JP2006117239A - 車輌用空調装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変容量形斜板式圧縮機の斜板傾斜角を変化させる圧力調節バルブに対する目標制御値を、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差の大きさに応じて可変的に制御することにより、圧縮機の吐き出し容量を効率的に制御できる車両用空調装置の制御方法を提供する。
【解決手段】 本発明による車両用空調装置の制御方法は、目標蒸発器温度を設定する段階と；前記目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差を演算する段階と；前記温度差の大きさに応じて制御係数を可変的に設定する段階と；前記制御係数を利用して可変容量形斜板式圧縮機の圧力調節バルブの目標制御値を演算する段階と；そして、前記圧力調節バルブを制御する段階と；を含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は車輌用空調装置の制御方法に関するもので、特に可変容量形斜板式圧縮機の斜板傾斜角を変化させる圧力調節バルブの目標制御値を、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差の大きさに応じて可変的に制御することにより、圧縮機の吐き出し容量を効率的に制御する車輌用空調装置の制御方法に関するものである。

可変容量形斜板式圧縮機においては、負荷に応じて圧力調節バルブで冷媒圧力を変更して斜板の傾斜角を調節することができる。該斜板の傾斜角調節によってピストンの行程距離が変化するため、冷媒の吐き出し容量が調節でき、冷媒の吐き出し容量の変化に基づいて蒸発器温度が調節できる。
圧力調節バルブは、内部制御式のものと外部制御式のものとに分けることができるが、このような可変容量形斜板式圧縮機の構造は、特開２００１−１０７８５４号公報に開示されている。

圧力調節バルブの出力（Ｄｕｔｙ、 即ち、電流値）は、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との差を算出し、該差に基づいて比例−積分（ＰＩ）制御などの制御方法で制御できる。その一例として、特開２００３−２００７３０号公報には、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との差が３℃以内であれば、比例−積分制御を行い、実際蒸発器温度が目標蒸発器温度に比べて３℃以上高いと最大容量制御を行い、実際蒸発器温度が目標蒸発器温度に比べて３℃以下低いと最少容量制御を行う技術が開示されている。

目標蒸発器温度に対して、実際蒸発器温度をフイ−ドバック（Ｆｅｅｄｂａｃｋ）して、比例−積分制御を行う時、温度制御性能、即ち、温度収斂性及び応答時間は、システムに従って比例利得（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｇａｉｎ）及び積分利得（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｇａｉｎ）をどれほど適切に選定したかによって左右される。一般的に、利得が大きくなると、応答速度は早くなるが、過度なオーバシュート（Ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）及びアンダーシュート（Ｕｎｄｅｒｓｈｏｏｔ）が発生することにより、安定性を阻害しやすい。反対に、利得を小さくすると、温度収斂性は良好になるが、安定化するまで時間がかかる。
このような点で前記先行技術におけるように、蒸発器温度の差が一定値以上及び以下である時、最大容量制御及び最少容量制御を一律に実施すると、蒸発器温度及びシステムが不安定になる問題がある。
特開２００３−２００７３０号公報

本発明の目的は、可変容量形斜板式圧縮機の斜板傾斜角を変化させる圧力調節バルブの目標制御値を、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差に基づいて可変的に制御することにより、圧縮機の吐き出し容量を効率的に制御する車両用空調装置の制御方法を提供することである。
本発明の他の目的は、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差が大きい場合、制御係数（即ち、比例利得（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｇａｉｎ）及び積分利得（Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｇａｉｎ））を大きく設定して目標蒸発器温度に迅速に到達するようにし、前記温度差が小さい場合、前記制御係数を小さく設定して目標蒸発器温度に振動無く安定的に到達するようにすることである。

前記目的を達成するために、本発明による車両用空調装置の制御方法は、目標蒸発器温度を設定する段階と；前記目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差を演算する段階と；前記温度差の大きさに応じて制御係数を可変的に設定する段階と；前記制御係数を利用して可変容量形斜板式圧縮機の圧力調節バルブの目標制御値を演算する段階と；前記圧力調節バルブを制御する段階と；を含んでなることを特徴とする。

本発明によれば、前記制御係数は比例利得及び積分利得であることが好ましい。また、前記制御係数は、前記温度差の絶対値に比例する大きさを有するように設定され、前記制御係数は、前記温度差の絶対値が所定値以上である場合、最大設定値に設定されることが好ましい。
さらに、前記目標蒸発器温度を設定する段階は、使用者が車両の目標室内温度を設定し、車両の所定位置に設置されたセンサーから車両室内温度、車両室外温度及び日射量を感知して入力し、前記目標室内温度、車両室内温度、車両室外温度及び日射量によって空調装置ベント（Ｖｅｎｔ）の目標吐き出し温度を演算し、最大蒸発器温度を入力し、前記ベントの目標吐き出し温度と前記最大蒸発器温度とを比較して目標蒸発器温度を設定することが好ましい。

前記車両の所定位置に設置されたセンサーから車両室内温度、車両室外温度、日射量を感知して入力する段階以後に、ベント目標吐き出し熱量を演算する段階がさらに含まれ、前記最大蒸発器温度を入力する段階は、圧縮機の最少駆動時、蒸発器に流入される空気温度に基づいて最大蒸発器温度を演算して入力することが好ましい。
また、前記目標吐き出し温度と最大蒸発器温度とを比較する段階で、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より低い場合、目標吐き出し温度を目標蒸発器温度に設定し、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より高い場合、最大蒸発器温度を目標蒸発器温度に設定することが好ましい。

本発明による車両用空調装置の制御方法によれば、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差と、蒸発器温度の進行履歴と、圧縮機及び空調装置システムの非線形的な特性を考慮して、可変的に適切に演算された比例利得及び積分利得を適用した出力値によって圧力調節バルブ１６０を比例−積分制御することにより、蒸発器温度及びシステムの不安定性を解消することができ、目標蒸発器温度に対する収斂性及び応答性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１に可変容量形斜板式圧縮機１００の例を示す。
図１に示すように、圧縮機１００は、同心円上で軸方向に多数のシリンダーボア（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｂｏｒｅ）１１２が形成されたシリンダーブロック（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｂｌｏｃｋ）１１０と；シリンダーブロック１１０の各シリンダーボア１１２に挿入される多数のピストン（Ｐｉｓｔｏｎ）１１４と；シリンダーブロック１１０の前方に結合され、内部にクランク室１２２を形成する前方ハウジング１２０と；シリンダーブロック１１０の後方に結合され、内部に冷媒吸入室１３２及び冷媒吐き出し室１３４を形成する後方ハウジング１３０と；前方ハウジング１２０及びシリンダーブロック１１０に亘って支持される駆動軸１４０と；クランク室１２２の内部で駆動軸１４０と共に回転するローター（Ｒｏｔｏｒ）１４２と；駆動軸１４０周囲に流動可能に設置され、ピストン１１４を前後進させるように縁が各ピストン１１４に結合され、縁の一側がローター１４２にヒンジ結合される斜板１４４と；シリンダーブロック１１０と後方ハウジング１３０との間に介在し、冷媒吸入室１３２からシリンダーボア１１２に冷媒を吸入すると共にシリンダーボア１１２から冷媒吐き出し室１３４に圧縮冷媒を排出させるバルブユニット（Ｖａｌｖｅ Ｕｎｉｔ）１５０と；冷媒吐き出し室１３４とクランク室１２２を連結する冷媒復帰流路の開度を調節して駆動軸１４０に対する斜板１４４の傾斜角を調節するように前記後方ハウジング１３０に設置される外部制御式圧力調節バルブ１６０とを含む。

可変容量形斜板式圧縮機１００によれば、斜板１４４の回転によって多数のピストン１１４が順次前後進する。シリンダーボア１１２からのピストン１１４の後進時（即ち、吸入行程時）には、シリンダーボア１１２内部の圧力降下によってバルブユニット１５０の吸入側が開放されシリンダーボア１１２と吸入室とが互いに通じるので、吸入室からシリンダーボア１１２に冷媒が吸入される。
そして、シリンダーボア１１２側へのピストン１１４の前進時（即ち、圧縮行程時）には、シリンダーボア１１２内部の圧力増加によってシリンダーボア１１２に吸入された冷媒が圧縮されながらバルブユニット１５０の吐き出し側が開放されシリンダーボア１１２と冷媒吐き出し室１３４とが互いに通じるので、シリンダーボア１１２から冷媒吐き出し室１３４に圧縮冷媒が吐き出される。そして、負荷に応じて上記圧力調節バルブ１６０によって冷媒吐き出し室１３４とクランク室１２２とを連結する冷媒復帰流路の開度を調節して斜板１４４の傾斜角を変動させることにより、冷媒の吐き出し容量が変動する。即ち、駆動軸１４０側に斜板１４４が傾く程ピストン１１４の行程距離が大きくなり、冷媒の吐き出し容量が増加する。

図２には、可変容量形斜板式圧縮機１００が適用された車両用空調装置を示す。
図２に示すように、空調装置は、空調ケース２１０と、空調ケース２１０の入り口側に設置される送風機２２０と、空調ケース２１０に内蔵される蒸発器２００及びヒーターコア（ｈｅａｔｅｒ Ｃｏｒｅ）２３０と、蒸発器２００を経た空気の冷気通路及び温気通路の開度を調節する温度調節ドア２４０と、蒸発器２００から冷媒を吸入して吐き出させる可変容量形斜板式圧縮機１００と、圧縮機１００から供給される冷媒を凝縮して吐き出させる凝縮器１７０と、凝縮器１７０から供給される冷媒を気液分離するレシーバードライヤー（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｄｒｙｅｒ）１８０と、そして、レシーバードライヤー１８０から供給される冷媒を圧縮して蒸発器２００に送る膨張バルブ１９０を含む。
参照符号２１２，２１４、２１６はそれぞれベントを示し、 参照符号２１２ｄ、 ２１４ｄ、 ２１６ｄはそれぞれベント２１２、 ２１４、 ２１６の開度を調節するドアを示す。

一方、斜板１４４の傾斜角を調節することにより、圧縮機１００の吐き出し容量を制御するための圧力調節バルブ１６０は、制御ユニット３００によってその駆動出力が制御される。即ち、制御ユニット３００は、圧力調節バルブ１６０に対する出力電流値を制御し、制御に従って冷媒吐き出し室１３４とクランク室１２２とを連結する冷媒復帰流路の開度が調節されることにより、駆動軸１４０に対する斜板１４４の傾斜角が変化するが、傾斜角が大きいほど圧縮機１００の吐き出し容量が増加する。
図２で、符号３１０は、蒸発器温度センサー、室内温度センサー、室外温度センサー、日射量センサーなど、各種センサーを示し、その感知信号は制御ユニット３００に入力される。

次に、本発明による車両用空調装置の制御方法について説明する。
図３に示すように、空調装置を稼動すれば（Ｓ１００）、各種センサー３１０からの信号が制御ユニット３００に入力される（Ｓ１１０）。
センサー３１０などから制御ユニット３００に信号が入力されると、使用者が目標蒸発器温度を設定する（Ｓ１２０）。
目標蒸発器温度は次のように設定することができる。即ち、図５に示すように、使用者が目標室内温度を設定する（Ｓ１２１）。次に、車両の所定位置に設置されたセンサー３１０から車両室内温度、車両室外温度及び日射量が感知され制御ユニット３００に入力される（Ｓ１２２）。次に、目標室内温度、車両室内温度、車両室外温度及び日射量によって、空調装置のベント２１２、２１４，２１６の目標吐き出し温度を演算し（Ｓ１２４）、最大蒸発器温度を入力し（Ｓ１２５）、ベント２１２、２１４、２１６の目標吐き出し温度と最大蒸発器温度を比較して（Ｓ１２６）、目標蒸発器温度を選定する（Ｓ１２７）。

ここで、最大蒸発器温度を入力する段階は、圧縮機１００の最小駆動時、蒸発器２００に流入する空気温度に基づいて最大蒸発器温度を演算して入力することが好ましい。
また、目標蒸発器温度を設定する時、ベント２１２、２１４、２１６の目標吐き出し温度と最大蒸発器温度とを比較する段階において、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より低い場合、目標吐き出し温度を目標蒸発気温度に設定し、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より高い場合、最大蒸発器温度を目標蒸発器温度に設定すれことが好ましい。即ち、低い温度を目標蒸発器温度に設定する。

また、車両の所定位置に設置されたセンサー３１０等から車両室内温度、車両室外温度および日射量を感知して入力する段階（Ｓ１２２）以後に、ベント２１２、２１４、２１６目標吐き出し熱量を演算する段階（Ｓ１２３）がさらに含まれ、その後、ベント２１２、２１４、２１６目標吐き出し熱量によってベント目標吐き出し温度を演算（Ｓ１２４）することができる。
目標蒸発器温度が設定された後、目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差を演算する（Ｓ１３０）。
目標蒸発器温度と実際蒸発器温度は、蒸発器を経て吐き出される空気温度や蒸発器自体の温度を意味するが、必要に従って両者のいずれかの一つを適用することができる。

次に、演算された温度差の大きさに応じて制御係数を可変的に設定する（Ｓ１４０）。
制御係数は比例利得および積分利得であることが好ましい。
制御係数を設定するに当たり、温度差が大きい場合には、制御係数（即ち、比例利得、積分利得）を大きく設定して目標蒸発器温度に迅速に到達するようにすることが好ましい。また、温度差が小さい場合には、制御係数を小さく設定して目標蒸発器温度に振動（Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）なく安定的に到達するようにすることが好ましい。
比例利得を演算する例は図４（ａ）のグラフに示しており、積分利得を演算する例は図４（ｂ）のグラフに示しているが、これらは比例利得または積分利得が非対称的に設定される例である。また、図４（ｃ）に示すように、比例利得または積分利得が対称的に設定できる。即ち、制御係数は、単一の傾きを有するように設定できるばかりでなく、多数の傾きを有るように組合わせて設定できる。

このように、制御係数を設定するに当たり、温度差が‘０’である時を基準に温度差が‘＋’または‘−’方向に大きくなると、それに比例して比例利得または積分利得が大きくなるように設定される。言い換えれば、制御係数は温度差の絶対値に比例する大きさを有するように設定され、温度差の絶対値が所定値以上である場合、最大設定値に設定されることが好ましい。
次に、演算された制御係数、即ち、比例利得及び積分利得に従って可変容量形斜板式圧縮機１００の圧力調節バルブ１６０に対する制御値（即ち、デユーテイ比（電流値）を可変的に演算する（Ｓ１５０）。

制御値は次の式で得ることができる。
Ｄｕｔｙ（ｎ）＝ Ｄｕｔｙ（ｎ−１）
−Ｇｐ｛Ｅｖａｐ₋ｅｒｒｏｒ（ｎ）−Ｅｖａｐ₋ｅｒｒｏｒ（ｎ−１）｝ 比例制御
−Ｇｉ｛Ｅｖａｐ₋ｅｒｒｏｒ（ｎ）｝ 積分制御
ここで、温度差 Ｅｖａｐ₋ｅｒｒｏｒ（ｎ）＝Ｔｅｖａｐ₋ｔａｒｇｅｔ−Ｔｅｖａｐ₋ｎｏｗ（ｎ）で求めることができ、
Ｔｅｖａｐ₋ｔａｒｇｅｔは目標蒸発器温度、Ｔｅｖａｐ₋ｎｏｗ（ｎ）はセンサー（３１０）中、蒸発器温度センサーによってｎ番目に感知された蒸発器温度、Ｄｕｔｙ（ｎ）はｎ番目の圧力調節バルブ１６０出力、Ｇｐは比例利得、Ｇｉは積分利得をそれぞれ示す。
そして、演算された制御値によって、可変容量形斜板式圧縮機１００の圧力調節バルブ１６０を制御する（Ｓ１６０）。即ち、センサー３１０中、蒸発器温度センサーによって測定された実際蒸発器温度が目標蒸発器温度に到達（Ｓ１７０）する時まで、圧力調節バルブ１６０を比例−積分制御する。

は，可変容量形斜板式圧縮機の例を示す断面図である。 は、本発明による制御方法を行うための空調装置システムの構成図である。 は、本発明による車輌用空調装置の制御方法を示す流れ図である。 の（ａ）は、蒸発器温度差に基づく比例利得を演算する例を示すグラフである。（ｂ）は、蒸発器温度差に基づく積分利得を演算する例を示すグラフである。（ｃ）は、蒸発器温度差に基づく比例利得または積分利得を演算する例を示すグラフである。 は目標蒸発器温度を設定する方法を示す流れ図である。

符号の説明

１００：可変容量形斜板式圧縮機、
１１０：シリンダーブロック
１１２：シリンダーボア
１１４：ピストン
１２０：前方ハウジング
１２２：クランク室
１３０：後方ハウジング
１３２：冷媒吸入室
１３４：冷媒吐き出し室
１４０：駆動軸
１４２：ローター
１４４：斜板
１５０：バルブユニット
１６０：圧力調節バルブ、
１７０：凝縮器
１８０：レシーバードライヤー
１９０：膨張バルブ
２００：蒸発器
２１０：空調ケース
２１２、２１４、２１６：ベント（Ｖｅｎｔ）
２１２ｄ、２１４ｄ、２１６ｄ：ドア
２２０：送風機
２３０：ヒーターコア
２４０：温度調節ドア
３００：制御ユニット
３１０： センサー（Ｓｅｎｓｏｒ）、

Claims (8)

1. 目標蒸発器温度を設定する段階と；
   前記目標蒸発器温度と実際蒸発器温度との温度差を演算する段階と；
   前記温度差の大きさに応じて制御係数を可変的に設定する段階と；
   前記制御係数を利用して可変容量形斜板式圧縮機の圧力調節バルブの目標制御値を演算する段階と；
   前記目標制御値を利用して前記圧力調節バルブを制御する段階と；
   を含むことを特徴とする車輌用空調装置の制御方法。
2. 前記制御係数は比例利得及び積分利得であることを特徴とする請求項１に記載の車輌用空調装置の制御方法。
3. 前記制御係数は前記温度差の絶対値に比例する大きさを有するように設定されることを特徴とする請求項２に記載の車輌用空調装置の制御方法。
4. 前記制御係数は、前記温度差の絶対値が所定値以上である場合、最大設定値で設定されることを特徴とする請求項２項または３項に記載の車輌用空調装置の制御方法。
5. 前記目標蒸発器温度を設定する段階は、使用者が車輌の目標室内温度を設定し、車輌の所定位置に設置されたセンサーから車輌室内温度、車輌室外温度及び日射量を感知して入力し、前記目標室内温度、車両室内温度、車両室外温度及び日射量によって空調装置ベント（Ｖｅｎｔ）の目標吐き出し温度を演算し、最大蒸発器温度を入力し、前記ベントの目標吐き出し温度と前記最大蒸発器温度とを比較して目標蒸発器温度を設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの１項に記載の車輌用空調装置の制御方法。
6. 前記最大蒸発器温度を入力する段階は、圧縮機の最小駆動時、蒸発器に流入する空気温度に基づいて最大蒸発器温度を演算して入力することを特徴とする請求項５に記載の車輌用空調装置の制御方法。
7. 前記目標吐き出し温度と最大蒸発器温度とを比較する段階において、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より低い場合、目標吐き出し温度を目標蒸発器温度に設定し、目標吐き出し温度が最大蒸発器温度より高い場合、最大蒸発器温度を目標蒸発器温度に設定することを特徴とする請求項５に記載の車輌用空調装置の制御方法。
8. 前記車両の所定位置に設置されたセンサーから車両室内温度、車両室外温度及び日射量を感知して入力する段階以後に、ベント目標吐き出し熱量を演算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の車輌用空調装置の制御方法。

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