(57)【要約】【課題】  乗客が感じている室温を冷房温度設定値や暖房温度設定値に近付ける制御を実現することのできる車両用空調制御システムを提供する。【解決手段】  車両に搭載され、室内送風機、室外送風機及び圧縮機を含む空調装置５と、車室内の制御用温度が予め設定された温度設定値と一致するように空調装置を制御する空調制御装置４空調制御装置とを備えているとき、車室内の所定の箇所の温度を検出する温度センサ６と、車室内の温度分布を認識することのできる温度分布認識手段１とを備え、空調制御装置４は、温度分布認識手段１で認識された温度データに基づいて、温度センサ６とは異なる所定箇所の温度を検出し、かつ、温度センサ６によって検出された温度と温度分布認識手段１を用いて検出された温度との加重平均値を車室内の制御用温度として圧縮機を制御する。【選択図】  図１
2006096306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、空調制御された空気を車室内に供給する空調装置と、車室内の制御用温度が予め設定された温度設定値と一致するように前記空調装置を制御する空調制御装置とを備えた車両用空調制御システムにおいて、
車室内の所定の箇所の温度を検出する温度センサと、
車室内の温度分布を認識することのできる温度分布認識手段と、
を備え、前記空調制御装置は、前記温度分布認識手段で認識された温度データに基づいて、前記温度センサとは異なる所定箇所の温度を検出し、かつ、前記温度センサによって検出された温度と前記温度分布認識手段を用いて検出された温度との加重平均値を前記車室内の制御用温度として前記空調装置を制御することを特徴とする車両用空調制御システム。
【請求項２】
前記温度分布認識手段は温度画像に変換可能な室内監視用のカメラでなり、前記空調制御装置は前記カメラによる所定箇所の温度データを利用して、前記車室内の制御用温度を修正することを特徴とする請求項１記載の車両用空調制御装置。
【請求項３】
前記温度分布認識手段は温度画像に変換可能な室内監視用のカメラでなり、前記温度センサは複数の箇所に設置され、前記空調制御装置は前記複数の温度センサの各検出温度の加重平均値を前記温度センサによって検出された温度とすると共に、前記カメラによる所定箇所の温度データを利用して、前記温度センサから得られる検出温度の加重平均の重み付けを変更することを特徴とする請求項１記載の車両用空調制御システム。
【請求項４】
前記温度分布認識手段は温度画像に変換可能な室内監視用のカメラでなり、前記空調制御装置は前記カメラによる所定箇所の温度データを利用して、日射の影響を受ける室内部分に供給する風量がより多くなり、日射の影響を受けない室内部分に供給する風量がより少なくなるように室内送風手段を制御することを特徴とする請求項１記載の車両用空調制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された空調装置を制御することにより、乗客の感じている室温を温度設定値に近づけるように制御する車両用空調制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線電車を初めとする鉄道車両には、一般に複数の空調装置が搭載されている。図６はこの種の空調装置を制御する従来の車両用空調制御システムの構成を、その給電系と併せて示した電気系統図である。同図において、集電器７で集電され、主変圧器８によって降圧された電圧が、主回路用配線遮断器９を経由して、室内送風機１０、室外送風機１１及び圧縮機１２を備えた空調装置５に給電される。ここで、室内送風機１０は空調制御された空気を車室内に供給するものであり、室外送風機１１は空調制御に利用された空気を車室外に排出するものであり、圧縮機１２は媒体を圧縮して所定の温度の空気を得るものである。
【０００３】
一方、圧縮機１２の給電経路には、圧縮機制御用リレー１３の接点１３ａが接続されている。圧縮機制御用リレー１３は、室内に設置された温度センサ６の検出値に応じて、空調制御装置４により励磁、非励磁の制御が行われ、これによって接点１３ａがオン、オフ制御される。
【０００４】
図７はこの車両用空調制御システムの主要部の構成を示すブロック図である。ここで、空調制御装置４は、先頭車両又は後尾車両に設置されたモニタ中央装置３から出力された空調指令と冷房温度設定値又は暖房温度設定値とをモニタ端末器２経由で受け取り、室内の複数箇所に設置された温度センサ６から得られる室内温度と冷房又は暖房温度設定値との差を監視し、空調装置５の能力可変制御を行う。例えば、冷房運転モードでは、室内温度が冷房温度設定値以上であれば、冷房効果を高める制御を行い、室内温度が冷房温度設定値以下であれば、冷房効果を弱める制御を行う（例えば、下記の特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２２５０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両用空調制御システムでは、乗客が実際に感じている室温にできるだけ近い温度を検知することのできる場所に温度センサ６を設置することが、快適な制御を行うための必要条件である。しかしながら、実際に温度センサ６を設置することができるのは、乗客の目に触れない場所又は手の届かない場所に限られるため、一般的には、吸い込みダクト部、空調装置の空気の吸い込み口、あるいは、天井に近い壁部等に設置される。このため、乗客のいる場所から離れた場所に温度センサ６が設置されることになり、乗客の感じている室温を常に正確に検知できているとは言い難かった。
【０００６】
この対策として、従来は、温度環境の異なる複数の場所に設置した温度センサの検知温度の加重平均を取り、この重み係数の最適値を、実測データ等から選ぶ方法が採られるが、例えば、上下温度差等の環境条件が変化した場合、重み係数が固定値では、最適でない場合が生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、乗客が感じている室温を冷房温度設定値や暖房温度設定値に近付ける制御を実現することのできる車両用空調制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両に搭載され、空調制御された空気を車室内に供給する空調装置と、車室内の制御用温度が予め設定された温度設定値と一致するように空調装置を制御する空調制御装置とを備えた車両用空調制御システムにおいて、車室内の所定の箇所の温度を検出する温度センサと、車室内の温度分布を認識することのできる温度分布認識手段と、を備え、空調制御装置は、温度分布認識手段で認識された温度データに基づいて、温度センサとは異なる所定箇所の温度を検出し、かつ、温度センサによって検出された温度と温度分布認識手段を用いて検出された温度との加重平均値を車室内の制御用温度として空調装置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成したことにより、乗客が感じている室温を冷房温度設定値や暖房温度設定値に近付ける制御を実現することのできる車両用空調制御システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明に係る車両用空調制御システムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図中、従来装置を示す図７と同一又は同様の機能を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第１の実施の形態は図７に示す従来装置に対して、室内を撮像することによって室内の温度分布を認識することのできる室内温度分布認識手段として、複数の室内監視用カメラ１を設け、これらの室内監視用カメラ１から得られた画像情報を、直列データ伝送路を介して空調制御装置４に伝達する構成になっている。そして、空調制御装置４がこれらの画像情報を用いて温調性能を改善するようにした点が図７と構成を異にし、これ以外は図７と同一に構成されている。
【００１１】
上記のように構成された第１の実施の形態の動作について、特に、従来装置と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。新幹線の場合、客室の半室毎に、空調装置に戻すダクトの吸い込み口部及び荷棚下に温度センサ６が配置されるが、荷棚下は、吹き出し温度の影響を受け易く、これに対して吸い込み部は、床面に設置されているため、乗客の感じる室温よりも高くなっている。
【００１２】
そこで、下式に従って冷房制御用温度Ｔｃｃ′又は暖房制御用温度Ｔｈｃ′を演算する。  
Ｔcc′＝（Ｔsuc×Ａc＋Ｔwin×Ｂc）                        …（１）
Ｔhc′＝（Ｔsuc×Ａh＋Ｔwin×Ｂh）                        …（２）
ただし
Ｔcc′：冷房制御用温度
Ｔhc′：暖房制御用温度
Ｔsuc：吸い込み部温度
Ｔwin：荷棚下温度
Ａc，Ｂc，Ａh，Ｂh：重み係数
である。
【００１３】
一例として、Ａc＝０．７，Ｂc＝０．３，Ａh＝０．５，Ｂh＝０．５に設定することにより、違う場所に設置された温度センサの検出値の加重平均が演算され、この加重平均値を乗客が感じる室温の推定値とする方法が採られる。なお、これらの重み係数は、実際の車両で計測したデータから決めたものであり、乗客の多寡や外気温度の変化（天候、トンネル等の要素による）に対して、常に最適であるとは言えなかった。
【００１４】
そこで、本発明はこれらの不具合を改善しようとするもので、温度分布認識手段として１つ又は複数の室内監視用カメラ１を設け、その画像データあるいはこの画像データから得られる温度データを利用して（１），（２）式で演算される制御用温度を補正して、より乗客の感じている温度に近い制御用温度が予め設定された温度設定値と一致するように空調装置を制御するものである。
【００１５】
ここで、室内監視用カメラ１は乗客の目に触れる場所であっても、乗客の手が届きやすい場所であっても、車室内温度を正確に捉え易い場所、例えば、座席の背上部位置が視野に収まるように設置される。その画像信号はモニタ端末装置２を経由して空調制御装置４に取り込まれる。空調制御装置４はＣＰＵを内蔵し、周知の画像処理によって、赤外線のみを取り出して画像温度を検出する。具体的には、カメラ画像から赤外線成分を抽出して得られるサーモグラフィの画面を用い、前から何席目の座席の背上部の色に基づいてその温度を推定する。
【００１６】
そこで、第１の実施の形態では、半室毎の温調制御を前提として、室内画像から、室内中央部の上端付近の温度データを得る。そして、この温度を利用して、冷房制御用温度Ｔcc及び暖房制御用温度Ｔhcを次式に従って計算する。  
Ｔcc＝Ｔcc′×（１−α）＋Ｔima×α…（３）
０≦α＜１
Ｔhc＝Ｔhc′×（１−β）＋Ｔima×β…（４）
０≦β＜１
ただし
Ｔima：画像温度
α，β：係数
である。
【００１７】
上記（３）（４）式により、現状の制御用温度と画像温度との加重平均を取ったものを新たな制御用温度とすることができる。ここで、係数α，βは、画像温度の検出精度等を考慮し、実測データを参照して決定する。そして、このようにして得られた冷房制御用温度Ｔccと冷房温度設定値との差、あるいは、暖房制御用温度Ｔhcと暖房温度設定値との温度差に応じて、空調装置の能力を制御する。
【００１８】
図２は上記の制御を実行するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャートである。ここで、ステップ１１で温度センサの読み取り回数を計数するカウンタの値ｎを１にセットし、次のステップ１２で吸い込み部温度Ｔsucを読み取り、ステップ１３でカウンタの値を「１」だけインクリメントし、ステップ１４でその値が所定値ｍ（＝２）に到達したか否かを判定する。そして、ｍに到達していないと判定した場合にはステップ１２の処理に戻って荷棚下温度Ｔwinを読み取り、同様な処理を繰り返し、ステップ１４でｎ＝ｍになったと判定した場合にはステップ１５以下の処理を実行する。
【００１９】
ステップ１５においてはＲＯＭ等に予め記憶させてある重み係数Ａc，Ｂc，Ａh，Ｂhを読出し、続いて、ステップ１６にて運転モードが冷房か否かを判定する。ここで冷房と判定した場合にはステップ１７で（１）式に従って冷房制御用温度Ｔcc′を演算する。次に、ステップ１８でカメラ画像から所定の場所の温度Ｔimaを推定し、ステップ１９にて冷房時における温度修正用の係数αを読出し、ステップ２０で（３）式に従って冷房制御用温度Ｔcc′と画像温度Ｔimaとの加重平均をとり新たな冷房制御用温度Ｔccを演算し、ステップ２１で冷房温度設定値と冷房制御用温度Ｔccとの差を小さくするように圧縮機を能力制御運転して一連の処理を終了する。
【００２０】
一方、ステップ１６にて運転モードが冷房でないと判定した場合にはステップ２２で（２）式に従って暖房制御用温度Ｔhc′を演算する。次に、ステップ２３でカメラ画像から所定の場所の温度Ｔimaを推定し、ステップ２４にて冷房時における温度修正用の係数βを読出し、ステップ２５で（４）式に従って暖房制御用温度Ｔhc′と画像温度Ｔimaとの加重平均とり新たな暖房制御用温度Ｔhcを演算し、ステップ２６で暖房温度設定値と暖房制御用温度Ｔccとの差を小さくするように圧縮機を能力制御運転して一連の処理を終了する。
【００２１】
かくして、第１の実施の形態によれば、乗客が感じている室温を冷房温度設定値や暖房温度設定値に近付ける制御を実現することができる。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
上述した（３），（４）式に従って冷房制御用温度Ｔcc及び暖房制御用温度Ｔhcを求め、それぞれ冷房温度設定値又は暖房温度設定値に近づける制御を実行している過程で、室内画像から、室内温度の大きな変化を検出した場合、空調装置の能力を即座に変化させるようにする。
【００２３】
例えば、夏季にドアを開けたために、暑い外気が室内に侵入した場合、吸い込み口の温度センサに変化が現れる前に、画像データ（以下、温度データの意味でも用いる）から、乗客の感じる室温の変化を検出し、空調装置の能力を上げる温調制御を行う。これによって、空調装置をフィードフォワード制御に近い形で制御することができるため、乗客が感じている室温変化により早く対応することができる。
【００２４】
図３は上記の制御を実行するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャートであり、図中、図２と同一の処理を行うステップには同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、ステップ２０とステップ２１との間に、画像データによる冷房制御用温度Ｔccの修正ステップ２０Ａが加わり、ステップ２５とステップ２６との間に、画像データによる暖房制御用温度Ｔhcの修正のステップ２５Ａが加わった点が図２と相違している。
【００２５】
これによって、第１の実施の形態と同様な効果が得られ、さらに、室内温度が大きく変化する場合に即応性を高めることができるという効果も得られる。
【００２６】
〔第３の実施の形態〕
第１の実施の形態では、吸い込み部温度と荷棚下温度とに０．７：０．３（冷房制御時）又は０．５：０．５（暖房制御時）という重み係数を乗じたが、室内監視用カメラ１の画像データから室内の温度分布の変化を読み取ってこれらの重み係数を変更する。すなわち、荷棚下の温度センサ付近の温度、吸い込み口付近の温度及び座席上端の温度を監視し、荷棚温度が高い場合、その重み係数を下げ、吸い込み温度が高い場合、その重み係数を下げる制御を行う。
【００２７】
図４は上記の制御を実行するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャートであり、図中、図２と同一の処理を行うステップには同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは、ステップ１８でカメラ画像から所定場所の温度を推定した結果、その温度が通常値と大きくかけ離れていて重み係数の変更が必要か否かをステップ１８Ａで判定し、必要であると判定した場合にステップ１６Ａで重み係数Ａc，Ｂcを変更し、これを用いてステップ１７で冷房制御用温度Ｔcc′を演算する一方、ステップ２３でカメラ画像から所定場所の温度を推定した結果、その温度が通常値と大きくかけ離れていて重み係数の変更が必要か否かをステップ２３Ａで判定し、必要であると判定した場合にステップ１６Ｂで重み係数Ａh，Ｂhを変更し、これを用いてステップ２２で暖房制御用温度Ｔhc′を演算する点が図２と相違している。
【００２８】
これによって、第１の実施の形態と同様な効果が得られ、さらに、温度センサ設置部の温度が大きく変化する場合に即応性を高めることができるという効果も得られる。
【００２９】
〔第４の実施の形態〕
車両の進行中、陽射しの影響等で左右に温度差が生じることが多い。このような陽射しの状態を室内監視用カメラ１で監視すれば、その画像データから空調装置５の制御状態を車両の左右方向で変えることができる。一例として、車両の進行方向の左右に互いに独立して制御することのできる扇風機を配置し、陽射しによって室温が上がった一方だけ、扇風機の風量を上げるようにする。
【００３０】
図４は上記の制御を実行するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャートであり、図中、図２と同一の処理を行うステップには同一の符号を付してその説明を省略する。ここで、冷房モードにおいてはステップ２１の後のステップ２１Ａで画像データにより左右の温度差が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上である場合にはステップ２１Ｂで室温が上がった方だけ室内送風手段としての図示省略の扇風機の風量を増大させ、暖房モードにおいてはステップ２６の後のステップ２６Ａで画像データにより左右の温度差が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上である場合にはステップ２６Ｂで室温が上がった一方だけ扇風機の風量を増大させる。
【００３１】
かくして、第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な効果が得られ、さらに、陽射しの影響による左右方向の温度差の影響を緩和することができるという効果も得られる。
【００３２】
〔第５の実施の形態〕
室内監視用カメラ１の画像データによる温度検出精度はあまり高くないことを前提として、上記の各実施の形態は、実質上は温度センサ６の検出値を主にし、室内監視用カメラ１の画像データをその補正用として冷房制御用温度Ｔcc及び暖房制御用温度Ｔhcを計算したが、室内監視用カメラ１の画像データによる温度検出精度が上がれば、画像データを補正用でなく、主たる室温の検知手段として扱うことができ、温度検出精度が大幅に向上した場合には温度センサ６を廃止することも可能である。
【００３３】
温度センサ６を廃止して、室内監視用カメラ１の画像データのみによる場合には、冷房制御時は、吸い込み温度に近い場所の温度を制御用温度とし、暖房制御時は、乗客の頭付近の温度を制御用温度とするように、測定点を運転モードに応じて変更することができる。
【００３４】
温度センサ６を廃止して室内監視用カメラ１の画像データに基づいて空調装置を制御する場合には、制御部の構成を大幅に簡易化することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る車両用空調制御システムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態に対応するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図３】第２の実施の形態に対応するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図４】第３の実施の形態に対応するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図５】第４の実施の形態に対応するＣＰＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図６】従来の車両用空調制御システムの構成を、その給電系と併せて示した電気系統図。
【図７】従来の車両用空調制御システムの主要部の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３６】
１  室内監視用カメラ
２  モニタ端末装置
３  モニタ中央装置
４  空調制御装置
５  空調装置
６  温度センサ
７  集電器
８  主変圧器
９  主回路用配線遮断器
１０  室内送風機
１１  室外送風機
１２  圧縮機
１３  圧縮器制御用リレー
１３ａ  接点
【図１】
2006096306.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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