JP6136060B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。

車両用空調装置は、車室内を冷房あるいは暖房することで居住性を改善する他に、窓の曇り取りを行って運転環境の改善（視界の確保）にも役立っている。例えば、車窓の防曇を達成しつつ、十分な暖房能力を発揮することが可能な車両用空調装置が考案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−０３０７０６号公報

車両用空調装置は、一般的に、周知のＨＶＡＣ（Heating Ventilating and Air-Conditioning）ユニットであるエアコンユニットと、エアコンユニットの冷房出力用のための、周知の冷凍サイクル（例えば、単段蒸気圧縮冷凍サイクル）を含んで構成される。

車両用空調装置によっては、動作制御を行うＥＣＵ（電子制御装置）が、ユーザによる操作入力部への操作入力（温度設定等）と、車室内の気温等を検出する内気温センサ等のセンサ群の検知状態に基づいて、吹出口の選択（開度の指定も含む）および風量を決定し、これを駆動制御指令として出力するエアコンＥＣＵと、該駆動制御指令を取得して、エアコンユニットの駆動制御を行うＨＶＡＣ ＥＣＵとに分けられているものがある。

上述の構成で、ＨＶＡＣ ＥＣＵがエアコンＥＣＵからの駆動制御指令を取得できないときは、ユーザの設定内容に応じた空調制御ができなくなる。例えば、車外が低温時かつ空調の設定が内気循環モードのとき、車室内が高湿度になるとフロントガラス部で結露が発生し、窓曇りが発生するが、エアコンＥＣＵが駆動制御指令を出力できなくなると、窓曇りの防止および除去ができなくなる。

上記問題点を背景として、本発明の課題は、適切な駆動制御指令を取得できない場合でも、窓曇りの発生を抑制できる車両用空調装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するための車両用空調装置は、空調風を送出して車室内の空調を行うエアコンユニットに対する第一の制御装置からの駆動制御指令を取得する取得部を備え、エアコンユニットに含まれる複数のアクチュエータを一括して駆動制御可能な第二の制御装置であって、第二の制御装置は、駆動制御指令に基づいてエアコンユニットを駆動制御する制御部と、駆動制御指令を正常に取得しているか否か判定する判定部と、を備え、制御部は、判定部が駆動制御指令を正常に取得していないと判断したとき、車両外部の空気を導入する外気導入モードとなるように、複数のアクチュエータのうちの対応するアクチュエータを駆動制御し、正常に駆動完了したことを条件として、エアコンユニットの駆動状態が予め定められた防曇動作モードとなるように、複数のアクチュエータのうちの残りのアクチュエータを駆動制御することを特徴とする。

上記構成によって、外部の駆動制御指令の出力元（例えば、エアコンＥＣＵ）から駆動制御指令を取得してエアコンユニットの駆動制御を行う構成でも、外部装置の故障等により駆動制御指令を取得できないときでも、窓の曇りを抑制できる。

本発明の車両用空調装置の構成例を示す図。 ＨＶＡＣ ＥＣＵおよびエアコンＥＣＵの構成の詳細を示す図。 本発明によるフェールセーフ処理を説明するフロー図。 従来技術による通信途絶時の状態を説明するフロー図。

以下、本発明の車両用空調装置について、図面を用いて説明する。図１に、車両用空調装置１００の全体構成を示す。車両用空調装置１００は、車室内を空調する空調ユニット１における各空調部（アクチュエータ）を、エアコンＥＣＵ５０からの駆動制御指令に基づいて、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０が空調ユニット１を駆動制御する、いわゆるオートエアコンシステムである。

空調ユニット１は、車室内の運転席側（運転席後方の後部座席を含む）空調空間と、助手席側（助手席後方の後部座席を含む）空調空間との温度調節、および吹出モードの変更などを、互いに独立して行うことが可能である。

空調ユニット１は、車両の車室内前方に配置されたダクト２を備えている。このダクト２の上流側には、内外気切替ダンパ３、およびブロワ４が設けられている。内外気切替ダンパ３は、サーボモータ５などのアクチュエータによって駆動され、内気吸込口６と外気吸込口７との開度を変更する。

ブロワ４は、ブロワ駆動回路８によって制御されるブロワモータ９により回転駆動されて、ダクト２内において車室内に向かう空気流を発生させる遠心式送風機である。なお、ブロワ４は、後述する運転席側、助手席側の各吹出口から車室内の運転席側、助手席側空調空間に向けてそれぞれ吹き出される空調風の風量を変更する。

ダクト２の中央部には、ダクト２を通過する空気を冷却するエバポレータ４１が設けられている。また、エバポレータ４１の下流側には、第１、第２空気通路１１、１２を通過する空気を、エンジンの冷却水（温水）と熱交換して加熱するヒータコア４２が設けられている。

なお、第１、第２空気通路１１、１２は、仕切板１４により区画されている。また、例えば電力を用いて走行する車両に用いられた車両用空調装置では、エバポレータやヒータコアをペルチェ素子に変更してもよい。ヒータコア４２の上流側には、車室内の運転席側空調空間と助手席側空調空間との温度調節を、互いに独立して行うための運転席側、助手席側エアミックスダンパ１５、１６（本発明のエアミックスダンパ）が設けられている。

運転席側、助手席側エアミックスダンパ１５、１６は、サーボモータ１７、１８などのアクチュエータにより駆動され、第１、第２空気通路１１、１２の第１、第２冷風通路１１ａ、１２ａ（本発明の冷風通路）を通過するエバポレータ４１により冷却された空気、および第１、第２温風通路１１ｂ、１２ｂ（本発明の温風通路）を通過するヒータコア４２により加熱された空気を所定割合で混合する。これにより、後述する運転席側、助手席側の各吹出口から車室内の運転席側、助手席側空調空間に向けて、それぞれ吹き出される空調風の吹出温度を変更する。

ここで、エバポレータ４１は、冷凍サイクルの一構成部品である。冷凍サイクルは図示しないが、車両のエンジンあるいはモータを駆動源として冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ５４（図２参照）と、このコンプレッサ５４より吐出された冷媒を凝縮液化させるコンデンサと、このコンデンサより流入した液冷媒を気液分離するレシーバと、このレシーバより流入した液冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、この膨張弁より流入した気液二相状態の冷媒を蒸発気化させる上記のエバポレータ４１とから構成されている。

第１空気通路１１の下流側には、運転席側デフロスタ吹出口２０（本発明のデフロスタ吹出口）、運転席側センタフェイス吹出口２１、運転席側サイドフェイス吹出口２２、および運転席側フット吹出口２３が、各吹出ダクトを介して連通している。また、第２空気通路１２の下流側には、助手席側デフロスタ吹出口３０（本発明のデフロスタ吹出口）、助手席側センタフェイス吹出口３１、助手席側サイドフェイス吹出口３２、および助手席側フット吹出口３３が、各吹出ダクトを介して連通している。

なお、運転席側および助手席側デフロスタ吹出口２０、３０は、例えばフロントガラスのような窓ガラスの内側に向けて空調風を吹き出す。運転席側および助手席側フェイス吹出口２１、２２、３１、３２は、運転者および助手席乗員の頭胸部へ空調風を吹き出す。運転席側および助手席側フット吹出口２３、３３は、運転者および助手席乗員の足元へ空調風を吹き出す。

そして、第１および第２空気通路１１、１２内には、車室内の運転席側と助手席側との吹出モードの設定を互いに独立して行うための、運転席側および助手席側デフロスタダンパ２４、３４、運転席側および助手席側フェイスダンパ２５、３５、運転席側および助手席側フットダンパ２６、３６が設けられている。そして、これらの運転席側および助手席側吹出口切替ダンパ２４〜２６、３４〜３６は、サーボモータ２８、２９、３８、３９などのアクチュエータにより駆動される。

ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０は、車両に搭載されたバッテリー（図示せず）から電源が供給され、演算処理や制御処理を開始するように構成されている。そして、上述のように、エアコンＥＣＵ５０からの駆動制御指令に基づいて、各アクチュエータを駆動制御する。

エアコンＥＣＵ５０には、例えばインストルメントパネルに一体的に設置された操作入力部５３に含まれる各種操作スイッチから、各スイッチ信号が入力されるように構成されている。操作入力部５３には、例えば、内外気切替スイッチ、フロントデフロスタスイッチ、リヤデフロスタ（デフォッガ）スイッチ、吹出モード切替スイッチ、ブロワ風量切替スイッチ、エアコンスイッチ、オートスイッチ、オフスイッチなどが含まれる。

吹出モード切替スイッチは、乗員の操作に応じて、吹出モードを、フェイスモード、バイレベル（Ｂ／Ｌ）モード、フットモード、デフロスタモード等のいずれかに設定ためのものである。エアコンスイッチは、冷凍サイクルのコンプレッサ５４の駆動、または停止を指令ためのものである。オートスイッチは、ユーザにより入力された設定温度および各種センサの状態に基づいて、吹出モードを上述のいずれかのモードに自動設定する。

また、エアコンＥＣＵ５０には、駆動制御指令を生成するために必要なセンサ群５２が接続されている。センサ群５２には、例えば、車室内温度を検知する内気温センサ、車室外温度を検知する外気温センサ、および日射量を検知する日射センサ、エバポレータ４１を通過した直後の空気温度を検知するエバ後温度センサ７４、車両のエンジン冷却水温を検知する冷却水温センサ、車室内の相対湿度を検知する湿度センサなどが含まれる。

エアコンＥＣＵ５０は、センサ群５２に含まれる各センサの検知状態、および操作入力部５３の設定状態に基づいて、駆動制御指令（例えば、各吹出口の開度、ブロワの風量など）を生成して、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０に出力する。

図２を用いて、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０およびエアコンＥＣＵ５０の構成の詳細について説明する。ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０は、周知のマイコン等で構成される制御部１０ａ（本発明の制御部、判定部）、通信ネットワーク６０を介してエアコンＥＣＵ５０とのデータの伝送を、例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）のような通信プロトコルを用いて行うためのインターフェース回路である通信ドライバ１０ｂ（本発明の取得部）、バッテリ等の電源（＋Ｂ）に接続されて、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０の各部に電力を供給する電源部１０ｃ、上述のアクチュエータ（モータ５等）を駆動するためのドライバ回路１０ｄ、フラッシュメモリのような不揮発性記憶媒体を用いたメモリ１０ｅ、ブロワ駆動回路８に対してブロワモータ９の駆動／停止の指令を行うためのスイッチング素子Ｔｒ２を含む。

メモリ１０ｅには、ＨＶＡＣ制御プログラム１０ｆが記憶されており、制御部１０ａにて該プログラムを実行することで、通信制御やモータ駆動指令などの、空調ユニット１の種々の動作を制御する。

エアコンＥＣＵ５０は、周知のマイコン等で構成される制御部５０ａ（メモリ、周辺回路を含む）、上述の通信ドライバ１０ｂと同様の構成である通信ドライバ５０ｂ、上述のスイッチング素子Ｔｒ２と同様の動作を行うスイッチング素子Ｔｒ１を含む。スイッチング素子Ｔｒ１を含まない構成としてもよい。また、エアコンＥＣＵ５０は、上述の冷凍サイクルに含まれるコンプレッサ５４の作動／停止の制御も行う。本構成が、制御部は、冷凍サイクルに含まれるコンプレッサの駆動制御を行わないものに相当する。これにより、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０の制御部１０ａの処理負荷を低減できる。

制御部５０ａには、エアコン制御プログラムが記憶されており、制御部５０ａにて該プログラムを実行することで、駆動制御指令の生成等を行う。

本発明の車両用空調装置１００のＨＶＡＣ ＥＣＵ１０の制御部１０ａにおいて、エアコンＥＣＵ５０から駆動制御指令を受信できなくなったとき（すなわち、通信途絶時）に実行されるフェールセーフ処理について説明する。まず、比較のために、図４を用いて、従来技術の構成による通信途絶時の状態について説明する。

まず、車両のイグニッションスイッチ（図２のＩＧ）がオン状態となる、あるいは走行用モータが駆動可能状態となると（Ｓ３１）、車両は走行を開始し、操作入力部５３の状態（あるいは、前回の走行時の設定状態）に基づいて、エアコンＥＣＵ５０がＨＶＡＣ ＥＣＵ１０に駆動制御指令を送り、この駆動制御指令に基づいて、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０が空調ユニット１の駆動制御を行う（Ｓ３２）。

ここで、エアコンＥＣＵ５０が正常動作しなくなったとき、あるいは通信ネットワーク６０が断線したとき（Ｓ３３）、エアコンＥＣＵ５０からの通信が途絶し、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０は駆動制御指令を受信できなくなる。また、エアコンＥＣＵ５０では、センサ群５２の検知情報を取得できず、正常な駆動制御指令を生成できなくなる。さらに、エアコンＥＣＵ５０の状態によっては、コンプレッサ５４も停止する（Ｓ３４）。

このため、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０では、最後に受信した駆動制御指令に基づいて、空調ユニット１の駆動制御を行わざるを得なくなる。このとき、現在の空調ユニット１の動作状態が、内外気切替ドア３が外気吸込口７とダクト２を連通した状態となっている外気導入モードであるとき（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、走行中は、走行状態に応じて外気が車室内に流入するため、車室内と車外との温度差は比較的小さく（Ｓ３８）、窓が曇る可能性も低い（Ｓ３９）。

一方、内外気切替ドア３が内気吸込口６とダクト２を連通した状態となっている内気導入モードであるとき（Ｓ３５：Ｎｏ）、車室内の空気は流動せず、日射あるいは乗員の体温により車室内の温度は上昇するので、車室内と車外との温度差は大きくなり（Ｓ３６）、窓が曇る可能性も高くなる（Ｓ３７）。

なお、温度が上昇した車室内の空気が、それよりも冷たい窓ガラスに接していると、空気の温度が下がり、飽和水蒸気量が減る。これにより、飽和水蒸気量を超えた分の水蒸気が水となり、窓ガラスに付着して曇りが発生する。

図３を用いて、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０で実行するフェールセーフ処理の流れについて説明する。なお、図３のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理内容は、それぞれ、図４のＳ３１〜Ｓ３４と同様であるため、ここでの詳細な説明は割愛する。また、図３のステップＳ１５〜Ｓ１９およびＳ２２〜Ｓ２４が、フェールセーフ処理に相当する。

まず、以下のうちの少なくとも一つを用いて、エアコンＥＣＵ５０との通信が異常か否かを判定する。
・予め定められた時間内あるいは時間間隔で、エアコンＥＣＵ５０から駆動制御指令を受信できないとき、あるいは受信できない状態が所定時間継続したとき、通信異常と判定する。
・エアコンＥＣＵ５０から受信した駆動制御指令の各パラメータの少なくとも１つが、予め定められた正常値の範囲を超えているとき、通信異常と判定する。

上述の構成が、判定部は、取得部が予め定められた時間を超えて駆動制御指令を取得できないときに、駆動制御指令を正常に取得していないと判断するものに相当する。本構成によって、外部の駆動制御指令の出力元（例えば、エアコンＥＣＵ５０）の異常を的確に検知できる。

通信異常ではないと判定したとき（Ｓ１５：Ｎｏ）、フェールセーフ処理を行わず、本処理を終了する（Ｓ２４）。

一方、通信異常であると判定したとき（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、現在の空調ユニット１の動作状態が外気導入モードか否かを判定する。外気導入モードのとき（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、次のステップへ進む。一方、外気導入モードでないとき（Ｓ１６：Ｎｏ）、サーボモータ５を駆動して、エアミックスダンパ３を外気吸込口７とダクト２とを連通させる外気側に切り替え、外気導入モードにする（Ｓ２２）。空調ユニット１の動作状態は、メモリ１０ｅに記憶されている。

上述の構成が、制御部は、防曇動作モードでは、エアコンユニットを、車両外部の空気を導入する外気導入モードに切り替えるものに相当する。本構成によって、車室内の空気が滞留して外気との温度差が大きくなることを抑え、窓の曇りを抑制できる。

次に、サーボモータ２８、３８を駆動して、運転席側および助手席側デフロスタダンパ２４、３４を開状態とし、運転席側および助手席側デフロスタ吹出口２０、３０から空調風を吹き出させる（Ｓ１７）。他の吹出口（フェイス吹出口、フット吹出口）は、閉状態とすることが望ましい。

上述の構成が、エアコンユニットは、車両の窓ガラスの内面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出口を含み、制御部は、防曇動作モードでは、デフロスタ吹出口から空調風を吹き出すものに相当する。本構成によって、車両の窓ガラス（特に、フロントガラス）の曇りを抑制できる。また、デフロスタ吹出口からの空調風は、前席の乗員に向かうので、特に、デフロスタ運転モードでもないのに、デフロスタ吹出口から空調風が吹き出すことで、乗員に、車両用空調装置に異常が発生した（設定とは異なる運転モードである）ことを気づかせることができる。

次に、運転席側、助手席側エアミックスダンパ１５、１６が、予めメモリ１０ｅに記憶されている所定開度（例えば、全開、全開時の５０％、全閉など）になっているか否かを判定する。導入した外気をヒータコア４２で加熱することで、湿度を低下させることができる。また、外気よりも高い温度の空調風を吹き出すことで、乗員に車両用空調装置１００の異常を気づかせることもできる。

エアミックスダンパ（１５、１６）が所定開度のとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、次のステップへ進む。一方、所定開度でないとき（Ｓ１８：Ｎｏ）、モータ１７、１８を駆動してエアミックスダンパを所定開度に変更する（Ｓ２３）。エアミックスダンパの所定開度は、運転席と助手席とで異なる値としてもよい。

上述の構成が、エアコンユニットは、車室内に空気を導入するダクトと、ダクトの内部に設けられ、導入した空気を加熱して温風を供給する加熱部が配置される温風通路と、導入した空気を、加熱部をバイパスして流通させる冷風通路と、冷風通路および温風通路からの送風割合を調整して空調風とするエアミックスダンパと、を含み、制御部は、防曇動作モードでは、エアミックスダンパの開度を、予め定められた開度とするものに相当する。本構成によって、導入した空気を加熱して湿度を下げることにより、曇りの原因となる車室内の湿度の上昇を抑えることができる。

次に、ブロワモータ９を、予めメモリ１０ｅに記憶されている所定回転数（例えば、最大回転数）で駆動する（Ｓ１９）。これにより、空調ユニット１の駆動状態は防曇動作モードに移行し、外気導入によるデフロスト運転を行う。

上述の構成が、制御部は、防曇動作モードでは、空調風を予め定められた風量とするものに相当する。本構成によって、窓の曇りを抑制できる。また、例えば、空調風の風量を最大とすれば、乗員に、車両用空調装置に異常が発生した（設定とは異なる運転モードである）ことを気づかせることができる。

上述のような処理を行うことで、車室内と車外との温度差は、現状を維持するか低下するので（Ｓ２０）、窓の曇りを抑制できる（Ｓ２１）。

上述の防曇動作モード時における、エアミックスダンパ（１５、１６）の開度、およびブロワモータ９の回転数は、車種あるいは仕向地ごとに設定することができる。また、ユーザあるいは整備員の操作入力により変更可能としてもよい。この場合、操作入力部５３を用いてもよいし、ＨＶＡＣ ＥＣＵ１０に操作入力部を設けてもよいし、いわゆるダイアグツールをＨＶＡＣ ＥＣＵ１０に接続可能な構成として、ダイアグツールから操作入力してもよい。本構成が、防曇動作モード時のエアミックスダンパの開度、空調風の風量を設定するための操作入力部を備えるものに相当する。これにより、車種あるいは仕向地ごとに、最適な防曇動作を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１ 空調ユニット
２ ダクト
１０ ＨＶＡＣ ＥＣＵ
１０ａ 制御部（制御部、判定部）
１０ｂ 通信ドライバ（取得部）
１１ａ 第１冷風通路（冷風通路）
１１ｂ 第１温風通路（温風通路）
１２ａ 第２冷風通路（冷風通路）
１１ｂ 第２温風通路（温風通路）
１５ 運転席側エアミックスダンパ（エアミックスダンパ）
１６ 助手席側エアミックスダンパ（エアミックスダンパ）
２０ 運転席側デフロスタ吹出口（デフロスタ吹出口）
３０ 助手席側デフロスタ吹出口（デフロスタ吹出口）
４２ ヒータコア（加熱部）
１００ 車両用空調装置

Claims (5)

1. 空調風を送出して車室内の空調を行うエアコンユニットに対する第一の制御装置からの駆動制御指令を取得する取得部を備え、前記エアコンユニットに含まれる複数のアクチュエータを一括して駆動制御可能な第二の制御装置であって、
   前記第二の制御装置は、
   前記駆動制御指令に基づいて前記エアコンユニットを駆動制御する制御部と、
   前記駆動制御指令を正常に取得しているか否か判定する判定部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記判定部が前記駆動制御指令を正常に取得していないと判断したとき、車両外部の空気を導入する外気導入モードとなるように、前記複数のアクチュエータのうちの対応するアクチュエータを駆動制御し、正常に駆動完了したことを条件として、前記エアコンユニットの駆動状態が予め定められた防曇動作モードとなるように、前記複数のアクチュエータのうちの残りのアクチュエータを駆動制御することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記判定部は、前記取得部が予め定められた時間を超えて前記駆動制御指令を取得できないときに、前記駆動制御指令を正常に取得していないと判断する請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記エアコンユニットは、
   前記車室内に空気を導入するダクトと、
   前記ダクトの内部に設けられ、
   導入した空気を加熱して温風を供給する加熱部が配置される温風通路と、
   導入した空気を、前記加熱部をバイパスして流通させる冷風通路と、
   前記冷風通路および前記温風通路からの送風割合を調整して前記空調風とするエアミックスダンパと、
   を含み、
   前記制御部は、前記防曇動作モードでは、前記エアミックスダンパを予め定められた開度とするように、対応するアクチュエータを駆動制御する請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
4. 前記エアコンユニットは、車両の窓ガラスの内面に向けて前記空調風を吹き出すデフロスタ吹出口を含み、
   前記制御部は、前記防曇動作モードでは、前記デフロスタ吹出口から前記空調風が吹き出すように、対応するアクチュエータを駆動制御する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
5. 前記制御部は、前記防曇動作モードでは、前記空調風を予め定められた風量とするように、対応するアクチュエータを駆動制御する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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