JP5640810B2 - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Description

この発明は車両用空調制御装置に係り、特に電動コンプレッサ、外部可変容量コンプレッサ等の冷房性能をコントローラで制御することができる車両用空調制御装置に関するものである。

電動コンプレッサや外部可変容量コンプレッサ等に対して、制御部（「Ａ／Ｃコントローラ」ともいう。）で目標値を設定し、コンプレッサを動作させる車両用空調制御装置の場合、一般的にＰＩ制御を用いたフィードバック制御を行っており、目標とするエバポレータ温度に近づけるために、出力値（電動コンプレッサ：コンプレッサ回転数、外部可変容量コンプレッサ：斜板傾き要求（「Ｄｕｔｙ」ともいう。））を積分制御により変化させている。

特開２０１０−９６４号公報 特開２０１０−８９６９７号公報

ところで、従来の車両用空調制御装置において、出力は、エンジン回転数や車両駆動電力等の外部要因による制限、及び、前記電動コンプレッサの作動音対策による上限値制限、電動コンプレッサの作動定格となる上限／下限値制限等が設けられており、これらにより出力が制限されている場合は、積分補正値が出力に反映されず、目標とするエバポレータ温度に近づかないため、積分値の発散防止を目的に積分制御を停止させている（図４参照。）。
なお、出力値Ｎｅｏｐと出力要求値Ｎｅｒｑ（共に後述する。）とに差がある場合（図４の判断（Ｂ０３）参照。）は、外部及びシステムによる出力値制限中と判断している。
しかし、前記車両用空調制御装置が積分制御を停止することにより、その後制限が解除された場合に目標値へ追従する時間がかかり過ぎるという不都合がある。
また、本来は積分制御を作動させても影響が無い場合、例えば、上限制限中での出力値下降側への積分制御や下降制限中での出力値上限側への積分制御などにおいて、目標エバポレータ温度とエバポレータ温度との差を縮めることができない、つまり、制御として不安定状態のままとなる等の制御上の問題が生じるという不都合がある。

この発明は、コンプレッサ出力要求値の上下限制限時の積分制御をエバポレータ温度偏差によって判定し、積分値の発散を防止するとともに、積分制御を作動させても影響がない場合にエバポレータ温度を目標エバポレータ温度に追従させることを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エバポレータ温度と目標エバポレータ温度との差をエバポレータ温度偏差として算出するエバポレータ温度偏差算出手段と、このエバポレータ温度偏差算出手段により算出されたエバポレータ温度偏差に基づいて積分値を算出する積分制御手段と、この積分制御手段により算出された積分値に基づいてコンプレッサ出力要求値を算出し、コンプレッサ出力要求値を制限してコンプレッサ出力値を算出する出力値算出手段を備え、前記積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が制限される時には積分制御を停止する車両用空調制御装置において、前記積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には積分制御を停止せず、コンプレッサ出力要求値が上限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には積分制御を停止しないことを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの発明によれば、エバポレータ温度と目標エバポレータ温度との差をエバポレータ温度偏差として算出するエバポレータ温度偏差算出手段と、エバポレータ温度偏差算出手段により算出されたエバポレータ温度偏差に基づいて積分値を算出する積分制御手段と、積分制御手段により算出された積分値に基づいてコンプレッサ出力要求値を算出し、コンプレッサ出力要求値を制限してコンプレッサ出力値を算出する出力値算出手段を備え、積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が制限される時には積分制御を停止する車両用空調制御装置において、積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には積分制御を停止せず、コンプレッサ出力要求値が上限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には積分制御を停止しない。
従って、積分値の発散を防止するとともに、積分制御を作動させても影響がない場合（コンプレッサ出力値が下限制限されている時にコンプレッサ出力値を増加させる場合、あるいは、コンプレッサ出力値が上限制限されている時にコンプレッサ出力値を減少させる場合）には、エバポレータ温度を目標エバポレータ温度に追従させることができる。

図１は車両用空調制御装置のシステム図である。（実施例） 図２は車両用空調制御装置の概略構成図である。（実施例） 図３は車両用空調制御装置の空調の制限判定用フローチャートである。（実施例） 図４はフィードバック積分制御の変更前のフローチャートである。（実施例） 図５はフィードバック積分制御の変更後のフローチャートである。（実施例）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。
図１及び図２において、１は車両用空調制御装置である。
この車両用空調制御装置１は、図２に示す如く、空調通路２の上流側に外気導入口３と内気循環口４とを有し、これらの外気導入口３と内気循環口４とを内外気切替ドア（「吸込み口アクチュエータ」ともいう。）５によって切り替えている。
そして、この内外気切替ドア５の下流側に送風ファン（「ブロワファン」または「空調用ＦＡＮ」ともいう。）６を配設し、この送風ファン６によって前記空調通路２の下流側に送風している。
また、この送風ファン６よりも下流側の空調通路２には、エバポレータ（「エバポレータコア」ともいう。）７を配設し、このエバポレータ７よりも下流側に冷暖房空調用のＨＶＡＣユニット８を配設する。
このＨＶＡＣユニット８は、前記空調通路２を冷房用と暖房用とに切り替えるエアミックスドア（「Ａ／Ｍアクチュエータ」ともいう。）９を備えるとともに、暖房用として使用する部分にヒータコア１０を配設している。
更に、前記ＨＶＡＣユニット８よりも下流側の空調通路２には、デフロスタ吹出口１１を形成するデフロスタダクト１２と、ベント吹出口１３を形成するベントダクト１４と、フット吹出口１５を形成するフットダクト１６とを備える。
そして、前記デフロスタダクト１２のデフロスタ吹出口１１と前記ベントダクト１４のベント吹出口１３とを切り替える第１吹出口切替ドア１７を設ける一方、前記フットダクト１６のフット吹出口１５の開閉を行う第２吹出口切替ドア１８を設ける。
なお、前記第１吹出口切替ドア１７や第２吹出口切替ドア１８は、「ＭＯＤＥ（モード）アクチュエータ」と換言される場合もある。

前記車両用空調制御装置１は、車両（図示せず）を駆動するモータ（図示せず）を搭載した車両の空調制御装置であって、メインコントローラ１９と、Ａ／Ｃコントローラ（「制御部」ともいう。）２０とを備えている。
このとき、前記メインコントローラ１９は、「ＥＶ」の場合には「ＥＶコントローラ」と称され、「ＨＥＶ（ハイブリッド車両）」の場合には「ＨＥＶコントローラ」と称され、「エンジン」の場合には「エンジンコントローラ」と称される一方、エンジン車両の場合には回転数制御をも行う。

また、前記Ａ／Ｃコントローラ２０は、図１及び図２に示す如く、前記メインコントローラ１９に接続される。
そして、前記Ａ／Ｃコントローラ２０は、組み込み可能なＡ／Ｃパネル２１と、前記エバポレータ７よりも下流側に配置されるエバポレータ温度センサ２２と、Ａ／Ｃ制御で必要となるセンサ検出装置２３とを接続している。
更に、前記Ａ／Ｃコントローラ２０は、前記エアミックスドア９や前記第１、第２吹出口切替ドア１７、１８、電動コンプレッサ（または「外部可変容量コンプレッサ」）２４に制御信号を出力するために接続されている。

そして、前記Ａ／Ｃコントローラ２０は、図１に示す如く、目標エバポレータ温度算出手段２５と、エバポレータ温度偏差算出手段２６と、比例制御手段２７と、積分制御手段２８と、上下限値制限手段２９と、出力値算出手段３０とを備えている。
前記目標エバポレータ温度算出手段２５は、前記Ａ／Ｃシステム３１からの各センサ及びパネル設定値を入力して目標エバポレータ温度を算出する。
前記エバポレータ温度偏差算出手段２６は、前記Ａ／Ｃシステム３１からのエバポレータ温度と前記目標エバポレータ温度算出手段２５からの目標エバポレータ温度との差をエバポレータ温度偏差として算出する。
前記比例制御手段２７は、前記エバポレータ温度偏差算出手段２６により算出されたエバポレータ温度偏差に基づいて比例値を算出する。
前記積分制御手段２８は、前記エバポレータ温度偏差算出手段２６により算出されたエバポレータ温度偏差に基づいて積分値を算出する。
前記出力値算出手段３０は、前記比例制御手段２７により算出された比例値と前記積分制御手段２８により算出された積分値とに基づいてコンプレッサ出力要求値を算出し、コンプレッサ出力要求値を制限してコンプレッサ出力値を算出する。
そして、前記車両用空調制御装置１は、前記積分制御手段２８によって、コンプレッサ出力要求値が制限される時には積分制御を停止している。

このとき、前記積分制御手段２８は、コンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には積分制御を停止せず、コンプレッサ出力要求値が上限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には積分制御を停止しない構成とする。
詳述すれば、前記車両用空調制御装置１による制御は、図２に示すＨＶＡＣを操作する前記Ａ／Ｃコントローラ２０と乗員が操作を行う前記Ａ／Ｃパネル２１、冷房、暖房を行う前記ＨＶＡＣユニット８、及び、Ａ／Ｃコントローラ２０で稼働率を制御できる前記電動コンプレッサ２４にて構成されるシステムにおいてＡ／Ｃコントローラ２０から電動コンプレッサ２４に出力する稼働率信号（出力）計算で用いられる積分制御を、出カ制限中においても作動させる条件を追加することにより、目標エバポレータ温度への追従性を向上させるものである。
本来、出力制限中は発散防止として強制的に積分制御を停止させていた。
しかし、以下の表１に示すように、前記積分制御手段２８によって、コンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には積分制御を停止せず、「作動」状態とするとともに、コンプレッサ出力要求値が上限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には積分制御を停止せず、「作動」状態とする。

追記すれば、表１において、第１の状態であるコンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には、積分制御を停止せず、「作動」状態とする。つまり、目標エバポレータ温度よりエバポレータ温度が高いため、下限制限中でも積分計算で出力値を上昇させ、エバポレータ温度を下げる。制限中でも積分制御動作が可能な状況である。
また、表１において、第２の状態であるコンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には、積分制御を停止する。つまり、目標エバポレータ温度よりエバポレータ温度が低いため、積分計算を停止させることにより、出力値の変化を抑える。
更に、表１において、第３の状態であるコンプレッサ出力要求値が上限制限される時に、エバポレータ温度偏差が０以上の場合には、積分制御を停止する。つまり、目標エバポレータ温度よりエバポレータ温度が高いが、上限制限中のため、積分計算で出力値を停止させ、積分値計算の上昇を抑える。
更にまた、表１において、第４の状態であるコンプレッサ出力要求値が上限制限される時に、エバポレータ温度偏差が０未満の場合には、積分制御を停止せず、「作動」状態とする。つまり、目標エバポレータ温度よりエバポレータ温度が低いため、上限制限中でも積分計算で出力値を下げることにより、エバポレータ温度を目標に近づける。制限中でも積分制御動作が可能な状況である。
また、表１において、第５の状態である 制限無しの場合には、何ら影響を受けないため、積分制御を停止せず、「作動」状態とする。つまり、制限無しのため、積分制御への影響がない。
さすれば、出力下限値制限中での出力値を増加させる
「目標エバポレータ温度 ≦ エバポレータ温度」
の場合、及び、出力上限値制限中で出力値を減少させる
「目標エバポレータ温度 ＞ エバポレータ温度」
の場合においても、積分制御により目標値への追従が可能となる。
本内容により、適合で確認しきれない状況で意図せず出力上限／下限値制限が行われてしまう場合も、積分追従を可能とし、制御応答の幅を広げるものである。
従って、積分値の発散を防止するとともに、積分制御を作動させても影響がない場合（コンプレッサ出力値が下限制限されている時にコンプレッサ出力値を増加させる場合、あるいは、コンプレッサ出力値が上限制限されている時にコンプレッサ出力値を減少させる場合）には、エバポレータ温度を目標エバポレータ温度に追従させることができる。

次に、図３の前記車両用空調制御装置１の空調の制限判定用フローチャートに沿って作用を説明する。
なお、この出力値演算説明は一例であり、種々の応用改変が可能である。

この車両用空調制御装置１の空調の制限判定用プログラムがスタート（Ａ０１）すると、前記Ａ／Ｃコントローラ２０は、前記Ａ／Ｃシステム３１から各センサ、エバポレータ温度、Ａ／Ｃパネル操作状態を取得する処理（Ａ０２）に移行する。
そして、この処理（Ａ０２）の後には、前記Ａ／Ｃコントローラ２０の前記目標エバポレータ温度算出手段２５によって、エアコンシステムの冷却能力の目標となる目標エバポレータ温度を算出する処理（Ａ０３）に移行する。
なお、目標エバポレータ温度算出は一般的に行われている公知技術であるため、説明は省略する。
また、目標エバポレータ温度を算出する処理（Ａ０３）の後には、前記Ａ／Ｃコントローラ２０の前記エバポレータ温度偏差算出手段２６によって、目標エバポレータ温度とエバポレータ温度からエバポレータ温度偏差を求める処理（Ａ０４）に移行する。
このとき、「目標エバポレータ温度＞エバポレータ温度」の場合は、エアコンシステムは過冷却もしくは低外気温度を意味し、逆に「目標エバポレータ温度＜エバポレータ温度」の場合は、性能不足状態を意味する。
そして、目標エバポレータ温度とエバポレータ温度からエバポレータ温度偏差を求める処理（Ａ０４）の後には、前記Ａ／Ｃコントローラ２０の前記比例制御手段２７によって、フィードバック比例制御演算を行う処理（Ａ０５）に移行する。
この処理（Ａ０５）におけるフィードバック比例制御演算の際には、
比例制御算出Ｐ＝ｆ（エバポレータ温度偏差）
とする。
なお、上述した比例制御演算も一般的に行われる制御であるため、説明は省略する。
更に、フィードバック比例制御演算を行う処理（Ａ０５）の後には、前記Ａ／Ｃコントローラ２０の前記積分制御手段２８によって、フィードバック積分制御演算を行う処理（Ａ０６）に移行する。
この処理（Ａ０６）におけるフィードバック積分制御演算の際には、
積分制御算出Ｉ＝ｆ（エバポレータ温度偏差）
とする。
そして、フィードバック積分制御演算を行う処理（Ａ０６）の後には、出力要求値Ｎｅｒｑを演算する処理（Ａ０７）に移行する。
この処理（Ａ０７）においては、比例値と積分値とを合わせ、以下の式、
出力要求値Ｎｅｒｑ＝Ｐ＋Ｉ
によって出力要求値Ｎｅｒｑを演算している。
上述の出力要求値Ｎｅｒｑを演算する処理（Ａ０７）の後には、出力値Ｎｅｏｐの演算を行う処理（Ａ０８）に移行する。
この処理（Ａ０８）においては、以下の式、
出力値Ｎｅｏｐ＝ｍｉｎ（ｍａｘ（Ｎｅｒｑ、下限制限値）、上限制限値）
により演算する。
つまり、処理（Ａ０８）においては、外部から出力制限がある場合、下限制限（コンプレッサの作動定格等）の場合は、下限値以上でコンプレッサの出力（Ｎｅｏｐ）を行うとともに、上限制限（コンプレッサの作動音対策の上限規定、コンプレッサ作動定格、駆動側要望の消費電力制限、エンジン回転数制限等を含む。）の場合には、上限値以下でコンプレッサの出力（Ｎｅｏｐ）を行う。
そして、出力値Ｎｅｏｐの演算を行う処理（Ａ０８）の後には、上述の各センサ、エバポレータ温度、Ａ／Ｃパネル操作状態を取得する処理（Ａ０２）に戻る。

図４のフィードバック積分制御の変更前のフローチャートに沿って作用を説明する。
この図４に開示したフィードバック積分制御の変更前のフローチャートは、従来技術の説明として用いられるものであるが、後述する図５のフィードバック積分制御の変更後のフローチャートと連続して説明することにより、相違点が明確となるため、この位置で説明する。

このフィードバック積分制御の変更前のプログラムがスタート（Ｂ０１）すると、積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｂ０２）に移行する。
この判断（Ｂ０２）がＮＯの場合には、判断（Ｂ０２）がＹＥＳとなるまで判断（Ｂ０２）を繰り返し行う。
判断（Ｂ０２）がＹＥＳの場合には、出力値Ｎｅｏｐが出力要求値Ｎｅｒｑと等しいか否か、つまり、
出力値Ｎｅｏｐ＝出力要求値Ｎｅｒｑ
であるか否かの判断（Ｂ０３）に移行する。
この判断（Ｂ０３）がＮＯの場合には、上述の積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｂ０２）に移行する。
判断（Ｂ０３）がＹＥＳの場合には、積分制御算出値Ｉを、以下の式、
積分制御算出値Ｉ＝Ｉ（ｎ−１）＋ｆ（エバポレータ温度偏差）
から算出する処理（Ｂ０４）に移行し、その後に上述の積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｂ０２）に移行する。

図５のフィードバック積分制御の変更後のフローチャートに沿って作用を説明する。

このフィードバック積分制御の変更後のプログラムがスタート（Ｃ０１）すると、積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｃ０２）に移行する。このとき、積分制御の実施タイマが駆動時間経過時に積分制御を行う。
この判断（Ｃ０２）がＮＯの場合には、判断（Ｃ０２）がＹＥＳとなるまで判断（Ｃ０２）を繰り返し行う。
判断（Ｃ０２）がＹＥＳの場合には、出力値Ｎｅｏｐが出力要求値Ｎｅｒｑと等しいか否か、つまり、
出力値Ｎｅｏｐ＝出力要求値Ｎｅｒｑ
であるか否かの判断（Ｃ０３）に移行する。
判断（Ｃ０３）がＹＥＳの場合には、制限が行われておらず、積分制御算出を実施するために、積分制御算出値Ｉを、以下の式、
積分制御算出値Ｉ＝Ｉ（ｎ−１）＋ｆ（エバポレータ温度偏差）
から算出する処理（Ｃ０４）に移行し、その後に上述の積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｃ０２）に移行する。
また、上述の出力値Ｎｅｏｐが出力要求値Ｎｅｒｑと等しいか否か、つまり、
出力値Ｎｅｏｐ＝出力要求値Ｎｅｒｑ
であるか否かの判断（Ｃ０３）がＮＯの場合には、出力制限が行われており、出力値Ｎｅｏｐが出力要求値Ｎｅｒｑよりも大きいか否か、つまり、
出力値Ｎｅｏｐ＞出力要求値Ｎｅｒｑ
であるか否かの判断（Ｃ０５）に移行する。
そして、この判断（Ｃ０５）がＹＥＳの場合には、下限制限の実施が成立するため、エバポレータ温度偏差が０以上であるか否か、つまり
エバポレータ温度偏差≧０
であるか否かの判断（Ｃ０６）に移行する。
また、判断（Ｃ０５）がＮＯの場合には、上限制限の実施が成立するため、エバポレータ温度偏差が０未満であるか否か、つまり
エバポレータ温度偏差＜０
であるか否かの判断（Ｃ０７）に移行する。
上述のエバポレータ温度偏差が０以上であるか否か、つまり
エバポレータ温度偏差≧０
であるか否かの判断（Ｃ０６）において、この判断（Ｃ０６）がＹＥＳの場合には、下限制限の実施中に、
エバポレータ温度偏差≧０
の場合は下限制限でも目標温度に達していない状態にあり、積分計算により出力値を増加させ、目標値への追従を行うために、上述の積分制御算出値Ｉを、以下の式、
積分制御算出値Ｉ＝Ｉ（ｎ−１）＋ｆ（エバポレータ温度偏差）
から算出する処理（Ｃ０４）に移行する。
判断（Ｃ０６）がＮＯの場合には、そのまま上述の積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｃ０２）に戻る。
また、上述のエバポレータ温度偏差が０未満であるか否か、つまり
エバポレータ温度偏差＜０
であるか否かの判断（Ｃ０７）において、この判断（Ｃ０７）がＹＥＳの場合には、上限制限実施中に、
エバポレータ温度偏差＜０
の場合は出力値が大きすぎる状態にあり、積分計算を行うことにより出力値を減少させ、目標値へ追従を行うために、上述の積分制御算出値Ｉを、以下の式、
積分制御算出値Ｉ＝Ｉ（ｎ−１）＋ｆ（エバポレータ温度偏差）
から算出する処理（Ｃ０４）に移行する。
判断（Ｃ０７）がＮＯの場合には、積分補正値が出力に反映されず、積分値が発散してしまうため積分計算を実施せず、そのまま上述の積分制御タイマｔが経過したか否かの判断（Ｃ０２）に戻る。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、エンジン回転数によりコンプレッサ（電動コンプレッサ、外部可変容量コンプレッサ）の冷房能力を制御するシステムで、エンジン回転数に対する制限が設けられており、積分でフィードバックを使用している制御に関しても適応を可能な特別構成とする。
また、出力値Ｎｅｏｐと出力要求値Ｎｅｒｑとでの制限比較ではなく、直接制限内容を読み込み、そのデータで制限の有／無を判定する特別構成とすることも可能である。
更に、図３の空調制限判定内の出力値計算は、ＰＩ（比例、積分）制御だけでなく、目標エバポレータ温度、及び、周囲条件（外気温度、風量等）から決まるフィードフォワード値（基本出力値）を加算させること特別構成とすることも可能である。

１ 車両用空調制御装置
２ 空調通路
３ 外気導入口
４ 内気循環口
６ 送風ファン（「ブロワファン」または「空調用ＦＡＮ」ともいう。）
７ エバポレータ（「エバポレータコア」ともいう。）
８ ＨＶＡＣユニット
１０ ヒータコア
１１ デフロスタ吹出口
１３ ベント吹出口
１５ フット吹出口
１９ メインコントローラ
２０ Ａ／Ｃコントローラ（「制御部」ともいう。）
２１ Ａ／Ｃパネル
２２ エバポレータ温度センサ
２３ センサ検出装置
２４ 電動コンプレッサ（または「外部可変容量コンプレッサ」）
２５ 目標エバポレータ温度算出手段
２６ エバポレータ温度偏差算出手段
２７ 比例制御手段
２８ 積分制御手段
２９ 上下限値制限手段
３０ 出力値算出手段

Claims (1)

1. エバポレータ温度と目標エバポレータ温度との差をエバポレータ温度偏差として算出するエバポレータ温度偏差算出手段と、このエバポレータ温度偏差算出手段により算出されたエバポレータ温度偏差に基づいて積分値を算出する積分制御手段と、この積分制御手段により算出された積分値に基づいてコンプレッサ出力要求値を算出し、コンプレッサ出力要求値を制限してコンプレッサ出力値を算出する出力値算出手段を備え、前記積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が制限される時には積分制御を停止する車両用空調制御装置において、前記積分制御手段は、コンプレッサ出力要求値が下限制限される時にエバポレータ温度偏差が０以上の場合には積分制御を停止せず、コンプレッサ出力要求値が上限制限される時にエバポレータ温度偏差が０未満の場合には積分制御を停止しないことを特徴とする車両用空調制御装置。

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