JPH08512006A

JPH08512006A - 自動車ｈｖａｃシステムを制御する方法およびシステム

Info

Publication number: JPH08512006A
Application number: JP7503335A
Authority: JP
Inventors: イラ，ジュニアデービス，レイトン; フランシスシージャ，トーマス; アランデイジ，ガーハード; ウエインマッテソン，ロバート
Original assignee: フォードモーターカンパニー
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-12-17
Also published as: EP0739506B1; KR100295307B1; EP0739506A1; DE69416008D1; KR960703475A; WO1995001592A1; DE69416008T2

Abstract

(57)【要約】ファジー論理を使用して自動ＨＶＡＣ（加熱、通気および空気調和）システムを制御する方法および制御システム。前記制御システムは車両の運転者によって設定される望ましい車両空気温度および空気流を生じさせるため様々の気象制御センサによって発生される信号に応答する。ファジー論理計算はファジー規則およびメンバシップ関数に基づいて実行されて非線形補正を提供するとともに搭乗者が快適性のレベルの説明において使用し得るそれと同じ発見的用語で制御が表現されることを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】自動車ＨＶＡＣシステムを制御する方法およびシステム本発明は自動車ＨＶＡＣシステムを制御する方法およびシステム、特に、ファジー論理を使用する自動車ＨＶＡＣシステムを制御する方法およびシステムに関する。本願は“規定温度範囲内の空気の排出を防止するため自動車ＨＶＡＣシステムを制御する方法および制御システム”および“自動車ＨＶＡＣシステムを制御する線形制御アルゴリズムを修正する方法およびシステム”という名称を付された米国特許出願０８３７５７および０８３５８９と関連する。自動車加熱、通気、および空気調和（ＨＶＡＣ）システムの基本目的は車両搭乗者を快適にすることである。この目的を達成するためには、車室条件を確立する制御システムの設計が快適性と快適性に影響する諸変数との間の関係を考慮に入れることが重要である。人の快適性は所与の諸条件に対する物理学的、生物学的、および心理学的応答と関連する複雑な反応である。この複雑性の故に、エンジニアはそのような制御システムまたはコントローラの設計戦略において諸変数およびそれらの可能的相互作用を考慮しなくてはならない。快適性に影響する多くの変数を測定しかつ制御する企画において、近代的自動車ＨＶＡＣシステムは多数のセンサおよび制御アクチュエータを有する。典型的システムはおそらく車室の内部に１つの温度センサを有し、１つは外部において周囲温度を測定し、他のいくつかはシステム内部機構の様々の温度を測定する。搭乗者は設定点またはその他の調整装置を介してシステムに対していくつかの人力を有し得る。太陽加熱負荷（ｓｕｎｈｅａｔｉｎｇｌｏａｄ）、湿度などを測定する付加的センサがシステムにとって利用可能であろう。アクチュエータのセットは可変速度ブロワ、空気温度を変える何らかの手段、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気比を制御するダクト類およびドアをおそらく含む。可能的条件の範囲を区別し、快適性を達成するために必要とされるものを決定し、そして利用可能なアクチュエータのセットの制御を協調させることはコントローラの仕事である。この多重入力、多重出力制御問題は伝統的制御理論のいかなる好都合なカテゴリにも分類されない。パフォーマンス基準、快適性、はあるよく定義された公式ではなく、ときには経験的に決定される矛盾した目標である。特に、快適性制御は温度制御と同じことではない。システムの応答はシステム変数と所望パフォーマンス、快適性、との間の関係と同様にめったに線形でない。また、制御のため利用可能なすべてのアクチュエータおよび変数にもかかわらず、その下では快適性が達成されえない条件が存在することに留意することも重要である。寸法、エネルギ消費量、コストおよび自動車がさらされる諸条件の広い考えられる範囲の実際的な考慮によって、システムプラントは必要とされるものを多分簡単には供給できない。すべてのこれらの考慮は伝統的制御理論において通常遭遇されるものとは全く異なる制御問題に行き着く。これら問題点に直面して、ほとんどの制御システムの設計はよく知られているもの−線形制御−を採用しそして必要に応じて特別の状況を処理するため一時しのぎの特定の対策によってそれを補足した。換言すると、典型的な自動車自動気象制御システムは快適な内部環境を維持するために線形比例制御を使用している。しかし、搭乗者の主観的快適性の観点から見たとき線形比例制御に関し２つの重大な限界がある。第１に、いかなるＨＶＡＣシステムにも本質的には非線形である若干の制御状況が存在し、そして第２に、以下においてさらに極めて詳細に説明されるように単に所望温度との近似性を維持することによって搭乗者の快適性を実現することは可能でない。典型的ＨＶＡＣ気象制御システムの設計は車両が遭遇する可能性のある最も極限的な高および低周囲条件下で容認できる搭乗者快適性水準を提供する必要性をもって出発する。これら条件に対して、制御システムはＨＶＡＣユニットに一方向または他方向にピーク出力を働かせることを要求している。設計考慮事項はこれら極限を処理するためにプラント能力および熱伝達効率に集中する。制御システムは１つまたはそれ以上の入力信号が特定水準の快適性制御が達成可能であることを表示するまで効果的に集中される。この点において前記システムはブロワ速度、排出空気の配置（作動モード）、および被冷却および被加熱空気の相互ブレンドのその制御を緩和し始める。この領域における制御への最も簡単なアプローチは制御を２極限間の直線に従わせることである。そのような線形制御アルゴリズムは適当な方式で出力を調整しそしてそのパラメータは２極限領域の開始点に基づいて容易に決定される。よく規定されたＨＶＡＣシステムおよび十分な開発的評価によって、様々の作動条件に対する満足な水準の快適性を提供する係数を調整することができる。線形アプローチはきわめてよく理解されそして実行容易である。マイクロプロセッサをベースとする小形のコントローラにとって、その本質は数行のコードで表現される。線形アプローチは非線形状況を扱うとき明らかな限界を有する。すべてのＨＶＡＣシステムはそれらの運転の様々の領域において非線形的に動作する。ブロワ速度の関数としての熱の伝達は非線形である。いかなるプラント出力制限の開始も非線形的態様で所望の応答に影響を及ぼす。プラント限界に影響を及ぼす因子は付加的センサを介して追跡され得、例えば、エンジン冷却材温度（ＥＣＴ）は加熱器コア温度と相関するが、やはり、関係は非線形である。特殊な非線形状況の取扱いのための通常のアプローチはこれら状況が探知されたとき通常線形戦略の論理に基づいた修正を使用することである。したがって、寒冷な気象において、加熱器コアが車室を暖めることができないことを示す特定しきい値よりＥＣＴが低いときは、ブロワはオフに切り換えられるであろう。非線形性の問題に対するこの特別の解法はそれ自体の問題を生じさせる。複式ＥＣＴしきい値スイッチの場合において、線形戦略との相互作用は困難に直面する。しきい値ＥＣＴが通されるとき、前記スイッチはブロワをオンに切り換える。自動車は寒冷であるから、ブロワは直ちにその最高設定値になりそして２つの問題を生じさせる。第１は最大吐出しで働くブロワによって生じる騒音レベルである。第２の問題はシステム内のすべての残留寒冷空気が顧客の足元に対し直接に吹付けられて不快感を生じさせることである。現在の問題点に加えて、新車ラインは克服することが容易でない追加の問題をひき起こす。現在の車両設計におけるフードの内側および下側の格納空間の減少は放出温度のための伝達機能を、特に周囲温度の極限で運転しているとき、さらにいっそう非線形にした。制御戦略における（ファジーとは反対の）クリスプ（ｃｒｉｓｐ）論理の応答は人快適性が目的とされるときよく適さない。環境の突然の変化はほとんどの人によって好意的には知覚されない。クリスプ論理遷移によって生じる突然の変化の効果は入力または出力の濾過を通じて隠され得ることは真である。また、結果として生じる条件の若干は不快感の一レベルとして搭乗者によって経験され得ない。例えば、加熱器のウォームアップは、線形であれまたは非線形であれ、システムが最大限の冷却を行っている暑い日は快適性に何らの影響も及ぼさない。既に言及されたように、ほとんどの人びとの場合、快適性の説明は特別に正確ではない用語で表現される。もし人びとにかれらの快適性をどのように説明するか、人が質問するならば、“すこし寒い”、“快適”、あるいは“とても暑い” などの答えが返ってくる。人の快適性はそのような漠然とした用語で容易に表現され得るが、これらの表現を量的に解釈することはより困難である。快適性の説明の不正確な本質は快適性制御のための戦略の特定化においてファジー論理を用いる結果になる。ファジー論理は漠然と表現される知識を組み入れそしてなお明確な計算可能な答えに到達する手順を提供する。ファジー論理は若干の不確実性または漠然性を包含する知識を取扱うための一方法論である。ファジー論理の基礎は１９６０年代にＬ．Ａ．Ｚａｄｅｈによって“ファジーセット（ＦｕｚｚｙＳｅｔｓ）”、Ｉｎｆｏｒｍ．Ｃｏｎｔｒ．、８ｐｐ．３３８−３５３、１９６５、と題された彼の論文に記載されている。現在の工学技術的適用において、ファジー論理はＥ．Ｍａｍｄａｎｉによって “言語的合成を使用する近似的推論へのファジー論理の適用”、ＩＥＥＥコンピュータ会報、（１９７７）Ｃ−２６、Ｎｏ．１２、ｐｐ．１１８２−１１９１、と題された彼の論文に記載されるごとき“最大−最小（ｍａｘ−ｍｉｎ）”ファジー推論と呼ばれる特別の手順の形式で制御問題に最もしばしば見いだされる。この手順は特別の制御動作を計算するための規則セットに異なる状況のための適当な制御応答の近似的知識を組入れる。これら規則は“もし（ＩＦ）（状況が持続する）ならば、そのとき（ＴＨＥＮ）（帰結制御作用が生じる）”の用語で表現される。特定の帰結作用が生じる度合いはその対応する条件が持続する度合いに依って決まる。状況または帰結制御作用の言語的表現は特定メンバシップ関数（ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）を介して明確な計算に変換される。メンバシップ関数は入力変数、温度の値に依存して、等級、“高い（ｈｉｇｈ）”、におけるメンバシップの程度を限定することによって“温度は高い”のごとき語句によって意味されるものを量化する。米国特許第５１４８９７７号は壁温度を測定するため赤外センサを使用しそしてファジー論理を使用して室温を修正するために該値を使用している。米国特許第５１５６０１３号は発電機を有する吸着式冷凍装置のための制御装置を開示している。発電機の加熱量はファジー論理計算によって制御される。ファジー論理アルゴリズムは標準方式で出力値を計算するため入力および出力メンバシップ関数の標準マトリックス選択を使用している。米国特許第４９１４９２４号は動力伝達装置パフォーマンス対空調パフォーマンスの相反するトレードオフを均衡させるため空調システム状態と共にドライバの意図を感知する。ドライバの意図はスロットル位置センサおよび優先スイッチを介して感知される。空調システム状態は大部分のシステムにおいて見いだされる標準的センサ一式を介して感知される。標準ファジー論理推論が直接使用されて気象制御の通常機能を遂行させると共にトレードオフを処理する。本発明によれば車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ、空気温度を変える手段、ダクト系、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータおよび車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御する方法であって：差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する過程；差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程；および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記システムをして空気を排出せしめるため第１のセットのアクチュエータの位置およびブロワの速度を制御する制御信号を発生する過程を有する方法が提供される。本発明は次ぎに添付図面を参照して例によってさらに説明される。図面において：第１図は本発明の方法および制御システムによって制御され得る空気処理システムを例示する概略図であり；第２図は本発明の中央システムの概略ブロック図であり；第３ａ図から第３ｅ図は先行および対応帰結メンバシップ関数を含むブロワ速度規則セットを示すグラフであり；第４図は第３ａ図から第３ｅ図の規則セットから生じるグラフで示した応答（ｒｅｓｐｏｎｓｅ）面であり；第５ａ図から第５ｅ図は先行および対応メンバシップ関数を含むモードシフト規則セットを示すグラフであり；第６図は第５ａ図から第５ｅ図の規則セットから生じるグラフで示した応答面であり；第７ａ図から第７ｈ図は先行および対応メンバシップ関数を含むオフセット規則セットを示すグラフであり；第８ａ図から第８ｃ図は先行および対応メンバシップ関数を含む目標調整規則セットを示すグラフであり；第９図は周囲温度の関数としての可変目標調整のグラフであり；第１０ａ図から第１０ｃ図は先行および対応帰結メンバシップ関数を含む利得変数、Ｇ₃、規則セットを示すグラフであり；第１１ａ図から第１１ｃ図は先行および対応帰結メンバシップ関数を含む利得変数、Ｇ₄、規則セットを示すグラフであり；第１２図は除外された温度がヒステリシスループによって示されている排出温度対ブレンドドア位置のグラフであり；第１３図はブロワモータ電圧およびブレンドドア位置対車内温度のグラフであり；第１４図は７５度設定点における先行技術および本発明における車内温度対周囲温度のグラフであり；第１５図は加熱器ウオームアップ間のブロワ速度対エンジン冷却材温度のグラフであり；第１６図は第１図の空気処理システムの一モデルの概略図であり；第１７図は入力温度を有する空気の一塊と空気処理システムの一部との間の一相互作用の一例の概略図である。一般的に、自動車内の温度の制御は車室へ供給される空気の温度および流れを調節するための各種のアクチュエータを使用して達成される。第１図は全体として２０をもって表されているＨＶＡＣ（加熱、通気および空気調和）システムの空気処理システムを概略的に示している。システム２０はパネルデフロスト、フロアパネル、温度ブレンドおよび外部再循環空気アクチュエータまたはドア２２、２４、２６および２８の配列を含んでいる。ドア２２、２４および２８は第１図に示されるような在来の方式でそれらの真空、部分真空および非真空の諸位置の間で真空モータ（図示されず）によって駆動される。ドア２６はやはり在来の方式で電気サーボモータによって駆動される。前記システム２０はまたブロワホイール３２を有する可変速度ブロワモータまたはファン３０を有する。前記システムはさらに典型的な自動車空気調和プラント（ｐｌａｎt）における加熱器コア３４および蒸発器コア３６のごとき加熱および冷却要素を有する。上記構成要素のおのおのは温度、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気比を制御するためダクト系３８と連通している。車室内の空気の温度および流れの自動制御のため、車室の外部の諸条件はセンサによって監視されそして電子コントローラが前記センサによって表示される諸条件に従って前記プラントアクチュエータを制御するための信号を発生する。第２図に示されるように、ＨＶＡＣシステムの典型的な全必要数のセンサは車内温度、周囲（外部）空気温度、エンジン冷却材温度（ＥＣＴ）、排出空気温度および太陽負荷を表す信号を提供する。さらに、ドライバによって手動的に設定される所望温度を表す設定信号すなわち設定温度値がある。次いで、車内−設定温度（車内マイナス設定温度）信号および設定−７５（設定温度マイナス７５度Ｆ［２４°Ｃ］）信号が発生または計算される。これら信号は条件付け回路４２によって条件付けされた入力として電子コントローラ４０へ提供される。コントローラ４０は入力信号を基準化しそして基準化された出力信号をハードウェアコントローラ４４による使用のために提供し、次いで前記コントローラ４４は空気の温度および流れを調整して最終的に車内のドライバおよび乗客の快適性を維持するように前記ドア２２から２８までを制御する。第１６図を参照すると、第１図の気象制御プラントの物理的モデルに基づいた排出温度モデルが例示されている。特定温度の空気の一塊を得るために使用される過程は該一塊と前記システムの様々の要素との一連の相互作用に分割され得ると仮定される。第１７図は温度Ｔ_入の空気の一塊と温度Ｔ_要素の一プラント要素との間のそのような一相互作用の一例を示している。入力空気の温度は、どのくらい長く該空気が該要素と接触しているかに応じて、該要素の温度に向かって“ 減衰”する。前記相互作用後に結果して生じる空気温度は次式によって得られる：上式でＴ_要素は要素の温度、ｔは相互作用時間、そしてｔ₁は相互作用のための時間定数である。この公式は結果として生じる温度がＴ_要素とＴ_入との間であることを保証する。相互作用時間はブロワ速度の関数である。人はおそらく通常は相互作用時間はブロワ速度に逆比例すると予想するであろうが、加熱器コアとの相互作用の場合においてはデータは正比例を示している。第１６図のシステムは、再循環ドア２８の位置いかんによって、Ｔ_周囲またはＴ_車内の何れかの空気をもって始まる。この空気は最初に（ブロワホイール３２を通じて温度変化は生じないと仮定して）Ａ／Ｃコアまたは蒸発器３６と相互作用し、そして次ぎにブレンドドア２６によって２つの経路に分割される。空気の一部分は加熱器コア３４と相互作用しそして残部分は素通りして前記加熱された空気と再び合流して混合する。人は加熱器コア３４へ導かれる空気の一部分はブレンドドア位置に正比例すると仮定する（しかし、いかなるより適切な関数もそのために代えられ得る）。最終の相互作用はブレンドドア２６の先方の排出ダクト系の壁を相手にして生じさせられる。前記壁がＴ_車内であると仮定すると、相互作用時間は、Ｔ_壁と同様に、ドア位置いかんによって決まる。このモデルの各種パラメータは常識によってまたはデータに合わせることによって選ばれる。例えば、人は４４度（６．６°Ｃ）をＴ_蒸 _発器として、ＥＣＴをＴ_加熱器として、そして既に言及されたようにＴ_車内をＴ_壁として使用する。相互作用のための時間定数はすべて合わせられる。例えば、データはｔ₁は大きい、すなわち、Ｔ_B＝Ｔ_蒸発器であることを示す。既に言及さ３たように、相互作用時間は加熱器コア３４の場合においてはブロワ速度に比例している。またパラメータの適合は最小２乗法のごときより厳格な手順を介して為され得る。このモデルからの排出温度のための計算値は下に説明されるごとき好適制御戦略によって使用される最終値を与える１５秒時間定数をもって濾過される。このアプローチは追加センサの必要性を無くするが、依然として実際値の数度以内の排出温度を提供する。制御アルゴリズムはセンサ入力を受取って制御出力を生じさせる数学的手順のための名である。以下において温度調整および乗客の快適性を制御するための第２図における規則セット４６によって例示されるファジー論理に基づいた制御戦略が詳細に説明される。第２図のファジー論理システムのブロック図において、センサ入力は条件付けされ、基準化され、そしてコントローラ４０のファジー推論エンジンへ送られている。様々の制御関数−ブロワ速度、オフセット、目標設定点、モードシフト、再循環、新モードシフト、ターム補正等−のための規則セットが、遂行さるべき戦略の細部を推論エンジンに提供する。ファジー出力は乗客室に供給される空気の流れおよび条件付けを達成するモータ、アクチュエータおよびドアを制御するためのルーチンへ送られる。制御のための規則セットの基本は制御操作の容易な校正および調整を可能にする様式で前記戦略を組織化する。制御アルゴリズムは排出温度の範囲は極めて快適であるとして経験されないことを考慮に入れるべきである。通常のアプローチはその温度が特定範囲内であるときプラントによって生じる空気を“隠す”ことである。空気はそれを部分的にデフロスト出口を通じてそして部分的にパネルを通じるよりはむしろフロアへ導くことによって“隠される”。本願はそれによって非快適温度範囲が全く生じさせられず、依然として調整および乗客の快適性が維持される手段を説明する。排除空気アルゴリズムは非快適範囲が下から接近されるとき該非快適範囲の下限のすぐ下に排出空気温度を維持しそして非快適範囲が上から接近されるとき非快適範囲のすぐ上に排出空気温度を維持することによって働く。第１２図は（他の変数が一定に保たれている場合における）ブレンドドア位置の関数としての排出空気温度の依存関係のグラフであり、除外された温度の領域を示している。この領域に対するアプローチは多数の方法：排出温度の実測定、センサおよび既知アクチュエータ情報からの排出温度のモデル化、または周囲温度および設定点温度の特定条件に対する特定上または下位置、の何れかによって探知される。第２図におけるがごとく、ブレンドドア位置は戻り矢印によってコントローラ４４へフィードバックされる。この戦略の実行は第６図に示されるように周囲温度と調整誤差とに条件付けされたたファジーモードと呼ばれる変数の計算によって為され、該モードにおいては太陽負荷および排出温度のごとき他の変数は一定であると仮定される。この変数の値は（第１２図に矢印によって表されるように）モード遷移が起きるとき時を決定する。もし現モードがフロアでありそしてこの変数が特定しきい値を越えるならば、モードはパネルに切換わる（すなわち、真空モータがフロア−パネルドア２４をそのＮＶ位置まで動かしパネル−デフロストドアはそのＶ位置に在る）。もし現モードがパネルでありそしてこの変数が特定しきい値より下に落ちるならば、モードはフロアに切換わる（すなわち、真空モータはフロア−パネルドア２４をそのＶ位置まで動かしパネル−デフロストドア２２はそのＶ位置に移る）。第６図は調整誤差および周囲温度の関数としてファジーモードの値を示している（これらは調整誤差の場合−２０から＋２０そして周囲温度の場合１０から１２０であるそれらの実範囲よりはむしろ−１と１との間にスケーリングされて示されている）。表面のまん中におけるＬ形にされた平坦領域において求められる数値は０に達する。この領域の寸法はモード間の切換えにおけるヒステリシスを決定する。下の等式１は先行技術における線形制御公式である。計算される制御値は基準化されそしてブロワ速度およびブレンドドア作動の両方のために使用される。係数Ｋ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、およびＫ₄は結果として生じる制御におけるそれらのそれぞれのターム（ｔｅｒｍ）の効果に対し補償するように補正されなくてはならない。制御値＝オフセット−Ｋ₁×太陽＋Ｋ₂×（設定点−７５）＋Ｋ₃×（７５−周囲）＋Ｋ₄×（設定点−車内）（１）本発明のファジー−線形制御においては、計算は上の等式１におけるそれと同じ形式を採用し、係数および変数の単に幾つかが今はファジー出力変数である。例えば、次式を検討せよ。ファジー線形値＝オフセット−Ｇ ₁×太陽＋Ｇ ₂×（設定点−７５）＋Ｇ ₃×（７５−周囲）＋Ｇ ₄×（目標−車内）（２）ここで、すべての下線付き記号はセンサ入力の関数として計算されたファジー出力変数を表す。“ファジー出力変数”は、１セットの規則を使用するマムダニの前記論文に説明されている通常ファジー論理最大最小アルゴリズムによってセンサ入力から計算される変数を意味する。明らかにこの形式はその可能制御挙動において線形制御を包摂するが、それは適切に非線形であり得そしてまた以下において説明されるように直接ファジー制御をも包含する。様々の利得の何れかをファジー変数であるように選択することは校正ブレンディング（ｂｌｅｎｄｉｎｇ）を可能にする。人が冬季テスト間に４．５、春季テスト間に０．５０、そして夏季テスト間に０．６０のＧ ₄に対する校正値を得たと仮定せよ。第１１ａ図から第１１ｃ図に図解されるファジー評価プロセスはこれら校正値を合理的な様式で周囲温度の関数としてブレンドするのに使用され得る。校正値は１つも同意されそして選択されることを必要とせず、その代わりに周囲温度がその目盛定めがＧ ₄の値の決定において役立つインジケータとして使用される。等式２におけるファジー変数、“目標”、は物理的、機械的、または心理学的原因による設定点変化と最も論理的に関係づけられる制御の変化を補正するのに使用され得る。例えば、大部分の顧客は７２度（２３．８０°Ｃ）設定点によって意味することは“快適”であり、ほとんどの環境においてまさにその値の設定点であるが、様々の理由によってそれは異なる温度に移行することが決定されると仮定せよ。冬においてはたとえ顧客の設定が７２度であっても“快適”は７５度の実温度を意味し得る。夏においては、それは７２の設定に対して６８度の実測値であり得る。第１１ａ図から第１１ｃ図はいかにしてこの顧客の“意味上のオフセット”が目標ファジー変数を介して補正され得るかを図解している。人は目標＝設定点＋目標調整を選択する。ここで目標調整はグラフに従って作用する。等式２におけるファジー変数、オフセットは、容易に前記カテゴリに分類されないすべてのその他の非線形効果を補正するのに使用される。第７ａ図−第７ｈ図は前記オフセットを規定するメンバシップ関数を示す。もし、例えば、低温気象始動のために、人がより急速にエンジンを暖めることを可能にするため加熱器コア３４の上で空気流をブロックすることを欲するならば、オフセットはエンジン温度のファジー変数であるように選択されるであろう。オフセットの値は、周囲温度の関数として利得がブレンドされた同じ方式でその通常校正値とエンジン温度の関数として加熱器コア３４を完全にブロックする値との間でブレンドされるであろう。等式２におけるファジー出力変数Ｇ₃は外部空気が極めて低温であるとき比較的高い熱損失率を補正するのに使用される。人は単にもしＡＭＢが低いならば、そのときＧ₃は（その定常値に相対して）高いという規則を加える。すべてのこれら特徴は、例えば、開発時間の短縮化を伴ってより容易な校正および調整を可能にする、より簡単でより自然な構成によって直接ファジー論理制御が提供され得る非線形制御の諸利益を提供する。第３ａ図−第３ｅ図および第４図と共に再び第１図および第２図を参照すると、自動車加熱／空気調和システム２０の所望ブロワ速度は温度誤差（車内温度− 設定点温度）およびエンジン冷却材温度（ＥＴＣ）の関数と見なされ得る。もし誤差が小さいならば、低いブロワ速度が望まれる。もし誤差が正かつ大である（内部が暑い）ならば、車内を冷やすため高い速度が必要とされる。もし誤差が負（車内が冷たい）でありそしてエンジンが冷めているならば、除霜のため小さい速度が必要とされるが、もしエンジンが暖まっているならば、車内を暖房するため高い速度が必要とされる。記述“小さい誤差”、“高い速度”などは第３ａ図 −第３ｂ図に示した規則セットにおけるメンバシップ関数によって定義される。第３ａ図−第３ｂ図において、１つの規則が有効である度合いはそれぞれの入力値に依存する左側の先行メンバシップ関数から計算される。右側の帰結メンバシップ関数は先行状態が関係するとき取られる制御作用（ブロワ速度）の度合いを限定する。ブロワ速度のための発見的規則は下記の通りである。１．もし車内が設定温度に近いならば、そのときブロワは低速になる傾向がある。２．もし車内−設定温度が高いならば、そのときブロワは高速になる傾向がある。３．もし周囲温度がきわめて暑いまたは寒くかつ車内が設定温度に近いならば、そのときブロワは中速になる傾向がある。４．もし車内−設定が負でありかつエンジン冷却材温度が高いならば、そのときブロワは高速になる傾向がある。５．もし周囲温度が低くかつエンジン冷却材温度が低いならば、そのときブロワは低速になる傾向がある。このようにして、ブロワ速度はＥＣＴ（１００°〜１８０°Ｆ［３７．７°〜８２．２°Ｃ］）によって変化する；ブロワ速度は残留空気を気づかれないようにきれいにするためゆっくりと増す；そしてブロワからの騒音は速度のなだらかな増加によって減らされる。前記５つの規則を評価することは第４図に示される応答を提供する。換言すると、第４図は第３ａ図乃至第３ｅ図の規則セットから結果として生じる応答面を例示する。ブロワ速度はエンジン冷却材温度（ＥＴＣ）および車内−設定点温度差の関数である。前記温度差およびＥＣＴは華氏の度数単位で示されており、そしてブロワ速度はブロワファンのボルト数に対して目盛定めされている。このやや非線形の応答は記述された諸規則に説明された状態の各々に対して意味をなすが、諸領域の間に滑らかに内挿する。ファジー論理は当然に非線形である。線形制御はファジー制御によって包摂され、そしてもし欲するならば、ファジー制御を線形にすることが可能である。多くの制御問題において、非線形性はいくつかの困難と関係づけられる。しかし、ファジー制御から生じる非線形性は所望戦略の論理からの当然の帰結である。もし該戦略が問題に対して適切であるならば、結果として生じる非線形応答に関して特別の困難は生じないはずである。多数の他の方法論のいかなる１つ、例えば、参照用テーブルでも第４図に見られるものと同じ所望の応答を生じさせ得る。一方、前記応答を生じるにいたる前記構成は特に簡単でありそしてファジー論理の場合において理解できる。ファジー論理戦略を容易に理解させそして支持させるのは、１セットの規則の形式にされた制御戦略の構成である。ファジー制御アルゴリズムの他の一特徴は任意の特定のコーナ（例えば、この例において、デフロストのためのブロワ速度の量）における応答がほかのところにおける応答に影響を及ぼすことなしに独立して調整され得ることである。もし制御空間の或る区域が独特の注意を必要とするならば、制御空間の他区域における制御動作に影響を及ぼすことなしに十分な制御を提供するため１つの規則が追加され得る。再び第２図を参照すると、ファジー気象コントローラ４０は好ましくはその計算のためにモトローラ６８ＨＣ１１を使用する。このマイクロプロセッサは５１２バイトのＲＡＭおよび１２キロバイトのＲＯＭを組込まれている。それは５００ナノ秒命令サイクル時間を提供する８メガヘルツクロックを使用する。８チャネルＡ／Ｄコンバータが前記マイクロプロセッサ内に統合されている。８つのチャネルのうち４つは制御システムによって使用される入力、すなわち、周囲（外部）温度、エンジン冷却材温度、内部温度、および太陽負荷を測定するのに使用される。前記システムへのもう１つの入力は、制御ユニットのフロント面上のボタンを使用して車両搭乗者によって調整され得る設定点温度である。システム出力は、取入空気モード、吐出空気モード（新鮮空気または再循環）、ブレンドドア位置、およびブロワ速度である。後者２つの出力は連続値化され、前者は不連続である。ファジー論理制御計算は基準化された入力値を取入れそして単一相対出力値を生じる。４つのシステム出力があるから、４つの規則セットがある。連続値化出力の場合、ファジー論理出力値は基準化されそして直接的に使用される。不連続出力の場合、出力値はシステムの特定モードまたは状態を生じさせるためしきい値と比較される。前記コントローラ４０は好ましくは最初にＣにおいてプログラムされそしてマイクロプロセッサ命令にクロスアッセンブリされる。各ファジー規則セットはランタイム間における効率的計算を可能にする形式に予め変換されている１セットの表としてファジーエンジン内に組込まれる。ファジー論理制御手順は毎３０ミリ秒に実行される主ループの一部と呼ばれる。ファジー論理エンジンはＲＯＭの概ね６００バイトを占めそしてその実行間にＲＡＭの１２バイトを使用する。ファジー計算のための実行時間は典型的に２０ミリ秒である。再び第２図を参照すると、ファジーエンジンへの主入力は車内−設定温度差および絶対エンジン冷却材温度である。設定または目標温度は、車内−設定、７５ −周囲、および設定−７５温度差の線形組合せ並びに太陽ロードセンサからの入力から得られる。目標温度はシステムがゼロ誤差を生じさせるため到達するべく努力している車内温度として規定される。ホットエンジン作動間、ブロワ電圧対目標温度はブロワ電圧の最低限が目標温度において生じる“Ｖ”曲線として概略的に形づくられる。車内温度が目標温度からそれるにつれて、ブロワ電圧は目標の何れかの側において増す。ファジー論理入力メンバシップ曲線の成形を通じて最適ブロワ電圧がいかなる車内目標誤差に対しても得られる。低温起動、不足加熱状態からの暖気運転間、エンジン冷却材温度からそれらの入力を得るファジー規則が働く。もしＥＣＴがＣＥＬＯ温度（１１０°Ｆ［４３．３°Ｃ］）より低いならば、ブロワ電圧は最小限に保たれそしてデフロストモードが働く。ＣＥＬＯ温度において、混合モードへのモードシフトが生じる。混合モードは１０秒間働きそして次ぎにフロアモードが後続する。ＣＥＬＯ温度を超え、そして１８０°Ｆ（８２．２°Ｃ）に達すると、ブロワ出力は漸増し、最後に高温エンジン状態下で定常的に得られる最大値に達する。このブロワの勾配はＥＣＴおよび車内−目標温度誤差を受け入れるファジー論理規則の形成を通じて制御される。ブレンドドア戦略は車内−設定、７５−周囲、設定−７５および太陽負荷値の線形組合せとして実行される。ブレンドドア動作は若干の排出空気温度を除外する特性を通じて向上される。暖かい空気をパネルダクトからそして冷たい空気をフロアダクトから排除することは望ましくないから、ブレンドドア位置はモード遷移に近づくとき不適正な排出空気温度を防止するために特定位置にロックされる。これらロックされた位置はモードシフトヒステリシスによって追跡しそして排出空気温度とモードシフトとの間において協調制御を生じさせる。さらに、排出空気温度をモードシフトとより良く協調させるため、混合モードはパネルからフロアへのモードシフト間ではなくフロアからパネルへのモードシフト間に自動モードで入力され得るにすぎない。モードシフト間、副ドア位置は実モード遷移が生じる前にブレンドドアがその新目標位置に達する機会を持つように時間的に僅かに遅延させられる。次ぎに第５ａ図から第５ｅ図を参照すると、ＨＶＡＣシステム２０において空気を導くための望ましいモードは周囲温度および温度誤差（線形温度−設定点温度）の関数と見なされ得る。説明は第５ａ図から第５ｅ図に示される次ぎのごとき発見的規則セットにおけるメンバシップ関数によって規定される：１．もし車内−設定が高いならば、そのときモードはパネルになる傾向がある。２．もし車内−設定が低いならば、そのときモードはフロアになる傾向がある。３．もし車内が設定温度に近いならば、そのときモードはフロアとパネルとの中間になる傾向がある。４．もし車内が低くかつ周囲温度が低いならば、モードはフロアになる傾向がある。そして５．もし車内−設定が高くかつ周囲温度が高いならば、そのときモードはパネルになる傾向がある。５つの規則を評価することは第６図に示される応答を提供する。本発明の方法およびシステムは多くの利益を提供する。例えば、搭乗者の快適性はより大きい範囲の諸状態にわたってより信頼可能に維持され得る。特に、周囲温度が変化するにつれての快適性の格づけは先行技術による線形戦略に比し著しく優れていると判断される。第１４図は周囲温度の安定した増加に対する前記システムの応答と、それが従来の線形戦略とはいかに相当異なるかを示している。それは極限温度および中間域温度においては釣り合うが他のところでは快適性を向上させかつ異なって応答するためのテストを通じて調整される。また前記システムは若干の運転領域における特別の顧客の関心に対処することができる。ブロワ速度の変動は除かれ、したがって不規則なブロワ騒音に関する問題を減らす。顧客の他の関心領域、寒冷な気象におけるブロワ速度開始のそれは既に検討された。本方法およびシステムは第３ａ図−第３ｅ図に示されるようにブロワ速度をゆっくりと増し、本システムがダクトから残留低温空気を気づかれないように除くことを可能にし、そしてブロワを徐々にその理想速度に移行させることによってエンジン冷却材温度の緩慢な上昇に対応する。ブロワ速度開始曲線の形状は第３ａ図−第３ｅ図のメンバシップ関数を調整することによって調整され得る。気象制御システム戦略における本発明の使用はその結果として改善された搭乗者の快適性を生じる。漸次的非線形応答の調整ができることは過去においては優雅に手助けされなかった若干の状況に対処する戦略の設計を可能にした。特に、寒冷な気象における暖気運転間のブロワ速度開始および周囲温度の補償のごとき関心事は本発明が提供する付加的融通性の適切な使用によって改善された。新車両プログラムおよび同時的エンジニアリングの諸要求は新らしい自動車気象制御戦略を開発するため利用できる時間を減らしつつある。したがって、制御戦略はＨＶＡＣシステムが設計されつつあるときそれと同時に開発さるべきである。本発明の構成および融通性はＨＶＡＣシステムの特徴が最終的に決定される以前にすら基本的規則セットを開発することを可能にする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年５月１２日【補正内容】（ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）を介して明確な計算に変換される。メンバシップ関数は入力変数、温度の値に依存して、等級、“高い（ｈｉｇｈ）”、におけるメンバシップの程度を限定することによって“温度は高い”のごとき語句によって意味されるものを量化する。米国特許第５１４８９７７号は壁温度を測定するため赤外センサを使用しそしてファジー論理を使用して室温を修正するために該値を使用している。米国特許第５１５６０１３号は発電機を有する吸着式冷凍装置のための制御装置を開示している。発電機の加熱量はファジー論理計算によって制御される。ファジー論理アルゴリズムは標準方式で出力値を計算するため入力および出力メンバシップ関数の標準マトリックス選択を使用している。米国特許第４９１４９２４号は動力伝達装置パフォーマンス対空調パフォーマンスの相反するトレードオフを均衡させるため空調システム状態と共にドライバの意図を感知する。ドライバの意図はスロットル位置センサおよび優先スイッチを介して感知される。空調システム状態は大部分のシステムにおいて見いだされる標準的センサー式を介して感知される。標準ファジー論理推論が直接使用されて気象制御の通常機能を遂行させると共にトレードオフを処理する。本発明によれば車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ、空気温度を変える手段、ダクト系、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータおよび車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御する方法であって：差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する過程；差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程；および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記システムをして空気を排出せしめるためアクチュエータの位置およびブロアの速度を制御する制御信号を発生する過程を有する方法であって、前記方法が前記空気流の排出温度を制御するため前記システムに含まれた温度ブレンドドアの位置を変えるように周囲温度および前記差信号に対して条件づけられたファジー変数を計算するため制御アルゴリズムを使用し、該制御アルゴリズムが、前記排出温度とブレンドドア位置との間の関係がヒステリシスループに従うように、除外温度範囲が下から接近されるときは前記排出温度を除外温度範囲の下限より下に維持しそして上から接近されるときは前記排出温度を除外温度範囲より上に維持するように作用することを特徴とする方法。請求の範囲１．車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ、空気温度を変える手段、ダクト系、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータおよび車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御する方法であって、差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する過程と、差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程、および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記システムをして空気を排出せしめるため第１のセットのアクチュエータの位置およびブロワの速度を制御する制御信号を発生する過程を有する方法において、前記方法が前記空気流の排出温度を制御するため前記システムに含まれた温度ブレンドドアの位置を変えるように周囲温度および前記差信号に対して条件づけられたファジー変数を計算するため制御アルゴリズムを使用し、該制御アルゴリズムが、前記排出温度とブレンドドア位置との間の関係がヒステリシスループに従うように、除外温度範囲が下から接近されるときは前記排出温度を除外温度範囲の下限より下に維持しそして上から接近されるときは前記排出温度を除外温度範囲より上に維持するように作用することを特徴とする方法。２．請求項１に記載の方法であって、さらに周囲温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する過程も周囲温度に基づかされている方法。３．請求項１に記載の方法であって、さらに周囲温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程も周囲温度に基づかされている方法。４．請求項１に記載の方法であって、センサの１つが太陽負荷を感知し、そしてさらに太陽負荷温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程も太陽負荷温度に基づかされている方法。５．請求項１に記載の方法であって、センサの１つがエンジン温度を感知し、そしてさらにエンジン温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程もエンジン温度に基づかされている方法。６．車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ（３０、３２）、空気温度を変える手段、ダクト系（３８）、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータ（２２、２４、２６、２８）および車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御するための制御システムであって、差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する手段（４２）と、差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段（４０、４６）および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記ＨＶＡＣシステムをして空気を排出せしめるため第１のセットのアクチュエータ（２２、２４、２８）の位置およびブロワ（３２）の速度を制御する制御信号を発生する手段（４４）を有する制御システムにおいて、制御アルゴリズムが前記空気流の排出温度を制御するため前記システムに含まれた温度ブレンドドア（２６）の位置をかえるように周囲温度および前記差信号に対して条件づけられたファジー変数を計算するため使用され、該制御アルゴリズムが、前記排出温度とブレンドドア位置との間の関係がヒステリシスループに従うように、除外温度範囲が下から接近されるときは前記空気流の前記排出温度を除外温度範囲の下限より下に維持しそして上から接近されるときは前記排出温度を除外温度範囲より上に維持するように作用することを特徴とする制御システム。７．請求項６に記載のシステムであって、センサの１つがエンジン温度を感知し、そして前記システムがさらにエンジン温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段がエンジン温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。８．請求項６に記載のシステムであって、さらに周囲温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が周囲温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。９．請求項６に記載のシステムであって、センサの１つが太陽負荷温度を感知しそして前記システムがさらに太陽負荷温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が太陽負荷温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。１０．請求項６に記載のシステムであって、さらに周囲温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が周囲温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。【図１６】【図１７】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デイジ，ガーハードアランアメリカ合衆国 48025 ミシガン州フランクリン，オールドトレイル 31230 (72)発明者マッテソン，ロバートウエインアメリカ合衆国 48105 ミシガン州アンアーバー，イエローストーンドライブ 3448

Claims

【特許請求の範囲】１．車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ、空気温度を変える手段、ダクト系、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータおよび車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御する方法であって、差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する過程と、差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程、および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記システムをして空気を排出せしめるため第１のセットのアクチュエータの位置およびブロワの速度を制御する制御信号を発生する過程を有する方法。２．請求項１に記載の方法であって、さらに周囲温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する過程も周囲温度に基づかされている方法。３．請求項１に記載の方法であって、さらに周囲温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程も周囲温度に基づかされている方法。４．請求項１に記載の方法であって、センサの１つが太陽負荷を感知し、そしてさらに太陽負荷温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程も太陽負荷温度に基づかされている方法。５．請求項１に記載の方法であって、センサの１つがエンジン温度を感知し、そしてさらにエンジン温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する過程を有し、そして前記発生する過程もエンジン温度に基づかされている方法。６．車両の乗客室へ空気流を排出する車両の加熱、通気および空気調和（ＨＶＡＣ）システムであって可変速度ブロワ（３０、３２）、空気温度を変える手段、ダクト系（３８）、空気流の方向および新鮮空気対再循環空気の比を制御するための様々の制御位置を有するアクチュエータ（２２、２４、２６、２８）および車室内の温度、周囲温度および目標設定点温度を感知するためのセンサを有するものを自動的に制御するための制御システムであって、差信号を得るため車室内の温度と目標設定点温度との間の差を測定する手段（４２）と、差信号とブロワの速度との間のおよび差信号とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段（４０、４６）および差信号、メンバシップ関数およびファジー規則に基づいて望ましい温度および流れを有する車室内へ前記ＨＶＡＣシステムをして空気を排出せしめるため第１のセットのアクチュエータ（２２、２４、２８）の位置およびブロワ（３２）の速度を制御する制御信号を発生する手段（４４）を有する制御システム。７．請求項６に記載のシステムであって、センサの１つがエンジン温度を感知し、そして前記システムがさらにエンジン温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段がエンジン温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。８．請求項６に記載のシステムであって、さらに周囲温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が周囲温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。９．請求項６に記載のシステムであって、センサの１つが太陽負荷温度を感知しそして前記システムがさらに太陽負荷温度とアクチュエータの制御位置との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が太陽負荷温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。１０．請求項６に記載のシステムであって、さらに周囲温度とブロワの速度との間のメンバシップ関数およびファジー規則を規定する手段を有し、そして前記発生する手段が周囲温度にも基づかされた制御信号を発生するシステム。