JP2005114616A - ガスセンサ及びその制御方法並びに車両用空調制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間の使用によりガス検知素子の特性が変化したとしても、制御信号を可及的に正しく発し得るガスセンサを提供する。
【解決手段】制御部４、５は、Ｄ素子１の出力信号Ｓ（ｎ）の変化率が大きいほど出力信号Ｓ（ｎ）との差が大きくなるように出力信号Ｓ（ｎ）の変化に対して緩慢に追従するベース値Ｂ（ｎ）を算出するベース値算出手段と、現在の出力信号Ｓ（ｎ）とベース値Ｂ（ｎ）との差分値Ｄ（ｎ）を算出する差分値算出手段と、差分値Ｄ（ｎ）と第１〜３閾値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とによりガス検知を判断し、制御信号ＬＶを発する判断手段とを有するガスセンサである。制御部４、５は、判断手段の一定判断毎に差分値Ｄ（ｎ）の最大値である最大差分値ＤＭＡＸを記憶し、最大差分値ＤＭＡＸに基づいて第２、３閾値Ｔ２、Ｔ３を変更するガス検知用閾値変更手段を有している。
【選択図】図８

Description

本発明はガスセンサ及びその制御方法並びに車両用空調制御装置に関する。

従来、特許文献１及び特許文献２記載のガスセンサが知られている。このガスセンサは、特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値が変化するガス検知素子と、ガス検知素子から出力される出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する制御部とを備えている。

ガス検知素子としては、ＮＯ₂等の酸化性ガスを検知可能なＷＯ₃等を主とした酸化性ガス検知素子や、ＣＯ、ＨＣ等の還元性ガスを検知可能なＳｎＯ₂等を主とした還元性ガス検知素子が用いられている。ＷＯ₃等を主とした酸化性ガス検知素子は、通常、酸化性ガスの濃度が高くなれば内部抵抗が大きくなる。他方、ＳｎＯ₂等を主とした還元性ガス検知素子は、通常、還元性ガスの濃度が高くなれば内部抵抗が小さくなる。このガス検知素子はヒータにより加熱されるようになっている。

制御部は、出力信号の変化に対して緩慢に追従するベース値を算出するベース値算出手段と、現在の出力信号とベース値との差分値を算出する差分値算出手段と、差分値とガス検知用閾値とによりガス検知を判断し、制御信号を発する判断手段とを有している。

このガスセンサでは、ガス検知素子の内部抵抗の変化に基づいて出力信号が出力される。そして、制御部は、入力ルーチンによって出力信号の入力を待ち、制御ルーチンによってその出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する。より詳細には、制御ルーチンは、ベース値算出ステップにより、出力信号の変化に対して緩慢に追従するベース値を算出する。この後、差分値算出ステップにより、現在の出力信号とベース値との差分値を算出する。そして、判断ステップにより、差分値とガス検知用閾値とによりガス検知を判断し、制御信号を発する。

これらのガスセンサは車両用空調制御装置等に用いられる。車両用空調制御装置では、制御部（制御ルーチン）が発する制御信号によって、内気と外気とを切換えるフラップを作動させる。こうしてこの車両用空調制御装置では、手動で内気と外気とを切換えることなく、清浄な外気を車内に取り入れるとともに汚染された外気の流入を阻止し、車内空間を快適に保つことが可能である（特許文献１、２参照）。

特表平９−５０３５８０ 特開２００２−５５０６８

しかし、ガスセンサは、長期間の使用により、ガス検知素子の特性が不可避的に変化してしまう。このため、従来のガスセンサでは、長期間の使用により、使用初期と比較して特定ガスが同じ濃度変化を生じたときにガス検出素子からの出力信号の挙動が略同等の変化率（一定時間に対する変化の大きさ）を生じ難く、一定値に設定したガス検知用閾値を用いた場合、制御信号を正しく発し得ない事態が生じてしまう、つまり、従来のガスセンサでは、ガス検知感度が一定でなく、低下してしまう。ここで、「ガス検知感度が一定」とは、特定ガスが同じ濃度変化を生じたとき、略同じタイミングで略同じ出力形態の制御信号を発することをいう。特に、複数のガス検知用閾値によりガス検知を多段階で行うガスセンサの場合、ガス検知感度の低下による不具合が顕著になる。このようなガスセンサにおいてガス検知感度が低下すると、最も低いガス検知用閾値に対応した制御信号が多く発せられるものの、それよりも高いガス検知用閾値に対応した制御信号がほとんど発せられなくなってしまうからである。

このため、このようなガス検知感度が低下したガスセンサを用いた車両用空調制御装置においては、外気の汚染状況に対応したフラップの作動が困難となり、快適な車内空間の確保ができない事態が発生し得る。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、長期間の使用によりガス検知素子の特性が変化したとしても、制御信号を可及的に正しく発し得るガスセンサを提供することを解決すべき課題としている。また、そのガスセンサの制御方法及びそのガスセンサを用いた車両用空調装置を提供することも解決すべき課題としている。

本発明のガスセンサは、特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値が変化するガス検知素子と、該ガス検知素子から出力される出力信号が入力され、該出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する制御部とを備え、該制御部は、該出力信に応じて変化するベース値を算出するベース値算出手段と、現在の該出力信号と該ベース値との差分値を算出する差分値算出手段と、該差分値とガス検知用閾値とにより該ガス検知を判断し、該制御信号を発する判断手段とを有するガスセンサにおいて、
前記制御部は、前記判断手段の一定判断毎に前記差分値の最大値である最大差分値を記憶し、該最大差分値に基づいて前記ガス検知用閾値を変更するガス検知用閾値変更手段を有していることを特徴とする。

また、本発明のガスセンサは以下の制御方法に使用可能である。すなわち、本発明のガスセンサの制御方法は、特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値が変化するガス検知素子から出力される出力信号の入力を待つ入力ルーチンと、該出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する制御ルーチンとを備え、該制御ルーチンは、該出力信号に応じて変化するベース値を算出するベース値算出ステップと、現在の該出力信号と該ベース値との差分値を算出する差分値算出ステップと、該差分値とガス検知用閾値とにより該ガス検知を判断し、該制御信号を発する判断ステップとを有するガスセンサの制御方法において、
前記制御ルーチンは、前記判断ステップの一定判断毎に前記差分値の最大値である最大差分値を記憶し、該最大差分値に基づいて前記ガス検知用閾値を変更するガス検知用閾値変更ステップを有していることを特徴とする。

本発明において、ガス検知素子としては、ＮＯ₂等の酸化性ガスを検知可能なＷＯ₃等を主とした酸化性ガス検知素子や、ＣＯ等の還元性ガスを検知可能なＳｎＯ₂やＩｎＯ₂等を主とした還元性ガス検知素子を採用することができる。これらのガス検知素子は、上記特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値（内部抵抗）が変化するものであり、このガス検知素子を用いて周知の回路構成を図ることによって、ガス検知素子の内部抵抗の変化に基づいて出力信号が出力され得る。制御部は、入力ルーチンによってガス検知素子から出力される出力信号の入力を待ち、制御ルーチンによってその出力信号に基づいて雰囲気の汚染（特定ガスの濃度増加）を判断し、制御信号を発する。

この際、このガスセンサでは、ガス検知用閾値変更手段（ガス検知用閾値変更ステップ）が判断手段の一定判断毎に差分値の最大値である最大差分値を記憶し、この最大差分値に基づいてガス検知用閾値を変更する。例えば、ガス検知用閾値を２つ有するガスセンサにおいて、低い方のガス検知用閾値を第１閾値、高い方のガス検知用閾値を第２閾値とする。このガスセンサでは、ガス検知素子の出力信号とベース値との差分値が第１閾値を超える毎に、差分値の最大値である最大差分値を記憶する。具体的には、差分値が第１閾値を超えた場合、すでに記憶されている最大差分値と新たな差分値とを比較して、両者のうちの大きい方を最大差分値として記憶する。そして、差分値が第１閾値を超えた回数が１回を含む所定の回数に達した場合、最大差分値に基づいて第２閾値を変更するのである。これにより、ガス検知感度が低下したり過敏であるガス検知素子を用いたガスセンサであっても、第２閾値を適正な値に近づけることができ、ガス検知感度の正常なガスセンサと略同等なガス検知感度にすることができる。

このガスセンサでは、第１閾値は第２閾値の修正のために使用され、小さな値に設定されている。この第１閾値はガス検知感度が正常なガスセンサであれば、かなり低い濃度の汚染ガスを検知することができる程度の値である。また、第１閾値はガス検知感度が低下したガスセンサであっても、ある程度の汚染ガスの濃度増加を検知することができる程度の値でもある。このように、第１閾値が小さな値に設定されていることにより、ガス検知感度が低下したガスセンサであっても、ある程度の汚染ガスの濃度増加であれば検知することができるため、第１閾値を第２閾値の修正のいわばトリガとして使用することができる。なお、最大差分値に基づいて第２閾値を変更するタイミングとして、上記のように差分値が第１閾値を超えた回数を採用することができる他、一定時間を採用するすることもできる。

したがって、本発明のガスセンサによれば、長期間の使用によりガス検知素子の特性が変化したとしても、制御信号を可及的に正しく発することができる。

ガス検知用閾値変更手段は、判断手段の一判断毎に最大差分値を記憶し、最大差分値に基づいてガス検知用閾値を変更するものとすることができる。この場合、例えば、上記のようにガス検知用閾値を２つ有するガスセンサにおいて、差分値が第１閾値を超える毎に、その差分値に基づいて第２閾値を変更する。これにより、汚染ガスが検知される毎に第２閾値が変更され、より迅速に第２閾値を適正な値に近づけることができる。

ガス検知用閾値変更手段は、最大差分値とガス検知用閾値とを比較し、最大差分値がガス検知用閾値より大きいときにガス検知用閾値を一定値大きくし、最大差分値がガス検知用閾値より小さいときにガス検知用閾値を一定値小さくすることが好ましい。最大差分値がガス検知用閾値より大きいときはガス検知感度が過敏であると判断して、ガス検知用閾値を一定値大きくして、ガス検知感度を下げる。また、最大差分値がガス検知用閾値より小さいときはガス検知感度が低下していると判断して、ガス検知用閾値を一定値小さくして、ガス検知感度を上げる。こうして、ガス検知感度が過敏であったり低下しているガス検知素子を用いたガスセンサであっても、ガス検知用閾値を適正な値に近づけることができる。なお、例えば、上記のようにガス検知用閾値を２つ有するガスセンサにおいて、変更されるガス検知用閾値は第２閾値である。

ガス検知用閾値を大きくする加算値はガス検知用閾値を小さくする減算値より絶対値が大きいことが好ましい。通常、高い濃度の汚染ガスよりも低い濃度の汚染ガスの方がはるかに多く発生する。そのため、例えば、上記のようにガス検知用閾値を２つ有するガスセンサにおいて、汚染ガスが検知された場合、最大差分値が第２閾値を超えることは少ない。したがって、ガス検知用閾値を大きくする加算値とガス検知用閾値を小さくする減算値との絶対値を同じにしたのでは、第２閾値が下がりすぎて、ガス検知感度が過敏になり過ぎてしまう。これを防止するため、最大差分値が第２閾値を超えない低い濃度の汚染ガスが検知されたときは第２閾値を僅かに下げ、最大差分値が第２閾値を超える高い濃度の汚染ガスが検知されたときは第２閾値をそれよりも大きく上げることとしている。

本発明のガスセンサは車両用空調制御装置に使用可能である。この車両用空調制御装置は、ガスセンサと接続され、ガスセンサの制御部から発せられる制御信号によって内気と外気とを切換えるフラップを作動させるものである。この車両用空調制御装置では、手動で内気と外気とを切換えることなく、より正確に清浄な外気を車内に取り入れるとともに汚染された外気の流入を阻止し、車内空間を快適に保つことが可能である。

以下、本発明のガスセンサを具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態のガスセンサ１０は車両用空調制御装置に使用されている。この車両用空調制御装置は、ＮＯ₂等の酸化性ガスを検知して制御信号を発するガスセンサ１０と、車内への外気の取り入れと内気の循環とをフラップ９４により切換える換気系９０と、制御信号により換気系９０のフラップ９４を駆動するフラップ駆動アッセンブリ８０とを備えている。

ガスセンサ１０は、酸化性ガスを検知可能なＷＯ₃等を主とした酸化性ガス検知素子（以下「Ｄ素子」という。）１の一端が接地され、その他端が検出抵抗器２の一端に接続されている。検出抵抗器２の他端は電源電圧Ｖｃｃ（５Ｖ）に接続されている。また、Ｄ素子１と検出抵抗器２との接続点（動作点）の電位（電圧）がＡ／Ｄ変換回路３に入力され、所定のサイクル時間（０．４秒）毎にデジタル化された出力信号Ｓ（ｎ）がマイクロコンピュータ４の入力端子に入力されるようになっている。なお、ｎはＤ素子１と検出抵抗器２との接続点の電位をＡ／Ｄ変換回路３においてＡ／Ｄ変換するサイクル時間の番号を示している。

そして、マイクロコンピュータ４は、この出力信号Ｓ（ｎ）に基づいてガス検知を４段階（濃度低、濃度高１、濃度高２、濃度高３）で判断し、４段階の制御信号ＬＶ（濃度低制御信号ＬＶ０、濃度高１制御信号ＬＶ１、濃度高２制御信号ＬＶ２、濃度高３制御信号ＬＶ３）を出力するようになっている。つまり、濃度高１、濃度高２及び濃度高３に対応したガス検知閾値として第１閾値Ｔ１、第２閾値Ｔ２、第３閾値Ｔ３を持っており、出力信号Ｓ（ｎ）とベース値Ｂ（ｎ）との差分値Ｄ（ｎ）と、第１〜３閾値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とを比較して４段階の制御信号ＬＶを出力している。具体的には、差分値Ｄ（ｎ）が第１閾値Ｔ１以下の場合、濃度低制御信号ＬＶ０を出力する。差分値Ｄ（ｎ）が第１閾値Ｔ１よりも大きく第２閾値Ｔ２以下である場合、濃度高１制御信号ＬＶ１を出力する。差分値Ｄ（ｎ）が第２閾値Ｔ２よりも大きく第３閾値Ｔ３以下である場合、濃度高２制御信号ＬＶ２を出力する。差分値Ｄ（ｎ）が第３閾値Ｔ３よりも大きい場合、濃度高３制御信号ＬＶ３を出力する。また、マイクロコンピュータ４からヒータ制御回路５にヒータ６への加熱指令が出力されると、ヒータ制御回路５は電流をヒータ６に通電するようになっている。ヒータ６はＤ素子１に隣接している。

これらＤ素子１、検出抵抗器２、Ａ／Ｄ変換回路３、マイクロコンピュータ４、ヒータ制御回路５及びヒータ６によりガスセンサ１０が構成されている。このＤ素子１は酸化性ガスの濃度が高くなれば内部抵抗が大きくなるものである。なお、ヒータ制御回路５は、ヒータ６に電力を供給する図示しない車載用バッテリ（例えば、１２Ｖ）のバッテリ電圧を検出し、マイクロコンピュータ４にバッテリ電圧信号を出力する。そして、マイクロコンピュータ４は、そのバッテリ電圧信号に基づき、ヒータ６に供給する電力を制御するための指令をヒータ制御回路５に出力し、その指令に応じてヒータ制御回路５に備えられるスイッチング素子をスイッチング制御することで、ヒータ６に所望の電力が供給されるようになっている。これによりヒータ６によりＤ素子１が加熱される。マイクロコンピュータ４及びヒータ制御回路５が制御部である。

フラップ駆動アッセンブリ８０は、駆動回路８１とアクチュエータ８２とを備えている。駆動回路８１は、ガスセンサ１０のマイクロコンピュータ４から入力した制御信号ＬＶによりアクチュエータ８２を作動するようになっている。これによりアクチュエータ８２により換気系９０のフラップ９４が駆動される。

換気系９０は、車内ダクト９１、内気ダクト９２、外気ダクト９３、フラップ９４及びファン９５を備えている。外気ダクト９３は外気を取り入れ、内気ダクト９２は車内の内気を循環させるようになっている。フラップ９４は、フラップ駆動アッセンブリ８０により駆動され、外気ダクト９３と内気ダクト９２とを切換えて車内ダクト９１に接続するようになっている。そして、車内ダクト９１内に設けられたファン９５により、車内に空気が強制的に送風される。

以上の構成をした車両用空調制御装置のガスセンサ１０について、Ｄ素子１の出力信号Ｓ（ｎ）に基づいて汚染ガスを検知して制御信号ＬＶを発しつつ、Ｄ素子１のガス検知感度を変更する方法を説明する。まず、イグニッションスイッチがＯＮにされると、ガスセンサ１０、フラップ駆動アッセンブリ８０及び換気系９０に電源が供給され、マイクロコンピュータ４にて図２に示すプログラムが実行される。

図２に示すプログラムでは、Ｄ素子１が活性状態となるのを待って、まずステップＳ１において初期設定が行われる。具体的には、制御信号ＬＶとして濃度低制御信号ＬＶ０を出力する等の入出力信号の初期化、後述する最大差分値ＤＭＡＸをクリアする等のフラグやカウンター類の初期化が行われる。また、ベース値Ｂ（０）として、Ｄ素子１が活性状態となった当初の出力信号Ｓ（０）を記憶しておく。次にステップＳ２では、所定のサンプリング時間毎にＡ／Ｄ変換したＤ素子１の出力信号Ｓ（ｎ）が入力され、その値が記憶される。ステップＳ２を実行後、ステップＳ３が実行される。

ステップＳ３では、ガスセンサ１０から制御信号ＬＶとして濃度低制御信号ＬＶ０が出力されているか否かをチェックする。濃度低制御信号ＬＶ０が出力されている場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。また、濃度低制御信号ＬＶ０が出力されていない場合（ＮＯ）、図３に示すステップＳ１８に進む。

ステップＳ１２では、出力信号Ｓ（ｎ）を取得開始後、８サンプリング時間以上が経過したか否かをチェックする。８サンプリング時間以上が経過している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。また、８サンプリング時間以上が経過していない場合（ＮＯ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、数１に示す式によりベース値Ｂ（ｎ）を求め、ステップＳ７に進む。

ステップＳ４では、現在のサンプリングの出力信号Ｓ（ｎ）と１つ前のサンプリングのベース値Ｂ（ｎ−１）との大きさをチェックする。出力信号Ｓ（ｎ）がベース値Ｂ（ｎ−１）より大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。また、出力信号Ｓ（ｎ）がベース値Ｂ（ｎ−１）以下である場合（ＮＯ）、ステップＳ６に進む。ステップＳ５では、数２に示す式によりベース値Ｂ（ｎ）を求め、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ６では、数３に示す式によりベース値Ｂ（ｎ）を求め、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、数４に示す式により差分値Ｄ（ｎ）を求め、ステップＳ８に進む。

ここで、数１、２の第１係数Ｋ１は０＜Ｋ１＜１であり、第２係数Ｋ２はＫ２＞０である。この数１、２に示す式により求められるベース値Ｂ（ｎ）は、出力信号Ｓ（ｎ）に応じて変化する。また、数３に示す式により求められるベース値Ｂ（ｎ）によれば、汚染ガスの濃度の低下などによりセンサ出力値が減少（S(n)＜S(n-1)）した場合であっても、その後の汚染ガスの濃度変化に迅速に対応可能である（数１、２、３に示す式の詳細については特開２００３−２２７８０７参照）。

ステップＳ８では、差分値Ｄ（ｎ）と第１閾値Ｔ１とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第１閾値Ｔ１より大きい場合（ＹＥＳ）、濃度高１に対応した汚染ガスが発生中であると判断して、ステップＳ９に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第１閾値Ｔ１以下である場合（ＮＯ）、汚染ガスが発生していないと判断して、制御信号ＬＶとして濃度低制御信号ＬＶ０を保持したままステップＳ１０に進む。

ステップＳ９では、制御信号ＬＶとして濃度高１制御信号ＬＶ１を出力した後、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、上記ステップＳ５、ステップＳ１３及び後述するステップＳ１９、ステップＳ２０で求めたベース値Ｂ（ｎ）を記憶した後、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、Ａ／Ｄ変換回路３によるサンプリングタイムに達するまで待機する。このサンプリングタイムは０．４秒である。サンプリングタイムに達したら、ステップＳ２に戻り、次の出力信号を入力する。

図３に示すステップＳ１８では、出力信号Ｓ（ｎ）を取得開始後、８サンプリング時間以上が経過したか否かをチェックする。８サンプリング時間以上が経過している場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２０に進む。また、８サンプリング時間以上が経過していない場合（ＮＯ）、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、数５に示す式によりベース値Ｂ（ｎ）を求め、ステップＳ２１に進む。

ステップＳ２０では、数６に示す式によりベース値Ｂ（ｎ）を求め、ステップＳ２１に進む。なお、ステップＳ２０が実行される場合は、制御信号ＬＶとして濃度高１〜３制御信号ＬＶ１〜３が出力されており、濃度高１〜３に対応した汚染ガスが発生中と判断されている。ステップＳ２１では、数７に示す式により差分値Ｄ（ｎ）を求め、ステップＳ２２に進む。

ここで、数５、６の第３係数Ｋ３は０＜Ｋ３≦Ｋ１＜１であり、第４係数Ｋ４はＫ４＞０である（詳細については特開２００３−２２７８０７参照）。

ステップＳ２２では最大差分値ＤＭＡＸを更新する。最大差分値ＤＭＡＸの更新は、図５に示す最大差分値更新サブルーチンをコールすることにより行われる。最大差分値更新サブルーチンでは、ステップＳ４０において、差分値Ｄ（ｎ）と最大差分値ＤＭＡＸとを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が最大差分値ＤＭＡＸより大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４１に進む。差分値Ｄ（ｎ）が最大差分値ＤＭＡＸ以下である場合（ＮＯ）、最大差分値ＤＭＡＸをそのままにしてメインプログラムにリターンする。ステップＳ４１では、最大差分値ＤＭＡＸを差分値Ｄ（ｎ）と入れ替えた後、メインプログラムにリターンする。最大差分値更新サブルーチンからリターンすると、図３に示すステップＳ２３が実行される。

ステップＳ２３では、ガスセンサ１０から制御信号ＬＶとして濃度高１制御信号ＬＶ１が出力されているか否かをチェックする。濃度高１制御信号ＬＶ１が出力されている場合（ＹＥＳ）、濃度高１に対応した汚染ガスが発生していると判断されており、ステップＳ２４に進む。また、濃度高１制御信号ＬＶ１が出力されていない場合（ＮＯ）、濃度高２あるいは濃度高３に対応した汚染ガスが発生していると判断されており、図４に示すステップＳ３０に進む。

図３のステップＳ２４では、差分値Ｄ（ｎ）と第２閾値Ｔ２とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第２閾値Ｔ２より大きい場合（ＹＥＳ）、濃度高２に対応した汚染ガスが発生したと判断して、ステップＳ２９に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第２閾値Ｔ２以下である場合（ＮＯ）、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２９では、制御信号ＬＶとして濃度高２制御信号ＬＶ２を出力した後、図２に示すステップＳ１０に進む。

図３のステップＳ２５では、差分値Ｄ（ｎ）と第１下降閾値ＴＵ１とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第１下降閾値ＴＵ１以下である場合（ＹＥＳ）、汚染ガスの発生がなくなったと判断して、ステップＳ２７に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第１下降閾値ＴＵ１より大きい場合（ＮＯ）、まだ濃度高１に対応した汚染ガスが発生していると判断して、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、制御信号ＬＶとして濃度高１制御信号ＬＶ１を保持したまま、図２に示すステップＳ１０に進む。このように、第１閾値Ｔ１と第１下降閾値ＴＵ１との２つの閾値を用いたのは、２つの閾値を用いてヒステリシス特性を持たせ、濃度高１制御信号ＬＶ１と濃度低制御信号ＬＶ０との出力信号を切り替える際にチャタリングが生じないようにするためである。なお、本実施形態では、第１閾値Ｔ１と第１下降閾値ＴＵ１との関係を、ＴＵ１＜Ｔ１とした。

ステップＳ２７では、制御信号ＬＶとして濃度低制御信号ＬＶ０を出力した後、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、第２閾値Ｔ２及び第３閾値Ｔ３を算出する。第２閾値Ｔ２及び第３閾値Ｔ３の算出は、図６に示す閾値算出サブルーチンをコールすることにより行われる。閾値算出サブルーチンでは、ステップＳ５０において、第２閾値Ｔ２と最大差分値ＤＭＡＸとを比較する。第２閾値Ｔ２が最大差分値ＤＭＡＸより小さい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５１に進む。また、第２閾値Ｔ２が最大差分値ＤＭＡＸ以上である場合（ＮＯ）、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５１では、第２閾値Ｔ２に加算値ａを加えたものを新たな第２閾値Ｔ２とする。また、新たな第２閾値Ｔ２の２倍の値を新たな第３閾値Ｔ３にした後、ステップＳ５４に進む。ステップＳ５２では、第２閾値Ｔ２と第１閾値Ｔ１に後述する減算値ｂ（ｂ＞０）を加えた値とを比較する。第２閾値Ｔ２が第１閾値Ｔ１に減算値ｂを加えた値より大きい場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５３に進む。また、第２閾値Ｔ２が第１閾値Ｔ１に減算値ｂを加えた値以下である場合（ＮＯ）、第２閾値Ｔ２をこれ以上下げるのは適切でないため、第２閾値Ｔ２を変更することなくステップＳ５４に進む。ステップＳ５３では、第２閾値Ｔ２から減算値ｂを減じたものを新たな第２閾値Ｔ２とする。また、新たな第２閾値Ｔ２の２倍の値を新たな第３閾値Ｔ３にした後、ステップＳ５４に進む。ステップＳ５４では、最大差分値ＤＭＡＸをクリアして、メインプログラムにリターンする。閾値算出サブルーチンからリターンすると、図２に示すステップＳ１０が実行される。ここで、加算値ａの絶対値は減算値ｂの絶対値より大きくなっている。これは以下の理由による。通常、高い濃度の汚染ガス（濃度高２）よりも低い濃度の汚染ガス（濃度高１）の方がはるかに多く発生するため、汚染ガスが検知された場合、最大差分値ＤＭＡＸが第２閾値Ｔ２を超えることは少ない。したがって、加算値ａと減算値ｂとの絶対値を同じにしたのでは、第２閾値Ｔ２が下がりすぎて、ガス検知感度が過敏なガスセンサがさらに過敏になり過ぎてしまうからである。これを防止するため、加算値ａの絶対値を減算値ｂの絶対値より大きくしている。これにより、最大差分値ＤＭＡＸが第２閾値Ｔ２を超えない低い濃度の汚染ガス（濃度高１）が検知されたときは、第２閾値Ｔ２が僅かに下がる。また、最大差分値ＤＭＡＸが第２閾値Ｔ２を超える高い濃度の汚染ガス（濃度高２）が検知されたときは、第２閾値Ｔ２が大きく上がることになる。なお、前述のように、閾値変更に際して判断の対象となるのは第２閾値Ｔ２であり、第３閾値Ｔ３は第２閾値Ｔ２に連動して変更されるに過ぎない。また、第２閾値Ｔ２及び第３閾値Ｔ３が変更される時には、これらに連動して第２下降閾値ＴＵ２及び後述する第３下降閾値ＴＵ３も変更される。

図４に示すステップＳ３０では、ガスセンサ１０から制御信号ＬＶとして濃度高２制御信号ＬＶ２が出力されているか否かをチェックする。濃度高２制御信号ＬＶ２が出力されている場合（ＹＥＳ）、濃度高２に対応した汚染ガスが発生していると判断されており、ステップＳ３１に進む。また、濃度高２制御信号ＬＶ２が出力されていない場合（ＮＯ）、濃度高３に対応した汚染ガスが発生していると判断されており、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３１では、差分値Ｄ（ｎ）と第３閾値Ｔ３とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第３閾値Ｔ３より大きい場合（ＹＥＳ）、濃度高３に対応した汚染ガスが発生したと判断して、ステップＳ３５に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第３閾値Ｔ３以下である場合（ＮＯ）、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３５では、制御信号ＬＶとして濃度高３制御信号ＬＶ３を出力した後、図２に示すステップＳ１０に進む。

図４のステップＳ３２では、差分値Ｄ（ｎ）と第２下降閾値ＴＵ２とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第２下降閾値ＴＵ２以下である場合（ＹＥＳ）、汚染ガスの濃度が濃度高１に対応した汚染ガスの濃度にまで下がったと判断して、ステップＳ３４に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第２下降閾値ＴＵ２より大きい場合（ＮＯ）、まだ濃度高２に対応した汚染ガスが発生していると判断して、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、制御信号ＬＶとして濃度高２制御信号ＬＶ２を保持したまま、図２に示すステップＳ１０に進む。なお、本実施形態では、第２閾値Ｔ２と第２下降閾値ＴＵ２との関係を、Ｔ２＞ＴＵ２としており、さらに、ＴＵ２＞Ｔ１に設定される。このように、第２閾値Ｔ２と第２下降閾値ＴＵ２との２つの閾値を用いたのは、第１閾値Ｔ１と第１下降閾値ＴＵ１との２つの閾値を用いたのと同様の理由である。

ステップＳ３６では、差分値Ｄ（ｎ）と第３下降閾値ＴＵ３とを比較する。差分値Ｄ（ｎ）が第３下降閾値ＴＵ３以下である場合（ＹＥＳ）、汚染ガスの濃度が濃度高２に対応した汚染ガスの濃度にまで下がったと判断して、ステップＳ３８に進む。また、差分値Ｄ（ｎ）が第３下降閾値ＴＵ３より大きい場合（ＮＯ）、汚染ガスの濃度はまだ濃度高３に対応した汚染ガスの濃度のままであると判断して、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、制御信号ＬＶとして濃度高３制御信号ＬＶ３を保持したまま、図２に示すステップＳ１０に進む。また、ステップＳ３８では、制御信号ＬＶとして濃度高２制御信号ＬＶ２を出力した後、図２に示すステップＳ１０に進む。なお、本実施形態では、第３閾値Ｔ３と第３下降閾値ＴＵ３との関係を、Ｔ３＞ＴＵ３としており、さらに、ＴＵ３＞Ｔ２に設定される。このように、第３閾値Ｔ３と第３下降閾値ＴＵ３との２つの閾値を用いたのは、第１閾値Ｔ１と第１下降閾値ＴＵ１との２つの閾値を用いたのと同様の理由である。

このガスセンサでは、ガス検知ごとに最大差分値ＤＭＡＸに基づいて第２閾値を変更する。具体的には、１つのガス検知が終了すると、閾値算出サブルーチンにおいて、最大差分値ＤＭＡＸと第２閾値Ｔ２とを比較する。そして、最大差分値ＤＭＡＸが第２閾値Ｔ２より大きいときはガス検知感度が過敏であると判断して、第２閾値Ｔ２を大きくして、ガス検知感度を下げる。また、最大差分値ＤＭＡＸが第２閾値Ｔ２以下のときはガス検知感度が低下していると判断して、第２閾値Ｔ２を小さくして、ガス検知感度を上げる。こうして、ガス検知感度が過敏であったり低下しているＤ素子１を用いたガスセンサ１０であっても、第２閾値Ｔ２を適正な値に近づけることによって、ガス検知感度を略一定に保つことができる。

また、このガスセンサでは、第１閾値Ｔ１は小さな値に設定されており、ガス検知感度が正常なガスセンサであれば、かなり少ない汚染ガスの濃度増加を検知することができる程度の値である。また、第１閾値Ｔ１はガス検知感度が低下したガスセンサであっても、ある程度の汚染ガスの濃度増加を検知することができる程度の値でもある。このように、第１閾値Ｔ１が小さな値に設定されていることにより、ガス検知感度が低下したガスセンサであっても、ある程度の濃度の汚染ガスであれば検知することができるため、第１閾値Ｔ１を第２閾値Ｔ２の修正のいわばトリガとして使用することができる。

したがって、本実施形態のガスセンサによれば、長期間の使用によりＤ素子１の特性が変化したとしても、制御信号ＬＶを可及的に正しく発することができる。このため、このガスセンサ１０を用いた車両用空調制御装置では、手動で内気と外気とを切換えることなく、より正確に清浄な外気を車内に取り入れるとともに汚染された外気の流入を阻止できるため、車内空間を快適に保つことが可能である。

なお、本実施形態のガスセンサ１０を用いた車両用空調制御装置では、内気循環と外気導入とを切り換えるためのフラップ３４を駆動・制御するにあたり、以下のようにしてフラップ３４の制御が行われる。つまり、フラップ駆動アッセンブリ８０は、ガスセンサ１０から濃度信号ＬＶ１〜３が出力されたことを読み込むと、外気ダクト９３を閉じるようにフラップ３４を回動させる。これにより、車内が内気循環となる。また、フラップ駆動アッセンブリ８０は、ガスセンサ１０から濃度信号ＬＶ０が出力されたことを読み込むと、内気ダクト９２を閉じるようにフラップ３４を回動させる。これにより、車内が外気導入とされる。
（試験）

本実施形態のガスセンサについての効果を確認するための試験を以下のように行った。まず、実施形態で使用したガスセンサ１０と同じ構成のもので、ガス検知感度が良好なガスセンサＡとガス検知感度が低下したガスセンサＢとを用意した。ただし、第１〜３閾値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を固定したものをガスセンサＡ（１）、ガスセンサＢ（１）とし、実施形態と同様の方法で第２閾値Ｔ２及び第３閾値Ｔ３を変更するものをガスセンサＡ（２）、ガスセンサＢ（２）とした。これらのガスセンサＡ（１）、Ｂ（１）、Ａ（２）、Ｂ（２）について、ＮＯ₂ガス濃度を変化させた雰囲気中において、制御信号ＬＶについて調べた。その結果を図７に示す。図７において、制御信号ＬＶとして、ＬＶ０は濃度低制御信号、ＬＶ１は濃度高１制御信号、ＬＶ２は濃度高２制御信号、ＬＶ３は濃度高３制御信号を表す。また、その際のガスセンサＡ（２）、ガスセンサＢ（２）の第２閾値Ｔ２の変化を図８に示す。

図７によれば、汚染ガスＧ１〜Ｇ４に対応したガスセンサＡ（１）とガスセンサＢ（１）との制御信号ＬＶが揃っていないのに対して、ガスセンサＡ（２）とガスセンサＢ（２）との制御信号ＬＶが揃っている。これにより、ガス検知感度が低下したガスセンサＢ（２）であっても、ガス検知感度が良好なガスセンサＡ（２）と略同等なガス検知感度にすることができることがわかる。また、図８によれば、ガス検知ごとに第２閾値Ｔ２がより適正な値に変更されていくのがわかる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、ステップＳ５、Ｓ２０にてベース値Ｂ（ｎ）を算出するにあたり、数２、数６の算出式を用いて算出したが、Ｂ（ｎ）＝Ｂ（ｎ−１）＋Ｋ５｛Ｓ（ｎ）−Ｂ（ｎ−１）｝を用いてベース値を算出するようにしても良い。但し、０＜Ｋ５＜１とする。さらに、このベース値Ｂ（ｎ）としては、他の算出式によって算出した値を用いることもでき、出力信号Ｓ（ｎ）の移動平均値などを用いることができる。

また、上記実施形態では、ガス検知素子１として、ＮＯ₂等の酸化性ガスに反応してその抵抗値が変化するものを用いたが、ＣＯなどの酸化性ガスに反応するガス検知素子を用い、ＣＯなどの濃度に応じてフラップ３４を回動させるシステムに適用することもできる。また、還元性ガスに反応するガス検知素子と、酸化性ガスに反応するガス検知素子の２種を同時に使用し、還元性ガス及び酸化性ガスの濃度変化に応じて、フラップ３４を回動させるシステムに適用することもできる。

本発明はガスセンサ及びその制御方法並びに車両用空調制御装置に利用可能である。

実施形態のガスセンサの主な電気的構成を示すブロック図である。 実施形態のガスセンサに係り、メインプログラムのフローチャートである。 実施形態のガスセンサに係り、メインプログラムのフローチャートである。 実施形態のガスセンサに係り、メインプログラムのフローチャートである。 実施形態のガスセンサに係り、最大差分値更新サブルーチンのフローチャートである。 実施形態のガスセンサに係り、閾値算出サブルーチンのフローチャートである。 ＮＯ₂ガス濃度を変化させた雰囲気中において、ガス検知感度が良好なガスセンサとガス検知感度が低下したガスセンサとにおけるＮＯ₂ガス濃度と制御信号との関係を示すグラフである。 ＮＯ₂ガス濃度を変化させた雰囲気中において、ガス検知感度が良好なガスセンサとガス検知感度が低下したガスセンサとにおけるＮＯ₂ガス濃度と第２閾値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…ガス検知素子（Ｄ素子）
Ｓ（ｎ）…出力信号
ＬＶ…制御信号（ＬＶ０…濃度低制御信号、ＬＶ１…濃度高１制御信号、ＬＶ２…濃度高２制御信号、ＬＶ３…濃度高３制御信号）
１０…ガスセンサ
４、５…制御部（４…マイクロコンピュータ、５…ヒータ制御回路）
Ｂ（ｎ）…ベース値
Ｄ（ｎ）…差分値
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…ガス検知用閾値（Ｔ１…第１閾値、Ｔ２…第２閾値、Ｔ３…第３閾値）
Ｓ５、Ｓ６、Ｓ２０…ベース値算出手段
Ｓ７、Ｓ２１…差分値算出手段
Ｓ８、Ｓ９、Ｓ２４、Ｓ２５〜Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３１〜Ｓ３８…判断手段
Ｓ２８…ガス検知用閾値変更手段
ａ…加算値
ｂ…減算値
９４…フラップ

Claims (6)

1. 特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値が変化するガス検知素子と、該ガス検知素子から出力される出力信号が入力され、該出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する制御部とを備え、該制御部は、該出力信に応じて変化するベース値を算出するベース値算出手段と、現在の該出力信号と該ベース値との差分値を算出する差分値算出手段と、該差分値とガス検知用閾値とにより該ガス検知を判断し、該制御信号を発する判断手段とを有するガスセンサにおいて、
   前記制御部は、前記判断手段の一定判断毎に前記差分値の最大値である最大差分値を記憶し、該最大差分値に基づいて前記ガス検知用閾値を変更するガス検知用閾値変更手段を有していることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ガス検知用閾値変更手段は、前記判断手段の一判断毎に前記最大差分値を記憶し、該最大差分値に基づいて前記ガス検知用閾値を変更することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
3. 前記ガス検知用閾値変更手段は、前記最大差分値と前記ガス検知用閾値とを比較し、該最大差分値が該ガス検知用閾値より大きいときに該ガス検知用閾値を一定値大きくし、該最大差分値が該ガス検知用閾値より小さいときに該ガス検知用閾値を一定値小さくすることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
4. 前記ガス検知用閾値を大きくする加算値は該ガス検知用閾値を小さくする減算値より絶対値が大きいことを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
5. 特定ガスの濃度変化に応じて抵抗値が変化するガス検知素子から出力される出力信号の入力を待つ入力ルーチンと、該出力信号に基づいてガス検知を判断し、制御信号を発する制御ルーチンとを備え、該制御ルーチンは、該出力信号に応じて変化するベース値を算出するベース値算出ステップと、現在の該出力信号と該ベース値との差分値を算出する差分値算出ステップと、該差分値とガス検知用閾値とにより該ガス検知を判断し、該制御信号を発する判断ステップとを有するガスセンサの制御方法において、
   前記制御ルーチンは、前記判断ステップの一定判断毎に前記差分値の最大値である最大差分値を記憶し、該最大差分値に基づいて前記ガス検知用閾値を変更するガス検知用閾値変更ステップを有していることを特徴とするガスセンサの制御方法。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項記載のガスセンサと接続され、制御信号によって内気と外気とを切換えるフラップを作動させることを特徴とする車両用空調制御装置。

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