JP7038464B2 - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室の冷房に利用される空調装置を制御する車両用空調制御装置に関する。

自動車に備えられる車室の空調装置として、暖房機能と冷房機能との双方を備えるもの（例、特許文献１，２）の他、仕向地によっては暖房機能を備えておらず、冷房機能のみを備えるクーラー装置がある。また、これらの空調装置の操作方法には、特許文献１に記載されるようなオート制御がある。オート制御では、車室内の温度が設定温度となるように、外気温や車室内の温度、日照量等に応じて、ブロアモータ等の電動機器を制御する。

特開平１０－０７１８２２号公報 特許第３１７３０１９号公報

冷房機能のみを備える車両用クーラー装置を特にオート制御する場合に寒さ感を緩和することが望まれている。

上記の車両用クーラー装置における従来のオート制御では、ブロアの停止に起因する不快な臭いの発生防止等の理由により、ブロアを停止せず常時稼働させることがなされている。また、上記従来のオート制御では、ブロアを駆動するモータへの通電電圧の最小値として、上記モータが一旦ＯＦＦ状態とされた後に次にＯＮ状態となるときに必要な最小の電圧（以下、始動電圧と呼ぶことがある）が利用されている。そのため、車室内の温度が設定温度に近い場合、更には設定温度よりも低い場合といった冷房要求が低いと考えられる場合でも、ブロアは、始動電圧に応じた風量をエバポレータに送り、エバポレータを経た風が上記風量分、車室に送られる。上記のエバポレータを経た風が乗員に直接当たったり、この風によって車室内の温度が更に下がったりすることで、上述のように冷房要求が低い場合等に乗員に寒さ感（不快感）を与え易くなる。特に、外気温が非常に低い場合やある程度低い場合に寒さ感を与え易い。

そこで、本発明の目的の一つは、冷房機能のみを備える空調装置による寒さ感を緩和できる車両用空調制御装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る車両用空調制御装置は、
ブロアと、冷却用熱交換器とを備え、加熱用熱交換器を備えていない空調装置を制御する車両用空調制御装置であって、
前記ブロアから車室内に送り出す風の目標吹出温度が所定値以上のときに前記ブロアへの通電電圧を始動電圧未満の所定値に変更する電圧変更部を備える。

目標吹出温度ＴＡＯとは、後述するように設定温度Ｔｓ、車室内の温度Ｔｒ、外気温Ｔｏ，日照量Ｓに基づいて求められる演算値である。目標吹出温度ＴＡＯが所定値以上のときとは代表的には冷房要求が低いと考えられる場合に生じ易い。冷房を弱めることを望む場合ともいえる。このような場合に、上記の車両用空調制御装置は、ブロアへの通電電圧を従来の最小値である始動電圧よりも小さい値に変更して、ブロアの最低電圧に基づく車室への送風量を従来よりも低減できる。即ち、オート制御中において冷房要求が低いと考えられる場合等に上記送風量を低減できる。従って、上記の車両用空調制御装置は、寒さ感を緩和できる。

実施形態１の車両用空調制御装置の機能ブロック図である。 目標吹出温度ＴＡＯとブロアの出力レベルとの関係を示すグラフである。 実施形態１の車両用空調制御装置において、制御手順の一例を示すフローチャートである。 車室内の温度Ｔｒ、設定温度Ｔｓ、及び外気温Ｔｏの三者の関係を示すグラフとブロアの通電電圧Ｖｂの変化を示すグラフとを重ねて示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の車両用空調制御装置を具体的に説明する。

［実施形態１］
（全体構成）
図１～図４を参照して、実施形態１の車両用空調制御装置１を説明する。
実施形態１の車両用空調制御装置１は、自動車等の車両に設置される空調装置のうち、冷房機能のみを備えるクーラー装置２に併設されて、クーラー装置２に備えられるブロア２０を駆動するモータ２１等の電動機器を制御するものである。この例の空調制御装置１は、オート制御が可能なように構成される。

特に、実施形態１の車両用空調制御装置１は、ブロア２０（モータ２１）への通電電圧Ｖｂを従来の最小値である始動電圧Ｖｓよりも小さい値Ｖｍに変更する電圧変更部１３を備える。電圧変更部１３は、オート制御中、ブロア２０から車室内に送り出す風の目標吹出温度ＴＡＯが所定値ｘ以上のときに通電電圧Ｖｂを所定値Ｖｍに変更するように構成される。空調制御装置１は、後述するように冷房要求が低いと考えられる場合に、ブロア２０への通電電圧Ｖｂを従来の最小電圧よりも小さくして、車室内への送風量を低減する。

以下、まず、クーラー装置２の概要を説明し、その後に車両用空調制御装置１、及びこの空調制御装置１による制御手順を詳細に説明する。

（クーラー装置）
クーラー装置２は、ブロア２０と、エバポレータ等の冷却用熱交換器２２とを備え、ヒータコア等の加熱用熱交換器を備えていない空調装置である。更に、クーラー装置２は、代表的には図１に示すようにダクト本体２４と、切替ドア２５とを備える。ダクト本体２４は、一端側（上流側）に車室内の空気（内気）を取り込む内気吸入部２ｉと車外の空気（外気）を取り込む外気吸入部２ｏとが設けられ、他端側（下流側）に車室内に送風する導風部２ｃが設けられている。ブロア２０は、ダクト本体２４内の吸入部２ｉ，２ｏよりも下流側に収納される。冷却用熱交換器２２はダクト本体２４内におけるブロア２０よりも下流側、かつ導風部２ｃよりも上流側に収納される。ブロア２０には電動のモータ２１が取り付けられ、ブロア２０はモータ２１によって駆動する。冷却用熱交換器２２には、コンプレッサ２３によって適宜圧縮された冷媒が送られる。切替ドア２５には、吸入部２ｉ，２ｏを切り替えるアクチュエータ等（図示せず）が取り付けられる。クーラー装置２の基本的な機能は、冷房使用時、ブロア２０によって、内気又は外気をダクト本体２４内に吸い込み、この吸気が冷却用熱交換器２２を通過する際に冷却された風を車室内に送り出すことである。上述の冷却された風によって設定温度Ｔｓとなるように車室内の温度Ｔｒを下げて、乗員が望む快適な冷房環境を提供する。クーラー装置２の基本的構成は公知の構成を利用できる。

（空調制御装置）
＜概要＞
実施形態１の車両用空調制御装置１は、クーラー装置２に併設されて、クーラー装置２に備えられる上述のモータ２１、コンプレッサ２３、アクチュエータ等の電動機器への通電電圧等のパラメータを制御する。この制御によって、ブロア２０の風量や冷却用熱交換器２２内の冷媒の圧縮量等を調整して、車室内への送風量や送風温度等を調整する。

＜基本構成＞
この例の車両用空調制御装置１は、オート制御が可能なように構成される。
代表的には、車室には、オート制御のＯＮ／ＯＦＦを選択可能なスイッチ（図示せず）、車室内の温度Ｔｒを選択可能なダイヤルやツマミ等の温度設定部６を備える操作パネル（図示せず）等が設けられる。スイッチや温度設定部６は空調制御装置１に接続される。
車両には、オート制御に必要な情報を検知する各種のセンサが設けられ、これらのセンサは空調制御装置１に接続される。センサの一例として、車室内の温度Ｔｒを検知する室温検知部３、外気温Ｔｏを検知する外気温検知部４、日照量Ｓを検知する日照検知部５等が挙げられる。
空調制御装置１は、スイッチや各種のセンサ等からの情報を一時的に記憶したり、設定値等を記憶したりする記憶部１０、取得した情報に基づいて各種の演算を行う演算部（一例として、後述のＴＡＯ演算部１１）、演算結果等に基づいて各種の判定を行う判定部（一例として、後述のＴＡＯ判定部１２）、判定結果等に基づいて、上述の電動機器にパラメータの調整やＯＮ／ＯＦＦ等を命令する命令部１４を備える。この例の空調制御装置１は、オート制御中、ブロア２０を常時稼働するように、通電電圧Ｖｂを制御する。オート制御を行う空調制御装置１の基本的構成は、従来の構成を参照できる。

オート制御がＯＮ状態にされると、車両用空調制御装置１は、上述の各種のセンサ等からの情報に基づいて後述する目標吹出温度ＴＡＯを演算し、目標吹出温度ＴＡＯに基づいてブロア２０への通電電圧Ｖｂ等を制御する。このようなオート制御によって、温度設定部６で選択された設定温度Ｔｓとなるように車室への送風状態を調整して、乗員が望む快適な冷房環境を提供する。この例の空調制御装置１は、オート制御中、ブロア２０を常時稼働させるため、オート制御をＯＦＦ状態にした後、次に冷房を使用する際に不快な臭いが実質的にせず、この点からも快適な運転環境を提供できる。

＜通電電圧の変更構成＞
更に、実施形態１の車両用空調制御装置１は、ブロア２０への通電電圧Ｖｂの最小値を始動電圧Ｖｓよりも小さい値Ｖｍに変更可能な構成を備える。この電圧変更作業は、目標吹出温度ＴＡＯが所定値ｘ以上である場合に行う。

目標吹出温度ＴＡＯは、温度設定部６によって選択される設定温度Ｔｓ、上述の各種のセンサ（検知部３～５）から得られる車室内の温度Ｔｒ、外気温Ｔｏ，日照量Ｓと、予め設定される以下の係数とを用いた演算値である。係数は、設定温度係数Ｋｓｅｔ、内気係数Ｋｒ、外気係数Ｋｏ、日照係数Ｋｓ、補正係数Ｃが挙げられる。目標吹出温度ＴＡＯは、例えば、以下の［式１］によって求められる（特許文献２も参照）。設定温度係数Ｋｓｅｔは、代表的には、内気係数Ｋｒ、外気係数Ｋｏ、日照係数Ｋｓよりも大きな数値、例えば３倍以上の値が利用される。内気係数Ｋｒは、外気係数Ｋｏ、日照係数Ｋｓよりも大きな数値、例えば２倍以上の値が利用される。目標吹出温度ＴＡＯは、正負を区別して認識される値とする。
［式１］ＴＡＯ＝Ｔｓ×Ｋｓｅｔ－Ｔｒ×Ｋｒ－Ｔｏ×Ｋｏ－Ｓ×Ｋｓ＋Ｃ

図２は、目標吹出温度ＴＡＯ（℃、横軸）とブロアの出力レベル（縦軸）との関係を示すグラフである。図２に示すように、目標吹出温度ＴＡＯの大小に対応して、ブロアの出力レベルを設定すると共に、出力レベルに対応した通電電圧Ｖｂを設定し、これらを参照データとして記憶部１０に保存する。上述の式［１］から明らかなように、車室内の温度Ｔｒ、外気温Ｔｏ、及び日照量Ｓの少なくとも一つ、更には三つ全てが小さい場合、目標吹出温度ＴＡＯが大きな値をとり易い。この場合とは、外気温がある程度低い場合や非常に低い場合、雨天や曇天等で日照量が少ない場合（結果として気温が低い場合がある）が挙げられる。このような場合は冷房要求が低い場合といえ、出力レベルを小さくすることが望まれる。逆の場合は冷房要求がある程度有る場合、又は高い場合といえ、出力レベルを大きくすることが望まれる。そこで、図２に示すように、概ねの傾向として、目標吹出温度ＴＡＯが小さいほど出力レベルを大きくし、即ち通電電圧Ｖｂを大きくし、目標吹出温度ＴＡＯが大きいほど出力レベルを小さくし、即ち通電電圧Ｖｂを小さくするように上記参照データを作成するとよい。例えば、目標吹出温度ＴＡＯがある程度小さいとき、図２ではＴＡＯ≦ｘ_１であれば、出力レベルを最大とし、通電電圧Ｖｂを最大電圧Ｖｍａｘと設定する。目標吹出温度ＴＡＯがある程度大きいとき、図２ではＴＡＯ＝ｘ_２であれば、出力レベルを小さくし、通電電圧Ｖｂを始動電圧Ｖｓと設定する。目標吹出温度ＴＡＯがより大きいとき、図２ではｘ_３≦ＴＡＯあれば、出力レベルを最小とし、通電電圧Ｖｂを始動電圧Ｖｓよりも小さい所定値Ｖｍと設定する。ｘ_１～ｘ_３は適宜設定できる。

この例の空調制御装置１は、以下の記憶部１０と、ＴＡＯ演算部１１と、ＴＡＯ判定部１２と、電圧変更部１３と、及び上述の命令部１４とを備える。
記憶部１０は、室温検知部３，外気温検知部４，及び日照検知部５からの情報（Ｔｒ，Ｔｏ，Ｓ）、温度設定部６によって選択された情報（Ｔｓ）を記憶する。また、記憶部１０は、係数Ｋｓｅｔ，Ｋｒ，Ｋｏ，Ｋｓ，所定値ｘ，出力レベルに対応した通電電圧の参照データ等の予め設定された値を記憶する。
ＴＡＯ演算部１１は、取得した情報に基づき、目標吹出温度ＴＡＯを演算する。
ＴＡＯ判定部１２は、上述の演算された目標吹出温度ＴＡＯと所定値（閾値）ｘとを比較判定する。
電圧変更部１３は、上述の比較結果に基づき、ブロア２０（モータ２１）への通電電圧Ｖｂを所定値Ｖｍに変更する。
命令部１４は、電圧変更部１３からの変更情報等をモータ２１に命令する。

通電電圧Ｖｂの最小値とする値Ｖｍは、モータ２１の始動電圧Ｖｓ未満の値であって、モータ２１をある程度の時間稼働させた後に慣性等によって回転可能な範囲で適宜選択できる。一例として、始動電圧Ｖｓが４Ｖ程度、最小値Ｖｍが３Ｖ程度が挙げられる。

（制御手順）
主に図３を参照して、車両用空調制御装置１による制御手順の一例を説明する。

この例の車両用空調制御装置１は、以下の手順を所定の間隔で行うように構成することが挙げられる。
まず、空調制御装置１の判定部は、オート制御がＯＮ状態かＯＦＦ状態かを判定する（ステップＳ１）。オート制御がＯＦＦ状態であれば（判定：Ｎ）、以降の手順を行わず終了する。

オート制御がＯＮ状態であれば（判定：Ｙ）、記憶部１０は、室温検知部３，外気温検知部４，日照検知部５からの情報（車室内の温度Ｔｒ、外気温Ｔｏ、日照量Ｓに基づく信号）と、温度設定部６によって選択された情報（設定温度Ｔｓに基づく信号）とを記憶する（ステップＳ２）。

次に、ＴＡＯ演算部１１は、取得した情報等を用いて、上述の式［１］に基づいて目標吹出温度ＴＡＯを演算する（ステップＳ３）。

次に、ＴＡＯ判定部１２は、演算した目標吹出温度ＴＡＯと、所定値ｘとを比較判定する（ステップＳ４）。所定値ｘは、例えば、図２に示す値ｘ_３を利用することが挙げられる。

ＴＡＯ≧ｘである場合（判定：Ｙ）、上述のように冷房要求が低い場合と考えられることから、電圧変更部１３は通電電圧Ｖｂを所定値Ｖｍに変更する（ステップＳ５）。電圧変更部１３は、上述の変更指令を命令部１４に出し、命令部１４は、受け取った指令をブロア２０のモータ２１に出す。以上で、一連の処理を終了する。なお、一連の処理を繰り返し行う場合、ＴＡＯ≧ｘであるとの判定が得られたときに、以前の処理でＶｂ＝Ｖｍに変更されていることがある。この場合には、Ｖｂ＝Ｖｍを維持するように車両用空調制御装置１を構成している。

一方、ステップＳ４において、ＴＡＯ≧ｘではない場合（判定：Ｎ）、目標吹出温度ＴＡＯが所定値ｘよりも小さく、上述のように冷房要求が有る場合、又は高い場合と考えられる。そこで、電圧変更部１３は、記憶部１０から、今回の演算値ＴＡＯに対応した電圧値Ｖｎを選択し、通電電圧Ｖｂを選択した電圧値Ｖｎに変更する（ステップＳ６）。以降の処理は、上述と同様である。

（主要な効果）
実施形態１の車両用空調制御装置１は、目標吹出温度ＴＡＯが所定値ｘ以上である場合、代表的には冷房要求が低いと考えられる場合に、ブロア２０への通電電圧Ｖｂを従来の最小値よりも小さい値Ｖｍに変更する。そのため、空調制御装置１は、ブロア２０の最低電圧に基づく車室への送風量を従来よりも低減でき、風が乗員に直接当たったり、風によって車室内の温度が更に下がったりすることで、乗員に与え得る寒さ感（不快感）を緩和できる。この空調制御装置１は、オート制御中において冷房要求が低いと考えられる場合等に送風量を低減できる、いわば車室内の温度Ｔｒを設定温度Ｔｓに近付けられる領域を拡大できることで、乗員により快適な運転環境を自動的に提供できる。

図４を参照して、上述の効果をより具体的に説明する。
図４は、三者の温度Ｔｏ，Ｔｒ，Ｔｓの関係を示すグラフと、ブロア２０の通電電圧Ｖｂの変化を示すグラフとを重ねて示す。縦軸は、温度（℃）又は電圧（Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓ）を示す。
図４（Ａ）は、時刻ｔ＝０ｓから以降、外気温Ｔｏが設定温度Ｔｓよりも低く（Ｔｏ＜Ｔｓ）、更に車室内の温度Ｔｒが設定温度Ｔｓより低い場合を示す。
図４（Ｂ）は、逆に、外気温Ｔｏが設定温度Ｔｓよりも高い（Ｔｓ＜Ｔｏ）場合を示す。また、図４は、時刻ｔ＝０ｓ及びその近傍では車室内の温度Ｔｒが設定温度Ｔｓよりも高く、経時的に設定温度Ｔｓより低くなる場合を示す。

図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ＝０ｓにおいて、車室内の温度Ｔｒ及び外気温Ｔｏの双方が設定温度Ｔｓを下回っている場合がある。このような場合が生じ得る天候とは、外気温Ｔｏが非常に低く、雨天や曇天等で日照量Ｓも少ないと考えられる。このような場合、冷房要求が低いと考えられる。そのため、図４（Ａ）に二点鎖線で仮想的に示すようにブロア２０への通電電圧Ｖｂを従来の最小値である始動電圧Ｖｓにしても、経時的に車室内の温度Ｔｒが下がって外気温Ｔｏを大きく下回ることが生じ得る。これに対し、空調制御装置１は、上述のように温度Ｔｒ，Ｔｏ、日照量Ｓが小さく、目標吹出温度ＴＡＯが大きな値をとるとき（図４（Ａ）では時刻ｔ_ａのとき）、通電電圧Ｖｂを所定値Ｖｍに変更する。通電電圧Ｖｂを上記始動電圧Ｖｓよりも小さい値Ｖｍに変更すれば、図４（Ａ）に太い破線で示すように車室内の温度Ｔｒが仮に外気温Ｔｏを下回っても外気温Ｔｏとの差を小さくすることができ、車室内の温度Ｔｒを従来よりも高く維持し易い。

図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ＝０ｓにおいて、車室内の温度Ｔｒ及び外気温Ｔｏの双方が設定温度Ｔｓを上回っていても、冷房使用時、経時的に車室内の温度Ｔｒが設定温度Ｔｓを下回る場合がある。このような場合が生じ得る天候とは、外気温Ｔｏがある程度低い場合や、曇天等で日照量Ｓがある程度少ない等と考えられる。このような場合も経時的に冷房要求が低いときが生じると考えられる。そのため、図４（Ｂ）に二点鎖線で仮想的に示すようにブロア２０への通電電圧Ｖｂを始動電圧Ｖｓにしても、経時的に車室内の温度Ｔｒが下がって外気温Ｔｏを大きく下回ることが生じ得る。これに対し、空調制御装置１は、上述のように目標吹出温度ＴＡＯが大きな値をとるとき（図４（Ｂ）では時刻ｔ_ｂのとき）通電電圧Ｖｂを所定値Ｖｍに変更する。こうすることで、図Ｂ（Ａ）に太い破線で示すように車室内の温度Ｔｒが仮に外気温Ｔｏを下回っても外気温Ｔｏとの差を小さくすることができ、車室内の温度Ｔｒを従来よりも高く維持し易い。

実施形態１の車両用空調制御装置１に対して、例えば、以下の変更が可能である。
上述のオート制御に加えて、強弱の二段階や強・中・弱の三段階（特許文献１の図５参照）等といった複数の段階から冷房状態を選択するマニュアル制御を備える。
マニュアル制御では、段階ごとに通電電圧等のパラメータを予め設定して、記憶部１０に保存しておく。

１ 車両用空調制御装置
１０ 記憶部、１１ ＴＡＯ演算部、１２ ＴＡＯ判定部、１３ 電圧変更部
１４ 命令部
２ 空調装置（クーラー装置）
２０ ブロア、２１ モータ、２２ 冷却用熱交換器、２３ コンプレッサ
２４ ダクト本体、２５ 切替ドア
２ｉ 内気吸入部、２ｏ 外気吸入部、２ｃ 導風部
３ 室温検知部
４ 外気温検知部
５ 日照検知部
６ 温度設定部

Claims (1)

1. モータが取り付けられたブロアと、前記ブロアよりも下流側に配置された冷却用熱交換器とを備え、加熱用熱交換器を備えていない空調装置を制御する車両用空調制御装置であって、
   車室内の温度が前記空調装置の設定温度よりも低い場合であって前記ブロアから車室内に送り出す風の目標吹出温度が所定値以上のときに前記ブロアへの通電電圧を始動電圧未満の所定値に変更する電圧変更部を備え、
   前記電圧変更部は、
   前記目標吹出温度が第一の所定値以上第二の所定値未満のときに前記ブロアへの通電電圧を始動電圧未満の第一電圧値とし、
   前記目標吹出温度が前記第二の所定値以上のときに前記ブロアへの通電電圧を前記始動電圧未満の第二電圧値に維持し、
   前記始動電圧は、前記モータがオフの状態からオンの状態となるときに必要な最小の電圧値であり、
   前記第一電圧値は、稼働後の前記モータが慣性によって回転可能な電圧値であり、
   前記第二電圧値は、前記第一電圧値よりも小さい電圧値である車両用空調制御装置。

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