JP3333218B2 - Vehicle air conditioner - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、外気温度や日射量など
の空調に必要な熱負荷に関する複数の物理量をシステム
制御理論（現代制御理論）に従って処理し、車室内を目
標温度に空調する車両用空調装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle for processing a plurality of physical quantities relating to a heat load required for air conditioning, such as an outside air temperature and an amount of solar radiation, in accordance with a system control theory (modern control theory) to air-condition a vehicle interior to a target temperature. The present invention relates to an air conditioner.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、車室内温度設定値，実際の車
室内温度，外気温度および日射量に基づいて、風量およ
び吹出し口を制御して、車室内を目標温度に空調する車
両用空調装置が知られている（例えば、日産サービス周
報 昭和６２年６月第５７８号参照）。この種の装置で
は、図１０に示すように、車室内温度設定値Ｔｐｔｃ，
車室内温度Ｔｉｎｃ，日射量Ｑｓｕｎおよび外気温度Ｔ
ａｍｂをコントローラ１へ入力し、設定温度Ｔｐｔｃと
実際の車室内温度Ｔｉｎｃとの差，日射量Ｑｓｕｎ，外
気温度Ｔａｍｂおよび設定温度Ｔｐｔｃに、それぞれ実
験的に得られた制御定数Ｋ１０〜Ｋ１３を乗じて制御指
令値を算出し、演算器１ａ，１ｂによって空調ユニット
２の制御量、すなわちエアーミックスドア開度Ｘおよび
ブロア駆動電圧Ｖｆを決定し、ヒータコア，エバポレー
タ，エアーミックスドア，ブロア，各吹出しドアなどか
ら成る周知の空調ユニット２を制御して、目標吹出し温
度Ｔｏおよび目標吹出し風量Ｇａで車室３の空調を行な
う。2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicle air conditioner for controlling the air volume and an air outlet based on a vehicle interior temperature set value, an actual vehicle interior temperature, an outside air temperature and an amount of solar radiation to air the vehicle interior to a target temperature. (For example, see Nissan Service Newsletter, No. 578, June 1987). In this type of device, as shown in FIG. 10, the vehicle interior temperature set value Tptc,
Vehicle interior temperature Tinc, solar radiation Qsun and outside air temperature T
amb is input to the controller 1, and the difference between the set temperature Tptc and the actual vehicle compartment temperature Tinc, the amount of solar radiation Qsun, the outside air temperature Tamb, and the set temperature Tptc are multiplied by experimentally obtained control constants K10 to K13, respectively. The control command value is calculated, and the control amounts of the air conditioning unit 2, that is, the air mixing door opening X and the blower driving voltage Vf are determined by the computing units 1a and 1b. The air conditioning of the passenger compartment 3 is performed by controlling the well-known air-conditioning unit 2 comprising the target air temperature To and the target air volume Ga.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、どのような環境条件下でも応答性と安定性と
を満足するコントローラの制御定数を決定するために、
膨大な実験工数を必要とする上に、予め想定された環境
条件以外の環境では、乗員の快適感を満足しないという
問題がある。However, in the conventional apparatus, in order to determine a control constant of a controller satisfying responsiveness and stability under any environmental conditions,
In addition to requiring a large number of experimental man-hours, there is a problem that the comfort of the occupant is not satisfied in an environment other than the environmental conditions assumed in advance.

【０００４】本発明の目的は、あらゆる環境条件に対し
て応答性と安定性とを確保しながら目標値に追従し、制
御定数のチューニングが容易な車両用空調装置を提供す
ることにある。An object of the present invention is to provide an air conditioner for a vehicle which follows a target value while ensuring responsiveness and stability under all environmental conditions, and can easily tune a control constant.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１に対応づけて本発明を説明すると、本発明は、車室３
内へ吹き出す空調風の温度と風量を調節する調節手段２
と、車室内温度を検出する車室内温度検出手段１００
と、調節手段２の制御量を入力とし車室内温度を出力と
する制御対象２，３に予め同定した制御対象２，３の数
式化モデルであって、乗員の皮膚温度を状態変数として
フィードバックするとともに、数式化モデルの出力と車
室内温度検出値との偏差をフィードバックする数式化モ
デルを有し、数式化モデルの状態変数の皮膚温度を皮膚
温度推定値とする皮膚温推定手段７２と、車室内温度と
乗員の皮膚温度の時間的に推移させるべき目標値を発生
する目標値発生手段７１と、車室内温度検出値と皮膚温
度推定値をそれぞれ車室内温度目標値と皮膚温度目標値
に一致させるための調節手段２の制御量を演算し、調節
手段２を制御する制御手段７４とを備えることにより、
上記目的が達成される。Means for Solving the Problems The present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a claim correspondence diagram.
Adjusting means 2 for adjusting the temperature and air volume of the conditioned air blown into the interior
And vehicle interior temperature detecting means 100 for detecting the vehicle interior temperature
And a mathematical model of the control targets 2 and 3 previously identified as the control targets 2 and 3 which output the vehicle interior temperature by inputting the control amount of the adjusting means 2 and feed back the occupant's skin temperature as a state variable. A skin temperature estimating means 72 having a formalized model for feeding back the deviation between the output of the formalized model and the detected value of the vehicle interior temperature, and using the skin temperature of the state variable of the formalized model as an estimated skin temperature; A target value generation means 71 for generating a target value to be temporally changed between the room temperature and the occupant skin temperature, and the detected vehicle interior temperature value and the estimated skin temperature value are matched with the target vehicle interior temperature value and the target skin temperature value, respectively. By calculating a control amount of the adjusting means 2 for causing the control means 74 to control the adjusting means 2,
The above object is achieved.

【０００６】[0006]

【作用】調節手段２の制御量を入力とし車室内温度を出
力とする制御対象２，３の数式化モデルを、乗員の皮膚
温度を状態変数としてフィードバックする制御系と、数
式化モデルの出力と車室内温度検出値との偏差をフィー
ドバックする制御系とを備えて構築し、制御対象２，３
に予め同定する。すなわち、実際の制御対象２，３と数
式化モデルに同一の制御量を入力したときに、それぞれ
の状態変数の皮膚温度と出力の車室内温度が同一となる
ように係数やパラメーターを設定する。これにより、数
式化モデルに制御対象２，３と同一の制御量を入力する
と、数式化モデルは制御対象２，３と同様な動作をし、
数式化モデル内の皮膚温度の状態変数も制御対象２，３
における実際の乗員の皮膚温度と同様な変化をする。そ
こで、数式化モデル内の状態変数の皮膚温度を皮膚温度
推定値とするとともに、車室内温度と乗員の皮膚温度の
時間的に推移させるべき目標値を発生し、車室内温度検
出値と皮膚温度推定値をそれぞれ目標値に一致させるた
めの調節手段２の制御量を演算し、車室３内へ吹き出す
空調風の温度と風量を調節する。A control system which feeds back a mathematical model of the controlled objects 2 and 3 which receives a control amount of the control means 2 and outputs a vehicle interior temperature as a state variable, and a control system which feeds back an occupant's skin temperature as a state variable; A control system that feeds back a deviation from the vehicle interior temperature detection value is constructed,
In advance. That is, when the same control amount is input to the actual control targets 2 and 3 and the mathematical model, coefficients and parameters are set so that the skin temperature of each state variable and the vehicle interior temperature of the output become the same. Accordingly, when the same control amount as that of the controlled objects 2 and 3 is input to the mathematical model, the mathematical model performs the same operation as the controlled objects 2 and 3,
The state variables of skin temperature in the mathematical model are also controlled
At the same time as the actual occupant skin temperature. Therefore, the skin temperature of the state variable in the mathematical model is used as an estimated skin temperature, and a target value that is to be changed over time between the vehicle interior temperature and the occupant's skin temperature is generated. The control amount of the adjusting means 2 for making the estimated values coincide with the target values is calculated, and the temperature and the amount of the conditioned air blown into the vehicle interior 3 are adjusted.

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段および作用の項では、本発明を分り
やすくするために各手段の符号に対応する実施例の要素
と同一の符号を用いたが、これにより本発明が実施例に
限定されるものではない。In the means and means for solving the above-mentioned problems which explain the constitution of the present invention, the same reference numerals as those of the embodiment corresponding to the reference numerals of the respective means are used to make the present invention easy to understand. Although used, the present invention is not limited to the examples.

【０００８】[0008]

【実施例】図２は、一実施例の構成を示すブロック図で
ある。なお、図１０と同様な機器に対しては同符号を付
して相違点を中心に説明する。図において、４は、日射
量Ｑｓｕｎを検出する日射センサ、５は、外気温度Ｔａ
ｍｂを検出する外気温センサ、６は、車室内温度設定値
Ｔｐｔｃを設定する室温設定器である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one embodiment. It is to be noted that the same reference numerals are given to the same devices as those in FIG. In the figure, 4 is a solar radiation sensor for detecting the amount of solar radiation Qsun, and 5 is an outside air temperature Ta.
An outside air temperature sensor 6 for detecting mb is a room temperature setting device for setting a vehicle interior temperature set value Tptc.

【０００９】７は、マイクロコンピュータおよびその周
辺部品から構成されるコントローラであり、規範モデル
７１，オブザーバ７２，線形補償器７３および最適レギ
ュレータ７４からなり、日射量Ｑｓｕｎ，外気温度Ｔａ
ｍｂ，車室内温度設定値Ｔｐｔｃおよび車室内温度Ｔｉ
ｎｃに基づいて、制御量、すなわちエアーミックスドア
開度Ｘおよびブロア駆動電圧Ｖｆを算出し、空調ユニッ
ト２を制御する。Reference numeral 7 denotes a controller comprising a microcomputer and its peripheral parts, which comprises a reference model 71, an observer 72, a linear compensator 73, and an optimum regulator 74, and has a solar radiation Qsun, an outside air temperature Ta.
mb, vehicle interior temperature set value Tptc and vehicle interior temperature Ti
Based on nc, a control amount, that is, an air mix door opening X and a blower driving voltage Vf are calculated, and the air conditioning unit 2 is controlled.

【００１０】規範モデル７１は、人間の快適感に合った
吹出し風量Ｇａおよび吹出し温度Ｔｏの時間変化および
環境変化による推移を次式のように数式化し、車室内温
度設定値Ｔｐｔｃを変化させた時の目標皮膚温度Ｔｆ^*
および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出する。これらの
目標皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*は、
定常時の快適な空調温度を決定するものであると同時
に、それらの目標温度に到達するまでの過渡時において
も、乗員の快適感に合った温度の変化具合を決定するも
のである。 ｄＸｒ／ｄｔ＝Ａｒ・Ｘｒ＋Ｂｒ・Ｔｐｔｃ ・・・（１） Ｙｒ＝Ｃｒ・Ｘｒ ・・・（２） ここで、Ｘｒは状態変数ベクトル、Ｙｒは出力変数ベク
トルであり、 Ｘｒ＝Ｙｒ＝［Ｔｆ^*，Ｔｉｎｃ^*］^T、 また、Ａｒ，Ｂｒ，Ｃｒは係数マトリクスである。The normative model 71 formulates the time-dependent change of the blow-off air volume Ga and the blow-off temperature To and the environmental change in accordance with human comfort as shown in the following equation, and changes the vehicle interior temperature set value Tptc. Target skin temperature Tf ^*
And the target vehicle interior temperature Tinc ^* is calculated. These target skin temperature Tf ^* and target vehicle interior temperature Tinc ^* are
The purpose of the present invention is to determine a comfortable air-conditioning temperature at a regular time and at the same time, to determine a degree of change in the temperature suitable for the occupant's feeling of comfort even during a transition until reaching the target temperature. dXr / dt = Ar · Xr + Br · Tptc (1) Yr = Cr · Xr (2) where Xr is a state variable vector, Yr is an output variable vector, and Xr = Yr = [Tf ^* , Tinc ^* ] ^T , and Ar, Br, and Cr are coefficient matrices.

【００１１】図３は、本発明に係わる車両用空調装置に
よる空調結果（実線）と従来装置による空調結果（破
線）とを示すタイムチャートであり、（ａ）は時刻ｔ１
で設定温度Ｔｐｔｃを下げた時を示し、（ｂ）は時刻ｔ
２で設定温度Ｔｐｔｃを上げた時を示す。従来の空調装
置では、設定温度Ｔｐｔｃを変化させた時の車室内温度
Ｔｉｎｃの過渡変化は、コントローラ１の制御量により
決定し、過渡状態では必ずしも乗員の快適感を満足させ
るものではなかった。本発明の空調装置では、規範モデ
ル７１において時間変化および環境変化に応じた目標皮
膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を決定する
ようにしたので、定常時は勿論、過渡時にも乗員の快適
感に合った空調温度が設定される。FIG. 3 is a time chart showing the air conditioning result (solid line) by the vehicle air conditioner according to the present invention and the air conditioning result (broken line) by the conventional device.
Shows the time when the set temperature Tptc is lowered, and FIG.
2 shows when the set temperature Tptc is increased. In the conventional air conditioner, the transient change of the vehicle interior temperature Tinc when the set temperature Tptc is changed is determined by the control amount of the controller 1, and the transient state does not always satisfy the comfort of the occupant. In the air conditioner of the present invention, the target skin temperature Tf ^* and the target vehicle interior temperature Tinc ^* according to the time change and the environmental change are determined in the reference model 71. The air conditioning temperature that suits the feeling is set.

【００１２】図４は、オブザーバ７２の構成を示す制御
ブロック図である。なお以下では、制御ブロック図内の
記号などはシステム制御（現代制御）の一般的な表記法
に従って表示し、それらの説明を省略する。図におい
て、７２ａは、実際の制御対象のシステムであり、空調
装置の実験結果により固定係数マトリクスＡｏ，Ｂｏ，
Ｃｏを有する線形時不変システム（固定係数システム）
と仮定したものである。オブザーバ７２は、予め同定し
た制御対象システム７２ａの推定モデルを有し、測定可
能な車室内温度Ｙｏ（＝Ｔｉｎｃ）と予め同定した推定
モデルから出力される車室内温度推定値Ｙｏ^Sとの偏差
（Ｙｏ−Ｙｏ^S）をフィードバックすることによって、
図５に示す測定不可能または測定困難な車体温度Ｔｍ，
吹出し風量Ｇａ，エアーミックスドア開度Ｘｍｍ（不図
示）などを推定し、これらの推定値に基づいて現在の皮
膚温度Ｔｆを推定する。FIG. 4 is a control block diagram showing the structure of the observer 72. In the following, symbols and the like in the control block diagram are displayed according to a general notation of system control (modern control), and description thereof will be omitted. In the figure, reference numeral 72a denotes an actual control target system, and fixed coefficient matrices Ao, Bo,
Linear time-invariant system with Co (fixed coefficient system)
It is assumed that The observer 72 has an estimated model of the control target system 72a identified in advance, and a deviation between the measurable interior temperature Yo (= Tinc) and the estimated interior temperature Yo ^S output from the identified model ( by feeding back the Yo-Yo ^S),
The vehicle temperature Tm, which cannot be measured or is difficult to measure as shown in FIG.
The blowout air amount Ga, the air mix door opening Xmm (not shown), and the like are estimated, and the current skin temperature Tf is estimated based on these estimated values.

【００１３】今、制御対象のシステム７２ａの状態方程
式，出力式は、次のように表される。 ｄＸｏ／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ＋Ｂｏ・Ｕ ・・・（３） Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ＝Ｃｏ・Ｘｏ ・・・（４） ここで、Ｘｏは状態変数ベクトルであり、 Ｘｏ＝［Ｔｍ，Ｔｉｎｃ，Ｇａ，Ｘｍｍ］^T また、Ｕは制御指令値ベクトルである。予め同定した推
定モデルにより推定される車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇ
ａおよびエアーミックスドア開度Ｘｍｍの状態変数Ｘｏ
の推定値をＸｏ^Sとすると、推定モデルは次式により表
される。 ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ ・・・（５） Ｙｏ＝Ｔｉｎｃ^S＝Ｃｏ・Ｘｏ^S ・・・（６） ここで、Ｘｏ^S＝［Ｔｍ^S，Ｔｉｎｃ^S，Ｇａ^S，Ｘｍ
ｍ^S］^T、Ｔｍ^Sは車体温度Ｔｍの推定値、Ｔｉｎｃ^Sは車
室内温度Ｔｉｎｃの推定値、Ｇａ Sは吹出し風量Ｇａの
推定値、Ｘｍｍ^Sはエーミックスドア開度Ｘｍｍの推定
値である。係数マトリクスＡｏ，Ｂｏの変動や、外乱に
より生ずる各状態変数の推定誤差ｅｏ（＝Ｘｏ^S−Ｘ
ｏ）を０に収束させるため、図４に示すようにフィード
バックを推定モデルに加えることにより、オブザーバ７
２は次のように表される。 ｄＸｏ^S／ｄｔ＝Ａｏ・Ｘｏ^S＋Ｂｏ・Ｕ＋Ｆ・（Ｙｏ−Ｙｏ^S）・・・（７） ここで、Ｆはフィードバック係数マトリスクスである。Now, the state process of the system 72a to be controlled will be described.
Expressions and output expressions are expressed as follows. dXo / dt = Ao · Xo + Bo · U (3) Yo = Tinc = Co · Xo (4) where Xo is a state variable vector, and Xo = [Tm, Tinc, Ga, Xmm]^T U is a control command value vector. Identified in advance
Body temperature Tm and blown air volume G estimated by the constant model
a and the state variable Xo of the air mix door opening Xmm
Xo^SThen, the estimation model is expressed by the following equation.
Is done. dXo^S/ Dt = Ao ・ Xo^S+ Bo · U (5) Yo = Tinc^S＝ Co ・ Xo^S ... (6) where Xo^S= [Tm^S, Tinc^S, Ga^S, Xm
m^S]^T, Tm^SIs the estimated value of the vehicle body temperature Tm, Tinc^SIs a car
Estimated value of room temperature Tinc, Ga S is the blowing air volume Ga
Estimated value, Xmm^SEstimates Amix door opening Xmm
Value. For fluctuation of coefficient matrix Ao, Bo and disturbance
Error eo (= Xo)^S-X
In order to make o) converge to 0, as shown in FIG.
By adding the back to the estimation model, observer 7
2 is expressed as follows. dXo^S/ Dt = Ao ・ Xo^S+ Bo ・ U + F ・ (Yo-Yo^S(7) where F is a feedback coefficient matrix.

【００１４】ところで、空調装置における制御対象シス
テムは非線形であり、後述する最適レギュレータ７４を
非線形動作させることは困難なため、線形補償器７３に
より線形化補償を行なう。線形補償器７３は、図６
（ａ）に示すように、非線形状態フィードバックと非線
形状態フィードフォワードとにより構成される。すなわ
ち、 ｕ＝ｆ（Ｘ，ｔ）＋ｇ（Ｘ，ｔ）・Ｕ ・・・（８） ここで、Ｕ＝［ｕ１，ｕ２］^T、なお、ｕ１はブロア電
圧を決定する制御指令値、ｕ２は吹出し温度を決定する
制御指令値である。また、ｆ（Ｘ，ｔ）は非線形フィー
ドバック関数、ｇ（Ｘ，ｔ）は非線形フィードフォワー
ド関数である。（８）式により、Ｕ〜Ｙは線形化されて
次式のように変換される（図６（ｂ）。 ｄＹ／ｄｔ＝Ａ１・Ｙ＋Ｂ１・Ｕ ・・・（９） ここで、Ａ１，Ｂ１は係数マトリクスである。Incidentally, the system to be controlled in the air conditioner is non-linear, and it is difficult to make the optimum regulator 74 described later to operate non-linearly. Therefore, linearization compensation is performed by the linear compensator 73. The linear compensator 73 corresponds to FIG.
As shown in (a), it is constituted by nonlinear state feedback and nonlinear state feedforward. That is, u = f (X, t) + g (X, t) · U (8) where U = [u1, u2] ^T , where u1 is a control command value for determining the blower voltage, and u2 Is a control command value for determining the blowing temperature. F (X, t) is a nonlinear feedback function, and g (X, t) is a nonlinear feedforward function. According to equation (8), U to Y are linearized and converted as in the following equation (FIG. 6 (b): dY / dt = A1 · Y + B1 · U (9) where A1, B1 Is a coefficient matrix.

【００１５】最適レギュレータ７４は、規範モデル７１
の目標値に追従するため、評価関数Ｊを用いて応答性と
安定性を両立させる制御定数の最適値を算出し、制御量
を決定する。評価関数Ｊは、次式で表される。 Ｊ＝∫｛Ｗ１・（ΔＴｉｎｃ）²＋Ｗ２・（ΔＴｆ）²＋Ｗ３・（ｄｕ１／ｄｔ ） 2＋Ｗ４・（ｄｕ２／ｄｔ）²｝ｄｔ ・・・（１０） ここで、ΔＴｉｎｃは、車室内温度Ｔｉｎｃとその目標
値Ｔｉｎｃ^*との偏差、ΔＴｆは、乗員の皮膚温度Ｔｆ
とその目標値Ｔｆ^*との偏差、ｄｕ１／ｄｔは、ブロア
駆動電圧Ｖｆを決定する制御指令値の変化の急激差を示
す時間微分値、ｄｕ２／ｄｔは、吹出し温度Ｔｏを決定
する制御指令値の変化の急激差を示す時間微分値、Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４は重み係数である。また∫は、０
から∞までの積分演算を示す。上式の中で、ΔＴｆは、
日射や吹出し風が当る部位の局所温冷感を表し、またｄ
ｕ１／ｄｔおよびｄｕ２／ｄｔは、ブロアの騒音，吹出
し風量，吹出し温度の変化感を表す。これらΔＴｉｎ
ｃ，ΔＴｆ，ｄｕ１／ｄｔおよびｄｕ２／ｄｔは、乗員
の快適性に影響を与える主要なパラメータであり、総合
的に快適感を評価するため、まず各パラメータの重み係
数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を決定する。The optimal regulator 74 has a reference model 71
Responsiveness using the evaluation function J to follow the target value of
Calculate the optimal value of the control constant to achieve both stability and control
To determine. The evaluation function J is represented by the following equation. J = ∫ ｛W1 · (ΔTinc)^Two+ W2 · (ΔTf)^Two+ W3 · (du1 / dt) 2 + W4 · (du2 / dt)^Two｝ Dt (10) where ΔTinc is the vehicle interior temperature Tinc and its target
Value Tinc^*ΔTf is the occupant skin temperature Tf
And its target value Tf^*Deviation, du1 / dt is the blower
Indicates a sharp difference in the change of the control command value that determines the drive voltage Vf.
Time differential value, du2 / dt, determines the blowing temperature To
Differential value indicating the sharp difference in the change of the control command value
1, W2, W3, and W4 are weight coefficients. ∫ is 0
The integral operation from to is shown. In the above equation, ΔTf is
Represents the local thermal sensation in the area where solar radiation or blowing wind hits, and d
u1 / dt and du2 / dt are blower noise and blowing
It expresses the sense of change in air flow and blowout temperature. These ΔTin
c, ΔTf, du1 / dt and du2 / dt are occupants.
Is a key parameter affecting the comfort of the
In order to evaluate comfort comfortably, the weight
The numbers W1, W2, W3, W4 are determined.

【００１６】上述した（１），（２），（９）式から次
式に示すような拡大系が構成される。 ｄＥ／ｄｔ＝Ａｅ・Ｅ＋Ｂｅ・ｄＵ／ｄｔ ・・・（１１） ここで、Ｅ＝［ｄＹ／ｄｔ，ｅ，ｄＸｒ／ｄｔ］^T、ま
た、Ａｅ，Ｂｅは係数マトリクス、ｅは偏差ベクトル
（ｅ＝Ｙｒ−Ｙ）である。（１１）式において、評価関
数Ｊを最小にする制御則は次式で表される。 ｄＵ／ｄｔ＝Ｋ１・ｄＹ／ｄｔ＋Ｋ２・ｅ＋Ｋ３・ｄＸｒ／ｄｔ ・・・（１２） ここで、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、制御定数マトリクスであ
る。（１２）式の制御指令値ベクトルの時間微分値ｄＵ
／ｄｔを極力小さくして目標値に追従させるため、次式
により制御定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を決定する。 （Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）＝−Ｒ^-1Ｂｅ^TＰ ・・・（１３） ここで、Ｒは重み係数マトリクス、Ｐは次のリカッチ方
程式のマトリクス解である。 Ａｅ^T・Ｐ＋Ｐ・Ａｅ＋Ｑ−Ｐ・Ｂｅ・Ｒ^-1・Ｂｅ^T・Ｐ＝０ ・・・（１４） ここで、Ｑは重み係数マトリクスである。このように、
重み係数マトリクスＱ，Ｒを設定することにより、所定
のアルゴリズムに従って制御定数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３が決
定される。上式により決定された制御定数Ｋ１，Ｋ２，
Ｋ３を（１１）式に代入して積分することにより、最適
制御指令値ベクトルＵ、すなわち空調ユニット２の制御
量が決定される。 Ｕ＝Ｋ１・Ｙ＋Ｋ２・∫ｅｄｔ＋Ｋ３・Ｘｒ＋｛Ｕ（０）−Ｋ１・Ｙ（０） −Ｋ３・Ｘｒ（０）｝ ・・・（１５） ここで、Ｕ（０），Ｙ（０），Ｘｒ（０）は、それぞれ
制御指令値，出力，状態変数の初期値である。From the above equations (1), (2) and (9), an expansion system as shown in the following equation is constructed. dE / dt = Ae · E + Be · dU / dt (11) where E = [dY / dt, e, dXr / dt] ^T , Ae and Be are coefficient matrices, and e is a deviation vector (e = Yr-Y). In equation (11), the control law that minimizes the evaluation function J is represented by the following equation. dU / dt = K1 · dY / dt + K2 · e + K3 · dXr / dt (12) Here, K1, K2, and K3 are control constant matrices. The time differential value dU of the control command value vector of equation (12)
To keep / dt as small as possible and follow the target value, control constants K1, K2, and K3 are determined by the following equations. (K1, K2, K3) = − R ⁻¹ Be ^T P (13) Here, R is a weight coefficient matrix, and P is a matrix solution of the following Riccati equation. Ae ^T・ P + P ・ Ae + Q-P ・ Be ・ R ^-1・ Be ^T・ P = 0 (14) Here, Q is a weight coefficient matrix. in this way,
By setting the weight coefficient matrices Q and R, the control constants K1, K2 and K3 are determined according to a predetermined algorithm. The control constants K1, K2, determined by the above equation
By substituting K3 into equation (11) and integrating, the optimal control command value vector U, that is, the control amount of the air conditioning unit 2 is determined. U = K1 · Y + K2 · {edt + K3 · Xr + {U (0) −K1 · Y (0) −K3 · Xr (0)} (15) where U (0), Y (0), Xr (0) is a control command value, an output, and an initial value of a state variable, respectively.

【００１７】図７は、このようにして設計された最適レ
ギュレータ７４の構成を示す制御ブロック図である。ま
た図８は、最適レギュレータ７４の制御指令値の算出過
程を示すタイムチャートである。最適レギュレータ７４
は、図８の時刻ｔ３に示すように、規範モデル７１で算
出された目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*および目標皮膚温度
Ｔｆ^*と、実際の車室内温度Ｔｉｎｃおよび皮膚温度の
推測値Ｔｆ^Sとの差の面積が最小となるように空調ユニ
ット２の制御量を決定する。すなわち、乗員の快適性を
評価する評価関数Ｊに基づいてあらゆる条件下で応答性
と安定性を確保しつつ、乗員の快適性に合った規範モデ
ル７１の温度目標値になるように空調ユニット２を制御
する。なお、上述したように最適レギュレータ７４で算
出された制御量は線形補償器７３によって線形化され
る。FIG. 7 is a control block diagram showing the configuration of the optimal regulator 74 designed in this manner. FIG. 8 is a time chart showing a process of calculating the control command value of the optimal regulator 74. Optimal regulator 74
Difference, as shown at time t3 in FIG. 8, and the calculated target vehicle interior temperature Tinc ^* and the target skin temperature Tf ^* in the reference model 71, the estimated value Tf ^S of the actual cabin temperature Tinc and skin temperature The control amount of the air conditioning unit 2 is determined so that the area of the air conditioner is minimized. That is, while ensuring responsiveness and stability under all conditions based on the evaluation function J for evaluating the comfort of the occupant, the air conditioning unit 2 is controlled so that the temperature target value of the reference model 71 conforms to the comfort of the occupant. Control. Note that the control amount calculated by the optimal regulator 74 is linearized by the linear compensator 73 as described above.

【００１８】図９は、コントローラ７のマイクロコンピ
ュータで実行される制御プログラムを示すフローチャー
トである。マイクロコンピュータは、空調装置の図示し
ないメインスイッチが投入されるとこの制御プログラム
の実行を開始する。このフローチャートにより、コント
ローラ７の動作を説明する。ステップＳ１において、室
温設定器６により設定された車室内温度設定値Ｔｐｔｃ
を入力し、規範モデル７１で乗員の快適感に合った目標
皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を算出
し、それらを最適レギュレータ７４に出力する。続くス
テップＳ２で、オブザーバ７２によって測定不可能また
は測定困難な車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇａ，エアーミ
ックスドア開度Ｘｍｍなどを推定し、これらの推定値に
基づいて現在の皮膚温度Ｔｆを予測して最適レギュレー
タ７４に出力する。FIG. 9 is a flowchart showing a control program executed by the microcomputer of the controller 7. The microcomputer starts executing the control program when a main switch (not shown) of the air conditioner is turned on. The operation of the controller 7 will be described with reference to this flowchart. In step S1, the vehicle interior temperature set value Tptc set by the room temperature setter 6 is set.
, And calculates the target skin temperature Tf ^* and the target vehicle interior temperature Tinc ^* that match the comfort of the occupant with the reference model 71, and outputs them to the optimal regulator 74. In the following step S2, the vehicle body temperature Tm, the blown air volume Ga, the air mix door opening Xmm, etc., which cannot be measured by the observer 72 or are difficult to measure, are estimated, and the current skin temperature Tf is predicted based on these estimated values. Output to the optimal regulator 74.

【００１９】ステップＳ３で、最適レギュレータ７４に
より、規範モデル７１の目標値，オブザーバ７２により
推定された皮膚温度推定値Ｔｆ^S，および測定された車
室内温度Ｔｉｎｃに基づいて、目標値との偏差および制
御量の変化量を算出するとともに、評価関数Ｊによって
目標値に追従するための最適な制御定数を算出し、制御
量を決定して線形補償器７３へ出力する。ステップＳ４
では、線形補償器７３により、最適レギュレータ７４か
らの制御量を線形化する。そして、ステップＳ５で、線
形化された制御量を空調ユニット２へ出力する。空調ユ
ニット２は、この制御量に従ってエアーミックスドアお
よび各吹出し口ドアのアクチュエータを駆動するととも
に、ブロアを駆動して車室３の空調を行なう。In step S3, the deviation from the target value is determined by the optimum regulator 74 based on the target value of the reference model 71, the estimated skin temperature Tf ^S estimated by the observer 72, and the measured vehicle interior temperature Tinc. The amount of change in the control amount is calculated, and the optimum control constant for following the target value is calculated by the evaluation function J. The control amount is determined and output to the linear compensator 73. Step S4
Then, the control amount from the optimal regulator 74 is linearized by the linear compensator 73. Then, in step S5, the linearized control amount is output to the air conditioning unit 2. The air conditioning unit 2 drives the actuators of the air mix door and each outlet door according to the control amount, and drives the blower to perform air conditioning of the passenger compartment 3.

【００２０】このように、規範モデル７１で、乗員の快
適感に合った定常時および過渡時の目標皮膚温度Ｔｆ^*
および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を設定し、オブザーバ
７２で、測定不可能または測定困難な車体温度Ｔｍ，吹
出し風量Ｇａおよびエアーミックスドア開度Ｘｍｍを推
定し、これらの推定値Ｔｍ^S，Ｇａ^S，Ｘｍｍ^Sに基づい
て皮膚温度推定値Ｔｆ^Sを求め、最適レギュレータ７４
で、目標皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*
に追従するために評価関数Ｊにより制御定数の最適値を
算出するとともに、目標皮膚温度Ｔｆ^*，目標車室内温
度Ｔｉｎｃ^*，オブザーバ７２の推定物理量Ｔｍ^S，Ｇａ
^S，Ｘｍｍ^Sおよび測定可能な車室内温度Ｔｉｎｃに基づ
いて制御量を決定するようにしたので、あらゆる環境条
件に対して応答性と安定性を確保しながら目標温度に追
従させることが可能となり、制御定数のチューニングの
ための実験工数が削減される。さらに、オブザーバ７２
によって乗員の快適な空調を実現するための重要なパラ
メータである皮膚温度Ｔｆを推定するようにしたので、
乗員に不快感を与える皮膚温度センサを装着せずに皮膚
温度Ｔｆを検出できる。As described above, in the reference model 71, the target skin temperature Tf ^{* in} the steady state and the transient state that matches the occupant's feeling of comfort ^.
The target vehicle interior temperature Tinc ^* is set, and the observer 72 estimates the unmeasurable or difficult-to-measure vehicle body temperature Tm, the blown air volume Ga, and the air mix door opening Xmm, and estimates these estimated values Tm ^S , Ga ^S , seeking skin temperature estimated value Tf ^S based on xmm ^S, optimal regulator 74
And the target skin temperature Tf ^* and the target vehicle interior temperature Tinc ^*
The optimum value of the control constant is calculated by the evaluation function J to follow the target value, the target skin temperature Tf ^* , the target vehicle interior temperature Tinc ^* , the estimated physical quantity Tm ^S of the observer 72, Ga
^S, since so as to determine the control amount based on the X mm ^S and measurable cabin temperature Tinc, it becomes possible to follow the target temperature while ensuring responsiveness and stability for all environmental conditions, Experimental man-hours for tuning control constants are reduced. Furthermore, observer 72
The skin temperature Tf, which is an important parameter for realizing comfortable air conditioning of the occupant, is estimated.
It is possible to detect the skin temperature Tf without wearing a skin temperature sensor that causes discomfort to the occupant.

【００２１】なお、上記実施例では、規範モデル７１で
目標皮膚温度Ｔｆ^*および目標車室内温度Ｔｉｎｃ^*を発
生させ、オブザーバ７２で車体温度Ｔｍ，吹出し風量Ｇ
ａ，エアーミックスドア開度Ｘｍｍおよび皮膚温度Ｔｆ
を推定するようにしたが、規範モデル７１で発生させる
物理量およびオブザーバ７２で推定する物理量は上記実
施例に限定されない。In the above-described embodiment, the reference model 71 generates the target skin temperature Tf ^* and the target vehicle interior temperature Tinc ^* , and the observer 72 generates the vehicle body temperature Tm and the blowing air volume G.
a, Air mix door opening Xmm and skin temperature Tf
Is estimated, but the physical quantity generated by the reference model 71 and the physical quantity estimated by the observer 72 are not limited to the above embodiment.

【００２２】以上の実施例の構成において、空調ユニッ
ト２が調節手段を、オブザーバー７２が皮膚温推定手段
を、規範モデル７１が目標値発生手段を、最適レギュレ
ーター７４が制御手段を、空調ユニット２と車室３が制
御対象をそれぞれ構成する。In the configuration of the above embodiment, the air conditioning unit 2 controls the adjusting means, the observer 72 controls the skin temperature estimating means, the reference model 71 controls the target value generating means, the optimal regulator 74 controls the controlling means, and the air conditioning unit 2 controls the controlling means. The cabin 3 constitutes a control target.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、車室内
温度と乗員の皮膚温度の時間的に推移させるべき目標値
を発生するとともに、制御対象に同定した制御対象の数
式化モデルにより乗員の皮膚温度を推定し、車室内温度
検出値と皮膚温度推定値がそれぞれの目標値に一致する
ように空調風の温度と風量を調節するようにした。これ
により、本発明は次のような効果が得られる。まず、車
室内温度と皮膚温度の目標値に時間的に推移させるべき
値を設定するので、環境条件の変化にともなって目標値
を変更するときに、定常時はもちろんのこと過渡時にお
いても乗員の快適感に合った空調風を設定することがで
きる。また、車室内温度と乗員の皮膚温度の目標値を設
定するので、装置の調整工数を大幅に削減することがで
きる。すなわち、車室内温度の目標値のみにより空調制
御を行うと、空調風の温度と風量の組み合わせが無数に
でき、実験により組み合わせを絞り込まなければならな
いので調整工数がかかるが、本発明によれば車室内温度
の目標値に加え、乗員の温冷感に強い相関のある乗員の
皮膚温度の目標値を設定するので、空調風の温度と風量
の組み合わせが絞り込まれて調整工数が大幅に削減され
る。次に、制御対象に同定した数式化モデルにより乗員
の皮膚温度を推定するので、乗員に不快感を与える接触
型センサーや、複雑で高価な非接触型センサーを用いず
に皮膚温度を正確に推定することができる。さらに、車
室内温度検出値と皮膚温度推定値がそれぞれの目標値に
一致するように空調風の温度と風量を調節するので、あ
らゆる環境条件に対して乗員の温冷感に合った空調を行
うことができる。As described above, according to the present invention, a target value to be temporally changed between the vehicle interior temperature and the occupant's skin temperature is generated, and the occupant is identified by a mathematical model of the controlled object identified as the controlled object. The skin temperature of the air conditioning is estimated, and the temperature and air volume of the conditioned air are adjusted so that the detected vehicle interior temperature value and the estimated skin temperature value match the respective target values. Thereby, the present invention has the following effects. First, the values that should be changed over time to the target values of the vehicle interior temperature and skin temperature are set, so when changing the target values in accordance with changes in environmental conditions, the occupants can be used not only in the steady state but also in the transient state. It is possible to set an air-conditioning style that matches the comfort of the user. Further, since the target values of the vehicle interior temperature and the occupant's skin temperature are set, the man-hour for adjusting the device can be greatly reduced. That is, if the air conditioning control is performed only by the target value of the vehicle interior temperature, the number of combinations of the temperature of the conditioned air and the air volume can be made innumerable, and the combination must be narrowed down by experiments. In addition to the target temperature of the room temperature, the target value of the skin temperature of the occupant, which has a strong correlation with the occupant's thermal sensation, is set. . Next, since the occupant's skin temperature is estimated using the mathematical model identified as the control target, the skin temperature can be accurately estimated without using a contact-type sensor that causes discomfort to the occupant or a complicated and expensive non-contact type sensor. can do. Furthermore, since the temperature and air volume of the conditioned air are adjusted so that the vehicle interior temperature detection value and the skin temperature estimation value match the respective target values, air conditioning that matches the occupant's thermal sensation under all environmental conditions is performed. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】クレーム対応図。FIG. 1 is a diagram corresponding to claims.

【図２】一実施例の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of one embodiment.

【図３】車室内温度の設定値を変化させた時の車室内温
度の変化を示すタイムチャート。FIG. 3 is a time chart showing a change in vehicle interior temperature when a set value of vehicle interior temperature is changed.

【図４】オブザーバの構成を示す制御ブロック図。FIG. 4 is a control block diagram showing a configuration of an observer.

【図５】空調制御に必要な熱負荷に関する物理量を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing physical quantities relating to a heat load required for air conditioning control.

【図６】線形補償器を示す制御ブロック図。FIG. 6 is a control block diagram showing a linear compensator.

【図７】最適レギュレータを示す制御ブロック図。FIG. 7 is a control block diagram showing an optimal regulator.

【図８】最適レギュレータにおける制御量の算出方法を
説明する図。FIG. 8 is a view for explaining a method of calculating a control amount in an optimal regulator.

【図９】コントローラのマイクロコンピュータで実行さ
れる制御プログラム例を示すフローチャート。FIG. 9 is a flowchart showing an example of a control program executed by a microcomputer of the controller.

【図１０】従来の車両用空調装置を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a conventional vehicle air conditioner.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ 空調ユニット ４ 日射センサ ５ 外気温センサ ６ 室温設定器 ７ コントローラ ７１ 規範モデル ７２ オブザーバ ７３ 線形補償器 ７４ 最適レギュレータ 2 Air-conditioning unit 4 Solar radiation sensor 5 Outside temperature sensor 6 Room temperature setting device 7 Controller 71 Reference model 72 Observer 73 Linear compensator 74 Optimal regulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 粟津 憲一 審判官 櫻井 康平 審判官 会田 博行 (56)参考文献 特開 昭63−270211（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−160908（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−109715（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−112573（ＪＰ，Ｕ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page Judge of the colleague Judge Kenichi Awazu Judge Kohei Sakurai Judge Judge Hiroyuki Aida (56) Hei 2-109715 (JP, A) Real opening Hei 2-112573 (JP, U)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 車室内へ吹き出す空調風の温度と風量を
調節する調節手段と、 車室内温度を検出する車室内温度検出手段と、 前記調節手段の制御量を入力とし車室内温度を出力とす
る制御対象に予め同定した制御対象の数式化モデルであ
って、乗員の皮膚温度を状態変数としてフィードバック
するとともに、前記数式化モデルの出力と前記車室内温
度検出値との偏差をフィードバックする数式化モデルを
有し、前記数式化モデルの前記状態変数の皮膚温度を皮
膚温度推定値とする皮膚温推定手段と、 車室内温度と乗員の皮膚温度の時間的に推移させるべき
目標値を発生する目標値発生手段と、 前記車室内温度検出値と前記皮膚温度推定値をそれぞれ
前記車室内温度目標値と前記皮膚温度目標値に一致させ
るための前記調節手段の制御量を演算し、前記調節手段
を制御する制御手段と を備えることを特徴とする車両用
空調装置。1. The temperature and air volume of conditioned air blown into a vehicle cabin
Adjusting means for adjusting, a cabin temperature detecting means for detecting a cabin temperature, and a control amount of the adjusting means as an input and a cabin temperature as an output.
Is a mathematical model of the control target previously identified as the control target.
The occupant's skin temperature as a state variable
And the output of the mathematical model and the temperature in the cabin.
Formula model that feeds back the deviation from the degree detection value
Having the skin temperature of the state variable of the mathematical model
Skin temperature estimating means for estimating skin temperature, and time course of vehicle interior temperature and occupant skin temperature
Target value generating means for generating a target value, the vehicle interior temperature detection value and the skin temperature estimation value
Match the vehicle interior temperature target value and the skin temperature target value
Calculating the control amount of the adjusting means for adjusting
Control means for controlling the air conditioner.