JPH0613247B2 - 自動車用空調機の制御装置 - Google Patents

自動車用空調機の制御装置

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JPH0613247B2
JPH0613247B2 JP61076101A JP7610186A JPH0613247B2 JP H0613247 B2 JPH0613247 B2 JP H0613247B2 JP 61076101 A JP61076101 A JP 61076101A JP 7610186 A JP7610186 A JP 7610186A JP H0613247 B2 JPH0613247 B2 JP H0613247B2
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    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • GPHYSICS
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    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用空調機に係り、特に車室内温度を自動
的に制御するオートエアコンの制御装置に関する。
〔従来の技術〕
例えば特開昭59−70218号公報に示す如く従来の
オートエアコンデショナは、第5図に示されるごとく、
室内設定温度Ts、日射量Zc、外気温度Ta等に基づ
き、これらの外気温度、日射量のもとで最適な室内温度
である室内目標温度Tsoを演算し、実際の室内温度TR
を室内目標温度Tsoに一致させる様、空気機からの吹出
空気温度の制御を行なっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような従来のオートエアコンディショナにあって
は、ビル空調のごとく広い空間の空調において非常に快
適な温度結果が得られるが、自動車の車室内空調にあっ
ては必ずしも快適な温調結果が得られないという欠点を
有していた。これは、自動車の車室内独得の次の様な条
件によるものである。
車室内は空間が非常に狭く、かつ、空調機の吹出口
が乗員の体に非常に近い位置にあるため、車室内全体が
一様な温度分布にならず、又、乗員は空調機からの吹出
空気温度を直接体に受ける割合が多い。
夏期、あるいは冬期等、熱負荷の大きい条件では、
ガラス等を介した熱の侵入量、あるいは放熱量が非常に
大きく、車室内の温度勾配が大きい。(たとえば夏期の
条件では、乗員の体の窓側側面は暑いにもかかわらず、
反対側の側面は快適である等) 乗員が窓ガラスから射し込む直接日光を直接上半身
に受け、部分的な暑さを感ずる機会が多い。このような
条件を考慮に入れて種々の条件で乗員の快適感と車室内
各部の温度変化について相関をとってみると、車室内温
度が安定し乗員が最も快適と感じたときの吹出空気温度
は、外気温度に対応してほぼ一義的に決定されるが、こ
の時の車室内の各代表点温度は必ずしも一定しないこと
が明らかとなった。
本発明は「乗員の快適感は車室温よりは、むしろ空調機
の吹出温度そのもので決定される。」という新たな知見
に基づいてなされたものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、種々の周囲条件に対し乗員が最も快適
と感じる吹出空気温度を常時維持・管理することのでき
る自動車用空調機の制御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、基本的に次の2つの状態を満たすように制御
される。
まず第1に、室温が安定した状態での快適性を確保する
ために、外気温度Taを検知し、この外気温度Taに対
し、日射量を考慮しない場合の快適な吹出目標温度T
do1を予め記憶されている外気温度に対する乗員の快適
と感じる空調機の吹出口における目標吹出温度の温度特
性に基づいて得る(この特性は実験的に決定される)。
第2に実際の吹出温度TDを検知し、このTDが前項で得
られた目標吹出温度Tdo1に常に一致する様空調機の熱
交換量を調節,制御する。
また本発明では過渡状態の応答性改善及び、個々人の感
覚の相違による温度差補正のために、室内設定温度Ts
と検知された室内代表点温度TRの差ΔTrを計算し ΔTr=Ts−TR ΔTrの値に応じて、ΔTrが正であれば前記Tdo1
高い側に、又、ΔTrが負であれば、Tdo1を低い側に
補正し、実際の吹出目標温度Tdoを得る。
また本発明では日射量を目標吹出温度に反映させるため
に日射量Zcを検知し、その量に応じて前項のTdo1
低い側に補正し、吹出目標温度Tdoを得る(この補正量
も実験的に決定される。又、足元吹出等、日射を直接受
けない部位に関しては、本補正は不要である。)という
ことを行う。
更に本発明では室内設定温度Tsと検知された室内代表
点温度TRの差ΔTr及び日射量Zcに基づいて目標吹
出温度Tdo1補正することにより吹出目標温度Tdo1を得
る。
また更に本発明では車室内の空調空間を上下に2分して
2系統の空調制御系を構成し、目標吹出温度をそれぞれ
異ならしめて各々が独立に動作可能に構成することによ
り頭寒足熱の空調状態が維持される。
外気温度Taの関数として得られた補正吹出目標値T
do1は、室温が安定した状態すなわち、空調開始後十分
時間が経過し、室内が十分冷され(あるいは温められ)
た時点での吹出温度に相当する。一般走行においては、
この状態で走行する割合が最も多く、又、快適性が最も
重要視される領域である。吹出温度が強制管理されるた
め、室内代表点温度TRは必ずしも設定温度Tsに一致
しない。しかしながら、乗員に直接当たる吹出風温が周
囲条件に基づいた最適温度に常時制御されているため、
乗員は、非常に快適な環境を得ることができる。
また、室温が上記安定状態に至るまでの過渡状態、例え
ば炎天下駐車後のエンジン始動直後等は、室温が極端に
高い(あるいは低い)ため、前記吹出目標温度Tdo1
よらず、急速に冷房(あるいは暖房)することが重要で
ある。このために過渡時、すなわち、室内設定温度Ts
と室内代表点温度Trの差ΔTrが大きい領域では、実
際の吹出目標値Tdoを、一時的に低下(あるいは上昇)
させる必要がある。前述のごとく、目標吹出温度Tdo1
を、正負の符号を含めたΔTrの値によって連続的に補
正を行なうことによって、エアコン始動時の過渡状態か
らの最終的な安定状態に至るまで、なめらかに実際の吹
出温度Tdoを変化させることができる。
また室温が上記安定状態に至るまでの過渡状態では日射
量Zcに応じて吹出目標値Tdo1を補正して実際の吹出
目標値Tdoを決してもよい。
更に室温が上記安定状態に至るまでの過渡状態では室内
設定温度Tsと検知された室内代表点温度TRの差ΔT
r及び日射量Zcに基づいて目標吹出温度Tdo1補正す
ることにより吹出目標温度Tdoを得るようにしてもよ
い。
更に個人、あるいは人種(日本人,アメリカ人等)の相
違により快適温度の絶対値には多少の巾があることが知
られている。低めの吹出温度を好む人は設定温度Tsを
低く設定することにより、ΔTrが負の方向に増加し、
吹出目標温度Tdoが低下するため実際の吹出温度Td
これに対応して低下する。この吹出目標温度Tdoの変動
は熱量のバランスから室温が安定した状態でも、Tsの
変化量に対応した値だけ残る。従って、設定温度Tsを
変化することによって、相対的な吹出温度応答特性を変
えずに、その絶対温度のみ調整することが可能となる。
更に、一般に自動車用空調機は、熱交換の調節量を一定
にしておいても、吹出温度は種々の要因によって大巾に
変動する。変動要因としては、熱源であるエンジン冷却
水温、コンプレッサの回転数に比例するエンジン回転
数、空調機の吸込空気温度、吹出風量の変化等多岐に渡
っているが、常に前項で得られた実際の吹出温度Tdo
維持する必要がある。このため、空調機の吹出口に吹出
温度センサーを設け、その検知温度TDが常にTdoに一
致する様空調機の熱交換量を調節すれば、変動要因のい
かんにかかわらず快適な吹出目標温度Tdoを維持,管理
できる。
このようにして、本発明は従来行なわれていた室内温度
Rを室内目標温度TSOに一致させようとする制御方式
を改め、空調機からの吹出空気温度TDを快適な吹出目
標温度Tdoに一致させる様制御するようにしたため、従
来のオートエアコンにおいて問題であった下記の様な条
件を解消することができる。
a 夏期に室温が十分低下した後も、室内代表点の温度
を維持するため低い吹出温度が継続し、乗員の吹出風が
当たる部分のみ、冷たさによる不快を感ずる。
b 前記aと逆に冬期室温は快適であるにもかかわら
ず、足先のみ直接温風により非常に暑い。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例を説明するにあたり、第4図,第2図に
より、本発明に使用される空調機(エアコン)及び、そ
の操作,表示パネルについて説明する。
第4図において、1は風を送り出すためのブロワモー
タ、2は空気を冷却するためのエバポレータ、3は空気
を加熱するためのヒータコアである。又、4は外気導入
口、5は車内空気導入口、6はデフロスタ吹出口、7は
ベンチレーション吹出口8は足元(フロア)吹出口、9
はドライバー側に優先的に風を吹出すドライバ吹出口で
ある。
一方、10は内外気切換(インテーク)ドア、11はベ
ンチレーション側(VENT)エアミクスドア、12は
フロア側(FLOOR)エアミクスドア、13はデフロ
スタ側切換(デフ)ドア、14はドライバー優先ドアで
ある。ここで、各ドア10〜14は、それぞれに接続さ
れた負圧アクチュエータ15〜19により開閉制御され
る。従って、負圧アクチュエータ15を制御することに
より、内外気の切換を行なうことができる。又、負圧ア
クチュエータ16,17を制御することにより吹出温度
の制御が可能である。さらに、吹出口のデフロスタ側へ
の切換えドライバー優先吹出口への切換えは、それぞ
れ、負圧アクチュエータ18,19の制御により行なう
ことができる。
一方、第2図において、20はエアコンの運転状態であ
るモードを切換えるための押ボタンスイッチ(2ケ)、
21は各種切換えを行なうための押ボタンスイッチ(4
ケ)、26は設定温度を選択するための押ボタンスイッ
チ(2ケ)である。また、22は各々の動作を表示する
インジゲータランプである。23は表示部であり、左側
の温度表示部25(設定温度,外気温度)と右側に示す
エアフローインジゲータ部24より構成される。各押ボ
タンは操作されることにより表示されているエアコンの
機能が選定され、各種切換スイッチの機能はスイッチ2
1が左より、エアコン停止,低風量固定,高風量固定,
内気循環,スイッチ26が上より設定温度上昇,設定温
度下降に設定されている。一方、エアフローインジゲー
タ24は、空気吸入口,吹出口,コンプレッサ,ウォー
タコック等の動作を各機器の状態に応じランプ表示する
ものである。
次に、以上説明したエアコンシステムの制御を行なうた
めの本発明による一実施例を第3図により説明する。第
3図において、30はマイクロコンピュータを含む制御
回路、31,32はそれぞれ、1チップマイクロコンピ
ュータでCPU.ROM.RAM.I/Oポート,タイ
マ,カウンタ等より構成される。33はマルチプレクサ
で、信号線44を介して指定された入力アナログ信号電
圧を選択的にA/Dコンバータ34に伝達する。A/D
コンバータ34は、上記マルチプレクサ33からの信号
あるいは信号線71を介して入力される他のアナログ信
号をデジタルデータに変換して、マイクロコンピュータ
31に伝達する。本実施例では分解能8BitのA/D
コンバータを使用している。又、35はA/Dコンバー
タで、風量制御電圧(0.6V〜4.0Vのアナログ信号)を
作るため、マイクロコンピュータ31より出力される4
Bitのデジタル信号を段階的なアナログ信号に変換す
る。36は出力ドライバで、マイクロコンピュータ31
からの出力制御信号を、負圧バルブあるいはリレーを駆
動可能な電流にまで増巾する機能をもつ。37は、リセ
ット信号発生回路で、電源投入時、あるいは、電流電圧
異常低下時、マイクロコンピュータ32にリセットをか
けるための信号を発生する。又、38,39,40は7
セグメントドライバー、ダイナミック点燈ドライバー、
LEDドライバーで、これらドライバーに接続される温
度表示部25、インジケータランプ22を3分割のダイ
ナミック点燈する。各ドライバーの動作としてはダイナ
ミック点燈ドライバー39により、3分割した表示機能
中どのブロックを表示するかが選択され、その瞬間選択
されたブロックに対する表示信号が、7セグメントドラ
イバー38を介して温度表示部25に、又同時にLED
ドライバー40を介してインジケータランプ22に伝達
される。以上の動作が時系列的にくり返され各表示を行
なう。一方、信号伝達線については、44はマルチプレ
クサのアドレス選定用で3本使用、45はA/Dコンバ
ータの入出力用として11本使用、46はD/Aコンバ
ータ出力用として4本使用、47は制御出力用で、負圧
バルブ用として9本、リレー用として4本、インジケー
タランプ用として4本の計17本使用する。41,42
はリセット信号用として各1本使用、43はデータ通信
用として10本使用する。又、48は温度表示用として
14本、49はダイナミック点燈用として3本、50は
インジケータランプ用として4本、さらに51は、押ボ
タンスイッチ20,21より、スイッチマトリックスを
介して9個のON/OFFを入力するため3本の信号線
を使用する。又、同図において制御回路30の外部に接
線される機器として、車室内外の温度を検知するための
温度センサ60(8ケ)、エアミクスドアの開度制御を
行なうためのフィードバックポテンショメータ61(2
ケ)ブロワーモータ1の回転数を制御するためのファン
コントロール回路63、電圧信号を負圧信号に変換する
ための負圧バルブ64、外部機器の電源ON/OFF等
のためのリレー65、エアフローインジケータ24入力
設定用押ボタンスイッチ20,21,26温度表示部2
5、インジケータランプ22等がある。
以上の構成により、温度センサ60からの各部温度信
号、フィードバックポテンショメータ61からのエアミ
クスドア開度信号、押ボタンスイッチ20,21からの
設定信号に基づいてあらかじめ決められた演算を行な
う。出力としては、負圧弁64を介して各ドアの開度制
御やウォータコックのON/OFF、リレー65を介し
て、コンプレッサやデフロスタのON/OFF、ファン
コントロール回路63を介して吹出風量の制御等により
車室内の快適制御を行ない、又同時に各部の温度や空調
機の運転状態を表示パネル部23に表示する。
以上の構成に基づいて、本発明の一実施例を第1図によ
り説明する。第1図において、101は室内温度設定装
置で第2図,第3図の26に相当する。又、第1図にお
ける室内代表点温度検知装置102、吹出温度検知装置
103U,103L、外気温度検知装置104は温度セ
ンサ60の一部に相当する。一方、日射量検知装置10
5はフォトダイオードにより日射の照度を検知する装置
で、同じく第3図の入力端子70の一部を介してその信
号がマイクロコンピュータ31に入力される。吹出目標
温度演算装置106U,106Lは、マイクロコンピュ
ータ31内のプログラムがその機能を果たし、吹出温度
制御装置107U,107Lはプログラム制御のもとで
動作する負圧バルブ64の一部がその機能を果たす。1
08は第4図に示したエアコンユニットであり、109
は車室内の等価熱容量である。吹出温度検知装置10
3、吹出目標温度演算装置106、吹出温度制御装置1
07が各々2組、又エアコンユニット108が2分割さ
れているのは、車室内を上(Upper)下(Lowe
r)に2分し、頭寒足熱を維持するため、各々が独立に
動作できる様にするためである。
ここで第1図に示したブロック図の各演算制御処理の数
式例を次に示す。
ΔTr=Ts−Tr …(1) ΔTdx=Tdox−Tdx …(4) θx=K3×ΔTdx+K4∫ΔTdxdt+K5
…(5) ここで、K1〜K5は定数 tは時間 xはU又はLを表わす。
(2)式fu( )、(3)式のfl( )は、前述の
外気温度Taに対する日射なしの場合の快適な吹出目標
温度Tdo1を得る関数である。この関数は実験的に求め
られるもので、車両、男女等によらずほぼ同様の曲線が
得られる。本実施例では、頭寒足熱とするためfu
( )<fl( )であり、外気温度が上昇するととも
に近くなる。一般には外気温度Ta=20℃にて fu(Ta)=15℃ fl(Ta)=30℃ 程度の値を取る。
又、(2),(3)式を比較して、(2)式にのみ−K
1×Zcの項が含まれるが、(2)式に表わされる上半
身は、日射量Zcの影響を受けるため、日射量Zcの量
に応じて目標吹出温度Tdoを低下させることにより、快
適な条件が得られるが、足元側は日射の影響を考慮する
必要がないことによる。以上(2)式は、上部側の吹出
目標温度演算装置106U、(3)式は下側(足元側)
の吹出目標温度演算装置106Lの演算過程にそれぞれ
が対応する。
次に(5)式は吹出温度制御装置107U,107Lの
演算過程に相当するが、本実施例においては吹出目標温
度Tdouと実際の吹出温度TDとの定常誤差を0とし、快
適性を完全なものとするため(5)式からわかる通り自
動制御におけるPI(比例,積分)制御方式を採用して
いる。
以上の説明からわかる通り、特に快適性が重要視される
車室温が安定した状態では外気温度Taにより快適な吹
出温度状態が決定し、室内代表点温度TRの信号は主に
エアコンの応答性を高めるために補助的に使用している
のみであるため検知温度の精度,応等性が低くてもよ
い。
なお、本実施例においては、頭寒足熱の上下独立温調を
しているにもかかわらず、上記の条件より1つの室内代
表点温度センサが上下共通に利用でき、従来方式による
上下独立温調と比較して、室内温度センサが1つ省略で
きるという効果がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれは、室温安定時に
は、外気温度で決定される快適な吹出温度が常に得ら
れ、夏期に冷たすぎる風が乗員に継続的に当たることに
よって生ずる不快感や、冬期に足元のみ局部的に暑いと
いう不具合が解消される。
また本発明では設定温度と車室内代表点温度の差及び日
射量の大きさに応じて実際の外気温度に対して予め記憶
されている外気温度に対する目標吹出温度特性に基づい
て得られる目標吹出温度を補正するため、エアコン始動
直後の過渡状態においては、空調機の最大冷暖房能力が
有効に使われ、車室内の快適状態への応答性が早くな
り、かつ、個々人の快適吹出温度の相違に対しても、設
定温度を変化させることにより自由に対応できる。
更に本発明によれば車室内の空調空間を上下に2分して
2系統の空調制御系を構成し、目標吹出温度をそれぞれ
異ならしめて各々、独立に動作可能に構成したので、車
室内を頭寒足熱の空調状態が維持される。
また、本発明によれば、 室内代表点温度センサの設定位置の自由度が大きく
なる。
応等性を改善するためのアスピレータが不要にな
る。
等の副次的な効果がある。
このように、本発明によれば種々の周囲条件に対し乗員
が最も快適と感ずる吹出空気温度を常に維持,管理する
ことができ、あらゆる条件で乗員に快適感を与えられる
オートエアコンを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す制御系のブロックダイ
ヤグラム、第2図〜第4図は本発明を適用したエアコン
ユニットの説明図で、第2図はオートエアコンの操作パ
ネルの外観図、第3図はマイクロコンピュータ方式制御
回路のブロック図、第4図はエアコンユニットの断面模
式図、第5図は従来のオートエアコンの制御系のブロッ
クダイヤグラムである。 101…室内温度設定装置、102…室内代表点温度検
知装置、103U,L…吹出温度検知装置、104…外
気温度検知装置、105…日射量検知装置、106U,
L…吹出目標温度演算装置、107U,L…吹出温度制
御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手塚 彰 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 伊藤 敏勝 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭56−82626(JP,A) 特開 昭57−7714(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車室内の温度を設定する温度設定手段と、 外気温度を検知する外気温度検知手段と、 日射量を検知する日射量検知手段と、 車室内の代表点温度を検知する室内代表点温度検知手段
    と、 空調機の吹出口における吹出温度を検知する吹出温度検
    知手段と、 外気温度に対する乗員の快適と感じる空調機の吹出口に
    おける目標吹出温度の温度特性が予め記憶されている記
    憶手段と、 前記外気温度検知手段の検知出力を取り込み、前記記憶
    手段に記憶されている前記温度特性に基づいて前記外気
    温度検知手段により検知された外気温度に対応する目標
    吹出温度を演算する第1の演算手段と、 前記温度設定手段からの設定温度信号と前記室内代表点
    温度検知手段からの室内温度信号とを比較し室内温度偏
    差信号を演算する第2の演算手段と、 前記第1の演算手段により演算された目標吹出温度を前
    記日射量検知手段の検出出力及び前記第2の演算手段に
    より演算された室内温度偏差信号に基づいて補正する目
    標吹出温度補正手段と、 該目標吹出温度補正手段により補正された目標吹出温度
    と前記吹出温度検知手段により検知された空調機の吹出
    口における吹出温度との偏差が実質的に零になるように
    空調機の熱交換能力を制御する制御手段とを有すること
    を特徴とする自動車用空調機の制御装置。
  2. 【請求項2】車室内の温度を設定する温度設定手段と、 外気温度を検知する外気温度検知手段と、 日射量を検知する日射量検知手段と、 車室内の代表点温度を検知する室内代表点温度検知手段
    と、 空調機の車室内の上部の吹出口における吹出温度を検知
    する第1の吹出温度検知手段と、 空調機の車室内の下部の吹出口における吹出温度を検知
    する第2の吹出温度検知手段と、 外気温度に対する乗員の快適と感じる空調機の車室内の
    上部の吹出口における目標吹出温度の温度特性が予め記
    憶されている第1の記憶手段と、 外気温度に対する乗員の快適と感じる空調機の車室内の
    下部の吹出口における目標吹出温度の温度特性が予め記
    憶されている第2の記憶手段と、 前記外気温度検知手段の検知出力を取り込み、前記第1
    の記憶手段に記憶されている前記温度特性に基づいて前
    記外気温度検知手段により検知された外気温度に対応す
    る目標吹出温度を演算する第1の演算手段と、 前記外気温度検知手段の検知出力を取り込み、前記第2
    の記憶手段に記憶されている前記温度特性に基づいて前
    記外気温度検知手段により検知された外気温度に対応す
    る目標吹出温度を演算する第2の演算手段と、 前記温度設定手段からの設定温度信号と前記室内代表点
    温度検知手段からの室内温度信号とを比較し室内温度偏
    差信号を演算する第3の演算手段と、 前記第1の演算手段により演算された目標吹出温度を前
    記日射量検知手段の検出出力及び前記第3の演算手段に
    より演算された室内温度偏差信号に基づいて補正する第
    1の目標吹出温度補正手段と、 前記第2の演算手段により演算された目標吹出温度を前
    記第3の演算手段により演算された室内温度偏差信号に
    基づいて補正する第2の目標吹出温度補正手段と、 前記第1の目標吹出温度補正手段により補正された目標
    吹出温度と前記第1の吹出温度検知手段により検知され
    た空調機の車室内の上部の吹出口における吹出温度との
    偏差が実質的に零になるように空調機の熱交換能力を制
    御する第1の制御手段と、 前記第2の目標吹出温度補正手段により補正された目標
    吹出温度と前記第2の吹出温度検知手段により検知され
    た空調機の車室内の下部の吹出口における吹出温度との
    偏差が実質的に零になるように空調機の熱交換能力を制
    御する第2の制御手段とを有することを特徴とする自動
    車用空調機の制御装置。
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