JPS61220909A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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、詳しくは空気調
和装置を行なう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、主に車室内の温
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）をおいて、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、吹出空気に要求される温度を得ているのである
。こうした送風・冷却・加熱を行なう一連の装置を吹出
空気制御手段とし、その全体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、即ち吹出空気の風量と
温度とによって制御されている。

吹出空気の風量はブロアモータ等の送風の能力によって
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とによって定まる。

空気調和を開始すると、空気調和装置は車室内の温度を
検出して、設定された目標温度との偏差に基づき、吹出
空気の温度や風量などをフィードバック制御する。従っ
て、吹出空気の熱量により、車室内の温度（以下、内気
温度と呼ぶ）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、内気温度が設定温度に接近され維
持されるように、内気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
に制御量設定した予測制御を採用したものでおる。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Ｊｊｔ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、目標温度の設定値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
度やその時点での内気温度、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。更に、空気調和を行なっている系の
日射量など、環境条件が変化した場合の内気温度の制御
が最適とはならないことも考えられた。

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
れらをどう組合わせることが内気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。

そこで本発明はこれらの問題点を解決することを目的と
してなされ、空調ユニットの能力を最大限に引き出して
車室内の温度（内気温度）を好適に制御する自動車用空
気調和装置を提供することを目的とする。

及肌例璽感 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は問題を解決するため
の手段として、次の構成をとった。即ち、第１図に示す
ように、 車室内Ｍ１への吹出空気のすくなくとも温度と風量とを
含む諸量を制御する吹出空気制御手段Ｍ２と、 前記車室内Ｍ１の温度を検出する内気温度検出手段Ｍ３
と、 該検出された内気温度が設定された目標温度となるよう
前記吹出空気制御手段Ｍ２をフィードバック制御する空
調制御手段Ｍ４と、 を備えた自動車用空気調和装置において、該空気調和を
行なう系の動的な振舞を変化させる空気調和の環境条件
として、少なくとも日射量を含む諸量を検出する空調条
件検出手段Ｍ５を備えると共に、 前記空調制御手段Ｍ４が、 空気調和を行なう系の動的なモデルに従って予め定めら
れた最適フィードバックゲインに基づいて前記フィード
バック制御を行なう付加積分型最適レギュレータとして
構成され、 しかも、前記空調条件検出手段Ｍ５によって検出された
空気調和を行なう系の環境条件諸量に応じ、前記動的な
モデルの変化に対応して、前記付加積分型最適レギュレ
ータの少なくとも最適フィードバックゲインを含む内部
変数を切換えるよう構成されたことを特徴とする自動車
用空気調和装置の構成がそれである。

ここで吹出空気制御手段Ｍ２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
気の温度と風量を制御する手段から構成されている。例
えば、吹田空気の諸量のひとつとして風量をとれば、そ
の回転数や絞りの開度等によって送風量を制御するブロ
アモータやシロッコファン等であり、吹出空気の温度を
考えれば、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やエアミックスダンパの開度ある
いは加熱器（ヒータコア）に供給される熱量を制御する
アクチュエータ等がある。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。

空調制御手段Ｍ４は通常マイクロプロセッサを用いＲＯ
Ｍ、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、設定された目標温度と内気温度検出手段Ｍ３
によって検出された内気温度とから、吹出空気制御手段
Ｍ２を、予め空気調和を行なう系の動的なモデルに従っ
て定められた最適フィードバックゲインから定まるフィ
ードバック量により制御するよう構成されている。

即ち、空調制御手段Ｍ４は、目標温度に内気温度を近づ
けるように、吹出空気制御手段Ｍ２によって制御される
吹出空気の諸量の最適なフィードバック量を定める付加
積分型最適レギュレータとして構成されている。

空調条件検出手段Ｍ５は、少なくとも日射量を含む諸量
、例えば、外気温、湿度、車速、内燃機関の回転数もし
くは熱交換器の効率等を検出するものであって、本発明
を適用する空気調和装置の態様にあわせて、適宜検出す
る諸量を選択して構成すればよい。空気調和装置を行な
う系の環境条件としてのこれらの諸量は、空気調和を行
なう系の動的な振舞いを変化させる要因であって、空調
制御手段Ｍ４によっては制御できない量、即ち、フィー
ドバック制御を行なう系にとっては外乱となる諸量であ
る。

空調制御手段Ｍ４は、この空調条件検出手段Ｍ５によっ
て、検出された空気調和の環境条件の諸量に応じて、付
加積分型最適レギュレータの少なくとも最適フィードバ
ックゲインを含む内部変数を切換えるよう構成されてい
る。付加積分型最適レギュレータの内部変数としては、
状態観測部（オブザーバ）のパラメータ等があるが、こ
れらは付加積分型最適レギュレータの構成によって種々
の形態をとる。そこで、次に付加積分型最適レギュレー
タの構成について説明する。

こうした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
）昭晃堂等に詳しいので、ここでは実際の構成の手法に
ついて以下、−通の見通しを与えるにとどめ、内部変数
の切換について補足する。尚、以下の説明においてＦ、
Ｘ、Ａ、［３，Ｃ。

Ｉｔ、　Ｊ、Ｖ、Ｌｌ、Ｌ、Ｇ、Ｑ、ＩＲ，Ｐはベクト
ル聞（行列）を示し、ＡＴの如き添字Ｔは行列の転置を
、Ａ−１の如き添字°１は逆行列を、更にＸの如き添字
−はそれが推定値であることを、影の如き記号〜は制御
対象の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、ここでは内気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、 ｘ　（ｋ　）　＝Ａ−ｘ（ｋ−１）　＋１Ｂ−ｕ（ｋ−
１）−（１）Ｖ（ｋ−１＞＝Ｃ−Ｘ（ｋ−１＞　　　　
　　−（２＞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１式（２）
は出力方程式と呼ばれ、Ｘ（ｋ）はこの系の内部状態を
表わす状態変数量であり、ｕ（ｋ　）は吹出空気制御手
段Ｍ２によって制御される吹出空気の諸量からなるベク
トル、１（ｋ）はこの系の出力を示す諸量からなるベク
トルである。尚、本発明の扱う空気調和を行なう系では
、この出力ベクトルＶ　（ｋ　）は内気温度のみなので
、以下、スカラ量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、添字には現時点での
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。

空気調和、ここでは内気温度の制御を行なう系の内部状
態を示す状態変数量Ｘ（ｋ）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、吹出空気制御手段Ｍ２に
よって空気調和の行なわれる車室内の温度（内気温度）
が吹出し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＞のベクトル
Ａ、Ｂ、Ｃを定めることができれば、状態変数量Ｘ（ｋ
）を用いて内気温度を最適に制御できることになる。尚
、サーボ系においては系を拡大する必要が生じるが、こ
れについては後述する。

ところが、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立つとして
、式（１）、（２＞の状態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。

ここで、制御対象が比較的容易に物理的なモデルを構築
できるの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（ここではベクトルＡ、Ｂ、Ｃ）を定めること
ができるが、ここで取り上げた空気調和を行なう系のよ
うな多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。

この場合、空気調和を行なう系の環境、例えば日射量や
湿度等が変化すれば、系の動的な振舞は変化する。従っ
て、上記のシステム同定は、系の動的な振舞いの同一性
が保てる環境条件の範囲に各々わけて行なう必要があり
、その範囲毎に動的な系のモデル、即ちベクトルＡ、Ｂ
、Ｃが定められることになる。

動的なモデルが定まれば、状態変数ＩＸ（ｋ）と内気温
度ｙ（ｋ）及びその目標温度ｙ”（ｋ）からフィードバ
ック量が定まり吹出空気の諸Ｍｕ（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、内気温度の制
御に直接関与する諸量として、例えばブロアモータによ
る送風量が内気温度に影響する量、即ち送風量の内気温
度に寄与する量を温度換算したものとか、エアミックス
ダンパ開度が内気温度に影響する量などを用い４、これ
を状態変数量Ｘ（ｋ　）として扱えばよいのであるが、
こ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、空気調和制御手段Ｍ４内に
状態観測器（オブザーバ）と呼ばれる手段を構成し、内
気温度と吹出空気の諸量とを用いて、この空気調和を行
なう系の状態変数量Ｘ（ｋ）を推定することができる。

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
ぜ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。

オブザーバはもともと空気調和を行なう系の内部状態を
表わす状態変数量を推定する為のものなので、系の動的
なモデル（ここではベクトルＡ。

Ｂ、Ｃ）が空気調和を行なう環境条件によって変化した
場合には、オブザーバの内部パラメータも同様に変更し
てやらねばならない。従って、空調制御手段Ｍ４が、状
態観測部（オブザーバ）を有する付加積分型最適レギュ
レータとして構成されている場合には、空調条件検出手
段Ｍ５によって検出された空気調和の環境条件諸量によ
って上記のパラメータを切換えるよう構成しておけばよ
い。

空調制御手段Ｍ４は、観測された状態変数量または上記
のオブザーバによって推定された状態変数量Ｘ（ｋ）の
他に、設定された目標温度と実際°　の内気温度との偏
差を累積した累積値を用いて拡大された系において、両
者と、予め定められた最適フィードバックゲインとから
最適なフィードバック量を定め吹出空気制御手段Ｍ２を
制御する。

累積値は設定される目標温度が運転者の操作やオートエ
アコン等での要求により変化することから必要となる量
である。一般にサーボ系の制御においては目標値と実際
の制御値との定常偏差を消去するような制御が必要とな
り、これは伝達関数において１／Ｓ　（９次の積分）を
含む必要があるとされる。この他、既述したようなシス
テム同定により系の伝達関数を定め、これから状態方程
式をたてているような場合には、対ノイズ安定性の上か
らもこうした積分量を含むことが望ましい。

また、空気調和を行なう系の動的な撮舞いを変化させる
環境条件の変化に対して、ある範囲を定めて、付加積分
型最適レギユレータの内部変数を切換えるので、この為
に生じる誤差による制御の乱れを吸収する意味からも、
こうした積分量を求めて、空調制御手段Ｍ４を付加積分
型の最適レギュレータとして構成することが好ましい。

本発明においてはり＝１、即ち一次型の積分を考慮すれ
ばよい。従って、上述の状態変数ＩＸ（ｋ）にこの累積
値を加えて系を拡大し、両者と予め定め゛られた最適な
フィードバックゲインＦとにより帰還量を定めれば、付
加積分型最適レギュレータとして、制御対象への制御量
、即ち吹出空気制御手段Ｍ２によって制御される吹出空
気の運転条件の諸量が定まる。

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（ここでは空気調和
を行なう系の吹出空気の諸量）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ツチ方程式の
解と状態方程式（１）、出力方程式（２）のＡ、ＩＢ、
Ｃマトリックス及び評価関数に用いられる重みパラメー
タ行列とから求められることがわかっている（前掲裏地
）。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が空気調和を行なう系の吹出空気
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
果最適フィードバックゲイン「も定められる。

もとより、この最適フィードバックゲイン「も系の動的
なモデル（ベクトルＡ、［Ｂ、Ｃ）によって異なった値
をとることから、空気調和を行なう系の動的なモデルが
同一性を保っているとみなぜる環境条件の所定の範囲毎
に最適フィードバックゲインＦを定めておき、空調条件
検出手段Ｍ５によって検出された諸量に応じて最適フィ
ードバックゲインを切換えるよう構成しておく。

以上説明したように、本発明の自動車用空気調和装置の
空調制御手段Ｍ４は、予めシステム同定等により決定さ
れた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るが、その内部にお
けるオブザーバのパラメータや最適フィードバックゲイ
ン「などは、全て、空調条件の所定の範囲毎に、予めシ
ミュレーションにより決定されているのである。

尚、以上の説明において状態変数量Ｘ（ｋ）は空気調和
を行なう系の内部状態を表わす量とじて説明したが、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
タの回転数や開度等であってもよいし、既述したような
内気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。

［作用］ 上記構成を有する本発明の自動車用空気調和装置は、設
定された車室内の目標温度と内気温度検出手段Ｍ３によ
って検出された内気温度とに基づいて、付加積分型最適
レギュレータとして構成された空調制御手段Ｍ４により
、内気温度が目標温度となるよう最適フィードバック量
を求めて、吹出空気制御手段Ｍ２によって吹出空気の諸
量をフィードバック制御するよう働く。しがも、本発明
の自動車用空気調和装置では、空気調和を行なう系の環
境条件の諸量を検出し、これに応じて付加積分型最適レ
ギュレータの少なくとも最適フィードバックゲインを含
む内部変数（例えばオブザーバのパラメータ等）を切換
える。

従って、内気温度は、目標温度との偏差による単純なフ
ィードバック制御や予測制御によってコントロールされ
るのではなく、吹出空気の状態を最適に制御することに
よって、目標温度に近づけるような制御を行なうと共に
、空気調和を行なう環境条件、例えば日射量や湿度等の
変化によらず、最適な制御を実現するよう働くのである
。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第２図は本発明実施例における自動車用空気調和装置
を表わす概略構成図、第３図は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図は電子制御回路において実行される制御の
一例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、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た空調ユニット、１０は
内気温度ＴＲを検出する内気温度センサ１２．温度設定
器１４２日射量を検出する日射センサ１６等を備えた乗
員室、２０は空調ユニット１を制御する空調制御手段Ｍ
４としての電子制御回路、を各々示している。

空調ユニット１では、プロアモータ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３は、コンプレッサ２２と冷媒を循環する
管路を備え、電子制御回路２０によってコンプレッサ２
２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
の高圧室と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、内気温度センサ
１２から内気温度ＴＲを、温度舗設定器１４から目標温
度ＴＲ＊を、更に日射センサ１６より日射ｆｉＱを、８
量に対応した電気信号として入力する。出力ポート３８
は、プロアモータ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や内気温度センサ１２等
から入力された信号（ＴＲ”、ＴＲ，Ｑ等）に基づき、
プロアモータ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（，
２）等におけるベクトルＡ、ＩＢ、Ｃの求め方やこれに
基くオブザーバの設計、フィードバックゲイン「の求め
方、等について実際に即して説明する。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実現さ
れており、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ＴＲＩ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”と実際の内気温度ＴＲとの偏差を累積して
、累積値ＺＴＲ（ｋ　）を求めるものである。

Ｐ３は、内気温度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内気温度ＴＲａかからの摂動分を
抽出する摂動分抽山部を示している。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、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、内気温度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＞として扱うのでおる。前記の積分器Ｐ２と後述す
るオブザーバＰ４とフィードバック量決定部Ｐ６とによ
って求められる空調ユニット１の運転条件、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２２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Ｖ
Ｄも摂動弁δＶＢ、δＶＣ２δＶＤとして扱われている
。

オブザーバＰ４は、内気温度の摂動弁δＴＲと上記運転
条件の摂動弁δＶＢ、δｖＣ１δＶＤとから空気調和装
置の内部状態を表現する状態変数量Ｘ（ｋ）を推定して
状態推定量Ｘ（ｋ）を求めるものである。図示するよう
に、オブザーバＰ４は空気調和を行なう系の環境条件、
ここでは空調条件検出手段Ｐ５によって検出された日射
量Ｑによって内部のパラメータを切換える為に、複数組
のパラメータを予め記憶している。

空調条件検出手段Ｐ５は、本実施例では日射量Ｑを検出
する日射センサ１６に相当する。本実施例では空気調和
の環境条件を変更する諸量として、日射ＩＱのみを考え
るが、必要に応じて各種センサ等により検出される吹出
空気の湿度や外気温等も検出するように構成して、これ
らの諸量によってオブザーバＰ４内のパラメータとフィ
ードバック量決定部Ｐ６内の最適フィードバックゲイン
とを切換えてもよい。

オブザーバＰ４によって推定された状態推定量Ｘ（ｋ）
と上述の累積値ＺＴＲ（ｋ　”）とに、フィードバック
量決定部Ｐ６において、最適フィードバックゲインＦを
積算し、制御量（δＶＢ、δＶＣ１δＶＤ）を求めるの
である。この制御量の組（δＶＢ、δ■Ｃ２δＶＤ）Ｌ
ｔ摂動分抽出部Ｐ３によって選ばれた定常的な運転状態
に対応した運転条件からの摂動弁なので、これに基準設
定値加算部Ｐ７によりこの定常的な運転条件に対応した
基準設定値ＶＢａ、ＶＣａ、ＶＤａを加えて、空気調和
装置に対する運転条件の諸量、ＶＢ、ＶＣ。

ＶＤを定めるのである。

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、ブロアモータの駆動電圧
ＶＢ、コンプレッサの駆動電圧■Ｃ，ダンパアクチ１エ
ータの駆動電圧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、内気温度ＴＲ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人力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
バルブの制御を入力のひとつに代置するなど、必要に応
じて他の多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人力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、最適フィードバックゲインＥの与え方
について説明する。

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人力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０１（２）〜Ｇ３（Ｚ）によ
り書き表わした図である。

尚、ｌは入出力信号のサンプル値の７変換を示し、Ｇｌ
（ｚ）〜Ｇ３（ｚ）は適当な次数をもつものとする。従
って、全体の伝達関数行列Ｇ（ｚ）は、６　　（ｚ　　
）＝　　［Ｇ１（ｚ）　　　Ｇ２（ｚ）　　　Ｇ３（ｚ
）コで表わされる。

本実施例の空気調和装置のように、その制御系が３人力
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。

空気調和装置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と駆動電圧の変化分δ
ＶＣ１δＶＤを共にＯとして、ブｑアモータ３の駆動電
圧の変化分δＶＢを適当な試験信号により制御する。こ
の時の入力δＶＢと、出力としての内気温度の変化分δ
ＴＲ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人力１出力とみなすことができ、系の伝達関数Ｇ１（
Ｚ）は、 Ｇｌ　　（ｚ　）　＝Ｂ　（ｚ　’　）／Ａ　（ｚ　°
’　）−（３）即ち、 Ｇｌ（Ｚ） ＝（ｂｏ＋ｂｌ−Ｚ’十・＋ｂｎＺ　　）／（１＋ａ１
−ｚ−ｆ＋ａ２−ｚ　　＋・＋ａｎ　−ｚ　　）・・・
（４） で求められる。尚、ここで、２″口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　（＋　＞）、　　（Ｖ（＋　
＞）から式（４）のパラメータａ１〜ａｎ、ｂｏ〜ｂｎ
を定めれば系の伝達関数Ｇｌ（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、ｂＯ〜ｂｎを Ｊｏ＝Σ［（ｙ（ｋ　）　＋ａｌ　−ｙ　（ｋ−１）　
＋−・・十ａｎ−ｙ（ｋ−ｎ））−（ｂｏ−ｕ（ｋ）十
ｂｌ　　・ｕ　（ｋ−１）十・・・ 十ｂｎ　−ｕ　（ｋ−ｎ　）　）　］２・・・（５） 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Ｔ［ｘｌ　
　（ｋ）　　ｘ２　　（ｋ）］”をとって、その状態・
出力方程式は、 ｘｌ　　（ｋ−１＞＝ｚ−ｘ１　　（ｋ　）＝−ａ−ｘ
ｌ　　　（ｋ　　）　　＋ｂｌ　　−ｕ　　（ｋ　　）
・・・（６） ’ｊ　（ｋ　）＝ｘｌ　　（ｋ　）　　　　　　　　　
・・・（７）と表わせられる。従って、１人力１出力の
系とみなした場合のシステムパラメータＡ、Ｂ、Ｃを各
々’ＡＩ　−、Ｂ１　′、　ＣＩ　＝とすれば、ＡＩ　
　”＝−ａｌ １３１　−＝ｂｌ　　　　　　　　　　　　　・・・（
８）ＣＩ”＝１ となる。

同様の手法により、伝達関数Ｇ２（ｚ）、Ｇ３（２）及
び各々についてのシステムパラメータ＾２　′、Ａ３　
”、　ｌＢ２　＋、　Ｂ３　＝、　Ｃ２−、Ｃ３”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人力１出力の多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（２）のベクトルＡ、ＩＢ、
Ｃを定めることができる。

日射量Ｑが異なれば空気調和を行なう系の伝達係数Ｇ（
Ｚ）も異なるので、系の動的なモデルも変化する。そこ
で系の動的なモデルの同一性が保てる範囲、例えば、日
射量Ｑが２５０ｋｃａｌ／ｈ未満、２５０ｋｃａｌ／ｈ
以上７５０ｋｃａｌ／ｈ未満、７５０ｋｃａｌ／ｈ以上
１２５０ｋｃａｌ　／ｈ未満、１２５０ｋｃａｌ　／ｈ
以上のような範囲にわけて、上述のシステム同定を行な
い、各日射量範囲での状態方程式（１）、出力方程式（
２）のベクトルＡ、Ｂ、Ｃの各組を求めておく。

こうして本実施例の動的なモデ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、空気調和装置が
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
々の状態方程式（１）、出力方程式（２）、即ちベクト
ルＡ。

［Ｂ、Ｃが求められ、その入出力の関係は摂動分δ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内気温度の摂動
分（δＴＲ）と運転条件の諸量の摂動分（δＶＢ、δＶ
Ｃ１δＶＤ）とから空気調和装置の内部の状態変数量Ｘ
（ｋ＞を推定するものであるが、オブザーバＰ４によっ
て求められた状態推定量Ｘ（ｋ）を、この系の制御にお
いて、実際の状態変数量Ｘ（ｋ）として扱うことができ
るという根拠は次の点にある。今、オブザーバＰ４の出
力Ｘ（ｋ）を状態方程式（１）、出力方程式（２）に基
いて次式（９）のように構成したとする。

Ｘ　（ｋ　）＝　（Ａ−Ｌ−Ｃ）Ｘ　（ｋ−１＞十Ｂ−
ｕ　（ｋ−１）＋ＩＬ−ｖ　（ｋ−１）・・・（９） 式（９）において［は任意に与えられる行列である。式
（１）、（２＞、（９）より変形すると、［Ｘ（ｋ）−
Ｘ（ｋ）コ ＝（Ａ−Ｌ・Ｃ）　［Ｘ　（ｋ−１＞　−Ｘ　（ｋ−１
＞コ・・・（１０） を得る。従って（Ａ−［・Ｃ）なる行列の固有値が単位
円内にある様に行列［を選択すればに一＋■でＸ（ｋ）
→Ｘ（ｋ）となり、制御対象の内部の状態変数量Ｘ（ｋ
）を入力制御ベクトルｕ　（ｋ　）（即ちブロアモータ
３等の駆動電圧［ＶＢ　（ｋ　）ＶＣ（ｋ　）　　ＶＤ
　（ｋ　＞　］　）　ト出力ベクト７Ｌ／１１（ｋ）（
即ちここではスカシｆｆ１ｙ　（ｋ　）としての内気温
度ＴＲ（ｋ　）　”）との過去からの系列しく＊）、　
Ｖ　（＊）を用いて正しく推定することができる。

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、オブザーバ内
部の状態変数量をＷ（ｋ）と措定すれば、 Ｗ（ｋ）＝Ｐ−Ｗ（ｋ−１）＋Ｍ−ｙ（ｋ−１＞＋Ｊ−
ｕ　（ｋ−１）　　　　　・・・（１１）Ｘ　（ｋ−１
＞　＝Ｃ−Ｗ　（ｋ−１＞　＋［）−Ｖ　（ｋ−１＞・
・・（１２） として状態推定量Ｘ　（ｋ−１）が求められることが諒
解されよう。ベクトルＪは、特定の条件のもとでは任意
に選択でき、Ｘ（ｋ）→Ｘ（ｋ）に収束させる速さを変
更できる。ここでは、ベクトルＪ。

Ｍを統合するベクトルをあらためてベクトルＭとして、
式（１１）を、 Ｗ（ｋ） −Ｐ−Ｗ（ｋ−１＞ 十Ｍ・［Ｖ　（ｋ−１）十ｕ　（ｋ−１）　］Ｔ・・・
（１３）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
的な設計法はゴビ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、日射量Ｑが１０００ｋｃａｌ
　／ｈ時の空気調和装置のある定常的な運転状態につい
て、 を得た。

同様に、日射量０ｋｃａｌ／ｈの時、５００ｋｃａｌ／
ｈの時、１５００ｋｃａｌ　／ｈの時、等にライて所定
の定常状態での各ベクトルＩＰ、　Ｍ、　Ｃ，［）を求
めておく。

以上の如く構成されたオブザードではオブザーバによっ
て求められる状態推定量Ｘ（ｋ）、即ち空気調和装置の
内部状態を表わす変数として、δＴＢ（ｋ）、δＴＣ（
ｋ　）　、δＴＤ　（ｋ　）考えている。δＴ８　（ｋ
　）は、ブロアモータ３の吹出風量を制御する駆動電圧
ＶＢによって影響を受ける車室内実温度の摂動分を、δ
ＴＣ（ｋ　）は、同様にコンプレッサ２２の駆動電圧Ｖ
Ｃによって影響をうける車室内実温度の摂動分を、δＴ
Ｄ　（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実温度の摂動分を、各々意味し
ている。即ち、状態推定量Ｘ（ｋ）は、ｋ（ｋ）＝ ［δＴＢ（ｋ）　　　δＴ　Ｃ（ｋ）　　　δＴＤ（ｋ
）］”・・・（１８） として表わされる。

次に最適フィードバックゲイン「の求め方について説明
するが、最適フィードバックゲイン［を求める手法は、
例えば「線形システム制御理論」（前掲口）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の制御人力ｕ（ｋ）＝［ＶＢ（ｋ）　　
ＶＣ（ｋ）　　ＶＤ（ｋ）］”とその出力ｙ　（ｋ　）
＝ＴＲ（ｋ　）とについて、ある定常点のまわりで、 δｕ　（ｋ　）＝ｕ　（ｋ　）　−ｕ　（ｋ−１）δＶ
　（ｋ　）＝’ｌ／　（ｋ　ｋＶ　（ｋ−１）とし、次
の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即ち運転条件
ｕ”（ｋ）を求めることが空気調和装置の制御系に関す
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。

Ｊ＝Σ［δｙ”（ｋ）　　・Ｑ・δｙ　（ｋ　）十δＩ
Ｊ”（ｋ）・ｌＲ−δｔＪ（ｋ）］・・・（１９） 尚、ここでＣ＞、　ＩＲは重みパラメータ行列を、ｋは
制御開始時点をＯとするサンプル回数を、各々示してお
り、式（１９）右辺はＧ、ＩＲを対角行列とする所謂２
次形式表現である。

この時、最適なフィードバックゲイン「はＦ＝−（ＩＲ
十百７−１ｐ−氾）−１・蔀Ｔ、ｌ）−λ・・・（２０
） として求められる。尚、式（２０）におけるＡ。

Ｂは各々、 であり、Ｐはリカツチ万捏式 ％式％（ の解である。尚、ここで式（１９）の評価関数Ｊの意味
は空気調和装置に対する制御入力としての運転条件の諸
Ｍｕ　（ｋ　）＝　［ＶＢ　（ｋ　）　　ＶＣ（ｋ　）
　　ＶＤ　（ｋ　）　］の動きを制約しつつ、制御出力
ｙ（ｋ）、ここでは内気温度ＴＲ（ｋ　）の目標値ＴＲ
（ｋ　）＊からの偏差を最小にしようと意図したもので
ある。運転条件の諸量ｕ　（ｋ　）に対する制約の重み
付けは、重みパラメータ行列０゜Ｒの値によって変更す
ることができる。従って、すでに求めておいた空気調和
装置の動的なモデル、即ち行列Ａ、Ｂ、Ｃ（ここではＡ
、Ｂ、Ｃ）を用い、任意の重みパラメータ行列Ｇ、ＩＲ
を選択して式（２３）を解いてＰを求め、式（２０）に
より最適フィードバックゲイン「を求めれば、状態変数
量Ｘ（ｋ）は状態推定量Ｘ（ｋ）として式（１２＞、（
１３）より求められるので、 １ｋ）＝Ｆ−［ｘ（ｋ）　　ＺＴＲ（ｋ）］”・・・（
２４） により空気調和装置にとっての制御人力ｕ　（ｋ　）を
求めることができる。重みパラメータ行列Ｑ。

Ｒを変えて最適な制御特性が得られるまで以上のシミュ
レーションを繰返すことによって、日射量１０００ｋｃ
ａｌ　／ｈの場合の最適フィードバックゲイン「が求め
られた。

のように求められた。

オブザーバ内のパラメータとしてのベクトルＰ。

Ｍ、Ｃ，Ｄと同様に、最適フィードバックゲイン「も、
日射量Ｑに応じて何種類か求めておく。

以上、最小２乗法によるシステム同定により空気調和装
置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イン「の算出について説
明したが、これら、オブザ−ドパツクゲインＦ等は予め
求めておき、電子制御回路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が実際に行なう制御について説明する。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。

ＣＰＬＪ３０は空気調和装置が起動された後、ＣＰｔＪ
３０の内部レジスタのクリアや制御初期値の設定などの
初期化の処理を行なった後、予めＲＯＭ３２内に格納さ
れた手順に従い、後述するステップ１００ないしステッ
プ２３０の処理を繰返し実行する。この車室内温度制御
ルーチンでは予めＲＯＭ３２内に格納された上述のベク
トルＰ、Ｍ。

まずステップ１００では、日射センサ１６の出力信号を
入力ポート３６を介して入力し、日射量Ｑを読み込む処
理を行なう。

続くステップ１１０では、内気温度センサ１２の出力信
号を入力ポート３６を介して入力し、車室内の温度、即
ち内気温度ＴＲ（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ＴＲ＊（ｋ　）を読み込む処理を行なう。

続くステップ１３０では、ステップ１１０で読み込んだ
内気温度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　）　＝Ｔ
Ｒ＊（ｋ　）　−ＴＲ（ｋ　）として求め、次のステッ
プ１４０では、この偏差ｅ　（ｋ　）の過去からの累積
値ＺＴＲ（ｋ　）を求める処理が行なわれる。即ち、第
７図の処理の繰返し時間を王として、 ＺＴＲ（ｋ　）＝Ｚ　（ｋ−１＞＋Ｔ−ｅ　（ｋ　）・
・・（２６） により累積値ＺＴＲ（ｋ　）を求めるのである。以上の
ステップ１３０．１４０が第３図の積分器Ｐ２に相当す
る。

続くステップ１５０では、ステップ１１０で読み込んだ
内気温度ＴＲ（ｋ　）から、空気調和装置の動的なモデ
ルを構築した際、線形近似が成立つ範囲として取上げた
定常的な空気調和装置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、ＶＤａ
と呼ぶ）を求める処理を行なう。ステップ１６０では、
ステップ１１０で読み込んだ内気温度ＴＲ（ｋ　）につ
いて、ステップ１５０で定めた定常点からの摂動力δＴ
Ｒ（ｋ　）を求める処理を行なう。尚、この摂動力に関
しては、δＴＲ（ｋ−１）を初めとして、前回本制御ル
ーチンが実行された際の値が保存ざぜているものとする
。このステップ１５０，１６０の処理が第３図の摂動分
抽山部Ｐ３に相当する。

続くステップ１７０では、ステップ１００で読み込んだ
日射ＩＱやステップ１５０で選択した定常点に基づいて
、現在の空気調和装置の運転状態に対応したオブザーバ
内のパラメータＰ、Ｍ、Ｃ。

ｂや最適フィードバックゲインＦ等を選択する処理を行
なう。

続くステップ１８０．ステップ１９０は状態推定量Ｘ（
ｋ）を算出する処理であって、式（１２）％式％（） δＴＤ（ｋ）］”が求められる。即ち、オブザーバ内の
変数Ｗ（ｋ）＝［Ｗｌ　　（ｋ）　　Ｗ２　　（ｋ）］
Ｔを用いて、ステップ１８０では、Ｗｌ　（ｋ）。

Ｗ２（ｋ）を、 Ｗｌ（ｋ）＝ Ｐｌｌ・Ｗｌ　　（ｋ−１）十Ｐ１２・Ｗ２　　（ｋ−
１＞十Ｍ１１−δＶＢ　（ｋ−１＞　十Ｍ１２−δＶＣ
（ｋ−１＞十Ｍ１３・δＶＤ　（ｋ−１）　十Ｍ１４・
δＴＲ（ｋ−１＞Ｗ２（ｋ）＝ Ｐ２１・Ｗｌ　　（ｋ−１＞＋Ｐ２２・Ｗ２　　（ｋ−
１＞十Ｍ２１−δＶＢ　（ｋ−１＞　十Ｍ２２−７５Ｖ
Ｃ（ｋ−１＞十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」を δＴＢ　（ｋ　　） ＝Ｗ１　　（ｋ　）＋Ｄ１　・δＴＲ（ｋ　）δＴＣ（
ｋ　） ＝Ｗ２　　（ｋ　）　＋Ｄ２　　・δＴＲ（ｋ　）δＴ
Ｄ　（ｋ　） ＝δＴＲ（ｋ　）−δＴＢ　（ｋ　）−δＴＣ（ｋ３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）、δＶ
Ｄ　（ｋ−１＞　、δＴＲ（ｋ−１＞等は、上述したよ
うに、前回、本制御ルーチンが実行された時の値である
。また、状態推定ＩＩＸ（ｋ）のひとつであるδＴＤ（
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駆動電圧の摂動弁δＶＤ　（ｋ　
）によって内気温度の摂動弁δＴＲ（ｋ　）に影響を与
える温度の摂動弁δＴＤ　（ｋ　）を、δＴＲ（ｋ　）
−δＴＢ　（ｋ　）−δＴＣ（ｋ　）として求めている
のは、内気温度の摂動弁δＴＲ（ｋ　）が測定されてい
る（ステップ１６０）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。

続くステップ２００では、ステップ１８０．ステップ１
９０の処理によって求めた状態推定量Ｘ（ｋ）＝［δＴ
Ｂ　（ｋ　）　　δＴＣ（ｋ　’）　　δＴＤ（ｋ）］
Ｔと、ステップ１４０で求めておいた累積値ＺＴＲ（ｋ
　）とから、最適フィードバックゲインＥを用いて、ブ
ロアモータ３の駆動電圧の摂動弁δＶＢ　（ｋ　）　、
コンプレッサ２２の駆動電圧の摂動弁δＶＣ（ｋ）、ダ
ンパアクチュエータ２４の駆動電圧の摂動弁δＶＤ　（
ｋ　）を求める処理が行なわれる。第７図ステップ２０
０に示した数式をベクトル表現とすれば、 ［δＶＢ（ｋ）　　δＶＣ（ｋ）　　δＶＤ（ｋ　）］
　”＝「・［δＴＢ　（ｋ　’）　　δＴＣ（ｋ　）δ
ＴＤ（ｋ）　　ＺＴＲ（ｋ）］Ｔ である。これが、第３図のフィードバック量決定部Ｐ６
に相当する処理である。

続くステップ２１０では、ステップ２００で求めた各駆
動電圧の摂動弁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　＞、　Ｖ
Ｄ　（ｋ　）を求める処理が行なわれる。これが第３図
の基準値加算部Ｐ７に相当する処理である。

続くステップ２２０ではステップ２１０で求めた各駆動
電圧ＶＢ　（ｋ　＞、　ｖｃ　（ｋ　＞、　ｖｏ　（ｋ
　）を、出力ボート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
力する制御を行なう。ステップ２３０ではサンプリング
・演算・制御の回数を示している添字にの値を１だけイ
ンクリメント（更新）し、ステップ１００へ戻って、上
述のステップ１００ないし２３０の処理を再び繰返す。

以上のように構成された本制御ルーチンに依って行なっ
た制御例について、第８図に従来の単純なフィードバッ
ク制御例と比較して示した。制御例として、空気調和を
行なって内気温度が１５℃にて熱平衡にある状態から、
車室内温度の目標温度が２０℃、即ち＋５℃だけ変更さ
れて、設定された場合を取上げた。この目標温度の変更
を第８図では一点鎖線Ｐで示したが、これに対する内気
温度の変化を内気温度センサ１２の出力信号に基いてプ
ロットしたのが実線Ｇ、破線Ｆである。実線Ｇは本実施
例による内気温度の制御例を、破線Ｆは従来の制御によ
る制御例を、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
御例より速い応答性（立ら上がり）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、内
気温度を目標温度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。これにより、車室内の温
度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２
４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替えて、電子制御回路２０による
制御装置を付加積分型最適レギュレータとして構成し、
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Ｉｉｌ歴に関する情報を推定し、これを用いて制御を
行なうよう構成したことによっている。

次に日射ＩＱが変化した場合の制御特性について説明す
る。第９図は日射ＩＱが時間ｔ１にて０ｋｃａｌ　／ｈ
から１０００ｋｃａｌ　／ｈに急増した場合の室内温度
の変化を示すグラフである。図において、実線Ｑは本実
施例での制御特性を、破線ｆは従来の制御による制御特
性を、各々示している。

本実施例では、日射量Ｑの増加によって、直ちに動的モ
デルを切換えて制御が行われているので、乗員室１０の
内気温度ＴＲはほとんど変化していないことがわかる。

従来の制御では、日射量Ｑの急変によって一旦崩れた平
衡状態が回復するまでに、オーバーシュート、アンダー
シュートを何回か生じることがわかる。

次に第１０図（Δ＞、（Ｂ）は、各々日射ｍＱが０ｋｃ
ａｌ／ｈの場合と、１０００ｋｃａｌ　／ｈの場合とに
おいて、乗員室１０の目標温度の設定が１５℃から２０
°Ｃへ変更された時の内気温度ＴＲの変化の様子を示す
グラフである。図における実線Ｇ、破線Ｆは、上述の例
と同様に、各々本実施例の制御特性と従来例のそれとを
示している。従来例では、日射ｆｆ１ｏｋｃａｌ　／ｈ
　（例えば夜間）の場合には応答の遅れが目立ち、日射
１１０００ｋＣａｔ／ｈの場合にはオーバーシュート等
の過制御が目につく。これに対して、本実施例では、動
的なモデルを切換えるので、いずれの場合にも応答性・
安定性に優れた制御が実現されている。

又、本実施例の自動車用空気調和装置は内気温度を制御
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してゆくといっ
た手間を必要とせず、設計・開発工数やコストを低減す
ることができる。

以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
の実施例に回答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たり、状態変数Ｘ（ｋ）とし
て他の変数を用いるなど、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えることは勿論である
。

及皿辺ヱヌ 以上詳述したように、本発明の自動車用字□気調和装置
によれば、車室内の温度（内気温度）を極めて高い応答
性・追従性のもとに制御することができるという優れた
効果を奏する。内気温度の制御において過制御ｍ（オー
バーシュートやアンダーシュート）をほとんど生じるこ
ともなく、車室内に吹き出す空気のすくなくとも風量と
温度とを含む諸量を最適に制御することができる。従っ
て、自動車用空気調和装置の動力源に対する負担を最小
にすることができ、内燃機関を動力源とする場合には空
気調和装置を作動させた時の燃費を向上させるといった
効果が得られる。

しかも、本発明の自動車用空気調和装置は、少なくとも
日射量を含む空気調和を行なう系の環境条件を検出し、
これによって少なくとも最適フィードバックゲインを含
む付加積分型最適レギュレータの内部変数を切換えるの
で、日射量等の環境が変化しても安定に車室内の温度の
制御を行なうことができるという優れた効果を奏する。

従って、空気調和を行なう環境条件の広い範囲において
、好適な制御特性を実現することができる。

また、空気調和装置の設計・開発工数を低減することが
できるという副次的な効果も得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、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概略構成図、第３図
は実施例における空気調和を行なう系の制御系統図、第
４図は実施例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７０−
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図は実施例におけ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。 第９図及び第１０図（Ａ）、（Ｂ）は各々実施例の制御
特性と従来の制御の一例とを比較するグラフ、である。 １・・・空調ユニット　　３・・・ブロアモータ５・・
・エバポレータ　　７・・・ヒータコア１０・・・乗員
室　　　　１２・・・内気温度センサ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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　車室内への吹出空気のすくなくとも温度と風量とを
   含む諸量を制御する吹出空気制御手段と、前記車室内の
   温度を検出する内気温度検出手段と、 該検出された内気温度が設定された目標温度となるよう
   前記吹出空気制御手段をフィードバック制御する空調制
   御手段と、 を備え、車室内の空気調和を行なう自動車用空気調和装
   置において、 該空気調和を行なう系の動的な振舞を変化させる空気調
   和の環境条件として、少なくとも日射量を含む諸量を検
   出する空調条件検出手段を備えると共に、 前記空調制御手段が、 空気調和を行なう系の動的なモデルに従って予め定めら
   れた最適フィードバックゲインに基づいて前記フィード
   バック制御を行なう付加積分型最適レギュレータとして
   構成され、 しかも、前記空調条件検出手段によつて検出された空気
   調和を行なう系の環境条件諸量に応じ、前記動的なモデ
   ルの変化に対応して、前記付加積分型最適レギュレータ
   の少なくとも最適フィードバックゲインを含む内部変数
   を切換え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　前記制御手段が、 前記自動車用空気調和装置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一または複数のパラ
   メータを用いて、前記吹出空気の諸量と前記車室内の温
   度とから、前記系の動的な内部状態を表わす適当な次数
   の状態変数量を推定する状態観測部と、 前記設定された目標温度と前記検出された車室内の温度
   との偏差を累積する累積部と、 前記系の動的なモデルに基づいて予め設定された一また
   は複数の最適フィードバックゲインと前記推定された状
   態変数量と前記累積値とから、前記吹出空気制御手段に
   よって制御される諸量の各制御量を決定するフィードバ
   ック量決定部と、から付加積分型最適レギュレータとし
   て構成され、 しかも、前記検出された環境条件諸量に応じ、前記動的
   モデルの変化に対応して前記状態観測部のパラメータ，
   前記フィードバック量決定部の最適フィードバックゲイ
   ンを切換えるよう構成された特許請求の範囲第１項記載
   の自動車用空気調和装置。 ３　吹出空気制御手段によって制御される吹出空気の諸
   量が、少なくとも、吹出空気の送風を行なうブロアモー
   タの送風量と、該ブロアモータによって、送風される空
   気を一旦冷却する冷却能力と、該送風される空気を再度
   加熱して吹出空気の温度を所定の温度とするアクチュエ
   ータの制御量と、を含んでなる特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の自動車用空気調和装置。 ４　空調条件検出手段が、日射量の他に、空気調和の環
   境条件として、外気温，湿度，車速，内燃機関の回転数
   もしくは熱交換器の効率のうち、いずれかひとつまたは
   複数を検出する特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかの項に記載の自動車用空気調和装置。