控制装置及车辆用空调装置 【技术领域】
本发明涉及可适用于空调装置等的控制装置及车辆用空调装置。
背景技术
作为控制装置的一例，周知的有在通风管道内设置冷却器、加热器和调节风门的车辆用空调装置。该车辆用空调装置中，参照设定温度和各种检测温度对冷却器和加热器的作用进行控制，同时控制调节风门，这样来达到作为目标值的车室内温度。例如，作为一种车辆用空调装置的自动空调装置，参照车室内温度、空气温度、日照量、冷却器出口侧空气温度等热负荷检测值，计算从通风管道吹出的空气地目标温度，根据该目标温度对控制设备，例如对转换调节风门等进行控制，该转换调节风门用于控制所谓空气混合调节风门及吹出模型，对内外空气进行转换。
可是，现有的自动空调机具有许多热负荷检测部及各种温调控制设备驱动部，用较多的复杂控制系统和运算式，故构成控制系统需要很多时间和费用。
【发明内容】
为此，本发明的目的在于提供一种可大大简化控制系统的便宜的控制装置。
本发明的另一目的是提供一种既可保持和现有的自动空调机相同性能，又可大大简化控制系统的便宜的车辆用空调装置。
根据本发明的一种形式，可得到一种控制装置，这种控制装置是配置有下述机构的控制装置，即具有：设定控制对象的输出目标值用的目标值设定机构；检测上述控制对象的实际输出值用的输出值检测机构；将上述控制对象控制成使上述输出值成为目标值的控制机构，其特征在于，上述控制机构包括：目标响应运算机构，用于对上述输出值达到目标值之前的过渡状态的目标响应值进行计算；控制对象输出反馈运算机构，用于对上述过渡状态的上述目标值和输出值之差进行运算，生成反馈控制输入；前馈控制输入预测机构，用于预测实现上述目标响应的过渡特性所需要的前馈控制输入；控制上述输出值的机构，该机构将上述前馈控制输入和反馈控制输入之和作为输入，对上述输出值进行控制。
根据本发明的另外的形式，可得到一种车辆用空调装置，该空调装置是具有下述机构的车辆用空调装置，即具有：将车室内的温度作为设定温度进行设定的温度设定机构；将上述车室内的实际温度作为检测温度进行检测的温度检测机构；对上述车室内的温度进行控制，使上述检测温度成为设定温度的温度控制机构，其特征在于，上述温度控制机构包括：对上述检测温度达到上述设定温度之前的过渡状态的目标响应值进行计算的目标响应计算机构；对上述目标响应的目标温度与检测温度之差进行运算，生成反馈控制输入的反馈运算机构；对实现上述目标响应的过渡特性所必需的前馈控制输入进行预测的前馈预测机构；将上述前馈控制输入与反馈控制输入之和作为控制输入，来控制上述车室内温度的机构。
该车辆用空调装置中，根据设定温度自动地计算出响应该目标值的响应模型，即目标响应，预测达到该目标响应所必要的前馈控制量，将所馈控制量加到该预测值中，将预测值修正成更合适的控制量。该修正后的控制量作为控制车室内温度的控制量加以采用，根据该控制量控制车室内的温度。即，适宜地选择达到设定温度之前具有合适的过渡特性的目标响应，边进行基本上根据该目标响应的前馈控制、边只将基本上用检测机构测得的检测信号反馈给该前馈信号，将前馈信号修正成包括反馈信号在内的合适控制量，根据该控制量控制车室内的温度。
如上所述，根据本发明的控制装置、特别是车辆用空调装置，检测所需要的系统实质上只有车室内温度这种极简单的控制系统，便可实现所希望的舒适的空调控制，可使自动空调控制系统大大简化、可降低成本。
特别是可用差分方程式来表现车室内温度目标响应模型，可实现用便宜的控制系统，例如可用使用了ECU的控制系统来实现，可大幅度降低成本。
如实施形式所示，由于在控制量运算中考虑了车室内温度的动特性，因此，可发挥优良的前馈控制性能。又因可用差分方程式等表示该动特性，故可低成本地进行安装。
【附图说明】
图1是本发明实施例1的车辆用空调装置的机械系统图；
图2是表示图1的车辆用空调装置所包含的主控制器的方框图；
图3是用于说明图1的车辆用空调装置的温度控制的特性图；
图4是用于说明图2的主控制器的动作的方框图；
图5是本发明实施例2的车辆用空调装置的机械系统图；
图6是表示图5的车辆用空调装置所包含的主控制器的方框图；
图7是用于说明图6的主控制器的动作的方框图。
【具体实施方式】
参照图1对本发明实施例1的车辆用空调装置的整体作说明。
图1中，符号1为车辆用空调装置的整个机械构成部分，通风管道2的入口侧设有内外空气转换调节风门5，用于控制从内部空气导入口3一侧吸入的空气吸入量与从外部空气导入口4一侧吸入的空气吸入量的比例。吸入的空气由电机6驱动的鼓风机7在管道2内进行吸引、压送。
在制冷剂回路(冷冻回路)11内循环的制冷剂被供给作为冷却器设置的蒸发器8。制冷剂由固定容量式压缩机12进行压缩，由冷凝器13进行冷凝，该压缩机由汽车发动机驱动，而且通过离合器控制可对容量进行可变控制。冷凝后的制冷剂经受液器14、膨胀阀15送到蒸发器8内进行蒸发，对蒸发器8附近的空气进行冷却。蒸发后的制冷剂从蒸发器8吸入压缩机12内。压缩机12的运转可通过离合器控制器16的控制而进行控制。
冷却后的空气经过吹出口(例如DEF吹出口、VENT吹出口、FOOT吹出口)19、20、21吹出到车室内。吹出口19、20、21上分别设有调节风门22、23、24。
离合器控制器16根据主控制器25发出的信号进行控制。车室内温度设定器26发出的设定温度信号、车室内温度传感器27发出的检测温度信号输入主控制器25内。冷却器8的出口侧设有冷却器出口空气温度传感器28，其检测温度信号输入主控制器25内。
参照图2对主控制器25作说明。
根据车室内温度设定器26设定的设定温度(目标值)，目标响应计算机构32以从预先设定的初始值(例如，常温25℃)达到该设定温度为止的目标值响应模型(目标响应)作为F(S)进行运算。根据该运算结果，前馈预测机构33便以目标吹出温度的控制对象模型作为1/P′(S)的前馈控制输入进行运算。
另外，车室内温度传感器27发出的检测温度信号作为反馈信号加到表示目标响应的预测信号中。即，作为预测控制量的目标值响应模型F(S)，与反馈的检测温度信号之偏差值用PID运算机构34进行PID运算。然后，将上述前馈控制输入和经过PID运算的修正信号即反馈控制输入相加，将其作为目标吹出温度的控制信号，即作为冷却器出口空气温度控制的基本信号输出。利用该目标吹出温度的控制信号，冷却器出口空气温度目标值运算机构35进行规定的运算，将离合器信号输出到离合器控制器16内。根据该离合器信号，离合器控制器16对固定容量式压缩机12的离合器(未图示)的运作进行控制。其结果，冷却器8出口侧的空气温度得到控制。这样，便可使车室内的温度接近目标值。
参照图3，对车室内的温度控制加以说明。
根据目标响应合适地计算、指定设定温度，该目标响应包含控制开始时的过渡特性，然后预测前馈控制量，将实际的车室内检测温度与目标响应值的差分反馈到前馈控制量中，并将该前馈控制输入与反馈之和作为实际控制量的基本信号。即，作为基本上可简单地构成控制系统的前馈控制系统，将根据唯一的车室内检测温度的信号反馈到该前馈控制系统中，将前馈控制输入修正为更合适的信号量，可进行实际控制。
参照图2、图4，具体说明主控制器25的动作。
根据用车室内温度设定器26设定的设定温度，即车室内温度目标值Tset，车室内温度响应模型的目标值Tf作为
Tf＝(TL×Tset+Tc×Tf(上一次的值))/(Tc+TL)的一次滞后近似差分方程式进行运算。式中，TL为控制周期，Tc为车室内温度响应性指定参数。
运算目标吹出温度Toc时，对于车室内温度响应目标值Tf计算出目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1。该运算项具有考虑了控制对象即车室内温度的响应变化的动特性模型，该动特性模型是用静特性式Tff1和近似一次滞后的差分方程式Tff2进行近似处理后的模型。原来，将车室内温度响应模型的输出Tf，输入到控制对象即车室内温度动特性模型时，前馈预测运算值Toc1就自然会被输出，但，实际上是和把车室内温度响应模型和控制对象，即动特性模型结合起来的模型是相同的。因此，是采用了这样结合起来的模型，结果，输入值变成车室内温度目标值Tset。
然后，根据车室内温度响应目标值Tf和实际检测的车室内温度TR，计算出目标吹出温度的反馈运算值Toc2。
根据该目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1和反馈运算值Toc2之和，目标吹出温度Toc用
Toc＝Toc1+Toc2计算出来。
参照目标吹出温度Toc，计算出冷却器出口空气温度目标温度运算值TV，考虑检测出的冷却器出口空气温度Te、并发出离合器信号，用离合器控制器16控制冷却器出口空气温度，控制车室内温度。
参照图5，对本发明实施例2的车辆用空调装置的整体作说明。和图1同样的部分用同一符号，并省略其说明。
图5中，蒸发器8的下游侧设有作为加热器的热水加热器9。来自汽车发动机的发动机冷却水10在加热器9内循环，由此而加热热水加热器9。
热水加热器9的下游侧设有空气混合调节风门17。空气混合调节风门17由空气混合调节风门作动器18调节开度，可以控制通过加热器9的空气量与旁通的空气量的比例。空气混合调节风门作动器18和离合器控制器16根据主控制器25′的信号进行控制。温度调节后的空气通过各吹出口19、20、21(例如，DEF、VENT、FOOT吹出口)吹出到车室内。其他机械的构造和图1的上述车辆用空调装置相同。
参照图6对主控制器25′作说明。
根据车室内温度设定器26的设定温度(目标值)，目标响应计算机构32以从预先设定的初始值(例如，常温25℃)开始到达到该设定温度目标值为止的目标值响应模型(目标响应)作为F(S)进行运算。根据该运算结果，前馈控制输入预测机构33以目标吹出温度的控制对象模型作为1/P′(S)的前馈控制输入进行运算。
另外，车室内温度传感器27发出的检测温度信号作为反馈信号加到表示目标响应的预测信号中。即，作为预测控制量的目标值响应模型F(S)与反馈的检测温度信号之偏差值用PID运算机构34进行PID运算。然后，将上述前馈控制输入和经过PID运算的修正信号，即反馈控制输入相加，将其作为目标吹出温度的控制信号，即作为空气混合调节风门控制和冷却器出口空气温度控制的基本信号输出。该目标吹出温度的控制信号被传送到空气混合调节风门开度运算机构41和冷却器出口空气温度运算、判断机构42。
空气混合调节风门开度运算机构41包括作为操作端的接口43，和与接口43相连接的作为控制对象的开度运算部44。目标吹出温度的控制信号经由接口43供应到开度运算部44。开度运算部44进行空气混合调节风门17的开度方面的规定运算，生成空气混合调节风门信号，将该空气混合调节风门信号传送给空气混合调节风门作动器18。空气混合调节风门作动器18根据空气混合调节风门信号来控制空气混合调节风门17的开度。结果，控制了从加热器9附近通过的空气量。
冷却器出口空气温度目标值运算机构包括：供给目标吹出温度控制信号的TVI运算部45；与车室内温度设定器26连接的TVII运算部46；与TVI运算部45和TVII运算部46连接的比较判断部47；与比较判断部47连接的输出部48。TVI运算部45根据目标吹出温度控制信号对冷却器出口空气温度目标值TVI进行运算。TVI运算部46根据车室内温度设定器26的设定温度对冷却器出口空气温度目标值TVII进行运算。冷却器出口空气温度目标值TVI及TVII用比较判断部47进行比较，将其中值小的一方，即最小值作为离合器信号，由输出部48传送给离合器控制器16。根据该离合器信号，离合器控制器16对固定容量式压缩机12的离合器(未图示)的动作进行控制。结果，冷却器8的出口侧空气温度得到控制。
这样，通过上述的对从加热器9附近通过的空气量的控制、以及对冷却器8的出口侧的空气温度的控制，可使车室内温度接近目标值。另外，也可用冷却器自身的温度控制、或冷却器出入口的制冷剂温度的控制，来代替冷却器出口空气温度的控制。
参照图6和图7，对主控制器25′的动作进行具体说明。
根据车室内温度设定器26设定的设定温度，即根据车室内温度目标值Tset，车室内温度响应模型的目标值Tf用
Tf＝(TL×Tset+Tc×Tf(上一次的值))/(Tc+TL)的一次滞后近似的差分方程式进行运算。式中，TL为控制周期，TC为车室内温度响应性指定参数。
运算目标吹出温度Toc时，相对于车室内温度响应目标值Tf计算出目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1。该运算项具有考虑了控制对象，即车室内温度的响应变化的动特性模型，该动特性模型是用静特性式Tff1和近似一次滞后的差分方程式Tff2进行近似处理后的模型。原来，将车室内温度响应模型的输出Tf输入到控制对象即车室内温度动特性模型时，当然会变成Toc1输出，但，实际上是和把车室内温度响应模型和控制对象的动特性模型结合起来的模型是相同的。因此，是采用了这样结合起来的模型，结果，输入值变成车室内温度目标值Tset。
然后，根据车室内温度响应目标值Tf和实际检测的车室内温度TR计算出目标吹出温度的反馈运算值Toc2。
根据该目标吹出温度的前馈预测运算值Toc1和反馈运算值Toc2之和，目标吹出温度Toc用
Toc＝Toc1+Toc2计算出来。
根据该目标吹出温度Toc的运算结果，空气混合调节风门的开度AMD按下式进行运算。
AMD＝f(Toc.TW.Te)
式中TW一般是作为发动机冷却水温度检测的加热器入口热水温度，Te为蒸发器出口空气温度。
表示运算出来的空气混合调节风门开度AMD的信号，被输出到空气混合调节风门作动器18内，实际对空气混合调节风门的开度进行控制。
在这种控制中，是把与设定温度相对应的目标值响应模型作为前馈信号时行运算，实质上是与其分开独立地进行反馈控制，该反馈控制利用车室内温度传感器27发出的温度检测信号。因此，上述前馈控制信号根据反馈信号适宜地进行修正，作为目标吹出温度的控制信号是可靠性非常高的信号。而且，实质上加上唯一的反馈信号，这是实际检测的当时的车室内温度的信号，故可实现极简单的控制结构，而且可稳定地、响应性良好地进行舒适的空调控制。
另外，根据目标吹出温度Toc运算冷却器出口空气温度TVI＝f(Toc)，根据上述设定温度运算冷却器出口空气温度TVII＝f(Tset·RH)。RH是目标车室内相对湿度，作为固定设定值给出。将这样运算出来的冷却器出口空气温度TVI及TVII中的低的一方作为冷却器出口空气温度目标值TV，根据该目标值TV，向离合器控制器16输出离合器控制信号。离合器控制器16这样进行控制，即，使冷却器出口空气温度的检测值Te成为目标值TV。
像这样根据目标值TV来控制离合器控制器16，由此，控制压缩机12的运转，便可进行必要的最小限度的运转，可提高节能特性。而且，还可使制冷剂的蒸发温度达到最佳水平，故可进一步提高空调的舒适性。