(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に吐出される空気の温度を制御する吹出空気温度制御手段と、車室内温度の目標値である設定温度に応じて、予め定めた初期値から前記目標値に到達するまでの応答モデルを演算する手段と、車室内温度検出手段と、前記目標値応答モデル演算手段の出力と車室内温度検出手段の出力のみから両者の偏差を含めて目標吹出温度を演算する目標吹出温度演算手段とを有し、かつ、該目標吹出温度演算手段の出力に基づいて吹出空気温度制御手段の制御量を演算する手段を有し、さらに、前記目標吹出温度演算手段の出力に基づいて演算された冷却器制御温度と、前記設定温度に基づいて演算された冷却器制御温度との低い方の温度に基づいて、冷却器を備えた冷媒回路の圧縮機を制御する圧縮機制御手段を有することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記圧縮機制御手段が圧縮機のクラッチ制御手段からなる、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
冷却器または冷却器出口空気温度検出手段を有し、該検出手段の出力をエアミックスダンパ制御量演算手段による演算に使用する、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
冷却器または冷却器出口空気温度検出手段の出力を圧縮機のクラッチ制御に使用する、請求項３に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関し、とくに簡単な制御系にて所望の快適性と省エネルギー特性とが得られるようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、通風ダクト内に蒸発器（冷却器）とヒータ（加熱器）とを備えた車両用空調装置においては、設定温度に応じて、蒸発器や加熱器とともに、エアミックスダンパの制御量を演算制御し、各種フィードバック信号を考慮して、目標とする車室内温度が達成されるよう目標吹出温度を制御している。たとえばオートエアコンでは、車室内温度、外気温度、日射量、蒸発器出口空気温度等の熱負荷検出値を参照して目標吹出温度を演算し、設定温度に応じて各制御機器（エアミックスダンパ、吹出モード、内外気切換ダンパ等）の制御を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のオートエアコンでは、多くの熱負荷検出部、および各種温調制御機器駆動部を有するため、システム全体としてのコストが高くなる。一方、マニュアルエアコンでは、蒸発（蒸発器）温度制御を行わないため、省エネルギー特性に乏しい。
【０００４】
そこで本発明の課題は、オートエアコンの持つ省エネルギー特性を損なうことなく、マニュアルエアコン並みの低コストで、所望の快適な空調制御を行うことが可能な、とくに制御を簡素化した車両用空調装置を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、車室内に吐出される空気の温度を制御する吹出空気温度制御手段と、車室内温度の目標値である設定温度に応じて、予め定めた初期値から前記目標値に到達するまでの応答モデルを演算する手段と、車室内温度検出手段と、前記目標値応答モデル演算手段の出力と車室内温度検出手段の出力のみから両者の偏差を含めて目標吹出温度を演算する目標吹出温度演算手段とを有し、かつ、該目標吹出温度演算手段の出力に基づいて吹出空気温度制御手段の制御量を演算する手段を有し、さらに、前記目標吹出温度演算手段の出力に基づいて演算された冷却器制御温度と、前記設定温度に基づいて演算された冷却器制御温度との低い方の温度に基づいて、冷却器を備えた冷媒回路の圧縮機を制御する圧縮機制御手段を有することを特徴とするものからなる。
【０００７】
また、この車両用空調装置においては、圧縮機制御手段は、たとえば、圧縮機のクラッチ制御手段からなる。
【０００８】
また、本発明に係る車両用空調装置においては、冷却器または冷却器出口空気温度検出手段を有していてもよく、該検出手段からの出力は、エアミックスダンパ制御量演算手段による演算に使用することができる。また、この冷却器または冷却器出口空気温度検出手段からの出力は、圧縮機のクラッチ制御にも使用することができる。
【０００９】
このような本発明に係る車両用空調装置においては、設定温度に応じてその目標値への応答モデルが自動演算され、演算された応答モデルがフィードフォワードの指令信号とされる。このフィードフォワード指令信号に対し、車室内温度検出手段による検出信号のみがフィードバックされ、両者の偏差がＰＩＤ演算等により演算され、上記フィードフォワード信号が、フィードバック信号を含む目標吹出温度の出力信号に修正されて、この出力に基づいてエアミックスダンパの制御量が演算される。
【００１０】
すなわち、従来の制御のように、多くの検出信号をフィードバックして目標吹出温度を演算するのではなく、基本的に設定温度に応じた目標値応答モデルのフィードフォワード制御とし、それに唯一車室内温度検出信号のみがフィードバックされる。この制御系では、従来の制御系に比べ大幅に簡素化されるが、目標値応答とフィードバック特性を２自由度制御として独立に設計できるので、目標値応答モデルを用いたフィードフォワード制御に対する安定性と応答性の両立が可能となる。
【００１１】
そして、唯一フィードバックされるのが、そのときの実際の車室内温度であるから、制御すべき車室内温度を現実に即した目標値に近づけることが可能になり、簡素な制御でありながら、快適な空調制御の実現が可能となる。
【００１２】
また、冷却器の制御について、とくに冷却器（蒸発器）を備えた冷媒回路に設けられている圧縮機の運転、たとえば圧縮機のクラッチの制御について、上記のような目標値応答モデルと車室内温度フィードバックに基づく目標吹出温度演算から求められる冷却器制御温度と、単に設定温度から求められる冷却器制御温度との低い方を採用するように制御すれば、圧縮機、冷却器の運転を必要最小状態とすることが可能となり、とくに、冷媒の蒸発温度を最適化することが可能となり、省エネルギーも同時に達成できることになる。また、蒸発温度の最適化により、空調における快適性のより一層の向上をはかることも可能となる。
【００１３】
さらに、冷却器または冷却器出口空気温度の検出を加えれば、目標吹出温度の演算をより最適に行うことが可能になるとともに、圧縮機の運転に対してはより省エネルギー化をはかることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図を示している。図１において、１は、車両用空調装置の機械的な構成部分全体を示しており、通風ダクト２の入口側には、内気導入口３側からの空気吸入量と外気導入口４側からの空気吸入量との割合を制御する内外気切替ダンパ５が設けられている。吸入された空気は、モータ６により駆動される送風機７によってダクト２内を吸引、圧送される。
【００１５】
送風機７の下流側には、冷却器としての蒸発器８が設けられており、その下流側には加熱器としての温水ヒータ９が設けられている。温水ヒータ９には、エンジンからのエンジン冷却水１０が循環され、それによって加熱されるようになっている。
【００１６】
蒸発器８には、冷媒回路１１内を循環される冷媒が供給される。冷媒は、容量を可変制御できる可変容量式圧縮機（コンプレッサ）１２で圧縮され、凝縮器１３で凝縮された後、受液器１４、膨張弁１５を介して蒸発器８に送られ、蒸発器８から圧縮機１２に吸入される。圧縮機１２の運転は、本実施例では、クラッチコントローラ１６の制御を介して、制御されるようになっている。
【００１７】
温水ヒータ９の直下流側には、エアミックスダンパ１７が設けられており、エアミックスダンパアクチュエータ１８によって作動されるエアミックスダンパ１７の開度調整により、ヒータ９を通過する空気の量とバイパスする空気の量との割合を制御できるようになっている。
【００１８】
温調された空気は、各吹出口１９、２０、２１（たとえば、ＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ吹出口）を介して車室内に吹き出される。各吹出口１９、２０、２１には、それぞれダンパ２２、２３、２４が設けられている。
【００１９】
上記エアミックスダンパアクチュエータ１８、圧縮機１２のクラッチコントローラ１６は、メインコントローラ２５からの信号に基づいて制御されるようになっている。メインコントローラ２５には、車室内温度設定器２６からの設定温度信号が入力され、車室内温度センサ２７からの検出信号が入力されるようになっている。また、本実施態様では、蒸発器８の出口側に、蒸発器出口空気温度センサ２８が設けられており、その検出信号がメインコントローラ２５に入力されるようになっている。
【００２０】
このようなシステムを用いて、本発明に係る制御は、基本的に図２に示すように行われる。
車室内温度設定器２６での設定温度３１に応じて、予め設定した初期値（たとえば、常温の２５℃）からその設定温度目標値に到達するまでの目標値応答モデルが応答モデル演算手段３２によりＦ（Ｓ）として演算される。この演算結果に基づいて、目標吹出温度の制御対象モデルが、その演算手段３３により１／Ｐ’（Ｓ）のフィードフォワード信号として演算される。
【００２１】
このフィードフォワード信号に、車室内温度センサ２７からの車室内温度検出信号３４によるフィードバックが加えられる。つまり、上記目標値応答モデルＦ（Ｓ）と、フィードバックされた車室内温度検出信号３４の偏差がＰＩＤ演算される。そして、上記フィードフォワード信号１／Ｐ’（Ｓ）と、上記ＰＩＤ演算された補正信号（フィードバック信号）とが加算され、これが目標吹出温度の制御信号、つまり、エアミックスダンパ制御量の基本信号として出力される。このエアミックスダンパ制御量の基本信号は、エアミックスダンパ開度演算手段３５から、エアミックスダンパ信号３６として出力される。
【００２２】
本実施態様ではさらに、蒸発器出口空気温度演算・判定手段３７により、上記目標吹出温度から演算された蒸発器出口空気温度ＴＶＩが演算されるとともに、設定温度から蒸発器出口空気温度ＴＶＩＩが演算される。そして、ＴＶＩ、ＴＶＩＩの小さい方（最小値）が判定され、それに基づいて圧縮機のクラッチ信号３８が出力される。この演算・判定には、蒸発器出口空気温度に代えて、蒸発器自体の温度、あるいは蒸発器入出口の冷媒の温度を対象としてもよい。
【００２３】
より具体的な制御ブロック図を図３に示す。図３の制御は、図２に示した基本制御に基づくものである。すなわち、車室内温度目標値Ｔｓｅｔとして設定された設定温度に応じて車室内温度応答モデルの目標値がＴｆ＝ｆ（Ｔｓｅｔ）として演算され、それに、Ｔｆと車室内温度の検出値ＴＲとの偏差ｆ（Ｔｆ，ＴＲ）を加えた式、
Ｔｏｃ＝ｆ（Ｔｓｅｔ）＋ｆ（Ｔｆ，ＴＲ）
として、目標吹出温度Ｔｏｃが演算される。
【００２４】
この目標吹出温度Ｔｏｃの演算結果に基づいて、エアミックスダンパの開度ＡＭＤが演算される。
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ）
但し本実施態様では、この演算に、さらに加熱器入口温水温度ＴＷ（一般にエンジン冷却水温度として検出されている）と、蒸発器出口空気温度Ｔｅの信号が使用され、
ＡＭＤ＝ｆ（Ｔｏｃ，ＴＷ，Ｔｅ）
として演算される。
【００２５】
演算されたエアミックスダンパ開度信号ＡＭＤが、エアミックスダンパアクチュエータ１８に出力され、実際にエアミックスダンパの開度が制御される。
【００２６】
このような制御においては、設定温度に応じた目標値応答モデルを実質的にフィードフォワード信号として演算し、それとは独立に、車室内温度センサー２７からの検出信号を用いたフィードバック制御が行われるので、上記フィードフォワード制御信号がフィードバック信号により適切に修正され、目標吹出温度の制御信号として十分に信頼性の高い信号とされる。しかも、唯一フィードバックがかけられるのは、実際に検出したその時の車室内温度の信号であるから、極めて簡素な制御構成でありながら、快適な空調制御が安定性、応答性良く実現されることになる。
【００２７】
また本実施態様では、上記目標吹出温度Ｔｏｃから蒸発器出口空気温度ＴＶＩ＝ｆ（Ｔｏｃ）が演算され、前記設定温度から蒸発器出口空気温度ＴＶＩＩ＝ｆ（Ｔｓｅｔ）が演算される。但し、ＴＶＩＩの演算には、目標車室内相対湿度ＲＨを固定設定値として与えておき、このＲＨも加えて演算することが好ましい。このように演算されたＴＶＩ、ＴＶＩＩのうちの低い方を蒸発器出口空気温度の目標値ＴＶとし、そのＴＶの基づいてクラッチ制御信号がクラッチコントローラ１６に出力される。クラッチコントローラ１６では、蒸発器出口空気温度の検出値Ｔｅが上記目標値ＴＶとなるようにコントロールする。
【００２８】
このようにＴＶに基づいてクラッチコントローラ１６を制御し、それによって圧縮機１２の運転を制御することにより、必要最小限の運転とすることができ、省エネルギー特性を向上することが可能となる。また、蒸発温度の最適化もはかることが可能となるから、空調におけるより一層の快適性の向上をはかることも可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用空調装置によれば、検出が必要なものは車室内温度のみとした極めて簡素な制御系でありながら、所望の快適な空調制御を実現することが可能となり、オートエアコン制御系の大幅なコストダウンをはかることができる。
【００３０】
また、蒸発器や蒸発器出口空気温度の検出値を用いた演算結果と、設定温度からの演算結果との比較判定を行うようにすれば、制御系全体としての簡素な構成を保ちつつ、省エネルギー特性の向上をはかることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る制御の基本構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る制御の一例をより具体的に示したブロック図である。
【符号の説明】
１  空調装置
２  通風ダクト
６  モータ
７  送風機
８  冷却器としての蒸発器
９  加熱器としての温水ヒータ
１０  エンジン冷却水
１１  冷媒回路
１２  可変容量式圧縮機
１３  凝縮器
１４  受液器
１５  膨張弁
１６  クラッチコントローラ
１７  エアミックスダンパ
１８  エアミックスダンパアクチュエータ
１９、２０、２１  吹出口
２２、２３、２４  ダンパ
２５  メインコントローラ
２６  車室内温度設定器
２７  車室内温度センサ
２８  蒸発器出口空気温度センサ
【図１】
0004699646.tif 000002
【図２】
0004699646.tif 000003
【図３】
0004699646.tif 000004