JP2020118453A

JP2020118453A - Ｐｍセンサ

Info

Publication number: JP2020118453A
Application number: JP2019007075A
Authority: JP
Inventors: 俊輔石黒; Shunsuke Ishiguro; 熊田　辰己; Tatsumi Kumada; 辰己熊田; 耕治加藤; Koji Kato; 健太中嶋; Kenta Nakajima; 尚敬石山; Naotaka Ishiyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-08-06
Also published as: WO2020149065A1

Abstract

【課題】送風機がオフからオンした直後でも、応答性に優れるとともに精度良く粒子濃度を特定できるようにする。【解決手段】散乱光の強度に応じたセンサ信号の低周波数成分を除去する受光部を備える。センサ信号に基づいて特定される粒子濃度データを、所定期間毎に順次、記憶部に記憶させ（Ｓ１００）、送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子濃度データをリフレッシュし（Ｓ１１６）、リフレッシュされた粒子濃度データを除外し、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、空気に含まれる粒子状物質の粒子濃度を検出するＰＭセンサに関するものである。

車両用空調装置は、車室内又は車両の外から空調ユニットに取り込んだ空気の温度を調節し、温度調節後の空気を車室内に向けて吹き出すものである。空気の温度調節は、例えば下記特許文献１に記載されているように、空調ユニット内のヒータコアやエパポレータによって行われる。

特開２００８−２４０３２号公報

本発明者らは、例えば、ＰＭ２．５のような空気中を漂う粒子の濃度を測定する機能を、車両用空調装置に付与することについて検討を進めている。ＰＭセンサは、発光部の発光素子から発せられた光が浮遊粒子に当たった際の散乱光を受光部の受光素子で受光することにより空気中の浮遊粒子を検知する。このようなＰＭセンサを車両用空調装置に備え、空調ユニットに引き込まれる空気の一部がＰＭセンサを通って流れるような構成とすれば、空調ユニットに引き込まれる空気中における粒子濃度を測定することが可能となる。

検討中のＰＭセンサにおいては、受光素子で受光される散乱光と周囲からの外乱光を切り分けるため、低周波数では受光部のゲインが０となり、周波数が高くなるにつれてゲインが大きくなるよう構成されている。具体的には、ＰＭセンサの受光部は、低周波数成分を除去するハイパスフィルタを有し、低周波数では０を表すセンサ信号を出力する。このＰＭセンサは、ＰＭセンサ内をある流速以上で流れる空気中における粒子濃度を測定する。なお、受光部から出力されたセンサ信号により特定される粒子濃度を示す粒子濃度データは、制御部によって順次、バッファに記憶される。

一方で、ＰＭセンサによって測定される粒子濃度はバラツキが大きいため、移動平均を用いて粒子濃度を特定することを検討している。ここで、移動平均とは、時系列データにおいて、ある一定区間毎の平均値を区間をずらしながら求めたものである。

ＰＭセンサの制御部は、所定時間間隔毎に粒子濃度をメモリ等のバッファに記憶させておき、バッファに記憶させた粒子濃度データにおいて、一定期間毎の平均値を期間をずらしながら求める。

しかし、上述した構成では、送風機がオフしている間に、順次、バッファに０を表す粒子濃度データが記憶される。このため、空調ユニットに空気を取り込む送風機がオフからオンした直後に、移動平均の立ち上がりが緩やかとなってしまう。このため、応答性が悪く、精度良く粒子濃度を特定することができないといった問題がある。

本発明は上記問題に鑑みたもので、送風機がオフからオンした直後でも、応答性に優れるとともに精度良く粒子濃度を特定できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、送風機（２３）の動作によりケース内を流れる空気に含まれる粒子状物質の粒子濃度を検出するＰＭセンサであって、空気に光を照射する発光部（５１）と、発光部が照射した光が粒子状物質に当たって散乱した散乱光を受光し、該散乱光の強度に応じたセンサ信号を出力するとともにセンサ信号の低周波数成分を除去する受光部（５２）と、受光部より出力されるセンサ信号に基づいて特定される粒子状物質の粒子濃度を示す粒子濃度データを、所定期間毎に順次、記憶部に記憶させる記憶制御部（Ｓ１００）と、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子濃度データの所定期間毎の平均値を期間をずらしながら移動平均として順次算出する移動平均算出部（Ｓ２０２）と、移動平均算出部により算出された移動平均に基づいて粒子状物質の粒子濃度を特定し、特定した粒子状物質の粒子濃度を示す濃度信号を出力する信号出力部（Ｓ２０４）と、送風機の動作状態を判定する動作判定部（Ｓ１０２、Ｓ２０２、Ｓ１１０）と、動作判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子濃度データをリフレッシュするリフレッシュ部（Ｓ１１６）と、を備えている。

そして、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた粒子濃度データを除外し、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出する。

上記した構成によれば、リフレッシュ部は、動作判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子濃度データをリフレッシュし、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた粒子状物質の粒子濃度データを除外し、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出するので、送風機がオフからオンした直後でも、応答性に優れるとともに精度良く粒子濃度を特定することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係るＰＭセンサを備えた車両用空調装置の概略構成を模式的に示した図である。ＰＭセンサの構成を示した図である。第１実施形態に係るＰＭセンサの制御部のフローチャートである。リフレッシュなしの場合のバッファの値を示した図である。リフレッシュありの場合のバッファの値を示した図である。ＰＭセンサの制御部のフローチャートである。第２実施形態に係るＰＭセンサの制御部のフローチャートである。第３実施形態に係るＰＭセンサの制御部のフローチャートである。ＰＭセンサの構成を示した図である。ＰＭセンサの周波数特性を示した図である。ＰＭセンサのブロック図である。粒子濃度の移動平均の算出方法について説明するための図である。送風機がオフからオンした直後の移動平均の立ち上がりについて説明するための図である。

本実施形態に係るＰＭセンサについて説明する前に、本発明者らが検討中のＰＭセンサ５０と粒子濃度の特定手法について説明する。

本発明者らが検討中のＰＭセンサの構成を図９に示す。ＰＭセンサ５０は、発光部５１の発光素子５１１から発せられた光が浮遊粒子に当たった際の散乱光を受光部５２の受光素子５２１で受光することにより空気中の浮遊粒子を検知する。このようなＰＭセンサ５０を車両用空調装置に備え、空調ユニットに引き込まれる空気の一部がＰＭセンサ５０を通って流れるような構成とすれば、空調ユニットに引き込まれる空気中における粒子濃度を測定することが可能となる。

検討中のＰＭセンサ５０においては、受光素子５２１で受光される散乱光と周囲からの外乱光を切り分けるため、図１０に示すように、周波数が０ヘルツになると受光部５２のゲインが０となり、周波数が高くなるにつれてゲインが大きくなるよう構成されている。

具体的には、図１１に示すように、ＰＭセンサ５０の受光部５２は、光を受光する受光素子５２１と、受光素子５２１から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ５２４と、を備えている。また、受光部５２には、各種制御を行う制御部５２５が接続されている。

空調ユニットに空気を取り込む送風機がオフして、ＰＭセンサ内を流れる空気の流速が０ｍ／秒となった際に、制御部５２５に０を表すセンサ信号が出力される。また、空調ユニットに空気を取り込む送風機がオンして、ＰＭセンサ内を流れる空気の流速が大きくなると、散乱光の強度に応じたセンサ信号が出力される。

一方で、ＰＭセンサによって測定される粒子濃度はバラツキが大きいため、発明者らは移動平均を用いて粒子濃度を特定することを検討している。ここで、移動平均とは、時系列データにおいて、ある一定区間毎の平均値を区間をずらしながら求めたものである。

具体的には、制御部５２５は、一定時間間隔毎に粒子濃度をメモリ等のバッファに記憶させておき、バッファに記憶させた粒子濃度データにおいて、一定期間毎の平均値を期間をずらしながら求める。

例えば、図１２に示すように、時刻ａ秒では、Ａ〜Ｘの期間の粒子濃度の平均を移動平均として算出し、時刻ａ＋１秒では、Ｂ〜Ｙの期間の粒子濃度の平均を移動平均として算出し、時刻ａ＋２秒では、Ｃ〜Ｚの期間の粒子濃度の平均を移動平均として算出する。このように、移動平均を用いて各時刻における粒子濃度を特定することで粒子濃度のバラツキを吸収してより精度良く粒子濃度を特定することが可能となる。

しかし、上述したように送風機がオフしている間に、順次、バッファに０を表す粒子濃度データが記憶される構成では、空調ユニットに空気を取り込む送風機がオフからオンした直後に、図１３中のＡに示すように、移動平均の立ち上がりが緩やかとなってしまう。このため、応答性が悪く、精度良く粒子濃度を特定することができない。

以上、本発明者らが検討中のＰＭセンサ５０と、移動平均を用いて粒子濃度を特定する手法について説明した。以下に示すＰＭセンサは、このような点を解決するものである
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
第１実施形態に係るＰＭセンサについて図１〜図６を用いて説明する。図１に示すように、ＰＭセンサ５０は、車両に搭載される車両用空調装置１に配置されている。ＰＭセンサ５０は、送風機２３の動作により車両用空調装置１の空調ケース２１内を流れる空気に含まれる埃濃度、すなわち粒子状物質の粒子濃度を検出する。

車両用空調装置１は、空調ユニット２および空調制御装置４０を備えている。空調ユニット２は、車室内に設置され車室内の空調を行う車両用空調ユニットである。例えば、空調ユニット２は、車室内のうち車両前方側に配置されたインストルメントパネル内に設置される。

図１に示すように、空調ユニット２は、空調ケース２１、内外気切替ドア２２、送風機２３、エバポレータ２６、ヒータコア２７、エアミックスドア２８、空気フィルタ３０、吹出開口部ドア２５４、２５５、２５６などを有している。

空調ケース２１は、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂にて形成されている。空調ケース２１を形成する樹脂として、例えばポリプロピレンが挙げられる。空調ケース２１は空調ユニット２の外殻を成し、空調ケース２１の内側には、車室内へ吹き出る空気が流通する空気通路すなわち通風路２４が形成されている。また、空調ケース２１は、通風路２４の空気流れ方向上流側に、車室内の所定箇所から通風路２４に内気を導入するための内気導入口２４１と、車外から通風路２４に外気を導入するための外気導入口２４２とを有している。ここで、内気とは車室内の空気であり、外気とは車室外の空気である。

また、空調ケース２１は、通風路２４の空気流れ方向下流側に、通風路２４から車室内の前席領域に空気を送風するための複数の吹出開口部２５１、２５２、２５３を有している。その複数の吹出開口部２５１、２５２、２５３は、フェイス吹出開口部２５１とフット吹出開口部２５２とデフロスタ吹出開口部２５３とを含んでいる。

フェイス吹出開口部２５１は、前座席に着座した乗員の上半身に向けて空調風を吹き出すものである。フット吹出開口部２５２は、その乗員の足元に向けて空調風を吹き出すものである。デフロスタ吹出開口部２５３は、車両のフロントウインドウに向けて空調風を吹き出すものである。

空調ケース２１の内部には、内外気切替ドア２２、送風機２３、エバポレータ２６、ヒータコア２７、およびエアミックスドア２８などが設けられている。

内外気切替ドア２２は、内気導入口２４１の開口面積と外気導入口２４２の開口面積とを連続的に調整するものである。内外気切替ドア２２は、図示していないサーボモータなどのアクチュエータによって駆動される。内外気切替ドア２２は、内気導入口２４１と外気導入口２４２とのうち一方の導入口を開くほど他方の導入口を閉じるように回転動作する。これにより、内外気切替ドア２２は、通風路２４に導入される内気の風量と外気の風量との割合を調整することが可能である。

通風路２４への吸気モードとして、車両の室内の内気を導入する内気モードと、車両の室外の外気を導入する外気モードがある。例えば、通風路２４に専ら内気が導入される内気モードでは、内外気切替ドア２２は、内気導入口２４１を開く一方で外気導入口２４２を閉じる作動位置に位置決めされる。逆に、通風路２４に専ら外気が導入される外気モードでは、内外気切替ドア２２は、内気導入口２４１を閉じる一方で外気導入口２４２を開く作動位置に位置決めされる。

送風機２３は空気を送風する遠心送風機であり、通風路２４に配置された遠心ファン２３１と、その遠心ファン２３１を回転駆動する不図示のモータとを有している。送風機２３の遠心ファン２３１が回転駆動されると、通風路２４に気流が形成される。これにより、内気導入口２４１または外気導入口２４２から通風路２４に導入された空気は、その通風路２４を流れ、フェイス吹出開口部２５１とフット吹出開口部２５２とデフロスタ吹出開口部２５３との少なくとも１つから吹き出される。なお、通風路２４のうち遠心ファン２３１よりも空気流れ方向下流側では、大まかには矢印Ａｒで示される方向に空気が流れる。

遠心ファン２３１が配置されている空調ケース２１の端部には、空気導入路２１１が形成されている。空気導入路２１１は、空調ケース２１の外側から空調ケース２１の内側に空気が流れる空間として形成されている。

フェイス吹出開口部ドア２５４はフェイス吹出開口部２５１に設けられており、そのフェイス吹出開口部２５１の開口面積を調整する。フット吹出開口部ドア２５５はフット吹出開口部２５２に設けられており、そのフット吹出開口部２５２の開口面積を調整する。デフロスタ吹出開口部ドア２５６はデフロスタ吹出開口部２５３に設けられており、そのデフロスタ吹出開口部２５３の開口面積を調整する。

エバポレータ２６は、通風路２４を流れる空気を冷却するための熱交換器である。エバポレータ２６は、エバポレータ２６を通過する空気と冷媒とを熱交換させ、それにより、その空気を冷却すると共に冷媒を蒸発させる。

ヒータコア２７は、通風路２４を流れる空気を加熱するための熱交換器である。ヒータコア２７は、例えばエンジン冷却水とヒータコア２７を通過する空気とを熱交換させ、エンジン冷却水の熱で空気を加熱する。また、ヒータコア２７は、エバポレータ２６に対し空気流れ方向下流側に配置されている。

空調ユニット２のエバポレータ２６とヒータコア２７との間には、エアミックスドア２８が設けられている。エアミックスドア２８は、エバポレータ２６を通過し、ヒータコア２７を迂回して流れる風量と、エバポレータ２６を通過した後にヒータコア２７を通過する風量との割合を調整する。

空気フィルタ３０は、空調ケース２１の通風路２４のうち送風機２３とエバポレータ２６との間に配置されている。言い換えれば、空気フィルタ３０は、送風機２３に対する空気流れ方向下流側で且つエバポレータ２６に対する空気流れ方向上流側に配置されている。

空気フィルタ３０は、その空気フィルタ３０を通過する空気中に含まれる塵埃等を或る程度捕捉する。従って、送風機２３から吹き出された空気は、その空気中の塵埃等が空気フィルタ３０によって或る程度取り除かれてから、エバポレータ２６へ流入する。

この空気フィルタ３０が空調ケース２１の通風路２４に設けられているので、空調制御装置４０は、車室内の埃濃度を低減するように空調ユニット２を運転することが可能である。そのように運転する場合、空調制御装置４０は、例えば、空調ユニット２を内気モードとした上で、送風機２３を作動させる。そして、送風機２３の送風量が大きくなるほど、空調ユニット２が車室内の埃を除去する埃除去能力は高くなる。

次に、ＰＭセンサ５０について図２を用いて説明する。ＰＭセンサ５０は、車両の室内へ吹き出る空気が流通する通風路２４における送風機２３より空気流れ上流側で且つ空気フィルタ３０に対する空気流れ方向上流側に配置されている。そのため、ＰＭセンサ５０は、空気フィルタ３０を通過する前の空気に含まれる埃の濃度を検出する。

ＰＭセンサ５０は、図２に示すように、所定のセンシング箇所Ａｒｅの空気に含まれる浮遊粒子の濃度である埃濃度を検出し、検出した埃濃度を示す検出信号を空調制御装置４０へ出力する。その埃濃度は塵埃濃度とも言い、詳細に言えば、空気中に含まれる埃の質量濃度であり、埃濃度の単位は例えば「μｇ／ｍ³」である。

本実施形態のＰＭセンサ５０は、光散乱法により埃濃度を検出するように構成された光学式塵埃センサである。ＰＭセンサ５０は、光を発する発光素子５１１を有する発光部５１と、発光素子５１１が発した光を受ける受光部５２と、その発光部５１と受光部５２とを収容するセンサケース５３とを備えている。発光素子５１１は、例えば、発光ダイオードにより構成される。空調ケース２１に形成された空気導入路２１１を流れる空気の一部がＰＭセンサ５０のセンサケース５３の内部を流れるようになっている。ＰＭセンサ５０は、その発光部５１から照射された光が粒子状物質に当たって散乱した散乱光を受光部５２が受光することにより、センサケース５３の内部を流通する空気に含まれる埃濃度を検出する。

ＰＭセンサ５０の受光部５２のブロック構成は、図１１に示したものと同じである。すなわち、ＰＭセンサ５０の受光部５２は、光を受光する受光素子５２１と、受光素子５２１から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ５２４と、を備えている。受光素子５２１は、例えば、フォトダイオードにより構成される。受光素子５２１には、受光量に応じた電流が流れる。また、受光部５２には、各種制御を行う制御部５２５が接続されている。

空調ユニット２に空気を取り込む送風機２３がオフして、ＰＭセンサ５０内を流れる空気の流速が０ｍ／秒となった際に、制御部５２５にセンサ出力＝０を示す信号が入力されるよう受光素子５２１と制御部５２５の間にハイパスフィルタ５２４が配置されている。

図１０に示したように、ＰＭセンサ５０は、センサ信号の周波数が０ヘルツになるとゲインが０となるよう構成されている。そして、センサケース５３内を流れる空気の流速が大きくなるにつれて、すなわち、周波数が高くなるにつれてゲインが大きくなるよう構成されている。

次に、空調制御装置４０について説明する。図１に示す空調制御装置４０は、空調ユニット２を制御する制御装置である。具体的に、空調制御装置４０は、半導体メモリなどの非遷移的実体的記憶媒体で構成された記憶部とプロセッサとを含んだ電子制御装置である。空調制御装置４０は、その記憶部に格納されたコンピュータプログラムを実行する。このコンピュータプログラムが実行されることで、コンピュータプログラムに対応する方法が実行される。すなわち、空調制御装置４０は、そのコンピュータプログラムに従って、後述する図５〜図６の処理など、種々の制御処理を実行する。

また、空調制御装置４０は空調ユニット２に含まれる各アクチュエータへ制御信号を出力することにより、各アクチュエータの作動を制御する。要するに、空調制御装置４０は、空調ユニット２において種々の空調制御を行う。例えば、上述した送風機２３、内外気切替ドア２２、エアミックスドア２８、フェイス吹出開口部ドア２５４、フット吹出開口部ドア２５５、およびデフロスタ吹出開口部ドア２５６は、空調制御装置４０によって駆動制御される。

また、図１に示すように、空調制御装置４０には、例えば、ＰＭセンサ５０などのセンサ類やドア等のアクチュエータのほか、操作装置４４および表示装置４６が電気的に接続されている。

操作装置４４は、空調ユニット２から吹き出される空調風の風量や温度等を調整する際に乗員により操作される操作部である。操作装置４４は、例えば車両のインストルメントパネルに配置されている。操作装置４４では、例えば空調風の風量、車室内の目標室温、及び空調風の吹出口等を設定することができる。また、操作装置４４では、空調風の風量調整、空調風の温度調整、および内気循環または外気導入の選択が自動的に行われる自動空調モードを設定することもできる。操作装置４４は、これらの設定を示す情報、すなわち操作装置４４に対して為された乗員操作を示す操作情報を、空調制御装置４０に出力する。

次に、制御部５２５の処理について図３〜図６を用いて説明する。まず、図３に示す処理について説明する。制御部５２５は、該制御部５２５への電力供給が開始されると、図３に示す処理を実施する。

まず、制御部５２５は、Ｓ１００にて、センサ出力値を特定する。具体的には、受光部５２から出力されるセンサ信号に基づいてセンサ出力値を特定し、特定したセンサ出力値をバッファとしてのメモリに記憶させる処理を一定期間繰り返し実施する。これにより、予め定められたバッファ領域にセンサ出力値が順次記憶される。

ここで、送風機２３がオンしている場合には、受光部５２から出力されるセンサ信号に基づいて特定されたセンサ出力値がバッファとしてのメモリに順次記憶される。ただし、送風機２３がオフして、ＰＭセンサ５０内を流れる空気の流速が０ｍ／秒となった際には、センサ出力値が０としてバッファとしてのメモリに順次記憶される。

次に、制御部５２５は、Ｓ１０２にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照してセンサ出力値＝０が連続して一定数（Ｘ回）以上、メモリに記憶されているか否かを判定する。

ここで、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照してセンサ出力値＝０が連続して一定数（Ｘ回）以上、メモリに記憶されていない場合、制御部５２５は、Ｓ１０４にて、送風機２３がオンしていると認識し、Ｓ１００へ戻る。

このような処理を繰り返し実施して、受光部５２から出力されるセンサ信号に基づいて特定されたセンサ出力値がバッファとしてのメモリに順次記憶される。

また、送風機２３がオフして、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照してセンサ出力値＝０が連続して一定数（Ｘ回）以上、メモリに記憶されている場合、制御部５２５は、Ｓ１０６にて、送風機２３がオフしていると認識する。

次に、制御部５２５は、Ｓ１０８にて、センサ出力値を特定する。具体的には、受光部５２から出力されるセンサ信号に基づいてセンサ出力値を特定し、特定したセンサ出力値をバッファとしてのメモリに記憶させる処理を一定期間繰り返し実施する。これにより、予め定められたバッファ領域にセンサ出力値が順次記憶される。ただし、ここでは、送風機２３がオフしているため、センサ出力値が０として特定され、センサ出力値＝０がメモリに順次記憶される。

次に、制御部５２５は、Ｓ１１０にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照して単位時間当たりの埃の濃度の変化割合である濃度変化割合Ｒが閾値Ｒ_noise以上であるか否かを判定する。ここで、ある時点での埃の濃度をＣ_T=N-t、ある時点から一定時間ｔ経過後の埃の濃度をＣ_T=Nとすると、濃度変化割合Ｒは、Ｒ＝（Ｃ_T=N−Ｃ_T=N-t）/ｔとして表すことができる。また、閾値Ｒ_noiseは、濃度変化割合Ｒをノイズと判別するか否かの定数である。

単位時間当たりの埃の濃度変化が小さく、濃度変化割合Ｒが閾値Ｒ_noise未満となった場合、制御部５２５は、Ｓ１１２にて、送風機２３がオフしていると認識し、Ｓ１０８へ戻る。このような処理を繰り返し実施して、センサ出力値が０としてメモリに順次記憶される。

また、埃の濃度が急に大きくなり、濃度変化割合Ｒが閾値Ｒ_noise以上となると、制御部５２５は、Ｓ１１４にて、送風機２３がオンしていると認識する。

次に、制御部５２５は、Ｓ１１５にて、送風機２３が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値以上であるか否かを判定する。

ここで、送風機２３が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値以上となった場合、制御部５２５は、Ｓ１１６にて、バッファとしてのメモリに順次記憶されている粒子濃度データをリフレッシュする。具体的には、予め定められた特定コードをメモリに記憶させ、Ｓ１００に戻る。

図４は、リフレッシュを実施しない場合のメモリに記憶されている粒子濃度データを表している。図に示すように、センサ出力値＝０が連続して記憶された後、受光部５２から出力されるセンサ信号に基づいて特定されたセンサ出力値Ａ〜Ｄが順次記憶されている。

図５は、リフレッシュを実施した場合のメモリに記憶されている粒子濃度データを表している。リフレッシュ時間Ｔｒｅｆで粒子濃度データがリフレッシュされている。図中のハイフン「−」は、リフレッシュされたことを意味する特定コードを表している。図に示すように、センサ出力値＝０が連続して記憶された後、センサ出力値Ａ〜Ｂが順次記憶されると、Ｓ１１４にて、センサ出力値Ａ〜Ｂに基づいて送風機２３がオンしていると認識され、リフレッシュされたことを意味する特定コードが記憶される。具体的には、連続するセンサ出力値＝０と、センサ出力値Ａ〜Ｂが特定コードに置換される。その後、センサ出力値Ｃ〜Ｄが順次記憶される。

なお、制御部５２５は、リフレッシュされた粒子濃度データを除外して移動平均を算出する移動平均算出処理を実施する。この移動平均算出処理については後で説明する。

また、制御部５２５は、Ｓ１１５にて、送風機２３が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値未満となった場合、制御部５２５は、Ｓ１１８にて、メモリに記憶されている粒子濃度データをセンサ出力値＝０よりも大きな値に補正する。例えば、送風機２３が動作停止状態になる前のセンサ出力値で、かつ、変動量が所定の閾値以下となっているセンサ出力値を用いてメモリに記憶されている粒子濃度データを補正する。なお、車両の窓開信号に基づいて車両の窓が開いていると判定し、通風路２４への吸気モードが外気モードであると判定した場合、ＷＥＢ情報等に基づいて車両周辺の粒子の濃度を推定し、この粒子の濃度でメモリに記憶されている粒子濃度データを補正するようにしてもよい。このように、制御部５２５は、粒子濃度データを補正すると、Ｓ１００に戻る。

次に、この移動平均算出処理について図６を用いて説明する。制御部５２５は、図３に示した処理を並行して図６に示す処理を定期的に実施する。

まず、制御部５２５は、Ｓ２００にて、バッファとしてのメモリから粒子濃度データを読み出す。

次に、制御部５２５は、Ｓ２０２にて、移動平均を算出する。上述したように、移動平均とは、時系列データにおいて、ある一定区間毎の平均値を区間をずらしながら求めたものである。制御部５２５は、一定時間間隔毎に粒子濃度をメモリ等のバッファに記憶させておき、バッファに記憶させた粒子濃度データにおいて、一定期間毎の平均値を期間をずらしながら求める。ここでは、バッファとしてのメモリから読み出した粒子濃度データの一定区間の平均値を算出する。

この際、制御部５２５は、Ｓ１１６にて、リフレッシュされた粒子濃度データがある場合、このリフレッシュされた粒子濃度データを除外して粒子濃度データの一定区間の平均値を算出する。例えば、リフレッシュされた粒子濃度データと、リフレッシュが実施された後にバッファに記憶させた粒子濃度データがある場合、リフレッシュされた後にバッファに記憶された濃度データを用いて粒子濃度データの一定区間の平均値を算出する。

次に、制御部５２５は、Ｓ２０４にて、Ｓ２０２にて算出した粒子濃度データの一定区間の平均値に基づいて粒子濃度を特定し、粒子濃度を示す信号を出力する。具体的には、粒子濃度に応じてデューティー比のパルス信号を出力し、本処理を繰り返し実施する。

なお、Ｓ２０２にて、リフレッシュされた粒子濃度データを除外することなく粒子濃度データの一定区間の平均値を算出した場合、図１３中のＡに示したように、送風機がオフからオンした直後に移動平均の立ち上がりが緩やかとなって、応答性が悪く、精度良く粒子濃度を特定することができない。

これに対し、Ｓ２０２にて、リフレッシュされた粒子濃度データを除外して粒子濃度データの一定区間の平均値を算出した場合、送風機がオフからオンした直後でも、移動平均の立ち上がりがより急峻となり、応答性が良く、精度良く粒子濃度を特定することができる。

以上、説明したように、本実施形態のＰＭセンサは、空気に光を照射する発光部（５１）を備えている。また、発光部が照射した光が粒子状物質に当たって散乱した散乱光を受光し、該散乱光の強度に応じたセンサ信号を出力するとともにセンサ信号の低周波数成分を除去する受光部（５２）を備えている。また、受光部より出力されるセンサ信号に基づいて特定される粒子状物質の粒子濃度を示す粒子濃度データを、所定期間毎に順次、記憶部に記憶させる記憶制御部（Ｓ１００）を備えている。また、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データの所定期間毎の平均値を期間をずらしながら移動平均として順次算出する移動平均算出部（Ｓ２０２）を備えている。また、移動平均算出部により算出された移動平均に基づいて粒子状物質の粒子濃度を特定し、特定した粒子状物質の粒子濃度を示す濃度信号を出力する信号出力部（Ｓ２０４）を備えている。また、送風機の動作状態を判定する動作判定部（Ｓ１０２、Ｓ２０２、Ｓ１１０）を備えている。また、動作判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データをリフレッシュするリフレッシュ部（Ｓ１１６）を備えている。また、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた粒子状物質の粒子濃度データを除外し、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出する。

上記した構成によれば、リフレッシュ部は、動作判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データをリフレッシュし、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた粒子状物質の粒子濃度データを除外する。そして、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出するので、送風機がオフからオンした直後でも、応答性に優れるとともに精度良く粒子濃度を特定することができる。

また、受光部は、粒子状物質に当たった散乱光の強度に応じた電流が流れる受光素子（５２１）と、受光素子から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ（５２４）と、を備えている。そして、送風機が動作を停止した際に、０を表すセンサ信号を出力する。

このように、受光素子から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ５２４を用いて低周波数では０を表すセンサ信号を出力する受光部を構成することができる。

また、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となっている場合、送風機が停止状態であると判定する。

このように、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となっている場合、送風機が停止状態であると判定することができる。

また、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定のノイズ判定レベル以上となった場合、送風機が動作状態であると判定する。

このように、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定のノイズ判定レベル以上となった場合、送風機が動作状態であると判定することができる。

また、ＰＭセンサは、送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値以上であるか否かを判定する時間判定部（Ｓ１１５）と、時間判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値未満であると判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データを０より大きな値に補正する補正部（Ｓ１１８）と、を備えている。

このように、補正部により、時間判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値未満であると判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データが０より大きな値に補正されるので、より精度良く粒子濃度を特定することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態に係るＰＭセンサについて図７を用いて説明する。本実施形態のＰＭセンサ５０の構成は上記第１実施形態と同じである。本実施形態のＰＭセンサ５０の構成は上記第１実施形態と比較して、制御部５２５の処理が異なる。

本実施形態の制御部５２５のフローチャートを図７に示す。本実施形態の制御部５２５は、図３のＳ１０２に代えて、Ｓ２０２の判定を実施する点が異なる。

上記第１実施形態の制御部５２５は、Ｓ２０２にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照してセンサ出力値＝０が連続して一定数（Ｘ回）以上、メモリに記憶されているか否かを判定し、肯定判定の場合に送風機２３がオフしていると認識し、否定判定の場合に送風機２３がオンしていると認識した。

これに対し、本実施形態の制御部５２５は、Ｓ２０２にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照して単位時間当たりの埃の濃度の変化割合である濃度変化割合Ｒが閾値Ｒ_noise以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合には送風機２３がオフしていると認識し、否定判定の場合には送風機２３がオンしていると認識する。このように、図３のＳ１０２に代えて、Ｓ２０２の判定を実施するようにしてもよい。

本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第１実施形態と同様に得ることができる。

また、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定する。

このように、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係るＰＭセンサについて図８を用いて説明する。本実施形態のＰＭセンサ５０の構成は上記第１実施形態と同じである。本実施形態のＰＭセンサ５０の制御部５２５は、図３のＳ１０２の判定で肯定判定となった場合に、さらに図７のＳ３０２の判定を実施する点が異なる。

図８に示すように、制御部５２５は、Ｓ１０２にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照してセンサ出力値＝０が連続して一定数（Ｘ回）以上、メモリに記憶されているか否かを判定する。そして、Ｓ１０２の判定が肯定判定となった場合、Ｓ３０２にて、メモリに記憶されたセンサ出力値を参照して単位時間当たりの埃の濃度の変化割合である濃度変化割合Ｒが閾値Ｒ_noise以下であるか否かを判定する。そして、Ｓ３０２の判定が肯定判定となった場合には送風機２３がオフしていると認識し、否定判定となった場合には送風機２３がオンしていると認識する。

このように、Ｓ１０２の判定で肯定判定となった場合に、さらにＳ３０２の判定を実施することで、より精度良く送風機２３がオフしているか否かを認識することが可能である。

また、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となり、かつ、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定する。

このように、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となり、かつ、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定することができる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、Ｓ１０６にて、送風機２３がオフしていると認識した後、Ｓ１１４にて、送風機２３がオンしていると認識した場合、Ｓ１１６にて、バッファに順次記憶されている粒子濃度データをリフレッシュした。これに対し、Ｓ１０６にて、送風機２３がオフしていると認識した後、Ｓ１１４にて、送風機２３がオンしていると認識するまでの時間が閾値未満の場合、粒子濃度データをリフレッシュすることなく、送風機２３が動作停止状態になる一定時間前の値をバッファに記憶させるようにしてもよい。

（２）上記各実施形態では、Ｓ１０２にて、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて送風機が停止状態であるか否かを判定し、さらに、Ｓ２０２にて、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて送風機が停止状態であるか否かを判定した。これに対し、送風機の動作を制御する空調制御装置（４０）から送出される送風機の制御信号に基づいて送風機の動作状態を判定するようにしてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、ＰＭセンサは、空気に光を照射する発光部を備えている。また、発光部が照射した光が粒子状物質に当たって散乱した散乱光を受光し、該散乱光の強度に応じたセンサ信号を出力するとともにセンサ信号の低周波数成分を除去する受光部を備えている。また、受光部より出力されるセンサ信号に基づいて特定される粒子状物質の粒子濃度を示す粒子濃度データを、所定期間毎に順次、記憶部に記憶させる記憶制御部を備えている。また、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データの所定期間毎の平均値を期間をずらしながら移動平均として順次算出する移動平均算出部を備えている。また、移動平均算出部により算出された移動平均に基づいて粒子状物質の粒子濃度を特定し、特定した粒子状物質の粒子濃度を示す濃度信号を出力する信号出力部を備えている。また、送風機の動作状態を判定する動作判定部を備えている。また、動作判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データをリフレッシュするリフレッシュ部を備えている。そして、移動平均算出部は、リフレッシュ部によりリフレッシュされた粒子状物質の粒子濃度データを除外し、リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に記憶部に記憶された粒子濃度データを用いて移動平均を算出する。

また、第２の観点によれば、受光部は、粒子状物質に当たった散乱光の強度に応じた電流が流れる受光素子と、受光素子から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ（５２４）と、を備えている。そして、送風機が動作を停止した際に、０を表すセンサ信号を出力する。

このように、受光素子から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタを用いて低周波数では０を表すセンサ信号を出力する受光部を構成することができる。

また、第３の観点によれば、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となっている場合、送風機が停止状態であると判定する。

また、第４の観点によれば、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定する。

また、第５の観点によれば、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となり、かつ、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、送風機が停止状態であると判定する。

また、第６の観点によれば、動作判定部は、記憶制御部により記憶部に順次記憶された粒子状物質の粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定のノイズ判定レベル以上となった場合、送風機が動作状態であると判定する。

また、第７の観点によれば、動作判定部は、送風機の動作を制御する空調制御装置から送出される送風機の制御信号に基づいて送風機の動作状態を判定する。

このように、送風機の動作を制御する空調制御装置から送出される送風機の制御信号に基づいて送風機の動作状態を判定することもできる。

また、第８の観点によれば、ＰＭセンサは、送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値以上であるか否かを判定する時間判定部を備えている。また、時間判定部により送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値未満であると判定された場合、記憶部に記憶させた粒子状物質の粒子濃度データを０より大きな値に補正する補正部を備えている。

なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、Ｓ１００が記憶制御部に相当し、Ｓ２０２が移動平均算出部に相当し、Ｓ２０４が信号出力部に相当する。また、Ｓ１０２、Ｓ２０２、Ｓ１１０が動作判定部に相当し、Ｓ１１６がリフレッシュ部に相当し、Ｓ１１５が時間判定部に相当し、Ｓ１１８が補正部に相当する。

１車両用空調装置
２空調ユニット
４０空調制御装置
５２受光部
５２４ハイパスフィルタ
５２５制御部

Claims

送風機（２３）の動作によりケース内を流れる空気に含まれる粒子状物質の粒子濃度を検出するＰＭセンサであって、
前記空気に光を照射する発光部（５１）と、
前記発光部が照射した光が前記粒子状物質に当たって散乱した散乱光を受光し、該散乱光の強度に応じたセンサ信号を出力するとともに前記センサ信号の低周波数成分を除去する受光部（５２）と、
前記受光部より出力される前記センサ信号に基づいて特定される前記粒子状物質の粒子濃度を示す粒子濃度データを、所定期間毎に順次、記憶部に記憶させる記憶制御部（Ｓ１００）と、
前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データの所定期間毎の平均値を期間をずらしながら移動平均として順次算出する移動平均算出部（Ｓ２０２）と、
前記移動平均算出部により算出された前記移動平均に基づいて前記粒子状物質の粒子濃度を特定し、特定した前記粒子状物質の粒子濃度を示す濃度信号を出力する信号出力部（Ｓ２０４）と、
前記送風機の動作状態を判定する動作判定部（Ｓ１０２、Ｓ２０２、Ｓ１１０）と、
前記動作判定部により前記送風機が動作停止状態から始動状態になったと判定された場合、前記記憶部に記憶させた前記粒子濃度データをリフレッシュするリフレッシュ部（Ｓ１１６）と、を備え、
前記移動平均算出部は、前記リフレッシュ部によりリフレッシュされた前記粒子濃度データを除外し、前記リフレッシュ部によりリフレッシュされた後に前記記憶部に記憶された前記粒子濃度データを用いて前記移動平均を算出するＰＭセンサ。
前記受光部は、
前記粒子状物質に当たった前記散乱光の強度に応じた電流が流れる受光素子（５２１）と、
前記受光素子から出力された信号に含まれる低周波数成分を除去するハイパスフィルタ（５２４）と、を備え、
前記送風機が動作を停止した際に、０を表す前記センサ信号を出力する請求項１に記載のＰＭセンサ。
前記動作判定部は、前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となっている場合、前記送風機が停止状態であると判定する請求項２に記載のＰＭセンサ。
前記動作判定部は、前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの前記粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、前記送風機が停止状態であると判定する請求項２に記載のＰＭセンサ。
前記動作判定部は、前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データが、基準回数以上、連続して０となり、かつ、前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの前記粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定値以下となった場合、前記送風機が停止状態であると判定する請求項２に記載のＰＭセンサ。
前記動作判定部は、前記記憶制御部により前記記憶部に順次記憶された前記粒子濃度データに基づいて単位時間当たりの前記粒子状物質の粒子濃度の濃度変化割合が所定のノイズ判定レベル以上となった場合、前記送風機が動作状態であると判定する請求項２に記載のＰＭセンサ。
前記動作判定部は、前記送風機の動作を制御する空調制御装置（４０）から送出される前記送風機の制御信号に基づいて前記送風機の動作状態を判定する請求項１に記載のＰＭセンサ。
前記送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値以上であるか否かを判定する時間判定部（Ｓ１１５）と、
前記時間判定部により前記送風機が動作停止状態から始動状態になるまでの時間が閾値未満であると判定された場合、前記記憶部に記憶させた前記粒子濃度データを０より大きな値に補正する補正部（Ｓ１１８）と、を備えた請求項１に記載のＰＭセンサ。