JPH064375B2 - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

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、吹出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あ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
気の温度や流量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号公報
や特開昭５５−７７６５９号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あ
る。又、送風量としては、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、送風量，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 ［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複数
の空調制御要素の制御量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
レータである制御手段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のフィードバック量算出部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の運転状態に応じ
て予め定められた複数の空調制御要素の制御量を上記空
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含む
諸量を調節する複数の空調制御要素から構成されてい
る。例えば、吹出空気の諸量のひとつとして吹出空気の
温度を考えれば、空調制御要素は、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、エアミ
ックスダンパの開度、加熱器（ヒータコア）に供給され
る熱量を制御するアクチュエータ等ということになる。
なお、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
のである。例えば、運転者により操作される温度設定器
のようなものであってもよい。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
であってもよい。

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、サー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あって
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
ック量算出部Ｍ７とフィードバック制御算出部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，ＲＡＭ
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
ら定まる複数の空調制御要素の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見通しを与えることにする。
尚、以下の説明におい 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^＊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振舞は、離散系において、 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，式（２） 手段Ｍ１によって調節される吹出空気の諸量から 量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 ラ量ｙ（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k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 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振舞
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 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，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分を抽出
し、該摂動分を使用して諸量の算出を行ない。該算出値
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にモデルを構築
できる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 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
変数法あ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。

と車室内温度ｙ（ｋ）及びその目標温度ｙ^＊（ｋ） （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
制御に直接関与する諸量として、例えばブロアモータに
よる送風量が車室内温度に影響する量、即ち送風量の車
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 れらの諸量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 とができる。これが所謂、現代制御理論におけるオブザ
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、一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量算出部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
リカッチ方程式の解と状態方程式（１），出力方程式
（２）の 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（前掲書他）。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。その結果最適フィー 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 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。

自動車用空気調和を行なう系の内部状態を表わす量とし
て説明したが、これは実際の物理量に対応した変数量、
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
量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］ 上記のように構成された本発明の自動車用空気調和装置
においては、制御手段Ｍ４が、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
れた目標温度となるように、空調手段Ｍ１をフィードバ
ック制御する。

また、制御手段Ｍ４内では、状態観測部Ｍ６が、自動車
の空気調和に関する系の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、制御入力となる複数の空
調制御要素の制御量と、温度検出手段Ｍ３により検出さ
れた車室内温度とから、上記系の内部状態を表わす状態
変数を推定し、第１のフィードバック量算出部Ｍ７が、
温度検出手段Ｍ３により検出された車室内温度と温度設
定手段により設定された目標温度との偏差、および上記
系の動的なモデルに基づいて予め設定された最適フィー
ドバックゲインの偏差に関する要素から、第１のフィー
ドバック量を算出して、この第１のフィードバック量を
累積する。そして、フィードバック制御量算出部Ｍ８
が、状態観測部Ｍ６により推定された状態変数と、上記
最適フィードバックゲインの状態変数に関する要素とか
ら第２のフィードバック量を算出して、この第２のフィ
ードバック量と第１のフィードバック量算出部Ｍ７にて
累積された第１のフィードバック量との和を空調手段Ｍ
１の制御量として算出する。

また更に、本発明の自動車用空気調和装置において
は、、判定手段Ｍ５が、空調手段Ｍ１が初期時にあるか
否かを判定し、この判定手段Ｍ５により空調手段Ｍ１が
初期時にあると判定されると、制御手段Ｍ４が、空調手
段Ｍ１の運転条件に応じて予め定められた制御量を空調
手段Ｍ１に出力する。

すなわち、本発明の自動車用空気調和装置においては、
空調手段Ｍ１が初期時にあるとき、つまり空調制御の開
始時には、空調手段Ｍ１の運転条件に応じて予め定めら
れた制御量にて空調制御を行ない、制御開始後は、状態
変数及び目標温度と車室内温度との偏差に基づく制御量
にてフィードバック制御を実行するようにされている。

従って、本発明の自動車用空気調和装置によれば、制御
開始直後から空調手段Ｍ１によって吹出空気の少なくと
も温度が最適に調整され、その後は、空調手段Ｍ１によ
って吹出空気の少なくとも温度が応答遅れなく速やかに
目標温度に制御されることとなる。

つまり、状態観測部Ｍ６により求められる状態変数は、
自動車用空気調和に関する系における未来への影響を予
測するために必要充分な系の履歴に関する情報を含んで
いるため、制御開始後は、フィードバック制御量算出部
Ｍ８において、空調手段Ｍ１に出力する制御量によって
系がどのように振舞うかを予測しつつ制御量を決定で
き、この制御量により、複数の空調制御要素を最適に制
御して、車室内温度を、極めて高い応答性で目標温度に
制御することができるようになるのである。

［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２２の高圧室を低圧室とを連通す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
チュ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
にコンプレッサ２２の駆動信号（駆動電圧）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，出力ポート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、各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 これに基くオブザーバの設計、フィードバックゲ 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 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。

摂動分抽出部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
られる空調ユニット１の制御量、即ち吹出空気の諸量を
定めるブロアモータ３の駆動電圧ＶＢ，コンプレッサ２
２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，δＶＣ，δＶＤ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，δＶＣ，δＶＤとから空気調和装
置の内部状態を表現する状態変数 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 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、制御量の摂動分δＶＢ（ｋ），δＶ
Ｃ（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で算出された制御量の
摂動分δＶＢ（ｋ），δＶＣ（ｋ），δＶＤ（ｋ）は、
上記摂動分抽出部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分であ
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，ＶＣａ，ＶＤａ
を上記摂動分δＶＢ（ｋ），δＶＣ（ｋ），δＶＤ
（ｋ）に加算し、空調ユニット１の制御量ＶＢ，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、フィードバック量決定部Ｐ５において、第１のフィ
ードバック量と第２のフィードバック量とが相殺され、
制御量の摂動分は全て値０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 を避け、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
のである。

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、これらの諸量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Ｔ
Ｒ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入力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量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入力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 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入力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（ｚ）〜Ｇ３（ｚ）によ
り書き表わした図である。尚、ｚは入出力信号のサンプ
ル値のｚ変換を示し、Ｇ１（ｚ）〜Ｇ３（ｚ）は適当な
次数をもつもの 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入力
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の駆動電圧の摂動分
δＶＣ，δＶＤを共に０として、ブロアモータ３の駆動
電圧の摂動分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
分δＶＢと、出力としての車室内温度の摂動分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）｝＝｛δＶＢｉ｝，出力のデータ
系列｛ｙ（ｉ）｝＝｛δＴＲｉ｝（但し、ｉ＝１，２，
３，…Ｎ）と表わす。この時、系は１入力１出力とみな
すことができ、系の伝達関数Ｇ１（ｚ）は、 G1（ｚ）＝Ｂ(z^-1)／Ａ(z^-1) …（３） 即ち、 G1（ｚ） ＝（b0＋b1・z^-1＋…＋bnz^-n）／ （１＋a1・z^-1＋a2・z^-2＋…＋an・ｚ^-n） …（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，b0〜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，b0〜bnを、 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ｘ１
（ｋ）をとって、その状態・出力方程式は、 ｘ１(k+1) ＝ｚ・ｘ１（ｋ） ＝−ａ１・ｘ１（ｋ）＋ｂ１・ｕ（ｋ）…（６） ｙ（ｋ）＝ｘ１（ｋ） …（７） と表わせられる。従って、１入力１出力の系とみ となる。

同様の手法により、伝達関数Ｇ２（ｚ），Ｇ３ 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入力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 る。

こうして本実施例の動的なモジ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 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
動分（δＴＲ）と制御量の摂動分（δＶＢ，δＶＣ，δ
ＶＤ）とから空調ユニット１の内 （ｋ）を、この系の制御において、実際の状態変 （ｋ）を状態方程式（１），出力方程式（２）に基づい
て次式（９）のように構成したとする。

ある。式（１），（２），（９）より変形すると、 （即ちブロアモータ３等の駆動電圧［ＶＢ（ｋ） （即ちここではスカラ量ｙ（ｋ）としての 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
である。オブザーバをこのように構成し、 して、式（１１）を、 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 を表わす変数として、δＴＢ（ｋ），δＴＣ（ｋ），δ
ＴＤ（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。

として表わされる。

求める手法は、例えば「線形システム制御理論」（前掲
書）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の制御入力 の出力ｙ（ｋ）＝ＴＲ（ｋ）とについて、ある定常点の
まわりで、 とし、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、 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。

制御開始時点を０とするサンプル回数を、各々示 する所謂２次形式表現である。

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 の動きを制約しつつ、制御出力ｙ（ｋ）、ここでは車室
内温度ＴＲ（ｋ）の目標値ＴＲ（ｋ）^＊からの偏差を最
小にしようと意図し 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 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^＊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 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。次に、上記状態推定 １〜３，ｊ＝１〜３）を掛けて第２のフィードバック量
を算出し、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 δＶＣ（ｋ），δＶＤ（ｋ）が求まる。

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 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 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
れている量を添字（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字
(k-1)付で表わすことにする。

ＣＰＵ３０は空気調和装置が起動された後、ＣＰＵ３０
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０
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 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の出力信号を入力して、目標温度Ｔ
Ｒ^＊（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^＊（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
た定常的な空調ユニット１の運転状態のうちで最も近い
状態（以下、これを定常点ＴＲａ，ＶＢａ，ＶＣａ，Ｖ
Ｄａと呼ぶ）を求める処理を行なう。ステップ１５０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、δＴＲ(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図の摂動分抽出部
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ザーバ内のパラメー 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
算出された偏差ｅ(k-1)に、上記ステッ の該偏差に関する要素を掛けた値を累積し、偏差累積値
ＺＴＲＢ（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で全て０に設定されてい
る。また、偏差としてｅ(k-1)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(k-1)＋Ｆ14・Ｔ・ｅ(k-1) ＺＴＲＣ（ｋ） ＝ＺＴＲＣ(k-1)＋Ｆ24・Ｔ・ｅ(k-1) ＺＴＲＤ（ｋ） ＝ＺＴＲＤ(k-1)＋Ｆ34・Ｔ・ｅ(k-1) 続くステップ１８０，ステップ１９０は状態推 ，（１３）により［δＴＢ（ｋ） δＴＣ（ｋ） δＴ
Ｄ（ｋ）］^Ｔが求められる。即ち、オブザ を用いて、ステップ１８０では、Ｗ１（ｋ），Ｗ２
（ｋ）を、 Ｗ１（ｋ） ＝Ｐ11・Ｗ１(k-1)＋Ｐ12・Ｗ２(k-1) ＋Ｍ11・δＶＢ(k-1)＋Ｍ12・δＶＣ(k-1) ＋Ｍ13・δＶＤ(k-1)＋Ｍ14・δＴＲ(k-1) Ｗ２（ｋ） ＝Ｐ21・Ｗ１(k-1)＋Ｐ22・Ｗ２(k-1) ＋Ｍ21・δＶＢ(k-1)＋Ｍ22・δＶＣ(k-1) ＋Ｍ23・δＶＤ(k-1)＋Ｍ24・δＴＲ(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、状態推定量を δＴＢ(k)＝Ｃ11・Ｗ１(k)＋Ｃ12・Ｗ２(k) ＋Ｄ１・δＴＲ(k) δＴＣ(k)＝Ｃ21・Ｗ１(k)＋Ｃ22・Ｗ２(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)，δＴＲ(k-1)等は、上述したように、前回、本制御
処理が実行された時の値である。

（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１
５０）ことから、処理速度の向上を考慮して計算の容易
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ＦＳは
上述したステップ１００で値０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） ＝−｛Ｆ11・δＴＢ(k)＋Ｆ12・δＴＣ(k) ＋Ｆ13・δＴＤ(k) ＺＴＲＣ（ｋ） ＝−｛Ｆ21・δＴＢ(k)＋Ｆ22・δＴＣ(k) ＋Ｆ23・δＴＤ(k) ＺＴＲＤ（ｋ） ＝−｛Ｆ31・δＴＢ(k)＋Ｆ32・δＴＣ(k) ＋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 ップ１６０で選択した最適フィードバックゲイン 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) ＋Ｆ13・δＴＤ(k)＋ＺＴＲＢ(k) δＶＣ（ｋ） ＝Ｆ21・δＴＢ(k)＋Ｆ22・δＴＣ(k) ＋Ｆ23・δＴＤ(k)＋ＺＴＲＣ(k) δＶＤ（ｋ） ＝Ｆ31・δＴＢ(k)＋Ｆ32・δＴＣ(k) ＋Ｆ33・δＴＤ(k)＋ＺＴＲＤ(k) 本ステップ２２０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２１０で設定されるため、上記演算から求ま
る各摂動分δＶＢ(k)，δＶＣ(k)，δＶＤ(k)は相殺さ
れて全て０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１７０で算出されるため、上記演算に
より各摂動分δＶＢ(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，ＶＤａを加え
て、実際の駆動電圧ＶＢ（ｋ），ＶＣ（ｋ），ＶＤ
（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，コンプレッサ２２，
ダンパアクチュエータ２４の各々に出力する処理が行な
われる。ステップ２５０ではサンプリング・演算・制御
の回数を示している添字Ｋ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図に従来の単純なフ
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［℃］にある場合に、目標温
度ＴＲ^＊を２０［℃］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Ｈ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、
本実施例によれば、従来の制御より速い応答性（立ち上
がり）を実現した上で、オーバーシュート，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 を算出すると、初期時には偏差累積値がないので、 このため、例えば二点鎖線Ｈで示すように、目標ＴＲ^＊
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，ＶＣ
ａ，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ＴＲ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２４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代えて、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、即ち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)，ＺＴＲ
Ｃ(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および該電子制御回路２０
により実行される処理（ステップ１１０）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１
４０，１５０，１６０，２１０）が制御手段Ｍ４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Ｍ５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１３０，１７０）
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２２０，２３０，２４０）がフィードバッ
ク制御量算出部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
のような実施例に何等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 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 以上詳述したように、本発明の自動車用空気調和装置に
おいては、空調手段が初期時にある制御開始時には、空
調手段が吹出空気の少なくとも温度を含む諸量を調節す
るための複数の空調制御要素の制御量として、空調手段
の運転条件に応じて予め定められた制御量を設定し、そ
の後は、制御入力となる複数の空調制御要素の制御量と
制御出力である車室内温度とにより推定した自動車用空
気調和に関する系の内部状態を表わす状態変数と、目標
温度と車室内温度との偏差から最適フィードバックゲイ
ンを用いて算出した第１のフィードバック量の累積値
と、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との和を、空調手段の制御量と
して設定するように構成されている。

このため、本発明によれば、空調制御を開始する初期時
から、車室内温度を目標温度に向けて制御することがで
き、しかも制御開始後は、目標温度が変化しても、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。

すなわち、従来のＰＩＤ制御による自動車用空気調和装
置では、単に車室内温度と目標温度との偏差のみから制
御量を設定するようにしているが、本発明では、こうし
た空調制御系全体を多入力１出力の動的なモデルとして
捉え、その制御系における未来への影響を予測するため
に必要充分な系の履歴に関する情報を含んだ状態変数を
用いて、複数の空調制御要素の制御量を同時に演算する
ようにしているので、制御開始後は、車室内温度を制御
する動的なモデルが制御入力（複数の空調制御要素の制
御量）に従ってどう振舞うかという制御系の動的なモデ
ルを明かにしつつ制御量を決定することができ、目標温
度が変化しても、車室内温度を速やかに、しかも過制御
を生じることなく、目標温度に収束させることができる
ようになるのである。

特に、本発明のような自動車用空気調和装置において
は、日射量、車速、走行場所等の変化により熱負荷が急
激に変化するので、これらの外乱要素の影響を受け易
く、ＰＩＤ制御により制御量を決定する従来装置では、
こうした外乱要素によって応答遅れやハンチングを起こ
し、車室内温度を目標温度に収束させることが困難であ
るが、本発明の自動車用空気調和装置によれば、制御系
の未来の影響を予測する情報を含んだ状態変数を用いて
制御量を決定するため、日射量、車速、走行場所等の変
化によって熱負荷が急激に変化したときにも、制御量を
最適に設定することができ、応答性及び安定性に優れた
空調制御を実現できる。

また更に、従来のＰＩＤ制御による自動車用空気調和装
置では、１入力１出力の制御しかできないため、本発明
のような空調制御を行なう場合には、各制御入力間の相
互干渉を取り除き、各制御入力と制御出力との間に完全
に１対１の対応をつけ、複数の１入力１出力の制御の集
合として制御するしかなく、空調手段を無駄に駆動して
しまうことがあるが、本発明では、上記のように制御入
力及び制御出力の相互関係を考慮して制御量を最適に設
定することができるので、空調手段の動作を最小限に抑
え、その駆動源となる内燃機関等の消費エネルギ、延い
てはその駆動源の燃費を抑制することができるようにな
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。 Ｍ１…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 Ｍ７…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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車室内への吹出空気の少なくとも温度を含
   む諸量を複数の空調制御要素の制御量に従って調節する
   空調手段と、 前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ュレー
   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
   フィードバッ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、上記空調手段の運転状態に応じて予
   め定められた複数の空調制御要素の制御量を上記空調手
   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. 【請求項２】上記空調手段の調節する諸量が、吹出空気
   を送風するブロワモータの送風量と、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。