JPH07164860A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特別な調整工数をかけずに各吹き出し口から
常に快適な空調風を吹き出させる。 【構成】 空調制御手段３０は、演算手段４４で制御定
数の最適値を算出し、目標値発生手段４１により発生さ
れた目標値、推定手段４２により推定された推定物理
量、および複数の物理量の内の測定可能な物理量に基づ
いて制御量を決定し、空調ユニット１０の温度調節手段
と風量調節手段を制御する。さらに空調制御手段３０
は、推定手段４２により推定された現在の吹き出し口に
おける吹き出し風温度に応じて吹き出し口調節手段によ
り吹き出し口を調節する。

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）により処理し、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】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吹き出し温度および吹
き出し風量を制御し、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、日産自動車株式会
社 新型車解説書（Ｙ３２−１） １９９１年６月 参
照）。この種の装置では、図１４に示すように、車室内
温度設定値Ｔｐｔｃ、車室内温度Ｔｉｎｃ、日射量Ｑｓ
ｕｎおよび外気温度Ｔａｍｂをコントローラ１へ入力
し、設定温度Ｔｐｔｃと実際の車室内温度Ｔｉｎｃとの
差、日射量Ｑｓｕｎ、外気温度Ｔａｍｂおよび設定温度
Ｔｐｔｃ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、１
ｂ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、各吹き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、目標吹き出し温度Ｔｏおよび目標吹き出し
風量Ｇａで車室３の空調を行なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空調風はフ
ット吹き出し口、ベンチレーター、デフロスターなど多
くの吹き出し口から吹き出されるので、目標吹き出し温
度Ｔｏおよび目標吹き出し風量Ｇａに、各吹き出し口か
ら吹き出される吹き出し温度および吹き出し風量の平均
値を設定したり、特定の吹き出し口の吹き出し温度およ
び吹き出し風量を設定している。また、途中で吹き出し
口が切り換えられた時は、切り換え条件に応じて目標吹
き出し温度Ｔｏおよび目標吹き出し風量Ｇａの補正を行
なっている。

【０００４】しかしながら、吹き出し口は上述した以外
にサイドベンチレーター、ロアーベンチレーター、リヤ
ベンチレーター、リヤフット吹き出し口、サイドデフロ
スターなど、多くの吹き出し口がある上にそれらの切り
換え条件も多様であるため、あらゆる吹き出し条件の下
で各吹き出し口から吹き出される空調風の温度および風
量を乗員の快適感を満足させる値にするためには多くの
調整工数がかかるという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、各吹き出し口から常に快
適な空調風を吹き出すようにした車両用空調装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１〜３
に対応づけて本発明を説明すると、本発明は、温度調節
手段１９、１９ｍと、風量調節手段１４、１４ｄ、１４
ｍと、吹き出し口調節手段２３、２３ｍ、２５、２５ｍ
とを有する空調ユニット１０と、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
時間的に推移させるべき目標値を発生する目標値発生手
段４１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４２と、制御定数の最適
値を算出し、目標値、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温度調節手段１９、１
９ｍおよび風量調節手段１４、１４ｄ、１４ｍの制御量
を決定する演算手段４４とを有する空調制御手段３０と
を備えた車両用空調装置であって、推定手段４２によっ
て、吹き出し口調節手段２３、２３ｍ、２５、２５ｍに
より現在選択されている吹き出し口の吹き出し風温度を
推定し、空調制御手段３０によって、推定手段４２によ
り推定された吹き出し風温度に応じて吹き出し口調節手
段２３、２３ｍ、２５、２５ｍにより吹き出し口を調節
することにより、上記目的を達成する。

【０００７】

【作用】空調制御手段３０は、演算手段４４で制御定数
の最適値を算出し、目標値発生手段４１により発生され
た目標値、推定手段４２により推定された推定物理量、
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
制御量を決定し、空調ユニット１０の温度調節手段１
９、１９ｍと風量調節手段１４、１４ｄ、１４ｍを制御
する。さらに空調制御手段３０は、推定手段４２により
推定された現在の吹き出し口における吹き出し風温度に
応じて吹き出し口調節手段２３、２３ｍ、２５、２５ｍ
により吹き出し口を調節する。これにより、特別な調整
工数をかけずに各吹き出し口から常に快適な空調風を吹
き出させることができる。

【０００８】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
やすくするために実施例の図を用いたが、これにより本
発明が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】図１は一実施例の構成を示す機能ブロック
図、図２は一実施例の空調ユニットの断面図である。図
２において、空調ユニット１０の上流には外気側吸入口
１１と内気側吸入口１２が設けられ、インテークドア１
３によって吸入する空気の外気と内気の割合が調節され
る。両吸入口１１、１２から吸入された空気はブロアフ
ァン１４により空調ユニット１０の下流へ送風され、ま
ずエバポレーター１５で熱交換が行なわれて冷風とな
る。エバポレーター１５の下流では空調風の流路が２つ
に分れる。一方はヒーターコア１６を通過する流路１７
であり、この流路１７を通過する空気はヒーターコア１
６により熱交換が行なわれて温風となる。他方はヒータ
ーコア１６をバイパスする流路１８であり、この流路１
８を通過する空気はエバポレーター１５を通過したまま
の冷風である。これら２つの流路１７、１８の分岐点に
はエアーミックスドア１９が設けられ、このエアーミッ
クスドア１９の開度を制御して両流路１７、１８を通過
する空気の割合が調節される。

【００１０】エアーミックスドア１９により温度が調節
された空調風は、ベンチレーター２０、デフロスター２
１およびフット吹き出し口２２からそれぞれ車室内に吹
き出される。これらの吹き出し口２０、２１、２２には
それぞれベントドア２３、デフドア２４、フットドア２
５が設けられ、空調風の吹き出し方向が選択される。ベ
ンチレーター２０はセンターベント２０ａ、リアベント
２０ｂ、サイドベント２０ｃ、ロアベント２０ｄなどの
吹き出し口に分岐される。デフロスター２１はフロント
デフロスター２１ａ、サイドデフロスター２１ｂなどの
吹き出し口に分岐される。フット吹き出し口２２はフロ
ントフット吹き出し口２２ａ、リアフット吹き出し口２
２ｂに分岐される。

【００１１】図１において、車両のインストルメントパ
ネルには空調装置の操作部３１が設けられる。この操作
部３１には、エアコンスイッチ、ファンスイッチ、吹き
出し口スイッチ、デフロストスイッチ、内外気切換スイ
ッチ、表示装置などが設けられる。室温設定器３２は車
室内設定温度Ｔｐｔｃを設定する設定器である。車両に
は各部の空気温度を検出するためのセンサーが設置さ
れ、外気温センサー３３は外気温度Ｔａｍｂを検出し、
内気温センサー３４は車室内温度Ｔｉｎｃを検出する。
また、日射センサー３５は日射量Ｑｓｕｎを検出し、吸
込温センサー３６はエバポレーター１５を通過した空気
温度Ｔｉｎｔを検出する。さらに、冷媒温センサー３７
はエバポレーター１５の入口冷媒温度Ｔｅｖａを検出
し、水温センサー３８はエンジン冷却水温度Ｔｗを検出
する。

【００１２】コントローラー３０はマイクロコンピュー
ターおよびその周辺部品から構成され、操作部３１から
の各種操作情報、室温設定器３２により設定された車室
内設定温度Ｔｐｔｃ、センサー３３〜３８により検出さ
れた外気温度Ｔａｍｂ、車室内温度Ｔｉｎｃ、日射量Ｑ
ｓｕｎ、空気温度Ｔｉｎｔ、冷媒温度Ｔｅｖａ、冷却水
温度Ｔｗなどに基づいて、コンプレッサー３９、インテ
ークドアアクチュエータ１３ｍ、エアーミックスドアア
クチュエータ１９ｍ、ベントドアアクチュエータ２３
ｍ、デフドアアクチュエータ２４ｍ、フットドアアクチ
ュエータ２５ｍ、ブロアファン駆動回路１４ｄおよびモ
ーター１４ｍを制御する。なお、エアーミックスドアア
クチュエータ１９ｍにはドア開度Ｘを抵抗値に変換して
出力する開度センサー１９ｓが内蔵されている。

【００１３】図３は一実施例の制御ブロック図である。
コントローラー３０は規範モデル４１、オブザーバー４
２、線形補償器４３および最適レギュレータ４４からな
り、日射量Ｑｓｕｎ、外気温度Ｔａｍｂ、車室内温度設
定値Ｔｐｔｃ、車室内温度Ｔｉｎｃなどに基づいて制御
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などを算出し、上述した空調ユニット１０を
制御する。

【００１４】規範モデル４１では、人間の快適感に合っ
た吹き出し風量Ｇａおよび吹き出し温度Ｔｏの時間変化
および環境変化による推移を次式のように数式化し、車
室内温度設定値Ｔｐｔｃを変化させた時の目標皮膚温度
Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出する。これ
らの目標皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度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。

【数１】 ｄＴｉｎｃ^*／ｄｔ＝Ａｒ・Ｔｉｎｃ^*＋Ｂｒ・Ｔｐｔｃ

【数２】ｄＴｆ^*／ｄｔ＝Ａｆ・Ｔｆ^*＋Ｂｆ・Ｔｐｔｃ ここで、Ａｒ、Ｂｒ、Ａｆ、Ｂｆは係数マトリクスであ
る。

【００１５】図４は、本発明に係わる車両用空調装置に
よる空調結果（実線）と従来装置による空調結果（破
線）とを示すタイムチャートであり、（ａ）は時刻ｔ１
で設定温度Ｔｐｔｃを下げた時を示し、（ｂ）は時刻ｔ
２で設定温度Ｔｐｔｃを上げた時を示す。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３０の制御量によ
り決定し、過渡状態では必ずしも乗員の快適感を満足さ
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
皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*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。

【００１６】図５はオブザーバー４２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（現代制御）の一般的な表記法
に従って表示し、それらの説明を省略する。図におい
て、４２ａ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、Ｃ
ｏ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。オブザーバー４２は予め同定した
制御対象システム４２ａの推定モデルを有し、測定可能
な車室内温度Ｙｏ（＝Ｔｉｎｃ）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６に示す測定不可能または測定困難な車体温度Ｔｍ、
吹き出し風量Ｇａ、エアーミックスドア開度Ｘなどを推
定し、これらの推定値に基づいて現在の皮膚温度Ｔｆお
よび吹き出し温度Ｔｏを推定する。

【００１７】制御対象のシステム４２ａの状態方程式と
出力式は次のように表される。

【数３】ｄＸｏ／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ＋Ｂｏ・Ｕ

【数４】Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ＝Ｃｏ・Ｘｏ ここで、Ｘｏは状態変数ベクトルであり、Ｘｏ＝［Ｔ
ｍ，Ｔｉｎｃ，Ｇａ，Ｘ］^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、吹き出し風量Ｇａおよびエアーミック
スドア開度Ｘ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。

【数５】ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ

【数６】Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ^S＝Ｃｏ・Ｘｏ^S ここで、Ｘｏ^S＝［Ｔｍ^S，Ｔｉｎｃ^S，Ｇａ^S，Ｘ^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、Ｇａ^Sは吹き出し風量Ｇａの推定
値、Ｘ^Sはエアーミックスドア開度Ｘ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−Ｘｏ）を０に収
束させるため、図５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、オブザーバー４２は次のよ
うに表される。

【数７】ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ＋Ｆ・
（Ｙｏ−Ｙｏ^S） ここで、Ｆはフィードバック係数マトリスクスである。

【００１８】この実施例では、エアーミックスドア開度
Ｘ、吹き出し風量Ｇａ、車体温度Ｔｍ、車室内温度Ｔｉ
ｎｃ、および現在選択されている吹き出し口の吹き出し
温度Ｔｏを推定するとともに、吹き出し温度推定値Ｔｏ
^Sに基づいて最適な吹き出し口となるように制御する。
ベンチレーター２０が選択されている時は、開度センサ
ー１９ｓにより検出されたエアーミックスドア開度Ｘ
と、ブロアファン駆動回路１４ｄからモーター１４ｍに
印加されるブロア駆動電圧Ｖｆとに基づいてエアーミッ
クスドア開度Ｘおよび吹き出し風量Ｇａを次式により推
定する。

【数８】ｄＸ^S／ｄｔ＝Ａｖｅｎｔ・Ｘ^S＋Ｂｖｅｎｔ・
Ｘ＋Ｆｘ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ） ここで、Ａｖｅｎｔ、Ｂｖｅｎｔ、Ｆｘは係数マトリク
スである。

【数９】ｄＧａ^S／ｄｔ＝Ｃｖｅｎｔ・Ｇａ^S＋Ｄｖｅｎ
ｔ・Ｖｆ＋Ｆｖｆａｎ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ） ここで、Ｃｖｅｎｔ、Ｄｖｅｎｔ、Ｆｖｆａｎは係数マ
トリクスである。

【００１９】次に、エアーミックスドア開度推定値
Ｘ^S、水温センサー３８により検出されたエンジン冷却
水温度Ｔｗ、および吸込温センサー３６により検出され
たエバポレーター１５を通過した空気温度Ｔｉｎｔに基
づいて次式により吹き出し温度Ｔｏを推定する。

【数１０】Ｔｏ^S＝（Ｆｖｅｎｔ・Ｘ^S＋Ｇｖｅｎｔ）
（Ｔｗ−Ｔｉｎｔ）＋Ｔｉｎｔ ここで、Ｆｖｅｎｔ、Ｇｖｅｎｔは定数である。さら
に、次式により車体温度Ｔｍおよび車室内温度Ｔｉｎｃ
を推定する。

【数１１】ｄＴｍ^S／ｄｔ＝Ａｍ１（Ｔａｍｂ−Ｔｍ^S）
＋Ａｍ２（Ｔｍ^S−Ｔｉｎｃ）＋Ａｍ３・Ｑｓｕｎ＋Ｆ
ｏｍ（Ｔｉｎｃ^S＋Ｔｉｎｃ）

【数１２】ｄＴｉｎｃ^S／ｄｔ＝Ａｒ１（Ｔｍ^S−Ｔｉｎ
ｃ^S）＋Ａｒ２（Ｔｏ^S−Ｔｉｎｃ）＋Ａｒ３・Ｑｓｕｎ
＋Ｆｏｒ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ）

【００２０】コントローラー３０は、吹き出し温度推定
値Ｔｏ^Sが例えば２０度Ｃよりも低ければこのままベン
チレーター２０からの吹き出しを継続する。一方、吹き
出し温度推定値Ｔｏ^Sが例えば２０度Ｃ以上の時は、ベ
ンチレーター２０から多量の温風が吹き出して乗員が不
快に感じるのを避けるために、ベンチレーター２０とフ
ット吹き出し口２２を開けて頭寒足熱式のバイレベルモ
ードで空調を行なう。

【００２１】また、バイレベルモードが選択されている
時は、エアーミックスドア開度Ｘおよびブロア駆動電圧
Ｖｆとに基づいて、エアーミックスドア開度Ｘおよび吹
き出し風量Ｇａを次式により推定する。

【数１３】ｄＸ^S／ｄｔ＝Ａｂｌ・Ｘ^S＋Ｂｂｌ・Ｘ＋Ｆ
ｘ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ） ここで、Ａｂｌ、Ｂｂｌ、Ｆｘは係数マトリクスであ
る。

【数１４】ｄＧａ^S／ｄｔ＝Ｃｂｌ・Ｇａ^S＋Ｄｂｌ・Ｖ
ｆ＋Ｆｖｆａｎ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ） ここで、Ｃｂｌ、Ｄｂｌ、Ｆｖｆａｎは係数マトリクス
である。

【００２２】次に、エアーミックスドア開度推定値Ｘ^S
と、水温センサー３８により検出されたエンジン冷却水
温度Ｔｗ、および吸込温センサー３６により検出された
エバポレーター１５を通過した空気温度Ｔｉｎｔに基づ
いて、ベンチレーター２０から乗員の頭部へ吹き出され
る涼風の頭部吹き出し温度Ｔｏｕと、フット吹き出し口
２２から乗員の足元に吹き出される温風の足部吹き出し
温度Ｔｏｄとを次式により推定する。

【数１５】Ｔｏｕ^S＝（Ｆｂｌｕ・Ｘ^S＋Ｇｂｌｕ）（Ｔ
ｗ−Ｔｉｎｔ）＋Ｔｉｎｔ ここで、Ｆｂｌｕ、Ｇｂｌｕは定数である。

【数１６】Ｔｏｄ^S＝（Ｆｂｌｄ・Ｘ^S＋Ｇｂｌｄ）（Ｔ
ｗ−Ｔｉｎｔ）＋Ｔｉｎｔ ここで、Ｆｂｌｄ、Ｇｂｌｄは定数である。吹き出し温
度の推定値Ｔｏ^Sは、頭部吹き出し温度推定値Ｔｏｕ^Sと
足部吹き出し温度推定値Ｔｏｄ^Sの和として求められ
る。

【数１７】Ｔｏ^S＝Ｔｏｕ^S＋Ｔｏｄ^S さらに、上述した数式１１および数式１２により車体温
度Ｔｍおよび車室内温度Ｔｉｎｃを推定する。

【００２３】コントローラー３０は、頭部吹き出し温度
推定値Ｔｏｕ^Sが例えば２８度Ｃ以上であればベンチレ
ーター２０から高温の空調風が吹き出して乗員に不快感
を与えるのを避けるために、バイレベルモードからフッ
ト吹き出しモードへ切り換えてフット吹き出し口２２か
らのみ空調風を吹き出させる。一方、頭部吹き出し温度
推定値Ｔｏｕ^Sが例えば２８度Ｃよりも低い時は、足部
吹き出し温度推定値Ｔｏｄ^Sを調べ、足部吹き出し温度
推定値Ｔｏｄ^Sが例えば３０度Ｃよりも高いときはバイ
レベルモードによる空調を継続する。また、足部吹き出
し温度推定値Ｔｏｄ^Sが例えば３０度Ｃ以下の時はバイ
レベルモードからベント吹き出しモードへ切り換えてベ
ンチレーター２０からのみ空調風を吹き出させる。

【００２４】一方、フット吹き出し口２２が選択されて
いる時は、エアーミックスドア開度Ｘとブロア駆動電圧
Ｖｆとに基づいてエアーミックスドア開度Ｘおよび吹き
出し風量Ｇａを次式により推定する。

【数１８】ｄＸ^S／ｄｔ＝Ａｆｏｏｔ・Ｘ^S＋Ｂｆｏｏｔ
・Ｘ＋Ｆｘ（Ｔｉｎｃ^S−Ｔｉｎｃ） ここで、Ａｆｏｏｔ、Ｂｆｏｏｔ、Ｆｘは係数マトリク
スである。

【数１９】ｄＧａ^S／ｄｔ＝Ｃｆｏｏｔ・Ｇａ^S＋Ｄｆｏ
ｏｔ・Ｖｆ＋Ｆｖｆａｎ（Ｔｉｎｃ^S＋Ｔｉｎｃ） ここで、Ｃｆｏｏｔ、Ｄｆｏｏｔ、Ｆｖｆａｎは係数マ
トリクスである。

【００２５】次に、エアーミックスドア開度推定値
Ｘ^S、水温センサー３８により検出されたエンジン冷却
水温度Ｔｗ、および吸込温センサー３６により検出され
たエバポレーター１５を通過した空気温度Ｔｉｎｔに基
づいて次式により吹き出し温度Ｔｏｆｏｏｔを推定す
る。

【数２０】Ｔｏｆｏｏｔ^S＝（Ｆｆｏｏｔ・Ｘ^S＋Ｇｆｏ
ｏｔ）（Ｔｗ−Ｔｉｎｔ）＋Ｔｉｎｔ ここで、Ｆｆｏｏｔ、Ｇｆｏｏｔは定数である。さら
に、上述した数式１１および数式１２により車体温度Ｔ
ｍおよび車室内温度Ｔｉｎｃを推定する。

【００２６】コントローラー３０は、足部吹き出し温度
推定値Ｔｏｆｏｏｔ^Sが例えば３０度Ｃよりも低いとき
はフット吹き出しモードからバイレベルモードへ切り換
えてベンチレーター２０とフット吹き出し口２２から空
調風を吹き出させる。一方、足部吹き出し温度推定値Ｔ
ｏｆｏｏｔ^Sが例えば３０度Ｃ以上ある時はこのままフ
ット吹き出し口２２からの吹き出しを継続する。

【００２７】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４４を
非線形動作させることは困難なため、線形補償器４３に
より線形化補償を行なう。線形補償器４３は、図７
（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、

【数２１】ｕ＝ｆ（Ｘ，ｔ）＋ｇ（Ｘ，ｔ）・Ｕ 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は吹き出し温度を決定す
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。数式２１によりＵ〜Ｙは線形化されて
次式のように変換される（図７（ｂ））。

【数２２】ｄＹ／ｄｔ＝Ａ１・Ｙ＋Ｂ１・Ｕ ここで、Ａ１，Ｂ１は係数マトリクスである。

【００２８】最適レギュレータ４４は、規範モデル４１
の目標値に追従するため、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。

【数２３】Ｊ＝∫｛Ｗ１・（ΔＴｉｎｃ）²＋Ｗ２・
（ΔＴｆ）²＋Ｗ３・（ｄｕ１／ｄｔ）²＋Ｗ４・（ｄｕ
２／ｄｔ）²｝ｄｔ 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は吹き出し温度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、Ｗ１、Ｗ
２、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は日射や吹き
出し風が当る部位の局所温冷感を表し、またｄｕ１／ｄ
ｔおよびｄｕ２／ｄｔはブロアの騒音、吹き出し風量、
吹き出し温度の変化感を表す。これらΔＴｉｎｃ、ΔＴ
ｆ、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、Ｗ
２、Ｗ３、Ｗ４を決定する。

【００２９】上述した数式１、数式２および数式２２か
ら次式に示すような拡大系が構成される。

【数２４】ｄＥ／ｄｔ＝Ａｅ・Ｅ＋Ｂｅ・ｄＵ／ｄｔ 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。数式２４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。

【数２５】ｄＵ／ｄｔ＝Ｋ１・ｄＹ／ｄｔ＋Ｋ２・ｅ＋
Ｋ３・ｄＸｒ／ｄｔ ここで、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は制御定数マトリクスであ
る。数式２５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。

【数２６】（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）＝−Ｒ^-1Ｂｅ^TＰ 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。

【数２７】Ａｅ^T・Ｐ＋Ｐ・Ａｅ＋Ｑ−Ｐ・Ｂｅ・Ｒ^-1
・Ｂｅ^T・Ｐ＝０ 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を数式２４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１０の制御
量が決定される。

【数２８】Ｕ＝Ｋ１・Ｙ＋Ｋ２・∫ｅｄｔ＋Ｋ３・Ｘｒ
＋｛Ｕ（０）−Ｋ１・Ｙ（０）−Ｋ３・Ｘｒ（０）｝ 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。

【００３０】図８は、このようにして設計された最適レ
ギュレータ４４の構成を示す制御ブロック図である。ま
た図９は、最適レギュレータ４４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４４
は、図９の時刻ｔ３に示すように、規範モデル４１で算
出された目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*および目標皮膚温度
Ｔｆ^*と、実際の車室内温度Ｔｉｎｃおよび皮膚温度の
推測値Ｔｆ^Sとの差の面積が最小となるように空調ユニ
ット１０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４１の温度目標値になるように空調ユニット１０を
制御する。なお、上述したように最適レギュレータ４４
で算出された制御量は線形補償器４３によって線形化さ
れる。

【００３１】図１０は、コントローラ３０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３０の動作を説明する。ステップＳ１におい
て、室温設定器３２により設定された車室内温度設定値
Ｔｐｔｃを入力し、規範モデル４１で乗員の快適感に合
った目標皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*
を算出し、それらを最適レギュレータ４４に出力する。

【００３２】ステップＳ２で、オブザーバー４２によっ
て測定不可能または測定困難な車体温度Ｔｍ、吹き出し
風量Ｇａ、エアーミックスドア開度Ｘなどを推定し、こ
れらの推定値に基づいて現在の皮膚温度Ｔｆを予測して
最適レギュレータ４４へ出力するとともに、現在選択さ
れている吹き出し口からの吹き出し温度Ｔｏを推定し、
その推定値Ｔｏ^Sに基づいて吹き出し口を制御する。

【００３３】図１１〜１３は、オブザーバー４２の吹き
出し口制御ルーチンを示すフローチャートである。ステ
ップＳ２１において、開度センサー１９ｓからエアーミ
ックスドア開度Ｘを入力するとともに、ブロアファン駆
動回路１４ｄからブロア駆動電圧Ｖｆを入力する。続く
ステップＳ２２で、現在選択されている空調モードがベ
ンチレーター２０から空調風を吹き出すベントモードか
否かを判別し、ベントモードであればステップＳ２３へ
進み、そうでなければステップＳ３１へ進む。

【００３４】ベントモードが選択されている時は、ステ
ップＳ２３でエアーミックスドア開度Ｘおよびブロア駆
動電圧Ｖｆに基づいて上述した数式８および数式９によ
りエアーミックスドア開度Ｘおよび吹き出し風量Ｇａを
推定する。ステップＳ２４で、水温センサー３８からエ
ンジン冷却水温度Ｔｗを入力するとともに、吸込温セン
サー３６からエバポレーター１５を通過した空気温度Ｔ
ｉｎｔを入力してステップＳ２５へ進む。ステップＳ２
５では、エアーミックスドア開度推定値Ｘ^S、エンジン
冷却水温度Ｔｗおよび空気温度Ｔｉｎｔに基づいて上述
した数式１０により吹き出し温度の推定値Ｔｏ^Sを求め
る。続くステップＳ２６で、車体温度Ｔｍ、車室内温度
Ｔｉｎｃおよび皮膚温度Ｔｆを推定する。なお、オブザ
ーバー４２で推定された温度は最適レギュレーター４４
へ出力される。

【００３５】ステップＳ２７において、吹き出し温度推
定値Ｔｏ^Sが例えば２０度Ｃよりも低いか否かを判別
し、低ければ吹き出し口を切り換えず、そのままベント
モードによる空調を継続して図１０に示すメインプログ
ラムへリターンする。一方、ベンチレーター２０からの
吹き出し温度推定値Ｔｏ^Sが２０度Ｃ以上であればステ
ップＳ２８へ進んでバイレベルモードに切り換え、ベン
チレーター２０とフット吹き出し口２２から空調風を吹
き出す。

【００３６】ステップＳ２２で現在の空調モードがベン
トモードでないと判別された時は、ステップＳ３１でバ
イレベルモードか否かを判別する。バイレベルモードで
あればステップＳ３２へ進み、そうでなければステップ
Ｓ４１へ進む。現在バイレベルモードが選択されている
時は、ステップＳ３２でエアーミックスドア開度Ｘおよ
びブロア駆動電圧Ｖｆに基づいてエアーミックスドア開
度Ｘおよび吹き出し風量Ｇａを数式１３および数式１４
により推定する。続くステップＳ３３で、水温センサー
３８からエンジン冷却水温度Ｔｗを入力するとともに、
吸込温センサー３６からエバポレーター１５を通過した
空気温度Ｔｉｎｔを入力してステップＳ３４へ進む。ス
テップＳ３４では、エアーミックスドア開度推定値
Ｘ^S、エンジン冷却水温度Ｔｗおよび空気温度Ｔｉｎｔ
に基づいて頭部吹き出し温度Ｔｏｕおよび足部吹き出し
温度Ｔｏｄを数式１５および数式１６により推定する。
ステップＳ３５で、頭部吹き出し温度の推定値Ｔｏｕ^S
と足部吹き出し温度の推定値Ｔｏｄ^Sとの和として吹き
出し温度の推定値Ｔｏ^Sを算出する。さらにステップＳ
３６では、車体温度Ｔｍ、車室内温度Ｔｉｎｃおよび皮
膚温度Ｔｆを推定する。

【００３７】ステップＳ３７において、頭部吹き出し温
度の推定値Ｔｏｕ^Sが例えば２８度Ｃよりも低いか否か
を判別し、低ければステップＳ３８へ進み、そうでなけ
ればステップＳ４０へ進む。頭部吹き出し温度の推定値
Ｔｏｕ^Sが２８度Ｃ以上あれば、バイレベルモードから
フット吹き出しモードへ切り換え、フット吹き出し口２
２からのみ空調風を吹き出す。頭部吹き出し温度の推定
値Ｔｏｕ^Sが２８度Ｃよりも低いときは、ステップＳ３
８で足部吹き出し温度の推定値Ｔｏｄ^Sが例えば３０度
Ｃを超えているか否かを判別し、３０度Ｃを超えていれ
ばこのままバイレベルモードによる空調を継続してメイ
ンプログラムへリターンする。一方、３０度Ｃ以下であ
れば、ステップＳ３９へ進んでバイレベルモードからベ
ントモードへ切り換え、ベンチレーター２０からのみ空
調風を吹き出す。

【００３８】現在設定されている空調モードがベントモ
ードでもなくバイレベルモードでもない時は、フット吹
き出しモードが設定されていると判断してステップＳ４
１へ進む。ステップＳ４１では、エアーミックスドア開
度Ｘおよびブロア駆動電圧Ｖｆに基づいてエアーミック
スドア開度Ｘおよび吹き出し風量Ｇａを数式１８および
数式１９により推定する。続くステップＳ４２で、水温
センサー３８からエンジン冷却水温度Ｔｗを入力すると
ともに、吸込温センサー３６からエバポレーター１５を
通過した空気温度Ｔｉｎｔを入力してステップＳ４３へ
進む。ステップＳ４３では、エアーミックスドア開度推
定値Ｘ^S、エンジン冷却水温度Ｔｗおよび空気温度Ｔｉ
ｎｔに基づいて足部吹き出し温度Ｔｏｆｏｏｔを数式２
０により推定する。ステップＳ４４で、車体温度Ｔｍ、
車室内温度Ｔｉｎｃおよび皮膚温度Ｔｆを推定する。

【００３９】ステップＳ４５において、足部吹き出し温
度の推定値Ｔｏｆｏｏｔ^Sが例えば３０度Ｃよりも低い
か否かを判別し、３０度Ｃよりも低ければステップＳ４
６へ進んでフット吹き出しモードからバイレベルモード
へ切り換え、３０度Ｃ以上あればフット吹き出しモード
を継続する。

【００４０】ふたたび図１０へ戻って説明を続ける。図
１０のステップＳ３で、最適レギュレータ４４により、
規範モデル４１の目標値、オブザーバー４２により推定
された皮膚温度推定値Ｔｆ^S、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４３へ出力する。ステップＳ４で
は、線形補償器４３により、最適レギュレータ４４から
の制御量を線形化する。そして、ステップＳ５で、線形
化された制御量を空調ユニット１０へ出力する。空調ユ
ニット１０は、この制御量に従ってエアーミックスドア
１９および各吹き出し口ドアのアクチュエータを駆動す
るとともに、ブロアファン１４を駆動して車室４５の空
調を行なう。

【００４１】以上の実施例の構成において、エアーミッ
クスドア１９およびエアーミックスドアアクチュエータ
１９ｍが温度調節手段を、ブロアファン１４、駆動回路
１４ｄおよびモーター１４ｍが風量調節手段を、ベント
ドア２３、ベントドアアクチュエータ２３ｍ、フットド
ア２２、フットドアアクチュエータ２２ｍが吹き出し口
調節手段を、空調ユニット１０が空調ユニットを、規範
モデル４１が目標値発生手段を、オブザーバー４２が推
定手段を、最適レギュレーター４４が演算手段をそれぞ
れ構成する。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、現
在選択されている吹き出し口における吹き出し風温度を
推定し、この推定値に応じて吹き出し口を調節するよう
にしたので、特別な調整工数をかけずに各吹き出し口か
ら常に快適な空調風を吹き出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示す機能ブロック図。

【図２】一実施例の空調ユニットの断面図。

【図３】一実施例の制御ブロック図。

【図４】車室内温度の設定値を変化させた時の車室内温
度の変化を示すタイムチャート。

【図５】オブザーバーの構成を示す制御ブロック図。

【図６】空調制御に必要な熱負荷に関する物理量を示す
図。

【図７】線形補償器を示す制御ブロック図。

【図８】最適レギュレータを示す制御ブロック図。

【図９】最適レギュレータにおける制御量の算出方法を
説明する図。

【図１０】コントローラのマイクロコンピュータで実行
される制御プログラム例を示すフローチャート。

【図１１】吹き出し口制御ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１２】図１１に続く吹き出し口制御ルーチンを示す
フローチャート。

【図１３】図１２に続く吹き出し口制御ルーチンを示す
フローチャート。

【図１４】従来の車両用空調装置を示す制御ブロック
図。

【符号の説明】

１０ 空調ユニット １１ 外気側吸入口 １２ 外気側吸入口 １３ インテークドア １３ｍ インテークドアアクチュエータ １４ ブロアファン １４ｄ 駆動回路 １４ｍ モーター １５ エバポレーター １６ ヒーターコア １７、１８ 流路 １９ エアーミックスドア １９ｍ エアーミックスドアアクチュエータ ２０ ベンチレーター ２０ａ センターベント ２０ｂ リアベント ２０ｃ サイドベント ２０ｄ ロアベント ２１ デフロスター ２１ａ フロントデフロスター ２１ｂ サイドデフロスター ２２ フット吹出し口 ２２ａ フロントフット吹出し口 ２２ｂ リアフット吹出し口 ２３ ベントドア ２３ｍ ベントドアアクチュエータ ２４ デフドア ２４ｍ デフドアアクチュエータ ２５ フットドア ２５ｍ フットドアアクチュエータ ３０ コントローラー ３１ 操作部 ３２ 室温設定器 ３３ 外気温センサー ３４ 内気温センサー ３５ 日射センサー ３６ 吸込温センサー ３７ 冷媒温センサー ３８ 水温センサー ３９ コンプレッサー ４１ 規範モデル ４２ オブザーバー ４３ 線形補償器 ４４ 最適レギュレーター ４５ 車室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度調節手段と、風量調節手段と、吹き
   出し口調節手段とを有する空調ユニットと；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つの時間的に推移させるべき目標値を発生する目
   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、前記推定物理量、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
   前記温度調節手段および前記風量調節手段の制御量を決
   定する演算手段とを有する空調制御手段とを備えた車両
   用空調装置であって、 前記推定手段は、前記吹き出し口調節手段により選択さ
   れている吹き出し口の吹き出し風温度を推定し、前記空
   調制御手段は、前記推定手段により推定された吹き出し
   風温度に応じて前記吹き出し口調節手段により吹き出し
   口を調節することを特徴とする車両用空調装置。