JPH07257148A

JPH07257148A - 車両用空調装置の制御方法

Info

Publication number: JPH07257148A
Application number: JP5337194A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takano; 明彦高野; Mamoru Seiji; 護政氏; Kyoichi Fujimori; 恭一藤森; Yoko Sasaki; 陽子佐々木
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】熱負荷を的確に捉えて送風量の下限値を調整
することにより、最適な送風量制御が可能となる車両用
空調装置の制御方法を提供する。【構成】室温センサ２０からの内気温度と外気センサ
２２からの外気温度と日射センサ２３からの日射量等を
用いて、等価温度演算部１９ｂにより車体外壁部温度Ｔ
ｂ＿ｏｕｔを求め、この車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔと
温度設定器２１の設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆとを用いてフ
ァジィ推論部１９ａにて送風量の下限値を推論決定し、
この推論結果に基づき駆動部１９ｅを介して送風機５を
駆動するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は車両用空調装置の制御
方法に関し、特に送風量の制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−１３５８１２号公報
に示されているように、検出室内温度（内気温度）と目
標室内温度（設定温度）との偏差に応じ、所定風量範囲
内において、送風量を自動制御するようにした車両用空
調装置において、外気温度に応じて送風量の下限値を変
更するようにしたものが知られており、厳寒期などのよ
うに、外気温度が極端に低下した場合には、送風量の下
限値を高くして送風量をやや多めの状態に保持すること
により、窓ガラスからの放熱作用と打ち消し合って窓ガ
ラス近傍の室温が低下するのを防止することができるよ
うにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、送風量の下
限値を調整する目的は、熱負荷が大きい（正負とも）場
合に空調能力不足となり快適な状態が維持できなくなる
ことを防止するためであり、熱負荷を変化させる因子と
しては、外気温度，日射量，空調経過時間など種々のも
のがある。しかしながら、前記従来技術においては、外
気温度で送風量の下限値を調整しているため、外気温度
が変化した直後（トンネルの出入り口等）や日射がある
場合には対応できず、最適な送風量の制御とは言えなか
った。

【０００４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、熱負荷を的確に捉えて送風量
の下限値を調整することにより、最適な送風量制御が可
能となる車両用空調装置の制御方法を提供することを目
的とする。また、コストアップせずに上記の機能向上を
図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用空
調装置の制御方法は、車体外壁部温度を求め、この車体
外壁部温度を熱負荷として送風量の下限値を決定するよ
うにしたものである。

【０００６】また、上記車体外壁部温度を演算により算
出し、その演算パラメータとして、少なくとも外気温
度，内気温度，日射量及び時間の因子を有するようにし
たものである。

【０００７】

【作用】熱負荷の因子として、車内空気と車体との熱伝
導および車体から車室内への輻射が考えられるが、どち
らも車体温度の因子であるため、車体温度、特に日射の
影響等も的確に捉え得る車体外壁部温度を用いて送風量
の下限値を決定する。

【０００８】また、上記車体外壁部温度を、演算パラメ
ータとして、外気温度，内気温度，日射量および時間
（時間に対する微分方程式を基本式とする場合、積分項
を持つ場合を含む）等の因子を有する演算により算出す
る。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図に基づいて説
明する。図１は、本発明が適用される車両用空調装置の
一例を示す全体構成図であり、空調ダクト１の最上流部
には内気導入口２と外気導入口３が設けられており、イ
ンテークドア４によって選択されるようになっている。
このインテークドア４の下流側には送風機５が設けられ
ており、インテークドア４で選択された内気導入口２又
は外気導入口３からの導入空気を空調ダクト１の下流側
に送風している。当該送風機５の下流には、エバポレー
タ６が設けられ、更にその下流にはヒータ７が設けられ
ている。エバポレータ６は、コンプレッサ８，コンデン
サ９，受液気１０及び膨張弁１１とともに配管結合され
て冷凍サイクルを構成し、コンプレッサ８はエンジン１
２によって駆動される。また、ヒータ７は、エンジン１
２とラジエター１３間の配管に接続されてエンジン１２
の冷却水が供給される。このヒータ７の上流側には、エ
バポレータ６からの冷風とヒータ７による暖風の混合割
合を調整するエアミックスドア１４が設けられている。
また、空調ダクト１の最下流部には、車室内に向けて開
口したデフロスト吹出口１５，ベント吹出口１６及びフ
ット吹出口１７が設けられており、モードドア１８ａ，
１８ｂ，１８ｃによって開閉され、車室内への吹出モー
ドが制御される。１９は当該空調装置を制御するコント
ロールユニットであり、当該コントロールユニット１９
には、室温センサ２０からの内気温度，温度設定器２１
からの設定温度，外気センサ２２からの外気温度，日射
センサ２３からの日射量，ベント吹出温センサ２４から
のベント吹出温度及びフット吹出温センサ２５からフッ
ト吹出温度が入力され、これらに基づき、アクチュエー
タ２６を介してインテークドア４を、パワートランジス
タ２７を介して送風機５の駆動電圧を、アクチュエータ
２８を介してエアミックスドア１４の開度を、アクチュ
エータ２９を介してモードドア１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
等をそれぞれ制御している。

【００１０】図２は、本実施例における上記コントロー
ルユニット１９の内部構成を示すブロック図である。図
において、１９ａはファジィ推論部、１９ｂは等価温度
演算部であり、等価温度演算部１９ｂは、室温センサ２
０，外気センサ２２，日射センサ２３によって検出され
た内気温度，外気温度，日射量を入力し、後述する演算
式により車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔや等価温度Ｔｅｑ
等を算出する。ファジィ推論部１９ａには、上記により
算出された車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔ、温度設定器２
１からの設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆ、減算器１９ｃを介し
て得られる上記設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆと等価温度Ｔｅ
ｑとの偏差ΔＴｅｑ等が入力され、これらを入力値とし
て予めＲＯＭ等に設定されたメンバーシップ関数及びフ
ァジィルールに基づき推論し、目標吹出風速や目標吹出
温度が求められる。１９ｄはベント吹出温センサ２４及
びフット吹出温センサ２５で検出された吹出温度を入力
し、ベント吹出モード時はベント吹出温度、フット吹出
モード時はフット吹出温度、バイレベル吹出モード時は
それらの平均値を演算して出力する演算部である。１９
ｅは上記ファジィ推論部１９ａからの目標吹出風速に応
じた駆動電圧で送風機５を駆動する駆動部、１９ｆはフ
ァジィ推論部１９ａからの目標吹出温度と上記演算部１
９ｄからの実吹出温度とＰＢＲ検出器２６により検出さ
れたエアミックスドア１４の実ＰＢＲ開度に基づきエア
ミックスドア１４を駆動する駆動部、１９ｇは上記目標
吹出温度に基づきモードドア１８（１８ａ〜１８ｃ）を
駆動する駆動部、１９ｈは同じく目標吹出温度に基づき
インテークドア４を駆動する駆動部である。なお、入出
力のためのＡＤ変換器，ＤＡ変換器及び各種アクチュエ
ータ等は図示を省略している。また、エアミックスドア
１４，モードドア１８，インテークドア４の制御は本発
明と直接関係ないので、それらの制御に関する詳細な説
明は以下省略する。

【００１１】図３は、上記図２における送風量制御に関
する部分を更に詳細に示したブロック図であり、設定温
度Ｔｅｑ＿ｒｅｆ，偏差ΔＴｅｑ，車体外壁部温度Ｔｂ
＿ｏｕｔはそれぞれ所定のゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３が与
えられてファジィ推論部１９ａに入力される。また、フ
ァジィ推論部１９ａからは、風量制御に関して後述する
ファジィ推論によって、送風量の下限値を決定する吹出
風速Ｖａ１と風量アップに関する吹出風速Ｖａ２が出力
され、それぞれゲインＧ４，Ｇ５が付加された後、比較
部１９１により大きさが比較され、大きい方が目標吹出
風速Ｖａ＿ｒｅｆとして選択出力される。この目標吹出
風速Ｖａ＿ｒｅｆは送風機電圧マップ（ＦＡＮ＿ｍａ
ｐ）１９２により吹出モードに応じた目標送風機電圧Ｖ
ｆａｎ＿ｒｅｆに変換される。この目標送風機電圧Ｖｆ
ａｎ＿ｒｅｆはＤＡ変換器１９３を介してアナログ量に
変換された後、駆動回路１９４に与えられ、トランジス
タ２７が制御されて、送風機駆動モータ５ａの駆動電圧
が制御される。

【００１２】次に、本実施例の動作について説明する。
図４は、全体動作を示すフローチャートであり、ステッ
プＳ１で各種センサの検出値を入力し、ＡＤ変換を行な
った後、ステップＳ２でスケーリング及び各種前処理を
行なう。次に、ステップＳ３で等価温度演算部１９ｂに
より車体外壁部温度や等価温度等の各種温度演算を行な
い、この演算結果に基づきステップＳ４でファジィ推論
部１９ａによりファジィ制御演算を行なう。そして、こ
のファジィ推論結果に基づき、以下、ステップＳ５のエ
アミックスドア制御、ステップＳ６の送風機制御、ステ
ップＳ７のモードドア制御、ステップＳ８のインテーク
ドア制御が順次行なわれる。以上の制御が所定間隔で繰
り返し行なわれる。

【００１３】図５は、上記ステップＳ３の各種温度演算
（等価温度演算部１９ｂ）の詳細を示すフローチャート
であり、先ずステップＳ３１で、車体温度として車体内
壁部温度（Ｔｂ）と車体外壁部温度（Ｔｂ＿ｏｕｔ）を
下記基本式を用いて演算する。車体内壁部温度（Ｔｂ） M*dTb/dT=a1*(d*Qsn-α1*(Tb-Tamb)-K1*(Tb-Tinc)) 車体外壁部温度（Ｔｂ＿ｏｕｔ） M*dTb_out/dT=a2*(d*Qsn-α2*(Tb_out-Tamb)-K2*(Tb_ou
t-Tinc)) ここで、Ｍ：車体の熱容量Ｑｓｎ：日射量（Ｋｃａｌ／ｍ²ｈ）Ｔａｍｂ：外気温度（℃）Ｔｉｎｃ：内気温度（℃）ａ１，ａ２，ｄ，α１，α２，Ｋ１，Ｋ２：定数であり、上記のうち車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔは図２
に示したようにファジィ推論部１９ａに与えらて、風量
下限値のためのファジィ推論に使用され、車体内壁部温
度Ｔｂは以下の演算に使用される。

【００１４】次に、ステップ３２にて平均輻射温として
乗員に照射する輻射量（Ｔｒａｄ）を下記基本式を用い
て演算する。Ｔｒａｄ＝Ｋ３＊Ｔｂ＋Ｋ４＊Ｑｓｎここで、Ｋ３，Ｋ４：定数最後に、ステップＳ３３にて等価温度として内気温度Ｔ
ｉｎｃと上記により求められた輻射温度Ｔｒａｄを考慮
した温度（Ｔｅｑ）を下記基本式を用いて演算する。Ｔｅｑ＝Ａ＊Ｔｉｎｃ＋Ｂ＊Ｔｒａｄここで、Ａ，Ｂ：定数であり、得られた等価温度Ｔｅｑは図２に示したように
設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆとの偏差ΔＴｅｑを求めるため
減算器１９ｃに与えられる。

【００１５】図６は、図４のステップＳ４におけるファ
ジィ制御演算の詳細を示すフローチャートであり、ステ
ップＳ４１では、ファジィ推論（ステップＳ４２）に先
立って前処理を行なう。すなわち、図２に示した減算器
１９ｃにより設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆから等価温度Ｔｅ
ｑを減算して偏差ΔＴｅｑを求め、更に図３に示したよ
うに、設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆ，偏差ΔＴｅｑ及び車体
外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔの各入力に所定のゲインＧ１，
Ｇ２，Ｇ３をかけ、−１〜１に正規化する処理を行な
う。また、ステップＳ４２のファジィ推論により得られ
た出力に対してステップＳ４３で後処理を行なう。すな
わち、図３に示したように、送風量の下限値を決定する
吹出風速Ｖａ１と風量アップに関する吹出風速Ｖａ２の
各出力に所定のゲインＧ４，Ｇ５を付加して、更に比較
部１９１により大きい方を選択して目標吹出風速Ｖａ＿
ｒｅｆとして出力する。

【００１６】次に、上記ステップＳ４２のファジィ推論
による風量制御について詳細に説明する。図７の
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、風量制御に関するファジィ
推論で用いられる入力メンバーシップ関数を示す特性図
であり、各メンバーシップ関数の横軸はそれぞれΔＴｅ
ｑ，Ｔｂ＿ｏｕｔ，Ｔｅｑ＿ｒｅｆの入力値を−１〜１
の範囲に正規化したものであり、縦軸はこの入力値の適
合度を０〜１の範囲で示している。図７の（ａ）は設定
温度と等価温度の偏差ΔＴｅｑに関して設定されたメン
バーシップ関数の特性図であり、偏差ΔＴｅｑのファジ
ィ集合は、「正で大きい（ＰＬ：Positive Large）」、
「正で小さい（ＰＳ：Positive Small）」、「ゼロくら
い（ＺＯ：Zero）」、「負で小さい（ＮＳ：Negative S
mall）」、「負で大きい（ＮＬ：Negative Large）」の
５段階のファジィ集合から成り、各々のメンバーシップ
関数により偏差ΔＴｅｑに関するメンバーシップ関数を
形成している。図７の（ｂ）は、車体外壁部温度Ｔｂ＿
ｏｕｔに関して設定されたメンバーシップ関数の特性図
であり、車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔのファジィ集合
は、「正で大きい（ＰＬ：Positive Large）」、「正で
小さい（ＰＳ：Positive Small）」、「ゼロくらい（Ｚ
Ｏ：Zero）」、「負で小さい（ＮＳ：Negative Smal
l）」、「負で大きい（ＮＬ：Negative Large）」の５
段階のファジィ集合から成り、各々のメンバーシップ関
数により車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔに関するメンバー
シップ関数を形成している。図７の（ｃ）は、設定温度
Ｔｅｑ＿ｒｅｆに関して設定されたメンバーシップ関数
の特性図であり、設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆのファジィ集
合は、「正で大きい（ＰＬ：Positive Large）」、「ゼ
ロくらい（ＺＯ：Zero）」、「負で大きい（ＮＬ：Nega
tive Large）」の３段階のファジィ集合から成り、各々
のメンバーシップ関数により設定温度Ｔｅｑ＿ｒｅｆに
関するメンバーシップ関数を形成している。

【００１７】次に、上記のようなメンバーシップ関数を
用いて風量制御に関するファジィ推論を行なうために設
定されたファジィルールについて説明する。本実施例に
おけるファジィルールは、本発明の特徴である送風量の
下限値を車体外壁部温度を用いて決定するための吹出風
速Ｖａ１のファジィルールと、偏差ΔＴｅｑによる通常
の風量アップのための吹出風速Ｖａ２のファジールール
とがあり、これらを以下に示す。Ｖａ１のファジィルール（ｌｏｗ風量パターン） IF Tb_out=PL & Teq_ref=PL THEN Va1=0.42 IF Tb_out=PS & Teq_ref=PL THEN Va1=0.54 IF Tb_out=ZO & Teq_ref=PL THEN Va1=0.67 IF Tb_out=NS & Teq_ref=PL THEN Va1=0.67 IF Tb_out=NL & Teq_ref=PL THEN Va1=0.67 IF Tb_out=PL & Teq_ref=ZO THEN Va1=0.54 IF Tb_out=PS & Teq_ref=ZO THEN Va1=0.42 IF Tb_out=ZO & Teq_ref=ZO THEN Va1=0.54 IF Tb_out=NS & Teq_ref=ZO THEN Va1=0.67 IF Tb_out=NL & Teq_ref=ZO THEN Va1=0.67 IF Tb_out=PL & Teq_ref=NL THEN Va1=0.67 IF Tb_out=PS & Teq_ref=NL THEN Va1=0.54 IF Tb_out=ZO & Teq_ref=NL THEN Va1=0.42 IF Tb_out=NS & Teq_ref=NL THEN Va1=0.54 IF Tb_out=NL & Teq_ref=NL THEN Va1=0.67 Ｖａ２のファジィルール（ΔＴｅｑによる風量アップパターン） IF ΔTeq=PL THEN Va2=0.73 IF ΔTeq=PS THEN Va2=0.0 IF ΔTeq=ZO THEN Va2=0.0 IF ΔTeq=NS THEN Va2=0.0 IF ΔTeq=NL THEN Va2=0.73

【００１８】上記のようなメンバーシップ関数とファジ
ィルールを用いた推論方法は周知であるので、簡単に説
明すると、送風量の下限値に相当する吹出風速Ｖａ１の
場合は、車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔ，設定温度Ｔｅｑ
＿ｒｅｆの−１〜１に正規化された値から図７（ｂ），
（ｃ）のメンバーシップ関数に基づき、適用可能なファ
ジィルールを全て（この場合は４つ）選択し、各ファジ
ィルールにおける車体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔ，設定温
度Ｔｅｑ＿ｒｅｆの適合度からＡＮＤ（＆）であるので
それぞれ小さい適合度を選択して、選択された適合度と
吹出風速Ｖａ１の積の総和を適合度の総和で除すること
により、推論結果として出力する吹出風速Ｖａ１を決定
する。また、風量アップに関する吹出風速Ｖａ２の場合
は、偏差ΔＴｅｑの−１〜１に正規化された値から図７
（ａ）のメンバーシップ関数に基づき、適用可能なファ
ジィルールを全て（この場合は２つ）選択し、各ファジ
ィルールにおける偏差ΔＴｅｑの適合度と吹出風速Ｖａ
２の積の総和を適合度の総和で除することにより、推論
結果として出力する吹出風速Ｖａ２を決定する。

【００１９】推論結果として出力された吹出風速Ｖａ１
（風量下限値）と吹出風速Ｖａ２（風量アップ）は、図
３に示したように、それぞれゲインＧ４，Ｇ５が付加さ
れた後、比較部１９１により大きさが比較され、大きい
方が目標吹出風速Ｖａ＿ｒｅｆとして出力される。この
目標吹出風速Ｖａ＿ｒｅｆは送風機電圧マップ（ＦＡＮ
＿ｍａｐ）１９２により図８に具体的に示す如く吹出モ
ードに応じた目標送風機電圧Ｖｆａｎ＿ｒｅｆに変換さ
れる。この目標送風機電圧Ｖｆａｎ＿ｒｅｆはＤＡ変換
器１９３を介してアナログ量に変換された後、駆動回路
１９４に与えられ、トランジスタ２７が制御されて、送
風機駆動モータ５ａの駆動電圧が制御される。ここで、
偏差ΔＴｅｑが余り大きくなくて、ファジィ推論による
吹出風速Ｖａ１が吹出風速Ｖａ２より大きい場合は、送
風量の下限値を決定する吹出風速Ｖａ１が選択され、車
体外壁部温度Ｔｂ＿ｏｕｔに応じて送風機５がその最大
能力の０．４２〜０．６７の範囲で制御駆動され、送風
量の下限値が熱負荷の経時変化に的確に対応して調整さ
れる。

【００２０】以上のように、本実施例によれば、車体外
壁部温度により熱負荷の経時変換を的確に捉えることが
できるため、最適な送風量制御が可能となり、日射によ
って車体温度が上昇した場合にも対応可能となる。ま
た、車体外壁部温度という一つのパラメータにより風量
下限値が決定できるため、アルゴリズムが簡単にでき
る。そして、その因子としては、外気温度，内気温度，
日射量，経過時間，エンジンの発熱量など種々の熱負荷
に関するパラメータを用いることができる。また、車体
の熱容量が外気センサの多少の変動を吸収するため、外
乱の影響を受けにくくなる。更に、車体外壁部温度を演
算により求めるようにしているため、それ専用のセンサ
等が不要となり、コストアップせずに機能向上が図れ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、車体
外壁部温度を求め、この車体外壁部温度を熱負荷として
送風量の下限値を決定するようにしたので、熱負荷の経
時変化を的確に捉えることができるため、最適な送風量
制御が可能となる効果がある。更に、日射によって車体
温度が上昇した場合にも対応可能となり、また、車体の
熱容量が外気センサの多少の変動を吸収するため、外乱
の影響を受けにくくなる等の効果がある。

【００２２】また、上記車体外壁部温度を、演算パラメ
ータとして少なくとも外気温度，内気温度，日射量及び
時間の因子を有する演算により算出するようにしたの
で、それ専用のセンサ等は不要であり、コストアップせ
ずに機能向上が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される車両用空調装置の一例を示
す全体構成図である。

【図２】実施例におけるコントロールユニットの内部構
成を示すブロック図である。

【図３】図２における送風量制御に関する部分を詳細に
示したブロック図である。

【図４】実施例の全体動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】図４におけるステップＳ３の詳細を示すフロー
チャートである。

【図６】図４のステップＳ４の詳細を示すフローチャー
トである。

【図７】風量制御に関するファジィ推論で用いられる入
力メンバーシップ関数を示す特性図である。

【図８】送風機電圧マップを示す図である。

【符号の説明】

５送風機１９コントロールユニット１９ａファジィ推論部１９ｂ等価温度演算部２０室温センサ２１温度設定器２２外気センサ２３日射センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木陽子埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設定温度と熱負荷に基づき送風量を制御
する車両用空調装置の制御方法において、車体外壁部温
度を求め、この車体外壁部温度を熱負荷として送風量の
下限値を決定するようにしたことを特徴とする車両用空
調装置の制御方法。
【請求項２】車体外壁部温度を演算により算出し、そ
の演算パラメータとして、少なくとも外気温度，内気温
度，日射量及び時間の因子を有することを特徴とする請
求項１記載の車両用空調装置の制御方法。