JPH1035244A

JPH1035244A - 車両用空調装置の水温推定装置

Info

Publication number: JPH1035244A
Application number: JP21600696A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Seiji; 護政氏
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータコアの水温を精度よく推定し、ヒータ
コアの水温情報が必要となる制御にあっても水温センサ
を不要にすることができる車両用空調装置の水温推定装
置を提供する。【解決手段】エアミックスドア開度とエバポレータ通
過空気温度とに基づいて吹出空気温度を推定する吹出空
気温度推定部ＢＬ４と、この推定された吹出空気温度と
車室内温度とに基づいて車室内温度の推定値を演算する
と共に、この車室内温度の推定値と室温センサＢＬ１に
よって検出された車室内温度との差に基づいて吹出空気
温度の修正量を算出するオブザーバＢＬ５と、このオブ
ザーバによる吹出空気温度の修正量、エアミックスドア
開度、及びエバポレータ通過空気温度に少なくとも基づ
いてヒータコアの水温を推定する水温推定部ＢＬ６とを
具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両に搭載され
る空調ユニットを制御する空調装置に係り、特に、ヒー
タコアに供給される温水の温度を水温センサを用いずに
精度よく推定することができる車両用空調装置の水温推
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平１−２１５６１３号公報
に示される車両用空調装置は、風量制御をおこなう際に
エアミックスドア開度やヒータコアに供給される温水の
温度（水温）等の情報に基づいて吹出口から吹き出す送
風量を決定するようにしたもので、エンジンをスタート
させてから所定期間は水温が十分に高まっておらず、こ
の状態で送風量を増大すると冷風が車室内に供給されて
不快感を与えてしまうことから、エンジンをスタートさ
せてから所定期間はブロワを作動させず、所定時間経過
後に水温に応じて送風量を決定するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述の技
術にあっては、水温センサが風量制御に必要不可欠であ
り、これにより良好な温調制御を実現しようとするもの
であるが、良好な温調制御を実現するために水温センサ
の出力信号を利用するものは上述の例に限らず多数あ
る。しかしながら、このような車両用空調装置にあって
は、水温センサを必要とするが故にコストの低減が図り
にくいという不都合があった。

【０００４】そこで、この発明においては、ヒータコア
の水温を精度よく推定し、ヒータコアの水温情報が必要
となる制御にあっても水温センサを不要にすることがで
きる車両用空調装置の水温推定装置を提供することを課
題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明にか
かる車両用空調装置は、図１に示されるように、車室を
温調するために空気通路１８にエバポレータ１３、ヒー
タコア１４、及び前記ヒータコア１４の通過空気量を調
節するエアミックスドア１５が少なくとも配されている
ものにおいて、車室内の温度を検出する室温センサ（Ｂ
Ｌ１）と、エバポレータを通過した空気の温度を検出す
るエバ後温度センサ（ＢＬ２）と、エアミックスドア１
５の開度（ＢＬ３）及びエバポレータ１３を通過した空
気温度に基づいて車室に吹き出す空気の吹出空気温度を
推定する吹出空気温度推定部（ＢＬ４）と、車室の空調
に関する系の動的モデルに基づき、前記吹出空気温度の
推定値を含む制御量と室温センサ（ＢＬ１）によって検
出された車室内温度とから車室内温度の推定値を演算す
ると共に、この車室内温度の推定値と前記室温センサに
よって検出された車室内温度との差に基づいて前記推定
された吹出空気温度を修正するオブザーバと（ＢＬ
５）、前記オブザーバによって修正された吹出空気温度
の推定値、前記エアミックスドアの開度、及びエバポレ
ータ１３を通過した空気温度を少なくとも加味して前記
ヒータコア１４に供給される温水の温度を推定する水温
推定部（ＢＬ６）とを具備することを特徴としている。

【０００６】したがって、吹出空気温度推定部（ＢＬ
４）では、エアミックスドア１５の開度とエバポレータ
通過空気温度とに基づいて吹出空気温度が推定され、オ
ブザーバ（ＢＬ５）では、この推定された吹出空気温度
と車室内温度とに基づいて車室内温度の推定値が演算さ
れると共に、この車室内温度の推定値と室温センサ（Ｂ
Ｌ１）によって検出された車室内温度との差に基づいて
吹出空気温度の修正量が算出される。そして、水温推定
部（ＢＬ６）において、オブザーバ（ＢＬ５）で演算さ
れた吹出空気温度の修正量、エアミックスドアドア開
度、及びエバポレータ通過空気温度を加味して水温が推
定される。このため、ヒータコアが温まるまでの過渡状
態であっても、実際の吹出温度とオブザーバによって推
定された吹出温度との偏差に基づいて修正量が算出さ
れ、その修正量を考慮して水温が推定されるので、的確
にヒータコア１４の水温を推定することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面により説明する。

【０００８】図１において、この発明に係る車両用空調
装置は、車室を温調するために空調ユニットの空気通路
１１に、送風機１２、エバポレータ１３、ヒータコア１
４、及びヒータコア１４の通過空気量を調節するエアミ
ックスドア１５が配置され、エアミックスドア１５の開
度を調節することで吹出空気温度を調節できるようにな
っている。また、車室内温度を検出する室温センサ１６
と、エバポレータ１３を通過した空気温度（エバ後温
度）を検出するエバ後温度センサ１７とを少なくとも有
し、これらセンサからの信号に基づいて吹出空気温度を
設定された目標吹出空気温度に収束するよう各空調制御
要素を制御するもので、下記する動的モデルに基づき、
現代制御理論に基づく空調制御を行う場合等に利用され
る。そこで、ここでは特に本発明の特徴である水温推定
部分について説明し、他の制御系の部分については必要
に応じて説明するに止める。

【０００９】各空調制御要素の制御は、これを統括する
マイクロコンピュータ及びその周辺部品で構成されるコ
ントロールユニットで行われ、１次的に推定された吹出
空気温度を修正するオブザーバを有し、その具体例が図
２乃至図７に示されている。

【００１０】図２において、コントロールユニットの機
能のうち、各種熱負荷要素に基づいて系の動的な内部変
数（状態変数）である室温Ｔｒ及び車体温Ｔｂを推定す
ると共に、車室内へ吹出す空気の吹出空気温度Ｔｏと外
気温の初期値Ｔａとを推定し、さらにはヒータコアの水
温を推定する制御系統図が示されている。コントロール
ユニットは、吹出空気温度Ｔｏを推定する吹出温度推定
部１、外気温初期値Ｔａを決定する外気温初期値決定部
２、日射量成分を算出する日射量直達・伝達成分演算部
３、車室に吹き出す吹出風量αを演算する演算部４、制
御上必要な制御パラメータを演算するパラメータ演算部
５、室温推定値Ｔｒ^s、車体温推定値Ｔｂ^s、吹出温度
Ｔｏの修正量Ｔｏ’、外気温初期値Ｔａの修正量Ｔａ’
を演算するオブザーバ６、及びヒータコア１４の水温推
定値Ｔｗ’を演算する水温推定部１１を有している。

【００１１】吹出温度推定部１は、図３に示されるよう
に、開度検出器によって直接検出され、あるいは、熱負
荷に関する諸量に基づいて間接的に算出されたエアミッ
クスドア開度、エバポレータ後方のエバ後温度センサ１
７により検出されたエバポレータ直後の通過空気温度
（エバ後温度）、及びヒータコア１４の水温固定値（例
えば、８０°Ｃとする）を入力し、これら信号に基づい
て熱量を演算し、この熱量に基づいて吹出温度Ｔｏを推
定するようになっている。

【００１２】外気温初期値決定部２は、図４に示される
ように、イグニッションスイッチ（ＩＧ．ＳＷ）を投入
した時点でマイクロコンピュータにより外気温の推定処
理が行われるもので、イグニッションスイッチを投入す
る前、または一端投入した後においては、ここでの外気
温の演算処理は行われないようになっている（ステップ
５０）。ＩＧ．ＳＷ投入時の外気温推定処理は、先ず、
日射センサによって検出された日射量（Ｑｓｕｎ）と、
室温センサによって検出された室温（Ｔｒ）を取り込み
（ステップ５２、５４）、次のステップ５６において、
同ステップに示される予めＲＯＭに記憶されたマップデ
ータから外気温（Ｔａ）を算出する。この算出された外
気温Ｔａが３５°Ｃより大きい場合には、３５°Ｃを外
気温のＭＡＸとしてＴａを３５°Ｃに固定し、外気温Ｔ
ａが３５°Ｃ以下である場合には、マップより算出され
た値がそのままＴａに設定されるようになっている（ス
テップ５８、６０）。

【００１３】日射量直達・伝達成分演算部３は、図５に
示されるように、図示しない日射センサより検出された
日射量（Ｑｓｕｎ）と、日射センサからの信号をもとに
算出された日射高度Ｐとを入力し、車室内に直接侵入す
る日射熱量（Ｑｓ１）と車体が吸収する日射熱量（Ｑｓ
２）とを数式１のように算出する。尚、数式中、ｈ１，
ｈ２は演算係数である。

【００１４】

【数１】Ｑｓ１＝Ｑｓｕｎ・ｈ１・ｓｉｎＰＱｓ２＝Ｑｓｕｎ・ｈ２

【００１５】吹出風量演算部４は、図６に示されるよう
に、空調ユニットの送風機に印加する電圧（ファン電
圧）Ｖと、吹出モードを変更するモードドアの開度（モ
ード開度）θ１と、インテークドアの開度（インテーク
開度）θ２と、エアミックスドア１５の開度θ３とを入
力し、ファン電圧Ｖから予めＲＯＭに記憶された電圧−
送風量変換マップ（Ａ）に基づいて送風量ｆ１を算出す
る。また、モード開度θ１から予め記憶されたモード開
度−配風比変換マップ（Ｂ）に基づいて配風比ｆ２を算
出し、インテーク開度θ２から予め記憶されたインテー
ク開度−修正値変換マップ（Ｃ）に基づいて吸入モード
の変更による吹出風量の修正値ｆ３を算出し、エアミッ
クスドア開度θ３から予め記憶されたエアミックスドア
開度−修正値変換マップ（Ｄ）に基づき、エアミックス
ドア開度の変更に伴う吹出風量の修正値ｆ４を算出す
る。そして、これらマップから算出された諸量を乗じて
吹出風量α（＝ｆ１・ｆ２・ｆ３・ｆ４）を算出するよ
うになっている。

【００１６】ところで、オブザーバ６は、図７の制御ブ
ロックに示される構成となっており、予め同定したフィ
ードバック制御システム（制御対象７）に対する推定モ
デルを有し、検出可能な系の出力値Ｙ（＝Ｔｒ）と制御
指令値Ｕとを入力し、動的モデルの内部状態を表す状態
変数を推定すると共に、吹出温度Ｔｏと外気温度初期値
Ｔａの修正量を推定するようになっている。

【００１７】今、車室及び車体の熱収支モデルを数式２
のように考える。ここで、Ｔａは外気温を表し、Ｔｏは
車室へ吹き出す空気の吹出温度、Ｔｒは車室内温度（室
温）、Ｔｂは車体温度、Ｍｒは車室内の熱容量、Ｍｂは
車体の熱容量、αは前述した車室内へ吹き出す吹出風
量、βは車室内から車体への熱伝達率、δは車体から大
気への熱伝達率、Ｑｓ１は前述した直接車内に侵入する
日射熱量（日射量の直接成分）、Ｑｓ２は車体が吸収す
る日射熱量（日射量の伝熱成分）を表す。

【００１８】

【数２】Ｍｒ・ｄＴｒ／ｄｔ＝α（Ｔｏ−Ｔｒ）−β
（Ｔｒ−Ｔｂ）＋Ｑｓ１Ｍｂ・ｄＴｂ／ｄｔ＝β（Ｔｒ−Ｔｂ）−δ（Ｔｂ−Ｔ
ａ）＋Ｑｓ２

【００１９】上記微分方程式を行列表現すると、数式３
のようになり、これを書き直すと、図７の制御対象７を
示す数式４で表される状態方程式となる。ここで、Ｘ
（＝［Ｔｒ，Ｔｂ］^T）は状態変数ベクトルであり、Ｕ
（＝［Ｔｏ，Ｔａ，Ｑｓ１，Ｑｓ２］^T）は制御指令値
ベクトルである。また、Ａ，Ｂ，Ｃは、数式３の対応す
る係数行列である。

【００２０】

【数３】

【００２１】

【数４】ｄＸ／ｄｔ＝Ａ・Ｘ＋Ｂ・ＵＹ＝Ｔｒ＝Ｃ・Ｘ

【００２２】以上の制御対象７に対して設けられたオブ
ザーバ６は、推定モデルにおいて推定される状態変数Ｘ
（室温Ｔｒ及び車体温度Ｔｂ）の推定値をＸ^S（＝［Ｔ
ｒ^S，Ｔｂ^S］^T）とすると、推定モデルを数式５のよ
うに表わすことができ、これを書き換えれば、数式６の
ように表わすことができる。ここで、Ｔｒ^Sは室温の推
定値、Ｔｂ^Sは車体温度の推定値である。

【００２３】

【数５】

【００２４】

【数６】ｄＸ^S／ｄｔ＝Ａ・Ｘ^S＋Ｂ・ＵＹ^S＝Ｔｒ^S＝Ｃ・Ｘ^S

【００２５】さらに、図７で示すオブザーバ６は、状態
変数の推定誤差（Ｘ^S−Ｘ）を零に収束させるために、
推定モデルにＹとＹ^Sとの偏差ｅ（＝Ｙ−Ｙ^S）に応じ
たフィードバック量を加えた構成となっている。

【００２６】推定モデルは、大別すれば、Ｔｒの推定値
（Ｔｒ^S）を推定するＴｒ推定部とＴｂの推定値（Ｔｂ
^S）を推定するＴｂ推定部とを有し、ＹとＹ^Sとの偏差
ｅ（＝Ｙ−Ｙ^S）は、ＳＷ１を介してＫ１・（Ｙ−
Ｙ^S）としてＴｒ推定部に付加されると共に、ＳＷ２を
介してＫ２・（Ｙ−Ｙ^S）としてＴｂ推定部に付加され
るようになっている。ここで、Ｋ１，Ｋ２はフィードバ
ック係数行列を表す。

【００２７】ＹとＹ^Sとの偏差ｅ（＝Ｙ−Ｙ^S）は、そ
の変化率の大きさが速度判定部８によって判定されるよ
うになっており、偏差の変化速度が所定速度より大きい
場合にはＳＷ１が閉成（ＯＮ）されると共にＳＷ２が開
成（ＯＦＦ）され、偏差の変化速度が所定速度より小さ
い場合には、ＳＷ１が開成（ＯＦＦ）されると共にＳＷ
２が閉成（ＯＮ）されるようになっている。ここで、Ｓ
Ｗ１，ＳＷ２は、速度判定部８による判定結果によって
信号の流れが変更することを便宜的に示す概念記号であ
り、実際にスイッチング素子として物理的に存在するも
のではない。

【００２８】ところで、吹出空気温度Ｔｏが室温Ｔｒに
与える影響をみると、図８（ａ）で示されるように、Ｔ
ｏのステップ信号に対してＴｒのステップ応答は比較的
応答速度が速く、これに対して外気温度Ｔａが室温Ｔｒ
に与える影響をみると、図８（ｂ）に示されるように、
Ｔａのステップ信号に対してＴｒのステップ応答は、応
答速度が遅い。このような傾向は、吹出温度が車室内の
温調に直接影響を与えるのに対し、外気温度が車体を介
して車室内の温調に間接的に影響することから理解でき
る。

【００２９】このような事実から、偏差ｅ（＝Ｙ−
Ｙ^S）が、吹出温度推定部１によって推定された吹出温
度Ｔｏの推定誤差によって生じているのであれば、偏差
ｅの変化速度も速くなることから、ｅの変化速度が速い
場合にはＴｏを入力値とするＴｒ推定部へフィードバッ
ク量（＝Ｋ１・ｅ）を付加して動的モデルの修正を図
り、偏差ｅが外気温初期値決定部２によって決定された
外気温Ｔａの算出誤差によって生じているのであれば、
偏差ｅの変化速度は遅くなることから、この場合にはＴ
ａを入力値とするＴｂ推定部へフィードバック量（＝Ｋ
２・ｅ）を付加して動的モデルの修正を図るようにして
いる。

【００３０】尚、ＳＷ１又はＳＷ２が開成された場合に
は、開成された時点での偏差ｅの値が記憶され（図７に
おいては、この偏差ｅが便宜上の概念素子として表記さ
れたＨＯＬＤ９，１０によって記憶される）、スイッチ
が開成された側の推定部にあってもこの記憶された値に
基づくフィードバック量が付加されるようになってい
る。

【００３１】また、吹出温度推定部１で推定された吹出
温度Ｔｏの推定誤差によって偏差ｅ（＝Ｙ−Ｙ^S）の変
化が生じている場合には、その偏差ｅに基づいてＴｏを
修正すれば推定誤差を零に近づけることができることか
ら、例えば、Ｇ１・Ｋ１・（Ｙ−Ｙ^S）にＴｏを加えて
Ｔｏの修正量（Ｔｏ’）を算出する。このオブザーバ６
で算出されたＴｏ修正量（Ｔｏ’）が最終的な吹出温度
の推定値となる。これに対し、外気温初期値決定部２で
決定された外気温Ｔａの誤差によって偏差ｅの変化が生
じている場合には、この偏差ｅに基づいてＴａを修正す
れば外気温の決定誤差を零に近づけることができること
から、例えば、Ｇ２・Ｋ２・（Ｙ−Ｙ^S）にＴａを加え
てＴａの修正量（Ｔａ’）を算出する。

【００３２】そして、水温推定部１１により、図９にも
示されるように、オブザーバ６で算出されたＴｏ修正量
（Ｔｏ’）、エアミックスドア開度（θ１）、及びエバ
後温度（ＴEVA ）を入力し、これら信号に基づいて水温
の推定値Ｔｗ’を以下の手法により算出する。

【００３３】即ち、吹出空気温度は、Ｔｏ修正量（Ｔ
ｏ’）とエアミックスドア開度（θ１）とから、ＴEVA
との関係で割り出されるもので、図１０で示される特性
から、修正された吹出空気温度Ｔｏ’とエアミックスド
ア開度θ１、水温推定値Ｔｗ’、エバ後温度ＴEVA との
関係は、およそ数式７によって近似される。ここで、
Ｆ，Ｇは、ヒータユニットの通過空気温度特性によって
定まる定数である。この関係式から、Ｔｏ’、θ１、Ｔ
EVA が判れば、Ｔｗ’は、数式８によって推定できる。

【００３４】

【数７】Ｔｏ’＝（Ｆ・θ１＋Ｇ）（Ｔｗ’−ＴEVA ）
＋ＴEVA

【００３５】

【数８】Ｔｗ’＝（Ｔｏ’−ＴEVA ）／（Ｆ・θ１＋
Ｇ）＋ＴEVA

【００３６】したがって、オブザーバ６によって推定モ
デルの状態変数を演算することができると共に、車室内
の吹出温度Ｔｏや外気温初期値Ｔａの修正量を精度よく
推定することができる。また、水温推定部１１によって
この推定された吹出温度の推定量Ｔｏ’とエバポレータ
の開度やエバ後空気温度に基づいて水温を推定するよう
にしたので、水温の推定にあっても結局は修正された推
定吹出温度等が考慮されることとなり、精度よく水温を
推定することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、エ
アミックスドア開度とエバポレータ通過空気温度とに基
づいて吹出空気温度を推定し、この推定された吹出空気
温度を含む制御量と室温センサで検出された車室内温度
とに基づき、車室の空調に関する系の動的モデルから車
室内温度の推定値を演算すると共にこの車室内温度の推
定値と実際の車室内温度との偏差によって吹出空気温度
の修正量を算出し、この修正量とエバポレータ開度やエ
バ後空気温度に基づいてヒータコアの水温を推定するよ
うにしたので、ヒータコアの水温を精度よく推定でき
る。

【００３８】このため、良好な温調制御を実現するため
に水温センサの出力信号を利用する制御であっても、水
温センサが不要となり、コストの低減が図りやすくなる
と共に、従来以上の制御精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る車両用空調装置を示す機
能ブロック図である。

【図２】図２は、本発明に係る車両用空調装置で用いら
れるコントロールユニットにおいて温度推定値、車体温
度推定値、吹出温度推定値Ｔｓ^Sを算出する制御系統図
を示す。

【図３】図３は、図２の制御系統図のうち吹出温度推定
部の構成を示すブロック線図である。

【図４】図４は、図２の制御系統図のうち外気温初期値
決定部での処理を示すフローチャートである。

【図５】図５は、図２の制御系統図のうち日射量直達・
伝熱成分演算部の構成を示すブロック線図である。

【図６】図６は、図２の制御系統図のうち吹出風量演算
部の構成を示すブロック線図である。

【図７】図７は、図２の制御系統図のうちオブザーバの
構成を示すブロック線図である。

【図８】図８（ａ）は、吹出温度Ｔｏの変化に対する室
温Ｔｒの変化を示す線図であり、図８（ｂ）は、外気温
Ｔａの変化に対する室温Ｔｒの変化を示す線図である。

【図９】図９は、図２の制御系統図のうち水温推定部の
構成を示す図である。

【図１０】図１０は、水温の推定手法を説明するために
示した特性線図である。

【符号の説明】

ＢＬ１室温センサＢＬ２エバ後温度センサＢＬ３エアミックスドア開度ＢＬ４吹出空気温度推定部ＢＬ５オブザーバＢＬ６水温推定部１吹出温度推定部６オブザーバ１１水温推定部１３エバポレータ１４ヒータコア１５エアミックスドア１６室温センサ１７エバ後温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車室を温調するために空気通路にエバポ
レータ、ヒータコア、及び前記ヒータコアの通過空気量
を調節するエアミックスドアが少なくとも配されている
車両用空調装置において、車室内の温度を検出する室温センサと、エバポレータを通過した空気の温度を検出するエバ後温
度センサと、前記エアミックスドアの開度及びエバポレータを通過し
た空気温度に基づいて車室に吹き出す空気の吹出空気温
度を推定する吹出空気温度推定部と、車室の空調に関する系の動的モデルに基づき、前記吹出
空気温度の推定値を含む制御量と室温センサによって検
出された車室内温度とから前記車室内温度の推定値を演
算すると共に、この車室内温度の推定値と前記室温セン
サによって検出された車室内温度との差に基づいて前記
推定された吹出空気温度を修正するオブザーバと、前記オブザーバによって修正された吹出空気温度の推定
値と、前記エアミックスドアの開度、及びエバポレータ
を通過した空気温度を少なくとも加味して前記ヒータコ
アに供給される温水の温度を推定する水温推定部とを具
備することを特徴とする車両用空調装置の水温推定装
置。