JP7031237B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載される空調装置に関する。

近年、車室内の温度を予め設定された目標温度に維持するだけでなく、乗員の温熱感を快適に維持するために、よりきめ細やかな制御を行うことのできる空調装置について検討が進められている。例えば下記特許文献１に記載の空調装置では、風速や着衣量等の複数の情報を用いながら、車室内に吹き出される空調風の温度を調整している。

特許第３４９８３５６号公報

乗員が感じる温熱感は、気温、湿度、輻射、風速、代謝量、及び着衣量からなる６つの要素から影響を受けることが知られている。換言すれば、上記６つの要素を全て正確に検知することができれば、これらに基づいて温熱感を正確に算出することが可能となる。

上記特許文献１に記載の空調装置では、上記６つの要素の一つである風速を検知することを目的として、吹き出し口の近傍となる位置に風速センサを備えている。しかしながら、乗員の感じる温熱感を正確に算出するためには、吹き出し口の近傍における風速ではなく、乗員の身体の近傍、特に皮膚が露出している部分の近傍における風速を正確に検知する必要がある。しかしながら、乗員の近傍に風速センサを設けることは現実的ではないので、そのような位置における風速を正確に検知することは難しい。

また、吹き出し口の近傍における風速と、乗員の身体の近傍における風速とは、互いに異なっていることが多い。このため、吹き出し口の近傍における風速に基づいて温熱感の算出を行った場合には、実際とは異なる温熱感が算出されてしまうこととなる。その結果、空調の制御が適切には行われなくなってしまう可能性が高い

本開示は、乗員の感じる温熱感を高い精度で算出することのできる空調装置、を提供することを目的とする。

本開示に係る空調装置は、車両（ＭＶ）に搭載される空調装置（１０）であって、車両の車室内に向けた空調風の吹き出しを調整する空調制御部（１１０）と、車両の乗員が感じる温熱感を算出する温熱感算出部（１２０）と、を備える。温熱感算出部によって温熱感の算出が行われる際に、空調制御部は、乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらないように、空調風の吹き出しを調整する制御、である風調整制御を行う。車室内の熱負荷が大きい状態である空調過渡状態においては、空調制御部は風調整制御を行わない。

このような空調装置では、温熱感算出部によって温熱感の算出が行われる際には、空調制御部によって風調整制御が行われる。風調整制御とは、乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらないように、空調風の吹き出しを調整する制御である。このため、温熱感算出部によって温熱感の算出が行われる際には、乗員の皮膚が露出している部分の近傍における風速は概ね０となる。

つまり、上記の風調整制御が行われると、乗員の近傍における風速が既知となる。このため、吹き出し口の近傍における風速に基づく場合に比べて、乗員の感じる温熱感を高い精度で算出することが可能となる。

本開示によれば、乗員の感じる温熱感を高い精度で算出することのできる空調装置、が提供される。

図１は、本実施形態に係る空調装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、車室内の様子を描いた図である。 図３は、制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、風調整制御の態様を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る空調装置１０の構成について説明する。空調装置１０は、車両ＭＶ（図２を参照）に搭載されるものであり、車両ＭＶの車室内の空調を行うための装置である。図１に示されるように、空調装置１０は、空調機構部２００と、操作部２１０と、制御装置１００と、を備えている。

空調機構部２００は、車室内の空調を行うための機構部分である。空調機構部２００には、冷凍サイクルを構成する圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器や、空気を送り出すための送風機、吹き出される空調風の向きを調整するためのスイングルーバ等（いずれも不図示）が含まれる。尚、このような空調機構部２００の構成としては公知のものを採用し得るので、その具体的な図示や説明については省略する。空調機構部２００の動作は後述の制御装置１００によって制御される。

操作部２１０は、空調装置１０の動作を変更するための操作を乗員から受け付ける部分である。図２に示されるように、操作部２１０はインストルメントパネルＩＰに設けられている。乗員は、操作部２１０を操作することにより、例えば空調のＯＮ／ＯＦＦを切り換えたり、空調風の風速等を調整したりすることができる。このような操作部２１０は、複数の機械的なスイッチによって構成されていてもよく、タッチパネル画面として構成されていてもよい。

制御装置１００は、空調装置１０の全体の動作を制御するための装置である。制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置１００は、機能的な制御ブロックとして、空調制御部１１０と、温熱感算出部１２０と、温熱感算出部１２０と、着衣量検知部１３０と、代謝量検知部１４０と、好み判定部１５０と、を備えている。

空調制御部１１０は、後述の空調機構部２００の動作を制御することにより、車室内に向けた空調風の吹き出しを調整する部分である。空調制御部１１０は、空調風の風向、風速、温度をそれぞれ調整する。また、空調制御部１１０は、空調風の出口となる吹き出し口を切り換える制御も行う。

温熱感算出部１２０は、車両ＭＶの乗員が感じる温熱感を算出する部分である。温熱感算出部１２０によって算出される温熱感は、本実施形態では５段階の数値で表される。具体的には、「暑い」ことを示す＋２と、「少し暑い」ことを示す＋１と、「ちょうどよい」ことを示す０と、「少し寒い」ことを示す－１と、「寒い」ことを示す－２と、のうちのいずれかの数値として温熱感が算出される。

温熱感算出部１２０による温熱感の算出は、気温、湿度、輻射、風速、代謝量、及び着衣量からなる６つの要素に基づいて行われる。「気温」とは、車室内の空気の温度のことである。当該気温は、後述の気温センサ３１によって検知される。「湿度」とは、車室内の空気の湿度のことである。当該湿度は、後述の湿度センサ３２によって検知される。「輻射」とは、車室内において乗員の身体に入射する輻射光（赤外線）の強度のことである。当該輻射は、後述の日射センサ３３や熱画像カメラ３４によって検知される。

「風速」とは、乗員の身体の近傍、特に皮膚が露出している部分の近傍における風速のことである。後に説明するように、本実施形態に係る空調装置１０では、温熱感の算出が行われる際において、一時的に上記の風速を０とすることがある。

「代謝量」とは、乗員の人体活動によって発生する熱量のことである。当該代謝量は、例えば、後述の熱画像カメラ３４によって検知された乗員の皮膚温度の分布、に基づいて検知される。このような態様に替えて、代謝量を検知するための専用のセンサ（例えば心拍数センサ等）が車両ＭＶに設けられていてもよい。

「着衣量」とは、乗員が身に着けている衣服の量のことである。本実施形態では、乗員が不図示の入力装置に入力した情報に基づいて、着衣量が検知される。このような態様に替えて、着衣量を検知するための専用のセンサ（例えば、乗員を撮影するＣＭＯＳカメラ等）が車両ＭＶに設けられていてもよい。

尚、上記６つの要素に基づいて温熱感を算出するための具体的な方法としては、従来から知られている種々の方法を用いることができる。このため、温熱感算出部１２０による温熱感の具体的な算出方法については説明を省略する。

温熱感算出部１２０によって算出された温熱感は、空調制御部１１０が行う空調機構部２００の制御のために用いられる。空調制御部１１０は、乗員の感じる温熱感が快適なものとなるように、空調機構部２００の動作を制御する。

着衣量検知部１３０は、乗員の着衣量を検知する部分である。上記のように、着衣量検知部１３０は、乗員が不図示の入力装置に入力した情報等に基づいて着衣量を検知する。着衣量検知部１３０によって検知された乗員の着衣量は、温熱感算出部１２０に入力され、温熱感の算出に供される。

代謝量検知部１４０は、乗員の代謝量を検知する部分である。上記のように、代謝量検知部１４０は、熱画像カメラ３４によって検知された乗員の皮膚温度の分布等、に基づいて代謝量を検知する。例えば、検知された皮膚温度が高い場合には、代謝量が高めの値として検知される。代謝量検知部１４０によって検知された乗員の代謝量は、温熱感算出部１２０に入力され、温熱感の算出に供される。

好み判定部１５０は、皮膚に空調風が直接当たることを乗員が好むか否か、を判定する部分である。好み判定部１５０は、乗員が操作部２１０に対して行った操作に基づいて当該判定を行う。例えば、空調装置１０が自動モード（風速が自動調整されるモード）で動作しているときに、風速を下げるための操作が行われた場合には、「皮膚に空調風が直接当たることを乗員が好まない」との判定がなされる。逆に、風速を上げるための操作が行われた場合には、「皮膚に空調風が直接当たることを乗員が好む」との判定がなされる。

このような態様に替えて、専用の入力装置に乗員が入力した情報に基づいて、上記判定が行われることとしてもよい。このような入力装置としては、例えば音声入力装置や、機械的なスイッチ、タッチパネル画面等が挙げられる。

車両ＭＶには、車室内の状況を検知するためのセンサとして複数のセンサが設けられている。これらのセンサには、気温センサ３１と、湿度センサ３２と、日射センサ３３と、熱画像カメラ３４と、が含まれる。

気温センサ３１は、車室内の気温を検知するためのセンサである。気温センサ３１は、例えば、車室内の空気を空調機構部２００に導入するための不図示のダクト内に設けられる。既に述べたように、気温センサ３１で検知された気温は制御装置１００に入力され、温熱感算出部１２０による温熱感の算出に供される。

湿度センサ３２は、車室内の湿度を検知するためのセンサである。湿度センサ３２は、例えば、車室内の空気を空調機構部２００に導入するための不図示のダクト内に設けられる。既に述べたように、湿度センサ３２で検知された湿度は制御装置１００に入力され、温熱感算出部１２０による温熱感の算出に供される。

日射センサ３３は、窓ガラスを通じて車室内に入射する日光の強度や向きを検知するためのセンサである。日射センサ３３は、例えば、車室内のうちフロントガラスの近傍となる位置に設けられる。日射センサ３３で検知された日光の強度等は、乗員に入射する輻射の算出に用いられ、温熱感算出部１２０による温熱感の算出に供される。

熱画像カメラ３４は、車室内にある物体の表面温度を、当該物体からの輻射（赤外線）に基づいて検知するセンサである。図２に示されるように、熱画像カメラ３４はインストルメントパネルＩＰの上面に設置されている。熱画像カメラ３４は、車室内の各部から到達する輻射の強度分布に基づいて、車室内の温度分布を示す熱画像を生成する。熱画像に示される温度分布は、日射センサ３３で検知された日光の強度と共に、乗員に入射する輻射の算出に用いられ、温熱感算出部１２０による温熱感の算出に供される。

図２を参照しながら、車室内の構成について説明する。図２には、乗員である運転者Ｍ１が、車室内の運転席ＳＴ１に着座して運転を行っている様子が示されている。尚、運転席ＳＴ１の隣（左側）には助手席ＳＴ２が設けられているのであるが、図２の状態では助手席ＳＴ２に同乗者は着座していない。

同図に示されるように、前方側に設けられたインストルメントパネルＩＰには、５つの吹き出し口２５１、２５２、２５３、２５４、２５５が形成されている。これらはいずれも、空調機構部２００で生成された空調風が、車室内に吹き出される際における出口として形成された開口である。尚、これらとは異なる位置に、別の吹き出し口が設けられていてもよい。

吹き出し口２５１は、運転席ＳＴ１の前方側であり且つ右側寄りとなる位置に形成されている。吹き出し口２５２は、運転席ＳＴ１の前方側であり且つ左側寄りとなる位置に形成されている。吹き出し口２５１、２５２は、運転席ＳＴ１に着座している運転者Ｍ１に向けて空調風の吹き出しを行うための開口となっている。

ただし、吹き出し口２５１、２５２のそれぞれには、空調風の風向を調整するための不図示のスイングルーバが設けられている。このため、スイングルーバの向きを変化させることにより、吹き出される空調風が運転者Ｍ１に直接当たらないような状態とすることもできる。

吹き出し口２５３は、助手席ＳＴ２の前方側であり且つ右側寄りとなる位置に形成されている。吹き出し口２５４は、助手席ＳＴ２の前方側であり且つ左側寄りとなる位置に形成されている。吹き出し口２５３、２５４は、助手席ＳＴ２に着座している同乗者に向けて空調風の吹き出しを行うための開口となっている。

吹き出し口２５３、２５４のそれぞれにも、空調風の風向を調整するための不図示のスイングルーバが設けられている。このため、スイングルーバの向きを変化させることにより、吹き出される空調風が同乗者に直接当たらないような状態とすることもできる。

吹き出し口２５５は、インストルメントパネルＩＰのうち左右方向における中央となる位置、すなわち、後方側から見て運転席ＳＴ１と助手席ＳＴ２との間となる位置に形成されている。吹き出し口２５５は、不図示の後部座席に向けて空調風の吹き出しを行うための開口となっている。吹き出し口２５５にも、空調風の風向を調整するための不図示のスイングルーバが設けられている。

吹き出し口２５１、２５２、２５３、２５４、２５５のそれぞれに設けられているスイングルーバの向きは、個別に設けられた電動アクチュエータによって自動的に変更される。それぞれのスイングルーバは空調機構部２００の一部となっており、その動作は空調制御部１１０によって制御される。空調制御部１１０は、それぞれのスイングルーバの向きを個別に変化させることができる。

制御装置１００によって実行される処理の内容について、図３を参照しながら説明する。図３に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置１００によって繰り返し実行されるものである。

当該処理の最初のステップＳ０１では、空調過渡状態であるか否かが判定される。「空調過渡状態」とは、車室内の熱負荷が大きい状態のことである。このような空調過渡状態としては、例えば、乗員が車両ＭＶに乗車した直後のように、車室内の温度が非常に高い（又は低い）状態等が挙げられる。

ステップＳ０１では、車両ＭＶが始動されてから所定期間が経過していない場合に、空調過渡状態であるとの判定が行われることとしてもよい。また、車室内の気温が所定温度以上（例えば４０℃以上）である場合や、所定温度以下（例えば１０℃以下）である場合に、空調過渡状態であるとの判定が行われることとしてもよい。また、当該判定が熱画像カメラ３４で検知された乗員の皮膚温度に基づいて行われることとしてもよい。

空調過渡状態であると判定された場合には、後述のステップＳ０４に移行する。空調過渡状態ではない、すなわち車室内の熱負荷が比較的小さいと判定された場合には、ステップＳ０２に移行する。

ステップＳ０２では、好み判定部１５０による判定が行われる。皮膚に空調風が直接当たることを乗員が好む、と判定された場合には、後述のステップＳ０４に移行する。上記のように判定されなかった場合には、ステップＳ０３に移行する。

ステップＳ０３では、風調整制御が実行される。「風調整制御」とは、空調制御部１１０によって行われる制御であって、乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらないように、空調風の吹き出しを調整する制御、のことである。

風調整制御の具体的な例について、図４を参照しながら説明する。図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）ではいずれも、車室内を上面視で見た状態が模式的に描かれている。

図４（Ａ）に示されるのは、風調整制御の実行前における状態である。当該状態では、運転席ＳＴ１側の吹き出し口２５１、２５２から空調風が吹き出されている。一方、助手席ＳＴ２には乗員が存在していないので、助手席ＳＴ２側の吹き出し口２５３、２５４からは空調風が吹き出されていない。また、矢印で示されるように、吹き出し口２５１、２５２から吹き出される空調風は、運転者Ｍ１に向かうようにその風向が調整されている。このため、吹き出された空調風の一部は、運転者Ｍ１のうち皮膚が露出している部分（例えば首元や腕等）に直接当たっている。

図４（Ｂ）に示されるのは、ステップＳ０３の風調整制御が実行されているときにおける状態の一例である。当該状態では、引き続き吹き出し口２５１、２５２のみから空調風が吹き出されているのであるが、その風向がスイングルーバの動作により変更されている。具体的には、吹き出し口２５１から吹き出される空調風は、運転者Ｍ１よりも右側の空間に向けて吹き出されている。また、吹き出し口２５２から吹き出される空調風は、運転者Ｍ１よりも左側の空間に向けて吹き出されている。その結果、吹き出される空調風はいずれも、運転者Ｍ１の体（皮膚が露出していない着衣部分も含む）には直接当たっていない。

図４（Ｃ）に示されるのは、ステップＳ０３の風調整制御が実行されているときにおける状態の別の例である。当該状態では、吹き出し口２５１、２５２からの空調風の吹き出しが停止されており、替わりに吹き出し口２５３、２５４から助手席ＳＴ２に向けて空調風が吹き出されている。つまり、空調風が吹き出される吹き出し口が、乗員（運転者Ｍ１）の存在する方の吹き出し口２５１、２５２から、乗員が存在しない方の吹き出し口２５３、２５４へと切り替えられている。その結果、図４（Ｃ）の例においても、吹き出される空調風は運転者Ｍ１の体（皮膚が露出していない着衣部分も含む）には直接当たっていない。

このように、風調整制御は、図４（Ｂ）のように空調風の風向を変更することにより行われてもよく、図４（Ｃ）のように空調風が吹き出される吹き出し口を切り換えることにより行われてもよい。

図３に戻って説明を続ける。ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、温熱感算出部１２０による温熱感の算出が行われる。既に述べたように、ここでは、気温、湿度、輻射、風速、代謝量、及び着衣量からなる６つの要素に基づいて温熱感が算出される。

ステップＳ０３を経てステップＳ０４に移行した場合には、上記のような風調整制御が実行されていることにより、乗員（運転者Ｍ１）の皮膚が露出している部分の近傍における風速は概ね０となっている。このため、ステップＳ０４における温熱感の算出は、風速が０であるという条件の下で行われる。

仮に、乗員の皮膚に空調風が当たっている状況においては、乗員の皮膚が露出している部分の近傍における風速を正確に算出することは難しい。このため、乗員の感じる温熱感を正確に算出し、これに基づいて快適な空調を実現することは困難である。

これに対し本実施形態では、温熱感算出部１２０によって温熱感の算出が行われる際に、空調制御部１１０が風調整制御を実行し、乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらない状態とする。このため、既知の風速（つまり０）を用いることにより温熱感を高い精度で算出することができ、これに基づいて快適な空調を実現することができる。

尚、ステップＳ０３を経ることなくステップＳ０４に移行した場合には、温熱感の算出に用いられる風速として、不図示のブロアの回転数に基づいて算出された値が用いられる。このような態様に替えて、吹き出し口２５１等の近傍に設けられた風速センサで検知された値を用いて、温熱感が算出されることとしてもよい。

ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、ステップＳ０４で算出された温熱感に基づいて、空調制御部１１０による空調の制御が実行される。ここでは、温熱感の値が「ちょうどよい」ことを示す０に近づくように、空調機構部２００の動作が制御される。

以上に説明したように、本実施形態に係る空調装置１０では、温熱感が算出される際に風調整制御が予め実行されることで、乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらない状態とされる。これにより、温熱感の算出を正確に行うことが可能となっている。

尚、図４を参照しながら説明した例では、風調整制御の実行時には、乗員の体にいずれの部分にも空調風が直接当たらない状態とされている。このような態様に替えて、風調整制御の実行時には、乗員の体のうち着衣の表面（つまり皮膚が露出していない部分）のみに空調風が直接当たるよう、風向や吹き出し口が切り換えられることとしてもよい。このような態様であっても、上記で説明したものと同様の効果を奏する。

本実施形態では、車室内の熱負荷が大きい状態である空調過渡状態（つまりステップＳ０１でＹｅｓの場合）においては、空調制御部１１０は風調整制御を行わない。その理由は、空調過渡状態においては、全ての乗員が「暑い」又は「寒い」と感じている可能性が高いので、温熱感を正確に算出してきめ細やかな空調制御を行う必要性が低いからである。

本実施形態では、皮膚に空調風が直接当たることを乗員が好む、と好み判定部１５０によって判定された場合には、空調制御部１１０は風調整制御を行わない。これにより、風調整制御によって乗員に空調風が当たらなくなることで、風を好む乗員に不快な思いをさせてしまうことを防止することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

ＭＶ：車両
１０：空調装置
１１０：空調制御部
１２０：温熱感算出部

Claims (4)

1. 車両（ＭＶ）に搭載される空調装置（１０）であって、
   前記車両の車室内に向けた空調風の吹き出しを調整する空調制御部（１１０）と、
   前記車両の乗員が感じる温熱感を算出する温熱感算出部（１２０）と、を備え、
   前記温熱感算出部によって温熱感の算出が行われる際に、前記空調制御部は、
   前記乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらないように、前記空調風の吹き出しを調整する制御、である風調整制御を行い、
   前記車室内の熱負荷が大きい状態である空調過渡状態においては、前記空調制御部は前記風調整制御を行わない空調装置。
2. 前記空調制御部は、
   空調風の風向を変更することにより前記風調整制御を行う、請求項１に記載の空調装置。
3. 前記空調制御部は、
   前記空調風が吹き出される吹き出し口を切り換えることにより前記風調整制御を行う、請求項１に記載の空調装置。
4. 車両（ＭＶ）に搭載される空調装置（１０）であって、
   前記車両の車室内に向けた空調風の吹き出しを調整する空調制御部（１１０）と、
   前記車両の乗員が感じる温熱感を算出する温熱感算出部（１２０）と、を備え、
   前記温熱感算出部によって温熱感の算出が行われる際に、前記空調制御部は、
   前記乗員のうち少なくとも皮膚が露出している部分に空調風が直接当たらないように、前記空調風の吹き出しを調整する制御、である風調整制御を行い、
   皮膚に空調風が直接当たることを前記乗員が好むか否か、を判定する好み判定部（１５０）を更に備え、
   皮膚に空調風が直接当たることを前記乗員が好む場合には、前記空調制御部は前記風調整制御を行わない空調装置。
   

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