JPS62125910A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車用空気調和装置に関し、詳しくは自動車
用空気調和装置に関する系の動的なモデルに基づいて、
車室内の温度を設定された目標温度とするよう好適なフ
ィードバック制御を初期時より行なう自動車用空気調和
装置に関する。

［従来の技術］ 従来より乗員にとっての車室内の環境を快適なものとす
る為に、車室内の温度、湿度、清浄度等を制御する空気
調和装置が用いられているが、この内、主に車室内温度
をコントロールするものが広く普及している。こうした
自動車用空気調和装置では、吹出空気の温度を低温から
高温まで幅広く制御する為に、送風通路の上流に冷却器
（エバポレータ等）を配設し、一旦、送風される空気を
冷却した上で、更に加熱器（ヒータコア等）によって加
熱し、吹田空気を設定された温度に調節しているのであ
る。こうした送風・冷却・加熱を行なう一連の装置を、
空調ユニットと呼ぶ。近年、広く用いられている自動車
用空気調和装置の空調ユニットとしては、加熱器に供給
する熱量を可変するリヒートタイプと加熱器を通過する
空気の割合を可変するエアミックスタイプとがある。

いずれにせよ、これらの自動車用空気調和装置では車室
内の温度は吹出空気の持つ熱量、即ち吹出空気の流量と
温度とによって制御されている。

吹出空気の流量はブロアモータ等の送風能力によって定
まり、一方その温度は冷却器（エバポレータ）の冷却能
力、更に換言すればコンプレッサ等を含めた冷却系の能
力と加熱器による加熱能力、即ちリヒートタイプにあっ
ては温水の循環量、エアミックスタイプに必ってはエア
ミックスダンパのダンパ開度によって定まる。

空気調和を開始すると、空気調和装置は車室内温度を検
出して、設定された目標温度との偏差に基づき、吹出空
気の温度や流ωなどをフィードバック制御する。従って
、吹出空気の熱量の調節により、車室内温度は次第に設
定された目標温度に近づいてゆく。

こうした制御については特開昭５５−４７９１４＠公報
や特開昭５５−７７６５９＠公報等に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来装置は、車室内温度が目標温度に接近され
維持されるように、車室内温度と目標温度との偏差に基
づくフィードバック制御を基本とし、更には外気温度や
日射量を考慮して予め設定した熱的平行条件を満足する
ように制御量を設定した予測制御を採用したもので必る
。又、送Ｊ！ｌｆｆ１としては、上記の温度の偏差が大
きい時には送風量を大きくし、偏差が小さくなる程送風
量を小さくするような単純な制御が行なわれているにす
ぎなかった。

従って、目標温度を変化させた時の過渡的応答性が必ず
しも充分になるとは限らず、設定された目標温度やその
時点での車室内温度、あるいは空調ユニットの能力等に
よっては過渡的応答性が不充分な場合があり、乗員に対
する快適な環境の維持が困難になる場合があるという問
題があった。

また、空調ユニットの能力は、送用量、冷却器の冷却能
力、加熱器による加熱能力等の組合わせで決まるが、こ
れらをどう組み合わせることが車室内温度の最適な制御
となるかは判然としておらず、従来は、設計者の経験等
に基づいて、上述した送風量の制御の如く単純な組み合
わせにより定められていたにすぎない。従って空調ユニ
ットの能力を十二分に引き出すことが必ずしもなされて
いなかった。

さらに、空調ユニットの制御が開始される初期時におい
ては、該空調ユニットの定常運転時と同様な制御を行な
うと、例えば、車室内温度を目標温度から一旦離してし
まうといった逆の制御、もしくは車室内温度を目標温度
に急激に接近させようとするような過制御が行なわれる
といった問題点も考えられた。

本発明は、空調ユニットの能力を最大限に引き出して車
室内温度を、該空調ユニットの運転初期時から好適に制
御する自動車用空気調和装置の提供を目的とする。

発明の構成 １問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題を解決するために第１図に例示する構
成をとった。すなわち、第１図に例示ように、 車室内への吹出空気の少なくとも温度を含む諸量を外部
からの制ｗＪ母に従って調節する空調手段Ｍ１と、 上記車室内の目標温度を設定する温度設定手段Ｍ２と、 上記車室内の車室内温度を検出する温度検出手段Ｍ３と
、 自動車用空気調和に関する系の動的なモデルに基づいて
予め定められた最適フィードバックゲインを使用して、
上記車室内温度が上記目標温度となるように上記空調手
段Ｍ１をフィードバック制御する付加積分型最適レギュ
レータで必る制御手段Ｍ４と、 を具備した自動車用空気調和装置であって、さらに、上
記空調手段Ｍ１が初期時にあるか否かを判定する判定手
段Ｍ５を有し、 しかも、上記制御手段Ｍ４が、 上記動的なモデルに基づいて予め設定されたパラメータ
を用いて、上記空調手段Ｍ１への制御量と上記車室内温
度とから、上記系の動的な内部状態を表わす状態変数を
推定する状態観測部Ｍ６と、上記目標温度と上記車室内
温度との偏差および上記最適フィードバックゲインの上
記偏差に関する要素から、上記空調手段Ｍ１への制御量
に関与する第１のフィードバック量を算出すると共に該
第１のフィードバック量を累積する第１のフィードバッ
ク信算出部Ｍ７と、 上記状態変数と上記最適フィードバックゲインの上記状
態変数に関する要素とから算出した第２のフィードバッ
ク量および上記累積された第１のフィードバック量の和
を制御量として上記空調手段Ｍ１に出力するフィードバ
ック制御量算出部Ｍ８と、 を備え、 該制御手段Ｍ４は、上記判定手段Ｍ５が初期時にあると
判定した場合には、上記空調手段Ｍ１の定常的な運転条
件に応じて予め定められた各基準設定値を制御量として
上記空調手段Ｍ１に出力するよう構成されたことを特徴
とする自動車用空気調和装置を要旨とするものである。

空調手段Ｍ１とは［従来の技術］の項で述べた空調ユニ
ットにほぼ相当し、すくなくとも吹出空気の温度を調節
する手段から構成されている。例えば、吹田空気の諸量
のひとつとして吹出空気の温度を考えれば、冷却器、例
えばエバポレータの冷却能力を制御するアクチュエータ
やエアミックスダンパの開度あるいは加熱器（ヒータコ
ア）に供給される熱１を制御するアクチュエータ等があ
る。冷却器の能力を制御するアクチュエータとしては、
コンプレッサの容量を変化させてその能力を可変するも
のや、冷媒の流量を制御するアクチュエータ等がある。

温度設定手段Ｍ２とは、車室内の目標温度を設定するも
のでおる。例えば、運転者により操作される温度設定器
のようなものでおってもよい。また、例えば、車室外気
温との偏差等に基づいて所定の目標温度を設定するもの
でおってもよい。

温度検出手段Ｍ３とは、車室内温度を検出するものであ
る。例えば、υ−ミスタ温度センサ等を用いてもよい。

また例えば、さらに応答性の良好な熱電対等から構成す
ることもできる。

判定手段Ｍ５とは、空調手段Ｍ１が制御開始時にあたる
初期時にあるか否かを判定するものである。例えば、デ
ィスクリートな論理回路として実現され、空調手段Ｍ１
の制御開始を検出するよう構成することもできる。また
、例えば周知のＣＰＵを始め、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそ
の他の周辺回路素子を備え、予め定められた処理手順に
従って空調手段Ｍ１の初期時を判定するもので必っても
よい。

制御手段Ｍ４とは、状態観測部Ｍ６と第１のフィードバ
ック伍算出部Ｍ７とフィードバック制御量算出部Ｍ８と
を備え、車室内温度を目標温度とするフィードバック制
御を行なう付加積分型最適レギュレータである。制御手
段Ｍ４は、通常マイクロプロセッサを用いＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ等の周辺素子や入出力回路と共に構成された論理演算
回路として実現され、予め記憶された処理手順に従って
、温度設定手段Ｍ２により設定された目標温度と温度検
出手段Ｍ３によって検出された車室内温度とから、空調
手段Ｍ１を、自動車用空気調和に関する系の動的なモデ
ルに基づいて予め定められた最適フィードバックゲイン
から定まる制御量により制御するよう構成されている。

ところで、上記のような付加積分最適レギュレータの構
成の手法は、例えば古田勝久著「線形システム制御理論
」　（昭和５１年）昭晃堂等に詳しいが、ここで実際の
構成の手法について一通の兄通しを与えることにする。

尚、以下の説明においてＦ、Ｘ、Ａ、ＩＢ、Ｃ，［）、
Ｊｌ、’Ｍ、ｕ、Ｌ、Ｇ。

Ｏ，ＩＲ，Ｐ、Ｍ、Ｓはベクトル伍（行列）を示し、Ａ
Ｔの如き添字Ｔは行列の転置を、Ａ−１の如き添字−１
は逆行列を、更にＸの如き添字へはそれが推定値である
ことを、Ｃの如き記号〜は制御対象の系から変換等によ
り生成された別の系、ここでは状態観測器（以下、オブ
ザーバと呼ぶ）で扱われている量であることを、ｙ本の
如き記号”は目標値であることを、各々示している。

制御対象、ここでは車室内温度に関する系の制御におい
て、この゛制御対象の動的な撮舞は、離散系において、 Ｘ　（ｋ　）　＝Ａ−Ｘ（ｋ−１）　＋［Ｂ　−ｕ（ｋ
−１）　・（１）ｙ　（ｋ−１）　＝　Ｃ−ｘ　（ｋ−
１）　　　　　　　　・・・（２）として記述されるこ
とが現代制御理論より知られている。ここで式（１）は
状態方程式２式（２）は出力方程式と呼ばれ、Ｘ（ｋ）
はこの系の内部状態を表わす状態変数量であり、ｕ　（
ｋ　）は空調手段Ｍ１によって調節される吹出空気の諸
量からなるベクトル、Ｉ！ｌ１（ｋ　）はこの系の出力
を示す諸口からなるベクトルである。尚、本発明の扱う
自動車用空気調和を行なう系では、この出力ベクトルｙ
　（ｋ　）は車室内温度のみなので、以下、スカラｆｆ
１ｙ　（ｋ　）として扱うことにする。又、式（１）、
（２）は離散系で記述されており、添字には現時点での
値であることを、ｋ−１は１回前のサンプリング時点で
の値であることを、各々示している。

自動車用空気調和、ここでは車室内温度の制御を行なう
系の内部状態を示す状態変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）は、その制
御系における未来への影響を予測するために必要十分な
系の履歴に関する情報を示している。従って、空調手段
Ｍ１によって空気調和の行なわれる車室内の温度（車室
内温度）が吹出空気の諸量によりどう撮舞うかという系
の動的なモデルが明らかになり、式（１）、（２＞のベ
クトルＡ、　ｌｆ３．　Ｃを定めることができれば、状
態変数量Ｘ（ｋ）を用いて車室内温度を最適に制御でき
ることになる。なお、本発明の制御手段Ｍ４は、目標値
が常に一定である系を対象とした単なるレギュレータで
はなく、目標値が常時変化するサーボ系を対象とするた
め、系を拡大する必要があるが、これについては後述す
る。

ところで、自動車用空気調和のように複雑な対象につい
てはその動的なモデルを理論的に正確に求めることは困
難であり、何らかの形で実験的に定めることが必要とな
る。これが所謂システム同定と呼ばれるモデル構築の手
法であって、自動車用空気調和装置が所定の状態で運転
されている場合、その状態の近傍では線形の近似が成り
立つとして、式（１）の状態方程式２式（２）の出力方
程式に則ってモデルを構築するのである。従って、この
例のようにその運転に関する動的なモデルが非線形のよ
うな場合にも、定常的な複数の運転状態に分離すること
によって線形な近似を行なうことができ、個々の動的な
モデルを定めることができるのである。この場合、制御
量および車室内温度に関しては、線形近似を行なった場
合の定常点における各基準設定値からの摂動弁を抽出し
、該摂動弁を使用して諸量の算出を行ない。該綿出値を
上記各基準設定値に加えて制御量とする処理が必要とな
る。

ここで、制御対象が比較的容易に物理的なモデルを構築
できるのものであれば周波数応答法やスペクトル解析法
といった手法によりシステム同定を行なって、動的な系
のモデル（ここではベクトルＡ、［３，Ｃ）を定めるこ
とができるが、ここで取り上げた自動車用空気調和を行
なう系のような多次元系の制御対象では、ある程度近似
のよい物理モデルをつくることも困難であり、この場合
には最小２乗法や補助変数法おるいはオンライン同定法
などにより動的なモデルの構築を行なう。

動的なモデルが定まれば、状態変数ＩＸ（ｋ）と車室内
温度ｙ（ｋ）及びその目標温度ｙ”（ｋ）からフィード
バック量が定まり吹出空気の諸量ｕ（ｋ　）の制御量が
理論的に最適に定められる。

通常、自動車用空気調和装置においては、車室内温度の
１制御に直接関与する諸量として、例えばブロアモータ
による送風口が車室内温度に影響する徂、即ち送風間の
車室内温度に寄与する量を温度換算したものとか、エア
ミックスダンパ開度が車室内温度に影響する量などを用
い、これを状態変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）として扱えばよいの
であるが、これらの諸１の大部分は直接観測することが
できない。そこで、こうした場合には、制御手段Ｍ４内
に状態観測器（オブザーバ）と呼ばれる部分（状態観測
部Ｍ６）を構成し、車室内温度と吹出空気の諸量の制御
量とを用いて、この自動車用空気調和を行なう系の状態
変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）を推定することができる。これが所
謂、現代制御理論にお【プるオブザーバであり、種々の
オブザーバとその設計法が知られている。これらは、例
えば古田勝久他著「メカニカルシステム制御」　（昭和
５９年）オーム社等に詳解されており、適応する制御対
象、ここでは自動車用空気調和装置の態様に合わせて最
小次元オブザーバや有限整定オブザーバとして設計すれ
ばよい。

また、制御手段Ｍ４の制御対象となる系は、目標温度が
温度設定手段Ｍ２によりステップ的に変化するサーボ系
である。すなわち、目標温度は例えば運転者の操作やオ
ートエアコン等の要求により変化する。一般にサーボ系
の制御においては、制御対象の出力が与えられた目標入
力に定常偏差なく追従するように制御する必要がある。

このため、伝達関数において適当な次数の積分を含む必
要がある。本発明においてはステップ的に目標温度が変
化する場合を想定しているので、−次の積分を考慮すれ
ばよい。そこで、制御手段Ｍ４は、目標温度と車室内温
度との偏差および予め定められた最適フィードバックゲ
インの上記偏差に関する要素から、空調手段Ｍ１への制
御量に関与する第１のフィードバック量を算出すると共
に該第１のフィードバック量を累積する第１のフィード
バック量算出部Ｍ７を備え、対象とする制御系をサーボ
系に拡大している。

さらに、制御手段Ｍ４は、上記累積された第１のフィー
ドバック量および上述した状態変数と最適フィードバッ
クゲインの上記状態変数に関する要素とから算出した第
２のフィードバック量の和を制御量として空調手段Ｍ１
に出力するフィードバック制御足算出品Ｍ８を有し、付
加積分型最適レギュレータとして制御量を決定する。

次に、最適フィードバックゲインについて説明する。上
記の如く積分量を付加した最適レギュレータでは、評価
関数Ｊを最小とするような制御入力（ここでは自動車用
空気調和を行なう系の吹出空気の諸量の制御量）の求め
方が明らかにされており、最適フィードバックゲインも
リカツチ方程式の解と状態方程式（１）、出力方程式（
２）のＡ、　Ｂ、Ｃマトリックス及び評価関数に用いら
れる重みパラメータ行列とから求められることがわかっ
ている（前掲書（ｔ！！　）。ここで重みパラメータは
当初任意に与えられるものであって、評価関数Ｊが自動
車用空気調和を行なう系の吹出空気の諸量の挙動を制約
する重みを変更するものである。

重みパラメータを任意を与えて大型コンピュータによる
シミュレーションを行ない、得られた吹出空気の諸量の
挙動から重みパラメータを所定量変更してシミュレーシ
ョンを繰り返し、最適な値を決定しておくことができる
。その結果最適フィ−ドパツクゲイン「も定められる。

従って、制御手段Ｍ４は、予めシステム同定等により決
定された自動車用空気調和を行なう系の動的モデルを用
いて付加積分型最適レギュレータとして構成され、その
内部におけるオブザーバのパラメータや最適フィードバ
ックゲインＥなどは、全て、予めシミュレーションによ
り決定されているのである。

尚、以上の説明において状態変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）は自動
車用空気調和を行なう系の内部状態を表わす旧として説
明したが、これは実際の物理量に対応した変数ｍ、例え
ばブロアモータの回転速度やエアミックスダンパの開度
等であってもよいし、既述したような車室内温度に直接
関与する量として換算された諸量よりなるベクトル吊と
して設計することもできる。

さらに、制御手段Ｍ４は、判定手段Ｍ５が初期時にある
と判定した場合には、上述した線形近似を行なった場合
の定常点における各基準設定値を制御量として空調手段
Ｍ１に出力するよう構成されている。

［作用］ 本発明の自動車用空気調和装置は、第１図に例示するよ
うに、温度検出手段Ｍ３により検出された車室内温度が
温度設定手段Ｍ２により設定され目標温度となるように
、状態観測部Ｍ６は状態変数を推定し、第１のフィード
バック量算出部Ｍ７は上記両温度の偏差と最適フィード
バックゲインとから第１のフィードバック量を算出する
と共に累積し、フィードバック制御量算出部Ｍ８は該累
積された第１のフィードバック量および上記状態変数と
最適フィードバックゲインとから定まる第２のフィード
バック量の和を制御量として空調手段Ｍ１に出力するに
際して、判定手段Ｍ５により初期時にあると判定された
場合には、制御手段Ｍ４は空調手段Ｍ１の定常的な運転
条件に応じて予め定められた各基準設定値を制御量とし
て空調手段Ｍ１に出力するよう働く。

すなわち、空調手段Ｍ１の制御が開始される初期時には
、状態変数および目標温度と車室内温度との偏差の累積
値に基づいて定まるフィードバック量に代えて、上記基
準設定値を制御量として空調手段Ｍ１の制御が行なわれ
るのである。

従って本発明の自動車用空気調和装置は、制御の初期時
より空調手段Ｍ１の吹出空気の少なくとも温度を最適に
調節し、車室内温度を速やかに目標温度とする制御を行
なうよう働く。以上のように本発明の各構成要素が作用
することにより、本発明の技術的課題が解決される。

［実施例］ 次に、本発明の好適な一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。第２図は本発明一実施例における自動車用空
気調和装置のシステム構成図、第３図は自動車用空気調
和を行なう系の制御モデルを示す制御系統図、第４図は
システム同定の説明に用いるブロック線図、第５図は同
じくそのシグナルフロー線図、第６図はオブザーバの構
成を示すブロック線図、第７図は本発明一実施例におい
て電子制御回路により実行される車室内温度制御処理を
示すフローチャート、であって、以下この順に説明する
。

第２図において、空調ユニット１はブロアモータ３．エ
バポレータ５．ヒータコア７、エアミックスダンパ９等
を中心にエアミックスタイプとして構成されている。乗
員室１０には車室内温度ＴＲを検出する車室内温度セン
サ１２．温度設定器１４等が配設されている。空調ユニ
ット１は電子制御回路２０により一制御されている。

空調ユニット１では、ブロアモータ３によって内外気切
換ダンパ２１を介して吸入された空気は、エバポレータ
５を通過することによって、一旦冷却された後、その一
部はヒータコア７を通って再び加熱され、ヒータコア７
を通過しない空気と混合されて乗員室１０内へ吹き出さ
れる。ヒータコア７を通過する空気と通過しない空気と
の比はエアミックスダンパ９の開度によって制御される
。

エバポレータ５は、コンプレッサ２２と冷媒を循環する
管路等を備え、電子制御回路２０によってコンプレッサ
２２の能力を制御することにより、その冷却能力のコン
トロールが行なわれる構成となっている。図示しない車
載のエンジンを動力源とするコンプレッサ２２の能力の
制御は、コンプレッサ２２に内蔵され、コンプレッサ２
２の高圧至と低圧至とを連通ずる通路の開口面積を制御
するアクチュエータ（図示せず）による冷媒流量の変更
によって行なわれる。電子制御回路２０はこのアクチユ
エータの駆動電圧を制御して冷却能力を制御するのであ
るが、以下、内蔵アクチュエータの駆動電圧を、単にコ
ンブレラ’Ｊ−２２の駆動信号（駆ｖＪ電圧）と呼ぶこ
とにする。

ヒータコア７は図示しないエンジンの冷却水（温水）が
循環するように構成されており、エンジンの暖機が終了
した時点では一定の熱量がヒータコア７に供給されるこ
とになる。更に、エアミックスダンパ９はダンパアクチ
ュエータ２４によってそのダンパ開度が制御される構成
となっている。

電子制御回路２０は周知のＣＰＵ３０．ＲＯＭ３２、Ｒ
ＡＭ３４等を中心に、入力ポート３６゜出力ボート３８
等をコモンバス４０で相互に接続し、論理演算回路とし
て構成されている。入力ポート３６は、車室内温度セン
サ１２から車室内温度ＴＲを、温度設定器１４から目標
温度ＴＲ＊を、容量に対応した電気信号として入力する
。出力ポート３８は、ブロアモータ３を駆動する駆動信
号ＶＢ、コンプレッサ２２の駆動信号ＶＣ、ダンパアク
チュエータ２４の駆動信号ＶＤ、等を各々出力する。

電子制御回路２０は、ＲＯＭ３２に予め記憶されたプロ
グラムに従って温度設定器１４や車室内温度センサ１２
等から入力された信号（ＴＲ＊。

ＴＲ等）に基づき、ブロアモータ３．コンプレッサ２２
．ダンパアクチュエータ２４等を駆動信号（ＶＢ、ＶＣ
，ＶＤ等）によりフィードバック制御するが、この時、
フィードバック制御に用いられる制御モデルについて、
次に説明する。特にシステム同定による状態方程式（１
）、出力方程式（２）等におけるベクトルＡ、ＩＢ、Ｃ
の求め方やこれに基くオブザーバの設計、フィードバッ
クゲイン「の求め方、等について実際に即して説明する
。尚、第３図は制御系を示す図であって、ハード的な構
成を示すものではない。第３図に示す制御系は、実際に
は第７図のフローチャートに示した一連のプログラムの
実行により、離散系として実現されている。

第３図に示すように、まず目標温度ＴＲ”は目標温度設
定部Ｐ１によって設定される。本実施例では温度設定器
１４が目標温度設定部Ｐ１に相当する。

積分器Ｐ２は、目標温度ＴＲ＊と車室内温度ＴＲとの偏
差に、後述する最適フィードバックゲイン「の該偏差に
対応する各要素Ｆ１４．　Ｆ２４．　Ｆ３４を掛けた値
を累積して、第１のフィードバック量である偏差累積値
ＺＴＲＢ　（ｋ　）、ＺＴＲＣ（ｋ　）、ＺＴＲＤ　（
ｋ　）を算出するものである。

摂動分抽山部Ｐ３は、車室内温度ＴＲについて、定常的
な空気調和が行なわれている状態での車室内温度ＴＲａ
からの摂動分を抽出する。これは、既述したように、非
線形なモデルに対して線形の近似を行なう為に、自動車
用空気調和装置による空気調和の状態を、複数の定常的
な空調状態の近傍で線形な近似の成立する範囲の連続と
みなしてこの系に関する動的なモデルを構築したことに
よっている。従って、車室内温度ＴＲを、一旦、予め定
めた最も近い定常状態からの摂動分δＴＲ（＝ＴＲ−Ｔ
Ｒａ＞として扱うのである。前記の積分器Ｐ２とオブザ
ーバＰ４とフィードバック量決定部Ｐ５とによって求め
られる空調ユニツ１へ１の制御量、即ら吹出空気の諸量
を定めるブロアモータ３の駆動電圧ＶＢ、コンプレッサ
２２の駆動電圧ＶＣ，エアミックスダンパ９の開度を決
定するダンパアクチュエータ２４の駆動電圧ＶＤも摂動
分δＶＢ、δｖＣ２δＶＤとして扱われている。

オブザーバＰ４は、車室内温度の摂動分δＴＲと上記制
御量の摂動分δＶＢ、δＶＣ９δＶＤとから空気調和装
置の内部状態を表現する状態変数量Ｘ（ｋ）を推定して
状態推定ωＸ（ｋ）を求めるものである。

フィードバック量決定部Ｐ５は、上記状態推定量Ｘ（ｋ
）に、後述する最適フィードバックゲイン「の該状態推
定！’Ｘ（ｋ）に関する要素をｌ！）（プて算出した第
２のフィードバック量と、上記積分器Ｐ２により算出さ
れた第１のフィードバック量である偏差累積値とを加算
して、制Ｍｆｆｉの摂動弁δＶＢ（ｋ）、δＶＣ（ｋ　
）　、δＶＤ　（ｋ　）を算出するのである。

上記フィードバック量決定部Ｐ５で算出された制御ｍの
摂動弁δＶＢ　（ｋ　）　、δＶＣ（ｋ）、δＶＤ　（
ｋ　）は、上記摂動分抽山部Ｐ３により選択された空気
調和装置の定常的な運転状態に対応した制御量からの摂
動弁でおる。このため、基準設定値加算部Ｐ６は、上記
定常的な運転状態に対応した基準設定値ＶＢａ　、ＶＣ
ａ　、ＶＤａを上記摂動弁δＶＢ（ｋ）、δＶＣ（ｋ）
、δＶＤ　（ｋ　）に加算し、空調ユニット１の制ｗＪ
ＩＶＢ、ＶＣ。

ＶＤを算出するのである。

初期時判定部Ｐ７は、空調ユニット１に対する制御が初
期時にあるか否かを判定する。

初期時にあると判定された場合には、上述した積分器Ｐ
２により算出されている第１のフィードバック量が、上
記第２のフィードバック量と等しい値で、かつ、正負の
符号が逆の値に設定される。

この処理により、初期時には、フィードバック準決定部
Ｐ５において、第１のフィードバック量と第２のフィー
ドバックｍとが相殺され、制御量の摂動弁は全て値Ｏに
なる。このため、初期時の制御量は基準設定値ＶＢａ　
、ＶＣａ　、ＶＤａに設定される。これは、空調ユニッ
ト１に対する制御の初期時には、それまでの運転状態の
偏差累積値がない。このため、不確かな値に応じて算出
した状態推定ｆｆ１Ｘ（ｋ）に基づいて定まる摂動弁の
使用を避り、定常的な運転状態に対応して予め定められ
た基準設定値を制御量として初期時の制御の安定化を図
るものでおる。

以上、簡単にこの制御系の構成について説明したが、空
気調和装置の運転条件として、ブロアモータ３の駆動電
圧ＶＢ、コンプレッサ２２の駆動電圧ＶＣ，ダンパアク
チュエータ２４の駆動電圧ＶＤを実施例として取上げた
のは、これらの１ｆｆｌがエアミックスタイプの空調ユ
ニット１を有する自動車用空気調和装置では、車室内温
度ＴＲの制御に関する基本的な量であることによってい
る。

従って本実施例では、空気調和装置を３人力１出力の多
元系として捕えた。自動車用空気調和装置がリヒートタ
イプであれば、ヒータコアに循環する温水の流量を可変
するウォータバルブの開度を制御■のひとつに置換する
など、必要に応じて他の多次元系の制御モデルをたてれ
ばよい。

以上、自動車用空気調和装置のハード的な構成とこの出
力の制御を行なうものとして３人力１出力の系を取り上
げた場合の制御系の構成について説明した。そこで、次
に実際のシステム同定による動的モデルの構築、オブザ
ーバＰ４の設計、最適フィードバックゲイン「の与え方
について説明する。

まず自動車用空気調和装置の動的なモデルを構築する。

第４図は３人力１出力の系として定常運転されている空
気調和装置の系を伝達関数Ｇ１＜１　）〜Ｇ３（Ｚ）に
より書き表わした図である。

尚、２は入出力信号のサンプル値の２変換を示し、Ｇ１
（Ｚ）〜Ｇ３（ｚ）は適当な次数をもつものとする。従
って、全体の伝達関数行列Ｇ（ｚ）は、Ｇ　（ｚ　）　
＝　［Ｇ１（ｚ）　　Ｇ２（ｚ）　　Ｇ３（ｚ）］で表
わされる。ここで伝達関数行列Ｇ（ｚ）は、一定周期の
サンプル値系のある基準動作近辺で求められ、線形近似
されたものである。

本実施例の空気調和装置のように、その制御系が３人力
１出力の系であり、入出力の諸量に干渉が存在するよう
な場合には、物理的なモデルを定めることが極めて困難
となる。このような場合には、システム同定と呼ばれる
一種のシミュレーションにより伝達関数を求めることが
できる。

システム同定の手法は、例えば相良節夫他著、「システ
ム同定」　（昭和５６年）社団法人計測自動制御学会等
に詳解されているが、ここでは最小２乗法により同定す
る。

空調ユニット１を所定の状態で定常運転し、コンプレッ
サ２２とダンパアクチュエータ２４の駆動電圧の摂動弁
δｖＣ１δＶＤを共にＯとして、ブロアモータ３の駆動
電圧の摂動弁δＶＢを適当な試験信号により制御する。

この時の入力としてのブロアモータ３の駆動電圧の摂動
力δＶＢと、出力としての車室内温度の摂動力δＴＲの
データをＮ回に亘ってサンプリングする。これを入力の
データ系列（ｕ（ｉ））＝（δｖｓｒ　）、出力のデー
タ系列（ｙ（ｉ＞）−１δｒＲｒ　）＜但し、＋　＝１
．２．３．・・・Ｎ）と表わす。この時、系は１人力１
出力とみなすことができ、系の伝達関数Ｇｌ（ｚ＞は、 Ｇｌ　　（ｚ　）　＝Ｂ　（ｚ−１＞／Ａ　（ｚ−１＞
　　・・・（３）即ち、 Ｇ１（ｚ） ＝　（ｂＯ＋ｂ１−ｚ−１＋−＋ｂｎｚ−０）／（１＋
ａｌ　　−ｚ　−１＋ａ２−ｚ−２＋−＋ａｎ　−ｚ　
−’）・・・（４） で求められる。尚、ここで、ｚ−１は単位推移演算子で
あって、Ｚ　−１−Ｘ　（ｋ　）　＝ｘ（ｋ−１）を意
味している。

入出力のデータ系列（ｕ　（ｉ　＞）、　　（ｙ（ｉ　
＞）から式（４）のパラメータａ１〜ａｎ、ｂｏ〜ｂｎ
を定めれば系の伝達関数Ｇ１　（ｚ）が求められる。最
小２乗法によるシステム同定では、このパラメータａ１
〜ａｎ、ｂＯ〜ｂｎを、 Ｊｏ−Σ［（Ｖ　（ｋ　’）　＋ａｌ　　−Ｖ（ｋ−１
）　＋、、。

ｉ＋＝ｎ ＋ａｎ−ｙ（ｋ−ｎ　））−（ｂＯ−ｕ　（ｋ　）十ｂ
ｌ　・ｕ　（ｋｌ）＋・・・ ＋ｂｎ　−ｕ　（ｋ−ｎ　）　）　］２・・・（５）が
最小となるよう定める。本実施例ではｎ＝１として、各
パラメータを求めた。この場合、系のシグナルフロー線
図は第５図のようになり、状態変数量としてｘｌ（ｋ）
をとって、その状１ｍ・出力方程式は、 ｘｌ　（Ｉｕｌ） ＝ｚ−ｘｌ（ｋ） ＝−ａｌ　　−ｘｌ　　（ｋ　）＋ｂｌ　　−ｕ　（ｋ
　）・・・（６）Ｖ　（ｋ　）　＝×１　　（ｋ　）　
　　　　　　　　・・・（７）と表わせられる。従って
、１人力１出力の系とみなした場合のシステムパラメー
タＡ、ＩＢ、Ｃを各々Ａ１−、ＩＢＩ−、ＣＩ　−とす
れば、となる。

同様の手法により、伝達関数Ｇ２　　（ｚ　＞、　Ｇ３
＜２　＞及び各々についてのシステムパラメータＡ２−
、Ａ３−、　［Ｂ２−、　［Ｂ３　′、　Ｃ２−、Ｃ３
＝が求められる。そこでこれらのシステムパラメータか
ら元の３人力１出力の多次元系のシステムパラメータ、
即ち状態方程式（１）、出力方程式（２）のベクトルＡ
、［Ｂ、Ｃを定めることができる。

こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この、動的なモデルは、空調ユニット１
が所定の状態で運転されている時、この状態の近傍では
線形の近似が成立つという形で定められる。従って、定
常的な複数の空気調和の状態に関して、上記の手法で伝
達関数Ｇ１（Ｚ）ないしＧ３（ｚ）が各々求められ、各
々の状態方程式（１）、出力方程式（２）、即ちベクト
ルＡ。

Ｂ、Ｃが求められ、その入出力の関係は摂動力δの間に
成立することになる。

次にオブザーバＰ４の設計方法について説明する。オブ
ザーバの設計にはゴピナスの設計法などがあって、古田
勝久・佐野昭共著「基礎システム理論」　（昭和５３年
）コロナ社等々に詳しいが、本実施例では最小次限オブ
ザーバとして設計する。

オブザーバＰ４は空気調和の行なわれた車室内温度の摂
動力（δＴＲ）と制御量の摂動力（δ■Ｂ、δＶＣ２δ
ＶＤ）とから空調ユニット１の内部の状態変数ＩＸ（ｋ
）を推定するものであるが、オブザーバＰ４によって求
められた状態推定量Ｘ（ｋ　）を、この系の制御におい
て、実際の状態変数ｆｆ１Ｘ（ｋ）として扱うことがで
きるという根拠は次の点にある。今、オブザーバＰ４の
出力Ｘ（ｋ　）を状態方程式（１）、出力方程式（２）
に基いて次式（９）のように構成したとする。

Ｘ　（ｋ　）＝　（Ａ−Ｌ・Ｃ）・Ｘ（ｋ−１）十ｆＢ
−ｕ　（ｋ−１）　＋Ｌ　・ｙ（ｋ−１）　＋＋　（９
）式（９）において「は任意に与えられる行列である。

式（’ｌ）、（２）、（９）より変形すると、［Ｘ　（
ｋ　）　−Ｘ　（ｋ　）　］ −（］Ａ−Ｌ−Ｃ［Ｘ（ｋ−１）−Ｘ（ｋ−１）］・・
・（１０） を得る。従って（Ａ−Ｌ・Ｃ）なる行列の固有値が単位
円内に必る様に行列ＩＶを選択すればに→（３）でＸ（
ｋ）→Ｘ（ｋ）となり、制御対象の内部の状態変数ｆｉ
Ｘ（ｋ）を入力制御ベクトルＩＪ　（ｋ　）（即ちブロ
アモータ３等の駆動電圧［ＶＢ　（ｋ　）ＶＣ（ｋ　）
　　ＶＤ　（ｋ　）　］　’）と出力ベクトルッ（ｋ）
　（即ちここではスカシＩｙ　（ｋ　）としての車室内
温度ＴＲ（ｋ　））との過去からの系列Ｕ（＊）　、　
ｙ　（＊）を用いて正しく推定することができる。

第６図は最小次元オブザーバの構成を示すブロック線図
でおる。オブザーバをこのように構成し、オブザーバ内
部の状ｇ−変数最をＷ（ｋ）と措定すれば、 Ｗ（ｋ） ＝Ｐ−Ｗ（ｋ−１）　十Ｊ−１Ｌｌ（ｋｌ）　十Ｍ　−
ｙ（ｋ−１）・・・（１１） として状態推定ｆｆ１Ｘ（ｋ−１）が求められることが
諒解されよう。ベクトルＪは、特定の条件のもとでは任
意に選択でき、Ｘ（ｋ）→Ｘ（ｋｌ：収束させる速さを
変更できる。ここでは、ベクトルＪ。

Ｍを統合するベクトルをあらためてベクトルＭとして、
式（１１）を、 Ｗ（ｋ）＝ Ｐ−Ｗ（ｋ−１）十Ｍ［ｕ（ｋ−１）　　　ｙ（ｋ−１
）］”・・・（１３） としておく。

既に述べたように、こうした最小次元オブザーバの具体
的な設計法はゴピナスの設計法などが知られており、本
実施例ではこれを用いて、空調ユニット１のある定常的
な運転状態について、を得た。

ここでは、オブザーバによって求められる状態推定１ｘ
（ｋ）、即ち空調ユニット１の内部状態を表わす変数と
して、δＴＢ（ｋ）、δＴＣ（ｋ　＞、δＴＤ　（ｋ　
）を考えている。変数δＴＢ　（ｋ　）は、ブロアモー
タ３の吹出空気の流量を制御する駆動電圧ＶＢによって
影響を受ける車室内温度の摂動分を、変数δＴＣ（ｋ　
）は、同様にコンプレッサ２２の駆動電圧ＶＣによって
影響をうける車室内実温度の摂動分を、変数δＴＤ　（
ｋ　）は、同じくダンパアクチュエータ２４によって影
響をうける車室内温度の摂動分を、各々意味している。

即ち、状態推定量Ｘ（ｋ）は、 Ｘ（ｋ）＝ ［δＴＢ（ｋ）　　δ丁Ｃ（ｋ）　　δＴＤ（ｋ）］Ｔ
・・・（１８） として表わされる。

次に最適フィードバックゲインＦの求め方について説明
するが、最適フィードバックゲイン「を求める手法は、
例えば「線形システム制御理論」（前掲用）等に詳しい
ので、ここでは詳解は略して結果のみを示しておく。

空調ユニット１の制御人力υ（ｋ）＝ ［ＶＢ（ｋ）　ＶＣ（ｋ）　ＶＤ（ｋ）コＴとその出力
ｙ　（ｋ　）＝ＴＲ（ｋ　）とについて、おる定常点の
まわりで、 δｕ　（ｋ　）　＝ｕ　（ｋ　）　−ｕ（ｋ−１）δＶ
　（ｋ　）　＝ｙ（ｋ　）　−ｙ（ｋ−１）とし、次の
評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即ら制御ωｕ　
（ｋ　）を求めることが空調ユニット１の制御系に関す
る付加積分型最適レギュレータとしての制御問題を解く
ことになる。

Ｊ−Σ［Ｘ”　　（ｋ　”）・０−Ｘ（ｋ）ｋ＝Ｏ 十δｕ”（ｋ）・Ｒ・δＬＪ（ｋ）］・・・（１９）尚
、ここでＧ、ＩＲは車みパラメータ行列を、ｋは制御開
始時点をＯとするサンプル回数を、各々示してあり、式
（１９）右辺はＱ、ＩＲを対角行列とする所謂２次形式
表現でおる。

この時、最適なフィードバックゲイン「はＦ＝　（ｌＲ
＋［ＢＴ−５−［Ｂ）”・１Ｂ”−５−Ａ・・・（２０
） として求められる。尚、式（２０）におけるＡ。

Ｂは各々、 でおり、Ｓは離散型リカツチ方程式 ％式％ の解である。尚、ここで式（１９）の評価関数Ｊの意味
は空調ユニット１に対する制御入力としての制御量ｕ　
（ｋ　）　＝　［ＶＢ　（ｋ　）　　ＶＣ（ｋ　）ＶＤ
　（ｋ　）　］”の動きを制約しつつ、制御出力ｙ（ｋ
）、ここでは車室内湿度ＴＲ（ｋ　）の目標値ＴＲ（ｋ
　）”からの偏差を最小にしようと意図したものである
。制御ｆｆ１ｔＪ　（ｋ　）に対する制約の重み付けは
、重みパラメータ行列０．ＩＲの値によって変更するこ
とができる。従って、すでに求めておいた空調ユニット
１の動的なモデル、即ち行列Ａ、ＩＢ、Ｃを用い、任意
の重みパラメータ行列Ｑ。

Ｒを選択して式（２３）を解いてＳを求め、式（２０）
により最適フィードバックゲイン「を求めれば、状態変
数口Ｘ（ｋ）は状態推定ＩＸ（ｋ）として式（１２）、
（１３）より求められる。

既述したように、目標温度ＴＲ本と車室内温度ＴＲとの
偏差に、上記最適フィードバックゲイン「の該偏差に関
する各要素Ｆ１４．　Ｆ２４．　Ｆ３４を掛けた値を累
積して、第１のフィードバック量である偏差累積値ＺＴ
ＲＢ　（ｋ　）、ＺＴＲＣ（ｋ　）。

ＺＴＲＤ　（ｋ　）を算出する。次に、上記状態推定ｆ
ｆ１Ｘ（ｋ）に、上記最適フィードバックゲイン「の該
状態推定ωＸ（ｋ）に関する要素Ｆｉｊ（ｉ＝１〜３．
　ｊ＝１〜３）を掛けて第２のフィードバックｍを柿出
し、該算出値に上記第１のフィードバック量を各々加算
すると、空調ユニット１の制御ωｕ　（ｋ　）の摂動分
、すなわらδＶＢ（ｋ）。

δＶＣ（ｋ　）　、　（５ＶＤ　（ｋ　）　カ求マル。

重みパラメータ行列Ｑ、Ｒを変えて最適な制御特性が得
られるまで以上のシミュレーションを繰り返すことによ
って、最適フィードバックゲイン「が、 のように求められた。

以上、最小２乗法によるシステム同定により空調ユニッ
ト１の制御系の動的モデルの構築、最小次元のオブザー
バの設計、最適フィードバックゲイン「の算出について
説明したが、これら、オブザーバ内の各パラメータＰ、
Ｍ、Ｃ，ＩＤや最適フィードバックゲインＦ等は予め求
めておぎ、電子制御回路２０の内部ではその結果のみを
用いて実際の制御を行なうのである。

そこで、次に、第７図のフローチャートに拠って電子制
御回路２０が実際に行なう車室内温度制御処理について
説明する。尚、以下の説明では現実の処理において扱わ
れている岳を添字（ｋ　）付で、前回に扱われた口を添
字（ｋ−１）付で表わすことにする。

ＣＰＬＩ３０は空気調和装置が起動された債、ＣＰＵ３
０の内部レジスタのクリアや制御初期値の設定および本
処理が第１回目であることを示す初期時フラグＦＳを値
Ｏにリセットするなどの初期化の処理をステップ１００
にて行なった後、予めＲＯＭ３２内に格納された手順に
従い、後述するステップ１１０ないしステップ２５０の
処理を繰り返し実行する。この車室内温度制御処理では
予めＲＯＭ３２内に格納された上述のＰ、Ｍ、Ｃ。

Ｄ、「の値が用いられる。

まず、ステップ１１０では、車室内温度センサ１２の出
力信号を入力ポート３６を介して入力し、車室内温度Ｔ
Ｒ（ｋ　）の読み込みを行なう。ステップ１２０では、
同様に温度設定器１４の出力信＠を入力して、目標温度
ＴＲＩ　（ｋ　）を読み込む処理を行なう。本ステップ
１２０の処理が、第３図に示す目標温度設定部Ｐ１とし
て機能する。

続くステップ１３０では、ステップ１１０で読み込んだ
車室内温度ＴＲ（ｋ　）とステップ１２０で読み込んだ
目標温度ＴＲ＊　（ｋ　）との偏差をｅ（ｋ）＝ＴＲ本
　（ｋ　）　−ＴＲ（ｋ　）として求める。

続くステップ１４０では、ステップ１１０で読み込んだ
車室内温度ＴＲ（ｋ　）から、空調ユニット′１の動的
なモデルを構築した際、線形近似が成立つ範囲として取
上げた定常的な空調コニット１の運転状態のうらで最も
近い状態（以下、これを定常点ＴＲａ、ＶＢａ、ＶＣａ
、ＶＤａと呼ぶ）を求める処理を行なう。ステップ１５
０では、ステップ１１０で読み込んだ車室内温度ＴＲ（
ｋ　”）について、ステップ１４０で定めた定常点から
の摂動分δＴＲ（ｋ　）を求める処理を行なう。尚、こ
の摂動分に関しては、δＴ　Ｒ（ｋ−１）を初めとして
、前回本制御処理が実行された際の値が保存されている
ものとする。このステップ１４０，１５０の処理が第３
図の摂動分抽山部Ｐ３として機能する。

続くステップ１６０では、現在の空調ユニット１の運転
状態に対応したオブ（アーバ内のパラメータＰ、Ｍ、Ｃ
，［）−ｔ”最適フィードバックゲインＦ等を選択する
処理を行なう。

次にステップ１７０に進み、前回上記ステップ１３０で
締出された偏差ｅ（ｋ、−１）に、上記ステップ１６０
で選択した最適フィードバックゲイン「の該偏差に関す
る要素を掛けた値を累積し、偏差累積値７丁ＲＢ　（ｋ
　＞、ＺＴＲＣ（ｋ　＞、ＺＴＲＤ　（ｋ　）を以下に
示すように算出する処理が行なわれる。ここで、初期時
におけるＺＴＲＢ（ｋ−１）。

ＺＴＲＣ（ｋ−１）、ＺＴＲＤ（ｋ−１）の値は、ステ
ップ１００で仝て○に設定されている。また、偏差とし
てｅ（ｋｌ）を使用しているのは、本処理における演算
時間遅れを考慮したためである。上記ステップ１３０と
本ステップ１７０の処理が第３図の積分器Ｐ２として機
能する。

ＺＴＲＢ　（ｋ　） ＝ＺＴＲＢ（ｋｌ）　　十　Ｆ１４−　　丁’　　−ｅ
　（ｋｌ）ＺＴＲＣ（ｋ　） ＝　ＺＴＲＣ（ｋ−１）　十Ｆ２４−　Ｔ　−ｅ　（ｋ
−１）ＺＴＲＤ　（ｋ　） ＝ＺＴＲＤ（ｋｌ）＋Ｆ３４−Ｔ−ｅ（ｋ−１）続くス
テップ１８０．ステップ１９０は状態推定ＩＸ（ｋ）を
算出する処理であって、式（１２）％式％（） δＴＤ　（ｋ　）］”が求められる。即ち、オブザーバ
内の変数Ｗ（ｋ）＝［Ｗｌ　　（ｋ）　　Ｗ２　　（ｋ
）］Ｔを用いて、ステップ１８０では、Ｗｌ（ｋ）。

Ｗ２（ｋ）を、 Ｗｌ（ｋ） ＝Ｐ１１・Ｗｌ　（ｋ−１）　＋Ｐ１２・Ｗ２　（ｋ−
１）十Ｍ１１−　δＶＢ（ｋ−１）　十Ｍ１２・δＶ　
Ｃ（ｋ−１）十Ｍ１３・δＶＤ（ｋ−１）＋Ｍ１４・δ
ＴＲ（ｋ−１）Ｗ２（ｋ） ＝Ｐ２１・Ｗｌ　（ｋ−１）　十Ｐ・２２・Ｗ２　（ｋ
−１）十Ｍ２１・δＶＢ（ｋ−１）＋Ｍ２２・δＶＣ（
ｋ−１）十Ｍ２３・δＶＤ（ｋ−１）　十Ｍ２４・δＴ
Ｒ（ｋ−１）として求め、続くステップ１９０ではステ
ップ１８０の結果を用いて、状態推定ｍを δＴＢ（ｋ　）＝０１１・Ｗｌ　（ｋ　）十０１２・Ｗ
２　（ｋ　）＋［）１　　・δＴＲ（ｋ） δＴＣ（ｋ　）＝０２１・Ｗｌ　（ｋ　）＋Ｃ２２・Ｗ
２　（、ｋ　）＋Ｄ２　・δＴＲ（ｋ） δＴＤ（ｋ） ＝δＴＲ（ｋ）−δＴＢ（ｋ）−δＴＣ（ｋ）として求
める処理が行なわれる。ここでステップ１８０で用いら
れたδＶＢ（ｋ−１）、δＶＣ（ｋ−１）。

δＶＤ（ｋ−１）　、δＴ　Ｒ（ｋ−１）等は、上述し
たように、曲回、本制御処理が実行された時の値である
。

また、状態推定ｆｆ１Ｘ（ｋ）のひとつであるδＴＤ（
ｋ）、即ちエアミックスダンパ９の開度を制御するダン
パアクチュエータ２４駆動電圧の摂動分δＶＤ　（ｋ　
）によって車室内温度の摂動分δＴＲ（ｋ　）に影響を
与える温度の摂動分δＴＤ　（ｋ　）を、δＴＲ（ｋ　
）−δＴＢ　（ｋ　）−δＴＣ（ｋ　）として求めてい
るのは、車室内温度の摂動分δＴＲ（ｋ　）が測定され
ている（ステップ１５０）ことから、処理速度の向上を
考慮して目算の容易化を図ったものである。このステッ
プ１８０とステップ１９０の処理が第３図のオブザーバ
Ｐ４として機能する。

次にステップ２００では、初期時フラグＦＳの値に基づ
いて、初期時か否かが判定される。初期時フラグ「Ｓは
上）ホしたステップ］００で値Ｏにリセットされている
ので、ステップ２１０に進む。

なお、本ステップ２００の処理が第３図の初期時判定部
Ｐ７として機能する。

初期時にのみ実行されるステップ２１０では、偏差累積
値を以下のように設定する処理が行なわれる。

ＺＴＲＢ　（ｋ　） ＝−（Ｆｌｌ・δＴＢ（ｋ）十Ｆ１２・δＴＣ（ｋ）十
Ｆ１３・δＴＤ（ｋ） ＺＴＲＣ（ｋ　） ＝−（Ｆ２１・δＴＢ（ｋ）十Ｆ２２・δＴＣ（ｋ）十
Ｆ２３・δＴＤ（ｋ） ＺＴＲＤ　（ｋ　） ＝−（Ｆ３１・δＴＢ（ｋ）＋Ｆ３２・δＴＣ（ｋ）十
Ｆ３３・δＴＤ（ｋ） その後、初期時フラグＦＳを値１にセットしてステップ
２２０に進む。

初期時の場合は、上記ステップ２１０に続いて、一方、
初期時でない場合は上記ステップ２００に続いてステッ
プ２２０が実行される。ステップ２２０では、上記ステ
ップ１８０、ステップ１９０で算出された状態推定量Ｘ
（ｋ）＝［δＴＢ　（ｋ　）δＴＣ（ｋ　）　　δＴＤ
　（ｋ　）　］”に、上記ステップ１６０で選択した最
適フィードバックゲイン「の該状態推定量Ｘ（ｋ）に関
する要素を掛け、さらに、上記ステップ１７０またはス
テップ２１０で算出された偏差累積値を加算して、ブロ
アモータ３の駆動電圧の摂動分δＶＢ（ｋ）、コンプレ
ッサ２２の駆動電圧の摂動分δＶＣ（ｋ　）　、ダンパ
アクチュエータ２４の駆動電圧の摂動分δＶＤ（ｋ＞を
算出する処理が行なわれる。すなわち、以下のような演
算が実行される。

δＶＢ　（ｋ　） ＝Ｆ１１・δＴＢ（ｋ　）＋Ｆ１２・δＴＣ（ｋ）十Ｆ
１３・δＴＤ（ｋ　）＋ＺＴＲＢ（ｋ　）δＶＣ（ｋ、
） ＝Ｆ２１・δＴＢ（ｋ　）十Ｆ２２・δＴＣ（ｋ）十Ｆ
２３・δＴＤ（ｋ　）＋ＺＴＲＣ（ｋ　）δＶＤ　（ｋ
　　） ＝Ｆ３１・δＴＢ（ｋ）＋Ｆ３２・δＴＣ（ｋ）十Ｆ３
３・δＴＤ（ｋ　）＋ＺＴＲＤ（ｋ　）本ステップ２２
０の処理が第３図に示すフィードバック量決定部Ｐ５と
して機能する。初期時には、偏差累積値がステップ２１
０で設定されるため、上記演算から求まる各摂動分δＶ
Ｂ（ｋ）、δＶＣ（ｋ）、δＶＤ（ｋ）は相殺されて仝
てＯとなる。

一方、初期時でない場合には、偏差累積値がステップ１
７０で算出されるため、上記演算により各摂動分δＢ（
ｋ）、δＶＣ（ｋ）、δＶＤ（ｋ）は所定の値となる。

続くステップ２３０では、ステップ２２０で求めた各駆
動電圧の摂動分δＶＢ（ｋ）、δｖＣ（ｋ）、δＶＤ　
（ｋ　）に定常点での値ＶＢａ、Ｖｃａ、ｖｏａを加え
て、実際の駆動電圧ＶＢ　（ｋ　）、　ＶＣ（ｋ　＞、
　ｖｏ　（ｋ　）を求める処理が行なわれる。これが第
３図の基準設定値加算部Ｐ６に相当する処理である。

続くステップ２４０ではステップ２３０で求めた各駆動
電圧ＶＢ　（ｋ　）、　ＶＣ（ｋ　＞、ＶＤ　（ｋ　）
を、出力ポート３８を介して、ブロアモータ３゜コンル
ッサ２２．ダンパアクヂュエータ２４の各々に出力する
処理が行なわれる。ステップ２５０で（，１サンプリン
グ・演算・制御の回数を示している添字にの値を１だけ
インクリメント（更新）し、上記ステップ１１０へ戻っ
て、上述のステップ１１０ないし２５０の処理を再び繰
返す。

以上のように構成された本車室内温度制御処理に依って
行なった制御の様子について、第８図に従来の単ＩＴ！
なフィードバック制御の様子と比較して示した。制御例
として、車室内温度ＴＲが１５［°Ｃ］にある場合に、
目標温度ＴＲ本を２０ピＣ］に設定して制御を開始した
場合を取り上げた。この目標温度を第８図では一点鎖線
Ｐで示したが、これに対する車室内温度の変化を車室内
温度センサ１２の出力信号に基いてプロットしたのが実
線Ｇ、破線Ｆおよび二点鎖線Ｈである。実線Ｇは本実施
例による車室内温度の制御例を、破線Ｆは従来の制御に
よる制御例を、二点鎖線１−１は初期時の判定を行なわ
ない場合の制御例を、各々示している。第８図から明白
なように、本実施例〔こよれば、従来の制御より速い応
答性（立ち上がり）を実現した上で、オーバーシューｌ
〜、アンダーシュートもほとんどなく車室内温度ＴＲを
目標温度ＴＲ＊にすることができている。空気調和を行
なっている系が安定する時間で比較すれば、本実施例で
は、立ち上がりが速いにもかかわらず１桁以上の改善を
実現していることがわかる。また、初期時に状態推定量
Ｘ（ｋ）に基づいて各駆動電圧の摂動弁を算出すると、
初期時には偏差累積値かないので、状態推定ＩＸ（ｋ）
は不確かな値となってしまう。

このため、例えば二点鎖線１−１で示すように、目標子
−Ｒ本と逆の方向に向けて制御を開始してしまうといっ
た不都合を生じる場合もある。これに対して、本実施例
のように、初期時には定常点における基準設定値ＶＢａ
　、ＶＣａ　、ＶＤａに基づいて制御を開始すると、第
８図に実線Ｇで示すように、初期時より目標温度ＴＲ＊
に向かい速やかに接近する。これにより、車室内温度Ｔ
Ｒを応答性良く目標温度に制御できるばかりか、ブロア
モータ３゜コンプレッサ２２．ダンパアクチュエータ２
４を最適に制御するので、無駄なエネルギを消費するこ
とがなく、省燃費でしかもコンプレッサ２２をオン−オ
フ制御しないことから内燃機関の出力トルクの変動も低
減することができる。

これは、本実施例の制御では、熱平衡を予測した単純な
フィードバック制御に替えて、付加積分型最適レギュレ
ータである電子制御回路２０による制御を行なうためで
ある。即ち制御対象である空気調和を行なう系のモデル
をシステム同定によって実験的に解析して、制御対象の
状態、即ら未来への影響を予測するために必要十分な系
の過去の履歴に関する情報を推定し、制御の初期時には
上記系のモデルの定常点における基準設定値を、一方、
制御が開始された後は上述の推定した量を、各々用いて
制御を行なうよう構成したためである。

また、本実施例では、偏差累積値ＺＴＲＢ（ｋ　）。

ＺＴＲＣ（ｋ　）、ＺＴＲＤ（ｋ　）を算出するに際し
、偏差として前回サンプリングされて算出された偏差ｅ
（ｋ−１）を使用している。このため、離散時間系にお
ける電子制御回路２０の演算時間遅れに対する補償が可
能となっている。

さらに、本実施例の自動車用空気調和装置は車室内温度
を制御する電子制御回路２０におけるフィードバックゲ
インの設計が極めて論理的になされ、これを最適に定め
ている。従って、従来の制御装置のように設計者の経験
等に基づいて設計し、必要に応じて実際に調整を行ない
、適切と思われるフィードバックゲイン゛を設定する作
業が不要となり、設計・開発工数やコストを低減するこ
とができる。

なお、本実施例において、空調ユニット１が空調手段Ｍ
１に該当し、温度設定器１４と電子制御回路２０および
該電子制御回路２０により実行される処理（ステップ１
２０）が温度設定手段Ｍ２として機能し、車室内温度セ
ンサ１２と電子制御回路２０および該電子１ｉＱ御回路
２０により実行される処理（ステップ１．１０＞が温度
検出手段Ｍ３として機能する。また、電子制御回路２０
および該電子制御回路２０により実行される処理（ステ
ップ１４０．’１５０，１６０，２１０＞が制御手段Ｍ
４として、電子制御回路２０および該電子制御回路２０
により実行される処理（ステップ２００〉が判定手段Ｍ
５として、電子制御回路２０および該電子制御回路２０
により実行される処理（ステップ１８０，１９０）が状
態観測部Ｍ６としで、電子制御回路２０および該電子制
御回路２０により実行される処理（ステップ１３０，１
７０）が第１のフィードバック量算出部Ｍ７として、電
子制御回路２０および該電子制御回路２０により実行さ
れる処理（ステップ２２０，２３０，２４、０　＞がフ
ィードバック制ｍｉｘ出部Ｍ８として、各々機能する。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
のような実施例に回答限定されるものではなく、リヒー
トタイプの空気調和装置に適用したり、状態変数Ｘ（ｋ
）として他の変数を用いるなど、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において、種々の態様で実施し得ることは勿論
である。

発明の効果 以上詳記したように、本発明の自動車用空気調和装置は
、温度検出手段の検出した車室内温度を温度設定手段の
設定した目標温度とするに際し、判定手段により初期時
にあると判定された場合には、制御手段が空調手段の定
常的な運転条件に応じて予め定められた基準設定値を制
御量として空調手段に出力し、その後は、第１のフィー
ドバックｆｆｌ算出部で累積された第１のフィードバッ
ク量および状態観測部により推定された状態変数と最適
フィードバックゲインとから定まる第２のフィードバッ
ク量の和を制御量として制御手段が空調手段に出力よう
構成されている。このため、空調手段の制御が開始され
る初期時より、車室内温度を目標温度に向けて速やかに
調節すると共に、該目標温度が変化した場合でも応答性
・追従性を高水準に保った制御を行なうことができると
いう優れた効果を奏する。

また、車室内温度の過制御を生じることもないため、自
動車用空気調和装置の駆動源に対する負担が最小となる
ので、例えば駆動源としての内燃機関の燃費性能を向上
ざぜることかできる。

さらに、自動車用空気調和に関する系の動的なモデルに
基づいて予め定められた最適フィードバックゲインを使
用しているので、空気調和装置の設計・開発工数を低減
することができるという利点も生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内容を概念的に例示した基本的構成図
、第２図は本発明一実施例としての自動車用空気調和装
置のシステム構成図、第３図は同じくその空気調和を行
なう系の制御系統図、第４図は同じくその系のモデルを
同定するのに用いたブロック線図、第５図は伝達関数を
求める為のシグナルフロー線図、第６図は最小次元オブ
ザーバの構成を示すブロック線図、第７図は本発明一実
施例において実行される付加積分型最適レギュレータと
しての制御を示すフローチャート、第８図は実施例の制
御特性と従来の制御の様子とを比較するグラフである。 Ｍｌ・・・空調手段　　　Ｍ２・・・温度設定手段Ｍ３
・・・温度検出手段 Ｍ４・・・制御手段　　　Ｍ５・・・判定手段Ｍ６・・
・状態観測部 Ｍｌ・・・第１のフィードバック量算出部Ｍ８・・・フ
ィードバック制御量算出部１・・・空調ユニット　　３
・・・ブロアモータ５・・・エバポレータ ９・・・エアミックスダンパ １０・・・乗員室　　　　１２・・・車室内温度センサ
１４・・・温度設定器　　２０・・・電子制御回路２２
・・・コンプレッサ ２４・・・ダンパアクチュエータ ３０・・・ＣＰＵ ３２・・・ＲＯＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　車室内への吹出空気の少なくとも温度を含む諸量を
   外部からの制御量に従って調節する空調手段と、 上記車室内の目標温度を設定する温度設定手段と、 上記車室内の車室内温度を検出する温度検出手段と、 自動車用空気調和に関する系の動的なモデルに基づいて
   予め定められた最適フィードバックゲインを使用して、
   上記車室内温度が上記目標温度となるように上記空調手
   段をフィードバック制御する付加積分型最適レギユレー
   タである制御手段と、を具備した自動車用空気調和装置
   であって、さらに、上記空調手段が初期時にあるか否か
   を判定する判定手段を有し、 しかも、上記制御手段が、 上記動的なモデルに基づいて予め設定されたパラメータ
   を用いて、上記空調手段への制御量と上記車室内温度と
   から、上記系の動的な内部状態を表わす状態変数を推定
   する状態観測部と、 上記目標温度と上記車室内温度との偏差および上記最適
   フィードバツクゲインの上記偏差に関する要素から、上
   記空調手段への制御量に関与する第１のフィードバツク
   量を算出すると共に該第１のフィードバック量を累積す
   る第１のフイードバック量算出部と、 上記状態変数と上記最適フィードバックゲインの上記状
   態変数に関する要素とから算出した第２のフィードバッ
   ク量および上記累積された第１のフィードバック量の和
   を制御量として上記空調手段に出力するフィードバック
   制御量算出部と、を備え、 該制御手段は、上記判定手段が初期時にあると判定した
   場合には、上記空調手段の定常的な運転条件に応じて予
   め定められた各基準設定値を制御量として上記空調手段
   に出力するよう構成されたことを特徴とする自動車用空
   気調和装置。 ２　上記空調手段の調節する諸量が、吹出空気を送風す
   るブロアモータの送風量と、該吹出空気を一旦冷却する
   冷媒の流量と、該吹出空気の再度加熱される流量とから
   なる特許請求の範囲第１項に記載の自動車用空気調和装
   置。