(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内の空調状態に関係する環境条件の情報を検出するセンサ（３９〜４３）と、
乗員により操作され、車室内の空調状態を設定する操作手段（３４〜３８）と、
前記センサ（３９〜４３）の検出値および前記操作手段（３４〜３８）の操作信号に基づいて車室内の空調状態を自動制御する制御手段（３０）とを備える車両用空調装置において、
前記センサ（３９〜４３）として車室内への日射量を検出する日射センサ（４１）を少なくとも備え、
前記制御手段（３０）は前記日射センサ（４１）の検出値を時定数処理する時定数処理手段（Ｓ１６０）を有し、前記時定数処理後の演算値を用いて前記空調状態の自動制御を行うようになっており、
前記時定数処理手段（Ｓ１６０）は、時定数を車室内への日射仰角と内気温とに基づいて決定するとともに前記内気温が上昇するにつれて前記時定数を小さくし、
乗員の日射受熱量が最大となる所定角度近傍に前記日射仰角があるとき、前記各内気温毎に対応して決定する前記時定数を最小とし、
前記日射仰角が前記所定角度近傍よりも大きい領域では、前記日射仰角が大きくなるにつれて前記各内気温毎に対応して決定する前記時定数を大きくし、
さらに、前記日射仰角の増加による前記時定数の増加度合いを前記内気温の上昇につれて減少することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記時定数処理後の演算値を用いて車室内吹出空気の目標吹出空気温度を算出し、この目標吹出空気温度に基づいて前記空調状態の自動制御を行うことを特徴とする請求項１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、車室内の空調状態を自動制御する、いわゆるオートエアコン機能を持つ車両用空調装置において、特に、日射センサの検出値（生値）に対する時定数処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オートエアコン機能を持つ車両用空調装置では、通常、日射センサの検出値（生値）に対する時定数処理を施した演算値を空調状態の自動制御のために用いている。
【０００３】
この時定数処理は次の理由から行われている。すなわち、晴れた日に市街地のビルの谷間を走行すると、車両への日射が頻繁に断続されるので、日射センサの検出値が大きく上下動し、車室内の空調状態の自動制御が不安定となる。そこで、このような制御の不安定を防ぐために、日射センサの検出値（生値）に対して時定数処理を施した演算値を算出し、この演算値を用いて空調状態の自動制御を行うようにしている。
【０００４】
ここで、時定数処理は、日射センサの検出値（生値）が変化したときに演算値（出力値）を時間に対して指数関数的に変化させるように演算する処理であって、時定数は日射センサの検出値の変化に対して演算値の変化が６３．２％の割合に到達するまでの時間（秒）で表わされる。従って、時定数が大きいほど日射センサの検出値の変化に対する演算値の変化が緩慢となる。
【０００５】
特開平４−１３８９１０号公報には、オートエアコン機能を持つ車両用空調装置において、日射センサの検出値に対する時定数処理の時定数を車室内への日射仰角の変化に応じて可変することが記載されている。
【０００６】
また、１９９６年３月１５日に発行された日本電装公開技報  整理番号１０７−０４０には、日射センサの検出値に対する時定数処理の時定数を車室内への日射仰角および外気温の変化に応じて可変することが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両用空調装置において、乗員が感じる温感（温熱感）は（１）車室内の気流、（２）日射等による輻射、（３）乗員周囲の雰囲気温度（内気温）の影響を受けて変化する。
【０００８】
しかし、前者の従来技術では時定数処理の時定数を車室内への日射仰角の変化に応じて可変しているだけで、乗員の温感に対する内気温の影響について考慮していない。つまり、日射による輻射が同一条件であっても、内気温の高低により温感の時間変化の度合いが変化するのであるが、従来技術では、単に日射仰角のみで時定数を変化させているので、内気温等の影響をも受ける日射による乗員の実際の温感変化と、時定数処理を施した演算値との間にずれが生じて、実際の温感変化に追従した空調制御を実施できない。より具体的には、車室内吹出空気温度や吹出風量等の制御が実際の温感変化とずれてしまい、空調フィーリングを悪化させる原因となっている。
【０００９】
また、後者の従来技術では、時定数処理の時定数を車室内への日射仰角および外気温の変化に応じて可変しているが、外気温は車両全体の空調熱負荷に影響するものの、乗員の温感に直接、影響するものではない。従って、後者の従来技術においても、内気温等の影響をも受ける日射による実際の温感変化と空調制御とがずれてしまい、空調フィーリングを悪化させる。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、内気温等の影響をも受ける日射による実際の温感変化に追従した快適な空調制御を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車室内の空調状態に関係する環境条件の情報を検出するセンサ（３９〜４３）と、乗員により操作され、車室内の空調状態を設定する操作手段（３４〜３８）と、センサ（３９〜４３）の検出値および操作手段（３４〜３８）の操作信号に基づいて車室内の空調状態を自動制御する制御手段（３０）とを備える車両用空調装置において、
センサ（３９〜４３）として車室内への日射量を検出する日射センサ（４１）を少なくとも備え、制御手段（３０）は日射センサ（４１）の検出値を時定数処理する時定数処理手段（Ｓ１６０）を有し、時定数処理後の演算値を用いて空調状態の自動制御を行うようになっており、時定数処理手段（Ｓ１６０）は、時定数を車室内への日射仰角と内気温とに基づいて決定するとともに内気温が上昇するにつれて時定数を小さくすることを特徴とする。
【００１２】
ところで、日射量変化による乗員の温感変化の時間変化度合い（スピード）は日射仰角だけでなく、内気温の変化にも影響されるが、請求項１によると、日射仰角および内気温の両方に基づいて時定数処理の時定数を決定するから、乗員の実際の温感変化に適合した時定数τを決定できる。その結果、乗員の実際の温感変化に追従した空調制御を実現でき、空調フィーリングを向上できる。
【００１４】
ところで、内気温の上昇につれて乗員は日射受熱量に対する暑さをより敏感に感じるようになるから、請求項１のように、内気温の上昇につれて時定数を小さくすることにより、乗員の実際の温感変化により適合した時定数τを決定できる。
【００１５】
さらに、請求項１に記載の発明では、乗員の日射受熱量が最大となる所定角度近傍に日射仰角があるとき、各内気温毎に対応して決定する時定数を最小とし、日射仰角が所定角度近傍よりも大きい領域では、日射仰角が大きくなるにつれて各内気温毎に対応して決定する時定数を大きくすることを特徴とする。
【００１６】
ところで、乗員の日射受熱量が最大となる所定角度近傍、具体的には３０°近傍に日射仰角があるときには、車両の窓ガラスを通して乗員の顔部（乗員各部のうち最も敏感な部位）に日射が直接当たるので、日射量が変化すると乗員の温感が短時間でスピーディに変化する。
この点に着目して、請求項１では内気温の各領域毎に決定する時定数を、日射仰角＝３０°近傍の角度にて最小となるようにしている。これにより、日射量変化による乗員の敏感な温感変化に追従して、空調の自動制御を素早く変化させることができる。
【００１７】
そして、日射仰角が上記の所定角度から増加するにつれて、乗員の顔部に直接当たる日射量が減少して、日射量の変化に対する乗員の温感変化が鈍感になっていくので、日射仰角が上記の所定角度から増加するにつれて各内気温毎に対応して決定する時定数を大きくしている。これにより、日射仰角θの大きい領域でも、乗員の実際の温感変化に適合した時定数を決定できる。
【００１８】
しかも、請求項１に記載の発明では、上記のごとく日射仰角が大きくなるにつれて各内気温毎に対応して決定する時定数を大きくするに際して、日射仰角の増加による時定数の増加度合いを内気温の上昇につれて減少するようにしている。
【００１９】
ところで、内気温が３０℃を超えるような高温場では、日射量の僅かな増加でも乗員の温感が暑い方向に短時間で敏感に変化する。そこで、請求項１のように、日射仰角の増加による時定数の増加度合いを内気温の上昇につれて減少することにより、日射仰角の大きい領域における時定数を、乗員の実際の温感変化により適合した値に決定できる。
【００２０】
請求項２に記載の発明のように、請求項１において、具体的には、時定数処理後の演算値を用いて車室内吹出空気の目標吹出空気温度を算出し、この目標吹出空気温度に基づいて空調状態の自動制御を行うようにすればよい。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態の全体システム構成を示すもので、車両用空調装置の室内ユニットを構成する空調ユニット１０の空気流れ最上流側には外気導入口１１ａと内気導入口１１ｂを有する内外気切替箱１１が配置され、この内外気切替箱１１内に内外気切替ドア１２が回動自在に設置されている。
【００２３】
この内外気切替ドア１２はサーボモータを用いたアクチュエータ１２ａにより駆動されて、空調ユニット１０に導入する空気を内気と外気に切り替えたり、あるいは内気と外気の混合割合を調整する。
【００２４】
送風機１３は内外気切替箱１１内に空気を吸い込んで空調ユニット１０の下流側に送風するものであり、ブロワモータ１４と、その回転軸に連結された遠心式送風ファン１５を有している。送風ファン１５の下流には蒸発器１６とヒータコア１７が設けられている。
【００２５】
蒸発器１６は冷却用熱交換器であって、図示しない車両エンジンにより駆動される圧縮機等と結合されて冷凍サイクルを構成し、その内部の低圧冷媒が空気から吸熱して蒸発することにより空気を冷却する。また、ヒータコア１７は加熱用熱交換器であって、図示しない車両エンジンからの温水（エンジン冷却水）が内部を循環し、この温水を熱源として空気を加熱する。
【００２６】
ヒータコア１７の上流側には、吹出空気温度調整手段としてのエアミックスドア１８が回動自在に設けられ、エアミックスドア１８の開度はサーボモータを用いたアクチュエータ１８ａにより駆動されて調節される。これによって、ヒータコア１７を通過する空気（温風）とヒータコア１７をバイパスする空気（冷風）の割合とが調整され、車室内に吹き出す空気の温度が調整される。
【００２７】
空調ユニット１０の最下流には、デフロスタ（ＤＥＦ）吹出口１９を開閉するデフロスタドア２０、フェイス（ＦＡＣＥ）吹出口２１を開閉するフェイスドア２２、およびフット（ＦＯＯＴ）吹出口２３を開閉するフットドア２４が設けられている。
【００２８】
これら各ドア２０、２２、２４は吹出モード切替手段を構成するもので、サーボモータを用いたアクチュエータ２５により駆動されて各吹出口１９、２１、２３を開閉する。これによって、各種の吹出モード（フェイスモード、バイレベルモード、フットモード、フットデフモード、デフロスタモード等）が設定される。そして、各吹出モードに応じて開口した吹出口から、温度調整された空気が車室内へ吹き出される。
【００２９】
空調制御装置３０は本発明の制御手段であり、マイクロコンピュータ３１を有し、送風量はマイクロコンピュータ３１からの出力信号に基づいて駆動回路３２を介してブロワモータ１４の印加電圧（ブロワ電圧）を調整してモータ回転数を調整することにより制御される。なお、その他のアクチュエータ１２ａ、１８ａ、２５も、マイクロコンピュータ３１からの出力信号に基づいて駆動回路３２にて制御される。
【００３０】
マイクロコンピュータ３１は図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、スタンバイＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、Ａ／Ｄ変換部等を持つ周知のものである。
【００３１】
マイクロコンピュータ３１には、車室内計器盤に設置された空調操作部３３から操作信号が入力される。この空調操作部３３には、空調装置の自動制御状態を設定するＡＵＴＯスイッチ３４、内外気モードを手動で切替設定するための内外気切替スイッチ３５、吹出モードを手動で切替設定するための吹出モード切替スイッチ３６、ファン１５の送風量を手動で切替設定するための送風量切替スイッチ３７、車室内温度を乗員の好みの温度に設定するための温度設定スイッチ３８等が設けられている。
【００３２】
また、マイクロコンピュータ３１には、車室内の空調状態に影響を及ぼす環境条件を検出する各種センサからの信号が入力される。具体的には、車室内の空気温度（内気温度）ＴＲを検出する内気温センサ３９、車室外の空気温度（外気温度）ＴＡＭを検出する外気温センサ４０、車室内に入射する日射量ＴＳを検出する日射センサ４１、蒸発器温度（具体的には蒸発器吹出空気温度）ＴＥを検出する蒸発器温度センサ４２、ヒータコア１７を循環する温水温度（エンジン水温）ＴＷを検出する水温センサ４３等からの各信号がマイクロコンピュータ３１に入力される。
【００３３】
更に、空調制御装置３０のマイクロコンピュータ３１は、車載ナビゲーション装置４４に結合されて、所定の通信プロトコル（例えば、ＣＡＮ）により空調制御装置３０と車載ナビゲーション装置４４との間で電気信号の通信を行うようになっている。
【００３４】
ここで、車載ナビゲーション装置４４は周知のようにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナを有し、複数の人工衛星から発射される電波をこのＧＰＳアンテナにより受信して自車位置（経度、緯度）、車両進行方向等を判定し、これらの自車位置、進行方向等の情報と、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の大容量記憶媒体に記録された地図情報とに基づいてディスプレイや音声等の情報表示手段により道路情報を乗員に知らせるものである。
【００３５】
本実施形態では、車載ナビゲーション装置４４から自車位置（経度、緯度）、車両進行方向等に関する情報を空調制御装置３０のマイクロコンピュータ３１に入力するようになっている。
【００３６】
図２はマイクロコンピュータ３１により実行される本実施形態の全体の制御フローチャートであり、車両エンジンのイグニッションスィッチオンとともに図２の制御をスタートする。まず、ステップＳ１００にて各種変換、フラグ等の初期値を設定する。次のステップＳ１１０では空調操作部３３の各種スィッチ３４〜３８の操作信号を読み込む。次のステップＳ１２０では各種センサ３９〜４３からのセンサ検出信号（環境条件信号）を読み込む。
【００３７】
次のステップＳ１３０では、車載ナビゲーション装置４４から自車位置（経度、緯度）、車両進行方向等に関する情報、およびカレンダー情報（日付、時刻）を読み込む。次のステップＳ１４０では、ステップＳ１３０の読み込み情報から自車に対する太陽位置を演算して、車室内に入射される日射の仰角θを算出する。ここで、日射仰角θは車体の上下方向に対する入射角のことである。なお、カレンダー情報（日付、時刻）は、空調用マイクロコンピュータ３１が持つカレンダー情報を用いてもよい。
【００３８】
次のステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で読み込まれる日射センサ４１の検出値に対する時定数処理を行うための時定数τを決定する。この時定数τはマイクロコンピュータ３１のＲＯＭに記憶されている図３の制御マップにより内気温ＴＲと日射仰角θとに基づいて決定する。
【００３９】
図３の制御マップをより具体的に説明すると、内気温ＴＲの各領域毎に日射仰角θの変化に対応して時定数τを決定している。すなわち、図３の例では、▲１▼内気温ＴＲ＝２０℃以下の領域と、▲２▼内気温ＴＲ＝２１℃〜２５℃の領域と、▲３▼内気温ＴＲ＝２６℃〜３０℃の領域と、▲４▼内気温ＴＲ＝３１℃以上の領域とに区分し、そして、内気温ＴＲの各領域▲１▼〜▲４▼毎に日射仰角θの変化に対応して時定数τを決定している。
【００４０】
ここで、乗員の温感はその周囲の雰囲気温度、すなわち、内気温ＴＲが高くなるほど、日射量の変化に対して敏感に変化するので、内気温ＴＲが高くなるほど時定数τを小さくしている。
【００４１】
図４は乗員の日射受熱量と日射仰角θとの関係を示すものであり、乗員の日射受熱量は日射仰角θが比較的小さい３０°近傍の角度にて最大となる。しかも、この３０°近傍の低仰角では車両の窓ガラスを通して乗員の顔部（乗員各部のうち最も敏感な部位）に日射が直接当たるので、日射量が変化すると乗員の温感が短時間でスピーディに変化する。
【００４２】
この点に着目して、内気温ＴＲの各領域▲１▼〜▲４▼毎に決定する時定数τを、日射仰角θ＝３０°近傍の角度にて最小となるようにしている。そして、日射仰角θが３０°近傍の角度から増加するにつれて、乗員の顔部に直接当たる日射量が減少して、日射量の変化に対する乗員の温感変化が鈍感になっていく。すなわち、日射量の変化に対して乗員の温感が変化するのに次第に時間がかかるようになる。そこで、日射仰角θが３０°近傍の角度から増加するにつれて内気温ＴＲの各領域▲１▼〜▲４▼毎に決定する時定数τを次第に増加している。
【００４３】
但し、日射仰角θの増加による時定数τの増加度合いは内気温ＴＲの上昇につれて減少させている。これは、内気温ＴＲが高くなると、日射量の僅かな増加でも乗員の温感が暑い方向に短時間で敏感に変化するからである。その結果、内気温ＴＲが最も高温となる３１℃以上の領域▲４▼では日射仰角θが増加しても時定数τが僅少量増加するだけであり、図３の例では、日射仰角θの増加にもかかわらず、領域▲４▼の時定数τを４０秒未満の小さい値に維持している。
【００４４】
これに反し、内気温ＴＲが最も低温となる２０℃以下の領域▲１▼では、日射仰角θが増加すると日射量の変化に対する乗員の温感変化が鈍感になるので、時定数τを４０秒付近の最小値から日射仰角θの増加により１８０秒付近の最大値へと大きく変化させる特性にしている。
【００４５】
次のステップＳ１６０では、各種制御に用いる日射センサ４１の検出値（生値）に対する時定数処理を下記数式１に基づいて行う。
【００４６】
【数１】
ＴＳｎｅｗ＝（１／α）×ＴＳ＋｛（α−１）／α｝×ＴＳｏｌｄ
ここで、ＴＳｎｅｗ：時定数処理をした日射量
ＴＳ：ステップＳ１２０で読み込んだ今回の日射センサ検出値（生値）
ＴＳｏｌｄ：前回の時定数処理をした日射量
α：時定数τ／制御周期ｔ
時定数τは上記ステップＳ１５０にて決定した時定数τであり、制御周期ｔは後述のステップＳ２３０における待機時間である。
【００４７】
なお、ステップＳ１６０は本発明の時定数処理手段を構成する。次のステップＳ１７０では、ステップＳ１１０、Ｓ１２０で読み込んだ設定温度ＴＳＥＴおよび環境条件信号等に基づいて車室内に吹き出す空気の目標吹出温度ＴＡＯを下記数式２により算出する。ここで、ＴＡＯは環境条件（車両熱負荷条件）の変化にかかわらず車室内を設定温度ＴＳＥＴに維持するために必要な吹出空気温度である。
【００４８】
【数２】
ＴＡＯ＝ＫＳＥＴ×ＴＳＥＴ−ＫＲ×ＴＲ−ＫＡＭ×ＴＡＭ−ＫＳ×ＴＳ＋Ｃ
但し、ＫＳＥＴ、ＫＲ、ＫＡＭ、ＫＳは係数、Ｃは定数であり、ＴＳＥＴ、ＴＲ、ＴＡＭ、ＴＳはそれぞれ上記した設定温度、内気温度、外気温度、日射量である。そのうち、日射量ＴＳはステップＳ１６０で時定数処理の演算をした日射量ＴＳｎｅｗを用いる。
【００４９】
次のステップＳ１８０では、送風量を決めるブロワ電圧を上記ＴＡＯに基づいて決定する。ここで、ブロワ電圧は周知のように上記ＴＡＯの低温側および高温側で最大となり、上記ＴＡＯの中間温度域で最小となるように決定され、上記ＴＡＯの変化に連動して多段階に変化する。
【００５０】
次のステップＳ１９０では、ＴＡＯに対するエアミックスドア１８の開度ＳＷを下記数式３に基づいて算出する。
【００５１】
【数３】
ＳＷ＝｛（ＴＡＯ−ＴＥ）／（ＴＷ−ＴＥ）｝×１００（％）
次のステップＳ２００では、内外気切替ドア１２による内外気吸込モードをＴＡＯに基づいて決定する。すなわち、ＴＡＯが低温側から高温側へと変化するにつれて、内気モード→半内気モード→外気モードと変化させる。また、半内気モードを廃止して内気モードから外気モードへ直接切り替えるようにする。
【００５２】
次のステップＳ２１０ではＴＡＯに基づいて吹出モードドア２０、２２、２４による吹出モードを決定する。すなわち、ＴＡＯが低温側から高温側へと変化するにつれて、フェイスモード→バイレベルモード→フットモードと変化させる。
【００５３】
次のステップＳ２２０では、上記各ステップＳ１８０〜Ｓ２１０で決定された各種制御信号を駆動回路３２を介してブロワモータ１４、および各アクチュエータ１２ａ、１８ａ、２５に加えて、ブロワモータ１４の回転数および各アクチュエータ１２ａ、１８ａ、２５の作動を制御する。
【００５４】
次のステップＳ２３０では、制御周期であるｔ秒経過したか判定し、ｔ秒経過後にステップＳ１１０に戻り、上記処理を繰り返す。
【００５５】
ところで、日射量ＴＳは、前述の数式２に示すように空調自動制御の基本目標値である目標吹出温度ＴＡＯの算出のために用いられ、そして、日射量ＴＳとして日射センサ４１の検出値（生値）ではなく、ステップＳ１６０で時定数処理の演算をした日射量ＴＳｎｅｗを用いて、目標吹出温度ＴＡＯに基づく空調自動制御の安定化を図っている。
【００５６】
その際に、本実施形態では時定数処理の時定数τを予め設定した固定値でなく、図３の制御マップにより日射仰角θおよび内気温ＴＲの両方に基づいて可変している。前述のように、日射量変化による乗員の温感変化の時間変化度合い（スピード）は日射仰角θだけでなく、内気温ＴＲの変化にも影響されるから、本実施形態のように日射仰角θおよび内気温ＴＲの両方に基づいて時定数処理の時定数τを可変すると、乗員の実際の温感変化に適合した時定数τを決定できる。
【００５７】
その結果、乗員の実際の温感変化に追従した空調制御、具体的には、車室内吹出空気温度や吹出風量等の制御を実現でき、空調フィーリングを向上できる。
【００５８】
（他の実施形態）
なお、上記の一実施形態では、車載ナビゲーション装置４４から自車位置（経度、緯度）、車両進行方向、カレンダー情報等に関する情報を読み込んで、自車に対する太陽位置を演算して、車室内に入射される日射の仰角θを算出するようにしているが、例えば、特開昭５６−６４６１１号公報に記載されているように、日射センサ４１に３個の受光センサを設けて、日射センサ４１自身にて、日射量の他に日射仰角θを検出する機能を発揮するようにしてもよい。これによれば、ナビゲーション装置４４を搭載していない車両においても日射仰角θを検出することができる。
【００５９】
また、上記の一実施形態では車載ナビゲーション装置４４と空調制御装置３０とを別々にして車両に搭載する例を説明しているが、車載ナビゲーション装置４４と空調制御装置３０とを１つの制御ユニット（ＥＣＵ）として統合してもよいことはもちろんである。
【００６０】
また、車両の各座席毎に対応する日射センサ４１を設けて、車両の各座席にそれぞれ適合する空調制御を行うものに対して本発明の時定数処理を組み合わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体システム構成の概要図である。
【図２】本発明の一実施形態の制御フローチャ−トである。
【図３】本発明の一実施形態による日射量時定数処理の時定数決定のための制御マップを示す特性図である。
【図４】乗員の日射受熱量と日射仰角との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
３０…空調制御装置（制御手段）、３４〜３８…操作スイッチ（操作手段）、
４１…日射センサ。
【図１】
0003941523.tif 000002
【図２】
0003941523.tif 000003
【図３】
0003941523.tif 000004
【図４】
0003941523.tif 000005