口２０からの吹出風量割合を増加させる。

また、ブロワ制御においては、標準空調状態よりも、ブロワ電圧を所定量低下させて風量を少なくする。さらに、吹出温度制御においては、エアミックスドア開度θを数式（２）により算出された標準空調状態における値よりも所定量大きくして吹出温度を上昇させる。

これにより、夏期における冷房感を緩和することができ、寒がりとみなされる体脂肪率の低めの乗員にとって快適な空調を実現することができる。

また、夏期において、体脂肪率が「高」の乗員は、概して体感温度が高く暑がりと判定されるので、冷房感を増強する空調補正を行う。すなわち、吹出モードを標準空調状態よりもＦＡＣＥ寄り、すなわち、フェイスドア１９の開度を所定量増加させてフェイス吹出口１８からの吹出風量割合を増加させる。なお、既に標準空調状態において吹出モードがＦＡＣＥモードとなっている場合は、吹出モードの補正は行われない。

また、ブロワ制御においては、ブロワ電圧を標準空調状態よりも所定量増加させて風量を多くする。さらに、吹出温度制御においては、エアミックスドア開度θを数式（２）により算出された標準空調状態における値よりも所定量小さくして吹出温度を低下させる。

これにより、夏期における冷房感を増強することができ、暑がりとみなされる体脂肪率の高めの乗員にとって快適な空調を実現することができる。

一方、冬期においては、体脂肪率が「低」の乗員に対しては、暖房感を増強する空調補正を行う。すなわち、吹出モードをＦＯＯＴ寄り、すなわち、フットドア２１の開度を標準空調状態よりも所定量増加させてフット吹出口２０からの吹出風量割合を増加させる。なお、既に標準空調状態において吹出モードがＦＯＯＴモードとなっている場合は、吹出モードの補正は行われない。

また、ブロワ制御においては、標準空調状態よりも、ブロワ電圧を所定量増加させて風量を多くする。さらに、吹出温度制御においては、エアミックスドア開度θを数式（２）により算出された標準空調状態における値よりも所定量大きくして吹出温度を上昇させる。

これにより、冬期における暖房感を増強することができ、寒がりとみなされる体脂肪率の低めの乗員にとって快適な空調を実現することができる。

また、冬期においては、体脂肪率が「高」の乗員に対しては、暖房感を緩和する空調制御を行う。すなわち、吹出モードを標準空調状態よりもＦＡＣＥ寄り、すなわち、フェイスドア１９の開度を所定量増加させてフェイス吹出口１８からの吹出風量割合を増加させる。また、ブロワ制御においては、ブロワ電圧を標準空調状態よりも所定量低下させて風量を多く少なくする。さらに、吹出温度制御においては、エアミックスドア開度θを数式（２）により算出された標準空調状態における値よりも所定量小さくして吹出温度を低下させる。これにより、冬期における暖房感を緩和することができ、暑がりとみなされる体脂肪率の高めの乗員にとって快適な空調を実現することができる。

なお、体脂肪率が「中」の乗員に対しては、夏期および冬期に拘わらず空調補正を行わず、標準空調状態を維持する。ただし、乗員が入力パネル３７ｃより「寒がり補正」または「暑がり補正」のためのスイッチ操作を行った場合は、それぞれ図６の制御テーブルにおける、体脂肪率「低」、体脂肪率「高」の空調補正を行うようにしてもよい。

（他の実施形態）
上記実施形態では、乗員データとして体脂肪率の大きさに応じて空調補正を行う例を示したが、これに限らない。すなわち、乗員データとして、体脂肪率を算出する際に用いられる生体データのうち、性別または年齢に応じて空調補正する例について説明する。

図７はその制御テーブルの例を示す。なお、制御ルーチンは上記図４と同じであるので、その説明は省略する。

乗員の性別が「女性」の場合、上記夏期における体脂肪率「低」の場合の空調補正と同様、冷房感を緩和する空調補正を行う。乗員の性別が「男性」の場合は、上記夏期における体脂肪率「高」の場合の空調補正と同様、冷房感を増強する空調補正を行う。

また、年齢は、例えば、６０歳以上を老年層、２５歳以下を若年層とし、乗員の年齢が「老年」の範囲にある場合は、上記性別「女性」の場合と同じ空調補正を行い、乗員の年齢が「若年」の範囲にある場合は、上記性別「男性」の場合と同じ空調制御を行うことができる。これにより、乗員の性別または年齢層に応じた快適な空調を実現することができる。

また、図６および図７に示した制御テーブルにおける空調補正方法は一例であって、吹出モード補正、ブロワ補正および吹出温度補正の少なくとも１つの補正を行うものであってもよい。例えば、暖房感を緩和する空調補正の場合、吹出モード補正を「ＦＯＯＴ寄り」に補正することも、あるいは、吹出モード補正を行わないようにすることも可能である。

さらに、上記体脂肪率に応じた空調補正および性別や年齢に応じた空調補正は、適宜組み合わせて用いることができる。

なお、上記実施形態では体脂肪率検出装置をステアリングホイールに装着したが、例えば車両のドアを開閉する際のノブに装着してノブに触れた際に体脂肪率を検出することも可能であるし、あるいは車両のドアの施錠をリコモンで操作するタイプのキーの場合にはそのキーに体脂肪率検出装置を装着し、キーを操作する際に該体脂肪率検出装置に触れるようにし、無線にて体脂肪率をＥＣＵ３０に入力するようにしてもよい。

実施形態の車両用空調装置の全体システムを示す図である。 体脂肪率検出装置の構成を示す図である。 標準空調状態における吹出モードを決定する制御マップである。 標準空調状態におけるブロワ電圧を決定する制御マップである。 空調制御装置で実行される空調補正の制御ルーチンを示すフローチャートである。 体脂肪率の大きさに応じた空調補正の制御特性を決める制御マップである。 他の実施形態における制御マップである。

符号の説明

１２…送風機、１３…蒸発器、１４…ヒータコア、１５…エアミックスドア、
１９…フェイスドア、２１…フットドア、３６…体脂肪率検出装置、
３６ａ、３６ｂ…握りセンサ、３７ｃ…入力パネル。

Claims (2)

1. 車室内へ空調風を吹き出す空調ユニット（１０）と、
   前記空調ユニットから前記車室内へ吹き出す吹出モードと、吹き出す風量と、吹き出す温度とを制御する空調制御手段（３０）と、
   乗員の体脂肪率を検出する体脂肪率検出手段（３６）とを備え、
   前記空調制御手段は、現在の季節が夏期であるか冬期であるかを判定するようになっており、
   前記空調制御手段は、前記体脂肪率検出手段より前記乗員の体脂肪率を含む乗員データが出力されない場合は、予め設定された制御則に基づく標準空調状態での吹出モードにて前記車室内へ空調風を吹き出し、
   さらに、前記空調制御手段は、前記体脂肪率検出手段より前記乗員データが出力されている場合であって、現在の季節が夏期である場合に、前記乗員データのうち体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より低いときは、前記吹出モードを前記標準空調状態よりフット寄りに空調補正するとともに前記吹出風量を前記標準空調状態より小さめに補正し、一方、現在の季節が夏期である場合に、前記体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より高いときは、前記吹出モードを前記標準空調状態よりフェイス寄りに空調補正するとともに前記吹出風量を前記標準空調状態より大きめに補正し、
   また、前記体脂肪率検出手段より前記乗員データが出力されている場合であって、現在の季節が冬期である場合に、前記体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より低いときは、前記吹出モードを前記標準空調状態よりフット寄りに空調補正するとともに前記吹出風量を前記標準空調状態より大きめに補正し、一方、現在の季節が冬期である場合に、前記体脂肪率が予め設定された基準体脂肪率より高いときは、前記吹出モードを前記標準空調状態よりフェイス寄りに空調補正するとともに前記吹出風量を前記標準空調状態より小さめに補正することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記体脂肪率検出手段は、前記車両のステアリングホイール（ＳＴＷ）に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。

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