JPH10147126A

JPH10147126A - 車両用空調装置における空調制御方法及び車両用空調装置

Info

Publication number: JPH10147126A
Application number: JP31859296A
Authority: JP
Inventors: Kazutada Kojima; 一恭小島; Yoshinobu Ito; 榮信伊藤; Hidehiro Adachi; 秀博安立; Choshichi Miyanaga; 長七宮永
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】熱負荷の変動をより事前に把握でき、従来に
比してより快適な空調状態を実現することのできるよう
にする。【解決手段】コントロールユニット１８では、車室内
温度がグラフ理論を用いて推定され、この推定温度並び
にコントロールユニット１８に入力されたエバポレータ
温度等の各種データに基づいて所定式によって、車室内
の熱負荷に相当する信号値が演算されるようになってお
り、この信号値に応じて、ブロアモータ５等の動作がコ
ントロールユニット１８によって制御されることで、熱
負荷の変動をより事前に把握でき、従来に比してより快
適な空調状態を実現できるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用空調装置に
係り、特に、空調制御の快適性の向上を図った車両用空
調装置における空調制御方法及び車両用空調装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両用空調装置として
は、種々の形態のものが提案、実用化されており、本願
出願人においても、既に、様々の形態の車両用空調装置
に関する提案を行っている（例えば、特開平３−５４０
１５号公報等参照）。これら、従来の車両用空調装置
は、基本的には、車室内の現実の温度、車室内へのいわ
ゆる日射量、外気温度等をセンサにより測定し、これら
のデータを基に、車室内の現時点におけるいわゆる熱負
荷を算出し、この熱負荷に応じて、例えば、エアミック
スドアやブロアの制御を行うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の車
両用空調装置では、現実の温度データ等から演算された
略現在の車室内の熱負荷に基づいて空調制御を行うのも
のであったが、本願発明者は、車室内温度の変化を事前
に把握し、それに基づいて空調制御を行うことにより、
空調に対する乗員の快適さをより向上することが可能で
あると考え、本願発明に至ったものである。

【０００４】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、車室内の温度推定を行い、推定された温度を空調制
御に用いることによって、従来に比してより快適な空調
状態を実現できる車両用空調装置における空調制御方法
及び車両用空調装置を提供するものである。本発明の他
の目的は、熱負荷の変動をより事前に把握でき、従来に
比してより快適な空調状態を実現することのできる車両
用空調装置における空調制御方法及び車両用空調装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る車両用空調装置における空調制御方法は、車室内温度
を含む複数のデータを用いて所定の式によって車室内の
熱負荷に相当する信号値を算出し、この信号値に応じて
少なくとも前記車室内への送風温度と送風量とを制御す
る車両用空調装置における空調制御方法であって、前記
車室内温度は、所定の温度推定方法により得るようにし
てなるものである。

【０００６】かかる方法は、特に、車室内の温度とし
て、所定の温度推定方法によって得られたものを用いる
こととし、この推定された車室内の温度等のデータを所
定の式に代入して車室内の熱負荷に相当する信号値を算
出するようにした点に特徴を有するもので、このように
ある時間経過後の推定温度を用いることにより、ある時
間経過後における車室内温度の変化に対する空調状態を
いわば先取りして形成することができるようになり、よ
り快適な空調を実現できることとなるものである。

【０００７】また、請求項４記載の発明に係る車両用空
調装置は、車室内の熱負荷を調整する空調手段と、前記
車室内の空調状態に影響を及ぼす環境条件を検出する環
境条件検出手段と、前記車室内の温度を推定する温度推
定手段と、前記環境検出手段の検出信号及び前記温度推
定手段により得られた推定温度に基づいて前記車室内の
熱負荷に相当する信号値を演算する熱負荷演算手段と、
前記熱負荷演算手段の演算結果に基づいて、前記空調手
段の動作を制御する制御手段と、を具備してなるもので
ある。

【０００８】特に、温度推定手段は、温度推定を行う対
象となる車室内空間について予め得られた熱系のシステ
ムグラフに基づいて得られるグラフ理論におけるタブロ
ー方程式を構成する特性行列の一部の行列要素について
は、各節点における流速の実測値を用いて特性行列を導
出し、前記タブロー方程式を構成するカットセット行列
及びループ行列を、前記熱系のシステムグラフにグラフ
理論を適用して導出し、前記特性行列、カットセット行
列及びループ行列を用いてなるタブロー方程式を解析す
ることによって推定温度を算出するものであって、前記
熱系のシステムグラフは、前記車室内空間に推定温度の
算出を所望する点を複数設定し、当該空間を、前記複数
の点、外気温の影響を表す点及び前記空間に存在する発
熱源を表す点を基準として、熱及び流体を考慮したブロ
ックと熱伝導のみを考慮したブロックに区分して２次元
空間にモデル化し、このモデルにおいて、運動量及びエ
ネルギについての各保存則が成立するとの前提の下、当
該モデルに対してグラフ理論に基づいて予め作成された
ものであるものが好適である。

【０００９】かかる構成においては、空調手段は、車室
内の熱負荷を調整する手段であれば全てのものが含まれ
が、例えば、冷房サイクルを構成するエバポレータとこ
のエバポレータの通過空気の量を調節するエアミックス
ドア等のようなものによって実現されるものである。ま
た、環境条件検出手段は、車室内の空調状態に影響を及
ぼす環境条件を検出するものであれば全てのものが含ま
れる。ここで、車室内の空調状態に影響を及ぼす環境条
件とは、例えば、日射量や外気温等であり、環境条件検
出手段は、例えば、日射量センサや、外気温センサによ
り実現されるものである。そして、本装置においては、
温度推定手段により、本来、いわゆる分布系である熱流
体系としての車室内空間における温度推定を、回路理論
の導入により、比較的簡易に行えるようにし、この温度
推定手段により求められた推定温度を始め、種々の環境
条件としてのデータを所定の式に代入して車室内の熱負
荷に相当する信号値を熱負荷演算手段により算出するよ
うにした点に特徴を有するもので、このようにある時間
経過後の推定温度を用いることにより、ある時間経過後
における車室内温度の変化に対する空調状態をいわば先
取りして形成することができるようになり、より快適な
空調を実現できることとなるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１乃至図１３を参照しつつ説明する。なお、以下
に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。最初に、本発明の実施の形態における車両
用空調装置の構成について、図１を参照しつつ説明す
る。この車両用空調装置は、空調ダクト１の最上流端
が、外気導入口２と、内気導入口３とに分岐されてお
り、この分岐部分には空調ダクト１へ導入する空気を選
択するためのインテークドア４が設けられている。この
インテークドア４は、アクチュエータ１６により、その
位置が変えられるようになっており、アクチュエータ１
６は、後述するコントロールユニット１８により動作制
御されるようになっているものである。

【００１１】そして、空調ダクト１の後流側には、ブロ
アモータ５、エバポレータ６、ヒータコア７が順次配置
されている。なお、エバポレータ６は、図示されないコ
ンプレッサ等と共に、いわゆる冷房サイクルを構成する
ようになっているものである。

【００１２】ヒータコア７は、空調ダクト１の一方側に
偏って設けられており、空調ダクト１の他方の側壁とヒ
ータコア７との間にバイパス通路８が形成されると共
に、ヒータコア７の前方には、ヒータコア７を通過する
空気量と、バイパス通路８を通過する空気量とを調節す
るためのエアミックスドア９が設けられている。

【００１３】さらに、空調ダクト１の下流側は、ベント
吹出口１０、デフロスト吹出口１１及び足元吹出口１２
に分かれて図示されない車室内に開口するように形成さ
れていると共に、それぞれの吹出口には、モードドア１
３ａ，１３ｂ，１３ｃがそれぞれ設けられている。

【００１４】上述したエアミックスドア９及びモードド
ア１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、いずれも、例えばステッ
ピングモータ（図示せず）等のモータを用いてなるモー
タアクチュエータによりその回動位置が変えられるよう
になっている。すなわち、エアミックスドア９は、ミッ
クスドアアクチュエータ１４により、モードドア１３
ａ，１３ｂ，１３ｃは、モードアクチュエータ１５によ
り、それぞれ駆動されるようになっている。また、ブロ
アモータ５は、ブロア駆動回路１７により駆動されるよ
うになっている。

【００１５】コントロールユニット１８は、各種センサ
や、空調状態の設定等のスイッチ入力等の入力信号に基
づいて空調装置の動作制御、すなわち、ブロア駆動回路
１７、ミックスドアアクチュエータ１４、モードアクチ
ュエータ１５等の動作を制御するようになっているもの
である（詳細は後述）。また、この車両用空調装置にお
いては、エバポレータ６の温度Ｔ_Eを検出するエバポレ
ータ温度センサ１９、外気温度Ｔ_AMを検出する外気温セ
ンサ２０、車室内への日射量Ｔ_Sを検出する日射センサ
２１、エアミックスドア９の実際の開度Θ_Aを検出する
開度センサ２２、車室内の温度を検出する車室内温度セ
ンサ２３が設けられており、これらセンサの出力信号並
びに図示されない車室内温度設定器による車室内設定温
度Ｔ_stがコントロールユニット１８に入力されるように
なっている。

【００１６】さらに、車室内（図示せず）の適宜な位置
には、後述するように車室内の温度推定処理に必要とな
る車室内空気の流速検出のために、複数の流速センサ
（図示せず）が設けられており、コントロールユニット
１８に入力されるようになっている。なお、流速センサ
としては、例えば、半導体製造技術を用いて半導体基台
に形成された測温抵抗体を主としてなり、流速に応じた
測温抵抗体の抵抗値変化により流速の検出を可能とした
もの等の公知・周知のセンサを用いることができる。ま
た、この流速センサの配置は、空調に対する乗員のいわ
ゆるフィーリングを向上させるという観点からは、乗員
の近傍に複数設けるのが好適である。

【００１７】次に、上記構成において、コントロールユ
ニット１８によって行われる空調制御の手順について図
２に示されたフローチャートを参照しつつ説明する。空
調制御が開始されると、最初に、各種センサ等により検
出された各種データのコントロールユニット１８への読
み込みが行われる（図２のステップ１００参照）。次い
で、グラフ理論に基づく車室内温度の推定処理（詳細は
後述）が行われることとなる（図２のステップ２００参
照）。そして、この車室内温度推定処理により得られた
推定温度及び先のステップ１００で読み込まれた各種デ
ータを基に、車室内の熱負荷に対応する総合信号が所定
の式によって演算される（図２のステップ３００参
照）。ここで、総合信号Ｔを求める所定式は、例えば、
下記する式１で示されるような形式のものである。

【００１８】Ｔ＝Ｋ_R・Ｔ_R＋Ｋ_A・Ｔ_AM＋Ｋ_S・Ｔ_S−Ｋ_E・Ｔ_E＋Ｋ_st・Ｔ_st＋Ｃ・・・（式１）

【００１９】この式１において、Ｋ_R，Ｋ_A，Ｋ_S，Ｋ_E，
Ｋ_stは、利得定数であり、Ｃは、演算定数である。ま
た、Ｔ_Rは、後述するようにして求められた車室内の複
数の点における推定温度の代表温度である。この代表温
度の設定の仕方は、ここでは、特定しないが、例えば、
いわゆる相加平均を用いる、最高温度のデータを用いる
等、種々選択可能である。

【００２０】上述のようにして総合信号が求められた後
は、総合信号の大きさとエアミックスドア開度との予め
設定された関係に基づいてエアミックスドア９の開度が
決定され、その開度となるようにコントロールユニット
１８によりミックスドアアクチュエータ１４が駆動され
ることとなる（図２のステップ４００参照）。ここで、
総合信号の大きさとエアミックスドア開度との関係は、
所定の式として予め定められたもので、このステップ４
００の実行の度毎その式を演算してエアミックスドア開
度を求めるようにしても、また、総合信号の大きさとエ
アミックスドア開度との関係をいわゆるテーブル化して
コントロールユニット１８の記憶領域に記憶させてお
き、ステップ４００の実行の度毎に、そのテーブルを参
照することで、エアミックスドア開度を求めてもいずれ
でもよい。

【００２１】次に、ステップ３００で求められた総合信
号の大きさと、ブロアモータ５の回転速度との予め設定
された関係に基づいてブロアモータ５の回転数が設定さ
れることとなる（図２のステップ５００参照）。ここ
で、ブロアモータ５の回転速度は、上述のエアミックス
ドア９の場合と同様に、予め定められた式を演算して求
めても、また、コントロールユニット１８に記憶された
テーブルを参照して求めても、いずれでもよい。

【００２２】続いて、エバポレータ６等と共に冷房サイ
クルを構成するコンプレッサ（図示せず）の動作制御が
総合信号の大きさに応じて、先のエアミックスドア９や
ブロアモータ５の制御と同様にして行われる（図２のス
テップ６００参照）。最後に、モードドア１３ａ〜１３
ｃの切り替え制御が、総合信号の大きさに応じて、先の
エアミックスドア９やブロアモータ５の制御と同様にし
て行われ（図２のステップ７００参照）、その後、先の
ステップ１００へ戻り、上述した処理が繰り返されるよ
うになっている。したがって、上述した車室内の空調制
御は、ステップ２００の処理によって求められた所定時
間後の車室内の推定温度分布に基づくデータを取り込ん
で演算された総合信号の大きさに応じて行われるため、
現実の車室内温度等に基づく従来の空調制御に比して、
予め温度変化を見越した従来に比してより快適な空調状
態が得られることとなるものである。

【００２３】次に、先のステップ２００（図２参照）に
おける温度推定処理について図３乃至図１３を参照しつ
つ詳細に説明することとする。なお、図３乃至図１３に
おいては、説明の都合上、符号が先の図１における符号
と一部重複して用いられているが、図３乃至図１３の符
号は、あくまでこれらの図だけのものであって、図１に
おける構成要素を示す符号ではないものとする。まず、
本発明の実施の形態における温度推定は、後述するよう
にグラフ理論を適用して行うものであるが、演算に必要
とされるデータの一つとして、車室内の複数の点におけ
る流速を必要とする。このため、車室内において、複数
の流速計測点を設定する必要があり、図３には、この流
速計測点の設定例が示されており、同図を参照しつつそ
の計測点等について説明する。図３は、いわゆるワンボ
ックスカーの車室内の一例を示すもので、試験を簡単に
するため、車室内の中央付近をパネルにより仕切り、後
部室内のみを対象としたものである（図３参照）。かか
る後部室内においては、後部専用の空調装置（図示せ
ず）により室内温度が調節されるようになっており、そ
のため、後部車室内前方上方の点（図３において符号１
で示された点）と後部車室内前方下方の点（図３におい
て符号９で示された点）にそれぞれ送風機（Blower）が
設けられ、また、後部車室内後方の下部には、出口（図
３において符号１２で示された箇所）が設けられたもの
となっている（図３参照）。さらに、図３において符号
１で示された点及び符号９で示された点には、空調装置
からの空調空気が車室内へ吹き出されるための入口がそ
れぞれ形成されている。なお、この後部室内の略中央に
は、乗員席３０が設置されている。

【００２４】また、車室内の垂直方向（図３において紙
面上下方向）を天井に近い上層部、床に近い下層部、こ
れら上層部と下層部の略中央に位置する中層部の３つに
区分し、上層部においては、略３００ｍｍの間隔で水平
方向に４つの点（図３において符号２，３，４，５が付
された点）で、中層部においては、水平方向に上層部と
同様な間隔をおいて３つの点（図３において符号６，
７，８が付された点）で、下層部においては、水平方向
に上層部と同様な間隔をおいて２つの点（図３において
符号１０，１１が付された点）で、それぞれ流速及び温
度の測定を行った。これは、後述するように本発明の実
施の形態における温度推定方法により求められた推定温
度と、実測値との比較をするためのデータを得るため
と、一部のデータについては、温度推定の計算に用いる
ために必要（詳細は後述）があるためである。なお、こ
の発明の実施の形態において用いられた車両の大きさ
は、後部側の車長が約２１４０ｍｍ、床と天井との距離
が１２３５ｍｍのものである（図３参照）。

【００２５】上記構成の車室内を、熱、流体及び熱伝導
に注目してモデル化したものが図４に示されている。同
図において、実線は熱と流体を考慮したブロックを、二
点鎖線は、熱伝導のみを考慮したブロックを、それぞれ
表している。また、各黒塗りの節点は、先に述べた車室
内の各点に対応している。さらに、符号１３の点は、外
気熱の影響を表すために設けた節点である。またさら
に、符号１０，１１の点においては、エンジンからの熱
を考慮して、発熱があるものとしている。この車室内の
モデル化は、言わば、３次元空間の車室内を、２次元に
モデル化するものであり、この発明の実施の形態におい
ては、車室の前後方向と上下方向についての２次元空間
としている。

【００２６】本発明の実施の形態における温度推定方法
は、このように車室内をモデル化したものにグラフ理論
を適用してグラフ化し、そのグラフからタブロー方程式
を導出し、この方程式を解くことにより、温度推定を行
うものであるが、グラフ理論に基づくグラフ化及びタブ
ロー方程式の導出について、理解を容易にし、説明を簡
潔とするため、以下、図７乃至図１２を参照しつつ単純
化した例について説明することとする。まず、先に図４
に示された車室内にしても、図７に示された単純化され
たモデル例にしても、いずれも非圧縮流体である気体を
対象とするものであり、このような非圧縮流体の挙動
は、基本的には、下記するように、物理学における質
量、運動量及びエネルギに関する３つの保存則を表す式
により解析されるものであることを前提とする。

【００２７】∇・ｕ＝０・・・（式１）

【００２８】 ∂ｕ／∂ｔ＋（ｕ・∇）ｕ＝−∇ｐ／ρ＋ν∇²ｕ・・・（式２）

【００２９】 ρＣp｛∂Ｔ／∂ｔ＋（ｕ・∇）Ｔ｝＝κ∇²Ｔ＋Ｑ′・・・（式３）

【００３０】ここで、ｕは流速、ｔは時間、ｐは圧力、
ρは密度、νは動粘性係数、Ｃpは定圧比熱、Ｔは温
度、κは熱伝導率、Ｑ′は単位質量当たりの発熱量を、
それぞれ示すものである。なお、ここでは、乱流は考え
ないこととするが、レイノルズ係数が比較的大きい場合
の層流を想定しているため、上記式中、粘性項は他の項
と比較して小さいので、解析に際しては、この項を無視
しすることとする。

【００３１】かかる前提の下、図７に示された単純化さ
れたモデル例について説明すれば、、同図には、１次元
流れの流路モデルの例が示されており、このモデルは、
２つのブロックを接続して構成されたものである。同図
において、及びは、ブロックの端点を、は、ブロ
ックの接続点を、それぞれ示すものである。また、境界
条件として、端点における温度Ｔ1としてＴ1＝Ｔが、
端点における温度Ｔ3としてＴ3＝Ｔ′が、それぞれ与
えられており、また、接続点には発熱があり、その単
位質量当たりの発熱量はＱ′であるとする。かかる条件
の下、グラフ理論により、端点における温度Ｔ1の過
渡的な変化状況を求めるとする。なお、以下の説明にお
いては、のような円の中に数字が記述されたものを、
丸数字と称し、このの場合には、丸数字１と表現する
こととする。

【００３２】まず、図７に示されたモデルについて、熱
系及び流体系のシステムグラフを、先の式１乃至式３を
考慮しつつ、それぞれ作成する。すなわち、熱系のシス
テムグラフは、次述するようにして求められるものであ
り、図８にはその熱系のシステムグラフが示されてい
る。最初に、ブロックの端点又は接続点に対して１つず
つ節点を生成する。図８において、丸数字１〜丸数字３
が付された節点は、図７に示された端点及び接続点にそ
れぞれ対応するものである。次に、先の式３の熱伝導項
に相当する枝を生成する。この枝は、各ブロックの両端
の点（端点及び接続点）を接続するものとする。図８に
おいては、枝６，９がこれに相当するものである。次
に、式３の移流項に相当する枝を生成し、この枝の中間
に仮想節点を生成し、枝を２つに分割する。図８におい
ては、枝７，８，１０及び１１並びに丸数字４，５が付
された仮想接点がこれに相当するものである。続いて、
新たに、基準点となるグランド節点ｇ（図８においては
円の中にｇを記載して表記された点）を設け、このグラ
ンド節点ｇと他の節点とを時間項を示す枝で接続する。
図８においては、枝１乃至枝５がこれに相当するもので
ある。最後に、節点に発熱がある場合には、その節点と
基準点であるグランド節点ｇとを発熱を表す枝で接続す
る。図８においては、枝１２がこれに相当するものであ
る。

【００３３】次に、流体系のシステムグラフを次述する
ような要領で作成する。ブロックの端点又は接続点に対
して節点を１つずつ生成する。図９においては、丸数字
１乃至３の節点がこれに相当するものである。次に、先
の式２の移流項に相当する枝を生成する。この枝は、各
ブロックの両端の点（端点及び接続点）を接続するもの
とする。図９においては、枝４，５がこれに相当するも
のである。最後に、新たな基準点となるグランド節点ｇ
（図９においては円の中にｇを記載して表記された点）
を設け、これと他の節点とを時間項を示す枝で接続す
る。図９においては、枝１乃至３がこれに相当するもの
である。なお、上述の説明においては、熱系のシステム
グラフと流体系のシステムグラフとを別個のものとして
説明したが、両システムグラフは、本来は、グランド節
点ｇを介して一つのシステムグラフとしてもよいもので
ある。

【００３４】次に、上述のようにして作成されたシステ
ムグラフに基づいて、カットセット行列Ｑ及びループ行
列Ｂ並びに特性行列Ｈ₁，Ｈ₂，Ｃを求め、これらの行列
式をまとめたタブロー方程式（図１０参照）を導出し
て、これを解析することで、温度推定値等が得られるこ
ととなる。すなわち、熱系の特性行列は、次の要領で作
成される。なお、図１１には、図８に示された熱系のシ
ステムグラフに基づいて作成された特性行列Ｈ₁，Ｈ₂及
びＣが示されている。まず、温度境界のある節点の時間
項を表す枝に相応する行について、特性行列Ｈ₂の対角
成分を１とし、特性行列Ｃの成分を境界温度とする。図
１１（ｂ），（ｃ）に示された特性行列Ｈ₂及びＣにお
いては、第１及び３行目の対角成分がこれに相当するも
のである。次に、境界条件の無い節点の時間項を表す枝
に相応する行について、特性行列Ｈ₁の対角成分を−Δ
ｔ／ρＣpａ_nとし、特性行列Ｈ₂の対角成分を１とし、
特性行列Ｃの対角成分を１ステップ前の温度とする。な
お、ここで、Δｔは、時間刻み幅を、ａ_nは、節点ｎ
（ｎ＝１，２・・・）における節点面積を、それぞれ意
味する。図１１に示された特性行列Ｈ₁，Ｈ₂，Ｃにおい
ては、第２行目の対角成分がこれに相当するものであ
る。

【００３５】次に、仮想節点とグランド節点ｇとを接続
する枝に相応する行について、特性行列Ｈ₂の対角成分
を１とし、仮想節点の上流に接続される節点に相当する
特性行列Ｈ₂の列成分を−１とする。図１１（ｂ）に示
された特性行列Ｈ₂においては、第４及び第５行目の対
角成分並びに第１及び第２列目の成分がこれに相当する
ものである。次に、移流項を表す枝に相当する行につい
て、仮想節点の上流に接続される枝に相応する行は、特
性行列Ｈ₁の対角成分を１とし、特性行列Ｈ₂の対角成分
を０とする。図１１（ａ），（ｂ）に示された特性行列
Ｈ₁，Ｈ₂においては、第７及び第１０行目の対角成分が
これに相当するものである。また、同じく移流項を表す
枝に相当する行について、仮想節点の下流に接続される
枝に相応する行は、特性行列Ｈ₁の対角成分を１とし、
特性行列Ｈ₂の対角成分を−ρＣpｕ_Aｗ_Aとする。なお、
ｕ_Aは、節点Ａにおける流速を、ｗ_Aは、ブロックＡのブ
ロック幅を、それぞれ表すもので、本発明の実施の形態
における温度推定方法において、流速は実測値を用い
る。図１１（ａ），（ｂ）に示された特性行列Ｈ₁，Ｈ₂
においては、第８及び第１１行目の対角成分がこれに相
当するものである。

【００３６】次に、熱伝導項を表す枝に相応する行につ
いて、特性行列Ｈ₁の対角成分をブロックの長さΔｘと
し、特性行列Ｈ₂の対角成分を−κ（κは熱伝導率）と
する。図１１（ａ），（ｂ）に示された特性行列Ｈ₁，
Ｈ₂においては、第６及び第９行目の対角成分がこれに
相当するものである。最後に、発熱項を表す枝に相応す
る行について、特性行列Ｈ₁の対角成分を１とし、特性
行列Ｃの成分をＱ′（単位質量当たりの発熱量）とす
る。図１１（ａ），（ｃ）に示された特性行列Ｈ₁，Ｃ
においては、第１２行目がこれに相当するものである。
なお、特性行列の上述した要素以外のものについては、
全て零とする（図１１参照）。

【００３７】カットセット行列Ｑ及びループ行列Ｂは、
グラフ理論で知られているように、互いに直交するとい
う性質を有するものであるので、何れかの行列が求めら
れれば他方の行列は、この性質を利用して一義的に定ま
るものである。また、これら行列Ｑ及びＢは、グラフ理
論通りに求められるもので、先の特性行列とは異なり、
温度推定方法が適用される対象の物理的な各種の定数等
（例えば、空気密度、定圧比熱等）を考慮することな
く、先の熱系のシステムグラフについてグラフ理論に基
づいて求められるものであるので、ここでの求め方の詳
細な説明は省略することとするが、因みに、ループ行列
Ｂの求めた方について概括的に説明することとする。

【００３８】まず、図８に示されたシステムグラフにお
いて、成立し得る閉路（ループ）を設定する。仮にルー
プ行列Ｂの要素をｂ_ijとすると、この要素ｂ_ijの値は、
次のように決定されるものである。すなわち、枝ｊが閉
路ｉに含まれ、それらの向きが一致するときは、ｂ_ij＝
１となり、枝ｊが閉路ｉに含まれ、それらの向きが反対
のときは、ｂ_ij＝−１となり、枝ｊが閉路ｉに含まれな
いときは、ｂ_ij＝０となる。

【００３９】上述のようにして求められた熱系におけ
る、特性行列Ｈ₁，Ｈ₂及びＣ並びにカットセット行列Ｑ
及びループ行列Ｂにより、熱系におけるタブロー方程式
（図１０参照）を構成し、このタブロー方程式を数値解
析することにより、所望の点における熱量、温度の推定
値が求められることとなる。なお、図１０に示されたタ
ブロー方程式において、ｉ^Tは通過変数の転置行列であ
り、Ｖ^Tは横断変数の転置行列である。そして、具体的
には、熱系においては、通過変数は熱量であり、横断変
数は温度である。また、後述する流体系においては、通
過変数は運動量であり、横断変数は流速である。タブロ
ー方程式の数値解析については、計算機の処理に適した
汎用のプログラムが種々既に、公知・周知となっている
ので、これを利用して簡易に解析結果を得ることができ
る。

【００４０】次に、流体系の特性行列Ｈ₁，Ｈ₂，Ｃは、
次述する要領で作成される。なお、図１２には、図９の
流体系のシステムグラフに基づいて作成された特性行列
Ｈ₁，Ｈ₂，Ｃが示されている。最初に、境界速度のある
節点に接続されている時間項を示す枝に相当する行につ
いて、特性行列Ｈ₂の対角成分を１とし、特性行列Ｃの
成分を境界成分とする。図１２（ｂ），（ｃ）に示され
た特性行列Ｈ₂，Ｃにおいては、第１及び第３行目がこ
れに相当するものである。次に、境界の無い節点に接続
されている時間項を表す枝に相応する行について、特性
行列Ｈ₁の対角成分をΔｔとし、特性行列Ｈ₂の対角成分
を−ρａ_nとし、特性行列Ｃの成分を−ρａ_nｕ_nとす
る。図１２に示された特性行列Ｈ₁，Ｈ₂，Ｃにおいて
は、第２行目がこれに相当するものである。最後に、移
流項に相当する行について、特性行列Ｈ₁の対角成分を
１とし、特性行列Ｃの成分をρｗｕ_n ²とする。図１２
（ａ），（ｂ）に示された特性行列Ｈ₁，Ｃにおいて
は、第４及び第５行目がこれに相当するものである。な
お、特性行列の上述した要素以外のものについては、全
て零とする（図１２参照）。

【００４１】なお、流体系のカットセット行列Ｑ及びル
ープ行列Ｂも、先に熱系のカットセット行列Ｑ及びルー
プ行列Ｂについて説明したと同様に、グラフ理論通りに
求められるものであるので、その求め方のここでの詳細
な説明は省略することとする。

【００４２】上述のようにして求められた流体系におけ
る、特性行列Ｈ₁，Ｈ₂及びＣ並びにカットセット行列Ｑ
及びループ行列Ｂにより、流体系におけるタブロー方程
式（図１０参照）を構成し、このタブロー方程式を数値
解析することにより、所望の点における運動量、流速の
推定値が求められることとなる。なお、タブロー方程式
の数値解析については、先に熱系のタブロー方程式の解
析について説明したように、汎用のプログラムを用いて
行うことができる。

【００４３】次に、図４に示されたようにモデル化され
た本発明の実施の形態における車室内の温度推定につい
て説明する。まず、この図４に示された車室内の熱、流
体に関するモデルに基づいて、グラフ理論によるシステ
ムグラフを、熱系と流体系のそれぞれについて作成する
と、図５及び図６に示されたようなものとなる。すなわ
ち、図５は、図４に示された車室内のモデルに対してグ
ラフ理論を適用して作成される車室内の熱系についての
システムグラフであり、同図において丸数字１〜丸数字
１３は、図４に示された温度及び流速の測定点に対応す
る節点である。そして、図５のシステムグラフにおい
て、各枝は、２つの接点に接続されるものであるが、同
図において枝の一方が節点に接続されていなものは、グ
ランド節点ｇ（図５において円中にｇと記した符号が付
されている節点）に接続されているものであり、その接
続部分の表記が省略されているものである。

【００４４】流体系についは、丸数字１乃至丸数字５の
節点、丸数字９乃至丸数字１１の節点を接続する熱と流
体系を考慮したブロックのみを考慮すればよいため、図
６に示されたようなシステムグラフとなる。

【００４５】次に、熱系のシステムグラフ（図５参
照）、流体系のシステムグラフ（図６参照）に基づい
て、先の図７に示された例について説明したようにし
て、熱系及び流体系のそれぞれについて、特性行列
Ｈ₁，Ｈ₂及びＣ並びにカットセット行列Ｑ及びループ行
列Ｂを導出し、これらの行列に基づいて、熱系のタブロ
ー方程式、流体系のタブロー方程式を、それぞれ導出す
る。なお、本発明の実施の形態においては、熱系及び流
体系のそれぞれについてタブロー方程式を導出するにあ
たっては、流路の長さ及び幅、各節点の流速、境界（空
調空気の車室内への入口、出口）の温度、外気温（図５
の丸数字１３の節点の温度として与えられる外気温）、
エンジンの発熱量（図５及び図６の丸数字１０及び丸数
字１１の節点における発熱量として与えられる熱量）に
ついて、実測値又は所定のデータを用いることとしてお
り、さらに、熱伝導率、密度及び比熱については、気体
のそれぞれの数値を用いることとした。

【００４６】そして、上述にようにして求められた熱系
及び流体系のそれぞれのタブロー方程式について解析を
行うことにより、熱系については、タブロー方程式にお
ける通過変数ｉの解析値として各節点における熱量の推
定値が、また、横断変数Ｖの解析値として各節点におけ
る温度の推定値が、それぞれ得られることとなる。さら
に、流体系については、タブロー方程式における通過変
数ｉの解析値として各節点における運動量の推定値が得
られることとなる。なお、本発明の実施の形態において
は、車室内の２次元モデル化、この２次元モデルのグラ
フ化、このグラフに基づくカットセット行列Ｑ及びルー
プ行列Ｂの決定は予め行なされており、このようにして
得られたカットセット行列Ｑ及びループ行列Ｂが、コン
トロールユニット１８の記憶領域に予め記憶されてい
る。そして、コントロールユニット１８によって実行さ
れるステップ２００（図２参照）の温度推定処理におい
ては、コントロールユニット１８に読み込まれた車室内
の流速値を用いて特性行列Ｈ1，Ｈ2，Ｃの一部の行列要
素の決定、タブロー方程式の解析による推定温度の算出
がなされるようになっている。

【００４７】次に、上述のようにして求められた温度推
定値と実測値との比較結果の一例について図１３を参照
しつつ説明する。図１３は、図３に示された車室内をあ
る温度において定常状態とした後、空調装置の吹き出し
温度を変えた場合の車室内温度の変化の実測値と、上述
のようにして求められた推定温度とを示したものであ
る。具体的には、空調装置からの吹き出し空気の車室内
への入口（図３において符号１及び符号９が付された位
置）における吹き出し空気の温度を２０℃に設定し、車
室内の温度が定常状態となった後で、同じ入口における
吹き出し空気を３０℃に切り替えて車室内の温度変化の
測定及び流速の測定を行った。なお、流速の設定は一定
である。そして、上述した方法による温度推定に際して
は、測定された流速値を用いて行った。図１３には、こ
のような条件の下で、先の図３で符号４及び符号７で示
された測定点における温度変化の実測値が実線により示
されており、それぞれ対応する特性線に測定点の符号と
同一の符号が付されている。また、図１３においては、
上述の実測値が測定された点と同一の点における上述の
方法により求められた推定温度の変化が点線により示さ
れており、実測値の場合と同様に、対応する点の符号が
付されている。

【００４８】図１３における実測値と推定値とを比較す
ると、０乃至１５００秒までの過渡状態においては、実
測値と推定値との間に最大で約３℃程度の差が生じた
が、定常状態における定常値は略一致し、さらには、特
性線の全体的な傾斜も略一致しており、本発明の実施の
形態におけるグラフ理論による温度推定方法が十分実用
し得るものであることを示す結果となっている。

【００４９】なお、上述した発明の実施の形態において
は、流速の測定点として１２点設定したが、この流速の
測定点の数は、必ずしもこれに限定されるものではな
く、他の数であっても勿論よいものであるが、温度推定
を行う点に応じて流速の測定点も同数程度あれば推定精
度は向上する。また、上述した発明の実施の形態におい
ては、車両用空調装置の例を説明したが、必ずしも車両
用空調装置に限定される必要はなく、本発明は、例え
ば、家屋の室内空調に用いられる空調装置にも基本適に
同様に適用できるものである。

【００５０】さらに、上記発明の実施の形態において
は、環境条件検出手段は、エバポレータ温度センサ１
９、外気温センサ２０、日射センサ２１によって実現さ
れている。また、温度推定手段は、コントロールユニッ
ト１８による図２に示されたステップ２００の実行によ
り、熱負荷演算手段は、コントロールユニット１８によ
る図２に示されたステップ３００の実行により、制御手
段は、コントロールユニット１８による図２に示された
ステップ４００，５００，６００，７００の実行によ
り、それぞれ実現されるようになっている。

【００５１】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
所定時間後の室内の温度を所定の方法により推定し、そ
の推定温度と共に他の環境条件を基に所定の式から室内
の熱負荷に相当する信号を求め、この信号の大きさに応
じて空調状態を制御するように構成することにより、熱
負荷の変動がより事前に把握され、空調状態が制御され
ることとなるので、従来に比してより快適な空調制御が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における車両用空調装置の
構成を示す構成図である。

【図２】図１に示された車両用空調装置のコントロール
ユニットによる空調制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図３】本発明の実施の形態におけるグラフ理論による
温度推定方法が適用される車室の構成を模式的に示す模
式図である。

【図４】図３に示された車室内の２次元化されたモデル
を示す説明図である。

【図５】図４に示された車室内のモデルに対してグラフ
理論により導出される熱系のシステムグラフである。

【図６】図４に示された車室内のモデルに対してグラフ
理論に基づいて導出される流体系のシステムグラフであ
る。

【図７】一次元流れの流路モデルの例を示す説明図であ
る。

【図８】図７に示された流路モデルに対してグラフ理論
により導出される熱系のシステムグラフである。

【図９】図７に示された流路モデルに対してグラフ理論
により導出される流体系のシステムグラフである。

【図１０】タブロー方程式を説明するための説明図であ
る。

【図１１】図８に示された熱系のシステムグラフから導
出される特性行列を説明するための説明図であって、図
１１（ａ）は特性行列Ｈ₁を、図１１（ｂ）は特性行列
Ｈ₂を、図１１（ｃ）は特性行列Ｃを、それぞれ示すも
のである。

【図１２】図９に示された流体系のシステムグラフから
導出される特性行列を説明するための説明図であって、
図１２（ａ）は特性行列Ｈ₁を、図１２（ｂ）は特性行
列Ｈ₂を、図１２（ｃ）は特性行列Ｃを、それぞれ示す
ものである。

【図１３】本発明の実施の形態におけるグラフ理論によ
る温度推定方法により求められた推定温度の変化と実測
値の変化とを示す特性線図である。

【符号の説明】

１…空調ダクト５…ブロアモータ６…エバポレータ８…バイパス通路９…エアミックスドア１３ａ〜１３ｃ…モードドア１４…ミックスドアアクチュエータ１７…ブロア駆動回路１８…コントロールユニット

フロントページの続き (72)発明者宮永長七埼玉県東松山市箭弓町３−13−26 株式会社ゼクセル東松山工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車室内温度を含む複数のデータを用いて
所定の式によって車室内の熱負荷に相当する信号値を算
出し、この信号値に応じて少なくとも前記車室内への送風温度
と送風量とを制御する車両用空調装置における空調制御
方法であって、前記車室内温度は、所定の温度推定方法により得たもの
であることを特徴とする車両用空調装置における空調制
御方法。
【請求項２】温度推定方法は、温度推定を行う対象となる空間を２次元空間にモデル化
し、このモデルにおいて、運動量及びエネルギについての各
保存則が成立するとの前提の下、当該モデルに対してグ
ラフ理論に基づいて、少なくとも熱系のシステムグラフ
を作成し、当該熱系のシステムグラフに基づいて、グラフ理論にお
けるタブロー方程式を構成する特性行列を導出すると共
に、前記熱系のシステムグラフに基づいて、グラフ理論にお
けるカットセット行列及びループ行列を導出し、前記カットセット行列及びループ行列並びに前記特性行
列を用いてタブロー方程式を解析することにより、前記
空間における推定温度を算出することを特徴とする請求
項１記載の車両用空調装置における空調制御方法。
【請求項３】温度推定方法は、温度推定を行う対象となる空間において、推定温度の算
出を所望する点を複数設定し、当該空間を、前記複数の
点、外気温の影響を表す点及び前記空間に存在する発熱
源を表す点を基準として、熱及び流体を考慮したブロッ
クと熱伝導のみを考慮したブロックに区分して２次元空
間にモデル化し、このモデルにおいて、運動量及びエネルギについての各
保存則が成立するとの前提の下、当該モデルに対してグ
ラフ理論に基づいて、少なくとも熱系のシステムグラフ
を作成し、当該熱系のシステムグラフに基づいて、グラフ理論にお
けるタブロー方程式を構成する特性行列を、一部の行列
要素については、各節点における流速の実測値を用いて
導出すると共に、前記熱系のシステムグラフに基づいて、グラフ理論にお
けるカットセット行列及びループ行列を導出し、前記カットセット行列及びループ行列並びに前記特性行
列を用いてタブロー方程式を解析することにより、前記
空間における推定温度を算出することを特徴とする車両
用空調装置における空調制御方法。
【請求項４】車室内の熱負荷を調整する空調手段と、前記車室内の空調状態に影響を及ぼす環境条件を検出す
る環境条件検出手段と、前記車室内の温度を推定する温度推定手段と、前記環境検出手段の検出信号及び前記温度推定手段によ
り得られた推定温度に基づいて前記車室内の熱負荷に相
当する信号値を演算する熱負荷演算手段と、前記熱負荷演算手段の演算結果に基づいて、前記空調手
段の動作を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】空調手段は、冷房サイクルを構成するエ
バポレータ及び当該エバポレータの通過空気の量を調節
するエアミックスドア並びに送風機であることを特徴と
する請求項４記載の車両用空調装置。
【請求項６】空調手段は、冷房サイクルを構成するコ
ンプレッサを具備することを特徴とする請求項５記載の
車両用空調装置。
【請求項７】空調手段は、車室内へ開口した複数の吹
き出し口の開閉を行うモードドアを具備することを特徴
とする請求項６記載の車両用空調装置。
【請求項８】温度推定手段は、温度推定を行う対象となる車室内空間について予め得ら
れた熱系のシステムグラフに基づいて得られるグラフ理
論におけるタブロー方程式を構成する特性行列の一部の
行列要素については、各節点における流速の実測値を用
いて特性行列を導出し、前記タブロー方程式を構成するカットセット行列及びル
ープ行列を、前記熱系のシステムグラフにグラフ理論を
適用して導出し、前記特性行列、カットセット行列及びループ行列を用い
てなるタブロー方程式を解析することによって推定温度
を算出するものであって、前記熱系のシステムグラフは、前記車室内空間に推定温
度の算出を所望する点を複数設定し、当該空間を、前記
複数の点、外気温の影響を表す点及び前記空間に存在す
る発熱源を表す点を基準として、熱及び流体を考慮した
ブロックと熱伝導のみを考慮したブロックに区分して２
次元空間にモデル化し、このモデルにおいて、運動量及びエネルギについての各
保存則が成立するとの前提の下、当該モデルに対してグ
ラフ理論に基づいて予め作成されたものであることを特
徴とする請求項４、５、６又は７記載の車両用空調装
置。