JPH0550837A

JPH0550837A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JPH0550837A
Application number: JP3228883A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kawai; 伸幸河合; Ikutaro Nomichi; 郁太郎野路; Makoto Fukubayashi; 誠福林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1993-03-02
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3278870B2

Abstract

(57)【要約】【目的】定常状態はもとより、目標値が変化した直後の
過渡時にも乗員の快適感を満足させることができる車両
用空調装置を提供する。【構成】車室内空調制御に必要な熱負荷に関する複数の
物理量の内の少なくとも１つの物理量に関し、その時間
的に推移させるべき目標値を表す数式化モデルを有し、
その数式化モデルの定数を複数の物理量の内の少なくと
も１つの物理量に応じて変化させる目標値発生手段７１
と、複数の物理量の内の測定不可能または測定困難な物
理量を推定する推定手段７２と、制御定数の最適値を算
出し、目標値発生手段７１の目標値，推定手段７２の推
定物理量，および複数の物理量の内の測定可能な物理量
に基づいて制御量を演算する演算手段７４と、この演算
手段７４を線形動作させる線形補償手段７３とから成る
空調制御手段７を備え、目標値が変化した直後の過渡状
態および定常状態の快適な空調を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外気温度や日射量など
の空調に必要な熱負荷に関する複数の物理量をシステム
制御理論（現代制御理論）によって処理し、車室内を目
標温度に空調する車両用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車室内温度設定値，実際の車
室内温度，外気温度および日射量に基づいて、風量およ
び吹出し口を制御して、車室内を目標温度に空調する車
両用空調装置が知られている（例えば、日産サービス周
報昭和６２年６月第５７８号参照）。この種の装置で
は、図１８に示すように、車室内温度設定値Ｔｐｔｃ，
車室内温度Ｔｉｎｃ，日射量Ｑｓｕｎおよび外気温度Ｔ
ａｍｂをコントローラ１へ入力し、設定温度Ｔｐｔｃ，
外気温度Ｔａｍｂ，日射量Ｑｓｕｎ，および設定温度Ｔ
ｐｔｃと実際の車室内温度Ｔｉｎｃとの差に、それぞれ
実験的に得られた制御定数Ｋ１０〜Ｋ１３を乗じて制御
指令値を算出し、演算器１ａ，１ｂによって空調ユニッ
ト２の制御量、すなわちエアーミックスドア開度Ｘおよ
びブロア駆動電圧Ｖｆを決定し、ヒータコア，エバポレ
ータ，エアーミックスドア，ブロア，各吹出しドアなど
から成る周知の空調ユニット２を制御して、目標吹出し
温度Ｔｏおよび目標吹出し風量Ｇａで車室３の空調を行
なう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、定常状態における快適な空調の目標値を設定
し、その目標値になるように制御しており、目標値が変
化した直後の過渡状態にあっては、上述したコントロー
ラの制御定数および空調ユニットの性能によって決る一
定の応答性しか得られず、過渡状態における快適性は必
ずしも満足できるものではなかった。

【０００４】本発明の目的は、定常状態はもとより、目
標値が変化した直後の過渡時にも乗員の快適感を満足さ
せることができる車両用空調装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１に対応づけて本発明を説明すると、請求項１の発明
は、車室内空調制御に必要な熱負荷に関する複数の物理
量に基づいて制御量を算出し、空調ユニット２内の温度
調節手段，風量調節手段，吹出し口調節手段などを制御
する車両用空調装置に適用される。そして、複数の物理
量の内の少なくとも１つの物理量に関し、その時間的に
推移させるべき目標値を表す数式化モデルを有し、その
数式化モデルの定数を複数の物理量の内の少なくとも１
つの物理量に応じて変化させる目標値発生手段７１と、
複数の物理量の内の測定不可能または測定困難な物理量
を推定する推定手段７２と、制御定数の最適値を算出
し、目標値発生手段７１の目標値，推定手段７２の推定
物理量，および複数の物理量の内の測定可能な物理量に
基づいて制御量を演算する演算手段７４と、この演算手
段７４を線形動作させる線形補償手段７３とから成る空
調制御手段７を備え、これにより、上記目的を達成す
る。

【０００６】また、請求項２の発明は、複数の物理量の
内の少なくとも車室内温度に関する時間的に推移させる
べき目標値を表す数式化モデルを有し、車室内温度設定
値の変化に応じて数式化モデルの定数を変化させる目標
値発生手段７１Ａを備える。

【０００７】さらに、請求項３の発明は、空調制御手段
７に、当初設定された車室内温度設定値を所定量だけ低
下させ、その後にふたたび当初設定された車室内温度設
定値に復帰させる動作を所定時間間隔で繰り返す設定温
度切換手段７１Ｂと、この設定温度切換手段７１Ｂによ
り切り換えられた車室内温度設定値の変化に応じて、数
式化モデルの定数を変化させる目標値発生手段７１Ｂを
備える。

【０００８】

【作用】請求項１では、複数の物理量の内の少なくとも
１つの物理量に関し、その時間的に推移させるべき目標
値を表す数式化モデルを有した目標値発生手段７１で、
その数式化モデルの定数を複数の物理量の内の少なくと
も１つの物理量に応じて変化させ、推定手段７２で、複
数の物理量の内の測定不可能または測定困難な物理量を
推定し、線形補償手段７３の作用によって線形動作する
演算手段７４で、制御定数の最適値を算出するととも
に、目標値発生手段７１の目標値，推定手段７２の推定
物理量，および複数の物理量の内の測定可能な物理量に
基づいて制御量を演算する。

【０００９】請求項２では、車室内温度に関する時間的
に推移させるべき目標値を表す数式化モデルを有する目
標値発生手段７１Ａが、車室内温度設定値の変化に応じ
て数式化モデルの定数を変化させる。

【００１０】請求項３では、設定温度切換手段７１Ｂ
が、当初設定された車室内温度設定値を所定量だけ低下
させ、その後にふたたび当初設定された車室内温度設定
値に復帰させる動作を所定時間間隔で繰り返し、目標値
発生手段７１Ｂが、設定温度切換手段７１Ｂにより切り
換えられた車室内温度設定値の変化に応じて数式化モデ
ルの定数を変化させる。

【００１１】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段および作用の項では、本発明を分り
やすくするために各手段の符号に対応する実施例の要素
と同一の符号を用いたが、これにより本発明が実施例に
限定されるものではない。

【００１２】

【実施例】図２は、一実施例の構成を示すブロック図で
ある。なお、図１８と同様な機器に対しては同符号を付
して相違点を中心に説明する。図において、４は、日射
量Ｑｓｕｎを検出する日射センサ、５は、外気温度Ｔａ
ｍｂを検出する外気温センサ、６は、車室内温度設定値
Ｔｐｔｃを設定する室温設定器である。

【００１３】７は、マイクロコンピュータおよびその周
辺部品から構成されるコントローラであり、規範モデル
７１，オブザーバ７２，線形補償器７３および最適レギ
ュレータ７４からなり、日射量Ｑｓｕｎ，外気温度Ｔａ
ｍｂ，車室内温度設定値Ｔｐｔｃおよび車室内温度Ｔｉ
ｎｃに基づいて、制御量、すなわちエアーミックスドア
開度Ｘおよびブロア駆動電圧Ｖｆを算出し、空調ユニッ
ト２を制御する。

【００１４】規範モデル７１は、乗員の快適感に合った
車室内温度Ｔｉｎｃの時間変化および環境変化による推
移を次のように数式化し、車室内温度設定値Ｔｐｔｃを
変化させた時の目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出する。
この目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*は、定常時の快適な空調
温度を決定するものであると同時に、それらの目標温度
に到達するまでの過渡時においても、乗員の快適感に合
った温度の変化具合を決定するものである。Ａ・ｄＴｉｎｃ^*／ｄｔ＋Ｂ・Ｔｉｎｃ^*＝ＴｐｔｃＴｉｎｃ^*＝（Ｔｐｔｃ／Ｂ）・（１−ε^-Kt）・・・（１）ここで、Ａ，Ｂは定数、Ｋ＝１／Ａ／Ｂ＝Ｂ／Ａであ
る。

【００１５】図３は、（１）式により数式化された規範
モデル７１の目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*の変化を示すタ
イムチャートである。また、図４は、快適な目標車室内
温度Ｔｉｎｃ^*を設定するための上記数式化モデルの定
数Ａ，Ｂの決定方法を示す図である。まず、定常状態に
おいて、定数Ｂを変化させることにより車室内温度設定
値Ｔｐｔｃと車室内温度Ｔｉｎｃとの偏差を調節するこ
とができ、外気温度Ｔａｍｂに応じて偏差を決定する。
一般に、乗員の快適感を満足させる車室内温度Ｔｉｎｃ
は、図５に示すように、外気温度Ｔａｍｂが低い時は高
く、外気温度Ｔａｍｂが高い時は低い。従って、外気温
度Ｔａｍｂに応じて最適な定数Ｂを決定すれば、あらゆ
る条件において最適な定常状態の車室内温度Ｔｉｎｃを
得ることができ、快適性が向上する。そこで、図４に示
すように、外気温度Ｔａｍｂが低い時は、車室内温度Ｔ
ｉｎｃが車室内温度設定値Ｔｐｔｃより大きくなるよう
に、定数Ｂに１より小さい値を設定する。また、外気温
度Ｔａｍｂが１８度Ｃ位の時は、車室内温度Ｔｉｎｃが
車室内温度設定値Ｔｐｔｃと等しくなるように、つまり
両者の偏差が０となるように、定数Ｂに１を設定する。
さらに、外気温度Ｔａｍｂが高い時は、車室内温度Ｔｉ
ｎｃが車室内温度設定値Ｔｐｔｃより小さくなるよう
に、定数Ｂに１より大きな値を設定する。

【００１６】一方過渡状態では、定数Ａ，Ｂにより応答
性が決定されるが、上述したように、定常状態の車室内
温度設定値Ｔｐｔｃと車室内温度Ｔｉｎｃとの偏差を定
数Ｂにより決定したので、過渡状態の応答性は定数Ａに
より決定する。図３に示すように、目標車室内温度Ｔｉ
ｎｃ^*が定常値の６３．２％に達する応答時間は、１／
Ａ／Ｂ＝Ｂ／Ａにより決定され、定数Ａを小さくすれば
応答性が向上し、大きくすれば応答性が低下する。従っ
て、車室内温度設定値Ｔｐｔｃと車室内温度Ｔｉｎｃと
の差に応じて最適な定数Ａを設定すれば、あらゆる条件
下で最適な応答性を得ることができ、過渡状態における
快適性が向上する。そこで、車室内温度設定値Ｔｐｔｃ
と車室内温度Ｔｉｎｃとの差が大きい時は、応答性を向
上させるため定数Ａを小さくし、車室内温度設定値Ｔｐ
ｔｃと車室内温度Ｔｉｎｃとの差が小さい時は、応答性
を低減させるため定数Ａを大きくする。

【００１７】車室内温度設定値Ｔｐｔｃは、通常、例え
ば１８〜２０度Ｃ位の快適な温度に設定されるが、種々
の状況下で乗員が所望の温度に再設定することがある。
このような場合は、すばやく再設定された温度に達する
ように目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*をオーバーシュートさ
せ、乗員の期待感を満足させることが望ましい。図６
は、乗員が車室内温度設定値Ｔｐｔｃを変化させた時の
理想的な車室内温度Ｔｉｎｃの変化（実線）を示すタイ
ムチャートであり、（ａ）は時刻ｔ１で設定温度Ｔｐｔ
ｃを下げた時を示し、（ｂ）は時刻ｔ２で設定温度Ｔｐ
ｔｃを上げた時を示す。なお、破線は同様な状況下にお
ける従来装置の車室内温度Ｔｉｎｃの変化を示す。従来
の空調装置では、設定温度Ｔｐｔｃを変化させた時の車
室内温度Ｔｉｎｃの過渡変化は、コントローラ１の制御
量により決定し、乗員の期待感を満足させるものではな
かった。本発明の空調装置では、規範モデル７１におい
て時間変化および環境変化に応じた目標車室内温度Ｔｉ
ｎｃ^*を決定するようにしたので、定常時は勿論、過渡
時にも乗員の快適感に合った空調温度が設定される。

【００１８】乗員が車室内温度設定値Ｔｐｔｃを変化さ
せた時、規範モデル７１は、乗員の期待感に合った車室
内温度Ｔｉｎｃの時間変化および環境変化による推移を
次のように数式化し、目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出
する。Ｃ・（ｄ²Ｔｉｎｃ^*／ｄｔ²）＋Ｄ・ｄＴｉｎｃ^*／ｄｔ＋Ｅ・Ｔｉｎｃ^*＝Ｔｐｔｃ・・・（２）ここで、Ｃ，Ｄ，Ｅは定数である。図７は、車室内温度
設定値Ｔｐｔｃを上げた時の、（２）式により数式化さ
れた規範モデル７１の目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*の変化
を示すタイムチャートである。目標車室内温度Ｔｉｎｃ
^*は、過渡状態においてオーバーシュートし、再設定さ
れた車室内温度設定値Ｔｐｔｃにすばやく到達した後、
定常状態の温度になる。この場合、目標車室内温度Ｔｉ
ｎｃ^*の応答時間およびオーバーシュート量は、定数
Ｃ，Ｄ，Ｅによって決定される。定数Ｃ，Ｄ，Ｅは、例
えば実験により最適な値を求めればよい。一方、車室内
温度設定値Ｔｐｔｃを下げた場合、目標車室内温度Ｔｉ
ｎｃ^*は、過渡状態においてアンダーシュートし、再設
定された車室内温度設定値Ｔｐｔｃにすばやく到達した
後、定常状態の温度になる。なお、この場合の図示を省
略する。

【００１９】また、長時間、一定温度で空調を行なう
と、乗員にもやもやした不快感を与える。そこで、図８
に示すように、当初設定された車室内温度設定値Ｔｐｔ
ｃを所定量だけ低下させ、その後にふたたび当初の設定
温度に復帰させる設定温度切り換え動作を所定時間間隔
で繰り返す。なおこの実施例では、設定温度切り換え時
間間隔を例えば１０分とし、車室内温度設定値Ｔｐｔｃ
の低下量を例えば３度Ｃとする。また、この車室内温度
設定値Ｔｐｔｃの切り換え回路は、規範モデル７１に含
まれる。規範モデル７１は、図８に示すように、車室内
温度設定値Ｔｐｔｃを低下させる期間Ｔ１と、当初の車
室内温度設定値Ｔｐｔｃに復帰させる期間Ｔ２とのそれ
ぞれに対応して、乗員の期待感に合った車室内温度Ｔｉ
ｎｃの時間変化および環境変化による推移を次のように
数式化し、車室内温度設定値Ｔｐｔｃを変化させた時の
目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出する。Ａ１・ｄＴｉｎｃ^*／ｄｔ＋Ｂ１・Ｔｉｎｃ^*＝Ｔｐｔｃ：Ｔ１期間Ａ２・ｄＴｉｎｃ^*／ｄｔ＋Ｂ２・Ｔｉｎｃ^*＝Ｔｐｔｃ：Ｔ２期間・・・（３）ここで、Ａ１，Ａ２は、上述した応答性を決定する定
数、Ｂ１，Ｂ２は、上述した定常状態の車室内温度設定
値Ｔｐｔｃと車室内温度Ｔｉｎｃとの偏差を決定する定
数である。

【００２０】図９は、規範モデル７１の目標車室内温度
Ｔｉｎｃ^*の演算プログラム例を示すフローチャートで
ある。これらのフローチャートにより、目標車室内温度
Ｔｉｎｃ^*算出動作を説明する。ステップＳ１におい
て、日射センサ４から日射量Ｑｓｕｎを、外気温センサ
５から外気温度Ｔａｍｂを、不図示の車室内温度センサ
から車室内温度Ｔｉｎｃを、室温設定器６から車室内温
度設定値Ｔｐｔｃをそれぞれ入力する。続くステップＳ
２で、車室内温度設定値Ｔｐｔｃと実際の車室内温度Ｔ
ｉｎｃとの差が３度Ｃより大きいか否かを判別し、差が
３度Ｃより大きければステップＳ３へ進み、そうでなけ
ればステップＳ６へ進む。ステップＳ３では、図１０に
示すように、車室内温度設定値Ｔｐｔｃと実際の車室内
温度Ｔｉｎｃとの差に基づいて、定数Ａを決定する。次
にステップＳ４で、図１１に示すように、外気温度Ｔａ
ｍｂに基づいて定数Ｂを決定する。そして、ステップＳ
５において、上記（１）式に示す数式化モデルを構築し
て目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出する。

【００２１】一方、ステップＳ２で車室内温度設定値Ｔ
ｐｔｃと実際の車室内温度Ｔｉｎｃとの差が３度Ｃ以下
であると判別された時は、ステップＳ６で、車室内温度
設定値Ｔｐｔｃを１０分間隔で切り換えるタイマＴをス
タートさせる。続くステップＳ７で、乗員によって車室
内温度設定値Ｔｐｔｃが変更されたか否かを判別し、変
更されていればステップＳ８へ進み、そうでなければス
テップＳ９へ進む。ステップＳ８では、上記（２）式に
示す数式化モデルを構築して目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*
を算出する。

【００２２】ステップＳ７において乗員によって車室内
温度設定値Ｔｐｔｃが変更されていないと判別された時
は、ステップＳ９で、タイマＴにより１０分が経過した
か否かを判別し、１０分を経過していればステップＳ１
０へ進み、そうでなければステップＳ３へ戻る。ステッ
プＳ１０で、上述したように定数Ａ１，Ａ２および定数
Ｂ１，Ｂ２を決定し、続くステップＳ１１で、図８に示
すそれぞれの期間Ｔ１，Ｔ２に応じて（３）式に示す数
式化モデルを構築し、目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出
する。

【００２３】図１２は、オブザーバ７２の構成を示す制
御ブロック図である。なお以下では、制御ブロック図内
の記号などはシステム制御理論（現代制御理論）で一般
的に用いられる表記法に従って表示し、それらの説明を
省略する。図において、７２ａは、実際の制御対象のシ
ステムであり、空調装置の実験結果により固定係数マト
リクスＡｏ，Ｂｏ，Ｃｏを有する線形時不変システム
（固定係数システム）と仮定したものである。オブザー
バ７２は、予め同定した制御対象システム７２ａの推定
モデルを有し、測定可能な車室内温度Ｙｏ（＝Ｔｉｎ
ｃ）と予め同定した推定モデルから出力される車室内温
度推定値Ｙｏ^Sとの偏差（Ｙｏ−Ｙｏ^S）をフィードバッ
クすることによって、図１３に示す測定不可能または測
定困難な車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇａ，エアーミック
スドア開度Ｘｍｍ（不図示）などを推定するとともに、
それらの推定物理量に基づいて乗員の皮膚温度Ｔｆを推
定する。

【００２４】今、制御対象のシステム７２ａの状態方程
式，出力式は、次のように表される。ｄＸｏ／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ＋Ｂｏ・Ｕ・・・（４）Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ＝Ｃｏ・Ｘｏ・・・（５）ここで、Ｘｏは状態変数ベクトルであり、Ｘｏ＝［Ｔｍ，Ｔｉｎｃ，Ｇａ，Ｘｍｍ］^T また、Ｕは制御指令値ベクトルである。予め同定した推
定モデルにより推定される車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇ
ａおよびエアーミックスドア開度Ｘｍｍの状態変数Ｘｏ
の推定値をＸｏ^Sとすると、推定モデルは次式により表
される。ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ・・・（６）Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ^S＝Ｃｏ・Ｘｏ^S ・・・（７）ここで、Ｘｏ^S＝［Ｔｍ^S，Ｔｉｎｃ^S，Ｇａ^S，Ｘｍ
ｍ^S］^T、Ｔｍ^Sは車体温度Ｔｍの推定値、Ｔｉｎｃ^Sは車
室内温度Ｔｉｎｃの推定値、ＧａSは吹出し風量Ｇａの
推定値、Ｘｍｍ^Sはエーミックスドア開度Ｘｍｍの推定
値である。係数マトリクスＡｏ，Ｂｏの変動や、外乱に
より生ずる各状態変数の推定誤差ｅｏ（＝Ｘｏ^S−Ｘ
ｏ）を０に収束させるため、図１２に示すようにフィー
ドバックを推定モデルに加えることにより、オブザーバ
７２は次のように表される。ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ＋Ｆ・（Ｙｏ−Ｙｏ^S）・・・（８）ここで、Ｆはフィードバック係数マトリスクスである。

【００２５】ところで、空調装置における制御対象シス
テムは非線形であり、後述する最適レギュレータ７４を
非線形動作させることは困難なため、線形補償器７３に
より線形化補償を行なう。線形補償器７３は、図１４
（ａ）に示すように、非線形状態フィードバックと非線
形状態フィードフォワードとにより構成される。すなわ
ち、ｕ＝ｆ（Ｘ，ｔ）＋ｇ（Ｘ，ｔ）・Ｕ・・・（９）ここで、Ｕ＝［ｕ１，ｕ２］^T、なお、ｕ１はブロア電
圧を決定する制御指令値、ｕ２は吹出し温度を決定する
制御指令値である。また、ｆ（Ｘ，ｔ）は非線形フィー
ドバック関数、ｇ（Ｘ，ｔ）は非線形フィードフォワー
ド関数である。（９）式により、Ｕ〜Ｙは線形化されて
次式のように変換される（図６（ｂ）参照）。ｄＹ／ｄｔ＝Ｅ１・Ｙ＋Ｆ１・Ｕ・・・（１０）ここで、Ｅ１，Ｆ１は係数マトリクスである。

【００２６】最適レギュレータ７４は、規範モデル７１
の目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*に追従するため、評価関数
Ｊを用いて応答性と安定性を両立させる制御定数の最適
値を算出し、制御量を決定する。評価関数Ｊは、次式で
表される。Ｊ＝∫｛Ｗ１・（ΔＴｉｎｃ）²＋Ｗ２・（ΔＴｆ）²＋Ｗ３・（ｄｕ１／ｄｔ）2＋Ｗ４・（ｄｕ２／ｄｔ）²｝ｄｔ・・・（１１）ここで、ΔＴｉｎｃは、車室内温度Ｔｉｎｃとその目標
値Ｔｉｎｃ^*との偏差、ΔＴｆは、乗員の皮膚温度Ｔｆ
とその目標値Ｔｆ^*との偏差、ｄｕ１／ｄｔは、ブロア
駆動電圧Ｖｆを決定する制御指令値の変化の急激差を示
す時間微分値、ｄｕ２／ｄｔは、吹出し温度Ｔｏを決定
する制御指令値の変化の急激差を示す時間微分値、Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は重み係数である。また∫は、０
から∞までの積分演算を示す。上式の中で、ΔＴｆは、
日射や吹出し風が当る部位の局所温冷感を表し、またｄ
ｕ１／ｄｔおよびｄｕ２／ｄｔは、ブロアの騒音，吹出
し風量，吹出し温度の変化感を表す。これらΔＴｉｎ
ｃ，ΔＴｆ，ｄｕ１／ｄｔおよびｄｕ２／ｄｔは、乗員
の快適性に影響を与える主要なパラメータであり、総合
的に快適感を評価するため、まず各パラメータの重み係
数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を決定する。

【００２７】上述した（１），（１０）式から次式に示
すような拡大系が構成される。ｄＥ／ｄｔ＝Ａｅ・Ｅ＋Ｂｅ・ｄＵ／ｄｔ・・・（１２）ここで、Ｅ＝［ｄＹ／ｄｔ，ｅ，ｄＸｒ／ｄｔ］^T、ま
た、Ａｅ，Ｂｅは係数マトリクス、ｅは偏差ベクトル
（ｅ＝Ｙｒ−Ｙ）である。（１２）式において、評価関
数Ｊを最小にする制御則は次式で表される。ｄＵ／ｄｔ＝Ｋ１・ｄＹ／ｄｔ＋Ｋ２・ｅ＋Ｋ３・ｄＸｒ／ｄｔ・・・（１３）ここで、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、制御定数マトリクスであ
る。（１３）式の制御指令値ベクトルの時間微分値ｄＵ
／ｄｔを極力小さくして目標値に追従させるため、次式
により制御定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を決定する。（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）＝−Ｒ^-1Ｂｅ^TＰ・・・（１４）ここで、Ｒは重み係数マトリクス、Ｐは次のリカッチ方
程式のマトリクス解である。Ａｅ^T・Ｐ＋Ｐ・Ａｅ＋Ｑ−Ｐ・Ｂｅ・Ｒ^-1・Ｂｅ^T・Ｐ＝０・・・（１５）ここで、Ｑは重み係数マトリクスである。このように、
重み係数マトリクスＱ，Ｒを設定することにより、所定
のアルゴリズムに従って制御定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が決
定される。上式により決定された制御定数Ｋ１，Ｋ２，
Ｋ３を（１２）式に代入して積分することにより、最適
制御指令値ベクトルＵ、すなわち空調ユニット２の制御
量が決定される。Ｕ＝Ｋ１・Ｙ＋Ｋ２・∫ｅｄｔ＋Ｋ３・Ｘｒ＋｛Ｕ（０）−Ｋ１・Ｙ（０） −Ｋ３・Ｘｒ（０）｝・・・（１６）ここで、Ｕ（０），Ｙ（０），Ｘｒ（０）は、それぞれ
制御指令値，出力，状態変数の初期値である。

【００２８】図１５は、このようにして設計された最適
レギュレータ７４の構成を示す制御ブロック図である。
また図１６は、最適レギュレータ７４の制御指令値の算
出過程を示すタイムチャートである。最適レギュレータ
７４は、図１６の時刻ｔ３に示すように、規範モデル７
１で算出された目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*と、実際の車
室内温度Ｔｉｎｃとの差の面積が最小となるように空調
ユニット２の制御量を決定する。すなわち、乗員の快適
性を評価する評価関数Ｊに基づいてあらゆる条件下で応
答性と安定性を確保しつつ、乗員の快適性に合った規範
モデル７１の温度目標値になるように空調ユニット２を
制御する。なお、上述したように最適レギュレータ７４
で算出された制御量は線形補償器７３によって線形化さ
れる。

【００２９】図１７は、コントローラ７のマイクロコン
ピュータで実行される制御プログラムを示すフローチャ
ートである。マイクロコンピュータは、空調装置の図示
しないメインスイッチが投入されるとこの制御プログラ
ムの実行を開始する。このフローチャートにより、コン
トローラ７の動作を説明する。ステップＳ２１におい
て、上述したように、規範モデル７１で乗員の快適感に
合った定常時および過渡時の目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*
を算出し、それらを最適レギュレータ７４へ出力する。
続くステップＳ２２で、オブザーバ７２によって測定不
可能または測定困難な車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇａ，
エアーミックスドア開度Ｘｍｍ，乗員の皮膚温度Ｔｆな
どを推定し、最適レギュレータ７４へ出力する。

【００３０】ステップＳ２３で、最適レギュレータ７４
により、規範モデル７１の目標値，オブザーバ７２によ
り推定された推定物理量，および測定された車室内温度
Ｔｉｎｃに基づいて、目標値との偏差および制御量の変
化量を算出するとともに、評価関数Ｊによって目標値に
追従するための最適な制御定数を算出し、制御量を決定
して線形補償器７３へ出力する。ステップＳ２４では、
線形補償器７３により、最適レギュレータ７４からの制
御量を線形化する。そして、ステップＳ２５で、線形化
された制御量を空調ユニット２へ出力する。空調ユニッ
ト２は、この制御量に従ってエアーミックスドアおよび
各吹出し口ドアのアクチュエータを駆動するとともに、
ブロアを駆動して車室３の空調を行なう。

【００３１】このように、規範モデル７１で、乗員の快
適感に合った定常時および過渡時の目標車室内温度Ｔｉ
ｎｃ^*を表す数式化モデルを構築するとともに、その数
式化モデルの定数を車室内温度設定値Ｔｐｔｃの変化に
応じて変化させ、オブザーバ７２で、測定不可能または
測定困難な車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇａ，エアーミッ
クスドア開度Ｘｍｍおよび皮膚温度Ｔｆなどを推定し、
最適レギュレータ７４で、目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*に
追従するために評価関数Ｊにより制御定数の最適値を算
出するとともに、目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*，オブザー
バ７２の推定物理量Ｔｍ^S，Ｇａ^S，Ｘｍｍ^S，Ｔｆ^Sおよ
び測定可能な車室内温度Ｔｉｎｃに基づいて制御量を決
定するようにしたので、定常状態はもとより、目標車室
内温度Ｔｉｎｃ^*が変化した直後の過渡時にも乗員の快
適感を満足させることができる。

【００３２】また、規範モデル７１で、車室内温度設定
値Ｔｐｔｃの変化に応じて、車室内温度Ｔｉｎｃの時間
的に推移させるべき目標値を表す数式化モデルの定数を
変化させるようにしたので、乗員が車室内温度設定値Ｔ
ｐｔｃを変化させた時に、目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*が
オーバーシュートあるいはアンダーシュートして再設定
された車室内温度設定値Ｔｐｔｃにすばやく到達し、乗
員の期待感を満足させることができる。

【００３３】さらに、当初設定された車室内温度設定値
Ｔｐｔｃを所定量だけ低下させ、その後にふたたび当初
の設定温度に復帰させる動作を所定時間間隔で繰り返す
設定温度切り換え回路を規範モデル７１に備え、規範モ
デル７１で、設定温度切り換え回路により切り換えられ
た車室内温度設定値Ｔｐｔｃの変化に応じて数式化モデ
ルの定数を変化させるようにしたので、長時間、一定温
度で空調を行なう場合のもやもやした不快感を乗員に感
じさせることがなく、快適な空調を達成することができ
る。

【００３４】なお、上記実施例では、規範モデル７１で
目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を発生させ、オブザーバ７２
で車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇａ，エアーミックスドア
開度Ｘｍｍおよび皮膚温度Ｔｆを推定するようにした
が、規範モデル７１で発生させる物理量およびオブザー
バ７２で推定する物理量は上記実施例に限定されない。
例えば、規範モデル７１で乗員の目標皮膚温度Ｔｆ^*を
発生させてもよい。

【００３５】以上の実施例の構成において、コントロー
ラ７が空調制御手段を、規範モデル７１が目標値発生手
段および設定温度切換手段を、オブザーバ７２が推定手
段を、線形補償器７３が線形補償手段を、最適レギュレ
ータ７４が演算手段をそれぞれ構成する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、車室内空調制御に必要な熱負荷に関する複数の物
理量の内の少なくとも１つの物理量に関し、その時間的
に推移させるべき目標値を表す数式化モデルを有する目
標値発生手段で、数式化モデルの定数を複数の物理量の
内の少なくとも１つの物理量に応じて変化させ、推定手
段で、測定不可能または測定困難な物理量を推定し、線
形補償手段の作用によって線形動作する演算手段で、制
御定数の最適値を算出するとともに、目標値発生手段の
目標値，推定手段の推定物理量，および測定可能な物理
量に基づいて制御量を算出し、空調ユニット内の温度調
節手段，風量調節手段，吹出し口調節手段などを制御す
るようにしたので、定常状態はもとより、過渡時にも乗
員の快適感を満足させることができる。

【００３７】また、請求項２の発明によれば、車室内温
度に関する時間的に推移させるべき目標値を表す数式化
モデルを有した目標値発生手段で、車室内温度設定値の
変化に応じて数式化モデルの定数を変化させるようにし
たので、乗員が車室内温度設定値を変化させた時に、目
標車室内温度がオーバーシュートあるいはアンダーシュ
ートして再設定された車室内温度設定値にすばやく到達
し、乗員の期待感を満足させることができる。

【００３８】さらに、請求項３の発明によれば、当初設
定された車室内温度設定値を所定量だけ低下させ、その
後にふたたび当初の設定温度に復帰させる動作を所定時
間間隔で繰り返す設定温度切換回路を空調制御手段に備
え、目標値発生手段で、設定温度切換手段により切り換
えられた車室内温度設定値の変化に応じて数式化モデル
の定数を変化させるようにしたので、長時間、一定温度
で空調を行なう場合のもやもやした不快感を乗員に感じ
させることなく、快適な空調を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図。

【図２】一実施例の構成を示すブロック図。

【図３】数式化モデルによる目標車室内温度の時間変化
を示すタイムチャート。

【図４】快適な目標車室内温度を設定するための数式化
モデルの定数の決定方法を示す図。

【図５】外気温度に応じて変化する快適な車室内温度を
示す図。

【図６】乗員が車室内温度設定値を変化させた時の理想
的な車室内温度の変化を示すタイムチャート。

【図７】車室内温度設定値を上げた時の数式化モデルの
目標車室内温度の変化を示すタイムチャート。

【図８】当初設定された車室内温度設定値を所定量だけ
低下させ、その後にふたたび当初の設定温度に復帰させ
る設定温度切り換え動作を所定時間間隔で繰り返す場合
の目標車室内温度の変化を示すタイムチャート。

【図９】目標車室内温度の演算プログラム例を示すフロ
ーチャート。

【図１０】車室内温度設定値と実際の車室内温度との差
と、数式化モデルの定数Ａとの関係を示す図。

【図１１】外気温度と数式化モデルの定数Ｂとの関係を
示す図。

【図１２】オブザーバの構成を示す制御ブロック図。

【図１３】測定不可能または測定困難な熱負荷に関する
物理量を示す図。

【図１４】線形補償器の構成を示す制御ブロック図。

【図１５】最適レギュレータの構成を示す制御ブロック
図。

【図１６】最適レギュレータの制御指令値の算出過程を
示す図。

【図１７】空調制御プログラム例を示すフローチャー
ト。

【図１８】従来の空調制御装置の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

２空調ユニット４日射センサ５外気温センサ６室温設定器７コントローラ７１規範モデル７２オブザーバ７３線形補償器７４最適レギュレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車室内空調制御に必要な熱負荷に関する複
数の物理量に基づいて制御量を算出し、空調ユニット内
の温度調節手段，風量調節手段，吹出し口調節手段など
を制御する車両用空調装置において、前記複数の物理量の内の少なくとも１つの物理量に関
し、その時間的に推移させるべき目標値を表す数式化モ
デルを有し、その数式化モデルの定数を前記複数の物理
量の内の少なくとも１つの物理量に応じて変化させる目
標値発生手段と、前記複数の物理量の内の測定不可能または測定困難な物
理量を推定する推定手段と、制御定数の最適値を算出し、前記目標値発生手段の目標
値，前記推定手段の推定物理量，および前記複数の物理
量の内の測定可能な物理量に基づいて前記制御量を演算
する演算手段と、この演算手段を線形動作させる線形補償手段とから成る
空調制御手段を備えることを特徴とする車両用空調装
置。
【請求項２】請求項１に記載の車両用空調装置におい
て、前記目標値発生手段は、前記複数の物理量の内の少なく
とも車室内温度に関する時間的に推移させるべき目標値
を表す数式化モデルを有し、車室内温度設定値の変化に
応じて前記数式化モデルの定数を変化させることを特徴
とする車両用空調装置。
【請求項３】請求項２に記載の車両用空調装置におい
て、前記空調制御手段は、当初設定された車室内温度設定値
を所定量だけ低下させ、その後にふたたび前記当初設定
された車室内温度設定値に復帰させる動作を所定時間間
隔で繰り返す設定温度切換手段を備え、前記目標値発生手段は、前記設定温度切換手段により切
り換えられた車室内温度設定値の変化に応じて、前記数
式化モデルの定数を変化させることを特徴とする車両用
空調装置。