JP2006327307A - 車室内温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】乗員の空調快適性に悪影響を及ぼす複数の異なる要素の温度Ta,Tsを検出する温度検出手段31,35と、検出された異なる要素の温度Ta,Tsをそれぞれ調整する温度調節手段1Aと、予め定められた複数の温度Ta,Tsを変数としたときに乗員が感じる温感レベルの特性に基づき、温度検出手段31,35により検出された各温度に対応した温感レベルの最適値Ta*,Ts*からの乖離の程度(温冷感の悪化代)ΔTSa,ΔTSsをそれぞれ設定する悪化代設定手段20と、悪化代設定手段20により設定された温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsに基づき、温度調節手段1Aを制御する温度制御手段20とを備える。
【選択図】図3
Description
図1〜図11を参照して本発明による車室内温度制御装置の第1の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態は、1つの温度制御装置(空調ユニット1A)が乗員の快適性に影響を及ぼす2つの要素(車室内温度とシート表面温度)を同時に制御するものである。すなわち空調ユニット1Aを室温制御装置およびシート温度制御装置として用いる。なお、制御対象としての要素は、インストルメントパネルやドアトリム等の部材の表面温度(放射温度と呼ぶ)であってもよい。
全身温冷感=αTa+βTs+γTr+δ (I)
全身温冷感=α(Ta−Ta*)+β(Ts−Ts*)+γ(Tr−Tr*) (II)
ΔTSa=α(Ta−Ta*) (III)
ΔTSs=β(Ts−Ts*) (IV)
ΔTSr=γ(Tr−Tr*) (V)
ここで、各要素の温冷感の悪化代の和ΣΔTS(=ΔTSa+ΔTSs+ΔTSr)が0であることは、全身温冷感が中立(快適)であることを意味し、各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSs,ΔTSrがすべて0であることは全身一様に快適であることを意味する。
Ea=α(Ta1−Ta0) (VI)
Es=α(Ts1−Ts0) (VII)
選択冷房運転モードの処理の一例を図8に示す。選択冷房運転モードでは、まず、ステップS6Aで室温Taの低下を目的として空調ユニット1Aを最大出力で冷房運転する場合(Taに対する最大出力運転)と、シート温度Tsの低下を目的として最大出力で冷房運転する場合(Tsに対する最大出力運転)とで、どちらの方がより効率的に(短時間で)全身温冷感の悪化ΣΔTS(=ΔTSa+ΔTSs)を改善できるか否かを判定する。この判定は予め定めたEaの特性(図6)とEsの特性に基づき行う。
配分調節冷房運転モードの処理の一例を図9に示す。配分調節冷房運転モードでは、まず、ステップS7Aで要素Tsについての悪化代ΔTSsが0以下か否かを判定し、否定されるとステップS7Cに進む。この場合、要素Taについての悪化代ΔTSaのみが0以下ということであり、ステップS7Cでは、空調ユニット1Aからのエネルギーのうち、一部をΔTSa=0を維持するような必要最小限のエネルギーとして要素Taについて出力し、残りをシート温度Tsを低下するために要素Tsについて出力する。
修正冷房運転モードの処理の一例を図10に示す。修正冷房運転モードでは、まず、ステップS8Aでシート温度Tsについての悪化代ΔTSsを0とすることが可能か否かを判定する。ステップS8Aが肯定されると、つまり室温Taについての悪化代ΔTSaのみ0とすることが不可能と判定されるとステップS8Bに進む。ステップS8BではΔTSsが0になったか否かを判定し、否定されるとステップS8Cに進み、上述したステップS6Cの処理と同様、Tsにつき最大出力運転を行う。これにより要素Tsについての悪化代ΔTSsが0に近づく。一方、ステップS8Bが肯定されるとステップS8Dに進み、各要素の悪化代の和ΣΔTS(=ΔTSa+ΔTSs)が0となるように空調ユニット1Aの出力(配風比等)を調節する。この場合、ΔTSaが0より大きいので、ΔTSsをマイナスにしてΣΔTSを0にする。これにより乗員の全身温冷感が快適になる。
図11は室温Taとシート温度Tsの変化の一例を示すタイムチャートである。図中、実線は空調ユニット1Aにより2つの要素Ta,Tsについて温度制御を行った場合の特性であり、点線は1つの要素Taのみについて温度制御を行った場合の特性である。制御開始時(時点t0)の室温Ta,シート温度TsをそれぞれTa0,Ts0とする。この場合、初期状態では各温度Ta,Tsとも快適温度Ta*,Ts*よりも高く、各要素の悪化代ΔTSa,ΔTSsはそれぞれ0より大きく、乗員は全身で暑さを感じる。このため、選択冷房運転モードで空調ユニット1Aが運転される(ステップS6)。
(1)2つの要素Ta,Tsの温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsに基づき空調ユニット1Aを制御するので、乗員に及ぼす快適性の度合いの異なる2つの要素Ta,Tsを同一の指標により評価して空調制御することができ、最適な空調環境を得ることができる。
(2)各要素の悪化代ΔTSa,ΔTSsを求めるために必要な定数α,β,Ta*,Ts*を予め設定し、室温とシート温度の検出値Ta,Tsを用いて悪化代を算出するので、乗員が温感レベルを手動設定する必要がなく、容易に空調快適性を高めることができる。
(3)全身の温冷感予測式(I)と各部位(背中や胸など)の温冷感予測式を満たす温度を快適温度Ta*,Ts*として設定したので、全身一様の空調快適性が得られる。すなわち全身温冷感のみを快適としたのでは、全身が平均的に快適であっても各部位では局所的に不快感を感じることがあるが、本実施の形態では全身だけでなく各部位も一様に快適とすることができる。
(5)複数の要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0となるように空調制御するので、各要素の温度Ta,Tsを快適温度Ta*,Ts*に制御することができ、各部位の温冷感を含めて全身一様な快適性を得ることができる。この点、例えば1つの要素Taのみを快適温度Ta*とするように空調制御した場合、Taを快適温度Ta*に制御してもシート温度Tsは快適温度Ts*とは限らず、全身一様な快適性を得ることは困難である。
(6)悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0になった後は、各要素につきその状態を維持するのに必要最小限の出力で空調ユニット1Aを制御するので、燃費も向上する。
(7)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsを全て0とすることができないときは、悪化代の和ΣΔTSが0となるように空調制御するので、全身温冷感の悪化を改善することができる。
(8)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsが0より大きい場合(暖房運転では0より小さい場合)に、効率的に悪化代を改善できる要素について最大出力運転するようにしたので、短時間で効率よく不快感を解消することできる。
図12〜図17を参照して本発明による車室内温度制御装置の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態は、2つの温度制御装置(例えば空調ユニット1Bと1C)が乗員の快適性に影響を与える2つの要素(例えば車室内温度とシート温度)をそれぞれ独立して制御するものである。すなわち空調ユニット1Bを室温制御装置として用い、空調ユニット1Cをシート温度制御装置として用いる。
最大冷房運転モードの処理の一例を図15に示す。最大冷房運転モードでは、まず、ステップS52Aで、ΔTSaが0より小さいか否か、すなわち室温Taが快適温度Ta*より低いか否かを判定する。ステップS52Aが否定されるとステップS52Bに進み、空調ユニット1Bを最大出力で冷房運転する。例えばファン3を最大回転数で回転させ、エアミックスドア6をフルクール位置に回動し、デフロストドア9とフットドア10を閉鎖し、ベントドア8を開放する。これによりベント吹出口から車室内に冷却空気が送風され、車室内が急速に冷却される。一方、ステップS52Aが肯定されるとステップS52Cに進み、空調ユニット1Bの冷房運転を停止する。
省エネ冷房運転モードの処理の一例を図16に示す。省エネ冷房運転モードでは、まず、ステップS53Aで要素Taについての悪化代ΔTSaが0より小さいか否かを判定し、ステップS53Bで要素Tsについての悪化代ΔTSsが0より小さいか否かを判定する。ステップS53A,ステップS53Bのいずれも否定されるとステップS53Cに進み、空調ユニット1Bを最大出力で冷房運転する場合と空調ユニット1Cを最大出力で冷房運転する場合とで、どちらの方が効率的に(短時間で)悪化代ΔTSを0にできるか否かを、予め定められたEa,Esの特性を用いて判定する。
修正冷房運転モードの処理の一例を図17に示す。修正冷房運転モードでは、まず、ステップS54Aで要素Taについての悪化代ΔTSaを0にできるか否かを判定し、否定されるとステップS54Bに進み、悪化代の和ΣΔTSが0か否かを判定する。ΣΔTSが0になる前は、ステップS54Bが否定されてステップS54Cに進み、空調ユニット1B,1Cをともに最大出力で冷房運転する。これにより室温Taとシート温度Tsが早期に低下する。ΣΔTSが0になるとステップS54Bが肯定されてステップS54Dに進む。ステップS54Dでは空調ユニット1Bを最大出力運転したまま、ΣΔTSが0となるように空調ユニット1Cの出力を調節する。
室温Taおよびシート温度Tsがいずれも快適温度Ta*,Ts*よりも高く、悪化代の和ΣΔTSが1より大きい場合には、コントローラ50は空調ユニット1B,1Cを最大冷房運転モードで運転する(ステップS52)。すなわち、空調ユニット1B,1Cをそれぞれ最大出力で冷房運転する。これによりベント吹出口およびシート表面からは低温の空気が最大風量で送風され、早期に乗員の空調快適性を改善することができる。
(1)2つの要素Ta,Tsの温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsに基づき空調ユニット1B,1Cを制御するので、乗員に及ぼす快適性の度合いの異なる2つの要素Ta,Tsを同一の指標により評価して空調制御することができ、最適な空調環境を得ることができる。
(2)各要素の悪化代ΔTSa,ΔTSsを求めるために必要な定数α,β,Ta*,Ts*を予め設定し、室温とシート温度の検出値Ta,Tsを用いて悪化代を算出するので、乗員が温感レベルを手動設定する必要がなく、容易に空調快適性を高めることができる。
(4)空調ユニット1B,1Cからの吹出風の温度を異なった値に制御することができるため、室温はとても暑いがシートは少し暑いといった状況でも各要素Ta,Tsを容易に最適な値に制御することができる。
(5)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0となるように空調制御するので、各部位の温冷感を含めて全身一様な快適性を得ることができる。
(6)悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0になった後は、各要素につきその状態を維持するのに必要最小限の出力で空調ユニット1B,1Cを制御するので、燃費も向上する。
(7)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsを全て0とすることができないときは、悪化代の和ΣΔTSが0となるように空調制御するので(図17)、全身温冷感の悪化を改善することができる。
(9)最大出力運転モード時に悪化代ΔTSaが0より小さい場合に、その要素Taに対応した空調ユニット1Bの冷房運転を停止し、他方の要素Tsに対応した空調ユニット1Cを最大出力運転するようにしたので、各要素Ta,Tsの冷却しすぎによる不快感を解消することができる。
図18〜図21を参照して本発明による車室内温度制御装置の第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態は、1つの温度制御装置(空調ユニット1A)が乗員の快適性に影響を与える2つの要素(車室内温度とシート温度)をそれぞれ制御し、そのうちの1つの要素(車室内温度)を別の温度制御装置(空調ユニット1B)が制御する。すなわち第3の実施の形態では一対の空調ユニット1A,1Bが並列に設置されており、空調ユニット1Aを室温制御装置およびシート温度制御装置として用い、空調ユニット1Bを室温制御装置として用いる。なお、空調ユニット1A,1Bの構成は上述したのと同様であり、説明を省略する。
最大冷房運転モードの処理の一例を図19に示す。最大冷房運転モードでは、まず、ステップS520Aで、ΔTSaが0より小さいか否か、すなわちTaが快適温度Ta*より低いか否かを判定する。ステップS520Aが否定されるとステップS520Bに進み、ΔTSsが0より小さいか否か、すなわちTsが快適温度Ts*より低いか否かを判定する。ステップS520Bが否定されるとステップS520Cに進み、空調ユニットAを要素Taに対し最大出力運転し、かつ空調ユニット1Bを最大出力運転する場合(ケース1)と、空調ユニット1Aを要素Tsに対し最大出力運転し、かつ空調ユニット1Bを最大出力運転する場合(ケース2)とで、どちらの方がより効率的に悪化代の和ΣΔTSを改善することができるか否かを判定する。この判定は、予め定められた空調ユニット1AのEa,Esに対する特性(例えば図6のような特性)と空調ユニット1BのEaに対する特性に基づき行うことができる。
次いで、省エネ冷房運転モードの処理の一例を図20に示す。省エネ冷房運転モードでは、まずステップS530Aで、ΔTSaが0より小さいか否かを判定する。ステップS530Aが否定されるとステップS530Bに進み、ΔTSsが0より小さいか否かを判定する。ステップS530Bが否定されるとステップS530Cに進み、空調ユニット1Aを要素Tsに対し最大出力運転かつ空調ユニット1Bを要素Taに対し最大出力運転した場合に、ΔTSaを0とするのとΔTSsを0とするのとでどちらが効率的か(時間がかからないか)を判定する。
次いで、修正冷房運転モードの処理の一例を図21に示す。修正冷房運転モードでは、まずステップS540Aで、空調ユニット1A,1Bを要素Taに対して最大出力運転した場合にΔTSaを0にすることができるか否かを判定し、肯定されるとステップS540Bに進む。ステップS540Bでは空調ユニット1Aを要素Tsに対して最大出力運転した場合にΔTSsを0にすることができるか否かを判定する。
室温Taおよびシート温度Tsがいずれも快適温度Ta*,Ts*よりも高く、悪化代の和ΣΔTSが1より大きい場合には、コントローラ50は空調ユニット1B,1Cを最大冷房運転モードで運転する(ステップS52)。このとき、空調ユニット1A,1Bを要素Taに対して最大出力運転した方がΣΔTSが効率的に改善される場合には、要素Taについての悪化代ΔTSaが0になるまで空調ユニット1A,1BをTaに対し最大出力運転する。そして、ΔTSa=0となった後は、その状態を維持するように要素Taに対する空調ユニット1A,1Bの出力を調節するとともに、空調ユニット1Aの余剰のエネルギーを要素Tsに対して出力する(ステップS520D〜ステップS520F)。これにより要素Taについての悪化代ΔTSaを早期に改善できるとともに、要素Tsについての悪化代ΔTSsも改善できる。
(1)2つの要素Ta,Tsの温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsに基づき空調ユニット1A,1Bを制御するので、乗員に及ぼす快適性の度合いの異なる2つの要素Ta,Tsを同一の指標により評価して空調制御することができ、最適な空調環境を得ることができる。
(2)各要素の悪化代ΔTSa,ΔTSsを求めるために必要な定数α,β,Ta*,Ts*を予め設定し、室温とシート温度の検出値Ta,Tsを用いて悪化代を算出するので、乗員が温感レベルを手動設定する必要がなく、容易に空調快適性を高めることができる。
(4)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0となるように空調制御するので、各部位の温冷感を含めて全身一様な快適性を得ることができる。
(5)省エネ運転モードにおいて、悪化代ΔTSa,ΔTSsが全て0になった後は、各要素につきその状態を維持するのに必要最小限の出力で空調ユニット1A,1Bを制御するので、燃費も向上する。
(6)各要素の温冷感の悪化代ΔTSa,ΔTSsを全て0とすることができないときは、悪化代の和ΣΔTSが0となるように空調制御するので(図21)、全身温冷感の悪化を改善することができる。
(7)空調ユニット1A,1Bをそれぞれ要素Taに対して最大出力運転する場合と、空調ユニット1Aを要素Taに対し最大出力運転し、空調ユニット1Bを要素Tsに対し最大出力運転する場合とで、どちらの方が効率的に悪化代ΣΔTSを改善できるかを判定し、より効率的な運転を行うようにしたので(図19)、短時間で悪化代ΣΔTSを改善することができる。
20,50,60 コントローラ
31 内気温センサ
35 シート温センサ
Ta 室温
Ts シート温度
Tr 放射温度
ΔTSa,ΔTSs,ΔTSr 温冷感の悪化代
ΣΔTS 悪化代の和(全身温冷感)
Claims (8)
- 乗員の空調快適性に悪影響を及ぼす複数の異なる要素の温度を検出する温度検出手段と、
前記検出された異なる要素の温度をそれぞれ調節する温度調節手段と、
予め定められた前記複数の温度を変数としたときに乗員が感じる温感レベルの特性に基づき、前記温度検出手段により検出された各温度に対応した温感レベルの最適値からの乖離の程度(以下、温冷感の悪化代と呼ぶ)をそれぞれ設定する悪化代設定手段と、
前記悪化代設定手段により設定された温冷感の悪化代が減少するように前記温度調節手段を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 乗員の空調快適性に悪影響を及ぼす複数の異なる要素の温度を検出する温度検出手段と、
前記検出された異なる要素の温度をそれぞれ調節する温度調節手段と、
予め定められた前記複数の温度を変数としたときに乗員が感じる温感レベルの特性に基づき、前記温度検出手段により検出された各温度に対応した温感レベルの最適値からの乖離の程度(以下、温冷感の悪化代と呼ぶ)をそれぞれ設定する悪化代設定手段と、
前記悪化代設定手段により設定された温冷感の悪化代に基づき、前記温度調節手段を制御する温度制御手段とを備えることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2に記載の車室内温度制御装置において、
前記温度調節手段は、車室内の空気温度,シートの表面温度,車室内に面した部材の表面温度のうち、少なくとも2つの温度を調節する単一の温度調整装置であることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2に記載の車室内温度制御装置において、
前記温度調節手段は、車室内の空気温度,シートの表面温度,車室内に面した部材の表面温度のうち、少なくとも2つの温度をそれぞれ独立に調節する複数の温度調整装置であることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2に記載の車室内温度制御装置において、
前記温度調節手段は、車室内の空気温度,シートの表面温度,車室内に面した部材の表面温度のうち、少なくとも2つの温度を調節可能な第1の温度調整装置と、この調節可能な温度のうちの1つを調節する第2の温度調整装置であることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載の車室内温度制御装置において、
前記最適値は、全身および身体の複数の部位が同時に最適となるような温度に設定されることを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2〜6のいずれか1項に記載の車室内温度制御装置において、
前記温冷感の悪化代は、快適状態を0とし、快適状態より暑いほどプラス側に大きく、快適状態より寒いほどマイナス側に大きく設定され、
前記温度制御手段は、各要素毎に設定された温冷感の悪化代がそれぞれ0となるように前記温度調節手段を制御することを特徴とする車室内温度制御装置。 - 請求項2〜6のいずれか1項に記載の車室内温度制御装置において、
前記温冷感の悪化代は、快適状態を0とし、快適状態より暑いほどプラス側に大きく、快適状態より寒いほどマイナス側に大きく設定され、
前記温度制御手段は、各要素毎に設定された温冷感の悪化代を全て0にできるか否かを判定し、全て0にできると判定されると各要素毎の温冷感の悪化代がそれぞれ0となるように前記温度調節手段を制御し、全てを0にはできないと判定されると各要素毎の温冷感の悪化代の合計値が0となるように前記温度調節手段を制御することを特徴とする車室内温度制御装置。
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