JP4975931B2 - 乗り物の改良暖房／換気／空調システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、乗り物、特に自動車の暖房／換気／空調システム (ＨＶＡＣ）の改善に関し、特に制御機器をシリアル通信バスにより制御されたＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）に統合することで、ＨＶＡＣモジュールを通る空気の流れと温度を制御する方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のＨＶＡＣ技術は、一般的には運転者または乗客が空気の流れを制御するためのユーザインタフェース部（空調制御部）と、一つまたは複数の吸入口、ヒータコアおよび／またはエバポレータコア、多くの排気口の空気流を管理するＨＶＡＣモジュールから成る。空調制御部は、ＨＶＡＣシステムを制御するための専用のユーザインタフェース部から成るか、あるいは中央制御装置に統合されて、他の乗り物機能と一緒に表示される。ＨＶＡＣモジュールを通る空気流は、一般的にはＨＶＡＣモジュール内の種々の通路を通る空気を開放したり、閉じたり、混ぜたりする空気流ドアにより制御される。空気流ドアには、バタフライ式、二枚貝式、回転式がある。
【０００３】
空調制御部は、電気制御システム、機械的な仕掛け、両方の組み合わせのどれかによってＨＶＡＣモジュールと接続される。ＨＶＡＣモジュールが電気的に制御される場合には、電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどれかがＨＶＡＣモジュールの空気流ドアを動かすために用いられる。空気流の速度は、一般的には空気流用羽根車を持った電気モータ（ブロアモータ）を通る電圧を電気抵抗器または半導体（速度制御ユニット）を用いて変化させることにより制御する。次に、速度制御ユニットが空調制御部により制御される。典型的なＨＶＡＣモジュールには、電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのうちの一つ以上が温度調整のための寒暖空気の混合を制御するために利用され、他の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータの中には吹出口の空気流の方向（モード）の制御に利用されるものもあれば、他の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータの中には吸込口の空気流の方向（吸込み）の制御に利用されるものもある。典型的なＨＶＡＣモジュールには、吸気温度、排気温度、エバポレータの排気温度、エンジンクーラント温度などを測定する種々の空気温度センサーがある。そのほかにも、典型的なＨＶＡＣモジュールには、圧力センサー、湿度センサー、空気の品質センサー、空気フィルタセンサー（圧力または赤外線、または両方を利用）、位置センサーなど種々の機器がある。
【０００４】
従来の技術では、比較的精巧に出来ているものの、ＨＶＡＣモジュールを他の乗り物の装置や空調制御部に接続する場合、空調制御部からＨＶＡＣモジュールへ電気信号を伝達するのに、まだ配線ハーネスを用いる必要がある。その結果、ＨＶＡＣモジュールから空調制御部への配線には、非常に多くの線とそのためのコネクターが必要になっている。
【０００５】
さらに、現在のシステムでは、乗り物の型式によって異なったＨＶＡＣモジュール機能または特性が提供されている場合、異なった配線ハーネスが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、現在のＨＶＡＣシステムの欠点の少なくともいくつかを無くす改良ＨＶＡＣシステムの提供が期待されている。
【０００７】
また、安価に製造、取り付け、検査、保守できる改良ＨＶＡＣシステムの提供が期待されている。
【０００８】
また、機能と特性が向上された改良ＨＶＡＣシステムの提供が期待されている。
【０００９】
また、種々の機能ニーズに適合する改良ＨＶＡＣシステムの提供が期待されている。
【００１０】
また、ＨＶＡＣモジュールおよびシステムの電気配線ならびにこれらと関連する電気配線の削減が期待されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つにより、ＨＶＡＣモジュールを通る空気流を制御するためのＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）が提供され、このＨＶＡＣモジュールには、速度可変ブロアモータ、複数の空気流方向と温度調整のための寒暖空気の混合制御用空気流ドア、このドア用の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどれか、がある。
【００１２】
ＨＩＭには、以下の機器がある。
【００１３】
1) 吸気温度、排気温度、エバポレータの排気温度、エンジンクーラント温度
の一つ以上を測定する一つ以上の空気温度センサー
2) 前述の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどれかを
制御するアクチュエータ制御回路
3) 速度可変ブロアモータの速度を制御するブロアモータ速度制御回路
4) 前述のセンサー用センサー制御回路
5) 乗り物のユーザインタフェース部との通信を可能とするシリアル通信イン
タフェース用通信回路
ＨＩＭには、湿度、空気の品質、空気フィルタの状態（圧力または赤外線、または両方を利用）、位置を測定する電気機器およびこれらの機器の制御回路もあるのが望ましい。
【００１４】
乗り物のユーザインタフェース部、空調制御部、ＨＶＡＣモジュールの各個別電気機器に組み込まれる制御回路のすくなくとも大部分をＨＶＡＣモジュールに組み込むように再設計するとともにシリアル通信バスによる通信を使うことにより、空調制御部からＨＶＡＣモジュールに必要な電気配線を大幅に削減し、アクチュエータ、ブロアモータ速度制御ユニット、空気温度センサー、その他の種々の電気機器を空調制御部に接続するのに、ＨＶＡＣモジュールのサブ配線ハーネスを別々に組み込む必要がなくなる。
【００１５】
さらに、この発明により、制御回路全体のすくなくとも大部分をＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）に置くことになるので、ＨＶＡＣモジュールの大部分の試験を乗り物への組み立て前に行うことができるとともに、乗り物においてはＨＶＡＣシステムの大部分の試験を乗り物のダッシュボードへの組み立て前に行うことができる。さらにまた、ＨＩＭへの回路と機械機構の統合にともない、車速に合わせたブロア速度の補正、空気流モードまたは温度調整混合に合わせたブロア速度の補正、空気流のバーストを防止するための空気流モード変更時におけるブロア速度の補正、ＨＶＡＣシステム性能の最適化のための空気流吸込みの混合補正、乗り物速度に合わせたラムエアーの補正、バッテリー電圧に合わせたブロア速度の補正、寒暖温度の空気混合ドア位置対吹出口温度の非線形性の補正等の大部分の機能が可能となる。
【００１６】
さらに、この発明による制御回路は、マイクロプロセッサにもとづく制御システムまたは個別電子部品により実現される。マイクロプロセッサにもとづく制御システムの場合、ＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）は、個別にまたはシリアル通信バスと接続して形態で、外気温度および日光量の測定結果を入力とした自動空調制御（ＡＣＣ）を実現する空調制御部を組み込むこともできる。
【００１７】
さらに、ＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）は、シリアル通信バスを乗り物の他の該電子モジュールと共同して利用でき、これにより、これらの乗り物の他の電子モジュールとＨＩＭとがデータを共同して利用できるとともに、ＨＩＭが乗り物機器の診断用ポイントに一箇所接続するだけで診断応答を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明を容易に理解できるよう、関連図を参照して実施例を以下のとおり説明する。
【００１９】
図を参照して、ＨＶＡＣモジュールは、図１に模式的に表されるように、空気の流れを吸込口から吹出口に導く複数のドアを組み込んだ機械的なシステムから構成されている。空気の吸込口１４は、乗り物の客室の外から空気（新鮮な空気）を取り入れる一方、空気の吸込口１６は、乗り物の客室内での空気の流れ（空気の循環）を起こす。空気の吸込ドア１７は、新鮮な空気と循環する空気の混合度合いを変えるため、電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータ（図に描かれていない）のどれかにより動かされる。
【００２０】
ブロアモータ１８は、空気を押してＨＶＡＣモジュール１２に通すために使われる。ブロアモータは、速度制御ユニット１５により制御され、ＨＶＡＣモジュールを通る空気の流れを使って熱を発散させる。エバポレータコア２１は、空気がフィンを通って空気の温度を下げるために使われる。ヒータコア（図に描かれていない）は、同様に空気がフィンを通って空気の温度を上げるために使われる。空気混合ドアは、熱い空気（ヒータコアを通ってきたもの）と寒い空気（エバポレータコア２１を通ってきたもの）との混合度合いを変化させるために使われ、電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどらかにより位置が制御される。種々のモードドアは、種々の吹出口への空気流の向きを変えるために使われ、通常網式ドア（screen）２６、面式ドア（face）２７、足式ドア（foot）２８、それらの組み合わせから成る。ドアを動かすための電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータは、良く知られた技術であり、詳細に述べる必要はない。
【００２１】
種々の温度センサーは、その内の一つが３０に描かれているが、個別の空調制御目的を持って空気の温度を測定するために、ＨＶＡＣモジュールの種々の場所に使われている。また、圧力センサー、湿度センサー、空気の品質センサー、空気フィルタセンサー（圧力または赤外線、または両方を利用）、位置センサーなどの種々の電気機器（図に描かれていない）が、個別の空調制御目的を持ってＨＶＡＣモジュールの種々の場所に使われている。温度センサー、圧力センサー、その他の電気機器は、一般的に知られた技術である。
【００２２】
この発明により、これらの電気または電磁機器のいくつかまたはすべてが一つのＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）に統合される。ＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）は、種々の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどれか、および種々の温度センサー、およびブロアモータ速度制御ユニット、および圧力センサー、湿度センサー、空気の品質センサー、空気フィルタセンサー（圧力または赤外線、または両方を利用）、位置センサーなどの種々の電気機器のための電子制御回路３１を組み込んでいる。
【００２３】
図２に描かれているように、従来の技術のＨＶＡＣモジュールにおいては、種々の機能の制御は、乗り物のユーザインタフェース部または空調制御部３２から行われる。そして、空調制御部３２は、それぞれが個別の機能、運転モード、空気の流れの速度に対応する複数の個別電気配線３６を用いて、ＨＶＡＣモジュール４０の種々の電気アクチュエータ、サーボモータ、ステッパーモータのどれかを制御している。このように、図示された従来の技術のＨＶＡＣモジュールには、排気温度センサー２２、空気混合モータ３４、吹出口モードモータ３３、循環モータ３５、ブロアモータ１９があり、それぞれが電源供給と機能制御用の複数の配線３６により空調制御部３２に接続されている。これらの電気配線３６には、ブロアモータ１９用に５本の高電流用配線がある。そのため、ＨＶＡＣモジュール１２を空調制御部３２と乗り物配線設備３７に接続するために、２２の個別の配線接続用配線ハーネスとそのコネクタが必要となっている。
【００２４】
図３に描かれているように、この発明により、制御回路３１をＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）４１に統合するとともに、シリアル通信バスを使用することで、制御用電気配線３６の数を削減している。図３に図示した実施例においては、従来の技術のモジュールと同じ部品を用いて、電源と空調制御部３２との通信用に５本の配線だけで済んでおり、その内の２本が高電流用配線である。ＨＶＡＣシリアルバス信号は、次のとおりである。
【００２５】
Ａ／Ｃスイッチ
Ａ／Ｃリクエスト
Ａ／Ｃサーミスタ
ブロア速度
循環制御
空気の方向制御
温度制御
この発明のシステムにより、制御回路３１の特徴として、内部故障検出もまた実現されている。障害または再プログラムが必要な場合には、診断コネクタ３８をシリアル通信バスに差し込み、試験・診断装置を起動してＨＩＭモジュール４１と診断応答を行うことができる。この発明により、配線ハーネス、乗り物の電気機器、機械設備に変更を加えることなく、制御回路３１に種々の機能を追加することができる。例えば、配線を変えることなく、空気制御ドアの位置を増加、減少、変更することで、動作モード数を増加、減少、変更することができる。
【００２６】
この発明によるＨＶＡＣ電子統合モジュール（ＨＩＭ）の設計および／または製造には、多くの他の修正が可能であり、この発明の範囲に合うこれらの修正は、すべて上記の記述の範囲内にあるものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による実施例にもとづくＨＶＡＣユニットの模式図、
【図２】 従来の技術によるＨＶＡＣユニットの配線系統を示す模式配線図、
【図３】 この発明によるＨＶＡＣユニットの配線系統を示す模式配線図。
【符号の説明】
１２ ＨＶＡＣモジュール
１４ 空気の吸込口
１５ 速度制御ユニット
１６ 空気の吸込口
１７ 空気の吸込ドア
１８ ブロアモータ
１９ ブロアモータ
２１ エバポレータコア
２２ 排気温度センサー
２６ 網式ドア
２７ 面式ドア
２８ 足式ドア
３０ 温度センサー
３１ 制御回路
３２ 空調制御部
３３ 吹出口モードモータ
３４ 空気混合モータ
３５ 循環モータ
３６ 制御用電気配線
３７ 乗り物配線設備
３８ 診断コネクタ

Claims (10)

1. 乗り物のＨＶＡＣモジュールを通る空気流を制御するためのＨＶＡＣ電子統合モジュールにおいて、少なくとも
   吸気温度、排気温度、エバポレータの排気温度、エンジンクーラント温度の一つ以上を測定するための一つ以上の空気温度センサーと、
   少なくとも一つの電気アクチュエータ、サーボモータ又はステッパーモータと、
   該少なくとも一つの電気アクチュエータ、サーボモータ又はステッパーモータを制御するためのアクチュエータ制御回路と、
   ＨＶＡＣモジュールの速度可変ブロアモータの速度を制御するためのブロアモータ速度制御回路と、
   該センサー用のセンサー制御回路と、
   乗り物のユーザインタフェース部との通信を可能とするシリアル通信インタフェース用通信回路と、
   が、ＨＶＡＣ電子統合モジュールの筐体内に配置されて、このＨＶＡＣ電子統合モジュールのコンポーネントとして機械的に統合されているＨＶＡＣ電子統合モジュール。
2. 追加機器として、
   圧力、湿度、空気の品質、空気フィルタの状態および位置のうちの一つ以上を測定するための一つ以上の電気機器と、
   該電気測定機器用の電気機器制御回路と、
   を有する請求項１に記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
3. 空気フィルタの状態を測定するための一つ以上の該電気機器が測定に赤外線および圧力のどれか一つまたは両方を使用する請求項１に記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
4. 制御回路が、マイクロプロセッサにもとづく制御システムを用いて実現される請求項１から３までの一つに記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
5. 追加機器として、個別にまたは該シリアル通信インタフェースと接続して、外気温度および日光量の測定にもとづき自動空調制御（ＡＣＣ）を実現する空調制御部を有する請求項４に記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
6. 制御回路が個別電子部品を用いて実現される請求項１から４までの一つに記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
7. ＨＶＡＣ電子統合モジュールと乗り物の他の電子モジュールとがデータを共同して利用できるとともに、乗り物機器の診断用ポイントに一箇所接続するだけでＨＶＡＣ電子統合モジュールとの診断応答を実現できるように、シリアル通信インタフェースが乗り物の他の該電子モジュールと共同して利用できるように調整されている請求項１から６までの一つに記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
8. 該コンポーネント間の電気接続部が、ＨＶＡＣ電子統合モジュールを搭載した乗り物の電気配線設備と独立している請求項１から７までの一つに記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
9. 該コンポーネント間の電気接続部が、ＨＶＡＣ電子統合モジュールの一部を構成している請求項８に記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。
10. 該コンポーネント間の電気接続部が、電気接続手段として、プリント配線基板と専用の配線ハーネスの中の一つ以上を有する請求項９に記載のＨＶＡＣ電子統合モジュール。

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