JP3136844B2 - Vehicle air conditioner - Google Patents
Vehicle air conditionerInfo
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- JP3136844B2 JP3136844B2 JP05161683A JP16168393A JP3136844B2 JP 3136844 B2 JP3136844 B2 JP 3136844B2 JP 05161683 A JP05161683 A JP 05161683A JP 16168393 A JP16168393 A JP 16168393A JP 3136844 B2 JP3136844 B2 JP 3136844B2
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Description
【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】車室内温度設定値、実際の車室内温度、
外気温度、日射量などに基づいて吹出し風温度および吹
出し風量を制御し、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Tam
b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
アモーター駆動電圧Vfを決定し、空調ユニット2のエ
アーミックスドア、ブロアファン、吹出し口などを制御
して、目標吹出し風温度Toおよび目標吹出し風量Ga
で車室3の空調を行なっている。2. Description of the Related Art A vehicle interior temperature set value, an actual vehicle interior temperature,
2. Description of the Related Art There is known a vehicle air conditioner that controls a blown air temperature and a blown air amount based on an outside air temperature, a solar radiation amount, and the like, and air-conditions a vehicle interior to a target temperature (for example, a Nissan service report).
(Refer to No. 578, June 1987). In this type of device,
As shown in FIG. 10, the vehicle interior temperature set value Tptc, the vehicle interior temperature Tinc, the insolation Qsun, and the outside air temperature Tam
b is input to the controller 1, and the difference between the set temperature Tptc and the actual vehicle interior temperature Tinc, the amount of solar radiation Qsun, the outside air temperature Tamb, and the set temperature Tptc are respectively multiplied by experimentally obtained control constants K10 to K13. 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 motor driving voltage Vf are determined by the computing units 1a and 1b, and the air mixing door, the blower fan, and the outlet of the air conditioning unit 2 are determined. By controlling the target blow air temperature To and the target blow air flow Ga
The air conditioning of the passenger compartment 3 is performed.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の車両用空調装置では、空調制御系に混入する外気温度
Tambや日射量Qsunなどの外乱が変化した時に、
それらの変化量に予め定めたそれぞれの制御定数K1
1,K12を乗じて車室内温度Tincの制御指令値を
算出し、その制御指令値に基づいてエアーミックスドア
開度Xおよびブロアモーター駆動電圧Vfを決定し、目
標吹出し風温度Toおよび目標吹出し風量Gaを変化さ
せて車室内温度Tincがその設定値Tptcになるよ
うに空調ユニットを制御している。As described above, in the conventional vehicle air conditioner, when the disturbance such as the outside air temperature Tamb or the amount of solar radiation Qsun mixed in the air conditioning control system changes,
The respective control constants K1 determined in advance for the amounts of change
The control command value of the vehicle interior temperature Tinc is calculated by multiplying by 1, K12, the air mix door opening X and the blower motor drive voltage Vf are determined based on the control command value, and the target blow air temperature To and the target blow air volume are determined. The air conditioning unit is controlled such that Ga changes the vehicle interior temperature Tinc to the set value Tptc.
【0004】ところが、従来の車両用空調装置では、定
常時の車室内温度Tincはその設定値Tptcに維持
されるが、車室内温度Tincがその設定値Tptcに
到達するまでの過渡時の車室内温度Tincは、吹出し
風温度To、吹出し風量Ga、車室内の熱量などによっ
て決定され、必ずしも乗員の快適感を満足しないという
問題がある。However, in the conventional vehicle air conditioner, the vehicle interior temperature Tinc in a steady state is maintained at its set value Tptc, but the vehicle interior temperature Tinc in the transient state until the vehicle interior temperature Tinc reaches the set value Tptc. The temperature Tinc is determined by the blown air temperature To, the blown air amount Ga, the amount of heat in the passenger compartment, and the like, and there is a problem that the comfort of the occupant is not always satisfied.
【0005】本発明の目的は、車室内温度設定値を変化
させた時の、車室内温度が設定値に到達するまでの過渡
時にも乗員の快適感にあった空調を可能とする車両用空
調装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle air conditioner capable of performing air conditioning that is comfortable for an occupant even when the vehicle interior temperature reaches a set value when the vehicle interior temperature set value is changed. It is to provide a device.
【0006】[0006]
【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、請求項1の発明
は、ドア開度制御量に従って空調ダクト内の冷風と温風
との混合割合を調節するエアーミックスドアを駆動し、
車室内への吹出し風の温度を調節する吹出し風温度調節
手段100と、ブロアモーター駆動電圧制御量に従って
空調ダクト内に設けられたブロアファンを駆動し、車室
内への吹出し風量を調節する吹出し風量調節手段101
とを備えた車両用空調装置に適用される。そして、車室
内温度設定値を変化させた時の車室内温度および乗員の
皮膚温度の時間的に推移させるべき目標値を示す数式モ
デルを設定し、空調制御系へ混入する外乱に基づいて数
式モデルの定数を変化させ、乗員の快適感を満足させる
過渡時および定常時の目標車室内温度および目標皮膚温
度を発生する目標値発生手段102と、車室内温度を検
出する内気温検出手段108と、ドア開度制御量および
ブロアモーター駆動電圧制御量に基づいて乗員の皮膚温
度を推定する推定手段103と、乗員の快適感を評価す
るための評価関数を設定し、この評価関数と目標車室内
温度、目標皮膚温度、皮膚温度推定値および車室内温度
検出値に基づいてドア開度制御量およびブロアモーター
駆動電圧制御量を演算する演算手段104と、この演算
手段104を線形動作させる線形補償手段105とを備
え、これにより、上記目的を達成する。また請求項2の
車両用空調装置は、車室外の温度を検出する外気温検出
手段106と、日射量を検出する日射量検出手段107
とを備え、目標値発生手段102Aによって、外気温検
出手段106で検出された車室外の温度と日射量検出手
段107で検出された日射量とに基づいて、数式モデル
の定数を変化させて目標車室内温度および目標皮膚温度
を発生するようにしたものである。Means for Solving the Problems The present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a claim correspondence diagram. According to the first aspect of the present invention, a mixture of cold air and hot air in an air conditioning duct according to a door opening control amount is disclosed. Drive the air mix door to adjust the ratio,
An outlet air temperature adjusting means 100 for adjusting the temperature of the outlet air to the vehicle interior, and a blower air volume for adjusting the amount of air blowing into the interior of the vehicle by driving a blower fan provided in the air conditioning duct in accordance with a blower motor drive voltage control amount. Adjusting means 101
The present invention is applied to a vehicle air conditioner having: Then, a mathematical model is set that indicates a target value to be changed over time of the vehicle interior temperature and the occupant skin temperature when the vehicle interior temperature set value is changed, and the mathematical model is set based on the disturbance mixed into the air conditioning control system. The target value generating means 102 for generating the target vehicle interior temperature and the target skin temperature during transitional and steady states that satisfy the occupant's comfort by changing the constant of the vehicle, and detecting the vehicle interior temperature.
The occupant's skin temperature is determined based on the inside air temperature detecting means 108 and the door opening control amount and the blower motor drive voltage control amount.
Estimating means 103 for estimating the degree and an evaluation function for evaluating the comfort of the occupant are set, and the evaluation function and a target vehicle interior temperature, a target skin temperature, a skin temperature estimation value, and a vehicle interior temperature are set.
The above-mentioned object is achieved by providing a calculating means 104 for calculating a door opening control amount and a blower motor drive voltage controlling amount based on a detected value , and a linear compensating means 105 for operating the calculating means 104 linearly. Further, the vehicle air conditioner according to the present invention has an outside air temperature detecting means for detecting the temperature outside the passenger compartment and an insolation detecting means for detecting the amount of solar radiation.
The constant value of the mathematical model is changed by the target value generating means 102A based on the outside temperature detected by the outside air temperature detecting means 106 and the amount of solar radiation detected by the solar radiation amount detecting means 107. This is for generating a vehicle interior temperature and a target skin temperature.
【0007】[0007]
【作用】空調制御系へ混入する外気温度や日射量などの
外乱に基づいて目標車室内温度および目標皮膚温度の数
式モデルの定数を変化させ、乗員の快適感を満足させる
過渡時および定常時の目標車室内温度および目標皮膚温
度を求め、目標車室内温度、目標皮膚温度、皮膚温度推
定値および車室内温度検出値に基づいてドア開度制御量
およびブロアモーター駆動電圧制御量を演算し、これら
の制御量に基づいてエアーミックスドアおよびブロアフ
ァンを駆動して車室内の空調を行う。[Function] Based on disturbances such as the outside air temperature and the amount of solar radiation mixed into the air-conditioning control system, the constants of the mathematical model of the target vehicle interior temperature and the target skin temperature are changed, and the transient and steady state conditions satisfy the occupant's comfort. Obtain the target vehicle interior temperature and target skin temperature, and estimate the target vehicle interior temperature, target skin temperature, and skin temperature.
A door opening control amount and a blower motor drive voltage control amount are calculated based on the constant value and the detected vehicle interior temperature value , and the air mixing door and the blower fan are driven based on these control amounts to perform air conditioning in the vehicle interior.
【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ー、5は外気温度Tam
bを検出する外気温センサー、6は車室内温度設定値T
ptcを設定する室温設定器である。また、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を有し、日射
量Qsun、外気温度Tamb、車室内温度設定値Tp
tc、車室内温度Tincなどに基づいて制御量、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V
fを算出し、空調ユニット2を制御する。空調ユニット
2は、エアーミックスドアを開閉するアクチュエータ2
1とその駆動回路22、ブロアモーター24とその駆動
回路25など備えている。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 Tam.
b is an outside air temperature sensor for detecting b, and 6 is a vehicle interior temperature set value T
It is a room temperature setting device for setting ptc. Reference numeral 7 denotes a controller composed of a microcomputer and its peripheral components. The controller 7 includes a reference model 71, an observer 72, a linear compensator 73, and an optimum regulator 74. The solar radiation amount Qsun, the outside air temperature Tamb, and the vehicle interior temperature set value are provided. Tp
tc, the control amount based on the vehicle interior temperature Tinc, etc., that is, the air mix door opening X and the blower driving voltage V
f is calculated, and the air conditioning unit 2 is controlled. The air conditioning unit 2 is an actuator 2 that opens and closes the air mix door.
1 and its drive circuit 22, a blower motor 24 and its drive circuit 25, and the like.
【0009】規範モデル71は、車室内温度設定値Tp
tcを変化させた時の車室内温度Tincおよび乗員の
皮膚温度Tfの時間的に推移させるべき目標値を示す数
式モデルを設定し、空調制御系へ混入する外気温度Ta
mbや日射量Qsunなどの外乱に基づいて数式モデル
の定数を変化させ、乗員の快適感を満足させる目標車室
内温度Tinc*および目標皮膚温度Tf*を発生する。
これらの目標車室内温度Tinc*および目標皮膚温度
Tf*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。The reference model 71 has a vehicle interior temperature set value Tp.
A mathematical model indicating a target value to be changed with time of the vehicle interior temperature Tinc and the occupant skin temperature Tf when tc is changed is set, and the outside air temperature Ta to be mixed into the air conditioning control system is set.
The constant of the mathematical model is changed based on disturbances such as mb and the amount of solar radiation Qsun to generate a target vehicle interior temperature Tinc * and a target skin temperature Tf * that satisfy the comfort of the occupant.
The target vehicle interior temperature Tinc * and the target skin temperature Tf * determine a comfortable air-conditioning temperature in a steady state, and at the same time, provide a comfortable feeling for the occupant even during a transition until reaching the target temperature. It determines the degree of change of the temperature.
【0010】過渡時および定常時における乗員の快適感
を満足させる目標車室内温度Tinc*および目標皮膚
温度Tf*の数式モデルを次のように設定する。A mathematical model of the target vehicle interior temperature Tinc * and the target skin temperature Tf * that satisfies the occupant's comfort during the transient and steady states is set as follows.
【数1】 dTinc*/dt=Ar1・Tinc*+Br1・Tptc ・・・(1)## EQU00001 ## dTinc * / dt = Ar1.Tinc * + Br1.Tptc (1)
【数2】 dTf*/dt=Ar2・Tf*+Br2・Tptc ・・・(2) ここで、Ar1,Ar2,Br1,Br2は定数であ
る。DTf * / dt = Ar2 · Tf * + Br2 · Tptc (2) where Ar1, Ar2, Br1, and Br2 are constants.
【0011】また、上記(1),(2)式に示される数
式モデルの定数Ar1,Ar2,Br1,Br2を、外
気温度Tambおよび日射量Qsunに基づいて次のよ
うに設定する。The constants Ar1, Ar2, Br1, and Br2 of the mathematical models shown in the above equations (1) and (2) are set as follows based on the outside air temperature Tamb and the amount of solar radiation Qsun.
【数3】 Ar1=α1・Tamb+β1・Qsun+γ1 ・・・(3)Ar1 = α1 · Tamb + β1 · Qsun + γ1 (3)
【数4】 Br1=α2・Tamb+β2・Qsun+γ2 ・・・(4)## EQU00004 ## Br1 = .alpha.2.Tamb + .beta.2.Qsun + .gamma.2 (4)
【数5】 Ar2=α3・Tamb+β3・Qsun+γ3 ・・・(5)Ar5 = α3 · Tamb + β3 · Qsun + γ3 (5)
【数6】 Br2=α4・Tamb+β4・Qsun+γ4 ・・・(6) ここで、α1〜α4,β1〜β4,γ1〜γ4は係数で
ある。## EQU6 ## Br2 = α4.Tamb + β4.Qsun + γ4 (6) where α1 to α4, β1 to β4, and γ1 to γ4 are coefficients.
【0012】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)と従来の車両用空調装置による空
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t2で設定温度Tptcを上げた時を示
す。従来の車両用空調装置では、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、過渡時には必ずしも乗
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車室内温度Tinc*および目標皮
膚温度Tf*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 result of air conditioning by the vehicle air conditioner (solid line) and the result of air conditioning by the conventional vehicle air conditioner (dashed line) according to the present invention.
Indicates a time when the set temperature Tptc is lowered at time t1,
(B) shows the case where the set temperature Tptc is increased at time t2. In the conventional vehicle 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 does not always satisfy the comfort of the occupant. In the air conditioner of the present invention, the target vehicle interior temperature Tinc * and the target skin temperature Tf * 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.
【0013】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,C
o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。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 a system to be actually controlled.
Assume a linear time-invariant system (fixed coefficient system) with o.
【0014】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YoSとの偏差(Yo−Y
oS)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乗員の皮膚温度Tf
を推定する。ここで、エアーミックスドア開度Xmm
は、エアーミックスドア開度制御量Xに従って駆動回路
22およびアクチュエータ21により駆動されるエアー
ミックスドアの実際の開度である。The observer 72 has a pre-identified estimated model of the control target system 72a. The observer 72 has a measurable vehicle interior temperature Yo (= Tinc) and a vehicle interior temperature estimated value Yo S output from the previously identified estimated model. Deviation (Yo-Y
o S ) is fed back to estimate the unmeasurable or difficult-to-measure vehicle body temperature Tm, blown air volume Ga, air mix door opening Xmm (not shown), etc. shown in FIG. 5, and based on these estimated values. Occupant skin temperature Tf
Is estimated. Here, the air mix door opening Xmm
Is the actual opening of the air mix door driven by the drive circuit 22 and the actuator 21 according to the air mix door opening control amount X.
【0015】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。The equation of state of the system 72a to be controlled,
The output equation is expressed as follows.
【数7】 dXo/dt=Ao・Xo+Bo・U ・・・(7)DXo / dt = Ao · Xo + Bo · U (7)
【数8】 Yo=Tinc=Co・Xo ・・・(8) ここで、Xoは状態変数ベクトルであり、Xo=[T
m,Tinc,Ga,Xmm]T、Uは制御指令値ベク
トルである。## EQU00008 ## where Yo = Tinc = Co.Xo (8) where Xo is a state variable vector, and Xo = [T
m, Tinc, Ga, Xmm] T and U are control command value vectors.
【0016】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Ga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XoSとする
と、推定モデルは次式により表される。The body temperature Tm estimated by the previously identified estimation model, when the blowing air volume Ga and the air mix door Xo S estimates of the state variables Xo opening X mm, the estimation model can be expressed by the following equation.
【数9】 dXoS/dt=Ao・XoS+Bo・U ・・・(9)DXo S / dt = Ao · Xo S + Bo · U (9)
【数10】 Yo=TincS=Co・XoS ・・・(10) ここで、XoS=[TmS,TincS,GaS,Xm
mS]T、TmSは車体温度Tmの推定値、TincSは車
室内温度Tincの推定値、GaSは吹出し風量Gaの
推定値、XmmSはエーミックスドア開度Xmmの推定
値である。## EQU10 ## where Yo = Tinc S = Co × Xo S (10) where Xo S = [Tm S , Tinc S , Ga S , Xm
m S] T, Tm S is the estimated value of the vehicle body temperature Tm, Tinc S is the estimated value of the vehicle interior temperature Tinc, estimates of Ga S is blowing air volume Ga, Xmm S is the estimated value of er mix door opening Xmm .
【0017】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(=XoS−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。The estimation errors eo (= Xo S -X) of the state variables caused by fluctuations in the coefficient matrices Ao and Bo and disturbances
In order to converge o) to 0, feedback is added to the estimation model as shown in FIG.
2 is expressed as follows.
【数11】 dXoS/dt=Ao・XoS+Bo・U+F・(Yo−YoS)・・(11) ここで、Fはフィードバック係数マトリスクスである。Equation 11] dXo S / dt = Ao · Xo S + Bo · U + F · (Yo-Yo S) ·· (11) where, F is a feedback coefficient Matorisukusu.
【0018】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、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 perform non-linear operation. 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,
【数12】 u=f(X,t)+g(X,t)・U ・・・(12) ここで、U=[u1,u2]T、u1はブロアモーター
駆動電圧Vfを決定する制御指令値、u2はエアーミッ
クスドア開度X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。(12)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)。U = f (X, t) + g (X, t) · U (12) where U = [u1, u2] T , where u1 is a control command for determining the blower motor drive voltage Vf. The value u2 is a control command value for determining the air mix door opening X. Also, f
(X, t) is a nonlinear feedback function, g (X, t)
Is a non-linear feedforward function. According to equation (12), U to Y are linearized and converted as in the following equation (FIG. 6B).
【数13】 dY/dt=A1・Y+B1・U ・・・(13) ここで、A1,B1は係数マトリクスである。DY / dt = A1 · Y + B1 · U (13) Here, A1 and B1 are coefficient matrices.
【0019】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。The optimal regulator 74 has a reference model 71
In order to follow the target value, the optimum value of the control constant for achieving both the response and the stability is calculated using the evaluation function J, and the control amount is determined. The evaluation function J is represented by the following equation.
【数14】 J=∫{W1・(ΔTinc)2+W2・(ΔTf)2 +W3・(du1/dt)2+W4・(du2/dt)2}dt ・・・(14) 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はブロアモータ
ー駆動電圧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はエアーミックスドア開
度X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、W1,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。J = ∫ {W1 · (ΔTinc) 2 + W2 · (ΔTf) 2 + W3 · (du1 / dt) 2 + W4 · (du2 / dt) 2 } dt (14) where ΔTinc is a car The deviation between the room temperature Tinc and its target value Tinc * , ΔTf is the deviation between the occupant's skin temperature Tf and its target value Tf *, and du1 / dt is the rapid difference in the change in the control command value that determines the blower motor drive voltage Vf. Is a time differential value indicating a sharp difference in a change in a control command value for determining the air mix door opening X, and W1, W2, W3, and W4 are weighting coefficients. ∫ indicates an integration operation from 0 to ∞.
【0020】上記(14)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du1/d
t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ΔTinc,ΔT
f,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,W
2,W3,W4を決定する。In the above equation (14), ΔTf represents a local thermal sensation at a portion where solar radiation or blowing wind hits, and du1 / d
t and du2 / dt are blower noise, blowing air volume,
It indicates the feeling of change in the outlet temperature. These ΔTinc, ΔT
f, du1 / dt and du2 / dt are main parameters that affect the comfort of the occupant. In order to comprehensively evaluate the feeling of comfort, first, weighting factors W1, W of the parameters are used.
2, W3 and W4 are determined.
【0021】上述した(1),(2),(13)式から
次式に示すような拡大系が構成される。From the above equations (1), (2), and (13), an expansion system as shown in the following equation is constructed.
【数15】 dE/dt=Ae・E+Be・dU/dt ・・・(15) ここで、E=[dY/dt,e,dXr/dt]T、A
e,Beは係数マトリクス、eは偏差ベクトル(e=Y
r−Y)である。DE / dt = Ae · E + Be · dU / dt (15) where E = [dY / dt, e, dXr / dt] T , A
e and Be are coefficient matrices, e is a deviation vector (e = Y
rY).
【0022】(15)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。In equation (15), the control law that minimizes the evaluation function J is represented by the following equation.
【数16】 dU/dt=K1・dY/dt+K2・e+K3・dXr/dt ・・・(16) ここで、K1,K2,K3は制御定数マトリクスであ
る。(16)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。DU / dt = K1 · dY / dt + K2 · e + K3 · dXr / dt (16) where K1, K2, and K3 are control constant matrices. The time derivative dU of the control command value vector in equation (16)
To keep / dt as small as possible and follow the target value, control constants K1, K2, and K3 are determined by the following equations.
【数17】 (K1,K2,K3)=−R-1BeTP ・・・(17) 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。(K1, K2, K3) = − R −1 Be T P (17) where R is a weight coefficient matrix, and P is a matrix solution of the following Riccati equation.
【数18】 AeT・P+P・Ae+Q−P・Be・R-1・BeT・P=0 ・・・(18) ここで、Qは重み係数マトリクスである。Ae T・ P + P ・ Ae + Q-P ・ Be ・ R -1・ Be T・ P = 0 (18) where Q is a weight coefficient matrix.
【0023】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(15)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。As described above, by setting the weight coefficient matrices Q and R, the control constants K1, K2 and K3 are determined according to a predetermined algorithm. By substituting the control constants K1, K2, and K3 determined by the above equation into the equation (15) and integrating, the optimal control command value vector U, that is, the control amount of the air conditioning unit 2 is determined.
【数19】 U=K1・Y+K2・∫edt+K3・Xr+{U(0)−K1・Y(0) −K3・Xr(0)} ・・・(19) 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。U = K1 · Y + K2 · ∫edt + K3 · Xr + {U (0) −K1 · Y (0) −K3 · Xr (0)} (19) where U (0), Y ( 0) and Xr (0) are control command values, outputs, and initial values of state variables, respectively.
【0024】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TfS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、すなわちエアーミックスドア開度Xお
よびブロアモーター駆動電圧Vf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 way. 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 Of the air-conditioning unit 2, that is, the air mix door opening X and the blower motor drive voltage Vf are determined so that the area of the air-conditioning unit 2 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.
【0025】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、実施例
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、外気温
センサー5により検出された外気温度Tamb、および
日射センサー4により検出された日射量Qsunを入力
し、空調制御系へ混入する外気温度Tambや日射量Q
sunなどの外乱に基づいて数式モデルの定数を変化さ
せ、乗員の快適感を満足させる過渡時および定常時の目
標車室内温度Tinc*および目標皮膚温度Tf*を発生
する。そしてそれらの目標値を最適レギュレータ74へ
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乗員の皮膚温度Tfを予測し
て最適レギュレータ74へ出力する。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 embodiment will be described with reference to this flowchart. In step S1, the vehicle interior temperature set value Tptc set by the room temperature setting device 6, the outside air temperature Tamb detected by the outside air temperature sensor 5, and the amount of solar radiation Qsun detected by the solar radiation sensor 4 are input to the air conditioning control system. External temperature Tamb and solar radiation Q
The constant of the mathematical model is changed based on disturbances such as sun, and the target vehicle interior temperature Tinc * and the target skin temperature Tf * at transient and steady times that satisfy the comfort of the occupant are generated. Then, those target values are output to the optimal regulator 74. In a succeeding step S2, the vehicle body temperature Tm, the blowing air amount Ga, the air mix door opening Xmm, etc., which cannot be measured by the observer 72 or are difficult to measure, are estimated.
The occupant's skin temperature Tf is predicted based on these estimated values and output to the optimal regulator 74.
【0026】ステップS3で、最適レギュレータ74に
より、規範モデル71により決定された目標車室内温度
Tinc*、目標皮膚温度Tf*、オブザーバ72により
推定された皮膚温度推定値TfS、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、エア
ーミックスドア開度Xおよびブロアファン駆動電圧Vf
の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、エアーミックスドア開度Xの制御量
に従って駆動回路22を制御し、アクチュエータ21に
よりエアーミックスドアを開閉するとともに、駆動回路
25によりブロアモーター24にブロアファン駆動電圧
Vfを印加し、ブロアファンを駆動して車室3の空調を
行う。In step S3, the optimal regulator 74 determines the target vehicle interior temperature Tinc * , the target skin temperature Tf * determined by the reference model 71, the estimated skin temperature Tf S estimated by the observer 72, and the measured vehicle temperature. Based on the room temperature Tinc, a deviation from the target value and a change amount of the control amount are calculated, and an optimum control constant for following the target value is calculated by the evaluation function J, and the air mix door opening X and the blower are calculated. Fan drive voltage Vf
Is determined and output to the linear compensator 73. In step S4, the control amount from the optimal regulator 74 is linearized by the linear compensator 73. Then, step S5
Then, the linearized control amount is output to the air conditioning unit 2.
The air conditioning unit 2 controls the drive circuit 22 according to the control amount of the air mix door opening X, opens and closes the air mix door by the actuator 21, and applies the blower fan drive voltage Vf to the blower motor 24 by the drive circuit 25. The air conditioning of the passenger compartment 3 is performed by driving the blower fan.
【0027】なお、上記実施例では空調制御系に混入す
る外乱として外気温度および日射量を例に上げて説明し
たが、外乱要素は上記実施例に限定されない。In the above embodiment, the external temperature and the amount of solar radiation have been described as examples of the disturbance mixed in the air conditioning control system. However, the disturbance elements are not limited to the above embodiment.
【0028】以上の実施例の構成において、エアーミッ
クスドアアクチュエータ21および駆動回路22が吹出
し風温度調節手段を、ブロアモーター24および駆動回
路25が吹出し風量調節手段を、規範モデル71が目標
値発生手段を、オブザーバー72が推定手段を、最適レ
ギュレーター74が演算手段を、線形補償器73が線形
補償手段を、外気センサー5が外気温検出手段を、日射
センサー4が日射量検出手段をそれぞれ構成する。In the configuration of the above embodiment, the air mix door actuator 21 and the drive circuit 22 serve as the blow-out air temperature control means, the blower motor 24 and the drive circuit 25 serve as the blow-off air flow rate control means, and the reference model 71 serves as the target value generation means. The observer 72 constitutes estimating means, the optimal regulator 74 constitutes calculating means, the linear compensator 73 constitutes linear compensating means, the outside air sensor 5 constitutes outside temperature detecting means, and the solar radiation sensor 4 constitutes solar radiation detecting means.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、車
室内温度設定値を変化させた時の車室内温度および乗員
の皮膚温度の時間的に推移させるべき目標値を示す数式
モデルを設定し、空調制御系へ混入する外乱に基づいて
その数式モデルの定数を変化させ、乗員の快適感を満足
させる過渡時および定常時の目標車室内温度および目標
皮膚温度を求め、目標車室内温度、目標皮膚温度、皮膚
温度推定値および車室内温度検出値に基づいてエアーミ
ックスドア開度制御量およびブロアモーター駆動電圧制
御量を演算し、これらの制御量に従ってエアーミックス
ドアおよびブロアファンを駆動制御するようにしたの
で、定常時には車室内温度がその設定値に維持されて快
適な車室内環境が得られる上に、車室内温度がその設定
値に到達するまでの過渡時においても乗員の快適感を満
足させることができる。As described above, according to the present invention, a mathematical model representing a target value which is to be changed with time in the vehicle interior temperature and the occupant skin temperature when the vehicle interior temperature set value is changed is set. Then, the constants of the mathematical model are changed based on the disturbance mixed into the air conditioning control system, and the target vehicle interior temperature and the target skin temperature at the transient and steady times that satisfy the occupant's comfort are obtained . Target skin temperature, skin
The air mix door opening control amount and the blower motor drive voltage control amount are calculated based on the temperature estimation value and the vehicle interior temperature detection value , and the air mix door and the blower fan are driven and controlled according to these control amounts. In a steady state, the vehicle interior temperature is maintained at the set value, so that a comfortable vehicle interior environment can be obtained. In addition, the passenger's comfort can be satisfied even during the transition until the vehicle interior temperature reaches the set value. .
【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】線形補償器の構成を示す制御ブロック図。FIG. 6 is a control block diagram illustrating a configuration of a linear compensator.
【図7】最適レギュレータの構成を示す制御ブロック
図。FIG. 7 is a control block diagram showing a configuration of 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の構成を示すブロック
図。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional vehicle air conditioner.
2 空調ユニット 3 車室 4 日射センサー 5 外気温センサー 6 室温設定器 7 コントローラ 21 エアーミックスドアアクチュエータ 22,25 駆動回路 24 ブロアモーター 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 100 吹出し風温度調節手段 101 吹出し風量調節手段 102,102A 目標値発生手段 103 推定手段 104 演算手段 105 線形補償手段 106 外気温検出手段 107 日射量検出手段 2 air conditioner unit 3 cabin 4 solar radiation sensor 5 outside temperature sensor 6 room temperature setting device 7 controller 21 air mix door actuator 22, 25 drive circuit 24 blower motor 71 reference model 72 observer 73 linear compensator 74 optimal regulator 100 blowing air temperature control means Reference Signs List 101 blow-out air volume adjusting means 102, 102A target value generating means 103 estimating means 104 calculating means 105 linear compensating means 106 outside temperature detecting means 107 solar radiation detecting means
Claims (2)
冷風と温風との混合割合を調節するエアーミックスドア
を駆動し、車室内への吹出し風の温度を調節する吹出し
風温度調節手段と、 ブロアモーター駆動電圧制御量に従って前記空調ダクト
内に設けられたブロアファンを駆動し、車室内への吹出
し風量を調節する吹出し風量調節手段とを備えた車両用
空調装置において、 車室内温度設定値を変化させた時の車室内温度および乗
員の皮膚温度の時間的に推移させるべき目標値を示す数
式モデルを設定し、空調制御系へ混入する外乱に基づい
て前記数式モデルの定数を変化させ、乗員の快適感を満
足させる過渡時および定常時の目標車室内温度および目
標皮膚温度を発生する目標値発生手段と、車室内温度を検出する内気温検出手段と、 前記ドア開度制御量および前記ブロアモーター駆動電圧
制御量に基づいて前記乗員の皮膚温度を推定する推定手
段と、 乗員の快適感を評価するための評価関数を設定し、この
評価関数と前記目標車室内温度、前記目標皮膚温度、前
記皮膚温度推定値および前記車室内温度検出値に基づい
て前記ドア開度制御量および前記ブロアモーター駆動電
圧制御量を演算する演算手段と、 この演算手段を線形動作させる線形補償手段とを備える
ことを特徴とする車両用空調装置。An air mixing door for controlling an air mixing door for adjusting a mixing ratio of cold air and hot air in an air conditioning duct in accordance with a door opening control amount, and an outlet air temperature adjusting means for adjusting the temperature of air blowing into a vehicle cabin; A blower motor provided in the air-conditioning duct in accordance with a blower motor drive voltage control amount, and a blower air flow rate adjusting means for adjusting a blown air flow rate into a vehicle cabin; Set a mathematical model indicating a target value to be temporally changed of the vehicle interior temperature and the occupant's skin temperature when changing, the constant of the mathematical model is changed based on disturbance mixed into the air conditioning control system, a target value generating means for generating a target passenger compartment temperature and the target skin temperature during transient and steady satisfy comfort of the passenger, and temperature detection means among which detects the passenger compartment temperature, wherein And estimating means for estimating the skin temperature before Symbol occupant based on the A opening control amount and the blower motor drive voltage control amount, sets an evaluation function for evaluating the comfort of the occupant, the target and the evaluation function Calculating means for calculating the door opening control amount and the blower motor drive voltage control amount based on the vehicle interior temperature, the target skin temperature, the skin temperature estimation value, and the vehicle interior temperature detection value; An air conditioner for a vehicle, comprising: a linear compensator that operates.
て、 車室外の温度を検出する外気温検出手段と、 日射量を検出する日射量検出手段とを備え、 前記目標値発生手段は、前記外気温検出手段で検出され
た車室外の温度と前記日射量検出手段で検出された日射
量とに基づいて、前記数式モデルの定数を変化させて目
標車室内温度および目標皮膚温度を発生することを特徴
とする車両用空調装置。2. The vehicle air conditioner according to claim 1, further comprising: an outside air temperature detecting unit that detects a temperature outside the vehicle compartment; and an insolation amount detecting unit that detects an insolation amount. Based on the temperature outside the vehicle compartment detected by the outside air temperature detecting means and the amount of solar radiation detected by the solar radiation detecting means, the constant of the mathematical model is changed to generate a target vehicle interior temperature and a target skin temperature. An air conditioner for a vehicle, comprising:
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP05161683A JP3136844B2 (en) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | Vehicle air conditioner |
Applications Claiming Priority (1)
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1993
- 1993-06-30 JP JP05161683A patent/JP3136844B2/en not_active Expired - Fee Related
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