JP5309844B2

JP5309844B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP5309844B2
Application number: JP2008251781A
Authority: JP
Inventors: 孝仁伊藤; 光宏河村; 崇文近藤; 博章佐々木; 恒夫内田; 幸一枡田; 康彦新美
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2010083204A

Description

この発明は、車両用空調装置に関する。

特許第３３０１１０９号公報特開２００６−１２３８７４号公報

自動車の車室内空間は、一般住居等に比較すると空間容積が小さく、また、窓を閉めきると密閉空間となり、例えば、ガラス越しに漏入する熱線により駐車中の車内温度は夏季には異常に上昇する。しかし、一般の自動車用空調装置は集中型であり、車室内の空間全体の空気温度を下げるべく設計されているので、どうしても温度調節に時間が係る問題がある。そこで、特許文献１及び特許文献２には、シート内に局所空調装置を組み込み、ヘッドレストや手すり等に設けた吹出し口から冷風を吹き出すことで、車室内を分散空調する方式が提案されている。

ところで、自動車等においては、車室内空間を包括的に空調する主空調装置（例えば、オートエアコン）が設けられるのが一般的である（例えば、特許文献２）。従来、こうした主空調装置とともにシート空調装置を設ける場合、温度設定も含め独立に動作制御されることが多かった。しかしながら、この方式では、例えば、シート空調主体の動作でも十分快適となりうる状況であっても、それとは無関係に主空調装置が設定温度に応じて独立動作するため、主空調装置の出力が過剰となって燃費悪化を招いたり、過剰空調により却って不快感を増したりする不具合につながる。

本発明の課題は、車両に主空調装置とシート空調装置とが併設されるとともに、主空調装置とシート空調装置との出力バランスを適正化でき、ひいては車両全体の空調効率を高め、省エネルギーにも貢献できる車両用空調装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び作用・効果

上記の課題を解決するために、本発明の車両用空調装置は、
シート以外の車室内構造物に吹出口を有し、車室内空間を包括的に空調する主空調装置と、
シートに設けられ、当該シートに着座する乗員に対する個別空調を行なうシート空調装置と、
シートに着座する乗員の状態を検出する乗員状態検出手段と、
検出される乗員状態に応じて、主空調装置の空調出力とシート空調装置の空調出力との空調出力比が変化するように、主空調装置及びシート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御する空調制御手段と、を備え、前記シート空調装置は電気を動力源とする送風機とペルチェモジュールとから構成され、前記主空調装置は車両の走行駆動源を動力源とする冷凍機と、空調対象気流と接触してこれを冷却するエバポレータの温度を検出するエバポレータ温度センサとを有し、
前記乗員状態検出手段は前記乗員の体温を反映した体温反映情報を検出する体温反映情報検出手段を有し、
前記空調制御手段は、該冷凍機の、検出されるエバポレータ温度の閾温度との比較結果に基づいて前記冷凍機の動作をオン・オフすることにより前記主空調装置の出力を調整するとともに、冷房空調時において、前記体温反映情報が示す体温状態が低体温側にシフトするほど、前記主空調装置の空調出力に対する前記シート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、前記主空調装置及び前記シート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御し、また、燃費優先モードでの冷房空調時には、快適優先モードでの冷房空調時において標準値となる前記閾温度を上昇方向に変更設定することにより、前記主空調装置の空調出力を前記快適優先モードでの冷房空調時に比べて相対的に縮小する制御を行なうことを特徴とする。

上記本発明の空調装置の構成によると、車両に主空調装置とシート空調装置とが併設されるとともに、シートに着座する乗員の状態を検出する乗員状態検出手段を設け、検出される乗員状態に応じて、主空調装置の空調出力とシート空調装置の空調出力との空調出力比が変化するように、主空調装置及びシート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御するようにした。これにより、主空調装置とシート空調装置との出力バランスを、車両内の乗員の状態を考慮して適正化することができ、車両全体の空調効率が高めされて省エネルギーに貢献する。

シートに設ける空調装置は、ペルチェモジュールと送風機とが導風通路部とともに一体的にシートに埋設されたものとすることができる。ペルチェモジュールの採用により、シートへ冷媒配管等を引き込む必要がなくなり、構成を大幅に簡略化できる。さらに、シート毎に独立してペルチェモジュールを設けることで、乗員毎に異なる条件で空調制御することも容易である。なお、ペルチェ素子は通電断面積（電流導通方向と直交する断面積）の大きい金属導体として構成されるので、ＰＷＭ等により入力電流をスイッチングにより制御すると、波形エッジでの電流遮断時に大きな渦電流が発生し、目的の極性と逆方向の電圧が供給されて冷却効率を低下させるジュール熱が多量に発生するので好ましくない。そこで、空調制御手段は、該空調装置の吹出温度が設定入力された制御温度値に近づくように、ペルチェモジュールの駆動電流をレベル制御するように構成することが望ましい。

乗員状態検出手段は、乗員の体温を反映した体温反映情報を検出する体温反映情報検出手段を有するものとして構成できる。冷房時に乗員の体温が過剰に高かったり、あるいは暖房時に乗員の体温が過剰に低かったりする場合は、車室内が適正空調状態となっていない可能性が高く、これを参照して主空調装置とシート空調装置とのバランスを変更することで、乗員の体温を適正化し不快状態を解消するための空調制御を的確に実行することができる。

この場合、空調制御手段は、具体的には、冷房空調時において、体温反映情報が示す体温状態が低体温側にシフトするほど、主空調装置の空調出力に対するシート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、主空調装置及びシート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御するように構成できる。冷房空調出力が適正化され乗員が快適に感じていれば、乗員の体温は下がる傾向にあり、これを検出して主空調装置の出力比率を下げることで、省エネルギーと過剰空調による不快防止を効果的に達成できる。また、同様に、暖房空調時においては、体温反映情報が示す体温状態が高体温側にシフトするほど、主空調装置の空調出力に対するシート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、主空調装置及びシート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御すればよい。

また、シートが複数設けられる場合は、乗員状態検出手段は、それら複数のシートの乗員による占有状態を検出するシート占有状態検出手段を有するものとして構成できる。例えば、複数のシートのうち、いくつのものに乗員が着座しているか、あるいは殿シートに着座しているかに応じて、主空調装置とシート空調装置とのバランスを変更することで、車両全体の空調効率を効果的に高めることができ、また、無駄な空調出力となることも効果的に防止できる。

空調制御手段は、具体的には、シート占有状態検出手段が示す複数のシートの乗員による占有数が少なくなるほど、主空調装置の空調出力に対するシート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、主空調装置及びシート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御するように構成できる。乗員数が少ない場合に、乗員の存在しない車室内空間も空調対象とする主空調装置の出力を抑え、代わりに、その乗員が占有するシート空調装置の出力を優先させることで、省エネルギー化と快適性とを両立することができる。

主空調装置は車両の走行駆動源を動力源とする冷凍機と、空調対象気流と接触してこれを冷却するエバポレータの温度を検出するエバポレータ温度センサとを有するものとして構成できる。空調制御手段は、該冷凍機の、検出されるエバポレータ温度の閾温度との比較結果に基づいて冷凍機の動作をオン・オフすることにより主空調装置の出力を調整するとともに、閾温度を上昇方向に変更設定することにより、冷房空調時における該主空調装置の空調出力をシート空調装置の空調出力に対して相対的に縮小する制御を行なうように構成できる。冷凍機は、冷媒を圧縮するためのコンプレッサーを走行駆動源（例えばエンジン）により駆動するので、空調使用時は不使用時と比較して燃費が悪化する。主空調装置の空調出力をシート空調装置の空調出力に対して相対的に縮小する際に、冷凍機動作のオン・オフ切替を行なうためのエバポレータ温度の閾値を引き上げることにより、冷房空調時にあっては、冷凍機がオフ状態となる温度域が通常時よりも高温側にシフトして、空調気流温度がより高温になるまで燃費悪化につながる冷凍機が動作しなくなるので、より直接的な燃費向上を図ることができる。

なお、別の方式として、空調制御手段は、主空調装置の目標設定温度を、冷房空調時においては上昇方向に変更し、暖房空調時においては低下方向に変更することにより、該主空調装置の空調出力をシート空調装置の空調出力に対して相対的に縮小する制御を行なように構成することができる。また、空調制御手段は、主空調装置の吹出風量を減少させることにより、該主空調装置の空調出力をシート空調装置の空調出力に対して相対的に縮小する制御を行なうように構成することもできる。そして、エバポレータ温度の閾温度を変更する前述の方式も含め、これら複数の方式の２以上のものを互いに組み合わせて実施することも可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の車両用空調装置の一例に係る全体構造を示すブロック図である。主空調装置ＣＡは主ダクト１０１を備え、該主ダクト１０１には、車内空気を循環させるための内気吸い込み口１１３と、車外の空気を取込む外気吸い込み口１１４とが形成され、内外気切替ダンパー１１５によりいずれかが切替使用される。これら内気吸い込み口１１３ないし外気吸い込み口１１４からの空気は、ファン１１６によって主ダクト１０１内に吸い込まれる。

主ダクト１０１内には、吸い込まれた空気を冷却して冷気を発生させるためのエバポレータ１１７と、逆にこれを加熱して暖気を発生させるヒータコア１０２（エンジン冷却水の廃熱により発熱動作する）とが設けられている。エバポレータ１１７は冷凍機の一部をなすものであり、エンジン駆動される図示しないコンプレッサーにより圧縮後、冷却・凝結した冷媒が、その後の膨張・気化により低温化した状態で導かれ、主ダクト１１０内に吸い込まれた空気と接触して熱交換し、これを冷却する。

これら冷気と暖気とが、エアミックスダンパー１０３の角度位置に対応した比率にて混合され、吹出し口１０４，１０５，１０６より吹き出される。このうち、フロントグラス曇り止め用のデフ吹出し口１０４はフロントグラスの内面下縁に対応するインパネ上方奥に、フェイス吹出し口１０５はインパネの正面中央に、フット吹出し口１０６はインパネ下面奥の搭乗者足元に対向する位置にそれぞれ開口し、吹出し口切替ダンパー１０７，１０８，１０９により個別に開閉される。

具体的には、モータ１２０からのダンパー制御用の回転入力位相に応じて、ダンパー駆動ギア機構１１０により、フェイス吹出し口１０５のみを開いた状態（フェイス吹出モード）、フェイス吹出し口１０５とフット吹出し口６とを開いた状態（フット・フェイス吹出モード）、フット吹出し口１０６のみを開いた状態（フット吹出モード）、フット吹出し口１０６とデフ吹出し口１０４とを開いた状態（デフ・フット吹出モード）及びデフ吹出し口１０４のみを開いた状態（デフ吹出モード）の間で切り替えられる。各吹出モードの選択は、モード切替スイッチ群７５に含まれる対応するモード選択スイッチを個別に操作することにより行なう。

また、内外気切替ダンパー１１５はモータ１２１により、エアミックスダンパー１０３はモータ１１９により、吹出し口切替ダンパー１０７，１０８，１０９はモータ１２０により、それぞれ電動駆動される。これらモータ１１９，２０，２１は例えばステッピングモータにて構成される。さらにブロワモータ１２３はブラシレスモータ等で構成され、ＰＷＭ制御にて回転速度制御することにより吹出し風量が調整される。

これらモータ（アクチュエータ）１１９〜１２１，１２３及びエバポレータ１１７は、主空調ＥＣＵ１５０とシリアル通信バス１３０により接続され、該シリアル通信バス１３０を介して主空調ＥＣＵ１５０により集中制御される。また、シリアル通信バス１３０には後述のシート空調ＥＣＵ２０３が接続され、主空調ＥＣＵ１５０との連携制御のための通信が可能となっている。

主空調ＥＣＵ１５０の実体はコンピュータハードウェアであり、その入出力部には、エバポレータ温度センサ１５１、内気センサ１５５、外気センサ１５６、水温センサ１５７及び日射センサ１５８が接続されている。また、主空調ＥＣＵ１５０には、風量設定スイッチ７２、温度設定スイッチ７３、吹出モードを切り替えるモード切替スイッチ群７５、リアデフスイッチ７６、内外気切替スイッチ７７、Ａ／Ｃスイッチ７８、ファンスイッチ７９及びオート切替スイッチ８０が接続されている。

また、主空調ＥＣＵ１５０には、シートに着座する乗員を撮影するカメラ４１０が接続されている。カメラ４１０は、図５に示すように、シート（及びこれに着座する乗員）２００を正面から撮影するものであり、乗員ＨＫの上半身（少なくとも首から上の部分：すなわち、顔）が包含されるように撮影視野４１０Ｆを定め、その撮影画像から周知の画像解析により、乗員ＨＫの顔の位置を特定することができる。カメラ４１０を複数のシート毎に設けておくことで、撮影視野４１０Ｆに乗員ＨＫが特定されるか否かにより、乗員の着座の有無を判定することができ、また、それらカメラ４１０の乗員着座判定結果を総合することにより、複数のシートのいくつが乗員により占有されているか、あるいはどのシートが乗員により占有されているかを特定することができる。

さらに、主空調ＥＣＵ１５０にはサーモグラフィーカメラ４１１も接続されている。サーモグラフィーカメラ４１１は公知のものであり、露光部に設けた赤外線センサにより、物体から放射される遠赤外線の波長分布を二次元測定し、その測定結果に基づいて温度マッピングデータ（サーモグラフィー）を生成するものである。具体的には、図５に示すように、シート１に着座した乗員ＨＫの、首より上の皮膚露出部のサーモグラフィーＴＧを撮影するものであり、特に首筋部分が周囲よりも高温の領域ＨＴとして現われるので、その領域ＨＴをサーモグラフィー画像上で温度とともに特定することができる。なお、カメラ４１０の撮影視野をサーモグラフィーカメラ４１１の撮影視野４１１Ｆと一致させておくことで、カメラ４１０の画像も参照することにより、首筋領域の特定をより高精度に行なうことができる。また、体温測定値を首筋領域ＨＴの平均温度として決定することができる（多少精度は下がるが、顔の温度で代用することも可能である）。

なお、図1に示すように、各シートに荷重センサ等からなる乗員検知センサ４１２を設けることができ、各シートの乗員の着座状態を該乗員検知センサ４１２により行なうことも可能である。また、図示はしていないが、各シートの背もたれ部あるいは座部にシート温度センサを埋設し、着座した乗員の体温を該シート温度センサで検出するようにしてもよい（この場合、カメラ４１０ないしサーモグラフィーカメラ４１１を省略してもよい）。

主空調ＥＣＵ１５０は、搭載された制御アプリケーションの実行により、以下のような制御を行なう。
・内外気切替スイッチ７７の操作入力状態に対応して、内気側及び外気側のいずれかに内外気切替ダンパー１１５が倒れるよう、対応するモータ１２１の駆動ＩＣに制御指令を行なう。
・Ａ／Ｃスイッチ７８の操作状態に応じて、エバポレータ１１７の作動をオン・オフさせる。
・リアデフスイッチ７０の操作に伴い、図示しないリアガラスの電熱線に通電し、リアガラスの曇り除去を行なう。

・オート切替スイッチ８０の入力状態に基づいて、主空調装置ＣＡの動作モードをマニュアルモードとオートモードとの間で切り替える。オートモードでは、温度設定スイッチ７３による設定温度の入力情報と、内気センサ１５５、外気センサ１５６、水温センサ１５７及び日射センサ１５８の出力情報とを参照し、車内温度が設定温度に近づくよう周知のシーケンスに従い、エアミックスダンパー１０３の開度調整による吹出し温度調整と、ブロワモータ１２３による風量調整と、吹出し口切替ダンパー１０７，１０８，１０９の位置変更とがなされるよう、対応するモータ１１９，１２３，１２０の動作制御指令を行なう。
・マニュアルモードでは、風量設定スイッチ７２とモード切替スイッチ群７５との操作入力状態に対応して、ブロワモータ１２３による風量調整を行なうとともに、吹出し口切替ダンパー１０７，１０８，１０９が対応する開閉状態となるようにモータ１２０への駆動制御指令を行なう。

オート空調制御は、具体的には、主空調風の目標吹出温度ＴＡＯを算出することにより行なう。この目標吹出温度ＴＡＯは、下記（１）式に基づいて算出されるものであり、車室内を設定温度ＴＳＥＴに維持するために必要な吹出温度を意味する。
ＴＡＯ＝Ｅ×（ＴＳＥＴ＋△Ｔ）
−Ｆ×ＴＲ−Ｇ×ＴＡＭ−Ｈ×ＴＳ＋Ｃ・・・（１）
ＴＳＥＴ：設定温度（通常：温度設定スイッチ７４による設定温度／通信途絶時：ＲＯＭ４２に記憶されている所定温度）
ＴＲ：室内温度（内気センサ８１により検出）
ＴＡＭ：外気温（外気センサ８２により検出）
ＴＳ：日射量（日射センサ８４により検出）
△Ｔ，Ｃ：補正定数
Ｅ〜Ｈ：係数
エアミックスダンパー１０３の開度（吹出し温度）と、ブロワモータ１２３による風量は、算出された目標吹出温度ＴＡＯの値に応じて決定される。

また、エバポレータ１１７の表面温度ξはエバポレータ温度センサ１５１により検出され、該温度ξが予め定められた閾値ξ_ｓ０（標準値：例えば、エバポレータへの結露凍結が生ずる限界温度付近に設定される）未満になると、エンジン（走行駆動源）によるコンプレッサー駆動が遮断され、エバポレータ１１７の冷却が停止する（つまり、エバポレータ１１７はオフ状態となる）。そして、エバポレータ１１７の表面温度ξが上昇し、閾値ξ_ｓ０を超えるとコンプレッサーがエンジンに再接続され、エバポレータ１１７の冷却が再開される（つまり、エバポレータ１１７はオン状態となる）。後述のごとく、エバポレータ１１７のオン・オフ切替のための上記閾値は、燃費優先制御を行なうための主空調装置ＣＡの出力抑制を目的として、上記標準値ξ_ｓ０よりも高温側に変更設定することが可能とされている。

次に、図２はシート空調装置の一例を示す全体概要図である。該シート空調装置５０は、自動車の各シート２００、例えば運転席と助手席とにそれぞれ組み込まれている。該シート２００は、乗員の臀部を乗せる座部２０１と、背中を当てる背もたれ部２０２と、背もたれ部２０２の頂部に取り付けられたヘッドレスト３０２とを有する。そして、座部２０１及び背もたれ部２０２の各表皮２０３には吹出口２０４が形成されている。

座部２０１及び背もたれ部２０２の各内部には空気ダクト２０５が形成されている。この空気ダクト２０５は車室内に一端が開口し、他端が上記吹出口２０４に開口している。そして、各空気ダクト２０５の途中にペルチェモジュール３０３が介装されている。ペルチェモジュール３０３は、一方の面が吸熱面、他方の面が放熱面となるように、厚さ方向に直流通電駆動される周知のペルチェ素子と、順方向通電時に冷却側、逆方向通電時に発熱側となる面に密着配置される金属製のヒートブロックと、同じく空調熱交換側となる面に密着配置される金属製のヒートシンクとを有し、ヒートシンクの裏面に熱交換を促進するためのフィが一体化された周知の構成を有するものである（例えば特開２００５−２８０７１０号公報参照）。

空気ダクト２０５の途中におけるペルチェモジュール３０３の上流側には、該ペルチェモジュール３０３の放熱フィンには車室内の空気を圧送する送風機３０４が設けられている。送風機３０４は放熱フィンに周囲の空気を吹き付けることにより温度調整された空気を生成し、この温度調整された空気が空気ダクト２０５を介して吹出口２０４から吹き出される。このように、空気ダクト２０５、ペルチェモジュール３０３及び送風機３０４を有したペルチェ空調ユニット２１０Ａが背もたれ部２０２に、また、同様の構成のペルチェ空調ユニット２１０Ｂが座部２０１に、それぞれ個別に組み込まれた構造となっている。上記のような構造のペルチェ空調ユニット２１０Ａ，２１０Ｂ（以下、両者を総称する場合には、「ペルチェ空調ユニット２１０」とも記載する）の組を有した車両用シート空調装置が、自動車の各シート（具体的には、運転席１（Ａ）、助手席１（Ｂ），右後部座席１（Ｃ）、左後部座席１（Ｄ））に独立して組み込まれている。

次に、図３は、上記車両用シート空調装置５０の電気的構成の一例を示すブロック図である。要部をなすのはマイクロプロセッサとして構成されたシート空調ＥＣＵ１０３（空調制御手段）を主体とする制御回路であり、温度入力設定手段をなす手元操作スイッチ（温調設定スイッチ２１２と手元電源スイッチ２１３が温調入力インターフェース２２２を介して、それぞれシート空調ＥＣＵ１０３に接続されている。シート空調ＥＣＵ１０３は、各シートのシート空調装置５０毎に個別に設けられている。

シート空調ＥＣＵ１０３には、各々ペルチェモジュール３０３、送風機３０４、及びそれらの駆動制御を司る駆動ユニット２２１の組からなるペルチェ空調ユニット２１０Ａ（背もたれ側）及び２１０Ｂ（座部側）が接続されている。駆動ユニット２２１は、ペルチェモジュール３０３を冷房使用時と暖房使用時とで互いに異なる極性にて通電駆動するものである。

図２に示すように、各シート２００には、乗員が操作するための空調装置用の手元操作スイッチ２１２が設けられている。シート空調ＥＣＵ１０３は、該手元電源スイッチ２１３がオフ状態のときペルチェ空調ユニット２１０の動作を停止する。手元操作スイッチ２１２はプッシュ機能付のロータリースイッチであり、１回押圧すると引っ込んで手元電源スイッチ２１３をオフ状態とする。一方、さらに押圧すると飛び出して電源スイッチ２１３をオン状態とし、設定温度変更のための回転操作が可能となる。このとき、手元操作スイッチ２１２は、中立位置ＮＴＬに関して第一方向に回転させると暖房モードでの温度設定となり、中立位置ＮＴＬから離れるほど設定温度は高くなるとともに、当該第一方向の限界位置まで回転させると最高暖房温度の設定状態となる。また、中立位置ＮＴＬに関して第二方向に回転させると冷房モードでの温度設定となり、中立位置ＮＴＬから離れるほど設定温度が低くなるとともに、当該第二方向の限界位置まで回転させると最低冷房温度の設定状態となる。電源スイッチ２１３のオン／オフ状態、及び温度設定状態（さらには、冷暖房モード）は温調入力インターフェース２２２を介してシート空調ＥＣＵ１０３に入力される。

また、温調入力インターフェース２２２には、連動／独立切替スイッチ２１４が接続されている。図５に示すように、該連動／独立切替スイッチ２１４は、手元操作スイッチ２２２に近接してシート２００に取り付けられ、該スイッチ２１４を第一位置（「連動」）側に操作すると、温調入力インターフェース２２２はシート空調装置５０を主空調装置ＣＡと連動制御する連動モードの選択信号をシート空調ＥＣＵ１０に出力し、第二位置（「独立」）側に操作すると、シート空調装置５０を主空調装置ＣＡとは独立して制御する独立モードの選択信号をシート空調ＥＣＵ１０に出力する。

図４は、駆動ユニット２２１の回路構成例を示すものである。駆動電源は、ペルチェ素子への過電圧印加防止を考慮して、絶縁型に構成されている。具体的には、車載バッテリー電圧＋Ｂを入力電圧として受電する入力側ＤＣ電源２５０を有し、そのＤＣ出力電圧が、昇圧用発振回路２５３により駆動される昇圧スイッチング用トランジスタ２５２（本実施形態ではパワーＦＥＴにて構成され、昇圧スイッチング周波数は１０〜３０ｋＨｚ：例えば、１５ｋＨｚ）によりスイッチングされつつ、昇圧用のトランス２５１の１次側に入力される。該トランス２５１の２次側昇圧出力電圧は８〜１５Ｖ（例えば１２Ｖ）である。なお、昇圧用発振回路２５３は、トランス２５１の一次側インダクタンスの一部を流用した自励式発振回路として構成されている。

トランス２５１の２次側昇圧出力電圧は、ダイオード２５４Ｄにより半波整流され、さらにコンデンサ２５４Ｃにより平滑化された後、ＰＷＭスイッチング用トランジスタ２５５に入力される。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ２５５はパワーＦＥＴにて構成され、シート空調ＥＣＵ１０３が決定するデューティ比（例えば５０〜１００％）にてＰＷＭスイッチングされる。ＰＷＭスイッチング用トランジスタ２５５は、ゲート駆動用トランジスタ２５６を介してフォトカプラ２６５によりスイッチングされる。

ペルチェ素子は導通断面積の大きい金属導体として構成されているので、ＰＷＭスイッチング電圧波形をペルチェ素子へ直接入力すると、波形エッジでの電流遮断時に渦電流が発生し、目的の極性と逆方向の電圧が供給されて冷却効率を低下させるジュール熱が多量に発生するので好ましくない。そこで、本実施形態では、コイル２５８とコンデンサ２５９とを有した駆動平滑化回路により、上記ＰＷＭスイッチング電圧波形をデューティ比に応じた直流駆動電圧（出力電圧範囲は、例えば６〜１２Ｖ：出力電流範囲は、例えば３〜６Ａ）として平滑化し、極性切替スイッチ２６０を介してペルチェモジュール３０３に供給するようにしている。なお、ＰＷＭスイッチング周波数は例えば１〜５ｋＨｚであり、昇圧スイッチング周波数よりも小さく設定される。

極性切替スイッチ２６０は、本実施形態ではリレースイッチとして構成され、リレー駆動トランジスタ２６２を介してフォトカプラ２６３により動作制御される（ここでは、リレー駆動トランジスタ２６２がＯＦＦのとき、端子２６０Ａが電源入力／端子２６０Ｂが接地となり（順方向極性）、同じくオンのときは端子２６０Ａが接地／端子２６０Ｂが電源入力となるよう（逆方向極性）、スイッチ２６０が切り替わる）。また、送風機３０４へのモータ駆動出力は、トランス２５１の２次側にてＰＷＭスイッチング用トランジスタ２５５の前段より、電圧安定化用のレギュレータＩＣ２６４を介して非スイッチング状態で取り出される。

なお、本実施形態では車載バッテリー電圧＋Ｂの変動を補償するために昇圧回路を組み込んでいるが、ペルチェ素子の動作が保障できる場合、例えば、ペルチェ素子への駆動出力電圧範囲が車載バッテリー電圧＋Ｂの変動範囲よりも常時小さいことが保障できる場合には、この昇圧回路を省略することも可能である。この場合、ペルチェ素子への出力段に電圧モニタリング部を追加し、ＰＷＭスイッチングのデューティ比制御にこれをフィードバックして電圧を安定化するレギュレータ部を追加すればよい。また、ペルチェ素子への駆動出力電圧が車載バッテリー電圧＋Ｂの変動範囲を若干上回る場合にあっても、該レギュレータ部を周知の昇圧型ステップアップ回路として構成すれば、昇圧回路は同様に省略できる。

前述のごとく、電源スイッチ２１３のオン／オフ状態、及び温度設定状態（さらには、冷暖房モード）は温調入力インターフェース２２２を介してシート空調ＥＣＵ１０３に入力される。電源スイッチ２１３がオフ状態のとき、シート空調ＥＣＵ１０３は、入力側ＤＣ電源２５０へのバッテリー受電系路上に設けられた電源スイッチ２５０Ｓをオフにし、ペルチェモジュール３０３と送風機３０４とを双方ともに停止させる。一方、電源スイッチ２１３がオン状態のときは電源スイッチ２５０Ｓをオンにする。そして、手元操作スイッチ２１２が冷房側に回転していればリレー駆動トランジスタ２６２をオフとし、通電極性を順方向とする。また、暖房側に回転していればリレー駆動トランジスタ２６２をオンとし、通電極性を逆方向とする。

また、冷房側及び暖房側のいずれにおいても、手元操作スイッチ２１２の操作角度は、例えばポテンショメータ等を介して温調入力インターフェース２２２により読み取られ、冷房設定温度θないし暖房設定温度θ’に変換されてシート空調ＥＣＵ１０３に送られる。

以下、フローチャートを用いて、上記車両用空調装置の動作説明を行なう。
図７は、主空調ＥＣＵ１５０による主空調制御の第一例に係る流れを示すフローチャートである。Ｓ１では、着座した乗員の体温を前述のサーモグラフィーにより検出する。複数の乗員が着座している場合は、それら乗員の体温の平均値を算出し、これを代表値として用いるか、あるいは、乗員に予め優先順位をつけておき、該優先順位の上位に位置する乗員の体温で代表させる。具体的には、図５の顔面（あるいは首筋領域ＨＴ）の体温Ｔが適正範囲外にある場合、例えば冷房空調時においては、該体温Ｔが高温側閾値（例えば、３６．８〜３７．５度）を超えている場合は、Ｓ２からＳ５へ進んで燃費（省エネルギー）優先モードによる空調制御処理となる。他方、体温Ｔが適正範囲内にある場合、例えば冷房空調時において、該体温Ｔが高温側閾値未満の場合は、Ｓ３に進み、着座している乗員の人数を特定する。この人数が閾人数（例えば、２人あるいは３人）未満の場合も、Ｓ４からＳ５に進んで燃費優先モードによる空調制御処理となる。また、Ｓ２において体温Ｔが適正範囲内にあり、かつ、Ｓ４にて乗員人数が閾人数以上の場合はＳ８に進み、快適優先モードによる空調制御処理となる。

すなわち、乗員の体温が適正範囲外にある場合は、乗員にとって不快な状況が長く継続しないよう、シート空調装置５０の出力を増強した快適優先モードを採用する。一方、乗員の体温が適正範囲内にあるか、あるいは乗員数が少ない場合には、シート空調装置５０の出力を抑制した燃費優先モードを採用する。

例えば冷房空調時にあっては、快適優先モードでは、Ｓ５においてエバポレータ１１７のオン・オフ切替のための閾値（以下、エバポレータ切替閾値温度ともいう）として標準値ξ_ｓ０が採用され、また、図１の温度設定スイッチ７３からの入力温度（そのまま表示部（液晶ディスプレイ）４に表示される）は、Ｓ６にて、無補正で主空調ＥＣＵ１５０における設定温度として採用される。他方、燃費優先モードでは、Ｓ８においてエバポレータ切替閾値温度として、前述の標準値ξ_ｓ０よりもΔξ（例えば、３℃〜１０℃）だけ高温側にシフトさせたξ_Ｓが採用され、また、図１の温度設定スイッチ７３からの入力温度（そのまま表示部（液晶ディスプレイ）４に表示される）は、Ｓ８にて、Δθだけ高温側に補正した値にて、主空調ＥＣＵ１５０における設定温度として採用される（つまり、表示部４上の見かけの設定温度はθだが、実際にはそれよりも高いθ＋Δθが設定される）。

両モードでの処理を比較すると、快適優先モードでは、エバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓが燃費優先モードよりも低く設定される（ξ_Ｓ０）ので、エバポレータ１１７の表面温度がより低温となり、主空調装置ＣＡの出力が増大する（つまり、主空調装置ＣＡの「利き」がよくなる）ので、乗員が快適と感じられる空調環境が速やかに実現する。ただし、冷凍機がオフ状態となる温度域が下がるため、エンジンがコンプレッサーを駆動する期間比率も長くなり、燃費は低下する。他方、燃費優先モードでは、上記温度閾値ξ_Ｓが快適優先モードよりも高く設定される（ξ_Ｓ０＋Δξ）ので、エバポレータ表面温度がより高温になるまで冷凍機が動作しなくなり、直接的な燃費向上を図ることができる。また、内部処理上は主空調装置ＣＡの設定温度もθ＋Δθに引き上げられるので、目標吹出温度ＴＡＯは高めに演算されることになり、主空調装置ＣＡの出力が抑制されても、吹出風量やエアミックスダンパーの開度は適正に制御されることとなる。

快適優先モード燃費優先モードとでは、上記のごとく主空調装置ＣＡの出力に相対的に差が付与される。他方、シート空調装置５０側では、両モードで同じ出力となるように制御を行なってもよいし、モード間での出力優劣関係を主空調装置ＣＡとは逆転させた形で、シート空調装置５０の出力にもモード間で相対的に差が付与されるように制御を行なってもよい。後者の場合は、主空調装置ＣＡとシート空調装置５０との間で連動制御がなされる形なる。本実施形態では、この連動制御を行なうか行なわないかの切替を、図２及び図３の連動／独立切替スイッチ２１４の操作により実施できるようになっている。該スイッチの操作状態に基づく連動制御の指令情報は、後述のごとく、シート空調ＥＣＵ２０３から主空調ＥＣＵ１５０へ通信により送信されている。そして、連動制御が指令されている場合に限り、該連動制御に使用する補正係数αとして、快適優先モードではＳ７にて値α_ＣＦが、燃費優先モードではＳ１０にて値α_ＳＥが（ただし、＜０α_ＣＦ＜α_ＳＥ＜１）それぞれ主空調ＥＣＵ１５０からシート空調ＥＣＵ２０３に通信により送信される。

図８は、シート空調ＥＣＵ１０３によるシート空調制御の流れを示すフローチャートである。まず、Ｓ１０１では手元電源スイッチ２１３がＯＮになっているか否かを判定する。ＯＮになっていなければＳ１０９に進み、ペルチェモジュール３０３及び送風機（ファン）３０４の動作を停止する。

一方、Ｓ１０１では手元電源スイッチ２１３がＯＮになっていればＳ１０２に進み、温調入力インターフェース２２２が手元操作スイッチ２１２の操作位置に基づいて決定した冷房設定温度θないし暖房設定温度θ’を取得する。また、Ｓ１０３では、図４の主空調装置ＣＡ側からは、内気センサ１５５の温度検出値Ｔを、通信バス１３０を介して取得する。そして、Ｓ１０４では、冷房時は図６Ａのデューティ比テーブルを、暖房時は図６Ｂのデューティ比テーブルを参照して、適正なデューティ比η（電流値に対応する）を読み取る。冷房時はＴ−θが大きくなるほどデューティ比（電流値）ηは高く設定され、暖房時はθ−Ｔが大きくなるほどデューティ比（電流値）ηは高く設定される。

次に、Ｓ１０５では、温調入力インターフェース２２２が連動／独立切替スイッチ２１４（図２、図３）の操作位置に基づいて出力するモード選択信号をリードする。独立モードであれば、図１においてシート空調ＥＣＵ１０３は、該独立モードが選択されている旨を主空調ＥＣＵ１５０に通信バス１３０を介して通知する。そして、Ｓ１０８に進み、シート空調ＥＣＵ１０３は、読み取ったデューティ比ηをそのまま制御設定デューティ比（駆動デューティ比）η’として採用する。

他方、連動モードであればＳ１０６に進み、該連動モードが選択されている旨を主空調ＥＣＵ１５０に通知する。主空調ＥＣＵ１５０からは、前述のごとく、シート空調装置５０の出力を補正するための補正係数α（快適優先モードではα_ＣＦ、燃費優先モードではα_ＳＥ：α_ＣＦ＜α_ＳＥ）から送信されてくるので、Ｓ１０６でこれを取得する。シート空調ＥＣＵ１０３は、Ｓ１０６にてこの補正係数αを主空調ＥＣＵ１５０から通信取得し、Ｓ１０７で、読み取ったデューティ比ηを該補正係数αで補正し、これを制御設定デューティ比（駆動デューティ比）η’として採用する。そして、Ｓ１０９では、ＰＷＭスイッチング用トランジスタ２５５を上記制御設定デューティ比η’でスイッチング駆動して、ペルチェ素子の出力調整を行なう。前述のごとく、＜０α_ＣＦ＜α_ＳＥ＜１だから、制御設定デューティ比η’は燃費優先モードにて快適優先モードよりも高くなる。これにより、燃費優先モードでは、主空調装置ＣＡの出力が抑制される代わりにシート空調装置５０の出力が増強され、快適性を良好に維持できる。

なお、ペルチェモジュールの電流出力（上記の実施形態ではこれに対応したスイッチング入力波形のデューティ比）の補正とともに（あるいは、該補正に代えて）、送風機（ファン）３０４の出力補正を行なうようにしてもよい。

なお、上記説明した例では、乗員の体温及び着座人数（あるいは着座位置）が一定の条件を充足しているか否かに基づき、主空調装置ＣＡの制御条件を、２モード（燃費優先モードと快適優先モード）間での択一的に切り替える処理を行なっていたが、本発明は当然にこれに限定されるものではない。以下、乗員の体温や着座人数（あるいは着座位置）に応じて、主空調装置ＣＡとシート空調装置５０との連動制御条件を、さらにきめ細かく変更する変形実施態様について説明する。ただし、各変形実施態様にてシート空調ＥＣＵ１０３側での処理流れは、図８と同じである。

図９は、その第一変形例に係る主空調ＥＣＵ１５０側での処理の流れを示すものである（冷房空調時にて代表させて説明を行なう）。２０１では、既に説明した周知の手法により目標吹出温度ＴＡＯを演算する。Ｓ２０２では選択中のモードに係る情報をシート空調ＥＣＵ１０３から取得する。連動モードであればＳ２０４に進み、図７のＳ１と同様に体温情報をリードする。そして、体温情報に反映された体温値Ｔを基準値Ｔ０と比較し、体温偏差ΔＴをＴ−Ｔ０として演算する。図１１に示すように、シート空調装置５０側に送信する補正係数α（０＜α＜１）は、体温偏差ΔＴが小さくなるほど大きくなるように（具体的には、ΔＴ＝０でα＝１となり、ΔＴがある上限値以上では一律にゼロとなるように）、予め定められ、ＥＣＵ内のメモリに記憶されている。Ｓ２０７ではΔＴに対応する補正係数αの値を読み取り、Ｓ２０８で、これをシート空調ＥＣＵ１０３へ送信する。

また、Ｓ２０９では、αの値から主空調装置側の補正係数βを演算する。該補正係数βの値は、体温偏差ΔＴが小さくなるほど主空調装置ＣＡの出力は小さくなるよう（つまり、αとは体温偏差ΔＴに対する増減の傾向が逆となるように）、０〜１の範囲で定めてある。本実施形態では、βはαに対し相補的に定義されており（すなわち、β≡１−α）、αの値からβを演算により決定するようにしている。

そして、図１３に示すように、前述のエバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓの設定値が、αの値に応じて異なる値となるように、具体的にはαが大きくなるほど低くなるように（換言すれば、βが大きくなるほど高くなるように）、ＥＣＵ内のメモリに記憶されており、Ｓ２０９にて、そのβに対応したエバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓの値を読み出し、設定する。これにより、主空調装置ＣＡ側では、補正係数β（≡１−α）により、体温偏差ΔＴが低くなるほどエバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓが上昇するように切替設定されて、その出力が抑制され、他方、シート空調装置５０側では、補正係数αにより駆動デューティ比が大きくなるように補正され、出力が増強される。

一方、Ｓ２０４にて独立モードであればＳ２１０に進み、エバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓとして無補正の基準値ξ_Ｓ０が採用され、シート空調装置５０側への補正係数の送信もなされない。つまり、主空調装置ＣＡとシート空調装置５０とは、従来通り、各々の設定値に基づいた独立制御が実施される。

図１０は、図９におけるＳ２０４（体温偏差ΔＴの演算及び対応する補正係数αの取得）の処理を行なう代わりに、Ｓ２０５にて乗員の着座人数をリードする。図１２に示すように、シート空調装置５０側に送信する補正係数α（０＜α＜１）は、着座人数が少ないほど大きくなるように予め定められ、ＥＣＵ内のメモリに記憶されている。Ｓ２０７では着座人数に対応する補正係数αの値を読み取り、Ｓ２０８で、これをシート空調ＥＣＵ１０３へ送信する。Ｓ２０９以下の処理内容は図９と同じである。なお、乗員の着座人数のみでなく、乗員の着座位置も考慮して補正係数を決定することも可能である。この場合は、例えば、図１８に示すように、運転席、助手席及び後部座席の占有パターン（Ｐ１，Ｐ２，‥，Ｐ５）毎に、補正係数αの値を定めておけばよい。

なお、図９に図１０のＳ２０５の処理を追加し（一点鎖線で示す）、体温偏差ΔＴによる補正係数α（及びβ）と、着座人数による補正係数α（及びβ）とを併用して空調出力補正を行なってもよい。この場合、両係数の平均値（適宜重みを付与してもよい）を用いて空調出力補正を行なう方式を例示できるが、これに限定されるものではない。

また、上記のようにエバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓを変更して空調出力補正を行なう態様に限らず、図１４に示すように、補正係数α（及びβ）により空調設定温度θを補正する態様も可能である。この場合、例えば冷房空調時においては、図１４に示すように、空調設定温度θの増加補正値Δθを、補正係数α（≡１−β）が大きくなるほど増大するように定めておくとよい。この場合の処理流れは、図９及び図１０のフローチャートにおいて、Ｓ２０９及びＳ２１０を、図１５のＳ１２０９及びＳ１２１０で置き換えたものとなる。すなわち、Ｓ１２０９では、図１４にて１−β（＝α）に対応するΔθの値を読み取り、入力温度θを該Δθだけ高温側にシフトさせて主空調装置ＣＡに対する設定温度とする。他方、Ｓ１２１０では、入力温度θを補正せずに主空調装置ＣＡに対する設定温度とする。また、エバポレータ切替閾値温度ξ_Ｓと入力温度θとの双方を補正する態様ももちろん可能であり、この場合の処理流れは、図９及び図１０のフローチャートにおいて、Ｓ２０９及びＳ２１０を、図１６のＳ２２０９及びＳ２２１０で置き換えたものとなる。

また、図９及び図１０のフローチャートにおいて、Ｓ２０１で演算されるＴＡＯをβで補正することにより（例えば、演算されたＴＡＯにβを乗じて補正することにより）、主空調装置ＣＡの出力を調整する態様も可能である。この場合の処理流れは、図９及び図１０のフローチャートにおいて、Ｓ２０９及びＳ２１０を、図１７のＳ３２０９及びＳ３２１０で置き換えたものとなる。

本発明の車両用空調装置を構成する主空調装置の電気的構成を、その周辺部とともに示すブロック図。本発明の車両用空調装置を構成するシート空調装置の一例を示す側面断面図。シート空調装置の電気的構成の一例を示す全体ブロック図。ペルチェモジュールの駆動ユニットの電気的構成の一例を示す回路図。顔カメラ及びサーモグラフィーカメラの視野設定例を示す模式図。冷房時に使用するデューティ比テーブルの模式図。暖房時に使用するデューティ比テーブルの模式図。主空調制御処理の第一例に係る流れを示すフローチャート。シート空調制御処理の流れを示すフローチャート。主空調制御処理の第二例に係る流れを示すフローチャート。主空調制御処理の第三例に係る流れを示すフローチャート。体温偏差に応じたシート空調装置側の補正係数の設定例を模式的に示す図。着座人数に応じたシート空調装置側の補正係数の設定例を模式的に示す図。シート空調装置側の補正係数に応じたエバポレータ切替閾値温度の設定例を模式的に示す図。シート空調装置側の補正係数に応じた主空調設定温度補正値の設定例を模式的に示す図。図１３の場合の主空調制御に係る処理流れを、図９の処理との相違点を抽出する形で示す図。図１４の場合の主空調制御に係る処理流れを、図９の処理との相違点を抽出する形で示す図。ＴＡＯ補正を行なう場合の主空調制御に係る処理流れを、図９の処理との相違点を抽出する形で示す図。シート空調装置側の補正係数を規定する種々の着座パターンを示す図。

符号の説明

ＣＡ主空調装置
５０シート空調装置
１０３シート空調ＥＣＵ（空調制御手段）
１５０主空調ＥＣＵ（空調制御手段）
１５１エバポレータ温度センサ
２００シート
４１０人カメラ（シート占有状態検出手段）
４１１サーモグラフィーカメラ（体温反映情報検出手段）

Claims

シート以外の車室内構造物に吹出口を有し、車室内空間を包括的に空調する主空調装置と、
前記シートに設けられ、当該シートに着座する乗員に対する個別空調を行なうシート空調装置と、
前記シートに着座する乗員の状態を検出する乗員状態検出手段と、
検出される乗員状態に応じて、前記主空調装置の空調出力と前記シート空調装置の空調出力との空調出力比が変化するように、前記主空調装置及び前記シート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御する空調制御手段と、
を備え、
前記シート空調装置は電気を動力源とする送風機とペルチェモジュールとから構成され、
前記主空調装置は車両の走行駆動源を動力源とする冷凍機と、空調対象気流と接触してこれを冷却するエバポレータの温度を検出するエバポレータ温度センサとを有し、
前記乗員状態検出手段は前記乗員の体温を反映した体温反映情報を検出する体温反映情報検出手段を有し、
前記空調制御手段は、該冷凍機の、検出されるエバポレータ温度の閾温度との比較結果に基づいて前記冷凍機の動作をオン・オフすることにより前記主空調装置の出力を調整するとともに、冷房空調時において、前記体温反映情報が示す体温状態が低体温側にシフトするほど、前記主空調装置の空調出力に対する前記シート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、前記主空調装置及び前記シート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御し、また、燃費優先モードでの冷房空調時には、快適優先モードでの冷房空調時において標準値となる前記閾温度を上昇方向に変更設定することにより、前記主空調装置の空調出力を前記快適優先モードでの冷房空調時に比べて相対的に縮小する制御を行なうことを特徴とする車両用空調装置。
前記空調制御手段は、暖房空調時において、前記体温反映情報が示す体温状態が高体温側にシフトするほど、前記主空調装置の空調出力に対する前記シート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、前記主空調装置及び前記シート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御する請求項１に記載の車両用空調装置。
前記シートが複数設けられるとともに、前記乗員状態検出手段は、それら複数のシートの前記乗員による占有状態を検出するシート占有状態検出手段を有する請求項１又は請求項２に記載の車両用空調装置。
前記空調制御手段は、前記シート占有状態検出手段が示す複数の前記シートの前記乗員による占有数が少なくなるほど、前記主空調装置の空調出力に対する前記シート空調装置の空調出力の比率が大きくなるように、前記主空調装置及び前記シート空調装置の少なくともいずれかの動作を調整制御する請求項３記載の車両用空調装置。