JP3914141B2 - ガス検出装置及び車両用オートベンチレーションシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサ素子を用いて環境中の特定ガスの濃度変化を検出するガス検出装置および車両用オートベンチレーションシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、鉛−フタロシアニンを用いたり、WO3やSnO2などの金属酸化物半導体を用いたガスセンサ素子であって、環境中のNOxなどの酸化性ガスやCO、HC(ハイドロカーボン)などの還元性ガスといった、特定のガスの濃度変化によってそのセンサ抵抗値が変化するガスセンサ素子が知られている。また、このようなガスセンサ素子を用い、そのセンサ抵抗値の変化により特定ガスの濃度変化を検出可能なガス検出装置も知られている。さらには、このガス検出装置を用いた各種の制御システム、例えば、車室外空気の汚染状況に応じて、車室内への外気・内気導入を切り替えるためのフラップ開閉制御を行う車両用オートベンチレーションシステムや、喫煙などによる室内空気の汚染を検知し、空気清浄機の制御を行うシステムなどが知られている。
【0003】
このようなガスセンサ素子を用いたガス検出装置では、ガスセンサ素子の出力信号を微分してガス検知をおこなうもの、アナログ微分値をA/D変換した後、さらにデジタル微分して2階微分値を得てガス検知を行うもの、センサ信号を積分して得た積分値とセンサ信号とを比較してガス検知を行うものなどがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特定ガスの濃度変化によりセンサ抵抗値などの電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置では、ガスセンサ素子の電気的特性(センサ抵抗値)が特定ガスの濃度変化だけでなく、温度や湿度、風速などの環境の影響によっても変動する性質を有する。そのため、微分を用いるガス検出装置においては、出力信号の相対変化を検出しているわけであるが、この出力信号が特定ガスの濃度変化だけでなく、温度や湿度、風速など他の環境によっても大きく変動するため、出力信号の相対変化だけからでは、特定ガスの濃度によるものであるか、湿度変化などの外乱による変動によるものであるのかを明確に分けることができない。このため、上記のようにガスセンサ素子の出力信号の微分値や2階微分値を用いると、ガス濃度が変動した時点(例えば、ガス濃度が急に高くなった時点)を捉えることはできるが、どの程度のガス濃度変化があったか、あるいはその後のガス濃度の変化状況やガス濃度が低下した時点を知ることは難しい。
【0005】
一方、センサ信号の積分値とセンサ信号とを比較してガス検知を行うガス検出装置においては、特定ガスの濃度変化に対して積分値の変化が遅れるため、特定ガスの濃度が一旦低下し始めると、例えば、ガス濃度が上昇するとセンサ出力値が増加するガス検出装置では、センサ出力値よりも積分値の方が大きくなる逆転状態となることがある。このため、特定ガスの濃度がその後再び上昇した場合にも、センサ出力値が上昇しはじめているにも拘わらず、積分値がセンサ出力値より大きいため、特定ガスの濃度上昇を検知できず、検知タイミングが遅れるなど、適切に特定ガスの濃度変化を検出できないことがあった。
【0006】
また、特開平1−199142号には、センサ出力の時間的挙動を追跡し、最も清浄な雰囲気に対応したセンサ出力を基準出力として記憶し、記憶後時間の経過とともに基準出力を汚染雰囲気に対応した側に徐々に変化させ、変化させた基準出力が実際のガスセンサ出力を上回った場合には、基準出力を実際のセンサ出力に変更するガス検出装置が開示されている。そして、この発明によれば、基準出力の増加率を予め温湿度変動等によるセンサ出力の変化に見合った大きさとすることで、温湿度が変動した場合にもガス検知が可能となるようにしている。
【0007】
この特開平1−199142号に記載の発明によれば、センサ出力の変化の大小に関係なく、時間に応じて一定の変化率のもとで基準出力を徐々に変化させる。
ところが、特定ガスの濃度変化は一定ではなく予測できないものである。例えば、汚染雰囲気に対応した側へガス濃度が少しずつ変化した場合を想定する。この場合、設定された基準出力の増加率が大きいと、センサ出力も汚染雰囲気に対応した側へ変化するにも拘わらず、基準出力がセンサ出力よりも汚染雰囲気側に大きくなるため、基準出力を実際のセンサ出力に変更することになる。従って、徐々にガス濃度が上昇して全体としてはガス濃度が高くなっているにも拘わらず、センサ出力と基準出力との差が生じないため、ガス濃度の上昇を正しくまた早期に検出できないことがある。
【0008】
また、センサ出力に拘わらず、基準出力を直線的に増加させるなど徐々に変化させるので、例えば、長いトンネルなど長時間にわたってガス濃度が高い状態が維持されてセンサ出力が高止まりしている場合にも、得られているセンサ出力とは無関係に基準出力が徐々に増加することで、センサ出力と基準出力との差が小さくなり、ついにはガス濃度が低いと誤判定してしまう問題もある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガス濃度の上昇を確実に早期に検出できるガス検出装置、さらには、誤判定の少ないガス検出装置、及びこれを用いた車両用オートベンチレーションシステムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
その解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が増大する取得手段と、濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を、現在の上記センサ出力値である現在センサ出力値を用いて、第1算出式により算出する第1算出手段であって、上記第1算出式は、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する増加項、の少なくともいずれかからなる基準項と、上記現在センサ出力値を用いる増加強調項であって、単調に増加する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この増加強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この増加強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が小さくなる増加強調項と、からなる第1算出手段と、上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0010】
本発明のガス検出装置では、取得手段は、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が増大する構成とされている。また、現在第1算出値を算出する第1算出式は、追従項及び増加項の少なくともいずれかからなる基準項のほかに、増加強調項を有する。このため、ガス濃度が上昇するなどしてセンサ出力値が増加すると、第1算出式で算出される現在第1算出値は、増加強調項がない場合、つまり追従項や増加項のみとした仮想第1算出式を用いて算出した仮想現在第1算出値よりも小さな値となっている。このため、濃度高信号発生手段で、センサ出力値と現在第1算出値との差や比をしきい値と比較するなど、センサ出力値と現在第1算出値とが所定の第1関係を満たしたか否かを判断するのにあたり、増加強調項がない場合に比して、センサ出力値の増加が強調された結果となり、早期にガス濃度上昇を検知できる。
【0011】
ところで、センサ出力値は、ガス濃度が低いままであっても、湿度や温度などの外乱によって、センサ出力値が徐々に増加あるいは減少するドリフトが生じることがある。特に、センサ出力値が徐々に増加する方向にドリフトする場合には、ガス濃度が変化していないのに、ガス濃度上昇と同じ方向にセンサ出力値が変化するから、誤検知となりやすい。
これに対し、本発明のガス検出装置では、第1算出式は、増加強調項のほか、追従項及び増加項の少なくともいずれかからなる基準項を有する。即ち、算出される現在第1算出値に対して、基準項と増加強調項がそれぞれ寄与している。このうち基準項では、センサ出力値が時間とともに徐々に増加すると、これに緩慢に追従して増加する値、あるいはセンサ出力値の変化に関係なく徐々に増加する値が算出される。基準項で算出された値は、ドリフトによるセンサ出力値の増加に対して、差が開かない方向に変化する。このため、この値だけを用いれば、ドリフトによる誤検知が抑制される。
一方、センサ出力値が徐々に増加する場合、即ち、増加率が小さい場合には、増加強調項の性質から、算出される現在第1算出値はそれほど小さくならない。つまり、増加率が小さい場合には、増加強調項の現在第1算出値に対する寄与は、増加率が大きい場合に比して相対的に小さくなる。
このため、この場合には、現在第1算出値における基準項の寄与が大きくなり、増加強調項の寄与は小さくなる。従って、このように基準項の影響を大きく受けた現在第1算出値を用いれば、センサ出力値のドリフトによる誤検知を防止することができる。
【0012】
なお、増加強調項としては、センサ出力値を用い、単調に増加するセンサ出力値の時系列を与えたときに、この増加強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この増加強調項があるときに算出される現在第1算出値のほうが小さくなるような項で有れば良く、例えば、第1算出式を、現在第1算出値C1(n)=C1(n-1)+k1[S(n)−C1(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)]とした場合における、−k2[S(n)−S(n-q)]の項や、現在第1算出値C1(n)={S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/m−k3[E−S(n)]とした場合における、−k3[E−S(n)]の項などが挙げられる。但し、S(n)は現在のセンサ出力値、k1,k2,k3は正の係数、0<k1<1、n,m,qは正の整数,Eは定数である。
また、仮想現在第1算出値と現在第1算出値との比較は、時系列を与えた場合のうち、増加強調項等が算出されるようになるまでの初期期間を除いて考察することはいうまでもない。
また、基準項のうち追従項としては、算出された値が、現在センサ出力値の変化に追従しつつこの現在センサ出力値よりも緩慢に変化する性質を有するものであればよい。例えば、前回第1算出値C1(n-1)に、現在センサ出力値S(n)と前回第1算出値C1(n-1)との差分値S(n)−C1(n-1)よりも小さな値を加える、上記例示のC1(n-1)+k1[S(n)−C1(n-1)]の項や、移動平均値を与える上述の{S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/mの項、積分値を与える項などが挙げられる。
【0013】
なお、本明細書において、「現在」の値とは、所定サイクル時間毎などに順に得られた値の時系列のうち、考察している時点またはその時点よりも過去に得られた値のうち直近に得られた値を指す。例えば、現在のセンサ出力値(現在センサ出力値)は、考察している時点でのセンサ出力値を指す(例えば、S(n))。また、現在の第1算出値(現在第1算出値)は、考察している時点での第1算出値を指し(例えば、C1(n))、現在センサ出力値S(n)を得たのと同じサイクル中に得られた点で、両者は対応した関係となっている。
また、「過去」の値とは、所定サイクル時間毎などに順に得られた値の時系列のうち、現在の値より過去に得られた値を指す。例えば、過去のセンサ出力値(過去センサ出力値)は、考察しているセンサ出力値より過去に得られたセンサ出力値を指す(例えば、現在センサ出力値S(n)に対してS(n-1),S(n-2)、…を指す)。また、過去の第1算出値(過去第1算出値)は、過去に算出された第1算出値を指す(例えば、現在第1算出値C1(n)に対してC1(n-1),C1(n-2),…を指す)。また、過去第1算出値C1(n-1),C1(n-2),…は、過去センサ出力値S(n-1),S(n-2)、…とそれぞれ同じサイクル中に得られた点で、互いに対応した関係となっている。
さらに、本明細書において、「前回」の値とは、所定サイクル時間毎に順に得られた値の時系列のうち、現在の値より1回前に得られた値を指す。例えば、前回のセンサ出力値は、考察している現在のセンサ出力値より1サイクル前(所定サイクル時間分だけ前)に得られたセンサ出力値を指す(例えば、S(n)に対してS(n-1)を指す)。また、前回の第1算出値(前回第1算出値)は、前回に算出された第1算出値を指す(例えば、C1(n)に対してC1(n-1)を指す)。
【0014】
また、本明細書において、濃度高信号発生手段は、濃度高信号を発生するもので有ればよいが、濃度高信号として、複数種類の信号を含んでいても良い。例えば、濃度高信号に含まれる信号として、特定ガス濃度が高い中でも、濃度レベルが比較的低い場合から特に高い場合までの複数段階(例えば、濃度レベルが、+、++、+++の3段階)に対応する複数レベルの信号を含んでいても良い。これらの信号の区別のためには、公知の手法、例えば、信号電圧レベルや信号コードなどを異ならせる手法を用いることができる。
また、これとは逆に、濃度低信号発生手段は、濃度低信号を発生するもので有ればよいが、濃度低信号として複数種類の信号を含んでいても良い。例えば、濃度低信号に含まれる信号として、特定ガス濃度が低い中でも、濃度レベルが特に低い場合から若干高い場合までの複数段階(例えば、濃度レベルが、−−−、−−、−の3段階)に対応する複数レベルの信号を含んでいても良い。
【0015】
また、請求項2に記載の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が増大する取得手段と、濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を算出する第1算出手段であって、現在のセンサ出力値である現在センサ出力値が、所定サイクル数mだけ過去に算出された上記第1算出値であるm回過去第1算出値に比して大きいときには、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する増加項、の少なくともいずれかからなる基準項と、上記現在センサ出力値を用いる増加強調項であって、単調に増加する増加期間とこれに続いて単調に減少する減少期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この増加強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、上記増加期間には、この増加強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が小さくなり、上記減少期間には、上記仮想現在第1算出値の変化の傾きに比して、上記現在第1算出値の変化の傾きが大きくなる増加強調項と、からなる第1算出式により、上記現在第1算出値を上記現在センサ出力値を用いて算出し、上記現在センサ出力値が上記m回過去第1算出値に比して小さいときには、この現在センサ出力値を上記現在第1算出値とする第1算出手段と、上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0016】
本発明のガス検出装置では、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が増大する構成とされている。また、現在センサ出力値S(n)が、m回過去第1算出値C1(n-m)よりも大きい(S(n)>C1(n-m))ときは、第1算出式で算出した現在第1算出値を用いる。
この第1算出式は、基準項のほかに増加強調項を有する。このため、ガス濃度が上昇するなどしてセンサ出力値が増加する(S(n)>S(n-1)のとき)と、第1算出式で算出される現在第1算出値は、増加強調項がない、つまり追従項や増加項のみとした仮想第1算出式を用いて算出した仮想現在第1算出値よりも小さな値となる。このため、濃度高信号発生手段で、センサ出力値と現在第1算出値と差や比をしきい値と比較するなど、センサ出力値と現在第1算出値とが所定の第1関係を満たしたか否かを判断するにあたり、増加強調項がない場合に比して、センサ出力値の増加が強調された結果となり、早期にガス濃度上昇を検知できる。
【0017】
ところで、本発明と異なり、現在センサ出力値S(n)とm回過去第1算出値C1(n-m)との大小に拘わらず、上述の第1算出式で現在第1算出値を算出し、これを用い続けたとすると、センサ出力値S(n)が減少した場合に、現在第1算出値C1(n)が相対的に増加して、場合によっては、それまでとは逆のC1(n)>S(n)となり、逆転状態となる場合がある。すると、その後にガス濃度が上昇してセンサ出力値S(n)が大きくなっても、センサ出力値と現在第1算出値との差がしきい値を超える(S(n)−C1(n)>SH:SHは、しきい値)など第1関係を満たしにくくなり、ガス検出が遅れることがある。
しかるに、本発明では、S(n)<C1(n-m)となるときには、強制的にC1(n)=S(n)とされるので、C1(n)>S(n)となる逆転状態が解消される。このため、それ以降に濃度上昇が起こればセンサ出力値は増加し、現在第1算出値は、C1(n)=S(n)の状態を起点として、センサ出力値に緩慢に追従するあるいは増加する仮想現在第1算出値よりも相対的に小さい値となるので、センサ出力値と現在第1算出値との差や比などの第1関係をより早く満足でき、早期にガス検知できる。
【0018】
なお、m回過去第1算出値C1(n-m)における「所定サイクル数m」は、用いるガスセンサ素子の応答性、サイクル時間(サンプリング周期)、湿度や温度その他の外乱要因の大きさやこれによる変動の最短期間等を考慮して選択すればよいが、通常は小さい数とするのが好ましく、数回以下が好ましい。さらには、1回とするのが好ましい。即ち、前回第1算出値C1(n-1)を用いるのが好ましい。
【0019】
さらに、請求項3に記載の他の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が減少する取得手段と、濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を、現在の上記センサ出力値である現在センサ出力値を用いて、第1算出式により算出する第1算出手段であって、上記第1算出式は、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する減少項、の少なくともいずれかからなる基準項と、上記現在センサ出力値を用いる減少強調項であって、単調に減少する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この減少強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この減少強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が大きくなる減少強調項と、からなる第1算出手段と、上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0020】
本発明のガス検出装置では、取得手段は、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が減少する構成とされている。また、現在第1算出値を算出する第1算出式は、追従項及び減少項の少なくともいずれかからなる基準項のほかに、減少強調項を有する。このため、ガス濃度が上昇するなどしてセンサ出力値が減少すると、第1算出式で算出される現在第1算出値は、減少強調項がない場合、つまり追従項や減少項のみとした仮想第1算出式を用いて算出した仮想現在第1算出値よりも大きな値となっている。このため、濃度高信号発生手段で、センサ出力値と現在第1算出値との差や比をしきい値と比較するなど、センサ出力値と現在第1算出値とが所定の第1関係を満たしたか否かを判断するのにあたり、減少強調項がない場合に比して、センサ出力値の減少が強調された結果となり、早期にガス濃度上昇を検知できる。
【0021】
ところで、センサ出力値は、ガス濃度が低いままであっても、湿度や温度などの外乱によって、センサ出力値が徐々に増加あるいは減少するドリフトが生じることがある。特に、センサ出力値が徐々に減少する方向にドリフトする場合には、ガス濃度が変化していないのに、ガス濃度上昇と同じ方向にセンサ出力値が変化するから、誤検知となりやすい。
これに対し、本発明のガス検出装置では、第1算出式は、追従項及び減少項の少なくともいずれかからなる基準項及び減少強調項を有する。このうち基準項では、センサ出力値が時間とともに徐々に減少すると、これに緩慢に追従して減少する値、あるいはセンサ出力値の変化に関係なく減少する値が算出される。一方、センサ出力値が徐々に減少する場合、即ち、減少率が小さい場合には、減少強調項の性質から、算出される現在第1算出値がそれほど大きくならない。つまり、減少率が小さい場合には、減少強調項の現在第1算出値に対する寄与は、減少率が大きい場合に比して相対的に小さくなる。このため、現在第1算出値における基準項の寄与が大きくなる。従って、このように基準項の影響をも受けた現在第1算出値を用いることで、センサ出力値のドリフトによる誤検知を防止することができる。
【0022】
なお、減少強調項としては、センサ出力値を用い、単調に減少するセンサ出力値の時系列を与えたときに、この減少強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この減少強調項があるときに算出される現在第1算出値のほうが大きくなるような項で有れば良く、例えば、第1算出式を、現在第1算出値C1(n)=C1(n-1)+k5[S(n)−C1(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)]とした場合における、−k6[S(n)−S(n-t)]の項や、現在第1算出値C1(n)={S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/m−k7[E−S(n)]とした場合における、−k7[E−S(n)]の項などが挙げられる。但し、S(n)は現在のセンサ出力値、k5,k6,k7は正の係数、0<k5<1、n,m,tは正の整数、Eは定数である。
また、仮想現在第1算出値と現在第1算出値との比較は、時系列を与えた場合のうち、減少強調項等が算出されるようになるまでの初期期間を除いて考察することはいうまでもない。
【0023】
さらに、請求項4に記載の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が減少する取得手段と、濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を算出する第1算出手段であって、現在のセンサ出力値である現在センサ出力値が、所定サイクル数mだけ過去に算出された上記第1算出値であるm回過去第1算出値に比して小さいときには、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する減少項、の少なくともいずれかからなる基準項と、上記現在センサ出力値を用いる減少強調項であって、単調に減少する減少期間とこれに続いて単調に増加する増加期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この減少強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、上記減少期間には、この減少強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が大きくなり、上記増加期間には、上記仮想現在第1算出値の変化の傾きに比して、上記現在第1算出値の変化の傾きが小さくなる減少強調項と、からなる第1算出式により、上記現在第1算出値を上記現在センサ出力値を用いて算出し、上記現在センサ出力値が上記m回過去第1算出値に比して大きいときには、この現在センサ出力値を上記現在第1算出値とする第1算出手段と、上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0024】
本発明のガス検出装置では、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が減少する構成とされている。また、現在センサ出力値S(n)が、m回過去第1算出値C1(n-m)よりも小さい(S(n)<C1(n-m))ときは、第1算出式で算出した現在第1算出値を用いる。
この第1算出式は、基準項のほかに減少強調項を有する。このため、ガス濃度が上昇するなどしてセンサ出力値が減少する(S(n)<S(n-1)のとき)と、第1算出式で算出される現在第1算出値は、減少強調項がない、つまり追従項や減少項のみとした仮想第1算出式を用いて算出した仮想現在第1算出値よりも大きな値となる。このため、濃度高信号発生手段で、センサ出力値と現在第1算出値と差や比をしきい値と比較するなど、センサ出力値と現在第1算出値とが所定の第1関係を満たしたか否かを判断するにあたり、減少強調項がない場合に比して、センサ出力値の減少が強調された結果となり、早期にガス濃度上昇を検知できる。
【0025】
ところで、本発明と異なり、現在センサ出力値S(n)とm回過去第1算出値C1(n-m)との大小に拘わらず、上述の第1算出式で現在第1算出値を算出し、これを用い続けたとすると、センサ出力値S(n)が増加した場合に、現在第1算出値C1(n)が相対的に減少して、場合によっては、それまでとは逆のC1(n)<S(n)となり、逆転状態となる場合がある。すると、その後にガス濃度が上昇してセンサ出力値S(n)が小さくなっても、センサ出力値と現在第1算出値との差がしきい値を超える(C1(n)−S(n)>SH:SHは、しきい値)など第1関係を満たしにくくなり、ガス検出が遅れることがある。
しかるに、本発明では、S(n)>C1(n-m)となるときには、強制的にC1(n)=S(n)とされるので、C1(n)<S(n)となる逆転状態が解消される。このため、それ以降に濃度上昇が起これば、センサ出力値は減少し、現在第1算出値は、C1(n)=S(n)の状態を起点として、センサ出力値に緩慢に追従するあるいは減少する仮想現在第1算出値よりも相対的に大きな値となるので、センサ出力値と現在第1算出値との差や比などの第1関係をより早く満足でき、早期にガス検知できる。
【0026】
なお、m回過去第1算出値C1(n-m)における「所定サイクル数m」は、適宜選択すればよいが、通常は小さい数とするのが好ましく、数回以下が好ましく、さらには、1回、即ち、前回第1算出値C1(n-1)を用いるのが好ましい。
【0027】
さらに、請求項2または請求項4に記載のガス検出装置であって、前記m回過去第1算出値は、前回算出した前回第1算出値であるガス検出装置とすると良い。
【0028】
このガス検出装置では、m回過去第1算出値C1(n-m)として、前回第1算出値C1(n-1)を用いる。
所定サイクル数mが2以上の場合には、S(n)>C1(n-m)となると強制的にC1(n)=S(n)とされるので、過去の第1算出値C1(n-1),C1(n-2),…、C1(n-m+1)などが、対応する過去のセンサ出力値S(n-1),S(n-2),…、S(n-m+1)などに対して逆転状態となる期間があり得る。請求項2に記載の発明に即して言えば、過去の第1算出値C1(n-p)が(但しpはm以下の正の整数)、対応する過去のセンサ出力値S(n-p)よりも、大きな値となる(C1(n-p)>S(n-p))逆転状態が生じる期間があり得る。また、請求項4に記載の発明に即して言えば、過去の第1算出値C1(n-p)が、対応する過去のセンサ出力値S(n-p)よりも、小さな値となる(C1(n-p)<S(n-p))逆転状態が生じる期間があり得る。従って、この逆転状態の期間は、特定ガス濃度の上昇を検知しにくくなる。
しかるに、本発明のように、m=1、つまり第1算出手段において、前回第1算出値C1(n-1)と現在センサ出力値S(n)とを比較する場合には、逆転状態が生じることがないので、特定ガス濃度の上昇をより早く検知することができる。
しかも、前回第1算出値C1(n-1)と現在センサ出力値S(n)とを対比して、新たに現在第1算出値C1(n)を算出するか、現在センサ出力値S(n)を現在第1算出値C1(n)とする(代入する)かを決定するので、記憶しておく第1算出値の数が少なくて済み、消費するメモリを節約することができる。
【0029】
さらに、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のガス検出装置であって、前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段と、前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在第2算出値が所定の第2関係を満したときに、上記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0030】
本発明のガス検出装置では、現在センサ出力値を用いて算出した第2算出値がセンサ出力値と現在第2算出値との差がしきい値を超える(S(n)−C2(n)>SH:SHは、しきい値)など第2関係を満たしたときに、濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する。
従って、濃度高信号から濃度低信号に切り換えるのに際しても、センサ出力値を反映した第2算出値を用いて判断するから、適切に切り換えることができる。なお、第2算出値を算出するのに用いる式としては、センサ出力値の変化を反映できる式で有ればよいが、例えば、移動平均値を与える式や、積分値を与える式、C2(n)=C2(n-1)+ka{S(n)−C2(n-1)}の式で記述される式(但し、0<ka<1)、C2(n)=C2(n-1)+ka[S(n)−C2(n-1)]−kb[S(n)−S(n-r)]の式で記述される式(但し、0<ka<1、kb>0、rは正の整数)、微分値や2階微分値を与える式などが挙げられる。
【0031】
さらに、請求項1または請求項2に記載のガス検出装置であって、前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段であって、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する第2増加項、の少なくともいずれかからなる第2基準項と、上記現在センサ出力値を用いる第2増加強調項であって、単調に増加する増加期間とこれに続いて単調に減少する減少期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたとき、この第2増加強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、上記増加期間には、この第2増加強調項があるときに算出される上記現在第2算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が小さくなり、上記減少期間には、上記仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、上記現在第2算出値の変化の傾きが大きくなる第2増加強調項と、からなる第2算出式により、前記現在第2算出値を算出する第2算出手段と、前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第2算出値とが前記第2関係を満たしたときに、前記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0032】
本発明のガス検出装置では、先の請求項1または2に記載のように、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が増加する構成とされている。さらに、第2基準項と第2増加強調項からなる第2算出式によって、現在第2算出値を算出する。ここで、第2基準項は、センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する第2増加項の少なくともいずれかからなる項である。
ところで、第2増加強調項が無いとし、この第2基準項だけを用いた仮想第2算出式で仮想現在第2算出値を算出したとすると、例えば長いトンネル内や地下駐車場内など、長時間を掛けて徐々にガス濃度が上昇したり、長時間にわたってガス濃度が高い状態が続くと、濃度高信号の発生期間において、仮想現在第2算出値が現在センサ出力値に接近してしまうため、ノイズ等によって現在センサ出力値が一時的に低下しても、両者の差や比が小さくなって、ガス濃度が低下したと誤検知を起こすことがあり得る。
【0033】
しかるに、本発明では、さらに、第2増加強調項を有する。この第2増加強調項は、単調に増加する増加期間とこれに続いて単調に減少する減少期間とを有するセンサ出力値の時系列を与えたと仮定すると、この第2増加強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、増加期間には、この第2増加強調項があるときに算出される現在第2算出値のほうが小さくなり、かつ時系列としてセンサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が小さくなる。また、減少期間には、仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、現在第2算出値の変化の傾きが大きくなる。従って、第2増加強調項があることにより、濃度高信号に切り換えられた後、ガス濃度が上昇し、センサ出力値の上昇(増加)している期間には、現在第2算出値は、仮想現在第2算出値に比較して小さくなる。つまり、センサ出力値と現在第2算出値との差や比が、センサ出力値と仮想現在第2算出値との差や比よりも大きな状態となる。このため、ノイズによって一時的にセンサ出力値が低下した場合でも、両者の差や比は一時的には小さくなるものの、しきい値以下にまでは小さくなりにくいので、誤検知が起きにくくなる。
【0034】
さらに、濃度の上昇に続いて、ガス濃度が低下してセンサ出力値が低下すると、仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、現在第2算出値は大きな傾きとなる。従って、ガス濃度の低下前は、仮想現在第2算出値よりも小さかった現在第2算出値が、センサ出力値の低下とともに、仮想現在第2算出値の変化の傾きよりも大きな傾きで変化する。従ってセンサ出力値と現在第2算出値との差は急速に小さくなる。場合によっては、現在第2算出値の方がセンサ出力値よりも大きくなる、逆転状態となることもある。従って、センサ出力値と現在第2算出値との差分値がしきい値を下回るなど第2関係を満たせばガス濃度低下をいち早く検知できる。
つまり、本発明の第2算出式を用いた現在第2算出値では、センサ出力値がノイズ等によって若干低下した程度では濃度低下と誤検知しないが、センサ出力値が大きく低下したり連続して低下するといち早く濃度低下を検出できる。従って、確実に濃度低下した場合を検知できる上、しかも素早く検知できる。
【0035】
さらに、請求項3、または請求項4に記載のガス検出装置であって、前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段であって、上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する第2減少項、の少なくともいずれかからなる第2基準項と、上記現在センサ出力値を用いる第2減少強調項であって、単調に減少する減少期間とこれに続いて単調に増加する増加期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたとき、この第2減少強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、上記減少期間には、この第2減少強調項があるときに算出される上記現在第2算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が大きくなり、上記増加期間には、上記仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、上記現在第2算出値の変化の傾きが小さくなる第2減少強調項と、からなる第2算出式により、前記現在第2算出値を算出する第2算出手段と、前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第2算出値とが前記第2関係を満たしたときに、前記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0036】
本発明のガス検出装置では、先の請求項3または4に記載のように、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が減少する構成とされている。さらに、第2基準項と第2減少強調項からなる第2算出式によって、現在第2算出値を算出する。ここで、第2基準項は、センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する第2減少項の少なくともいずれかからなる項である。
ところで、第2減少強調項が無いとし、この第2基準項だけを用いた仮想第2算出式で仮想現在第2算出値を算出したとすると、例えば長いトンネル内や地下駐車場内など、長時間を掛けて徐々にガス濃度が上昇したり、長時間にわたってガス濃度が高い状態が続くと、濃度高信号の発生期間において、仮想現在第2算出値が現在センサ出力値に接近してしまうため、ノイズ等によって現在センサ出力値が一時的に上昇しても、両者の差や比が小さくなって、ガス濃度が低下したと誤検知を起こすことがあり得る。
【0037】
しかるに、本発明では、さらに、第2減少強調項を有する。この第2減少強調項は、単調に減少する減少期間とこれに続いて単調に増加する増加期間とを有するセンサ出力値の時系列を与えたと仮定すると、この第2減少強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、減少期間には、この第2減少強調項があるときに算出される現在第2算出値のほうが大きくなり、かつ時系列としてセンサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が大きくなる。また、増加期間には、仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、現在第2算出値の変化の傾きが小さくなる。従って、第2減少強調項があることにより、濃度高信号に切り換えられた後、ガス濃度が上昇し、センサ出力値の低下(減少)している期間には、現在第2算出値は、仮想現在第2算出値に比較して大きくなる。つまり、現在第2算出値とセンサ出力値との差や比が、仮想現在第2算出値とセンサ出力値との差や比よりも大きな状態となる。このため、ノイズによって一時的にセンサ出力値が上昇した場合でも、両者の差や比は一時的には小さくなるものの、しきい値以下にまでは小さくなりにくいので、誤検知が起きにくくなる。
【0038】
さらに、濃度の上昇に続いて、ガス濃度が低下してセンサ出力値が上昇すると、仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、現在第2算出値は小さな傾きとなる。従って、ガス濃度の低下前は、仮想現在第2算出値よりも大きかった現在第2算出値が、センサ出力値の増加とともに、仮想現在第2算出値の変化の傾きよりも小さな傾きで変化する。従ってセンサ出力値と現在第2算出値との差は急速に小さくなる。場合によっては、現在第2算出値の方がセンサ出力値よりも小さくなる、逆転状態となることもある。従って、現在第2算出値とセンサ出力値との差分値がしきい値を下回るなど第2関係を満たせばガス濃度低下をいち早く検知できる。
つまり、本発明の第2算出式を用いた現在第2算出値では、センサ出力値がノイズ等によって若干上昇した程度では濃度低下と誤検知しないが、センサ出力値が大きく上昇したり連続して上昇するといち早く濃度低下を検出できる。従って、確実に濃度低下した場合を検知できる上、しかも素早く検知できる。
【0039】
さらに、請求項9に記載の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が増大する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、下記式(1)に従って、ベース値B(n)を算出する第1ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)] …(1)
但し、k1,k2は第1,第2係数であり、0<k1<1、k2>0、qは正の整数、上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(2)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=S(n)−B(n) …(2)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0040】
まず、ベース値B(n)について説明する。式(1)のうち、B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]の項は、センサ出力値S(n)の変動に対して追従しつつ、センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する追従項である。この追従項は、係数k1の値を変化させると、センサ出力値S(n)に対する追従の速さ(敏感さ)が変化する性質を有し、係数k1が大きく(1に近く)なると、センサ出力値S(n)に対して相対的に素早く敏感に追従する。逆に係数k1が小さく(0に近く)なると相対的に変化が緩慢になり、センサ出力値S(n)に対してゆっくりと追従する。一方、−k2[S(n)−S(n-q)]の項は、微分値を算出する増加強調項である。例えば、q回過去センサ出力値S(n-q)に比して現在センサ出力値S(n)が増加(S(n)>S(n-q))すると、この項を無くし上述の追従項のみとして算出した場合の仮想ベース値に比して、ベース値B(n)は小さな値となる。
【0041】
本発明のガス検出装置は、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値S(n)が増大するように構成されている。また、このガス検出装置では、濃度低信号を発生している期間は、第1ベース値算出手段を用いてベース値B(n)を算出する。さらに、差分値算出手段で差分値D(n)を算出し、濃度高信号発生手段では、この差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいとき、つまりD(n)=S(n)−B(n)>Tuのときには、濃度低信号に代えて、濃度高信号を切り換えて発生する。
【0042】
このうち、第1ベース値算出手段では、濃度低信号を発生している期間には、上記式(1)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
この式(1)で算出されたベース値B(n)は、上述したように、センサ出力値S(n)が増加すると、上述の増加強調項がないとしたときの仮想ベース値、即ち、追従項のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、増加強調項を含めて算出したベース値B(n)は、仮想ベース値よりも小さな値となる。従って、式(2)で算出される差分値D(n)は、センサ出力値と仮想ベース値との仮想差分値に比して大きな値となるから、仮想差分値よりも差分値D(n)の方が濃度高しきい値Tuよりも大きくなりやすい。つまり、ガス濃度上昇に伴うセンサ出力値の上昇を早く検知して濃度高信号を発生することができる。
また、式(1)では、上述のように追従項で算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。このため、温度や湿度の変化などによるドリフトの影響で、ガス濃度が上昇したと誤検知されることが防止され、確実にガス検知を行うことができる。
【0043】
さらに、請求項10に記載の解決手段であって、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が増大する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、ベース値B(n)を算出する第1ベース値算出手段であって、上記センサ出力値S(n)が前回算出したベース値である前回ベース値B(n-1)より大きいとき、下記式(1)に従ってベース値B(n)を算出し、
B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)] …(1)
但し、k1,k2は第1,第2係数であり、0<k1<1、k2>0、qは正の整数、上記センサ出力値S(n)が上記前回ベース値B(n-1)よりも小さいとき、下記式(3)に従ってベース値B(n)を算出する
B(n)=S(n) …(3)
第1ベース値算出手段と、上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(2)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=S(n)−B(n) …(2)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置とすると良い。
【0044】
式(1)によって得るベース値の性質は既に説明した。
本発明のガス検出装置は、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値S(n)が増大するように構成されている。また、このガス検出装置では、濃度低信号を発生している期間は、第1ベース値算出手段を用いてベース値B(n)を算出する。さらに、差分値算出手段で差分値D(n)を算出し、濃度高信号発生手段では、この差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいとき、つまりD(n)=S(n)−B(n)>Tuのときには、濃度高信号を切り換えて発生する。
【0045】
このうち、第1ベース値算出手段では、濃度低信号を発生している期間のうち、新たに得られたセンサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)以上のときには、式(1)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
上述したように、センサ出力値S(n)が増加すると、この式(1)のうち第3項(増加強調項)を無くして算出した仮想ベース値、即ち、第1,2項(追従項)のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、増加強調項を含めた式(1)で算出したベース値B(n)は、仮想ベース値よりも小さな値となる。従って、式(2)で算出される差分値D(n)は、センサ出力値と仮想ベース値との仮想差分値に比して大きな値となるから、仮想差分値よりも差分値D(n)の方が濃度高しきい値Tuよりも大きくなりやすい。つまり、ガス濃度上昇に伴うセンサ出力値の上昇を早く検知して濃度高信号を発生することができる。
また、式(1)では、上述のように追従項で算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。このため、温度や湿度の変化などによるドリフトの影響で、ガス濃度が上昇したと誤検知されることが防止され、確実にガス検知を行うことができる。
【0046】
一方、センサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)よりも小さいときには、第1ベース値算出手段では、上記式(3)を用いて、ベース値を算出する。即ち、現在のセンサ出力値S(n)をベース値B(n)に代入する。これにより、前回ベース値B(n-1)の値に拘わらず、新たに算出するベース値B(n)はセンサ出力値S(n)に強制的に一致させられる。
すると、次回(所定サイクル時間経過時)にも、センサ出力値S(n)が前回のセンサ出力値S(n-1)よりも小さい値となれば、S(n)<B(n-1)(=S(n-1))となるから、ベース値B(n)にはセンサ出力値S(n)が代入される。従って、これ以降、センサ出力値S(n)が前回のセンサ出力値S(n-1)よりも小さい値となり続ける限り、センサ出力値S(n)とベース値B(n)とは一致した値となる。つまり、ベース値B(n)はセンサ出力値S(n)に一致して変化する。
【0047】
しかるに、一転してガス濃度が上昇し、センサ出力値が前回よりも大きくなると、つまり、S(n)>S(n-1)(=B(n-1))となると、その時点で、センサ出力値S(n)は前回ベース値B(n-1)よりも大きな値となるから、上述したように式(1)に従って、ベース値B(n)が算出されるようになる。従って、センサ出力値S(n)とベース値B(n)との間には、正の差分値D(n)が発生するから、差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きくなれば、濃度高信号が切り換え発生される。このように、それ以前のベース値B(n)の変化に拘わらず、つまり、それ以前のガス濃度の変化に拘わらず、ガス濃度上昇を早い段階で捉えることができる。
【0048】
さらに、請求項9または請求項10に記載のガス検出装置であって、前記濃度高信号を発生している期間において、前記所定サイクル時間毎に、下記式(4)に従ってベース値B(n)を算出する第2ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]−k4[S(n)−S(n-r)] …(4)
但し、k3,k4は第3,第4係数であり、0<k3<1、k4>0、rは正の整数、前記差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいときに、濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備えるガス検出装置とすると良い。
【0049】
本発明のガス検出装置では、濃度高信号の発生期間において、式(4)によりベース値を算出する。ここで、式(4)で算出されるベース値は、式(1)で算出されるベース値と同様の性質を有する。即ち、式(4)のうち、B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]の項は、センサ出力値S(n)の変動に対して追従しつつ、センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する第2追従項である。
また、−k4[S(n)−S(n-r)]の項は、微分値を算出する第2増加強調項であり、r回過去センサ出力値S(n-r)に比して現在のセンサ出力値S(n)が増加(S(n)>S(n-r))すると、この項を無くし上述の第2追従項のみとして算出した場合の仮想ベース値に比して、ベース値B(n)は小さな値となる。さらに、センサ出力値が増加した後に減少し、r回過去センサ出力値S(n-r)に比して現在センサ出力値S(n)が小さくなる(S(n)<S(n-r))と、この第2増加強調項が、それまでとは逆に正の値となるので、仮想ベース値に比してベース値B(n)は急速にセンサ出力値S(n)に近づく。
【0050】
本発明のガス検出装置では、濃度高信号を発生している期間は、第2ベース値算出手段を用いてこのようなベース値B(n)を算出する。さらに、濃度低信号発生手段では、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいとき、つまりD(n)=S(n)−B(n)<Tdのときには、濃度高信号に代えて濃度低信号を切り換えて発生する。
【0051】
このうち、第2ベース値算出手段では、濃度高信号を発生している期間には、上記式(4)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
上述したように、センサ出力値S(n)が増加すると、この式(4)のうち第2増加強調項を無くして算出した仮想ベース値、即ち、第2追従項のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、第2増加強調項を含めた式(4)で算出したベース値B(n)は、仮想ベース値よりも小さな値となる。従って、濃度低信号から濃度高信号に切り替えられた後、さらにガス濃度が上昇してセンサ出力値S(n)が上昇すると、ベース値B(n)は式(4)における第2増加強調項がある分、仮想ベース値よりも小さな値となる。このため、ガス濃度が高い期間中に、ノイズにより一時的にセンサ出力値が低下しても、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り難くなり、濃度低信号を発生する誤動作を防止できる。
一方、ガス濃度が低下してセンサ出力値が低下すると、上述のようにベース値B(n)が急速にセンサ出力値S(n)に近づくので、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り、早期にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号を発生することができる。
なお、第2増加強調項で用いるr回過去センサ出力値S(n-r)として、増加強調項で用いたq回過去センサ出力値S(n-q)と同じものと用いる、つまりr=qとするのが好ましい。記憶しておくべき過去のセンサ出力値の数を少なくしたり、共通の式で算出するようにして、プログラムの負担を軽減することができる。また、濃度高信号と濃度低信号に切換の前後で、算出に用いる過去センサ出力値の回数が変わることに起因して、ベース値が急変することも避けることができるからである。
【0052】
さらに、請求項12に記載の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が減少する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、下記式(5)に従って、ベース値B(n)を算出する第3ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)] …(5)
但し、k5,k6は第5,第6係数であり、0<k5<1、k6>0、tは正の整数、上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(6)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=B(n)−S(n) …(6)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0053】
まず、ベース値B(n)について説明する。式(5)のうち、B(n-1)+k5[S(n)−B(n-1)]の項は、センサ出力値S(n)の変動に対して追従しつつ、センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する追従項である。この追従項は、係数k5の値を変化させると、センサ出力値S(n)に対する追従の速さ(敏感さ)が変化する性質を有し、係数k5が大きく(1に近く)なると、センサ出力値S(n)に対して相対的に素早く敏感に追従する。逆に係数k5が小さく(0に近く)なると相対的に変化が緩慢になり、センサ出力値S(n)に対してゆっくりと追従する。一方、−k6[S(n)−S(n-t)]の項は、微分値を算出する減少強調項である。例えば、t回過去センサ出力値S(n-t)に比して現在センサ出力値S(n)が減少(S(n)<S(n-t))すると、この項を無くし上述の追従項のみとして算出した場合の仮想ベース値に比して、ベース値B(n)は大きな値となる。
【0054】
本発明のガス検出装置は、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値S(n)が減少するように構成されている。また、このガス検出装置では、濃度低信号を発生している期間は、第3ベース値算出手段を用いてベース値B(n)を算出する。さらに、差分値算出手段で差分値D(n)を算出し、濃度高信号発生手段では、この差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいとき、つまりD(n)=B(n)−S(n)>Tuのときには、濃度低信号に代えて、濃度高信号を切り換えて発生する。
【0055】
このうち、第3ベース値算出手段では、濃度低信号を発生している期間には、上記式(5)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
この式(5)で算出されたベース値B(n)は、上述したように、センサ出力値S(n)が減少すると、上述の減少強調項がないとしたときの仮想ベース値、即ち、追従項のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、減少強調項を含めて算出したベース値B(n)は、上述したように仮想ベース値よりも大きな値となる。従って、式(6)で算出される差分値D(n)は、仮想ベース値とセンサ出力値との仮想差分値に比して大きな値となるから、仮想差分値よりも差分値D(n)の方が濃度高しきい値Tuよりも大きくなりやすい。つまり、ガス濃度上昇に伴うセンサ出力値の低下を早く検知して濃度高信号を発生することができる。
また、式(5)では、上述のように追従項で算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。このため、温度や湿度の変化などによるドリフトの影響で、ガス濃度が上昇したと誤検知されることが防止され、確実にガス検知を行うことができる。
【0056】
さらに、請求項13に記載の他の解決手段は、特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が減少する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、ベース値B(n)を算出する第3ベース値算出手段であって、上記センサ出力値S(n)が前回算出したベース値である前回ベース値B(n-1)より小さいとき、下記式(5)に従ってベース値B(n)を算出し、
B(n)=B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)] …(5)
但し、k5,k6は第5,第6係数であり、0<k5<1、k6>0、tは正の整数、上記センサ出力値S(n)が上記前回ベース値B(n-1)よりも大きいとき、下記式(7)に従ってベース値B(n)を算出する
B(n)=S(n) …(7)
第3ベース値算出手段と、上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(6)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=B(n)−S(n) …(6)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備えるガス検出装置である。
【0057】
式(5)によって得るベース値の性質は既に説明した。
本発明のガス検出装置は、取得手段が、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値S(n)が減少するように構成されている。また、このガス検出装置では、濃度低信号を発生している期間は、第3ベース値算出手段を用いてベース値B(n)を算出する。さらに、差分値算出手段で差分値D(n)を算出し、濃度高信号発生手段では、この差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいとき、つまりD(n)=B(n)−S(n)>Tuのときには、濃度高信号を切り換えて発生する。
【0058】
このうち、第3ベース値算出手段では、濃度低信号を発生している期間のうち、新たに得られたセンサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)以下のときには、式(5)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
上述したように、センサ出力値S(n)が減少すると、この式(5)のうち第3項(減少強調項)を無くして算出した仮想ベース値、即ち、第1,2項(追従項)のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、減少強調項を含めた式(5)で算出したベース値B(n)は、仮想ベース値よりも大きな値となる。従って、式(6)で算出される差分値D(n)は、仮想ベース値とセンサ出力値との仮想差分値に比して大きな値となるから、仮想差分値よりも差分値D(n)の方が濃度高しきい値Tuよりも大きくなりやすい。つまり、ガス濃度上昇に伴うセンサ出力値の低下を早く検知して濃度高信号を発生することができる。
また、式(5)では、上述のように追従項で算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。このため、温度や湿度の変化などによるドリフトの影響で、ガス濃度が上昇したと誤検知されることが防止され、確実にガス検知を行うことができる。
【0059】
一方、センサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)よりも大きいときには、第3ベース値算出手段では、上記式(7)を用いて、ベース値を算出する。即ち、現在のセンサ出力値S(n)をベース値B(n)に代入する。これにより、前回ベース値B(n-1)の値に拘わらず、新たに算出するベース値B(n)はセンサ出力値S(n)に強制的に一致させられる。
すると、次回(所定サイクル時間経過時)にも、センサ出力値S(n)が前回のセンサ出力値S(n-1)よりも大きい値となれば、S(n)>B(n-1)(=S(n-1))となるから、ベース値B(n)にはセンサ出力値S(n)が代入される。従って、これ以降、センサ出力値S(n)が前回のセンサ出力値S(n-1)よりも大きい値となり続ける限り、センサ出力値S(n)とベース値B(n)とは一致した値となる。つまり、ベース値B(n)はセンサ出力値S(n)に一致して変化する。
【0060】
しかるに、一転してガス濃度が上昇し、センサ出力値が前回よりも小さくなると、つまり、S(n)<S(n-1)(=B(n-1))となると、その時点で、センサ出力値S(n)は前回ベース値B(n-1)よりも小さな値となるから、上述したように式(5)に従って、ベース値B(n)が算出されるようになる。従って、ベース値B(n)とセンサ出力値S(n)との間には、正の差分値D(n)が発生するから、差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きくなれば、濃度高信号が切り換え発生される。このように、それ以前のベース値B(n)の変化に拘わらず、つまり、それ以前のガス濃度の変化に拘わらず、ガス濃度上昇を早い段階で捉えることができる。
【0061】
さらに、請求項12または請求項13に記載のガス検出装置であって、前記濃度高信号を発生している期間において、前記所定サイクル時間毎に、下記式(8)に従ってベース値B(n)を算出する第4ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k7[S(n)-B(n-1)]−k8[S(n)−S(n-u)] …(8)
但し、k7,k8は第7,第8係数であり、0<k7<1、k8>0、uは正の整数、前記差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいときに、濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備えるガス検出装置とすると良い。
【0062】
本発明のガス検出装置では、濃度高信号の発生期間において、式(8)によりベース値を算出する。ここで、式(8)で算出されるベース値は、式(5)で算出されるベース値と同様の性質を有する。即ち、式(8)のうち、B(n-1)+k7[S(n)−B(n-1)]の項は、センサ出力値S(n)の変動に対して追従しつつ、センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する第2追従項である。
また、−k8[S(n)−S(n-u)]の項は、微分値を算出する第2減少強調項であり、u回過去センサ出力値S(n-u)に比して現在のセンサ出力値S(n)が減少(S(n)<S(n-u))すると、この項を無くし上述の第2追従項のみとして算出した場合の仮想ベース値に比して、ベース値B(n)は大きな値となる。さらに、センサ出力値が減少した後に増加し、u回過去センサ出力値S(n-u)に比して現在センサ出力値S(n)が小さくなる(S(n)>S(n-u))と、この第2減少強調項が、それまでとは逆に負の値となるので、仮想ベース値に比してベース値B(n)は急速にセンサ出力値S(n)に近づく。
【0063】
本発明のガス検出装置では、濃度高信号を発生している期間は、第4ベース値算出手段を用いてこのようなベース値B(n)を算出する。さらに、濃度低信号発生手段では、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいとき、つまりD(n)=B(n)−S(n)<Tdのときには、濃度高信号に代えて濃度低信号を切り換えて発生する。
【0064】
このうち、第4ベース値算出手段では、濃度高信号を発生している期間には、上記式(8)を用いて、ベース値B(n)を新たに算出する。
上述したように、センサ出力値S(n)が減少すると、この式(8)のうち第2減少強調項を無くして算出した仮想ベース値、即ち、第2追従項のみで算出された値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。一方、第2減少強調項を含めた式(8)で算出したベース値B(n)は、仮想ベース値よりも大きな値となる。従って、濃度低信号から濃度高信号に切り替えられた後、さらにガス濃度が上昇してセンサ出力値S(n)が低下すると、ベース値B(n)は式(8)における第2減少強調項がある分、仮想ベース値よりも大きな値となる。このため、ガス濃度が高い期間中に、ノイズにより一時的にセンサ出力値が上昇しても、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り難くなり、濃度低信号を発生する誤動作を防止できる。
一方、ガス濃度が低下してセンサ出力値が上昇すると、上述のようにベース値B(n)が急速にセンサ出力値S(n)に近づくので、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り、早期にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号を発生することができる。
なお、第2減少強調項で用いるu回過去センサ出力値S(n-u)として、減少強調項で用いたt回過去センサ出力値S(n-t)と同じものと用いる、つまりu=tとするのが好ましい。記憶しておくべき過去のセンサ出力値の数を少なくしたり、共通の式で算出するようにして、プログラムの負担を軽減することができる。また、濃度高信号と濃度低信号に切換の前後で、算出に用いる過去センサ出力値の回数が変わることに起因して、ベース値が急変することも避けることができるからである。
【0065】
さらに、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のガス検出装置を含む車両用オートベンチレーションシステムとすると良い。
【0066】
本発明の車両用オートベンチレーションシステムは、特定ガスの濃度変化に応じて、濃度高信号及び濃度低信号を適切に発生するので、これを用いて適切にベンチレーションを行うことができる。
【0067】
あるいは、外気導入口と、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のガス検出装置と、前記濃度低信号の発生期間中は、上記外気導入口の開閉装置を全開とし、前記濃度高信号の発生期間中は、上記外気導入口の開閉装置を全閉とする開閉指示信号を出力する開閉指示手段と、を備える車両用オートベンチレーションシステムとするのが好ましい。
【0068】
この車両用オートベンチレーションシステムでは、特定ガスの濃度に応じて、上記ガス検出装置が濃度低信号及び濃度高信号を発生し、濃度低信号を発生している時には、外気導入口の開閉装置を全開とし、濃度高信号を発生しているときには、外気導入口の開閉装置を全閉とする開閉指示信号を出力する。このため、特定ガスの濃度に応じて、適切に外気導入口の開閉装置を駆動することができる。
【0069】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
本発明の第1の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。図1に本実施形態1のガス検出装置10の回路図及びブロック図と、これを含む車両用オートベンチレーションシステム100の概略構成を示す。このシステム100は、特定ガスの濃度変化に応じて濃度信号LVを出力するガス検出装置10と、フラップ34を回動させて、内気取り入れ用ダクト32及び外気取り入れ用ダクト33(外気導入口)のいずれかをダクト31に接続させる換気系30と、濃度信号LVに従って換気系30のフラップ34を制御する電子制御アセンブリ20とを備える。
【0070】
まずガス検出装置10について説明する。このガス検出装置10は、被測定ガス(本実施形態では大気)中にNOxなど酸化性ガス成分がある場合に、これに反応し、酸化性ガス成分の濃度上昇と共にセンサ抵抗値Rsが上昇するタイプの酸化物半導体のガスセンサ素子11を用いるものである。このガスセンサ素子11は自動車の車室外に配置される。
【0071】
このガスセンサ素子11を用い、センサ抵抗値変換回路14、バッファ13、A/D変換回路15からなるセンサ出力値取得回路19で、センサ出力値S(n)を取得する。センサ抵抗値変換回路14は、このガスセンサ素子11のセンサ抵抗値Rsに応じたセンサ出力電位Vsを出力する。具体的には、電源電圧Vccをガスセンサ素子11と検出抵抗値Rdを有する検出抵抗12とで分圧した動作点Pdのセンサ出力電位Vsを、バッファ13を介して出力するようになっている。このため、このセンサ抵抗値変換回路14では、NOxなどの酸化性ガスの濃度が上昇すると、センサ抵抗値Rsが上昇し、センサ出力電位Vsが上昇するように構成されている。
バッファ13の出力(センサ出力電位Vs)は、A/D変換回路15に入力されて、所定のサイクル時間毎にデジタル化されたセンサ出力値S(n)として出力され、マイクロコンピュータ16の入力端子17に入力される。nは順序を表す一連の整数である。
【0072】
さらにこのマイクロコンピュータ16の出力端子18からは、電子制御アセンブリ20を制御するための濃度高信号と濃度低信号のいずれかの濃度信号LVが出力される。この電子制御アセンブリ20は、自動車の内気循環及び外気取り入れを制御する換気系30のフラップ34を制御するものである。この換気系30は、本実施形態では具体的には、自動車室内につながるダクト31に、二股状に接続された、内気を取り入れ循環させる内気取り入れ用ダクト32と外気を取り入れる外気取り入れ用ダクト33とを切り替えるフラップ34を制御するものである。
電子制御アセンブリ20のうち、フラップ駆動回路21は、マイクロコンピュータ16の出力端子18からの濃度信号LV、本実施形態に即して言えば、NOxなどの酸化性ガス成分の濃度が上昇したか下降したかを示す濃度信号LVに従って、アクチュエータ22を動作させフラップ34を回動させて、内気取り入れ用ダクト32及び外気取り入れ用ダクト33のいずれかをダクト31に接続させる。
【0073】
例えば、図2のフローチャートに示すように、ステップS1で初期設定を行った後、ステップS2で濃度レベル信号LVを取得し、ステップS3で濃度信号LVが濃度高信号であるか否か、つまり濃度高信号発生中であるか否かを判断する。ここで、Noつまり濃度低信号発生中の場合には、特定ガスの濃度が低いのであるから、ステップS4において、フラップ34の全開を指示する。これにより、フラップ34が回動して、外気取り入れ用ダクト33がダクト31に接続され、外気が車室内に取り入れられる。一方、ステップS3においてYesつまり濃度高信号発生中の場合には、車室外の特定ガスの濃度が高いのであるから、ステップS5において、フラップ34の全閉を指示する。これにより、フラップ34が回動して、内気取り入れ用ダクト32がダクト31に接続され、外気導入が遮断されると共に、内気循環となる。
【0074】
ダクト31内には、空気を圧送するファン35が設置されている。なお、フラップ駆動回路21は、濃度信号LVだけに応じてフラップ34を開閉するようにしても良いが、例えば、マイクロコンピュータなどを用い、ガス検出装置10による濃度信号LVの他、図1中破線で示すように、例えば室温センサや湿度センサ、外気温センサなどからの情報をも加味して、フラップ34を開閉するようにしても良い。
【0075】
マイクロコンピュータ16では、入力端子17から入力されたセンサ出力値S(n)を後述するフローに従った処理を行うことにより、ガスセンサ素子11のセンサ抵抗値Rsやその変化などから酸化性ガス成分の濃度変化を検出する。マイクロコンピュータ16は、詳細は図示しないが、公知の構成を有し、演算を行うマイクロプロセッサ、プログラムやデータを一時記憶しておくRAM、プログラムやデータを保持するROMなどを含む。また、バッファ13やA/D変換回路15をも含むものを用いることもできる。
【0076】
次いで、マイクロコンピュータ16における制御を、図3のフローチャートに従って説明する。自動車のエンジンが駆動されると、本制御システムが立ち上がる。ガスセンサ素子11が活性状態となるのを待って、まずステップS11で初期設定を行う。ベース値B(0)として、ガスセンサ素子11が活性状態となった当初のセンサ出力値S(0)を記憶しておく(B(0)=S(0))。また、濃度信号LVとして濃度低信号を発生させておく、具体的には濃度信号LVをローレベルとしておく。
その後、ステップS12に進み、センサ信号つまりセンサ出力電位Vsを所定のサイクル時間ごとにA/D変換した現在センサ出力値S(n)を順次読み込む。次いで、ステップS13において、現時点で濃度信号LVがハイレベル、つまり特定ガス(本実施形態では酸化性ガス)の濃度が高いレベルにあることを示す濃度高信号を発生しているかどうかを判断する。ここで、Noつまり特定ガスの濃度が低く、濃度信号LVがローレベルであり濃度低信号を発生していれば、ステップS14に進む。一方、Yes、つまり特定ガスの濃度が高く濃度信号LVがハイレベルであり濃度高信号を発生していれば、ステップS17に進む。
【0077】
まず、濃度低信号を発生している場合、つまりステップS14に進んだ場合について先に説明する。ステップS14では、現在センサ出力値S(n)が前回算出した前回ベース値B(n-1)以上であるか否かを判断する。ここで、S(n)≧B(n-1)の場合(Yes)には、ステップS15に進み、S(n)<B(n-1)の場合(No)には、ステップS16に進む。
【0078】
ステップS15では、前回ベース値B(n-1)と現在センサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)を利用して、以下の式(1)によって現在ベース値B(n)を算出し、ステップS18に進む。式(1):B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)]、ここで、第1係数k1は、0<k1<1である。また、第2係数k2は、k2>0である。また、qは正の整数であり、本実施形態では、q=5である。
前記したように、上記式(1)のうち、B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]の基準項は、追従項のみからなる。この追従項で算出した値は、使用する係数k1が0<k1<1の範囲内では、現在センサ出力値S(n)に追従し、しかも現在センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する。一方、−k2[S(n)−S(n-5)]の項は、現在のセンサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)との差分値を算出する項であり、センサ出力値が増加傾向にある場合にそれを強調する増加強調項である。例えば、センサ出力値が増加(S(n)>S(n-5))すると、増加強調項が無いとした場合、つまり追従項のみを用いて算出した仮想現在ベース値(以下、KB(n)と表現する)に比して、式(1)を用いた現在ベース値B(n)は小さな値となる(B(n)<KB(n))。
【0079】
ここで、本実施形態1と異なり、仮想現在ベース値KB(n)を用いた場合について考察する。追従項を用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)は現在センサ出力値S(n)に遅れて追従するので、S(n)とKB(n)との間に差が生じる。この性質を利用して、後述するステップS18において、現在差分値D(n)に代えて、現在センサ出力値S(n)と仮想現在ベース値KB(n)との差分である仮想現在差分値(以下、KD(n)と表現する。KD(n)=S(n)−KB(n)を算出しこれを用いれば、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。つまり、仮想現在差分値KD(n)が正の濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生するようにしておけば、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
【0080】
しかるに、本実施形態では、仮想現在ベース値KB(n)ではなく、式(1)で算出した現在ベース値B(n)を用いるので、仮想現在ベース値KB(n)よりも小さな値となる。増加強調項があるため、センサ出力値が増加傾向にあるとS(n)>S(n-5)となるので、その増分のk2倍が追従項から差し引かれるからである。つまり、センサ出力値が増加し続けると、仮想現在ベース値KB(n)に比して、現在ベース値B(n)は毎回センサ出力値の増分のk2倍だけ小さくなり、これが累積する。このため、後述するステップS18において算出する現在差分値D(n)は、仮想現在差分値KD(n)よりも早期に大きな値となる。つまり、式(1)の増加強調項によりセンサ出力値の増加が強調された結果となる。従って、この増加強調項を含む式(1)を用いることで、仮想現在ベース値KB(n)を用いる場合より早期に、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
なお、温度や湿度の変化などによるガスセンサ素子11のセンサ抵抗値Rsのドリフトによって、センサ出力値が徐々に増加する場合には、式(1)のうち、増加強調項で算出される値はごく小さいものになる。従って、算出される現在ベース値B(n)における増加強調項の寄与は小さく、むしろ追従項の寄与が相対的に大きくなる。ところで、この追従項はドリフトによって徐々に増加するセンサ出力値S(n)に追従して変化する。従って、ドリフトのような緩慢な変動のみがセンサ出力値S(n)に生じている場合には、ベース値B(n)はほぼこれに追従することになるので、後述するステップS18で算出する両者の差が大きくなることはなく、ドリフトによる誤検知をも防止できる。
【0081】
一方、ステップS14でNoの場合には、ステップS16に進み、現在ベース値B(n)として現在センサ出力値S(n)を代入(B(n)=S(n))し、ステップS18に進む。即ち、現在センサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)より小さい場合には、現在ベース値B(n)を現在センサ出力値S(n)に一致させる。
このようにするのは、以下の理由による。即ち、もし、ステップS14,S16を設けないとすると、ガス濃度の低下などによりセンサ出力値が減少(S(n)<S(n-1))したとき、式(1)のうち増加強調項は正の値となるので、式(1)で算出される現在ベース値B(n)は、センサ出力値S(n)に近づく。このため、センサ出力値が減少し続ける場合などには、現在センサ出力値S(n)よりも現在ベース値B(n)の方が大きくなる(S(n)<B(n))逆転状態となり、後述するステップ18で算出する両者の差(差分値D(n))が負となる場合が生じる。この逆転状態となっている期間に、ガス濃度が上昇に転じ、センサ出力値S(n)が増加に転じると、センサ出力値は再び増加を始めるが、後述するステップS20で差分値D(n)が正の濃度高しきい値Tuを越えるまでに時間が掛かるため、ガス濃度の上昇検出が遅れる場合が生じてしまう。
【0082】
これに対し、本実施形態のようにステップS14及びS16を設け、ステップS16において、現在ベース値B(n)に現在センサ出力値S(n)を代入すれば、現在ベース値B(n)と現在センサ出力値S(n)は一致するから、逆転状態を生じることが無くなる。その後、センサ出力値が時間とともに減少し続けるなどして、S(n)<B(n-1)=S(n-1)となる限り、ステップS16によって現在ベース値B(n)に現在センサ出力値S(n)が代入される。
【0083】
このため、その後、ガス濃度が低下から上昇に転じ、センサ出力値S(n)も減少から増加に転じると、S(n)≧B(n-1)となるから、ステップS14でYesと判断され、ステップS15で式(1)によって現在ベース値B(n)が算出される。このとき算出される現在ベース値B(n)は、前回ベース値B(n-1)、つまり、前回センサ出力値S(n-1)(=B(n-1))を起点として算出される。しかも、新たに得られた現在ベース値B(n)は、センサ出力値S(n)に追従しつつ緩慢に変化する仮想現在ベース値KB(n)よりも小さい。つまり、S(n)>KB(n)>B(n)という関係となる。以降も、センサ出力値S(n)が増加すれば、S(n)>B(n-1)の関係が保たれる。このため、特定ガス濃度が上昇すると、現在センサ出力値S(n)と現在ベース値B(n)との差分値D(n)は、ステップS14,S16を無くした場合に比して、さらには、式(1)の増加強調項を無くした場合に比して、早期に大きくなるので、より早く特定ガス濃度の上昇を捉えることができることになる。
【0084】
ステップS15あるいはS16に引き続いて、ステップS18では、差分値D(n)をD(n)=S(n)−B(n)の式(2)に従って算出し、ステップS20で濃度高しきい値Tu(Tu>0)と比較する。D(n)>Tuとなった場合(Yes)はステップS22に進み、D(n)≦Tuとなった場合(No)はステップS22をスキップして、ステップS24に進む。ステップS20で用いる濃度高しきい値Tuは、特定ガスの濃度が高くなったか否かを判断するしきい値である。
なお、後述するように、チャタリング防止のため、濃度高しきい値Tuは、ステップS21における濃度低しきい値Tdよりも大きな値を用いている。但し、Tu=Tdとして、ステップS18とS19とを、S20とS21とを共通とすることもできる。
【0085】
ステップS20でYes、つまりD(n)>Tuの場合には、現在センサ出力値S(n)と、ステップS15で式(1)に従って算出した現在ベース値B(n)との差分値D(n)が大きくなったことを示している。つまり、特定ガス(酸化性ガス)の濃度が上昇したためにセンサ出力値S(n)が上昇してベース値B(n)との差が大きくなったと考えられる。そこで、ステップS22に進み、濃度高信号を発生する。具体的には、濃度信号LVをハイレベルにし、ステップS24に進む。
一方、ステップS20でNo、つまりD(n)≦Tuの場合には、現在センサ出力値S(n)と、ステップS15で式(1)に従って算出した現在ベース値B(n)との差分値D(n)があまり大きくないことを示している。つまり、特定ガス(酸化性ガス)の濃度は低いままであると考えられる。そこで、ステップS22をスキップして、濃度低信号の発生を維持し、ステップS24に進む。具体的には、濃度信号LVをローレベルに維持する。
【0086】
その後、ステップS24で、ステップS15あるいはS16で算出した現在ベース値B(n)を記憶し、ステップS25でA/Dサンプリングのサイクル時間のタイムアップを待った上で、ステップS12に戻り、再びセンサ出力値S(n)を取得する。
【0087】
次いで、濃度高信号を発生している場合、つまりステップS13でYesとして、ステップS17に進んだ場合について説明する。ステップS17では、ステップS15と同様な式(4)を用いて前回ベース値B(n-1)と現在センサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)とから現在ベース値B(n)を算出してステップS19に進む。式(4):B(n)=B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]−k4[S(n)−S(n-r)]、ここで、第3係数k3は、0<k3≦k1<1である。また、第4係数k4は、k4>0である。また、rは正の整数であり、本実施形態では、r=5である。
【0088】
前記した式(1)と同様に、式(4)のうち、B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]の第2基準項は、第2追従項のみからなる。この第2追従項で算出した値は、使用する係数k3が0<k3<1の範囲内では、現在センサ出力値S(n)に追従し、しかも現在センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する。一方、−k4[S(n)−S(n-5)]の項は、式(1)における増加強調項と同じく5回過去センサ出力値を用い、現在のセンサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)との差分値を算出する項であり、センサ出力値が増加傾向にある場合にそれを強調する第2増加強調項である。例えば、センサ出力値が増加(S(n)>S(n-5))すると、第2増加強調項がないとした場合、つまり第2追従項のみを用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)に比して、式(4)を用いた現在ベース値B(n)は小さな値となる。しかも、センサ出力値が増加する増加期間の後、センサ出力値が減少する減少期間を仮定すると、この減少期間には、第2増加強調項により、減少分(負の増分)のk4倍が現在ベース値B(n)に加えられるので、第2追従項のみを用いて算出した仮想ベース値KB(n)の変化の傾きに比して、ベース値B(n)の変化の傾きが大きくなる。このため、この減少期間には、仮想現在ベース値KB(n)がセンサ出力値S(n)に近づくよりも、速い速度でベース値B(n)がセンサ出力値S(n)に近づく。
【0089】
従って、ステップS22で濃度高信号を発生した後に、ステップS13でYesと判断され、ステップS17で式(4)により現在ベース値B(n)を算出すると、ガス濃度の上昇によりさらにセンサ出力値S(n)が上昇している場合には、現在ベース値B(n)は仮想現在ベース値KB(n)よりも小さな値となる。このため、センサ出力値S(n)から見ると、仮想現在ベース値KB(n)よりも、小さく、より離れた値となる。従って、ガス濃度が高い状態で、ノイズなどによりセンサ出力値S(n)が一時的に低下するなどしても、仮想現在ベース値KB(n)を用いた場合に比して、次述するステップS19で算出する差分値D(n)が小さくなって、ステップS21で、差分値D(n)が濃度低しきい値Td以下である(D(n)≦Td)と誤って判断されることが抑制できる。
一方、ガス濃度が低下してセンサ出力値S(n)が低下すると、上述のようにベース値B(n)が急速にセンサ出力値S(n)に近づくので、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り、早期にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号を発生することができる。従って、濃度低下の誤検知を防止しつつ、早期に濃度低下を検知することができる。
【0090】
また、式(4)でも、上述のように第2追従項のみで算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化する。このため、このような第1,2項を含む式(4)で算出した現在ベース値B(n)を用いることで、ドリフトや吸着の影響で、ガス濃度が低下したのにセンサ出力値が十分低下しない場合でも、濃度高信号が維持され続けることを防止し、確実にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号に切り換えることができる。
【0091】
ステップS17に引き続いて、ステップS19では、差分値D(n)をD(n)=S(n)−B(n)の式(2)に従って算出し、ステップS21で濃度低しきい値Td(Td≧0)と比較する。D(n)≦Tdとなった場合(Yes)はステップS23に進み、D(n)>Tdとなった場合(No)は、ステップS23をスキップしてステップS24に進む。このステップS21で用いる濃度低しきい値Tdは、特定ガスの濃度が低くなったか否かを判断するしきい値である。
なお、この濃度低しきい値はTdは、ステップS20における濃度高しきい値Tuよりも小さな値である(Tu>Td)。このように、濃度高しきい値Tuと濃度低しきい値Tdの2つのしきい値を用いたのは、2つのしきい値を用いてヒステリシス特性を持たせ、濃度低信号と濃度高信号との間での信号切替の際にチャタリングが生じないようにするためである。
【0092】
ステップS21でYes、つまりD(n)≦Tdの場合には、現在センサ出力値S(n)と、ステップS17で式(4)に従って算出した現在ベース値B(n)との差分値D(n)が小さくなったことを示している。つまり、特定ガス(酸化性ガス)の濃度が低下したためにセンサ出力値S(n)が低下してベース値B(n)との差が小さくなったと考えられる。そこで、ステップS23に進み、濃度低信号を発生する。具体的には、濃度信号LVをローレベルにし、ステップS24に進む。
一方、ステップS21でNo、つまりD(n)>Tdの場合には、現在センサ出力値S(n)と、ステップS17で式(4)に従って算出し現在ベース値B(n)との差分値D(n)があまり小さくなっていないことを示している。つまり、特定ガスの濃度は高いままであると考えられる。そこで、ステップS23をスキップして、濃度高信号の発生を維持し、ステップS24に進む。具体的には、濃度信号LVをハイレベルに維持する。
【0093】
その後、ステップS24で、ステップS17で算出した現在ベース値B(n)を記憶し、ステップS25でA/Dサンプリングのサイクル時間のタイムアップを待った上で、ステップS12に戻り、再びセンサ出力値S(n)を取得する。
このように、本実施形態1では、濃度低信号発生期間において、ガス濃度の上昇を早期に検知することができる。また、濃度高信号発生期間においても、濃度低下の誤検知を抑制しつつ、ガス濃度の低下を早期に検知することができる。
【0094】
なお、本実施形態1において、センサ出力値取得回路19は取得手段に相当する。また、ステップS15,S16は第1算出手段、及び第1ベース値算出手段に相当し、ステップS17は第2算出手段、及び第2ベース値算出手段に相当する。ステップS22は濃度高信号発生手段に相当し、ステップS23は濃度低信号発生手段に相当する。これらは各々の手段の一例である。
【0095】
また、本実施形態1では、ステップS16の後に、ステップS18に進んだ。しかし、このステップS16でB(n)=S(n)とされた後は、ステップS18で必ず差分値D(n)=0となる。一方、濃度高しきい値Tuが正の値(Tu>0)であるため、必ずステップS20でNoと判断され、ステップS22をスキップして濃度低信号の発生を維持しステップS24に進む。従って、図3に破線で示すように、これらのステップをスキップして、ステップS16からステップS24に直接進むようにしても良い。濃度低信号を発生し続けることに変わりが無いからである。
【0096】
次いで、実測したセンサ出力値S(n)と、図3に示すフローチャートに従った制御により得られるベース値B(n)、差分値D(n)及び濃度信号LVの変化の例を図4に示す。なお、この図4には、対比容易とするため、変形例として、同じセンサ出力値S(n)を用いて、上記フローチャートのうちステップS14及びS16を無くして得たベース値Ba(n)、差分値Da(n)及び濃度信号LVaの変化も記載してある。また、比較例として、上記フローチャートのうちステップS15において、式(1)中の第3項(増加強調項)を無くした式を用い、ステップS17において、式(4)中の第3項(第2増加強調項)を無くして得たベース値Bb(n)、差分値Db(n)及び濃度信号LVbの変化をも記載してある。
【0097】
即ち、この図4に示す本実施形態の例では、濃度低信号発生時には、S(n)≧B(n-1)のとき、式(1):B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-5)]により、S(n)<B(n-1)のとき、B(n)=S(n)により、図4に破線で示すベース値B(n)を算出する。一方、濃度高信号発生時には、式(4):B(n)=B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]−k4[S(n)−S(n-5)]によりベース値B(n)を算出する。但し、k1=1/10、k2=1/2、k3=1/32、k4=1/5とした。
【0098】
また、この図4に示す変形例では、濃度低信号発生時には、S(n)とBa(n-1)との大小に拘わらず、Ba(n)=Ba(n-1)+k1[S(n)−Ba(n-1)]−k2[S(n)−S(n-5)]により、図4に細線で示すベース値Ba(n)を算出する。一方、濃度高信号発生時には、Ba(n)=Ba(n-1)+k3[S(n)−Ba(n-1)]−k4[S(n)−S(n-5)]により、ベース値Ba(n)を算出する。但し、各係数は同様にした。
【0099】
さらに、この図4に示す比較例では、濃度低信号発生時には、S(n)≧Bb(n-1)のとき、Bb(n)=Bb(n-1)+k1[S(n)−Bb(n-1)]により、S(n)<Bb(n-1)のとき、Bb(n)=S(n)により、図4に実線で示すベース値Bb(n)を算出する。一方、濃度高信号発生時には、Bb(n)=Bb(n-1)+k3[S(n)−Bb(n-1)]によりベース値Bb(n)を算出する。但し、k1=1/10、k3=1/32とした。
【0100】
NOxの濃度が変化すると、センサ出力値S(n)が変化する。これにより、ベース値B(n)が算出される。このベース値B(n)は、時刻0〜22秒までは、ほぼセンサ出力値S(n)に等しいが、時刻22秒以降にセンサ出力値S(n)が急激に増加すると、ベース値B(n)が逆に減少する。変形例にかかるベース値Ba(n)もほぼ同様に変化する。これらは、増加強調項を有しているためである。一方、比較例にかかるベース値Bb(n)は、センサ出力値S(n)の変化に追従する追従項のみを有しているので、センサ出力値S(n)の増加に追従して徐々に増加する。 このため、D(n)=S(n)-B(n)で得られる差分値D(n)、及びDa(n)=S(n)-Ba(n)で得られる差分値Da(n)は、急激に大きくなるが、Db(n)=S(n)-Bb(n)で得られる差分値Db(n)は、これらに比して相対的に小さな値となり、また立ち上がりも遅い。これらの差分値D(n),Da(n),Db(n)が、濃度高しきい値Tuを超えると、濃度信号LV等がLOレベルからHIレベルに切り換えられる。
【0101】
立ち上がりの差は、本実施形態の濃度信号LV及び変形例の濃度信号LVaと、比較例の濃度信号LVbとを比較することでより明らかとなる。即ち、図4の下方に示すように、濃度信号LV,LVaが、時刻約22秒でLOレベルからHIレベルに切り替わっているのに対し、比較例の濃度信号LVbでは、約2秒遅れの時刻24秒で切り換わっている。
このように、本実施形態及び変形例によれば、増加強調項を有しない式を用いる比較例に比して、より早く特定ガスの濃度上昇を検知することができることが判る。
【0102】
その後、時刻約30秒を過ぎると、センサ出力値S(n)の値が減少する。NOxの濃度が低下したためと考えられる。このため、本実施形態及び変形形態では、濃度信号LV,LVaが時刻約37秒でLOレベルに切り換わる。また、比較例でも、時刻約35秒でLOレベルに切り換わる。
その後、時刻約67秒までは、いずれの例でもLOレベルを維持するのであるが、変形例では、S(n)<B(n-1)の場合でも同様にベース値Ba(n)を算出し続けるので、S(n)<B(n-1)に場合には、B(n)=S(n)としてしまう本実施形態と異なり、時刻約47〜65秒において、差分値Da(n)が負の値となっている。
このため、時刻約65秒以降に、NOxの濃度が若干高くなったため、センサ出力値S(n)が若干増加した場合に、本実施形態の例では、時刻約67秒でNOx上昇を検知し、濃度信号LVがHIレベルとなるのに対して、変形例では、それから約2秒後の時刻約69秒で、NOx上昇を検知し、濃度信号LVaがHIレベルとなる。本実施形態の例では、S(n)<B(n-1)の場合に、強制的にB(n)=S(n)としているので、NOx濃度が再び上昇したとき、より早く上昇をとられることができることが判る。
【0103】
なお、比較例では、時刻約67秒以降において、濃度信号LVbはLOレベルを維持し続ける、つまりNOxの上昇を検知できていないことが判る。従って、ベース値B(n),Ba(n)を算出する式中に、増加強調項を有する本実施形態の例、及び変形例は、増加強調項を有さない式を用いる比較例に比してより確実にガス検知ができることも判る。
【0104】
(変形形態1)
次いで、上記実施形態1の変形形態について、図5を参照して説明する。
本変形形態1は、上記実施形態1と同様のガス検出装置10及び、これを含む車両用オートベンチレーションシステム100を有する。即ち、NOxなどの酸化性ガス成分の濃度変化を検出し、これに基づいてフラップ34を開閉するシステムである。但し、マイクロコンピュータ16における処理フローが若干異なるので、異なる部分を中心に説明し、同様な部分については同じ記号や番号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。
【0105】
前記した実施形態1では、ステップS13でNo、即ち濃度低信号発生中であると判断されると、ステップS14でS(n)≧B(n-1)を判断した後に、ステップS15,S16のいずれかでベース値B(n)を算出した(図3参照)。
これに対し、本変形形態では、上記ステップS14,S15,S16に代えて、ステップS114,S115,S116を備える点で異なる。
即ち、ステップS13でNo、即ち濃度低信号発生中であると判断されると、ステップS114で、まず取得した現在のセンサ出力値S(n)を用いて式(1)によって、現在ベース値B(n)を算出する。その後、ステップS115で、現在センサ出力値S(n)と算出した現在ベース値B(n)とを対比する。具体的には、S(n)≧B(n)かどうかを判断する。ここで、Yes、つまり、算出された現在ベース値B(n)が現在のセンサ出力値S(n)以下のときには、ステップS18に進み、実施形態1と同じく差分値D(n)を算出する。
【0106】
ステップS114で式(1)を用いて算出した現在ベース値B(n)は、実施形態1のステップS15で算出した現在ベース値B(n)と同じく、式(1)の追従項のみを用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)に比して、毎回センサ出力値の増分のk2倍だけ小さくなり、これが累積する。このため、ステップS18において算出する現在差分値D(n)は、仮想現在差分値KD(n)よりも早期に大きな値となる。つまり、式(1)の増加強調項によりセンサ出力値の増加が強調された結果となる。従って、本変形形態1でも、この項を含む式(1)を用いることで、より早期にステップS20においてYesと判断され、、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
【0107】
一方、ステップS115でNo、つまり、算出された現在ベース値B(n)が現在のセンサ出力値S(n)よりも大きいときには、ステップS116に進み、ステップS114で算出した現在ベース値B(n)を廃棄して、現在のセンサ出力値S(n)を新たな現在ベース値B(n)として代入する。即ち、現在ベース値B(n)が現在のセンサ出力値S(n)がよりも大きい場合には、現在ベース値B(n)を現在のセンサ出力値S(n)に一致させる。その後は、ステップS18に進み、実施形態1と同じく差分値D(n)を算出する。
このようにすることで、この変形形態1でも、濃度低信号発生期間において、ガス濃度の上昇を早期に検知することができる。また、濃度高信号発生期間においても、濃度低下の誤検知を抑制しつつ、ガス濃度の低下を早期に検知することができる。
なお、本変形形態1において、ステップS114,S115,S116は第1算出手段、及び第1ベース値算出手段に相当する。これらは各々の手段の一例である。
【0108】
(実施形態2)
次いで、本発明の第2の実施形態について、図6、図7を参照して説明する。本実施形態2のガス検出装置40及び、これを含む車両用オートベンチレーションシステム140は、上記実施形態1とほぼ同様の構成及び処理フローによって処理されるが、異なる点をいくつか有する。即ち、上記実施形態1ではガスセンサ素子11として、NOxなどの酸化性ガス成分がある場合にこれに反応して、酸化性ガス成分の濃度上昇と共にセンサ抵抗値Rsが上昇するタイプのガスセンサ素子を用いた。これに対し、本実施形態2では、ガスセンサ素子41として、COやHCなどの還元性ガス成分がある場合にこれに反応し、還元性ガス成分の濃度上昇と共にセンサ抵抗値Rsが低下するタイプのガスセンサ素子41を用いる点で異なる。またこれに伴い、本実施形態2のセンサ抵抗値変換回路44では、ガスセンサ素子41のセンサ抵抗値Rsに応じたセンサ出力電位Vsを出力し、COやHCなどの還元性ガスの濃度が上昇すると、センサ抵抗値Rsが低下し、センサ出力電位Vsが低下するように構成される点でも異なる。またさらに、マイクロコンピュータ16における処理フローも若干異なる。そこで、異なる部分を中心に説明し、同様な部分については同じ記号や番号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。
【0109】
まず、図6を参照して、ガス検出装置40及び車両用オートベンチレーションシステム140について説明する。このガス検出装置40は、上記したように還元性ガスに反応し、還元性ガスの濃度上昇と共にセンサ抵抗値Rsが低下するタイプの酸化物半導体のガスセンサ素子41を用いる。このガスセンサ素子41を用い、センサ抵抗値変換回路44、バッファ13、A/D変換回路15からなるセンサ出力値取得回路49で、センサ出力値S(n)を取得する。
センサ抵抗値変換回路44は、このガスセンサ素子41のセンサ抵抗値Rsに応じたセンサ出力電位Vsを出力する。センサ抵抗値変換回路44では、還元性ガス濃度が上昇すると、動作点Pdのセンサ出力電位Vsが低下する。実施形態1と同じく、センサ出力電位Vsは、バッファ13を介してA/D変換回路15でサンプリング周期毎にA/D変換され、センサ出力値S(n)としてマイクロコンピュータ16の入力端子17に入力される。
【0110】
さらにこのマイクロコンピュータ16の出力端子18からは、実施形態1と同様に、電子制御アセンブリ20を制御するため、還元性ガス成分濃度の高低を示す濃度高信号と濃度低信号のいずれかの濃度信号LVが出力され、電子制御アセンブリ20により、、例えば図2に示すフローチャートに従って、自動車の内気循環及び外気取り入れを制御する換気系30のフラップ34が制御される。
マイクロコンピュータ16では、入力端子17から入力されたセンサ出力値S(n)を後述するフローに従った処理を行い、ガスセンサ素子41のセンサ抵抗値Rsやその変化などから還元性ガス成分の濃度変化を検出する。
【0111】
次いで、本実施形態2におけるマイクロコンピュータ16における制御を、図7のフローチャートに従って説明する。自動車のエンジンが駆動されると本制御システムが立ち上がり、ガスセンサ素子41が活性状態となるのを待って、実施形態1と同様、まずステップS11で初期設定を行う。その後、ステップS12に進み、センサ出力値S(n)を順次読み込む。次いで、ステップS13において、現時点で濃度高信号を発生しているかどうかを判断する。濃度低信号を発生していれば(No)、ステップS214に進む。一方、濃度高信号を発生していれば(Yes)、ステップS217に進む。
【0112】
まず、濃度低信号を発生している場合、つまりステップS214に進んだ場合について先に説明する。ステップS214では、実施形態1と異なり、センサ出力値S(n)が前回ベース値B(n-1)以下であるか否かを判断する。実施形態1の場合とは逆に、特定ガス(還元性ガス)の濃度が上昇すると、センサ出力値S(n)の値が小さくなるからである。ここで、S(n)≦B(n-1)の場合(Yes)には、ステップS215に進み、S(n)>B(n-1)の場合(No)には、ステップS216に進む。
【0113】
ステップS215では、前回ベース値B(n-1)と現在センサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)とを利用して、以下の式(5)によって現在ベース値B(n)を算出し、ステップS218に進む。式(5):B(n)=B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)]、ここで、第5係数k5は、0<k5<1である。また第6係数k6は、k6>0である。また、tは正の整数であり、本実施形態では、t=5である。
前記したように、上記式(5)のうち、B(n-1)+k5[S(n)−B(n-1)]の基準項は、追従項のみからなる。、この追従項で算出した値は、使用する第5係数k5が0<k5<1の範囲内では、現在センサ出力値S(n)に追従し、しかも現在センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する。一方、−k6[S(n)−S(n-5)]の項は、現在のセンサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)との差分値を算出する項であり、センサ出力値が減少傾向にある場合にそれを強調する減少強調項である。例えば、センサ出力値が減少(S(n)<S(n-5))すると、減少強調項が無いとした場合、つまり追従項のみを用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)に比して、式(5)を用いた現在ベース値B(n)は大きな値となる(B(n)>KB(n))。
【0114】
ここで、本実施形態2と異なり、仮想現在ベース値KB(n)を用いた場合について考察する。追従項を用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)は現在センサ出力値S(n)に遅れて追従するので、KB(n)とS(n)との間に差が生じる。この性質を利用して、後述するステップS218において、現在差分値D(n)に代えて、仮想現在ベース値KB(n)と現在センサ出力値S(n)との差分である仮想現在差分値(以下、KD(n)と表現する。KD(n)=KB(n)−S(n)を算出しこれを用いれば、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。つまり、仮想現在差分値KD(n)が正の濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生するようにしておけば、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
【0115】
しかるに、本実施形態2では、仮想現在ベース値KB(n)ではなく、式(5)で算出した現在ベース値B(n)を用いるので、仮想現在ベース値KB(n)よりも大きな値となる。減少強調項があるため、センサ出力値が減少傾向にあるとS(n)<S(n-5)となるので、その減少分(負の増分)のk6倍が追従項から差し引かれる(つまり、減少分のk6倍が加えられる)からである。このため、センサ出力値が減少し続けると、仮想現在ベース値KB(n)に比して、現在ベース値B(n)は毎回センサ出力値の減少分のk6倍だけ大きくなり、これが累積する。このため、後述するステップS218において算出する現在差分値D(n)は、仮想差分値KD(n)よりも早期に大きな値となる。つまり、式(5)の減少強調項によりセンサ出力値の減少が強調された結果となる。従って、この減少強調項を含む式(5)を用いることで、仮想ベース値KB(n)を用いる場合より早期に、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
なお、温度や湿度の変化などによるガスセンサ素子41のセンサ抵抗値Rsのドリフトによって、センサ出力値が徐々に減少する場合には、式(5)のうち、減少強調項で算出される値はごく小さいものになる。従って、算出されるベース値B(n)における減少強調項の寄与は小さく、むしろ追従項の寄与が相対的に大きくなる。ところで、この追従項はドリフトによって徐々に減少するセンサ出力値S(n)に追従して変化する。従って、ドリフトのような緩慢な変動のみがセンサ出力値S(n)に生じている場合には、ベース値B(n)はほぼこれに追従することになるので、後述するステップS218で算出する両者の差が大きくなることはなく、ドリフトによる誤検知をも防止できる。
【0116】
一方、ステップS214でNoの場合には、ステップS216に進み、現在ベース値B(n)として現在センサ出力値S(n)を代入(B(n)=S(n))し、ステップS218に進む。即ち、ステップS214において、S(n)>B(n-1)の場合には、現在ベース値B(n)を現在センサ出力値S(n)に一致させる。
このようにするのは、以下の理由による。即ち、もし、ステップS214,S216を設けないとすると、ガス濃度の低下などによりセンサ出力値が増加(S(n)>S(n-1))したとき、式(5)のうち第3項は負の値となるので、式(5)で算出される現在ベース値B(n)は、センサ出力値S(n)に近づく。このため、センサ出力値が増加し続ける場合などには、現在センサ出力値S(n)よりも現在ベース値B(n)の方が小さくなる(S(n)>B(n))逆転状態となり、後述するステップ218で算出する両者の差(差分値D(n))が負となる場合が生じる。この逆転状態となっている期間に、ガス濃度が上昇に転じ、センサ出力値S(n)が減少に転じると、センサ出力値は再び減少を始めるが、後述するステップS20で差分値D(n)が正の濃度高しきい値Tuを越えるまでに時間が掛かるため、ガス濃度の上昇検出が遅れる場合が生じてしまう。
【0117】
これに対し、本実施形態2のようにステップS214及びS216を設け、ステップS216において、現在ベース値B(n)に現在センサ出力値S(n)を代入すれば、現在ベース値B(n)と現在センサ出力値S(n)は一致するから、逆転状態を生じることが無くなる。その後、センサ出力値が時間とともに増加し続けるなどして、S(n)>B(n-1)=S(n-1)となる限り、ステップS216によって現在ベース値B(n)に現在センサ出力値S(n)が代入される。
このため、その後、ガス濃度が低下から上昇に転じ、センサ出力値S(n)も増加から減少に転じると、S(n)≦B(n-1)となるから、ステップS214でYesと判断され、ステップS215で式(5)によって現在ベース値B(n)が算出される。このとき算出される現在ベース値B(n)は、前回ベース値B(n-1)、つまり、前回センサ出力値S(n-1)(=B(n-1))を起点として算出される。しかも、新たに得られた現在ベース値B(n)は、センサ出力値S(n)に追従しつつ緩慢に変化する仮想現在ベース値KB(n)よりも大きい。つまり、S(n)<KB(n)<B(n)という関係となる。以降も、センサ出力値S(n)が減少すれば、S(n)≦B(n-1)の関係が保たれる。このため、特定ガス濃度が上昇すると、現在ベース値B(n)と現在センサ出力値S(n)との差分値D(n)は、ステップS214,S216を無くした場合に比して、さらには、式(5)の第3項を無くした場合に比して、早期に大きくなるので、より早く特定ガス濃度の上昇を捉えることができることになる。
【0118】
ステップS215あるいはS216に引き続いて、ステップS218では、差分値D(n)を、実施形態1とは異なるD(n)=B(n)−S(n)の式(6)に従って算出する。
【0119】
以降は、実施形態1と同じく、ステップS20で濃度高しきい値Tu(Tu>0)と比較し、Yesの場合はステップS22に進み、Noの場合はステップS24に進む。
ステップS20でYesの場合には、ステップS215で式(5)に従って算出した現在ベース値B(n)と現在センサ出力値S(n)との差分値D(n)が大きくなったことを示している。つまり、特定ガス(還元性ガス)の濃度が上昇したためにセンサ出力値S(n)が減少してベース値B(n)との差が大きくなったと考えられる。そこで、ステップS22に進み、濃度高信号を発生する。具体的には、濃度信号LVをハイレベルにし、ステップS24に進む。
一方、ステップS20でNoの場合には、差分値D(n)があまり大きくないことを示している。つまり、特定ガス(還元性ガス)の濃度は低いままであると考えられる。そこで、濃度低信号の発生を維持し、ステップS24に進む。具体的には、濃度信号LVをローレベルに維持する。
その後、ステップS24で、ステップS215あるいはS216で算出した現在ベース値B(n)を記憶し、ステップS25でA/Dサンプリングのサイクル時間のタイムアップを待った上で、ステップS12に戻り、再びセンサ出力値S(n)を取得する。
【0120】
次いで、濃度高信号を発生している場合、つまりステップS13でYesとして、ステップS217に進んだ場合について説明する。ステップS217では、ステップS215と同様な式(8)を用いて前回ベース値B(n-1)と現在センサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)とから現在ベース値B(n)を算出してステップS219に進む。式(8):B(n)=B(n-1)+k7[S(n)-B(n-1)]−k8[S(n)−S(n-u)]、ここで、第7係数k7は、0<k7≦k5<1である。また、第8係数k8は、k8>0である。また、uは正の整数であり、本実施形態では、u=5である。
【0121】
前記した式(5)と同様に、式(8)のうち、B(n-1)+k7[S(n)−B(n-1)]の第2基準項は、第2追従項のみからなる。この第2追従項で算出した値は、使用する係数k7が0<k7<1の範囲内では、現在センサ出力値S(n)に追従し、しかも現在センサ出力値S(n)よりも緩慢に変化する。一方、−k8[S(n)−S(n-5)]の項は、式(5)における減少強調項と同じく5回過去センサ出力値を用い、現在のセンサ出力値S(n)と5回過去センサ出力値S(n-5)との差分値を算出する項であり、センサ出力値の減少を強調する第2減少強調項である。例えば、センサ出力値が減少(S(n)<S(n-5))すると、第2減少強調項がないとした場合、つまり第2追従項のみを用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)に比して、式(8)を用いた現在ベース値B(n)は大きな値となる。しかも、センサ出力値が減少する減少期間の後、センサ出力値が増加する増加期間を仮定すると、この増加期間には、第2減少強調項により、増分のk8倍が現在ベース値B(n)から差し引かれるので、第2追従項のみを用いて算出した仮想ベース値KB(n)の変化の傾きに比して、ベース値B(n)の変化の傾きが小さくなる。このため、この増加期間には、仮想ベース値KB(n)がセンサ出力値S(n)に近づくよりも、速い速度でベース値B(n)がセンサ出力値S(n)に近づく。
【0122】
従って、ステップS22で濃度高信号を発生した後に、ステップS13でYesと判断され、ステップS217で式(8)により現在ベース値B(n)を算出すると、ガス濃度の上昇によりさらにセンサ出力値S(n)が減少している場合には、現在ベース値B(n)は仮想現在ベース値KB(n)よりも大きな値となるから、センサ出力値S(n)から見ると、仮想現在ベース値KB(n)よりも、大きく、より離れた値となる。従って、ガス濃度が高い状態で、ノイズなどによりセンサ出力値S(n)が一時的に上昇するなどしても、仮想現在ベース値KB(n)を用いた場合に比して、次述するステップS219で算出する差分値D(n)が小さくなって、ステップS21で、差分値D(n)が濃度低しきい値Td以下である(D(n)≦Td)と誤って判断されることが抑制できる。
一方、ガス濃度が低下してセンサ出力値S(n)が上昇すると、上述のようにベース値B(n)が急速にセンサ出力値S(n)に近づくので、差分値D(n)が濃度低しきい値Tdを下回り、早期にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号を発生することができる。従って、濃度低下の誤検知を防止しつつ、早期に濃度低下を検知することができる。
【0123】
また、式(8)でも、第2追従項のみで算出した値は、センサ出力値S(n)に追従しつつセンサ出力値S(n)より緩慢に変化するので、ドリフトや吸着の影響で、ガス濃度が低下したのにセンサ出力値が十分上昇しない場合でも、濃度高信号が維持され続けることを防止し、確実にガス濃度の低下を検知して、濃度低信号に切り換えることができる。
【0124】
ステップS217に引き続いて、ステップS219では、差分値D(n)をD(n)=B(n)−S(n)の式(6)に従って算出する。
以降は実施形態1と同じく、ステップS21で濃度低しきい値Td(Td≧0)と比較する。Yesの場合はステップS23に進み、Noの場合はステップS24に進む。このステップS21で用いる濃度低しきい値Tdは、特定ガスの濃度が低くなったか否かを判断するしきい値である。
なお、この濃度低しきい値はTdは、実施形態1と同じく、濃度高しきい値Tuよりも小さな値(Tu>Td)としてある。チャタリング防止のためである。
【0125】
ステップS21でYesの場合には、ステップS219で式(8)に従って算出した差分値D(n)が小さくなったことを示している。つまり、特定ガス(還元性ガス)の濃度が低下したためにセンサ出力値S(n)が上昇したと考えられる。そこで、ステップS23に進み、濃度低信号を発生する。具体的には、濃度信号LVをローレベルにし、ステップS24に進む。
一方、ステップS21でNoの場合には、差分値D(n)があまり小さくなっていないことを示している。つまり、特定ガスの濃度は高いままであると考えられる。そこで、濃度高信号の発生を維持し、ステップS24に進む。具体的には、濃度信号LVをハイレベルに維持する。
【0126】
その後、ステップS24で、ステップS217で算出した現在ベース値B(n)を記憶し、ステップS25でA/Dサンプリングのサイクル時間のタイムアップを待った上で、ステップS12に戻り、再びセンサ出力値S(n)を取得する。
このように、本実施形態2でも、濃度低信号発生期間において、ガス濃度の上昇を早期に検知することができる。また、濃度高信号発生期間においても、濃度低下の誤検知を抑制しつつ、ガス濃度の低下を早期に検知することができる。
【0127】
なお、本実施形態2において、センサ出力値取得回路49は、取得手段に相当する。また、ステップS215,S216は第1算出手段、及び第3ベース値算出手段に相当し、ステップS217は第2算出手段、及び第4ベース値算出手段に相当する。ステップS22は濃度高信号発生手段に相当し、ステップS23は濃度低信号発生手段に相当する。これらは各々の手段の一例である。
【0128】
また、本実施形態2では、ステップS216の後に、ステップS218に進んだ。しかし、このステップS216でB(n)=S(n)とされた後は、実施形態1において説明したのと同様の理由により、濃度低信号の発生が維持され、ステップS24に進むから、図7に破線で示すように、ステップS216からステップS24に直接進むようにしても良い。
【0129】
(変形形態2)
次いで、上記実施形態2の変形形態について、図8を参照して説明する。
本変形形態2は、上記実施形態2と同様のガス検出装置40及び、これを含む車両用オートベンチレーションシステム140を有する。即ち、COやHCなどの還元性ガス成分の濃度変化を検出し、これに基づいてフラップ34を開閉するシステムである。但し、マイクロコンピュータ16における処理フローが若干異なるので、異なる部分を中心に説明し、同様な部分については同じ記号や番号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。
【0130】
前記した実施形態2では、ステップS13でNo、即ち濃度低信号発生中であると判断されると、ステップS214でS(n)≦B(n-1)を判断した後に、ステップS215,S216のいずれかでベース値B(n)を算出した(図7参照)。
これに対し、本変形形態2では、前記した変形形態1と同様に、上記ステップS214,S215,S216に代えて、ステップS224,S225,S226を備える点で異なる。
即ち、ステップS13でNo、即ち濃度低信号発生中であると判断されると、ステップS224で、まず取得した現在のセンサ出力値S(n)を用いて式(5)によって、現在ベース値B(n)を算出する。その後、ステップS225で、現在センサ出力値S(n)と算出した現在ベース値B(n)とを対比する。具体的には、S(n)≦B(n)かどうかを判断する。ここで、Yes、つまり、算出された現在ベース値B(n)が現在のセンサ出力値S(n)以上のときには、ステップS218に進み、その後は、実施形態2と同じく差分値D(n)を算出する。
【0131】
ステップS224で式(5)を用いて算出した現在ベース値B(n)は、実施形態2のステップS215で算出した現在ベース値B(n)と同じく、式(5)の第1,2項(追従項)のみを用いて算出した仮想現在ベース値KB(n)に比して、毎回センサ出力値の減少分のk6倍だけ大きくなり、これが累積する。このため、ステップS218において算出する差分値D(n)は、仮想差分値KD(n)よりも早期に大きな値となる。つまり、式(5)の第3項(減少強調項)によりセンサ出力値の減少が強調された結果となる。従って、本変形形態2でも、この項を含む式(5)を用いることで、より早期にステップS20においてYesと判断され、、特定ガスの濃度上昇を検知することができる。
【0132】
一方、ステップS225でNo、つまり、S(n)>B(n)のときには、ステップS226に進み、ステップS224で算出した現在ベース値B(n)を廃棄して、現在センサ出力値S(n)を新たな現在ベース値B(n)として代入する。即ち、S(n)>B(n)のときには、現在ベース値B(n)を現在のセンサ出力値S(n)に一致させる。その後は、ステップS218に進み、実施形態2と同じく差分値D(n)を算出する。
かくして、この変形形態2でも、濃度低信号発生期間において、ガス濃度の上昇を早期に検知することができる。また、濃度高信号発生期間においても、濃度低下の誤検知を抑制しつつ、ガス濃度の低下を早期に検知することができる。
なお、本変形形態2において、ステップS224,S225,S226は第1算出手段、及び第3ベース値算出手段に相当する。これらは各々の手段の一例である。
【0133】
以上において、本発明を実施形態1,2及び変形形態1、2に即して説明したが、本発明は上記実施形態等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、上記実施形態等では、電源電圧Vccをガスセンサ素子11,41と検出抵抗値Rdを有する検出抵抗12とで分圧した動作点Pdのセンサ出力電位Vsを、バッファ13を介して出力するガス検出装置10,40を用いた。しかし、センサ抵抗変換回路としては、ガスセンサ素子のセンサ抵抗値Rsに応じたセンサ出力電位を出力するものであれば良く、上記分圧回路以外の回路構成とすることもできる。
例えば、上記実施形態1等では、ガスセンサ素子11,41を分圧回路のアース側(下側)に位置させ、検出抵抗12を電源側(上側)とした(図1、図6参照)が、これらを上下逆として、ガスセンサ素子11,41を分圧回路の電源側(上側)に位置させ、検出抵抗12をアース側(下側)としても良い。但し、このようにした場合には、例えば、NOxの濃度が上昇すると、センサ電圧Vsが低下する方向に変化するというように、センサ抵抗変換回路の特性が逆になるので、それに応じた処理を行う必要がある。
さらには、他の回路構成によるセンサ出力値取得回路を用いることもできる。例えば、特開2001−242113号に記載の回路を用いることもできる。
【0134】
また、上記実施形態等では、センサ出力値S(n)を用いて、式(1),式(5)により、第1算出値であるベース値B(n)を算出したが、他の算出手法によって第1算出値を得ることもできる。例えば、式(1)では、基準項として、センサ出力値に追従しこれより緩慢に変化する値を与える追従項、具体的には、B(n-1)+k1[S(n)-B(n-1)]を用いた。しかし、センサ出力値に追従しこれより緩慢に変化する値を与える項であればよく、例えば、移動平均値を与える項{S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/mや、積分値を与える項などが挙げられる。また、基準項として、例えば、E+k・n(但し、Eは定数、kは係数)など、特開平1−199142号と同様に、センサ出力値に拘わりなく、所定の値から時間とともに増加する増加項を用いることも、さらには追従項と増加項とを組み合わせて用いることもできる。
【0135】
また、式(1)では、増加強調項として、−k2[S(n)−S(n-q)]の項を用い、q=5としたが、現在センサ出力値S(n)と1回過去(前回)センサ出力値S(n-1)の差分を用いる項:−k[S(n)−S(n-1)](但し、kは係数)など、現在センサ出力値S(n)と適数回過去のq回過去センサ出力値S(n-q)との差分を用いることもできる。他の実施形態等も含め、サイクル数q,r,t,uとしては、用いるガスセンサ素子の応答性、サイクル時間(サンプリング周期)、湿度や温度その他の外乱要因の大きさやこれによる変動の最短期間等を考慮して選択すればよい。また、実施形態1等ではq=r=5あるいはt=u=5としたが、qとr、tとuとが異なっていてもよい。但し、q=r,t=uとすると、濃度信号の切換前後で、ベース値算出に用いる過去センサ出力値のサイクル数が同じとなるので、連続して変化する値を用いることができるので、都合がよい。
また、基準項との関係を考慮し、−k[E−S(n)](但し、kは係数,Eは定数)のようにセンサ出力値のみを用いた項とするなど他の形態の項を用いることもできる。
同様に、式(5)では、基準項として、B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]の追従項を用いたが、E−k・n(但し、Eは定数、kは係数)など、所定の値から時間とともに減少する減少項を用いることもできる。また、減少強調項として、−k6[S(n)−S(n-5)]の項を用いたが、−k[S(n)−S(n-r)](但し、kは係数、rは正の整数)などの項を用いることもできる。また、基準項との関係を考慮し、−k[E−S(n)](但し、kは係数,Eは定数)のようにセンサ出力値のみを用いた項とするなど他の形態の項を用いることもできる。
従って、第1算出値C1(n)を与える式として、例えば、C1(n)={S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/m−k[E−S(n)]などを用いることもできる。
【0136】
また、センサ出力値S(n)を用いて、式(4),式(8)により、第2算出値であるベース値B(n)を算出したが、第1算出値と同じく、他の算出手法によって第2算出値を得ることもできる。第2追従項や第2増加強調項、第2減少強調項についても同様である。従って、第2算出値C2(n)を与える式として、例えば、C2(n)={S(n)+S(n-1)+…S(n-m)}/m−k[E−S(n)]などを用いることもできる。
上記実施形態等では、第1算出値及び第2算出値として、同様の式(式(1)と式(4)、式(5)と式(8))で算出したベース値B(n)を用いたが、濃度高信号の発生期間において、濃度低信号の発生期間と同様な式を用いて第2算出値を算出する必要はない。従って、第2算出値として、微分値や2階微分値などを用いることもできる。
【0137】
また、上記実施形態等では、センサ出力値S(n)とベース値B(n)を用いて、式(2),(6)により、差分値を求め、この差分値D(n)と濃度高しきい値Tuや濃度低しきい値Tdとの大小関係を比較して濃度信号の切替を判断した。しかし、他の関係を満たすか否かを判断して、濃度信号を切り替えるようにしても良い。例えば、センサ出力値とベース値との比をしきい値と比較して判断するものが挙げられる。
【0138】
さらに、上記実施形態1,2では、ステップS14,S214において、m=1とした前回ベース値B(n-1)をセンサ出力値S(n)と比較した。しかし、所定のサイクル数mだけ過去に算出した過去ベース値、例えばm=2としたときのB(n-2)、m=3としたときのB(n-3)、…等とセンサ出力値S(n)とを比較するようにしても良い。ただし、所定サイクル数mがm=2以上の場合には、一時的に、過去のベース値B(n-1),B(n-2),…などが、対応する過去のセンサ出力値S(n-1),S(n-2),…などに対して逆転状態となる期間があり得る。このためこの期間中にガス濃度が上昇したときに、濃度上昇の検出がし難くなる恐れがあるので、m=1とした実施形態1,2の場合がより好ましい。
【0139】
また、実施形態等では、マイクロコンピュータ16は、濃度高信号に対応するハイレベルと、濃度低信号に対応するローレベル、の2つの信号レベルを有する濃度信号LVを出力するとした。しかし、例えば、複数の信号レベルを濃度高信号に対応させ、複数の信号レベルを濃度低信号に対応させるようにしても良い。この場合にも、濃度高信号に属する信号レベルと濃度低信号に属する信号レベルとの切換に、本発明を適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1にかかるガス検出装置および車両用オートベンチレーションシステムの概要を示す説明図である。
【図2】実施形態1、2、変形形態1,2にかかる車両用オートベンチレーションシステムにおける制御のフローを示す説明図である。
【図3】実施形態1にかかるガス検出装置のうちマイクロコンピュータにおける制御のフローを示す説明図である。
【図4】実施形態1にかかり、センサ出力値S(n)の変化に対して、ベース値B(n)、差分値D(n)及び濃度信号LVの変化を、ステップS14及びS16を無くして得たベース値Ba(n)、差分値Da(n)及び濃度信号LVaの変化、及びステップS15及びステップS17において、式中の第3項(増加強調項、第2増加強調項)を無くして得たベース値Bb(n)、差分値Db(n)及び濃度信号LVbの変化と対比して示す説明図である。
【図5】変形形態1にかかるガス検出装置のうちマイクロコンピュータにおける制御のフローを示す説明図である。
【図6】実施形態2にかかるガス検出装置および車両用オートベンチレーションシステムの概要を示す説明図である。
【図7】実施形態2にかかるガス検出装置のうちマイクロコンピュータにおける制御のフローを示す説明図である。
【図8】変形形態2にかかるガス検出装置のうちマイクロコンピュータにおける制御のフローを示す説明図である。
【符号の説明】
100,140 車両用オートベンチレーションシステム
10,40 ガス検出装置
11,41 ガスセンサ素子
12 検出抵抗
13 バッファ
14,44 センサ抵抗値変換回路
15 A/Dコンバータ
16 マイクロコンピュータ
19,49 センサ出力値取得回路(取得手段)
20 電子制御アセンブリ
21 フラップ駆動回路
31,32 ダクト
33 ダクト(外気導入口)
34 フラップ
Claims (15)
- 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が増大する取得手段と、
濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を、現在の上記センサ出力値である現在センサ出力値を用いて、第1算出式により算出する第1算出手段であって、
上記第1算出式は、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する増加項、の少なくともいずれかからなる基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる増加強調項であって、単調に増加する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この増加強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この増加強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が小さくなる増加強調項と、からなる
第1算出手段と、
上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が増大する取得手段と、
濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を算出する第1算出手段であって、
現在のセンサ出力値である現在センサ出力値が、所定サイクル数mだけ過去に算出された上記第1算出値であるm回過去第1算出値に比して大きいときには、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する増加項、の少なくともいずれかからなる基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる増加強調項であって、単調に増加する増加期間とこれに続いて単調に減少する減少期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この増加強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、上記増加期間には、この増加強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が小さくなり、上記減少期間には、上記仮想現在第1算出値の変化の傾きに比して、上記現在第1算出値の変化の傾きが大きくなる増加強調項と、からなる
第1算出式により、上記現在第1算出値を上記現在センサ出力値を用いて算出し、
上記現在センサ出力値が上記m回過去第1算出値に比して小さいときには、この現在センサ出力値を上記現在第1算出値とする
第1算出手段と、
上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が減少する取得手段と、
濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を、現在の上記センサ出力値である現在センサ出力値を用いて、第1算出式により算出する第1算出手段であって、
上記第1算出式は、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する減少項、の少なくともいずれかからなる基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる減少強調項であって、単調に減少する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この減少強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、この減少強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が大きくなる減少強調項と、からなる
第1算出手段と、
上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値が減少する取得手段と、
濃度低信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に現在の第1算出値である現在第1算出値を算出する第1算出手段であって、
現在のセンサ出力値である現在センサ出力値が、所定サイクル数mだけ過去に算出された上記第1算出値であるm回過去第1算出値に比して小さいときには、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する減少項、の少なくともいずれかからなる基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる減少強調項であって、単調に減少する減少期間とこれに続いて単調に増加する増加期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたときに、この減少強調項が無いとしたときの仮想第1算出式で算出される仮想現在第1算出値に比して、上記減少期間には、この減少強調項があるときに算出される上記現在第1算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第1算出値が大きくなり、上記増加期間には、上記仮想現在第1算出値の変化の傾きに比して、上記現在第1算出値の変化の傾きが小さくなる減少強調項と、からなる
第1算出式により、上記現在第1算出値を上記現在センサ出力値を用いて算出し、
上記現在センサ出力値が上記m回過去第1算出値に比して大きいときには、この現在センサ出力値を上記現在第1算出値とする
第1算出手段と、
上記濃度低信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第1算出値とが所定の第1関係を満したときに、上記濃度低信号に代えて濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項2または請求項4に記載のガス検出装置であって、
前記m回過去第1算出値は、前回算出した前回第1算出値である
ガス検出装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のガス検出装置であって、
前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段と、
前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在第2算出値が所定の第2関係を満したときに、上記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載のガス検出装置であって、
前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段であって、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に増加する第2増加項、の少なくともいずれかからなる第2基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる第2増加強調項であって、単調に増加する増加期間とこれに続いて単調に減少する減少期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたとき、この第2増加強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、上記増加期間には、この第2増加強調項があるときに算出される上記現在第2算出値のほうが小さくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の増加率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が小さくなり、上記減少期間には、上記仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、上記現在第2算出値の変化の傾きが大きくなる第2増加強調項と、
からなる第2算出式により、前記現在第2算出値を算出する第2算出手段と、
前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第2算出値とが前記第2関係を満たしたときに、前記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項3または請求項4に記載のガス検出装置であって、
前記濃度高信号発生手段で前記濃度高信号を発生している期間に、上記所定サイクル時間毎に、前記現在センサ出力値を用いて現在の第2算出値である現在第2算出値を算出する第2算出手段であって、
上記センサ出力値に追従しつつセンサ出力値よりも緩慢に変化する第2追従項、及び、上記センサ出力値の変化とは関係なく徐々に減少する第2減少項、の少なくともいずれかからなる第2基準項と、
上記現在センサ出力値を用いる第2減少強調項であって、単調に減少する減少期間とこれに続いて単調に増加する増加期間とを有する上記センサ出力値の時系列を与えたとき、この第2減少強調項が無いとしたときの仮想第2算出式で算出される仮想現在第2算出値に比して、上記減少期間には、この第2減少強調項があるときに算出される上記現在第2算出値のほうが大きくなり、かつ上記時系列として上記センサ出力値の減少率の大きい時系列を与えた場合ほど、算出される上記現在第2算出値が大きくなり、上記増加期間には、上記仮想現在第2算出値の変化の傾きに比して、上記現在第2算出値の変化の傾きが小さくなる第2減少強調項と、
からなる第2算出式により、前記現在第2算出値を算出する第2算出手段と、
前記濃度高信号を発生している期間において、上記現在センサ出力値と上記現在第2算出値とが前記第2関係を満たしたときに、前記濃度高信号に代えて前記濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が増大する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、
濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、下記式(1)に従って、ベース値B(n)を算出する第1ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)] …(1)
但し、k1,k2は第1,第2係数であり、0<k1<1、k2>0、qは正の整数、
上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(2)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=S(n)−B(n) …(2)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が増大する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、
濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、ベース値B(n)を算出する第1ベース値算出手段であって、
上記センサ出力値S(n)が前回算出したベース値である前回ベース値B(n-1)より大きいとき、下記式(1)に従ってベース値B(n)を算出し、
B(n)=B(n-1)+k1[S(n)−B(n-1)]−k2[S(n)−S(n-q)] …(1)
但し、k1,k2は第1,第2係数であり、0<k1<1、k2>0、qは正の整数、
上記センサ出力値S(n)が上記前回ベース値B(n-1)よりも小さいとき、下記式(3)に従ってベース値B(n)を算出する
B(n)=S(n) …(3)
第1ベース値算出手段と、
上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(2)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=S(n)−B(n) …(2)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項9または請求項10に記載のガス検出装置であって、
前記濃度高信号を発生している期間において、前記所定サイクル時間毎に、下記式(4)に従ってベース値B(n)を算出する第2ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k3[S(n)−B(n-1)]−k4[S(n)−S(n-r)] …(4)
但し、k3,k4は第3,第4係数であり、0<k3<1、k4>0、rは正の整数、
前記差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいときに、濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が減少する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、
濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、下記式(5)に従って、ベース値B(n)を算出する第3ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)] …(5)
但し、k5,k6は第5,第6係数であり、0<k5<1、k6>0、tは正の整数、
上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(6)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=B(n)−S(n) …(6)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 特定ガスの濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いるガス検出装置であって、
上記ガスセンサ素子を用いて、所定サイクル時間毎にセンサ出力値S(n)を取得する取得手段であって、上記特定ガスの濃度が上昇したときに上記センサ出力値S(n)が減少する取得手段と、但し、nは時系列の順序を示す整数、
濃度低信号を発生している期間において、上記所定サイクル時間毎に、ベース値B(n)を算出する第3ベース値算出手段であって、
上記センサ出力値S(n)が前回算出したベース値である前回ベース値B(n-1)より小さいとき、下記式(5)に従ってベース値B(n)を算出し、
B(n)=B(n-1)+k5[S(n)-B(n-1)]−k6[S(n)−S(n-t)] …(5)
但し、k5,k6は第5,第6係数であり、0<k5<1、k6>0、tは正の整数、
上記センサ出力値S(n)が上記前回ベース値B(n-1)よりも大きいとき、下記式(7)に従ってベース値B(n)を算出する
B(n)=S(n) …(7)
第3ベース値算出手段と、
上記センサ出力値S(n)とベース値B(n)とから、下記式(6)に従って差分値D(n)を算出する差分値算出手段と、
D(n)=B(n)−S(n) …(6)
上記差分値D(n)が濃度高しきい値Tuよりも大きいときに、濃度高信号を発生する濃度高信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項12または請求項13に記載のガス検出装置であって、
前記濃度高信号を発生している期間において、前記所定サイクル時間毎に、下記式(8)に従ってベース値B(n)を算出する第4ベース値算出手段と、
B(n)=B(n-1)+k7[S(n)-B(n-1)]−k8[S(n)−S(n-u)] …(8)
但し、k7,k8は第7,第8係数であり、0<k7<1、k8>0、uは正の整数、
前記差分値D(n)が濃度低しきい値Tdよりも小さいときに、濃度低信号を発生する濃度低信号発生手段と、を備える
ガス検出装置。 - 請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のガス検出装置を含む
車両用オートベンチレーションシステム。
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