JP2019516076A - 車両内でのパッシブな呼気中アルコール推定用センサシステム - Google Patents

車両内でのパッシブな呼気中アルコール推定用センサシステム Download PDF

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Abstract

方法および機器により、運転者の呼気中アルコール濃度(BrAC)のパッシブな決定が可能になる。アルコール濃度は、吐き出された呼気から決定され得るが、運転者にとっての不便が、しばしば車両にBrACセンサを組み込む障害となる。方法および機器は、パッシブなBrAC測定値の確度を下げる恐れがある幅広い環境条件を検出および説明しながら、運転者のBrACのパッシブな決定を可能にする。たとえば、CO2などのトレーサガスが、検査条件がパッシブ検出にとって満足の行くものであることを確かめるために使用される。検査条件が満足の行くものでない場合、車両の運転者は、呼気サンプルをアクティブに提供するように促される。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、2016年3月24日出願の米国仮特許出願第62/312,476号、および2016年12月23日出願の米国特許出願第15/389,724号の優先権を主張し、これらの各内容全体は、参照により本明細書に援用される。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
[0002]本発明は、米国運輸省道路交通安全局によって付与された契約第DTNH22−08−H−0188号の下で、政府の助成を受けてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
[0003]本発明は、運転者の吐き出した呼気の呼気中アルコール濃度を検出する方法に関し、詳細には、運転者の呼気中アルコールレベルを素早く推定する方法に関する。
[0004]飲酒運転を防止する取組みでは、警察により、監督下での呼気検査が定期的に行われている。監督下での呼気検査に加えて、非監督下での検査を実施して酔った運転者による車両の運転を防止する、「アルコロック(alcolock)」と呼ばれることがある自動式イグニッションインターロック装置が、車両自体の中に設置されてきている。このような呼気検査に使用される検知技術は、触媒ビーズ(もしくはペリスター(pellistor))、半導体、燃料電池、または赤外分光法に基づく場合がある。通常の呼気検査装置は、運転者が大きく深呼吸をし、マウスピースに向かって自身の気道を空にした後、呼気中アルコール濃度(BrAC:Breath Alcohol Concentration)を表す信号を提供するものであり、マウスピースは、衛生上の理由からしばしば別々で使い捨てのものである。正確な判定を確実にするために、検査される人は、ほとんど肺活量いっぱいに、力を込めて息を吐くことを求められる。これは、肺活量が限られている人々にとっては特に、かなりの時間および労力を必要とする。使用の簡単さ、利便性、および確度は、車両内の内蔵型イグニッションインターロック装置の受容および普及を拡大するために重要な要素である。
[0005]したがって、幅広い環境条件および運転者の挙動の下で検査の確度を保証しながら、運転者に不便をかけることを避けるのに十分にフレキシブルなパッシブ呼気検査が求められている。パッシブ呼気検査では、運転者は、センサに送り出される空気を提供する必要はなく、BrAC測定は、周囲空気だけでなく運転者と任意の乗員の両方の呼気の混合物である車両内の空気から、運転者の追加的な動作なしでなされることになる。対照的に、アクティブ呼気検査では、運転者は、センサに近づき、センサに向かって、または空気入口を通して(たとえば管へと吹き込んで)、力を込めた、薄められていない呼気を送り出すことを求められる場合がある。パッシブ呼気検査が好まれるが、いくつかの条件の下では、正確なパッシブ呼気検査を行うことができない可能性がある。このような条件は、環境(たとえば非常に暑い天気)である場合もあり、運転者がシステムを働かないようにしようとする結果である場合(いくつかの例が以下に述べられる)もあるが、いずれにしても、車両内の空気が、運転者のBrACを正確に反映しなくなる恐れがある。正確なパッシブBrAC検査が可能な、正常な検査条件が満たされない場合、アクティブ呼気検査が求められる。
[0006]環境条件と運転者の挙動の両方を示す種々のパラメータが測定されて、正常な検査条件がいつ満たされなくなったかを検出する。これらには、たとえばトレーサガスのピークの検出が含まれ、これは運転者の呼気が検出されたことを示す。タイマーは、運転者の存在が検出されたときとトレーサガスのピークが検出されたときとの間の制限時間を設定することができる。この制限時間は、運転者が、自身の息を止めるかまたはその他の方法でセンサから自身の呼気を隠すことにより、システムを働かないようにしようとするのを防止することができる。圧力センサは、運転者が車両を換気することによってシステムを働かないようにしようとしている状況、または車両を吹き抜けている風が正確なパッシブ呼気検査を妨げ得る状況を検出することができる。測定される代わりの「呼気」源を供給することによってシステムを働かないようにしようとするのを防止するために、センサに対する運転者の頭部の位置を検出することにより、運転者の呼気がセンサに向かって送り出されていることを確実にすることができる。
[0007]本明細書に述べられる方法および機器は、呼気中アルコール濃度のパッシブ検出を可能にし、方法および機器を使用して、車両のイグニッションを制御することができる。具体的には、方法および機器は、検査条件が正常である間は、運転者に不便をかけることなくパッシブ呼気検査からBrACを決定し、正常な検査条件がいつ満たされなくなったかを検出し、そのような状況下では、アクティブ呼気検査からBrAC測定を行うように設計される。
[0008]車両を運転するためのパッシブな呼気中アルコール検出のための方法または機器の一例では、機器は、パッシブに取得される第1の空気サンプルにおけるトレーサガスの濃度を測定するセンサを含むことができ、方法は、センサシステムを起動するステップと、第1の空気サンプルをパッシブに取得するステップと、第1の空気サンプルから上記濃度を測定するステップとを含むことができる。機器は、センサシステムを使用して第1の空気サンプルに部分的に基づく1組の検査条件を決定するプロセッサを含むことができ、方法は、その決定するステップを含むことができる。1組の検査条件が正常範囲に収まっており、トレーサガス濃度のピークが検出される場合、方法またはプロセッサは、第1の空気サンプルから運転者のBrACを測定する。1組の検査条件が正常範囲から外れているかまたはトレーサガス濃度のピークが検出されない場合、方法またはプロセッサは、運転者からのアクティブな第2の空気サンプルを要求し、運転者のBrACを測定する。
[0009]いくつかの実施形態では、方法は、センサシステムを起動することとトレーサガス濃度のピークを検出することとの間の時間間隔を測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、機器は、その時間間隔を測定するタイマーを含む。時間間隔が所定の制限時間を超える場合、方法またはプロセッサは、1組の検査条件が正常範囲から外れていると判定する。いくつかの実施形態では、機器は、車両の環境条件を測定するセンサを含み、いくつかの実施形態では、方法は、このような環境条件を測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、このようなセンサは温度センサでもよく、いくつかの実施形態では、方法は、車両内の温度を測定するステップを含む。温度が正常な温度範囲から外れている場合、方法またはプロセッサは、1組の検査条件が正常範囲から外れていると判定する。いくつかの実施形態では、機器は、車両内の圧力を測定する圧力センサを含み、いくつかの実施形態では、方法は、その圧力を測定するステップを含む。圧力が正常な圧力範囲から外れている場合、方法またはプロセッサは、1組の検査条件が正常範囲から外れていると判定する。いくつかの実施形態では、機器は、BrACセンサに対する運転者の頭部位置を測定するカメラを含み、いくつかの実施形態では、方法は、BrACセンサに対する運転者の頭部位置を測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、センサシステムを起動するステップは、車両に入る運転者の存在を検出するステップを含む。いくつかの実施形態では、アクティブ呼気検査から運転者のBrACを測定するステップは、パッシブ呼気検査から測定されるBrACが中間レベルにあるかどうかを判定するステップを含む。測定されるBrACが中間レベルにある場合、方法は、アクティブ呼気サンプルを要求し、BrACを測定する。いくつかの実施形態では、アクティブ呼気検査から運転者のBrACを測定するステップは、ヒューマンマシンインタフェース(HMI:Human−Machine Interface)を介して、BrACセンサに向かって送り出される、薄められていない呼気サンプルを要求するステップを含む。
[0010]いくつかの実施形態では、方法は、車両のCPUと通信した状態にある、呼気検査システムの中央処理装置(CPU:central processing unit)へとセンサ信号を送るステップを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサは、センサからセンサ信号を受ける。いくつかの実施形態では、方法は、運転者のBrAC測定の結果が設定値を上回る場合、車両の運転を不能な状態にするステップを含み、これもプロセッサを用いてなされ得る。いくつかの実施形態では、方法は、運転者のBrACの結果が設定値を下回る場合、車両の運転を可能な状態にするステップを含み、これもプロセッサを用いてなされ得る。いくつかの実施形態では、方法は、第1の空気サンプルのパッシブ呼気検査の結果が中間レベルにある場合、運転者からのアクティブな第2の空気サンプルを要求し、運転者のBrACを測定するステップを含む。いくつかの実施形態では、要求は、プロセッサによってなされ得る。いくつかの実施形態では、方法は、センサシステムを起動した後、空気サンプルを連続的に測定するステップと、第1の空気サンプルが測定された後、トレーサガスの濃度を連続的に測定するステップとを含む。いくつかの実施形態では、センサは、センサシステムを起動した後、空気サンプルを連続的に測定し、第1の空気サンプルが測定された後、トレーサガスの濃度も連続的に測定する。
[0011]本発明の主題のさらなる特徴、その特質および種々の利点は、添付図面と共に解釈される以下の詳細な説明の検討に際して明らかになるものであり、添付図面では、同様の参照符号は一貫して同様の部分を指す。
[0012]例示的な一実装形態による、パッシブ呼気サンプルまたはアクティブ呼気サンプルからBrAC測定値を決定するプロセスのフローチャートである。 [0013]例示的な一実装形態による、パッシブ呼気サンプルからBrAC測定の結果を決定するプロセスのフローチャートである。 [0014]例示的な一実装形態による、アクティブ呼気サンプルからBrAC測定の結果を決定するプロセスのフローチャートである。 [0015]例示的な一実装形態による、アクティブ呼気サンプルとパッシブ呼気サンプルの両方から、呼気およびBrAC濃度を検出するセンサを示す図である。 [0016]例示的な一実装形態による、センサに対する運転者の頭部位置の、頭上から見た図である。 例示的な一実装形態による、センサに対する運転者の頭部位置の、頭上から見た図である。 [0017]例示的な一実装形態による、起動センサおよびBrACセンサによって検出される信号の例を示すグラフである。
[0018]運転者に対して呼気検査を行うことは、飲酒運転および飲酒運転関連死を減らす、効果的なスクリーニング方法である。呼気検査では、被験者は、血液中のエチルアルコール(EtOH)などの物質が空気と交換される、肺の肺胞から生じる呼気流量を得るのに十分な時間、かつ十分なボリュームで、センサまたは測定装置へと空気を吐き出す。センサまたは測定装置は、次いで上記空気のアルコール含有量を測定し、これは変換アルゴリズムによって血中アルコールに関連付けられる。
[0019]呼気に基づく既存のアルコール検査技術は、運転者がほとんど肺活量いっぱいに、力を込めて息を吐くことを必要とする。これは、肺気量が限られている人々にとっては特に、かなりの時間および労力を必要とする。衛生上の理由で、既存の呼気検査装置で使用されるマウスピースも、洗浄され、複数回使用した後で交換される必要がある。追加的に、風、温度、他の人々の存在などの環境条件が、BrAC測定の確度に著しく影響する恐れがある。車両のイグニッションインターロック装置の普及および社会的な受容を促進するために、運転者に不便をかけず、車両内で認められる幅広い条件の下で頑健な、呼気検査システムが求められている。
[0020]したがって、幅広い環境条件および運転者の挙動の下で検査の確度を保証しながら、運転者に不便をかけることを避けるのに十分にフレキシブルな、パッシブ呼気検査が求められている。パッシブ呼気検査では、運転者は、センサに送り出される空気を提供する必要はなく、BrAC測定は、周囲空気だけでなく運転者と任意の乗員の両方の呼気の混合物である車両内の空気から、運転者の追加的な動作なしでなされることになる。パッシブ呼気検査では、車両内の空気は、ファンを用いてセンサに取り込まれる。BrAC測定は、まず、車両内の空気に運転者の呼気が混ざっていることを示す、二酸化炭素などのトレーサガスの濃度を測定することによってなされる。次いで、測定されるEtOH濃度が、この呼気の希釈係数と組み合わせられて、BrACを決定することができる。BrAC測定は、このように、単に車両内の空気をサンプリングすることにより、運転者に不便をかけることなくなされる。
[0021]対照的に、アクティブ呼気検査では、運転者は、センサに近づき、センサに向かって、または空気入口を通して(たとえば管から吹き込んで)、力を込めた、薄められていない呼気を送り出すことを求められる場合がある。アクティブ呼気検査では、このように、BrACは、車両内の空気を通してではなく運転者の呼気から直接測定される。アクティブ呼気検査は、車両を始動させるのに必要とされる通常の動作とは別に、運転者による動作を必要とし、したがってパッシブ呼気検査よりも不便であると考えられ得る。
[0022]パッシブ呼気検査が好まれるが、いくつかの条件の下では、正確なパッシブ呼気検査を行うことができない可能性がある。たとえば、運転者が、システムが働かないようにしようとし、その結果、車両内の空気が、運転者のBrACを正確に反映しない可能性がある。同様に、車両内の環境条件(開いた窓からの強い風や、暑い天気のなか、車両が閉じた状態にされていた後の高温など)により、正確なBrAC測定が不可能になる場合がある。正確なパッシブBrAC検査が可能な、正常な検査条件が満たされない場合、アクティブ呼気検査が運転者に求められることになる。
[0023]本発明は、種々の検知チェックを提供して、通常の条件下では運転者のBrACのパッシブな検出および推定を可能にし、通常の条件がもはや満たされていないとき、アクティブ呼気検査からのBrAC測定へと切り換える。このことは、BrACのパッシブ推定をデフォルトにすることによって運転者の不便を減らし、BrAC推定値の確度が信頼できるものではなく、運転者の挙動または検査条件が基準から外れているとき、同時に代替の論理経路を提供する。
[0024]図1は、例示的な一実装形態による、パッシブ呼気サンプルまたはアクティブ呼気サンプルからBrAC測定値を決定するプロセスのフローチャートを示す。プロセス100は、102で開始する。開始102は、無線ドアキーが車両ドアの鍵を開けること、運転者の座席のドアを開けること、または運転者が車両に入ったのを知らせることができる任意の他のインジケータによって開始され得る。運転者または検査の被験者が、車両の運転者の座席に入ることに向けた最初の一歩を進めるとき、プロセス100は、104での検査の間に、センサを起動して、車両内の検査条件を監視し、運転者の呼気を検出し、タイマーを開始して運転者の呼気が制限時間内に検出されているかどうかを確認することになる。運転者の呼気が検出され(たことが論理ゲート106で判定され)、車両内の検査条件が正常で(あることが論理ゲート108で判定され)、制限時間が超えられていない(ことが論理ゲート110で判定される)場合、プロセス100は112へと進み、パッシブ呼気サンプルからのBrAC測定がなされることになる。しかし、論理ゲート106と論理ゲート108のどちらかが否定的な判定を下すかまたは110で制限時間を超えていた場合、プロセス100は、114で運転者にアクティブ呼気サンプルを要求するように進むことになる。
[0025]104での検査は、すべての機能ブロック、およびプロセス100において使用されるセンサのセルフテストを含む。検査104では、プロセス100において使用される任意のセンサの温度感受性素子の安定動作温度が確立される。これは、たとえばトレーサガス検出センサの中の鏡を、40℃を上回るところまで加熱することを含み得る。鏡およびトレーサガス検出センサは、図4を参照してさらに詳細に述べられる。104で実施されるセルフテスト手順は、室温かまたはそれを上回る検査条件では、5〜8秒の間続く場合がある。低温では、セルフテスト手順は8秒を超えて続く場合がある。104での検査は、運転者が入る前の、車両の空気のCOレベル、EtOH濃度、空気の温度、空気の圧力などの車両の初期条件の測定も伴う場合がある。これらの初期条件を使用して、論理ゲート106では運転者の呼気が検出されているかどうか、かつ論理ゲート108では検査条件が正常範囲に収まっているかどうかを判定することができる。
[0026]トレーサガスは、運転者の呼気を検出するために使用される任意のガスであり得る。トレーサガスは、二酸化炭素(CO)でもよく、吐き出された呼気を示すことができる任意の他のガスでもよい。トレーサガス検出センサの感度により、希釈係数(すなわち周囲空気と薄められていない呼気の比)が50以上であり得る、非常に薄められた、吐き出された呼気の検出が可能になる。空気は、プロセス100の開始に続いて、車両内の空気から、トレーサガス検出センサを通して連続的に引き込まれる。トレーサガス検出センサは、任意の乗員の位置よりも運転者の頭部の位置に近いところ、たとえばステアリングコラム、または車両の運転者の側に最も近いサイドドアに位置付けられ得る。吐き出された呼気は、トレーサガス検出センサにより、信号のピーク出力として認識される。トレーサガスがCOである場合、基準信号に対応するCOの基準濃度は、400から600ppmの間(0.04体積%〜0.06体積%)であると予想される。102でのトレーサガス信号および起動信号は、図6を参照して、さらに詳細に述べられる。トレーサガス検出センサは、論理ゲート106で呼気が検出されたかどうかを判定するが、これは図4を参照してさらに詳細に述べられる。トレーサガス検出ピークが認められる呼気サンプルは、112でのBrAC測定に使用される呼気サンプルと同じでもよい。したがって、検査104および論理ゲート106の間の運転者の呼気の検出は、112でなされるパッシブ呼気サンプルからのBrAC測定とほぼ同時に行われ得る。
[0027]論理ゲート108は、車両の検査条件を処理し、検査条件が、パッシブ呼気サンプルから正確なBrAC測定値を生成することができる通常の条件に収まっているかどうかを判定することができる。環境条件は、運転者の挙動と車両自体の状態の両方を必要とする場合がある。これらの条件は、トレーサガス検出センサ、および車両の全体にわたって配置される補助センサを含めた種々のセンサによって検出され得る。センサには、車両内の温度を決定する温度センサ、車両内の気圧、および車両の内部を通る風または空気を決定する圧力センサが含まれ得る。車両内の通常の温度は、−40℃〜85℃の範囲に収まり得る。これは、BrACセンサが正確なパッシブ呼気検査を行うことができる温度範囲であり得る。通常の気圧は、80〜105kPaの範囲に収まり得る。これは、運転者の呼気と周囲空気の混合物が、正確なパッシブ呼気検査を提供することができる圧力範囲であり得る。温度センサおよび圧力センサは、任意の標準的なセンサ素子でよく、車両のボディに組み込まれてもよい。
[0028]運転者の挙動を監視するカメラセンサも、ステアリングホイールコラムの近くなど、運転者の近くに配置され得る。図5に関してさらに詳細に説明されるように、このカメラセンサは、トレーサガス検出センサに対する、運転者の頭部の位置を検出することができる。運転者の頭部とトレーサガス検出センサの間の関係は、運転者がトレーサガス検出センサの方向に息をしているかどうかを判定することができる。カメラは、運転者がセンサから顔を背けることにより、自身のBrACの検出を避けようとしているシナリオを検出することができる。カメラセンサは、マスク、フィルタ、スプレーボトル、またはトレーサガス検出センサに干渉しようとするかもしくは代わりの「呼気」源を供給して正確なパッシブ呼気検査を妨げようとする他の物体など、運転者の顔の近くの見慣れない物体の存在も検出することができる。カメラセンサは、乗員の近接姿勢も検出することができ、それは、乗員のBrACレベルと運転者のBrACレベルとを区別するのを困難にする恐れがあるかまたはその場合運転者はシステムに自分自身のBrACレベルではなく乗員のBrACレベルを測定させようとしている。論理ゲート108は、オン状態であるかそれともオフ状態であるかなど、車両の暖房、換気および空調(HVAC:heating ventilation and air conditioning)システムの状況も判定することができる。好ましくは、HVACシステムは、プロセス100の間、オフにされるかまたは通常の動作条件にされる。パッシブ呼気検査中にHVACシステムを使用することにより、運転者のEtOHレベルが過度に薄められる、運転者の呼気がセンサからそらされる、またはその他の方法で正確なパッシブ呼気検査が妨げられる恐れがある。論理ゲート108は、フロントガラス液の存在も検出することができる。フロントガラス液は、通常はエチルアルコールを含み、これは車両内のEtOHの検出に影響を及ぼす可能性がある。フロントガラス液は、正常な検査条件ではオフ状態である。論理ゲート108は、車両のCPU、またはコントローラ・エリア・ネットワーク(CAN:Controller Area Network)バスなどを用いて車両と通信することにより、車両のHVACシステムとフロントガラス液の両方の状態を判定することができる。
[0029]110での論理ゲートは、検査104の間にプロセス100が運転者の呼気を検出する制限時間が超えられているかどうかを判定する。これは10〜30秒などの、所定の制限時間であり得る。110でこの制限時間を超えていると判定された場合、プロセス100は、114での、アクティブ呼気サンプルからのBrAC測定へと進む。制限時間は、運転者がセンサの方向に息をするのを避けている、自身の息を止めている、自身の頭部にマスクを着けている、またはその他の方法で呼気サンプルを提供することなく車両を運転しようとしている状況を防止することができる。この場合、110での論理ゲートは、所定の制限時間後に呼気が検出されていないことを認識し、114で運転者にアクティブ呼気サンプルを要求することになる。
[0030]吐き出された運転者の呼気が論理ゲート106で検出され、論理ゲート108が検査条件は正常であると判定し、論理ゲート110が制限時間は超えられていないと判定した場合、プロセス100は、112での、パッシブ呼気サンプルからのBrAC測定へと進むことになる。BrAC測定112は、図2を参照してさらに詳細に述べられ得る。しかし、106で呼気が検出されない場合、プロセス100は、110で制限時間が超えられるかまたは108で正常な検査条件が満たされなくなるまで、運転者の呼気があるかどうかを検査し続けることになる。この場合、プロセス100は、114で、BrACが測定されるアクティブ呼気サンプルを要求することになる。正常な検査条件が満たされていないという108での判定は、114においてアクティブ呼気サンプルを要求するのに十分である。同様に、制限時間を超えていると110において判定された場合、プロセス100は、114でのアクティブ呼気サンプルへと進むことになる。114でのアクティブ呼気サンプルは、図3を参照してさらに詳細に述べられ得る。BrAC測定112およびBrAC測定114の結果は、確度の点で異なる場合がある。
[0031]図2は、例示的な一実装形態による、パッシブ呼気サンプルからBrAC測定結果を決定するプロセスのフローチャートを示す。プロセス112は、202で運転者のBrACを決定する。プロセス112は、図1に示される、104および106でのトレーサガスの検出とほぼ同時であり得る。したがって、プロセス112は、運転者の呼気を示すトレーサガスのピークを検出するために104で集められたものと同じ呼気サンプルを使用して行われ得る。BrACの測定は、COである場合がある、検出されるトレーサガスの希釈に基づく。車両の周囲空気中のトレーサガスの、検出される希釈係数すなわちDFを使用して、運転者のBrACの推定値が決定される。BrACレベルは、以下の式に従って決定され得る:
BrAC=EtOH*DF (1)
DFは、空気中のトレーサガスの希釈係数である。補助センサ(図示せず)からの情報を組み込む、追加的なアルゴリズムが使用されてもよい。112でパッシブ呼気サンプルからBrACを測定するために使用されるアルゴリズムは、114でアクティブ呼気サンプルからBrACを測定するために使用されるアルゴリズムとは異なってもよい。BrACの推定値が所定の設定値を下回る場合(「低」または「L」と表記される)、プロセス112は、206で、運転者のBrACが「可」であるという信号を出力する。所定の設定値は、0.1〜0.4mg/L(50〜200ppm)の幅でもよい。所定の設定値は、運転者の年齢の関数でもよい。所定の設定値は、アルコールの影響下での運転(DUI:driving under the influence)または酔った状態での運転(DWI:driving while impaired)においての血中アルコール濃度に課される法的規制値の関数でもよい。信号206は、車両の運転を可能な状態にするために用いられ得る。推定されるBrAC値が所定の設定値を大きく上回る場合(「高」または「H」と表記される)、プロセス112は、204で、運転者のBrACが「不可」であることを示す信号を出力することになる。上記設定値を0.1〜0.2mg/L(50〜100ppm)上回るBrACレベルは、204で、運転者のBrACが「不可」であることを示す信号の出力を生じさせ得る。信号204は、車両の運転を不能な状態にするために用いられ得る。202において、運転者のBrACが、所定の設定値をわずかに上回るかまたは下回る、中間の範囲(「中間」または「I」と表記される)に収まっていると判定される場合、最終的な判定を下すために、運転者の呼気のさらなる分析が要求される。運転者は、次いで、208でアクティブ呼気検査を行うように求められる。アクティブ呼気検査は、図3を参照してさらに詳細に説明され、これは、図1および図3に示されるプロセス114である。図4に記載されるセンサのようなセンサが、202での測定を行うことができ、図4にさらに詳細に記載されるような外部処理が、信号204および信号206を中央処理装置、すなわちCPU415に伝えることができる。
[0032]図3は、例示的な一実装形態による、アクティブ呼気サンプルからBrAC測定結果を決定するプロセスのフローチャートを示す。プロセス114は302で始まり、ここで運転者のBrACが測定される。302での、アクティブ呼気サンプルからのBrAC測定では、運転者は、センサから15〜30cmの距離で、センサ(図示せず)に向かってアクティブ呼気を提供するように要求される。距離は、車両内のセンサの場所に応じて調整され得る。BrACが所定の設定値を下回る場合(「低」または「L」と表記される)、プロセス114は、306で、運転者のBrACが「可」であるという信号を出力する。信号306は、車両の運転を可能な状態にするために用いられ得る。推定されるBrAC値が所定の設定値を大きく上回る場合(「高」または「H」と表記される)、プロセス114は、308で、運転者のBrACが「不可」であることを示す信号を出力することになる。信号308は、車両の運転を不能な状態にするために用いられ得る。302において、運転者のBrACが、所定の設定値をわずかに上回るかまたは下回る、中間の範囲(「中間」または「I」と表記される)に収まっていると判定される場合、運転者は、304で、証拠となる確度(evidential accuracy)をもつ呼気サンプルを提供するように要求されることになる。304において行われる呼気検査は、薄められていない呼気サンプルを必要とすることになる。検査304からは、中間の応答は存在しない。304での呼気検査は、運転者に、センサから15〜30cmの距離で、センサ(図示せず)に向かってアクティブ呼気を送り出すように求めることになる。距離は、車両内のセンサの場所に応じて調整され得る。測定されたBrAC値が設定値(L)を下回る場合、プロセス114は、306で、運転者のBrACが「可」であることを示す出力信号を生成することになる。測定されたBrAC値が設定値(H)を上回る場合、プロセス114は、308で、運転者のBrACが「不可」であることを示す出力信号を生成することになる。
[0033]図1の論理ゲート106、108、110、図2の論理ゲート202、ならびに図3の論理ゲート302および304は、「IF...THEN」論理文を表すものとして示されているが、これらの論理ゲートは、ブール論理の要素に限定されない。論理ゲート106、108、110、202、302、および304は、ファジィ論理を示してもよく、人工ニューラルネットワークによって制御されてもよい。図4を参照してさらに詳細に述べられるように、所望の論理システムは、CPU415にプログラムされ得る。
[0034]図4は、例示的な一実装形態による、アクティブ呼気サンプルとパッシブ呼気サンプルの両方から呼気およびBrAC濃度を検出するセンサを示す。センサ400は、図1に示される検査104の間に呼気を検出し、104で車両の初期条件を測定し、かつ図1に示され、図2および図3を参照してさらに詳細に述べられるように、パッシブ呼気サンプル112からのBrAC測定とアクティブ呼気サンプル114からのBrAC測定の両方を行うことができる。センサ400は、入口402から出口403へと連続的に空気を引き込み、空気流の中のCOなどのトレーサガスの存在とEtOHの存在の両方を測定する。図2および図3を参照して述べられるように、センサ400は、運転者のBrACが低の範囲に収まっているか、高の範囲に収まっているか、それとも中間の範囲に収まっているかを判定する。
[0035]センサ400は筐体401の中に収容され、独立型のセンサでもよく、ステアリングホイールコラム、サイドドア、垂直支持Aピラーもしくは垂直支持Bピラー、サンバイザー、ダッシュボード、または車両の乗員用に指定された区域よりも運転者の頭部に著しく近い他の都合のよい位置など、車両の内部に一体化するように設計されてもよい。筐体401は、センサ入力部402および出口403の開口を除いて気密であり得る。筐体401のおおよその寸法は、25×40×120mmでもよい。入口402から筐体401へと引き入れられる空気は、入口加熱器404によって本体温度を上回るところまで加熱され、これにより、周囲の低い温度での結露が避けられ得る。入口加熱器404は、加熱器から流入空気への熱伝達をよくするために、吸入空気に対して大きい接触表面積を有し得る。加熱器404は、抵抗加熱器でもよい。入口402から出口403への空気流は、出口403の近くに位置付けられるファン411によって動かされる。
[0036]センサ400は、赤外(IR)分光法によってCOとEtOHの両方の存在を測定する。IR分光法は、赤外光によって照らされたときに気相アルコールが生成する特有の「指紋」を用いて、センサ400の空気流の中のアルコール濃度を決定する。任意の物質の検出された吸収スペクトルは、共鳴分子振動の産物であり、これは呼気サンプル中のある分子、またはある化合物の中の原子結合に特有のものである。吸収スペクトルから、特定の物質、および呼気サンプル中のそれらの絶対濃度または相対濃度が決定され得る。
[0037]IR分光法を実施し、トレーサガスの存在とEtOHの存在の両方を検出するために、センサ空気室管410は、1つがトレーサガスの検出用、もう1つがEtOHの検出用である、2つの別々の光路を含む。これらの2つの光路によって生成される信号は、周囲空気中の運転者の呼気の希釈係数の値(または式1に示されるDF)、および入力空気の中のEtOH濃度の値を決定するために使用される。
[0038]図4に示されるEtOH用IRエミッタ406とEtOH用IR検出器407とから構成される第1の光の通路が、EtOH濃度を決定することになる。EtOH用IRエミッタ406は、センサ空気室管410の内部へとIR放射を出力する。空気室管410の一方の端部に配置される第1の鏡405と空気室管410の反対側の端部に配置される第2の鏡412とから構成される球面鏡組立体は、EtOH用IRエミッタ406から発されるIR放射を反射する。鏡組立体は、発される光がEtOH用IR検出器407にぶつかる前に、発される光を複数回反射することになるので、発されるIR放射の光路長は、第1の鏡405と第2の鏡412の間の距離の数倍になり得る。光路は、図4に破線で示されているが、これは一例として示されるものであり、EtOH用IRエミッタ406とEtOH用IR検出器407との間の実際の光路はずっと長い場合がある。
[0039]EtOH用IRエミッタ406は、黒体ラジエータ(black−body radiator)でもよく、IRレーザダイオードでもよく、IR光を生成することができ、好ましくは空気室管410に収まるように小さい質量をもつ任意の他の光源でもよい。EtOH用IRエミッタ406は、EtOH用IR検出器407の信号における低周波雑音および外乱を抑えるために、5〜10Hzの間の周波数で変調され得る。EtOH用IR検出器407は、約9.5μmである、EtOHのIR吸収ピークに合わせられるバンドパスフィルタを含む。EtOH用IR検出器407は、高分解能の信号を生成することができる焦電検出器または光子検出器でもよく、検出信号の熱雑音を抑えるために、局所冷却用のペルティエ素子も含んでもよい。EtOH用IR検出器407によって生成される検出信号は、図6を参照してさらに詳細に述べられる。センサ400は、高分解能のIR分光法測定用に特に設計され、0.5μg/L(または1.2ppm)のEtOHを超える分解能を有することができ、非常に薄められた呼気の中のアルコール濃度の推定を可能にする。
[0040]第2の光の通路は、COなどのトレーサガスの存在を検出することを目的としたものであり、トレーサガスは、センサ400を通る空気入力の中に運転者の呼気が混ざっていることを示すことになる。トレーサガス用IRエミッタ408は、トレーサガス用IR検出器409に対向して配置され、その結果、トレーサガス用IRエミッタ408からトレーサガス用IR検出器409への光路は、空気室管410の短い方の寸法にまたがる。トレーサガス用IR検出器409は、検出されるトレーサガスのIR吸収周波数に特有の波長帯に合わせられ得る。トレーサガスがCOである一例においては、吸収ピークは、4.26μmであり得る。吐き出された空気におけるCOの呼気終末濃度が高い(通常は4.2体積%である)ので、空気室管410を横切る短い光路が使用され得る。この経路は、トレーサガス用IRエミッタ408とトレーサガス用IR検出器409の間の破線として、図4に示される。トレーサガス用IR検出器によって生成される信号は、図6を参照してさらに詳細に述べられる。
[0041]EtOH用IR検出器407とトレーサガス用IR検出器409の両方からの信号は、図1に示されるプロセス100の検査104および論理ゲート108の間など、BrACのパッシブ測定のための正常な条件が満たされているかどうかを判定するために使用され得る。これは、周囲空気中のCOの基準濃度などのトレーサガスの基準存在(baseline presence)が、標準的なレベルに収まっているのを確認することを伴う場合がある。
[0042]第1の鏡405と第2の鏡412はどちらも、図4に示される中央処理装置、すなわちCPU415と通信した状態にある。また、EtOH用IRエミッタ406、EtOH用IR検出器407、トレーサガス用IRエミッタ408、およびトレーサガス用IR検出器409は、CPU415と信号通信状態であってもよい。CPU415は、EtOH用IR検出器407およびトレーサガス用IR検出器409によって発生される信号を処理して、BrAC測定値を決定する。
[0043]HMI413は、CPU415と通信した状態にあり、運転者と対話してアクティブ呼気サンプルからのBrAC測定を要求するために使用され得る。HMI413は、スクリーンやスピーカなどの、運転者との対話用の音響映像手段を含んで、メッセージ、アクティブ呼気検査を求める要求、および運転者への他の指示を伝える。HMIは、運転者に対してBrAC測定の結果を表示することができる。HMIは、多目的インタフェースでもよく、その結果、呼気検査に関する情報の要求および表示は、多くの機能のうちの1つにすぎない。他の機能は、ナビゲーション、HVACとの相互作用、ステレオシステムとの相互作用、または車両に典型的な他のシステムとの相互作用であり得る。HMIは、運転者の視界の範囲内で、車両に一体化されてもよい。
[0044]CPU415は、補助センサ414とも通信した状態にあり、これは、たとえば車両内の検査条件を決定する温度センサ、気圧センサもしくは光学センサ、またはカメラである場合がある。補助センサ414は、プロセス100の検査104の間に使用される。データ通信ユニット416は、BrAC測定値および車両の正常な検査条件を決定するためにCPUによって使用されるパラメータ値を格納することができる。また、データ通信ユニット416は、センサシステム400とセンサ400の外部の他のユニット(図示せず)との間でデータを転送する。センサ400は、電力の管理および供給のための電力ユニット117も含む。
[0045]図5は、例示的な一実装形態による、センサに対する運転者の頭部位置の、頭上から見た図である。補助センサは、運転者504とセンサ506の間の横方向距離510を測定する。横方向距離510は、センサの正中線508と運転者の頭部の正中線504との間で測定され得る。正常な検査条件の下では、横方向距離510は20cm以下である。横方向距離510の測定は、図1に示されるプロセス100の検査104で行われ得る。車両の検査条件が正常であるかどうかの論理ゲート108での判定は、図5Aに示される横方向距離510を考慮に入れる。横方向距離510の測定は、アクティブ呼気検査中、運転者がセンサ506に向かって直接息をしていることを確実にすることができる。横方向距離510の測定は、パッシブ呼気検査中、運転者が、自身の頭部をセンサの方向から離すことによってセンサの呼気検出を避けようとしていないことを確実にすることもできる。
[0046]補助センサは、センサ516の正中線518に対する運転者の頭部の回転も測定する。回転角520は、センサ516の正中線518と運転者の頭部512の正中線514との間で測定され得る。正常な検査条件の下では、回転角520は、±5°であり得る。回転角520の測定は、図1に示されるプロセス100の検査104で行われ得る。車両の検査条件が正常であるか否かの論理ゲート108での判定は、通常、図5Bに示される回転角520を考慮に入れる。回転角520の測定は、アクティブ呼気検査中、運転者がセンサ516に向かって直接息をしていることを確実にすることができる。回転角520の測定は、パッシブ呼気検査中、運転者が自身の頭部をセンサの方向から離すことによってセンサの呼気検出を避けようとしていないことを確実にすることもできる。
[0047]横方向距離510および回転角520は、組み込まれたカメラセンサ(図示せず)によって測定されてもよく、カメラセンサは、車両に組み込まれ、運転者の頭部の近くに配置され得る。組み込まれたカメラは、カメラの視野の範囲内に見慣れない物体が存在するかどうか、かつ/または乗員が運転者の頭部の視野に入っているかどうかを判定することもできる。
[0048]図6は、例示的な一実装形態による、起動センサおよびBrACセンサによって検出される信号の例を示すグラフである。600で示されるグラフは、同じ時間尺度に沿って生じる。グラフ602(「P」と表記される)は、運転者が車両に入るかまたは入る準備をするとき、運転者の存在の検出を表す信号604を示す。信号604は、図1でのプロセス100に示される開始102を始める。信号604は、604での起動信号とグラフ606(「T」と表記される)に示される呼気の検出との間の時間間隔を決定することになるタイマーを開始する。呼気は、トレーサガス濃度の信号のピーク608から検出される。トレーサガスがCOであるとき、呼気検出のピークは、希釈係数を80、呼気終末CO濃度を4.2体積%と仮定して、525ppmかまたはそれを上回るCO検出の大きさによって特徴付けられる。ピークの継続時間614は、センサの応答時間を除いて1〜3秒であると予想される。また、ピークの立ち上がり時間612および立ち下がり時間616は、運転者の吐き出された呼気の結果としてのトレーサガス信号を特徴付けるために使用され得る。通常の立ち上がり時間は0.5〜1.0秒の範囲であり、通常の立ち下がり時間は3〜5秒の範囲であり得る。610でのトレーサガス信号のピークは、タイマーを終了させ得る。時間間隔622が測定され、図1に示される論理ゲート110においてなど、起動信号604と呼気信号608の間の、許容可能なある制限時間が超えられているかどうかを判定するために使用され得る。
[0049]グラフ618は、EtOHの検出信号を示す。運転者の呼気中のEtOHの濃度に応じて、グラフ618は、トレーサガスのピーク608に対応するピーク620を示す場合もあり、示さない場合もある。しかし、運転者の呼気にEtOHが存在する場合、EtOH信号620は、図6に示されるように、トレーサガス信号608とほぼ同時であることになる。ピークの大きさは、測定される呼気サンプルでのBrACの濃度を示すことになる。ピーク620からのBrACの測定は、ピーク608の検出とほぼ同時に行われ得る。
[0050]前述の説明は、本発明の原理を単に例示するものであり、本発明は、限定ではなく説明する目的で提示されている、記述される実施形態以外の実施形態によって実施されてもよく、本発明は、後に続く特許請求の範囲によってのみ限定されることが理解されよう。

Claims (28)

  1. 車両運転のための、パッシブな呼気中アルコール検出の方法であって、
    センサシステムを起動するステップと、
    第1の空気サンプルをパッシブに取得するステップと、
    前記第1の空気サンプル中のトレーサガスの濃度を測定するステップと、
    前記センサシステムを使用して、前記第1の空気サンプルに部分的に基づく1組の検査条件を決定するステップと、
    前記1組の検査条件が正常範囲に収まっており、トレーサガス濃度のピークが検出される場合、前記第1の空気サンプルから運転者の呼気中アルコール濃度(BrAC)を測定するステップと、
    前記1組の検査条件が前記正常範囲から外れているかまたはトレーサガス濃度のピークが検出されない場合、前記運転者からの第2の空気サンプルを要求してそれをアクティブに取得し、前記運転者の前記BrACを測定するステップとを含む、方法。
  2. 前記センサシステムを起動することとトレーサガス濃度における前記ピークを検出することとの間の時間間隔を測定するステップと、
    前記時間間隔が所定の制限時間を超える場合、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定するステップとをさらに含む、
    請求項2に記載の方法。
  3. 前記1組の検査条件を検出するステップが、
    車両の環境条件を測定するステップをさらに含む、
    請求項2に記載の方法。
  4. 前記車両の前記環境条件を測定するステップが、
    前記車両内の温度を測定するステップと、
    前記温度が正常な温度範囲から外れている場合、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定するステップとをさらに含む、
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記車両の前記環境条件を検出するステップが、
    前記車両内の圧力を測定するステップと、
    前記圧力が正常な圧力範囲から外れている場合、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定するステップとをさらに含む、
    請求項4に記載の方法。
  6. 前記1組の検査条件を検出するステップが、
    BrACセンサに対する前記運転者の頭部位置を測定するステップをさらに含む、
    請求項5に記載の方法。
  7. 前記センサシステムを起動するステップが、
    前記車両に入る前記運転者の存在を検出するステップをさらに含む、
    請求項6に記載の方法。
  8. 前記運転者からの第2の空気サンプルを要求してそれをアクティブに取得し、前記運転者の前記BrACを測定するステップが、
    測定されるBrACが中間レベルにあるかどうかを判定するステップと、
    前記測定されるBrACが中間レベルにある場合、アクティブな第3の呼気サンプルを要求し、BrACを測定するステップとをさらに含む、
    請求項7に記載の方法。
  9. 第2の空気サンプルを前記運転者からアクティブに取得するステップが、
    ヒューマンマシンインタフェースを介して、前記BrACセンサに向かって送り出される、薄められていない呼気サンプルを要求するステップをさらに含む、
    請求項8に記載の方法。
  10. 前記運転者のBrAC測定の結果を中央処理装置(CPU)へと送るステップであって、前記CPUが、前記車両と通信した状態にあるステップ、をさらに含む、
    請求項9に記載の方法。
  11. 前記運転者のBrAC測定の前記結果がある高い設定値を上回る場合、前記車両の前記運転を不能な状態にするステップをさらに含む、
    請求項10に記載の方法。
  12. 前記運転者のBrACの前記結果がある低い設定値を下回る場合、前記車両の前記運転を可能な状態にするステップをさらに含む、
    請求項11に記載の方法。
  13. 前記第1の空気サンプルからのBrAC結果が前記中間レベルにある場合、前記運転者からの第2の空気サンプルを要求してそれをアクティブに取得し、前記運転者の前記BrACを測定するステップをさらに含む、
    請求項10に記載の方法。
  14. 前記センサシステムを起動した後、空気サンプルを連続的に測定するステップと、
    前記第1の空気サンプルが測定された後、前記トレーサガスの前記濃度を連続的に測定するステップとをさらに含む、
    請求項12に記載の方法。
  15. 車両運転のための、パッシブな呼気中アルコール検出用の機器であって、
    パッシブに取得される第1の空気サンプルにおけるトレーサガスの濃度を測定するように構成されるセンサと、
    前記第1の空気サンプルに部分的に基づく1組の検査条件を決定し、
    前記1組の検査条件が正常範囲に収まっており、トレーサガス濃度のピークが検出される場合、前記第1の空気サンプルから運転者の呼気中アルコール濃度(BrAC)を測定し、
    前記1組の検査条件が前記正常範囲から外れているかまたはトレーサガス濃度のピークが検出されない場合、前記運転者からの第2の空気サンプルを要求してそれをアクティブに取得し、前記運転者の前記BrACを測定するように構成される、
    プロセッサとを備える、機器。
  16. 前記センサを起動することとトレーサガス濃度における前記ピークを検出することとの間の時間間隔を測定するように構成されるタイマーをさらに備え、
    前記時間間隔が所定の制限時間を超える場合、前記プロセッサが、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定する、
    請求項15に記載の機器。
  17. 前記センサが、車両の前記環境条件を測定するようにさらに構成される、
    請求項16に記載の機器。
  18. 前記車両内の温度を測定するように構成される温度センサをさらに備え、
    前記温度が正常な温度範囲から外れている場合、前記プロセッサが、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定する、
    請求項17に記載の機器。
  19. 前記車両内の圧力を測定するように構成される圧力センサをさらに備え、
    前記車両内の前記圧力が正常な圧力範囲から外れている場合、前記プロセッサが、前記1組の検査条件は前記正常範囲から外れていると判定する、
    請求項18に記載の機器。
  20. BrACセンサに対する前記運転者の頭部位置を測定するように構成されるカメラをさらに備える、
    請求項19に記載の機器。
  21. 前記センサが、前記車両に入る前記運転者の前記存在を検出して、前記センサシステムを起動するようにさらに構成される、
    請求項20に記載の機器。
  22. 前記プロセッサが、
    前記アクティブに取得される第2の空気サンプルに基づく、測定されるBrACが、中間レベルにあるかどうかを判定し、
    前記測定されるBrACが前記中間レベルにある場合、第3の呼気サンプルをアクティブに要求および取得し、BrACを測定するようにさらに構成される、
    請求項21に記載の機器。
  23. 前記運転者の前記BrACを測定するために、前記BrACセンサに向かって送り出される、薄められていない呼気サンプルを要求するように構成されるヒューマンマシンインタフェースをさらに備える、
    請求項22に記載の機器。
  24. 前記プロセッサが、前記センサからセンサ信号を受けるようにさらに構成される、
    請求項23に記載の機器。
  25. 前記プロセッサは、前記運転者のBrAC測定の前記結果が設定値を上回る場合、前記車両の前記運転を不能な状態にするようにさらに構成される、
    請求項24に記載の機器。
  26. 前記プロセッサは、前記運転者のBrAC測定の前記結果が設定値を下回る場合、前記車両の前記運転を可能な状態にするように構成される、
    請求項25に記載の機器。
  27. 前記プロセッサは、パッシブに取得される第1の空気サンプルのBrAC結果が前記中間レベルにある場合、前記運転者からの第2の空気サンプルを要求してそれをアクティブに取得し、前記運転者の前記BrACを測定するようにさらに構成される、
    請求項26に記載の機器。
  28. 前記センサが、
    前記センサシステムを起動した後、空気サンプルを連続的に測定し、
    前記第1の空気サンプルが測定された後、前記トレーサガスの前記濃度を連続的に測定するようにさらに構成される、
    請求項27に記載の機器。
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