JPS63184518A - 車両用空気調和装置の制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、特に外部より圧縮容量すなわち圧縮機能力
が可変制御できるようにした冷媒圧縮機を有し、特に車
両内の冷房を行なうようにした車両用空気調和装置の制
御装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、自動車等の車両に搭載される空気調和装置にお
いて、空気温度を目標温度状態に制御する温度制御手段
としては、ＰＩＤ制御が良く知られている。また、冷媒
圧縮機の圧縮機能力を可変する容量可変機構は、例えば
電磁的に制御されるようになっているものであり、この
容量可変機構に容量設定指令として供給される駆動信号
は、矩形波パルス状に構成され、このパルス状駆動信号
のデユーティ比によって、圧縮機容量が設定されるよう
になっているものであり、上記デユーティ比を上記ＰＩ
Ｄ式に基づき算出するようにしている。

上記式は、空気調和装置において温度制御を、冷媒圧縮
機の容量制御によって実行する場合の、容量制御機構の
制御を実行する信号のデユーティ比を求めるＰＩＤ制御
式を示す。この式では、（Ｔｅ　）ｎは周期θで例えば
熱交換機の出力部の空気温度Ｔｅをサンプリングした値
を用いるものであり、Ｄｔｏはデユーティ比Ｄｔの基準
値、Ｋｐは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時
間である。

一般にＫｐＳＴｌ、θは限界感度法等によって決められ
ているもので、安定性と定常偏差が両立されるように決
定されている。

しかし、冷房動作を実行する空気調和装置にあっては、
上記のような定数設定のみでは、特にクールダウン特性
等の過渡時と定常時の安定性の両立を図ることが困難と
なる場合が多い。例えば定常時の安定性を増すために、
比例ゲインＫｐの小さい場合には、第５図でＡで示すよ
うに目標温度状態となるのに多くの時間を要するように
なり、また過渡時に目標温度に速やかに近付けるため比
例ゲインＫｐ大きくすれば、同じくＢで示すように温度
制御に大きなハンチングが生ずるようになり、また比例
ゲインをその中程に設定した場合でも、第５図にＣで示
すようなハンチングが残るものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、温度
制御をＰＩＤ制御によって実行するようにした場合にあ
って、定常時の制御安定性と共に、クールダウン等の過
渡状態にあっても、安定した温度制御が実行できるよう
にした車両用空気調和装置の制御装置を提供しようとす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る空気調和装置の制御装置にあ
っては、冷媒圧縮機の容量制御を外部から実行するよう
にしているものであり、この容量制御を空気温度に対応
した温度情報および設定された目標温度に基づきＰＩＤ
制御によって実行するようにしている。そして、このＰ
ＩＤ制御によるフィードバックゲインが、上記検出温度
と目標温度との差の絶対値の大小に対応して増減制御さ
れるようにしているものである。

［作用］ すなわち、このような空気調和装置にあっては、例えば
熱交換機の出力側の空気温度が設定される目標温度に近
付くようにフィードバック制御されるようになるもので
あり、調和空気温度が適正目標値に設定されるように制
御される。この場合、過渡状態となって検出温度と目標
温度との差が大きくなった場合には、検出温度が目標温
度に速やかに近付くように制御されるものであり、また
検出温度が目標温度に近付いた状態では、その制御量が
小さな状態となるものであり、過渡時と安定時の制御安
定性が両立されるようになるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は車両用空気調和装置の冷凍サイクルの構成を示
すもので、自動車に搭載された工ンジン１１によって圧
縮ｆｉ１２が駆動されるようになっている。圧縮機１２
は、圧縮機能力すなわち圧縮機容量が可変制御できるよ
うに構成されているもので、容量可変機構１３を備えて
いる。この容量可変機構１３は、例えば電は弁機構によ
って構成されるもので、この電磁弁を駆動制御する信号
によって圧縮機容量が可変制御されるようになる。ここ
で、上記電磁弁駆動信号は、矩形波パルス状の信号で構
成されるもので、このパルス状信号のデユーティ比Ｄｔ
によって、上記圧縮機容量が設定されるようにしている
。

ここで、圧縮機容量と」−記デューティ比ＤＬとの関係
は、例えば第２図で示すようになるもので、デユーティ
比Ｄ（が「１」に近付く程圧縮機容量が小となり、この
容量の一１人と共に冷媒流量が増大するようになるもの
である。

そして、上記圧縮機１２からの出力冷媒は、コンデンサ
１４、レシーバ１５を介して膨張弁１６に送られ、さら
にエバポレータ１７に０（給されるようになるものであ
り、このエバポレータ１７からの出力冷媒は圧縮機１２
に帰還されるようになる。

上記エバポレータ１７の部分にはファン１８が設けられ
、エバポレータ１７を介して冷却された空気を車両室内
に送り込むようにしているものであり、このエバポレー
タ１７からの空気出力口部分には、サーミスタ等で構成
される温度検出用のセンサ１９が設定されている。

この温度センサ１９で検出された温度Ｔｃに対応する信
号は、マイクロコンピュータ等によって構成される制御
装置２０に供給されるようになっているものであり、さ
らにこのＩＩ＋御装置２０には、可変抵抗回路等によっ
て構成され、マニュアルで操作設定されるようにした温
度設定部２１で設定された設定温度信号Ｔｓが供給され
るようになっている。

そして、制御装置２０では上記入力温度信号Ｔｅおよび
Ｔｓに基づき、前記したＰＩＤ式によって容量可変機構
１３に供給きれる信号のデユーティ比Ｄｔを演算し、こ
のデユーティ比Ｄｔの駆動信号を上記容量可変機構１３
に供給制御するもので、温度センサ１９で検出された温
度Ｔｃが設定温度Ｔｓに近い値に維持されるように、冷
媒流量を可変制御させるものである。

このように構成される空気調和装置においては、温度セ
ンサ１９で検出された温度Ｔｅが、温度設定部２１で設
定された基準温度Ｔｓに近付くように、制御装置２０に
おいて圧縮機１２の容は制御を実行するもので、検出温
度Ｔｅと基準目標温度Ｔｓとの温度偏差が小さいときに
は、ハンチング等が少なく目標値近傍で維持される安定
性が得られるようにし、また温度偏差が大きい場合には
速く目標値に近付くような応答性が得られるようにする
。

このため、制御装置２０にあっては、容量可変機構１３
を制御する信号のデユーティ比Ｄｔを演算する計算式に
工夫が加えられるようにしたもので、次のような式によ
ってＰＩＤ制御を実行させるようにする。

Ｄｔ比−Ｄ　ｔｏ−Ｋｐ［−”−１”’−・ＩＡ　Ｉ　
（Ｔｅ）ｎ−Ｔｓ　Ｉ　ｌ　’１　（Ｔｃ）ｎ−Ｔｓ　
１ −−１　（Ｔｏ）　ｎ−Ｔｓｌ　＋−エユｌ　（Ｔｏ）
　ｎ−（Ｔｅ）　ｎ−１）　］Ｔ１　　　　　　　　θ ・・・（２） ・・・（２） 上記式においてＮは１以上の値であって実験等によって
最適値が選定される。

そして、」二足式において例えばｒＡ−ＩＪの場合に、
最適温度差が １　（Ｔｅ）ｎ−Ｔｓ　ｌ　）　１℃ の状態にあっては １　ｌ　（Ｔｅ）ｎ−Ｔｓ　Ｉ　ＩＮ）　　ｌ　（Ｔｅ
）ｎ−Ｔｓ　Ｉであるので、上記ＰＩＤ式のＰ項の依存
度が大きくなり、応答性が改善されるようになる。また
反対に １　（Ｔｅ）ｎ−Ｔｓ　Ｉ　（１℃ においては、 １　ｌ　（Ｔｃ）ｎ−Ｔｓ　ｌ　ｌＮ（１（Ｔｏ）ｎ−
Ｔｓ　ｌであるので、Ｐ項の依存度は小さくなって安定
性が改善されるものであり、したがって上記（２）式で
示したＰＩＤ式によってクールダウン時間の短縮と定常
時の安定性の両立が実現できるようになる。

第３図は制御装置２０を構成するマイクロコンビ二一夕
において実行される上記のようなデユーティ比Ｄｔの制
御処理の流れを示しているもので、まずスタート後にス
テップ１０１でデユーティ比Ｄｔを「１」に、さらにエ
ンジン１１から圧縮機１２に動力を伝達する機構のクラ
ッチのオン・オフ制御信号ＭＧＣおよび積分量Ｉを「０
」にそれぞれ初期設定し、ステップ１０２で温度センサ
１９からの検出温度Ｔｅをサンプリングする。このステ
ップ１０２においては、上記温度Ｔｅを以後サンプリン
グ周期Ｑでサンプリングするもので、このサンプリング
データをステップ１０３で毎回記憶値Ｔｅａとして記憶
するようにしている。

次にステップ１０４では温度設定部２１で設定された温
度Ｔｓを取り込み、ステップ１０５で前記ＰＩＤ式の微
分項に代入するための温度Ｔｃの変化分子Ｔｃ−Ｔａｏ
Ｊを演算し、この演算結果をＤとして記憶させるように
する。

その後、ステップ１０Ｂで検出温度Ｔｅと温度制御のた
めの第１の基準温度Ｔｅｌとを比較し、ＴｅがＴｅｌよ
り大きい状態でステップ２０７に進み、ｆたＴｅがＴｅ
ｌより小さいと判定された状態で、エバポレータ１７の
出力側空気温度が充分冷却されていると判定してステッ
プ１０８に進む。そして、このステップ１０８ではクラ
ッチ信号ＭＧＣを「０」としてクラッチをオフさせ、圧
縮機１２に動力が伝達されないようにしている。

上記ステップ１０７ではクラッチ信号ＭＧＣが「１」と
なっているか否かを判定するもので、クラッチ信号ＭＧ
Ｃが「０」であると判定されたならばステップ１０９で
検出温度Ｔｏが第２の設定温度Ｔｅ２より大きいか否か
を判定する。そして、上記ステップ１０７でクラッチが
オン状態であると判定され、またステップ１０９でクラ
ッチがオフで且つ温度Ｔｅが温度Ｔｅ２より高いと判定
された場合にはステップ１１０に進み、クラッチ信号Ｍ
ＧＣを「１」に設定してクラッチをオン制御する。そし
て、エバポレータ１７部分でのフロストを防ぐようにす
る。

ここで、上記第１および第２の設定温度ＴｅｌおよびＴ
ｅ２は、温度Ｔｅを設定基準温度Ｔｓに近付けるように
制御する場合の切換え温度として設定されるもので、例
えば第４図で示すようにＴｅ２をＴｅｌより作か高い値
に設定し、温度制御がヒステリシス特性で行われるよう
にしている。

通常はｒＭＧＣ−ＩＪでクラッチをオン設定した状態で
温度Ｔｅが制御されるようにするもので、ステップ１１
１で設定基準温度Ｔｓと検出温度Ｔｅとの温度偏差ｒＴ
ｅ　−Ｔｓ　ＪをＥとして記憶させ、またステップ１１
２で積分量Ｉ　（初期状態で０に設定される）に上記Ｅ
を加算して新しい積分量■を求め、これを記憶しておく
。そして、次のステップ１１３では上記偏差Ｅ１１項量
１１および変化分りにより、前記（２）式で示したＰＩ
Ｄ式に基づいて、センサ１７で検出された温度情報Ｔｅ
と温度設定部２１で設定した目標温度Ｔｓとの偏差の絶
対値に対応する関数の関与されたデユーティ比Ｄｔを演
算する。

ステップ１１４では次にサンプリングされた温度Ｔｅを
Ｔｅａとして記憶し、さらにステップ１１５で上記演算
されたデユーティ比Ｄｔを制御データとして出力して、
圧縮機１２の容量可変機構１３の電磁弁を制御するもの
である。そして、ステップ１０４に戻り、上記のような
演算制御が以後繰返し実行されるようにして、エバポレ
ータ１７の出力側の温度Ｔｃが温度設定部２１で設定さ
れた基準温度Ｔｓに近付くように、冷媒圧縮機１２の容
量が可変制御され、さらにこの圧縮機１２に動力を伝達
するクラッチがオン・オフ制御されるものである。

すなわち、エバポレータ１７の出口部分の温度Ｔｅが設
定基準温度Ｔｓを越えて上昇するようになった場合に偏
差Ｅは正の値となり、デユーティ比を演算するＰＩＤ式
のＰ項は正の値となり、１項およびＤ項は増加傾向とな
ってデユーティ比Ｄｔは減少されるようになる。ここで
、圧縮機１２の容量可変機構１３の電磁弁を、デユーテ
ィ比Ｄｔが減少したときに圧縮機１２の容量を増大し、
デユーティ比Ｄｔの増大と共に容量を減少させるように
設計しておけば、上記のようにデユーティ比Ｄｔの減少
と共に圧縮機１２の容量は増大して冷媒流量が増加し、
エバポレータ１７の冷媒出口圧力の低下をもたらすよう
になって、温度Ｔｏが降下されるようになる。

逆に、検出温度Ｔｅが設定基準温度Ｔｓ以下に低下した
場合には、上記同様にして温度Ｔｅが上昇させられるよ
うに圧縮機１２の容量が減少制御され、結果として検出
温度Ｔｅが基準温度Ｔｓに近い値の状態となるように動
作制御されるようになるものである。

従来のこの種制御において使用される（１）式で示した
ようなＰＩＤ制御式に対して、上記実施例にあってはそ
の制御式が Ｄｔ　　比−Ｄ　ｔｏ−Ｋ　ｐｔｆ（Ｔｃ）　　・　（
Ｔｃ−Ｔｓ）十」ミ（Ｔｅ−Ｔｓ）　＋−エユ・ΔＴｅ
）　　＝１３）Ｔｉ　　　　　　　θ で表わされるようになる。ここでｆ（Ｔｅ）は検出温度
Ｔｅと目標温度Ｔｓとの偏差に対応して設定される関数
であり、次のようになる。

すなわち、上記関数ｆ（Ｔｅ）によって検出温度Ｔｏに
応じたオープンループによるフィードバックゲイン制御
が実行されるようになるものであり、しかも温度偏差１
Ｔｅ−Ｔｓｌが著しく大きい場合にはフィードバックゲ
インを大きくして、速やかに温度ＴｅがＴｓに近付けら
れるようにし、また上記温度偏差の小さい場合には、フ
ィードバックゲインを小さくして安定な制御が実行され
るようにしている。すなわち、第５図でＤで示すような
適正な応答が得られるようになるものである。

上記実施例にあっては、温度偏差による関数をｆ　　（
Ｔｃ　）　＝Ａ　・ｌ　Ｔｃ　−Ｔｓ　　ｌＮ−’の状
態としたが、ｒＮ−ＩＪでｒｆ　　（Ｔｃ）＝ＩＪとな
って、通常のＰＩＤ制御と同じような状態となる。しか
し非連続的に ｆ　（Ｔａ）　−Ｋ　ｎ（ｌ　Ｔｃ　−Ｔｓ　ｌ≧Ｔｎ
のとき、ｆ　（Ｔｃ）＝に１（Ｔ２　＞　ｌ　Ｔｅ−Ｔ
ｓｌ≧Ｔｌのとき）、ｆ　（Ｔｅ）　−Ｋ　Ｏ（Ｔ　ｌ
　＞　Ｉ　Ｔｅ　−Ｔｓ　ｌ≧０のとき）、ただし、Ｔ
ｎ　＞−ＴＩ　＞０．Ｋｎ　＞−＞Ｋ１＞ＫＯ）として
もよく、また同様の性質をもつ演算であれば、上記式に
拘るものではない。

また実施例ではエバポレータ１７の下流側の空気温度Ｔ
ｅを制御するように説明したが、これはエバポレータ１
７の冷媒低圧圧力を制御するようにしてもよいものであ
り、またこれらを組合わせて制御するようにしてもよい
。この場合には、温度検出センサ１９の代わりに圧力セ
ンサ等を用いて、エバポレータの圧力を検出させるよう
にする。そして、基準値は温度から圧力に変更するもの
であり、あるいは温度と圧力を組合わせた値に変更する
ようにすればよい。

さらに実施例では、目標温度を温度設定部２１で、例え
ば温度制御用ボリュームによって設定するような状態で
説明した。しかし、これはオートエアコンと組合わせて
、外気温度センサ、内気温度センサ、日射センサ等の空
気調和装置関連のセンサ類を含んで制御するようにして
もよい。

また、上記説明では、関数ｆ（Ｔｅ）はＰ項に作用させ
るようにしたが、これは θ ｆ　（Ｔｃ）　　７　＋　　Σ　（Ｔｃ　−Ｔｓ）とし
て積分（１）項に同様の働きを持たせるようにしたり、
あるいはｒｆ（Ｔｅ）・ＫｐＪとして比例ゲインＫｐに
作用させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る空気調和装置の制御装置に
あっては、実際の空気温度と目標温度との間に大きな偏
差の存在する場合には、冷媒圧縮機の能力が大きく設定
され、また逆に上記温度偏差の小さな状態では、冷媒圧
縮能力が小さな状態に設定されるようになる。すなわち
、制御系のフィードバックゲインが上記温度偏差の大小
に応じて増減されるようになるもので、例えばクールダ
ウン特性等の過渡時と定常時の安定性の両立が効果的に
図れるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る空気調和装置の特に
冷媒サイクルの状態を説明する構成図、第２図は上記装
置において使用される冷媒圧縮機の容量と制御用信号の
デユーティ比との関係を示す図、第３図は上記実施例の
制御の流れを説明するフローチャート、第４図は上記制
御において使用される第１および第２の設定温度の状態
を説明する図、第５図は温度制御におけるフィードバッ
クゲインの状態を説明する図である。 １１・・・エンジン、１２・・・冷媒圧縮機、１３・・
・容量可変機構、１６・・・膨張弁、１７・・・エバポ
レータ、１９・・・温度センサ、２０・・・制御装置（
マイクロコンピュータ）、２１・・・混成設定部。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　３第１図 第２図 第３因 第４図 爵間 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エンジンによって駆動される冷媒圧縮機の容量
   を外部より可変制御する容量可変手段と、上記冷媒圧縮
   機から循環される冷媒が供給される熱交換機構によって
   制御される空気温度に対応した温度情報を検出する手段
   と、 この手段で検出された温度情報および目標温度情報に基
   づき、上記容量可変手段の制御値を算出し、上記冷媒圧
   縮機の容量を制御するＰ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）
   制御手段とを具備し、上記制御手段は、上記検出された
   温度情報と目標温度との差の絶対値に対応した関数を算
   出する手段を備え、 上記関数の大小に応じて、上記ＰＩＤ制御によるフィー
   ドバックゲインが増減制御されるようにしたことを特徴
   とする車両用空気調和装置の制御装置。
2. （２）　上記温度情報を検出する手段は、上記交換機構
   の出口部分に設定した温度検出センサによって構成され
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の車両用空気調
   和装置の制御装置。
3. （３）　上記温度情報を検出する手段は、上記交換機構
   の冷媒出口圧力を検出する手段によって構成され、上記
   冷媒出口圧力に対応した値の温度情報が得られるように
   した特許請求の範囲第１項記載の車両用空気調和装置の
   制御装置。