JP7074481B2 - 車両空調制御装置、車両の空調制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

実施形態は、車両空調制御装置、車両の空調制御方法及びプログラムに関する。

電車等の車両の空調機を制御する制御装置が知られている。このような制御装置は、例えば、予め設定された温度に基づいて、空調機を制御している。

特許第３８４２６８８号公報 特開２０１４－２０５４０５号公報 特許第６１５１０９０号公報 特開平１－２１４２０１号公報 特許第５８４０３０９号公報 特許第５７２１７７５号公報

しかしながら、上述の制御装置は、温度等の一の要求に対しては空調機を適切に制御できたとしても、温度等を含む複数の要求に対して空調機を適切に制御できていないといった課題がある。

上述した課題を解決するために、実施形態の車両空調制御装置は、選定部と、制御部と、を備える。選定部は、車両の内部の温度に関連し快適性を示す快適性指標、及び、前記車両に設けられた空調機の消費電力に関連する省エネルギー指標に基づいて、前記空調機を制御するための制御運転パターンを選定する。制御部は、前記制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成して前記空調機に出力する。
上記構成において、前記選定部は、前記空調機の空調能力レベルを最強レベルから徐々に弱めて前記快適性指標から設定された目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、または、前記空調能力レベルを最弱レベルから徐々に強めて前記快適性指標から設定された前記目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、あるいは、前記選定部は、複数の前記空調機の空調能力レベルを全て同じレベルに設定した運転パターンのうち、前記快適性指標から設定された目標値に最も近い暫定の前記運転パターンに基づいて、前記制御運転パターンを選定する。

図１は、第１実施形態の車両空調制御装置が搭載された車両の構成を示す全体図である。 図２は、第１実施形態の車両空調制御システムを説明するブロック図である。 図３は、選定部が選定する運転パターンと温度の関係について説明するグラフである。 図４は、運転パターンにおける快適性指標と省エネ指標との関係をプロットしたグラフである。 図５は、処理部が実行する第１実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。 図６は、判定部が実行する指標領域設定処理のフローチャートである。 図７は、処理部が実行する第１実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンに基づいて空調機を制御する制御処理のフローチャートである。 図８は、制御部が補正する運転パターンについて説明するグラフである。 図９は、第２実施形態の制御処理のフローチャートである。 図１０は、選定部が選定する運転パターンについて説明するグラフである。 図１１は、選定部が選定する運転パターンについて説明するグラフである。 図１２は、選定部が選定する運転パターンについて説明するグラフである。 図１３は、選定部が選定する運転パターンについて説明するグラフである。 図１４は、処理部が実行する第３実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。 図１５は、選定部が選定する運転パターンについて説明するグラフである。 図１６は、処理部が実行する第４実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。 図１７は、処理部が実行する第４実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。 図１８は、処理部が実行するモード判定処理のフローチャートである。

以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の車両空調制御装置２６が搭載された車両１０の構成を示す全体図である。車両１０は、例えば、電気によって駆動するモータを有する電車、及び、ディーゼルエンジンを有する汽車及び客車等を含む予め設定されたレール上を走行する鉄道車両である。図１に示すように、車両１０は、車体１２と、複数の車輪１４と、車両空調制御システム１８とを備える。

車体１２は、中空の直方体形状であって、内部に客室等の車室が形成されている。車体１２は、車室内に乗客等を収容する。

複数の車輪１４は、車体１２の下部に設けられている。車輪１４は、車体１２を支持するとともに、モータ等の駆動源から伝達された駆動力または他の車両１０の牽引によって回転して、車体１２をレールに沿って移動させる。

車両空調制御システム１８は、車両１０の内部の気温等を調整する。車両空調制御システム１８は、空調機２０と、車両情報制御装置２１と、温度検出部２２と、湿度検出部２３と、応荷重検出部２４と、車両空調制御装置２６とを備える。

空調機２０は、車両１６に設けられ、例えば、熱交換機、送風ファン、コンプレッサ及び冷媒を含む室外機及び室内機等の空調装置（いわゆる、エアコンディショナー）である。尚、空調機２０は、ヒータ等の暖房機器であってもよい。空調機２０は、車両空調制御装置２６と情報を送受信可能に接続されている。空調機２０は、車両空調制御装置２６が出力した制御指令値が示す空調能力レベルとなるように、送風ファンまたはコンプレッサ等を制御する。空調能力レベルは、空調機２０の空調の強弱を示すレベルであって、例えば、５段階のレベルで示される。これにより、空調機２０は、暖気または冷気を車室内に供給して、車両１０の内部の温度である車内温度を調整する。空調機２０は、設定温度及びオンまたはオフを示す運転状態等の空調機２０の設定に関する情報を含む設定情報を車両空調制御装置２６へ出力する。

車両情報制御装置２１は、いわゆる、Train Control & Monitoring Systemである。車両情報制御装置２１は、車両１０に搭載の各機器の運転状況のモニタリング、及び、運転員を含む乗務員等からの各機器の制御指令を取得するインターフェースとなる機能を備える。車両情報制御装置２１は、上記空調機２０に対する乗務員等によって設定される目標温度、及び、空調機２０に設定されるモードである設定モードに関する入力情報を取得して、車両情報制御装置２１に出力してよい。また、車両情報制御装置２１は、乗務員等から日々の運行ダイヤに基づく各駅間の走行時分や各駅での停車時間等の運行情報と、空調機２０の実績の消費電力量とを取得して、車両情報制御装置２１に出力してもよい。

温度検出部２２は、例えば、温度を検出する温度センサである。温度検出部２２は、車室内に設けられている。尚、温度検出部２２は、空調機２０に設けられていてもよい。温度検出部２２は、車両１０の内部の温度である車内温度を検出して、車内温度を示す温度情報を車両空調制御装置２６へ出力する。

湿度検出部２３は、例えば、湿度を検出する湿度センサである。湿度検出部２３は、車室内に設けられている。尚、湿度検出部２３は、空調機２０に設けられていてもよい。湿度検出部２３は、車両１０の内部の湿度である車内湿度を検出して、車内湿度を示す湿度情報を車両空調制御装置２６へ出力する。

応荷重検出部２４は、例えば、荷重を検出する荷重センサである。応荷重検出部２４は、車体１２の下部に設けられている。応荷重検出部２４は、車体１２の内部の乗員を含む車室の重量である車室重量を検出して、車室重量を示す重量情報を車両空調制御装置２６へ出力する。

車両空調制御装置２６は、例えば、空調機２０、車両情報制御装置２１、温度検出部２２、湿度検出部２３及び応荷重検出部２４と電気信号及び情報等を有線または無線通信によって送受信可能に電気的に接続されたコンピュータである。車両空調制御装置２６は、車内の快適性及び空調機２０の消費電力等に基づいて空調機２０を制御する。

図２は、第１実施形態の車両空調制御システム１８を説明するブロック図である。車両空調制御装置２６は、空調機２０の設定温度、車内温度、車内湿度及び、車室重量に応じて、未来の車内温度及び車内湿度を計算して予測する温度及び湿度の予測モデル４６を作成する。車両空調制御装置２６は、当該温度及び湿度の予測モデル４６に基づいて予測した車内温度及び車内湿度等から算出した快適性及び空調機２０の消費電力に基づいて、空調機２０を制御するための制御指令値を作成して、空調機２０を制御する。図２に示すように、車両空調制御装置２６は、処理部３０と、記憶部３２とを有する。

処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサである。処理部３０は、プログラムを読み込むことによって、種々の演算処理を実行する。処理部３０は、取得部３４と、作成部３６と、判定部３７と、選定部３８と、制御部４０とを有する。処理部３０は、例えば、記憶部３２に記憶された空調制御プログラム４２を読み込むことによって、取得部３４、作成部３６、判定部３７、選定部３８及び制御部４０の機能を得る。尚、取得部３４、作成部３６、判定部３７、選定部３８及び制御部４０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の回路を含むハードウェアによって構成してもよい。

取得部３４は、空調機２０を制御するための情報を取得する。取得部３４は、空調機２０を制御するための制御指令値を作成する周期（以下、制御指令周期）と同じ周期で、当該情報を取得してよい。例えば、取得部３４は、既に設定されている設定温度等に関する設定情報を空調機２０または車両情報制御装置２１から取得する。取得部３４は、乗務員等が入力した運行ダイヤを含む運行情報及び空調機２０の設定モード等に関する入力情報等を車両情報制御装置２１から取得する。取得部３４は、車内温度に関する温度情報を温度検出部２２から取得する。取得部３４は、車内湿度に関する湿度情報を湿度検出部２３から取得する。取得部３４は、車室重量に関する重量情報を応荷重検出部２４から取得する。取得部３４は、制御指令周期ごとに、温度情報、湿度情報及び重量情報を取得データ４４として異なる時刻に複数回取得して、取得時刻とともに記憶部３２に保存する。取得部３４は、予め定められた車両情報制御装置２１の更新周期ごとに、設定情報、運行情報、及び、入力情報を取得データ４４として異なる時刻に複数回取得して、取得時刻とともに記憶部３２に保存する。

作成部３６は、時刻の異なる複数の取得データ４４に基づいて、現在の時刻ｔよりも先の時刻ｔ＋１の車内温度を計算して予測するためのモデルである下記の式（１）に示す温度の予測モデル４６を作成する。例えば、作成部３６は、予め定められた作成タイミングごとに温度の予測モデル４６を作成してもよい。式（１）に示す“ａ”、“ｂ”、“ｃ”及び“ｄ”は、温度の予測モデル４６を規定するモデル係数である。Ｔ（ｔ）は、時刻ｔの時の車内温度［℃］を示す。尚、時刻ｔは現在の時刻または取得データ４４を取得した最新の時刻である。車内温度Ｔ（ｔ）、Ｔ（ｔ－１）・・・は、過去に温度検出部２２が検出した温度を含む。ｕ（ｔ）は、時刻ｔの時の空調機２０の設定温度［℃］を示す。ｗ（ｔ）は、時刻ｔの時の車室重量［ｋｇ］を示す。尚、ｗ（ｔ）は、車室重量と関連付けて予め保存された乗車率等から換算された、車体１２内の乗客の重量であってもよい。従って、式（１）で示す温度の予測モデル４６は、車内温度、空調機２０の設定温度、及び、乗車している乗員の発熱等を考慮して、車内温度を計算する式といえる。
Ｔ（ｔ＋１）＝ａＴ（ｔ）＋ｂｕ（ｔ）＋ｃｗ（ｔ）＋ｄ ・・・（１）

例えば、作成部３６は、次に示す式（２）、式（３）、式（４）及び式（５）に時刻の異なる過去の４回分または５回分の温度の取得データ４４を代入する。作成部３６は、代入した式（２）から式（５）を解くことによって、各モデル係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを算出して、式（１）で示す温度の予測モデル４６を作成する。
Ｔ（ｔ）＝ａＴ（ｔ－１）＋ｂｕ（ｔ－１）＋ｃｗ（ｔ－１）＋ｄ ・・・（２）
Ｔ（ｔ－１）＝ａＴ（ｔ－２）＋ｂｕ（ｔ－２）＋ｃｗ（ｔ－２）＋ｄ ・・・（３）
Ｔ（ｔ－２）＝ａＴ（ｔ－３）＋ｂｕ（ｔ－３）＋ｃｗ（ｔ－３）＋ｄ ・・・（４）
Ｔ（ｔ－３）＝ａＴ（ｔ－４）＋ｂｕ（ｔ－４）＋ｃｗ（ｔ－４）＋ｄ ・・・（５）

作成部３６は、現在の時刻ｔよりも先の時刻ｔ＋１の車内湿度を計算して予測するためのモデルである式（６）に示す湿度の予測モデル４６を作成する。式（６）に示す“ｅ”、“ｆ”、“ｇ”及び“ｈ”は、湿度の予測モデル４６を規定するモデル係数である。Ｈ（ｔ）は、時刻ｔの時の車内湿度［％］を示す。
Ｈ（ｔ＋１）＝ｅＨ（ｔ）＋ｆｕ（ｔ）＋ｇｗ（ｔ）＋ｈ ・・・（６）

作成部３６は、例えば、温度の予測モデル４６と同様の方法によって湿度の予測モデル４６を作成してよい。具体的には、作成部３６は、次に示す式（７）、式（８）、式（９）及び式（１０）に時刻の異なる過去の４回分または５回分の湿度の取得データ４４を代入する。作成部３６は、代入した式（７）から式（１０）を解くことによって、各モデル係数ｅ、ｆ、ｇ、ｈを算出して、式（６）で示す湿度の予測モデル４６を作成する。
Ｈ（ｔ）＝ｅＨ（ｔ－１）＋ｆｕ（ｔ－１）＋ｇｗ（ｔ－１）＋ｈ ・・・（７）
Ｈ（ｔ－１）＝ｅＨ（ｔ－２）＋ｆｕ（ｔ－２）＋ｇｗ（ｔ－２）＋ｈ ・・・（８）
Ｈ（ｔ－２）＝ｅＨ（ｔ－３）＋ｆｕ（ｔ－３）＋ｇｗ（ｔ－３）＋ｈ ・・・（９）
Ｈ（ｔ－３）＝ｅＨ（ｔ－４）＋ｆｕ（ｔ－４）＋ｇｗ（ｔ－４）＋ｈ ・・・（１０）

作成部３６は、作成した温度及び湿度の予測モデル４６を記憶部３２に格納する。

判定部３７は、初期設定であるデフォルトモード、車両１０内の快適性を優先する快適性優先モード、及び、空調機２０の消費電力の低減を優先する省エネルギー優先モードのいずれかから空調機２０に設定すべき設定モードを判定する。尚、以下の説明において、省エネルギーを省エネと記載する。例えば、判定部３７は、車両情報制御装置２１が取得した乗務員等によるモードを設定する入力情報に基づいて、設定モードを判定してよい。判定部３７は、判定した設定モードを選定部３８に出力する。

判定部３７は、判定した設定モードに応じた指標領域を設定する。指標領域は、例えば、選定部３８が複数の運転パターンから空調機２０を制御するための制御運転パターンを選定するために、運転パターンがモード条件を満たすか否かを判定するための領域であって、設定モードごとに関連付けられた閾値によって規定される領域である。判定部３７は、設定した指標領域を選定部３８に出力する。

選定部３８は、快適性指標及び省エネ指標に基づいて、空調機２０を制御するための制御運転パターンを選定する。選定部３８は、例えば、後述する選定範囲ごとに制御運転パターンを選定してよい。快適性指標は、車両１０の内部の快適性を示し、温度検出部２２及び湿度検出部２３が検出する車内温度及び車内湿度に関連する指標である。省エネ指標は、空調機２０の消費電力に関連する指標である。

選定部３８は、例えば、選定範囲内の不快指数（Discomfort index）の平均値を快適性指標として算出してよい。不快指数は、米国気象庁が作成した不快度を簡易的に評価するための体感指標である。不快指数が７５を超えると１割の人間が不快と感じ、不快指数が８０を超えると全員が不快と感じるとされる。選定部３８は、時刻ｔの時の車内温度Ｔ（ｔ）及び車内湿度Ｈ（ｔ）を含む次の式（１１）に基づいて、時刻ｔの不快指数ＤＩ（ｔ）を算出してよい。
ＤＩ（ｔ）＝０．８１・Ｔ（ｔ）＋０．０１・Ｈ（ｔ）・（０．９９・Ｔ（ｔ）－１４．３）＋４６．３ ・・・（１１）

選定部３８は、不快指数を用いた次の式（１２）に基づいて、不快指標の時間平均を快適性指標として算出してよい。尚、ＳＲ＿Ｔは、第１時間の一例であり、選定範囲の開始から終了までの時間である。

選定部３８は、例えば、次の式（１３）に基づいて、選定範囲内の空調機２０の総消費電力量を省エネ指標として算出してよい。Ｅｇ（ｔ）は、時間の関数であって、空調機２０のコンプレッサ及び送風ファン等の消費電力である。具体的には、選定部３８は、予測モデル４６によって予測される温度及び湿度となるように制御運転パターンに基づいて空調機２０を制御した場合における空調機２０の総消費電力量を省エネ指標として算出してよい。選定部３８は、車両情報制御装置２１から取得した消費電力に基づいて省エネ指標を算出してもよく、予測モデル４６等によって設定された空調機２０の設定に制御運転パターン等に基づいて省エネ指標を算出してもよい。

選定部３８は、空調機２０の複数の運転パターンのそれぞれに対して快適性指標及び省エネ指標を算出する。選定部３８は、算出した快適性指標及び省エネ指標を運転パターンと関連付けた運転パターン結果群４８を記憶部３２に格納する。選定部３８は、快適性指標及び省エネ指標に基づいて、複数の運転パターンから空調機２０を制御するための制御運転パターンを選定して、制御部４０へ出力してよい。例えば、選定部３８は、快適性指標及び省エネ指標が、判定部３７によって判定された設定モードに対応付けて設定されたモード条件を満たす運転パターンを制御運転パターンとして選定してよい。

制御部４０は、選定部３８が選定した制御運転パターンに基づいて、空調能力レベルを示す制御指令値を作成して、空調機２０に出力して、空調機２０を制御する。制御部４０は、選定範囲よりも短い制御指令周期ごと（例えば、数秒ごと）に変化する制御指令値を、制御運転パターンに基づいて作成して出力してよい。制御指令周期は、第２時間の一例である。

記憶部３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、及び、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置を有する。記憶部３２は、ネットワークを介して外部に設けられた記憶装置であってもよい。記憶部３２は、処理部３０が実行するプログラム、プログラムの実行に必要なデータ、及び、プログラムの実行によって生成されたデータ等を記憶する。例えば、記憶部３２は、処理部３０が実行する空調制御プログラム４２を記憶する。空調制御プログラム４２は、ＣＤ－ＲＯＭ、及び、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータが読み取り可能な記憶媒体によって提供されてよい。記憶部３２は、空調制御プログラム４２の実行によって生成された取得データ４４、予測モデル４６及び運転パターン結果群４８を記憶する。

図３は、選定部３８が選定する運転パターンと温度の関係について説明するグラフである。図３は、空調機２０を冷房として使用した場合の運転パターンを示す。尚、空調機２０を暖房として使用した場合の運転パターンは、横軸と平行な対象軸に対して線対称な運転パターンと近似できるので、暖房の場合については説明を省略する。

選定部３８は、選定タイミングＳＴ１、ＳＴ２・・・ごとに運転パターンＯＰ１、・・・、ＯＰＮのいずれかを制御運転パターンとして選定する。選定タイミングＳＴ１、ＳＴ２、・・・を区別する必要がない場合、選定タイミングＳＴと記載する。運転パターンＯＰ１、・・・、ＯＰＮを区別する必要がない場合、運転パターンＯＰと記載する。選定部３８は、例えば、乗務員が車両情報制御装置２１に入力した運行情報に基づいて、車両１０が駅に停車してドアが開いている開時間ＯＴ中に選定タイミングＳＴを設定してよい。この場合、選定部３８は、現在開いているドアが閉まった時刻から次の駅に停車して再度開いたドアが閉まるまでの時刻までの選定範囲ＳＲ内の制御運転パターンを選定してよい。尚、選定タイミングＳＴは、予測モデル４６を作成する作成タイミングと同じであってよい。

運転パターンＯＰ１、・・・、ＯＰＮで示す実線は、各運転パターンＯＰ１、・・・、ＯＰＮで空調機２０を運転した場合において、現在の取得データ４４から予測モデル４６によって予測される車内温度の時系列変化を示す。例えば、運転パターンＯＰ１で示す実線は、選定範囲ＳＲの間、全ての空調機２０の空調能力レベルが最大の“４”で運転された場合の温度変化である。運転パターンＯＰＮで示す実線は、選定範囲ＳＲの間、全ての空調機２０の空調能力レベルが最弱の“０”で運転された場合の温度変化である。

選定部３８は、選定範囲ＳＲを更に分割したセルＣＬの開始時刻である制御指令タイミングＣＴ１、ＣＴ２、・・・ごとの各空調機２０の空調能力レベルを示す運転パターンＯＰを選定する。尚、制御指令タイミングＣＴ１、ＣＴ２、・・・を区別する必要がない場合、制御指令タイミングＣＴと記載する。隣接する制御指令タイミングＣＴ間の各セルＣＬは、選定範囲ＳＲよりも短く、例えば、空調機２０のコンプレッサの起動及び停止に要する時間（例えば、時素）以上であればよい。制御指令タイミングＣＴは、制御部４０が制御指令値を空調機２０に送信するタイミングである。例えば、運転パターンＯＰの個数Ｎは、空調能力レベルの段数と、選定範囲ＳＲ内の制御指令タイミングＣＴの個数とによって決定される。この場合、空調能力レベルの数が“５”、選定範囲ＳＲ内の制御指令タイミングＣＴの数が“４”であれば、運転パターンＯＰの個数Ｎは、５^４個である。制御部４０は、制御運転パターンを取得すると、制御指令タイミングＣＴごとに、空調機２０を制御運転パターンが示す空調能力レベルにするための制御指令値を生成して、空調機２０に送信する。

図４は、運転パターンにおける快適性指標と省エネ指標との関係をプロットしたグラフである。縦軸は快適性指標を示し、上側はより不快となり、下側はより快適となる。横軸は省エネ指標を示し、右側が消費電力の増加となり、左側が消費電力の低減、即ち、省エネルギーとなる。

選定部３８は、各運転パターンＯＰにおける快適性指標と省エネ指標とを算出する。快適性指標は、上述の式（１２）から算出される選定範囲ＳＲ内における不快指数ＤＩの平均値であってよい。省エネ指標は、上述の式（１３）から算出される選定範囲ＳＲ内における空調機２０の総消費電力であってよい。図４の白丸で示す各ドットは、選定部３８が算出した各運転パターンＯＰにおける快適性指標及び省エネ指標を示す。選定部３８は、快適性指標及び省エネ指標を運転パターンＯＰと関連付けて、記憶部３２の運転パターン結果群４８に登録する。

判定部３７は設定モードに応じて指標領域を設定し、選定部３８は当該指標領域に基づいてモード条件を満たす運転パターンＯＰを制御運転パターンとして選定する。例えば、判定部３７は、快適性優先モードと判定した場合、快適性閾値Ｔｈａ未満を快適性指標領域として設定する。選定部３８は、快適性指標領域内であって最も省エネ指標の低いドットＤＴａの運転パターンＯＰを快適性優先モードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。判定部３７は、省エネ優先モードと判定した場合、省エネ閾値Ｔｈｂ未満を省エネ指標領域として設定する。選定部３８は、省エネ指標領域内であって最も快適性指標の低いドットＤＴｂの運転パターンＯＰを、省エネ優先モードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。判定部３７は、デフォルトモードと判定した場合、デフォルト閾値Ｔｈｃ未満をデフォルトモード指標領域として設定する。選定部３８は、デフォルトモード指標領域であって最も省エネ指標の低いドットＤＴｃの運転パターンＯＰを、デフォルトモードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。尚、各閾値Ｔｈａ、Ｔｈｂ、Ｔｈｃは、予め定められて記憶部３２に格納されていてよい。例えば、デフォルト閾値Ｔｈｃは“７５”であってよい。デフォルト閾値Ｔｈｃは乗務員が車両情報制御装置２１に入力した設定温度に基づいて設定されてもよい。快適性閾値Ｔｈａはデフォルト閾値Ｔｈｃよりも小さい。

制御部４０は、選定部３８が設定した制御運転パターンに応じた制御指令値を生成して空調機２０へ送信する。空調機２０は、車両空調制御装置２６の制御部４０から制御指令値を取得すると、当該制御指令値に基づいて暖気または冷気を車体１２の内部の車室へ供給して車内温度を調整する。

図５は、処理部３０が実行する第１実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。処理部３０は、空調制御プログラム４２を読み込んで、空調制御処理の選定処理を実行する。空調制御処理は、車両１０の空調機２０の空調制御方法の一例である。

図５に示すように、空調制御処理の選定処理では、取得部３４が、空調機２０、車両情報制御装置２１、温度検出部２２、湿度検出部２３及び応荷重検出部２４から設定情報、温度情報及び重量情報を取得データ４４として取得して、記憶部３２に保存する（Ｓ１０２）。尚、取得部３４は、制御指令値を作成する制御指令周期ごとに、ステップＳ１０２を実行してよい。

作成部３６は、温度の予測モデル４６を作成するか否かを判定する（Ｓ１０４）。例えば、作成部３６は、駅停車中の開時間ＯＴ内の選定タイミング（または作成タイミング）になると、温度の予測モデル４６を作成すると判定してよい。作成部３６は、温度の予測モデル４６を作成しないと判定すると（Ｓ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１１０を実行する。

作成部３６は、温度の予測モデル４６を作成すると判定すると（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、取得時刻を参照して、記憶部３２から過去複数回分（例えば、過去４回分または５回分）の取得データ４４を呼び出す（Ｓ１０６）。尚、作成部３６は、連続した取得データ４４ではなく、取得データ４４の一部を間引いて、取得データ４４を呼び出してもよい。作成部３６は、予測モデル４６を作成し、記憶部３２に保存する（Ｓ１０８）。具体的には、作成部３６は、呼び出した取得データ４４が代入された式（２）から式（５）を解いてモデル係数ａ、ｂ、ｃ、ｄを計算して、温度の予測モデル４６を作成する。作成部３６は、呼び出した取得データ４４が代入された式（７）から式（１０）を解いてモデル係数ｅ、ｆ、ｇ、ｈを計算して、湿度の予測モデル４６を作成する。尚、作成部３６は、時刻ｔ＋２以降の時刻の異なる複数の予測モデル４６を作成して、記憶部３２に保存してもよい。具体的には、作成部３６は、ステップＳ１０８を繰り返して、作成した予測モデル４６によって予測した車内温度及び車内湿度によって新たな温度及び湿度の予測モデル４６を作成してよい。これを繰り返すことによって、作成部３６は、複数の予測モデル４６を作成してよい。

判定部３７は、車両情報制御装置２１を介して乗務員等が入力した入力情報に基づいて、デフォルトモード、快適性優先モード及び省エネ優先モードのいずれかから設定モードを判定する（Ｓ１１０）。判定部３７は、設定モードに基づいて、指標領域を設定する指標領域設定処理を実行する（Ｓ１１１）。

図６は、判定部３７が実行する指標領域設定処理のフローチャートである。

図６に示すように、指定領域判定処理において、判定部３７は、デフォルトモードの指標領域を設定する（Ｓ１２４）。例えば、判定部３７は、快適性指標がデフォルト閾値Ｔｈｃ未満をデフォルトモード指標領域として設定する（図４参照）。

判定部３７は、省エネ優先モードの設定があるか否かを判定する（Ｓ１２６）。ステップＳ１１０において省エネ優先モードが設定されている場合、省エネ優先モードの設定ありと判定して（Ｓ１２６：Ｙｅｓ）、省エネ優先モードの指標領域を設定する（Ｓ１２５）。例えば、判定部３７は、省エネ指標が省エネ閾値Ｔｈｂ未満を省エネ優先モードの指標領域として設定する（図４参照）。ステップＳ１１０において省エネ優先モードが設定されていない場合、省エネ優先モードの設定なしと判定して（Ｓ１２６：Ｎｏ）、ステップＳ１２５を実行しない。

判定部３７は、快適性優先モードの設定があるか否かを判定する（Ｓ１２８）。ステップＳ１１０において快適性優先モードが設定されている場合、快適性優先モードの設定ありと判定して（Ｓ１２８：Ｙｅｓ）、快適性優先モードの指標領域を設定する（Ｓ１２９）。例えば、判定部３７は、快適性指標が快適性閾値Ｔｈａ未満を快適性優先モードの指標領域として設定する（図４参照）。ステップＳ１１０において快適性優先モードが設定されていない場合、快適性優先モードの設定なしと判定して（Ｓ１２８：Ｎｏ）、ステップＳ１２９を実行しない。

図５に戻って、選定部３８は、空調機２０の運転パターンＯＰのいずれかを仮の運転パターンとして抽出する（Ｓ１１４）。選定部３８は、予測モデル４６に基づいて算出した車内温度及び車内湿度に基づいて、仮の運転パターンにおける快適性指標を式（１２）から算出する（Ｓ１１６）。選定部３８は、仮の運転パターンにおける省エネ指標を式（１３）から算出する（Ｓ１１８）。選定部３８は、算出した快適性指標及び省エネ指標を仮の運転パターンと関連付けて、記憶部３２の運転パターン結果群４８の一部として格納する（Ｓ１２０）。選定部３８は、全ての運転パターンに関して、ステップＳ１１４からステップＳ１２０を実行する（Ｓ１１２）。

選定部３８は、運転パターン結果群４８が示す複数の運転パターンＯＰの快適性指標及び省エネ指標のうち、ステップＳ１１１で設定した指標領域を用いて、モード条件を満たす運転パターンＯＰを空調機２０を制御するための制御運転パターンとして選定する。例えば、デフォルトモードの場合、選定部３８は、デフォルトモードの指標領域内のうち、最も省エネ指標が小さい運転パターンＯＰをデフォルトモードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。省エネ優先モードの場合、選定部３８は、省エネ優先モードの指標領域内のうち、最も快適性指標が小さい運転パターンＯＰを省エネ優先モードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。快適性優先モードの場合、選定部３８は、快適性優先モードの指標領域内のうち、最も省エネ指標が小さい運転パターンＯＰを快適性優先モードのモード条件を満たす制御運転パターンとして選定する。選定部３８は、選定した制御運転パターンを制御部４０へ出力する（Ｓ１２２）。この後、処理部３０は、ステップＳ１０２以降を繰り返す。尚、処理部３０は、空調機２０の制御を終了する指令等を受け付けた場合、空調制御処理の選定処理を終了してよい。

図７は、処理部３０が実行する第１実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンに基づいて空調機２０を制御する制御処理のフローチャートである。処理部３０は、空調制御プログラム４２を読み込んで、空調制御処理の制御処理を実行する。空調制御処理は、車両１０の空調機２０の制御方法の一例である。処理部３０は、空調機２０の制御指令タイミングＣＴに応じて制御処理を実行してよい。

図７に示すように、空調制御処理の制御処理では、制御部４０が、選定部３８から取得した制御運転パターンを取得したか否かを判定する（Ｓ１３０）。制御部４０は、制御運転パターンを取得するまで、待機状態となる（Ｓ１３０：Ｎｏ）。制御部４０は、制御運転パターンを取得すると（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、制御指令タイミングＣＴか否かを判定する（Ｓ１３２）。制御部４０は、制御指令タイミングＣＴになるまで待機状態となる（Ｓ１３２：Ｎｏ）。制御部４０は、制御指令タイミングＣＴとなると（Ｓ１３２：Ｙｅｓ）、選定部３８から取得した制御運転パターンが示す当該制御タイミングの空調能力レベルを指示する制御指令値を作成する（Ｓ１３４）。制御部４０は、作成した制御指令値を空調機２０に送信して、空調機２０を制御運転パターンに沿って制御する（Ｓ１３６）。空調機２０は、制御指令値を取得すると、当該制御指令値が示す空調能力レベルとなるようにコンプレッサ及び送風ファン等を制御して車内を空調する。制御部４０は、次の選定タイミングＳＩか否かを判定する（Ｓ１３８）。制御部４０は、選定タイミングＳＴでないと判定すると（Ｓ１３８：Ｎｏ）、ステップＳ１３２以降を繰り返す。換言すれば、制御部４０は、選定タイミングＳＴとなるまで、制御指令タイミングＣＴごとに制御指令値を作成して送信する。制御部４０は、選定タイミングＳＴになると（Ｓ１３８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０に戻って新たな制御運転パターンを取得し、新たな制御運転パターンに基づいてステップＳ１３２以降を実行する。

この後、処理部３０は、ステップＳ１３０以降を繰り返す。尚、処理部３０は、空調機２０の制御を終了する指令等を受け付けた場合、空調制御処理の制御処理を終了してよい。

上述したように、第１実施形態の車両空調制御装置２６は、快適性指標及び省エネ指標に基づいて制御運転パターンを選定するので、快適性を向上させつつ、省エネを実現するとともに、省エネを向上させつつ、快適性を実現する制御運転パターンを選定することができる。これにより、車両空調制御装置２６は、快適性及び省エネという２つの要求に対して適切に空調機２０を制御することができる。

車両空調制御装置２６は、選定範囲ＳＲよりも短い制御指令周期ごとに制御指令値を作成しているので、より細かい空調機２０の制御を実現することができる。また、車両空調制御装置２６は、制御指令周期よりも長い選定範囲ＳＲの制御運転パターンを一度に選定することで、制御運転パターンの選定に要する処理負荷を低減できる。

車両空調制御装置２６は、複数の運転パターンのそれぞれに対して算出した快適性指標及び省エネ指標に基づいて、制御運転パターンを選定するので、快適性及び省エネに応じた制御運転パターンを選定できる。

車両空調制御装置２６は、複数の運転パターンのうち、快適性指標及び省エネ指標が設定モードのモード条件を満たす制御運転パターンを選定するので、設定モードに応じた制御運転パターンを選定できる。

＜第２実施形態＞
次に、制御部４０が、制御運転パターンから予測される車内温度と温度検出部２２が計測した車内温度とに基づいて制御指令値を補正する第２実施形態について説明する。

図８は、制御部４０が補正する運転パターンＯＰについて説明するグラフである。尚、図８は、図３に対応するグラフである。

例えば、選定部３８が制御運転パターンとして運転パターンＯＰ２を選定したとする。制御部４０は、制御運転パターンである運転パターンＯＰ２に沿って制御指令値を生成して空調機２０を制御する。この場合、予測モデル４６を用いて制御運転パターンから予測される車内温度は、図８の運転パターンＯＰ２に示すように変化する。しかしながら、温度検出部２２が検出した車内温度の実測値ＭＶａは、予測される車内温度からずれて高くなっている。この場合、制御部４０は、運転パターンＯＰ２が示す空調能力レベルを強くするように制御指令値を補正する。例えば、制御部４０は、計測時刻ＭＴにおいて、実測値ＭＶａの車内温度が予測された車内温度よりも高く、計測時刻ＭＴの次の制御指令タイミングＣＴ３における運転パターンＯＰの空調能力レベルが“２”を示している場合、空調能力レベルを“３”に強める補正をして制御指令値を作成する。

図９は、第２実施形態の制御処理のフローチャートである。第２実施形態の制御処理の各ステップのうち、第１実施形態の制御処理と同様のステップに関しては説明を簡略化する。

図９に示すように、第２実施形態の制御処理では、制御部４０は、ステップＳ１３０、Ｓ１３２の後、選定部３８から取得した制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成する（Ｓ１３４）。制御部４０は、制御運転パターンに沿って空調機２０が制御された場合において予測モデル４６によって予測された車内温度が実際に計測された車内温度とかい離しているか否かを判定する（Ｓ２３２）。例えば、制御部４０は、予測された車内温度と実際に計測された車内温度との差分の大きさが予め定められた閾値温度以上であれば、両車内温度がかい離していると判定してよい。制御部４０は、両車内温度がかい離していると判定すると（Ｓ２３２：Ｙｅｓ）、空調機２０の空調能力を変更可能か否かを判定する（Ｓ２３４）。例えば、制御部４０は、前回の制御指令値を送信してから空調機２０のコンプレッサの起動に要する時間である制御指令タイミングＣＴ以上経過していれば、空調能力を変更可能と判定してよい。制御部４０は、空調能力を変更可能と判定すると（Ｓ２３４：Ｙｅｓ）、制御指令値を補正する（Ｓ２３６）。この後、制御部４０は、補正した制御指令値を空調機２０へ送信する（Ｓ１３６）。

一方、制御部４０は、両車内温度がかい離していないと判定した場合（Ｓ２３２：Ｎｏ）、または、空調機２０の空調能力を変更できないと判定した場合（Ｓ２３４：Ｎｏ）、制御指令値を補正することなく、制御指令値を送信する（Ｓ１３６）。この後、制御部４０は、選定タイミングＳＴでないと判定すると（Ｓ１３８：Ｎｏ）、ステップＳ１３２以降を繰り返す。制御部４０は、選定タイミングＳＴになると（Ｓ１３８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０に戻って新たな制御運転パターンを取得し、新たな制御運転パターンに基づいてステップＳ１３２以降を実行する。

上述したように、第２実施形態の車両空調制御装置２６は、制御運転パターンから予測される車内温度と、温度検出部２２によって計測された車内温度とに基づいて補正している。これにより、車両空調制御装置２６は、予測の精度が低く、両車内温度がかい離している場合であっても、快適性及び省エネを実現しつつ、空調機２０を制御できる。

＜第３実施形態＞
選定部３８が、貪欲法に基づいて、空調能力レベルが最強レベルの初期の基準解の運転パターンＯＰから徐々に空調能力レベルを弱めて運転パターンＯＰの平均温度を目標値に近づけつつ、制御運転パターンを選定する第３実施形態について説明する。

図１０、図１１、図１２、図１３は、選定部３８が選定する運転パターンＯＰについて説明するグラフである。図１０から図１３において、空調能力レベルの白丸は、運転パターンＯＰで選択されているレベルを示す。尚、図１０から図１３は、図３に対応するグラフである。

選定部３８は、目標温度ＴＴを設定する。目標温度ＴＴは、予め設定された目的とする快適性指数から式（１２）に基づいて算出した車内温度であってよい。この場合、式（１２）に代入する車内湿度は予測モデル４６から算出してもよく、予め設定された目標とする車内湿度であってもよい。尚、目的とする快適性指数はモードごとに設定されていてよく、この場合、目標温度ＴＴはモードごとに異なる値となるが、以下の運転パターンＯＰの選定については、１個の目標温度ＴＴに基づいて説明する。

選定部３８は、選定範囲ＳＲを複数のセルＣＬに分割する。セルＣＬは、例えば、コンプレッサの起動時間よりも長い時間であればよい。各セルＣＬの開始時刻は、制御指令タイミングＣＴとする。

図１０に示すように、選定部３８は、初期基準解の運転パターンＯＰとしての運転パターンＯＰ１で運転した場合における選定範囲ＳＲ内の平均温度ＡＴａを算出する。運転パターンＯＰ１は、全選定範囲ＳＲ内で最強の空調能力レベル“４”で空調機２０を運転する最強レベルのパターンである。選定部３８は、運転パターンＯＰ１で運転した場合の車内温度を予測モデル４６から算出した車内温度を選定範囲ＳＲ内で積算して、積算した数で割った相加平均値を平均温度ＡＴａとして算出してよい。

次に、選定部３８は、省エネ指標が高くなるように、いずれかのセルＣＬの空調能力レベルを徐々に弱めて、快適性指標から算出された目標値に近づけて制御運転パターンを選定する。具体的には、選定部３８は、徐々に弱めた運転パターンＯＰのそれぞれで運転した場合の選定範囲ＳＲ内の平均温度を算出する。例えば、図１１に示す例では、選定部３８は、最初のセルＣＬの空調能力レベルを“３”に変更した運転パターンＯＰａ２で運転した場合の選定範囲ＳＲ内の平均温度ＡＴｂを算出する。

次に、選定部３８は、運転パターンＯＰａ２で空調能力レベルを変更したセルＣＬとは異なるセルＣＬの空調能力レベルを弱くした場合の選定範囲ＳＲ内の平均温度を算出する。例えば、図１２に示す例では、選定部３８は、運転パターンＯＰ１に対して、３番目のセルＣＬの空調能力レベルを“３”に変更した運転パターンＯＰａ３で運転した場合の選定範囲ＳＲ内の平均温度ＡＴｃを算出する。

選定部３８は、上記の処理を繰り返して、全てのセルＣＬのうちいずれかのセルＣＬの空調能力レベルを“３”に変更して、残りのセルＣＬの空調能力レベルを“４”とした運転パターンＯＰの平均温度を算出する。ここではセルＣＬの個数が４個なので、選定部３８は、４個の平均温度を算出することになる。選定部３８は、算出した４個の平均温度のうち、最も低い平均温度の運転パターンＯＰを新たな基準解の運転パターンとする。換言すれば、選定部３８は、選定範囲ＳＲ内の空調能力レベルの総和が同じ運転パターンＯＰのうち、エネルギー効率が最も高く、省エネを向上できる運転パターンＯＰを新たな基準解として選定する。例えば、選定部３８は、図１２に示す運転パターンＯＰａ３の平均温度ＡＴｃが最も低い場合、運転パターンＯＰａ３を新たな基準解とする。

選定部３８は、運転パターンＯＰａ３の各セルＣＬの空調能力レベルを弱くして、上述と同様の処理を繰り返して、平均温度を目標値の例である目標温度ＴＴに近づける。例えば、選定部３８は、図１３に示すように、最初のセルＣＬの空調能力レベルを“３”とした運転パターンＯＰｂ１の平均温度ＡＴｄを算出する。選定部３８は、平均温度ＡＴｄが目標温度範囲内となった場合、当該運転パターンＯＰｂ１を制御運転パターンとして選定する。目標温度範囲は、例えば、目標温度ＴＴと目標温度ＴＴから差分温度ΔＴを引いた温度ＴＴ－ΔＴとの間である。差分温度ΔＴは、予め定められた記憶部３２に格納されていてよい。

図１４は、処理部３０が実行する第３実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。第３実施形態の選定処理の各ステップのうち、第１実施形態の選定処理と同様のステップに関しては説明を簡略または省略する。

図１４に示すように、第３実施形態の処理部３０は、ステップＳ１０２からステップＳ１１０まで実行する。

選定部３８は、快適性指標に基づいて目的温度範囲を設定する（Ｓ３５１）。選定部３８は、選定範囲ＳＲを複数のセルＣＬに分割する（Ｓ３５２）。選定部３８は、各セルＣＬの空調能力レベルを最強（例えば、“４”）にした運転パターンＯＰを初期の基準解として設定する（Ｓ３５４）。

選定部３８は、例えば、図１１に示すように、基準解の運転パターンＯＰのいずれかのセルＣＬ（例えば、最初のセルＣＬ）の空調能力レベルを１段階弱めた運転パターンＯＰを設定する（Ｓ３６０）。選定部３８は、設定した運転パターンＯＰの平均温度を算出して記憶部３２に格納する（Ｓ３６２）。選定部３８は、平均温度が目的温度範囲を超えたか否かを判定する（Ｓ３６４）。選定部３８は、平均温度が目的温度範囲を超えていると判定すると（Ｓ３６４：Ｙｅｓ）、ステップＳ３５６以降を繰り返す。選定部３８は、平均温度が目的温度範囲を超えていないと判定すると（Ｓ３６４：Ｎｏ）、平均温度に基づいて当該運転パターンＯＰが最大効率か否かを判定する（Ｓ３６６）。例えば、選定部３８は、既に最大効率として記憶部３２に格納されている運転パターンＯＰの平均温度よりも、今回の運転パターンＯＰの平均温度が低い場合、今回の運転パターンＯＰが最大効率であると判定してよい。

選定部３８は、当該運転パターンＯＰが最大効率であると判定すると（Ｓ３６６：Ｙｅｓ）、記憶部３２に格納された最大効率の運転パターンＯＰを当該運転パターンＯＰで上書きして更新する（Ｓ３６８）。選定部３８は、当該運転パターンＯＰが最大効率でないと判定すると（Ｓ３６６：Ｎｏ）、記憶部３２に格納されている最大効率の運転パターンを更新しない。この後、選定部３８は、全てのセルＣＬの空調能力レベルを１段階弱めるまでステップＳ３６０からＳ３６８までを繰り返す（Ｓ３５８）。選定部３８は、全てのセルＣＬの空調能力レベルを１段階弱めた後の最大効率の運転パターンＯＰを新たな基準解として更新する（Ｓ３７０）。

選定部３８は、新たな基準解の運転パターンＯＰに対してステップＳ３５８からＳ３７０までを実行する。即ち、選定部３８は、新たな基準解の運転パターンＯＰのいずれかのセルＣＬの空調能力レベルを１段階弱めることを、セルＣＬごとに実行して、最大効率の運転パターンＯＰを選定する。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰを新たに選定すると、新たな運転パターンＯＰによって基準解を更新する。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰの平均温度が目的温度範囲内となるまで、ステップＳ３５８からＳ３７０を繰り返す（Ｓ３５６）。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰの平均温度が目的温度範囲内になると、当該運転パターンＯＰを制御運転パターンとして選定して、空調機２０へ送信する（Ｓ１２２）。

上述したように第３実施形態の車両空調制御装置２６は、初期基準解である最強レベルの運転パターンＯＰ１から空調能力レベルを徐々に弱めて快適性指標から算出された目標温度に運転パターンＯＰの平均温度を近づけている。これにより、車両空調制御装置２６は、空調能力レベルを弱めて省エネを向上させつつ、運転パターンＯＰの平均温度を目標温度に近づけることで快適性を向上させることができる。

車両空調制御装置２６は、初期基準解である最強レベルの運転パターンＯＰ１から空調能力レベルを徐々に弱めて制御運転パターンを選定することにより、制御指令周期が短い空調機２０であっても、快適性及び省エネを実現できる制御運転パターンをより短時間で選定できる。

車両空調制御装置２６は、選定範囲ＳＲ内の空調能力レベルの総和が同じ運転パターンＯＰのうち、平均温度が低い、即ち、エネルギー効率が高い運転パターンＯＰを基準解として更新して、平均温度が目標温度範囲内となる制御運転パターンを選定している。これにより、車両空調制御装置２６は、快適性を向上させつつ、エネルギー効率が高く省エネを実現できる制御運転パターンを選定できる。

＜第４実施形態＞
選定部３８が、分割統治法に基づいて、空調能力レベルを全て同じレベルにした複数の運転パターンのうち、平均温度が最も目標温度に近い暫定の運転パターンを初期の基準解と、当該初期の基準階に基づいて、制御運転パターンを選定する第４実施形態について説明する。

図１５は、選定部３８が選定する運転パターンＯＰについて説明するグラフである。図１５は、図３に対応するグラフである。

選定部３８は、図１５に点線で示す暫定の複数の運転パターンＯＰ１、ＯＰｂ１、ＯＰｂ２、ＯＰｂ３、ＯＰＮを生成する。例えば、選定部３８は、選定範囲ＳＲ内の空調能力レベルを全て同じレベルにした運転パターンＯＰを生成する。従って、運転パターンＯＰ１の選定範囲ＳＲ内の全ての空調能力レベルは“４”に設定されている。同様に、運転パターンＯＰｂ１の全ての空調能力レベルは“３”に設定され、運転パターンＯＰｂ２の全ての空調能力レベルは“２”に設定され、運転パターンＯＰｂ３の全ての空調能力レベルは“１”に設定され、運転パターンＯＰＮの全ての空調能力レベルは“０”に設定されている。選定部３８は、複数の運転パターンＯＰ１、ＯＰｂ１、ＯＰｂ２、ＯＰｂ３、ＯＰＮのうち、選定範囲ＳＲ内の平均温度が目標温度に最も近い暫定の運転パターンＯＰを選定する。選定部３８は、初期の基準解としての暫定の運転パターンに基づいて、制御運転パターンを選定する。例えば、選定部３８は、選定範囲ＳＲを分割してセルＣＬを生成し、基準解とした運転パターンＯＰのいずれかのセルＣＬの空調能力レベルを強めまたは弱めて、目標温度範囲となった運転パターンＯＰ、例えば、図１５に実線で示す運転パターンＯＰｂを制御運転パターンとして選定する。

図１６及び図１７は、処理部３０が実行する第４実施形態の空調制御処理のうち制御運転パターンを選定する選定処理のフローチャートである。第３実施形態の選定処理の各ステップのうち、上述の実施形態の選定処理と同様のステップに関しては説明を簡略または省略する。

図１６に示すように、第４実施形態の処理部３０は、ステップＳ１０２からステップＳ１１０まで実行する。

選定部３８は、暫定の運転パターンＯＰを設定する（Ｓ４８２）。選定部３８は、暫定の運転パターンＯＰの選定範囲ＳＲ内での平均温度を算出して記憶部３２に格納する（Ｓ４８４）。選定部３８は、快適性指標に基づいて目的温度範囲を設定する（Ｓ３５１）。選定部３８は、算出した平均温度のうち最も目的温度範囲に近い平均温度の暫定の運転パターンＯＰを初期の基準解として設定する（Ｓ４８６）。

選定部３８は、選定範囲ＳＲをセルＣＬに分割する（Ｓ３５２）。選定部３８は、初期基準解の運転パターンＯＰのいずれかのセルＣＬの空調能力レベルを弱める（Ｓ４８８）。選定部３８は、空調能力レベルを弱めた運転パターンＯＰの平均温度が目的温度範囲に近づいたか否かを判定する（Ｓ４９０）。

選定部３８は、平均温度が目的温度範囲に近づいたと判定すると（Ｓ４９０：Ｙｅｓ）、第３実施形態と同様にステップＳ３５６からＳ１２２以降を実行して、制御運転パターンを選定し、空調機２０へ送信する（Ｓ１２２）。

一方、選定部３８は、平均温度が目的温度範囲から遠のいたと判定すると（Ｓ４９０：Ｎｏ）、図１７に示すステップＳ５５６以降を実行する。尚、ステップＳ５５６以降の処理は、ステップＳ３５６以降の処理と空調能力レベルを強める以外ほぼ同様である。

選定部３８は、例えば、基準解の運転パターンＯＰのいずれかのセルＣＬ（例えば、最初のセルＣＬ）の空調能力レベルを１段階強めた運転パターンＯＰを設定する（Ｓ５６０）。選定部３８は、設定した運転パターンＯＰの平均温度を算出して記憶部３２に格納する（Ｓ５６２）。選定部３８は、平均温度が目的温度範囲より小さいと判定すると（Ｓ５６４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５５６以降を繰り返す。選定部３８は、平均温度が目的温度範囲より小さくないと判定すると（Ｓ５６４：Ｎｏ）、平均温度に基づいて当該運転パターンＯＰが最大効率か否かを判定する（Ｓ５６６）。選定部３８は、当該運転パターンＯＰが最大効率であると判定すると（Ｓ５６６：Ｙｅｓ）、記憶部３２に格納された最大効率の運転パターンＯＰを当該運転パターンＯＰで上書きして更新する（Ｓ５６８）。選定部３８は、当該運転パターンＯＰが最大効率でないと判定すると（Ｓ５６６：Ｎｏ）、記憶部３２に格納されている最大効率の運転パターンを更新しない。この後、選定部３８は、全てのセルＣＬの空調能力レベルを１段階強めるまでステップＳ５６０からＳ５６８までを繰り返す（Ｓ５５８）。選定部３８は、全てのセルＣＬの空調能力レベルを１段階強めた後の最大効率の運転パターンＯＰを新たな基準解として更新する（Ｓ５７０）。

選定部３８は、新たな基準解の運転パターンＯＰに対してステップＳ５５８からＳ５７０までを実行する。即ち、選定部３８は、新たな基準解の運転パターンＯＰの各セルＣＬの空調能力レベルを１段階強めて、最大効率の運転パターンＯＰを選定する。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰを新たに選定すると、新たな運転パターンＯＰによって基準解を更新する。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰの平均温度が目的温度範囲内となるまで、ステップＳ５５８からＳ５７０を繰り返す（Ｓ５５６）。選定部３８は、最大効率の運転パターンＯＰの平均温度が目的温度範囲内になると、当該運転パターンＯＰを制御運転パターンとして選定して、空調機２０へ送信する（Ｓ１２２）。

上述したように、第４実施形態の車両空調制御装置２６は、空調能力レベルを統一した運転パターンＯＰのうち、最も目標温度に近い運転パターンＯＰを初期基準解として選定し、当該初期基準解の運転パターンＯＰから空調能力レベルを徐々に変化させて制御運転パターンを選定している。これにより、車両空調制御装置２６は、空調能力レベルを統一した運転パターンＯＰである初期基準解から制御運転パターンの選定を開始することにより、制御指令周期が短く選定範囲ＳＲ内の制御指令タイミングＣＴが多く含まれている場合でも、短時間で制御運転パターンを選定することができる。

＜第５実施形態＞
判定部３７が、消費電力または車両１０の内部の状況（以下、車両状況）に基づいて、省エネ優先モードまたは快適性優先モードのいずれかを空調機２０に設定する設定モードとして判定する第５実施形態について説明する。

判定部３７は、取得部３４が取得した取得データ４４の空調機２０の消費電力が予め定められた省エネ条件を満たす場合、省エネ優先モードに設定すると判定してよい。省エネ条件は、予め定められた閾値電力以上である。従って、判定部３７は、閾値電力以上であれば、省エネ優先モードに設定してよい。

判定部３７は、取得部３４が取得した取得データ４４の車両状況が予め定められた快適性条件を満たす場合、快適性優先モードに設定すると判定してよい。車両状況は、温度検出部２２、湿度検出部２３及び応荷重検出部２４が検出した車内温度及び車内湿度、及び、乗員を含む車両１０の車体１２の荷重の少なくともいずれか１つであってよい。判定部３７は、例えば、車内温度、車内湿度及び荷重のそれぞれに重みを掛けた値の和を車両状況の値とし、当該車両状況の値と予め定められ得た閾値状況値との比較によって、車両状況が快適性条件を満たすか否かを判定してよい。

判定部３７は、省エネ条件及び快適性条件を満たさない場合、デフォルトモードに設定してよい。

図１８は、処理部３０が実行するモード判定処理のフローチャートである。モード判定処理は、選定処理のステップＳ１１０に代えて実行してよく、または、乗員等によるモードの設定がない場合に、ステップＳ１１０の後に実行してもよい。

モード判定処理において、判定部３７は、設定モードをデフォルトモードに設定する（Ｓ６９２）。判定部３７は、消費電力が省エネ条件を満たすか否かを判定する（Ｓ６９４）。判定部３７は、消費電力が省エネ条件を満たすと判定すると（Ｓ６９４：Ｙｅｓ）、設定モードを省エネ優先モードに設定する（Ｓ６９５）。

判定部３７は、消費電力が省エネ条件を満たさないと判定すると（Ｓ６９４：Ｎｏ）、デフォルトモードを維持して、車両状況が快適性条件を満たすか否かを判定する（Ｓ６９６）。判定部３７は、車両状況が快適性条件を満たすと判定すると（Ｓ６９６：Ｙｅｓ）、設定モードを快適性優先モードに設定する（Ｓ６９７）。

判定部３７は、車両状況が快適性条件を満たさないと判定すると（Ｓ６９６：Ｎｏ）、設定モードを設定済みのデフォルトモードまたは省エネ優先モードに維持して、モード判定処理を終了する。この後、選定処理のステップＳ１１２以降を実行する。

尚、判定部３７は、点線矢印で示すように、省エネ優先モードを設定した後（Ｓ６９５）、ステップＳ６９６以降を実行することなく、モード判定処理を終了してもよい。

上述したように、第５実施形態の車両空調制御装置２６は、消費電力または車両状況に基づいて、省エネ優先モードまたは快適性優先モードのいずれかを設定モードとして判定するので、適切な設定モードを設定できる。更に、車両空調制御装置２６は、適切に設置された設定モードによって、指標領域を設定するので、制御運転パターンをより適切に選定できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上述の実施形態では快適性指標が車内温度及び車内湿度に関連する不快指数である例を挙げたが、快適性指標は不快指数に限定されない。必要なデータをセンシングし、車内温度及び車内湿度の様に人体の熱負荷、代謝量、気流及び放射熱等の予測モデルを作成することができれば、快適性の指標は、ＰＭＶ（Predicted Mean Vote）及びＳＥＴ（Standard new Effective Temperature）等であってもよい。快適性指標は車内湿度を含まない車内温度に関する関数であってもよい。

上述の実施形態では省エネ指標が空調機２０の総消費電力量である例を挙げたが、省エネ指標は空調機２０の総消費電力量に限定されない。例えば、省エネ指標は、予測モデルによって予測される車内温度及び車内湿度となるように空調機２０を制御した場合における空調機２０のピーク電力量であってもよい。

上述の実施形態では、選定タイミングＳＴが車両１０のドアが開いている開時間ＯＴ内に設定されている例を挙げたが、選定タイミングＳＴはこれに限定されない。例えば、選定タイミングＳＴは、予め定められた一定の周期ごとであってもよい。

上述の実施形態では、制御指令タイミングＣＴが空調機２０のコンプレッサの起動に要する時間としたが、制御指令タイミングＣＴはこれに限定されない。制御指令タイミングＣＴは、コンプレッサの起動に要する時間以上であって、不定期であってもよい。

上述の実施形態では、運転パターンＯＰの個数Ｎが、空調能力レベルの数と、選定範囲ＳＲ内の制御指令タイミングＣＴの数とによって決定されるとしたが、運転パターンＯＰの個数Ｎはこれに限定されない。例えば、空調機２０ごとまたは空調機２０のコンプレッサごとに運転パターンＯＰを異ならせる場合、運転パターンＯＰの個数Ｎは、空調能力レベルの段数と、選定範囲ＳＲ内の制御指令タイミングＣＴの個数と、空調機２０または空調機２０のコンプレッサの個数とによって決定される。

上述の実施形態では、目標温度範囲が、目標温度ＴＴと目標温度ＴＴから差分温度ΔＴを引いた温度ＴＴ－ΔＴとの間を例に挙げた、目標温度範囲はこれに限定されない。例えば、目標温度範囲は、目標温度ＴＴから±ΔＴとの間、即ち、温度ＴＴ－ΔＴと温度ＴＴ＋ΔＴとの間であってもよい。

上述の実施形態では、作成部３６が新たに検出した車内温度に基づいて作成した予測モデル４６によって選定部３８が車内温度を予測する例を挙げたが、車内温度の予測方法はこれに限定されない。例えば、選定部３８は、予め設定された予測モデルに基づいて温度を予測してもよい。

上述の第３実施形態では、選定部３８が、最強レベルの運転パターンＯＰ１から各セルＣＬの空調能力レベルを徐々に弱めて、快適性指標から算出された目標値に近づけて制御運転パターンを選定する例を挙げたが、制御運転パターンを選定する方法はこれに限定されない。例えば、選定部３８が、選定範囲ＳＲ内の空調能力レベルが全て“０”の最弱レベルの運転パターンＯＰＮから各セルＣＬの空調能力レベルを徐々に強めて、快適性指標から算出された目標値に近づけて制御運転パターンを選定してもよい。

上述の第３実施形態及び第４実施形態では、快適性指標から算出した車内温度を目標値としたが、目標値は車内温度に限定されない。例えば、目標値は、快適性指標から算出した車内湿度であってもよい。この場合、車内温度は、予測モデル４６から予測される値を採用してよい。

１０：車両、 １８：車両空調制御システム、 ２０：空調機、 ２６：車両空調制御装置、 ３７：判定部、 ３８：選定部、 ４０：制御部、 ４２：空調制御プログラム、 ４４：取得データ、 ４６：予測モデル、 ４８：運転パターン結果群、 ＣＬ：セル、 ＯＰ：運転パターン、 ＳＲ：選定範囲、 Ｔ：車内温度、 ＴＴ：目標温度。

Claims (10)

1. 車両の内部の温度に関連し快適性を示す快適性指標、及び、前記車両に設けられた空調機の消費電力に関連する省エネルギー指標に基づいて、前記空調機を制御するための制御運転パターンを選定する選定部と、
   前記制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成して前記空調機に出力する制御部と、
   を備え、
   前記選定部は、前記空調機の空調能力レベルを最強レベルから徐々に弱めて前記快適性指標から設定された目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、または、前記空調能力レベルを最弱レベルから徐々に強めて前記快適性指標から設定された前記目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、
   車両空調制御装置。
2. 前記選定部は、さらに複数の前記空調機の空調能力レベルを全て同じレベルに設定した運転パターンのうち、前記快適性指標から設定された目標値に最も近い暫定の前記運転パターンに基づいて、前記制御運転パターンを選定する、
   請求項１に記載の車両空調制御装置。
3. 車両の内部の温度に関連し快適性を示す快適性指標、及び、前記車両に設けられた空調機の消費電力に関連する省エネルギー指標に基づいて、前記空調機を制御するための制御運転パターンを選定する選定部と、
   前記制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成して前記空調機に出力する制御部と、
   を備え、
   前記選定部は、複数の前記空調機の空調能力レベルを全て同じレベルに設定した運転パターンのうち、前記快適性指標から設定された目標値に最も近い暫定の前記運転パターンに基づいて、前記制御運転パターンを選定する、
   車両空調制御装置。
4. 前記消費電力または前記車両の内部の状況である車両状況に基づいて、前記空調機の前記消費電力の低減を優先させる省エネルギー優先モードまたは前記快適性指標を優先させる快適性優先モードのいずれかを前記空調機に設定する設定モードとして判定する判定部を更に備える
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両空調制御装置。
5. 前記選定部は、第１時間ごとに前記制御運転パターンを選定し、
   前記制御部は、前記第１時間よりも短い第２時間ごとに前記制御指令値を作成して出力する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両空調制御装置。
6. 前記選定部は、複数の運転パターンのそれぞれに対して算出した前記快適性指標及び前記省エネルギー指標に基づいて、前記複数の運転パターンから前記制御運転パターンを選定する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両空調制御装置。
7. 前記選定部は、複数の運転パターンのそれぞれに対して算出した前記快適性指標及び前記省エネルギー指標が前記空調機に設定されたモードに対応付けて設定されたモード条件を満たす前記運転パターンを前記制御運転パターンとして選定する
   請求項６に記載の車両空調制御装置。
8. 前記制御部は、前記制御運転パターンから予測される温度と計測された温度とに基づいて前記制御運転パターンを補正する
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両空調制御装置。
9. 車両の内部の温度に関連し快適性を示す快適性指標、及び、前記車両に設けられた空調機の消費電力に関連する省エネルギー指標に基づいて、前記空調機の制御運転パターンを選定し、
   前記制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成して前記空調機に出力する、に際し、
   前記空調機の制御運転パターンの選定において、前記空調機の空調能力レベルを最強レベルから徐々に弱めて前記快適性指標から設定された目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、または、前記空調能力レベルを最弱レベルから徐々に強めて前記快適性指標から設定された前記目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、
   あるいは、複数の前記空調機の空調能力レベルを全て同じレベルに設定した運転パターンのうち、前記快適性指標から設定された目標値に最も近い暫定の前記運転パターンに基づいて、前記制御運転パターンを選定する、
   車両の空調制御方法。
10. 車両の内部の温度に関連し快適性を示す快適性指標、及び、前記車両に設けられた空調機の消費電力に関連する省エネルギー指標に基づいて、前記空調機の制御運転パターンを選定する選定部と、
    前記制御運転パターンに基づいて制御指令値を作成して前記空調機に出力する制御部と、してコンピュータを機能させ、
    前記選定部は、前記空調機の空調能力レベルを最強レベルから徐々に弱めて前記快適性指標から設定された目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、または、前記空調能力レベルを最弱レベルから徐々に強めて前記快適性指標から設定された前記目標値に近づけて前記制御運転パターンを選定する、あるいは、
    前記選定部は、複数の前記空調機の空調能力レベルを全て同じレベルに設定した運転パターンのうち、前記快適性指標から設定された目標値に最も近い暫定の前記運転パターンに基づいて、前記制御運転パターンを選定する、ように、
    前記コンピュータを機能させるプログラム。

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