JP4317640B2 - Control system - Google Patents

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Description

【０００１】
【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ガスの濃度変化を検出し、自動車室内への外気導入制御など各種の制御を行うガスセンサ素子を用いた制御システムに関する。特に、自動車が地下駐車場やトンネルに入った場合など、特定ガスのゆっくりとした濃度変化を検知可能な制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＷＯ３薄膜を用いたり、鉛−フタロシアニン、ＳｎＯ２を用いたガスセンサ素子など、環境中のＮＯｘやＣＯ、ＨＣ（ハイドロカーボン）など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ために、このセンサ抵抗値の変化によって特定のガス濃度変化を検出可能な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て、例えば、自動車室内への外気導入のためのフラップを、外気の汚染状況に応じて適宜開閉したり、喫煙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など、各種の制御システムが知られている。
【０００３】
このようなガスセンサ素子を用いた制御システムでは、例えば、特開平５−１５７７１４号に開示されているように、ガス濃度の変化に素早く対応することが出来るように、濃度変化の感度を向上させ、風等のノイズに対するＳ／Ｎを向上させるべく、ガスセンサ素子の出力信号を微分したり、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階微分値を得てるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスセンサ素子を用いた制御システムを自動車などに適用して、自動車室内への外気導入制御などを行わせる場合において、自動車走行中に長いトンネルに入ったり、地下駐車場や周囲を囲まれた自走式立体駐車場などに入ったり、渋滞に巻き込まれたりすることがある。このようなトンネルや地下駐車場内、あるいは渋滞中の道路などでは、排気ガスが滞留し易いため、トンネルや地下駐車場などの入り口から自動車を進行させるにつれ、あるいは時間の経過につれて、外気中の特定ガス（具体的には排気ガス成分）の濃度が徐々に増加する。このような特定ガスの濃度変化は、一般道路を通常走行中の場合とは異なり、濃度変化がゆっくりであるため、上記のような微分処理では変化量が小さく、特定ガスの濃度変化を検出することが出来ない。このため、特定ガスの濃度の高い外気が室内に流入してもフラップを閉じることができない場合があるなど、適切な制御が出来ない問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、特定ガスの濃度がゆっくりと変化する場合に適切にその変化を検知することができる、ガスセンサ素子を用いた制御システムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
しかしてその解決手段は、特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、上記所定間隔毎に新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分毎に、上記センサ出力値の平均値を算出する平均値算出手段と、上記移動平均値を、上記特定ガスの濃度上昇および上記特定ガスの濃度低下を検出するためのしきい値である上記平均値と比較して、上記特定ガス濃度の変化を検出するガス濃度変化検出手段と、を備え、前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システムである。
【００１７】
本発明の制御システムでは、移動平均値算出手段において、第１所定個分のセンサ出力値から移動平均値を算出する。即ち、移動平均算出手段によって、センサ出力値からノイズやセンサ出力値の早い変化を除き、ゆっくりとした変化を移動平均値として取り出す。これにより、トンネルや地下駐車場内、あるいは渋滞中の道路などにおける、特定ガスのゆっくりとした濃度変化に対応した信号（移動平均値）を取り出すことが出来る。
さらに、本発明の制御システムでは、平均値算出手段において、第１所定個よりも大きい第２所定個分のセンサ出力値から平均値を算出する。即ち、平均値算出手段によって、センサ出力値からさらに低周波の成分を選り分けることで、ノイズやセンサ出力値の早い変化はもちろん、移動平均値よりもゆっくりとした変化を平均値として取り出す。
【００１８】
これにより、トンネルや地下駐車場内に侵入した場合など、特定ガスの濃度が徐々に上昇する場合には、平均値はこれより少ない個数のセンサ出力値から得た移動平均値よりも遅れて変化する。つまり、平均値は特定ガスの濃度が比較的低かった時期を反映した値となる。従って、移動平均値をこの平均値と比較することで、特定ガスの濃度が上昇傾向にあるか否かが判る。例えば、特定ガスの濃度が上昇するとセンサ出力値が上昇するように構成された回路でガスセンサ素子を駆動している場合には、特定ガスの濃度が上昇傾向にあると、移動平均値が平均値よりも大きくなる。従って、このような比較によって、特定ガスのゆっくりとした濃度上昇を検知することができる。
【００１９】
逆に、特定ガスの濃度が徐々に低下する場合にも、平均値はこれより少ない個数のセンサ出力値から得た移動平均値よりも遅れて変化する。つまり、平均値は特定ガスの濃度が比較的高かった時期を反映した値となる。従って、移動平均値をこの平均値と比較することで、特定ガスの濃度が低下傾向にあるか否かが判る。例えば、特定ガスの濃度が上昇するとセンサ出力値が上昇するように構成された回路でガスセンサ素子を駆動している場合には、特定ガスの濃度が低下傾向にあると、移動平均値が平均値よりも小さくなる。従って、このような比較によって、特定ガスのゆっくりとした濃度低下を検知することができる。
【００２０】
しかも、本発明においては、移動平均値を固定値ではなくこの平均値と比較している。固定値と比較することにすると、特定ガスの濃度がきわめてゆっくり変動があったときや、温度や湿度などの環境によって、ガスセンサ素子の出力信号が大きくずれてしまった場合などには、移動平均値が固定値に対して一方に偏ることがある。つまり、移動平均値が固定値に対して大きいままとなったり小さいままとなったりしてしまい、比較の結果が変化しない状態となって、特定ガスのゆっくりとした濃度変化を的確に検知できにくい場合はある。これに対し、平均値は、これより少ない個数のセンサ出力値から得た移動平均値よりは遅れるものの、変化に追従するので、移動平均値が平均値に対して一方に偏ることがない。従って、特定ガスの濃度のゆっくりとした変化を的確に検知することができる。さらに、制御システムとしては、例えば、自動車の自動外気導入制御システムや空気清浄機制御システムなどが挙げられる。
【００２１】
さらに他の解決手段は、特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、上記所定間隔毎に、新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から第１デジタル低域通過フィルタ処理により第１ＬＰＦ処理値を算出する第１ＬＰＦ処理値算出手段と、 上記所定間隔毎に、新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分の上記センサ出力値から第２デジタル低域通過フィルタ処理により第２ＬＰＦ処理値を算出する第２ＬＰＦ処理値算出手段と、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移動する方向に、所定バイアス値だけ上記第２ＬＰＦ処理値をシフトさせた基準値を算出する基準値算出手段と、上記第１ＬＰＦ処理値を上記基準値と比較して上記特定ガスの濃度上昇を検出するガス濃度上昇検出手段と、上記第１ＬＰＦ処理値を上記第２ＬＰＦ処理値と比較して上記特定ガスの濃度低下を検出するガス濃度低下検出手段と、を備え、前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システムである。
【００２２】
本発明の制御システムでは、第１ＬＰＦ処理値算出手段において、第１所定個分のセンサ出力値から第１デジタル低域通過フィルタ処理により第１ＬＰＦ処理値を算出する。即ち、第１デジタル低域通過フィルタ処理によって、センサ出力値から低周波の成分を選り分けることで、ノイズやセンサ出力値の早い変化を除き、ゆっくりとした変化を第１ＬＰＦ処理値として取り出す。これにより、トンネルや地下駐車場内、あるいは渋滞中の道路などにおける、特定ガスのゆっくりとした濃度変化に対応した信号（第１ＬＰＦ処理値）を取り出すことが出来る。
また、本発明の制御システムでは、第２ＬＰＦ処理値算出手段において、第１所定個よりも大きい第２所定個分のセンサ出力値から第２デジタル低域通過フィルタ処理により第２ＬＰＦ処理値を算出する。即ち、第２デジタル低域通過フィルタ処理によって、センサ出力値からさらに低周波の成分を選り分けることで、ノイズやセンサ出力値の早い変化はもちろん、第１ＬＰＦ処理値よりもゆっくりとした変化を第２ＬＰＦ処理値として取り出す。つまり、第１ＬＰＦ処理値よりもゆっくりと変化する第２ＬＰＦ処理値を算出する。
具体的に言えば、第１デジタル低域通過フィルタのカットオフ周波数よりも、第２デジタル低域通過フィルタのカットオフ周波数を低い値にする。
【００２３】
さらに、本発明においては、基準値算出手段によって、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が移動する方向に、所定バイアス値だけ第２ＬＰＦ処理値をシフトさせた基準値を算出する。従って例えば、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が上昇するガスセンサ素子及び回路構成を採用している場合には、センサ出力値が上昇する方向に所定バイアス値だけ第２ＬＰＦ処理値をシフトさせる、つまり所定バイアス値だけ第２ＬＰＦ処理値を上昇させた基準値を算出する。逆に、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が低下するガスセンサ素子及び回路構成を採用している場合には、センサ出力値が低下する方向に所定バイアス値だけ第２ＬＰＦ処理値をシフトさせる、つまり所定バイアス値だけ第２ＬＰＦ処理値を低下させた基準値を算出する。
【００２４】
その上で、ガス濃度上昇検出手段では、第１ＬＰＦ処理値を固定値ではなくこの基準値と比較して特定ガスの濃度上昇を検出する。固定値と比較することにすると、特定ガスの濃度が極めてゆっくりとした変動がしたときや、温度や湿度などの環境によって、ガスセンサ素子の出力信号が大きくずれてしまった場合などには、第１ＬＰＦ処理値が固定値に対して一方に偏ることがある。つまり、第１ＬＰＦ処理値が固定値に対して大きいままとなったり、小さいままとなったりしてしまい、比較の結果が変化しない状態となって、特定ガスのゆっくりとした濃度変化を的確に検知できにくい場合がある。
【００２５】
これに対し、第２ＬＰＦ処理値及び基準値は、第１ＬＰＦ処理値よりは遅れるものの、変化に追従するので、第１ＬＰＦ処理値が第２ＬＰＦ処理値や基準値に対して一方に偏ることがない。従って、特定ガスの濃度のゆっくりとした変化を的確に検知することができる。
しかも、第１ＬＰＦ処理値を第２ＬＰＦ処理値よりも所定バイアス値だけシフトさせた基準値と比較するので、第１ＬＰＦ処理値を第２ＬＰＦ処理値と比較する場合とは異なり、ガス濃度の上昇傾向が確実になった場合にだけガス濃度上昇を検知することができるようになる。
しかも、この所定バイアス値を変更することで、検知レベルを容易に調整することができるから、制御システムの特定ガスの濃度変化に対する敏感さや応答性を調整することができる。
【００２６】
さらに、本発明のガス濃度低下検出手段では、第１ＬＰＦ処理値を第２ＬＰＦ処理値と比較して特定ガスの濃度低下を検出する。固定値を用いることとすると、上述のように第１ＬＰＦ処理値が固定値に対して一方に偏って、特定ガスのゆっくりとした濃度低下を的確に検知できにくい場合がある。これに対し、第２ＬＰＦ処理値は、第１ＬＰＦ処理値よりは遅れるものの、変化に追従するので、第１ＬＰＦ処理値が第２ＬＰＦ処理値に対して一方に偏ることがなく、特定ガスの緩やかな濃度低下を的確に検知することができる。
しかも、ガス濃度上昇については基準値と比較して検出し、ガス濃度低下については第２ＬＰＦ処理値と比較して検出するようにして、ヒステリシスを持たせたので、第１ＬＰＦ処理値が第２ＬＰＦ処理値と同程度の値となったとき、第１ＬＰＦ処理値のわずかな変動でガス濃度上昇検出とガス濃度低下検出とが頻繁に入れ替わるバタつき（チャタリング）を抑制することができる。
【００２７】
ここで、第１及び第２デジタル低域通過フィルタ処理としては、所望の特性になるように適切な伝達関数を有するフィルタ処理を選択すれば良く、有限インパルス応答（ＦＩＲ）タイプのＬＰＦ処理や無限インパルス応答（ＩＩＲ）タイプのＬＰＦ処理を選択することが出来る。
また、例えば直前５０ヶ分のセンサ出力値を算出するなど、新しいものから遡って直前所定個分のセンサ出力値の移動平均値を次々に算出する移動平均算出処理もＬＰＦ処理の１つとして挙げられる。移動平均は算出が容易にできるので、第１あるいは第２デジタル低域通過フィルタ処理として移動平均算出処理を用いるのが好ましい。
その他、例えば１００個分のセンサ出力値について平均値を求め、次の１００個分のセンサ出力値について平均値を求めるというように、センサ出力値の所定個毎に平均値を求める平均値算出処理もＬＰＦ処理の１つとして挙げられる。
また、所定バイアス値としては、あまり大きな値とすると特定ガスの濃度上昇を検出し難くなる。一方、小さな値とすると、特定ガス濃度の上昇検出及び低下検出のバタつきが起きやすくなるので、適宜な値を選択すればよい。
【００２８】
さらに他の解決手段は、特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、上記所定間隔毎に新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分毎に、上記センサ出力値の平均値を算出する平均値算出手段と、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移動する方向に、所定バイアス値だけ上記平均値をシフトさせた基準値を算出する基準値算出手段と、上記移動平均値を上記基準値と比較して上記特定ガスの濃度上昇を検出するガス濃度上昇検出手段と、上記移動平均値を上記平均値と比較して上記特定ガスの濃度低下を検出するガス濃度低下検出手段と、を備え、前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システムである。
【００２９】
本発明の制御システムでは、移動平均値算出手段において、第１所定個分のセンサ出力値から移動平均値を算出する。つまり、センサ出力値からノイズや早い変化を除き、ゆっくりとした変化を移動平均値として取り出す。これにより、トンネルや地下駐車場内、あるいは渋滞中の道路などにおける、ゆっくりとした特定ガスの濃度変化に対応した信号（移動平均値）を取り出すことが出来る。
また、本発明の制御システムでは、平均値算出手段において、第１所定個よりも大きい第２所定個分のセンサ出力値から平均値を算出する。つまり、ノイズや早い変化はもちろん、移動平均値よりもゆっくりとした変化を平均値として取り出す。
【００３０】
さらに、本発明においては、基準値算出手段によって、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が移動する方向に、所定バイアス値だけ平均値をシフトさせた基準値を算出する。従って例えば、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が上昇するガスセンサ素子及び回路構成を採用している場合には、センサ出力値が上昇する方向に所定バイアス値だけ平均値をシフトさせる、つまり平均値よりも所定バイアス値だけ大きくした基準値を算出する。逆に、特定ガスの濃度が上昇したときにセンサ出力値が低下するガスセンサ素子及び回路構成を採用している場合には、センサ出力値が低下する方向に所定バイアス値だけ平均値をシフトさせる、つまり平均値よりも所定バイアス値だけ小さくした基準値を算出する。
【００３１】
その上で、ガス濃度上昇検出手段では、移動平均値を固定値ではなく、この基準値と比較して特定ガスの濃度上昇を検出する。移動平均値を固定値と比較すると、ガスセンサ素子の出力信号が、特定ガスの濃度が極めてゆっくり変動したときや、温度や湿度などの環境によって出力信号が大きくずれてしまった場合などには、移動平均値が固定値に対して一方に偏ることがある。つまり、移動平均値が固定値に対して大きいままとなったり、小さいままとなったりしてしまい、比較の結果が変化しない状態となって、特定ガスのゆっくりとした濃度変化を的確に検知できにくい場合がある。
これに対し、平均値及び基準値は、移動平均値よりは遅れるものの、変化に追従するので、移動平均値が平均値や基準値に対して一方に偏ることがない。従って、特定ガスの濃度のゆっくりとした変化を的確に検知することができる。
しかも、移動平均値を平均値よりも所定バイアス値だけシフトさせた基準値と比較するので、移動平均値を平均値と比較する場合とは異なり、ガス濃度の上昇傾向が確実になった場合にだけガス濃度上昇を検知することができるようになる。
しかも、この所定バイアス値を変更することで、検知レベルを容易に調整することができるから、制御システムの特定ガスの濃度変化に対する敏感さや応答性を調整することができる。
【００３２】
さらに、本発明のガス濃度低下検出手段では、移動平均値を平均値と比較して特定ガスの濃度上昇を検出する。固定値を用いると、上述のように移動平均値が固定値に対して一方に偏って、特定ガスのゆっくりとした濃度低下を的確に検知できにくい場合がある。これに対し、平均値は、移動平均値よりは遅れるものの、変化に追従するので、移動平均値が平均値に対して一方に偏ることがなく、特定ガスの緩やかな濃度低下を的確に検知することができる。
しかも、ガス濃度上昇については基準値と比較して検出し、ガス濃度低下については平均値と比較して検出するので、移動平均値が平均値と同程度の値となったときにも、移動平均値のわずかな変動でガス濃度上昇検出とガス濃度低下検出とが頻繁に入れ替わるバタつき（チャタリング）を抑制することができる。
【００３３】
なお、所定バイアス値としては、あまり大きな値とすると特定ガスの濃度上昇を検出し難くなり、例えば人間の嗅覚などと差異が生じて、人間が嗅覚で特定ガスを検知しているのに、制御システムでは特定ガス濃度の上昇を検知できないなどの不具合を生じる。一方、小さな値とすると、特定ガス濃度の上昇検出及び低下検出のバタつきが起きやすくなる。従って、使用用途や人間の嗅覚などを考慮して適切な値を選択すればよい。
【００３４】
また、上記制御システムであって、上記制御システムは、自動車の自動外気導入制御システムであり、前記所定間隔と前記第１所定個との積を、２０〜１２０秒とし、前記所定間隔と前記第２所定個との積を、上記所定間隔と第１所定個との積の１．５〜１０倍とした制御システムとすると良い。
【００３５】
本発明では、制御システムは自動車の自動外気導入制御システムである。従って、本制御システムで検知する特定ガスの濃度変化は、一般に、長いトンネルに進入した場合や地下駐車場や周囲を囲まれた自走式立体駐車場などに進入した場合、道路上での渋滞部分に巻き込まれた場合などに、ＮＯｘやＨＣ，ＣＯなど排気ガスに由来する特定ガスの濃度が緩やかに上昇する場合があることが判っている。排気ガスが流通拡散せずに一定の場所に滞留し易く、また、自動車の進行速度が比較的遅くなるため、特定ガスの滞留部分にゆっくりと進入することになるためと考えられる。
【００３６】
このような場所での特定ガスの濃度変化を検知するに当たっては、移動平均値を算出するに当たって、所定間隔と第１所定個との積を２０〜１２０秒とする、つまり移動平均値を算出する期間を２０〜１２０秒とすると、ノイズや特定ガスの濃度の早い変化が除かれ、徐々に濃度上昇あるいは濃度低下する傾向が適切に判別できることが判った。このような場所では特定ガスの濃度の上昇や低下の傾向が、１０〜１００秒程度の時間間隔にわたって続くからであると考えられる。
【００３７】
また、本発明では、所定間隔と第２所定個との積を、所定間隔と第１所定個との積の２倍以上とする、つまり平均値を算出する期間を移動平均値を算出する期間（２０〜１２０秒）の１．５〜１０倍としている。
平均値を算出する期間を、移動平均値を算出する期間に対して１．５倍未満とすると、特定ガスの濃度変化に伴って移動平均値が変化すると、平均値もそれにあまり遅れることなく変化してしまう。例えば、特定ガスの濃度が上昇傾向になる場合、移動平均値も上昇するが平均値（あるいは平均値を所定バイアス値だけシフトさせた基準値）もあまり遅れることなく上昇してしまう。このため、移動平均値を平均値（あるいは基準値）と比較しても、両者間の差が小さいので、特定ガスのゆっくりとした濃度変化の傾向を検出しにくくなる場合があるからである。
一方、１０倍を越えると、移動平均値の変化に比べて、平均値の変化が大きく遅れるため、例えば、特定ガスの濃度が一旦緩やかに上昇し、その後低下した場合にも、平均値が濃度が上昇する前のセンサ出力値に影響されて低濃度の状態に保たれることがある。すると、移動平均値を平均値と比較しても、ガス濃度の上昇後の低下を的確に検知できない場合があるからである。
【００３８】
さらに、上記いずれかに記載の制御システムであって、上記制御システムは、自動車の自動外気導入制御システムであり、前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化、または前記ガス濃度上昇低下検出手段及びガス濃度低下検出手段により検出した前記特定ガスの濃度上昇及び低下に基づいて、フラップを開閉させるフラップ駆動手段を備える制御システムとすると良い。
【００３９】
本発明では、制御システムは自動車の自動外気導入制御システムであり、特定ガスの濃度変化、あるいは濃度上昇や低下を検出し、これに基づきフラップ駆動手段によってフラップを開閉させる。従って、従来では検知できなかった特定ガスのゆっくりとした濃度変化に応じてフラップを開閉できるので、搭乗者の嗅覚により近づけたフラップ制御が可能となる。
【００４０】
【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に示す図面等を参照しつつ説明する。図１に示す回路図及びブロック図は、本実施形態１にかかる自動車の自動外気導入制御システム１０の概略を示す。即ち、本制御システム１０は、特定ガスの濃度によってそのセンサ抵抗値Ｒｓが変化するガスセンサ素子１１、具体的には、ＮＯｘガス等の酸化ガスの濃度が上昇すると、そのセンサ抵抗値Ｒｓが高くなる酸化物半導体のガスセンサ素子１１を用いる。このガスセンサ素子１１とこれに直列に接続された抵抗値Ｒｄの検出抵抗器１２とで、電源電位Ｖｃｃを分圧すると、ガスセンサ素子１１の抵抗値Ｒｓの変化によって、この分圧点である動作点Ｐｄのセンサ電位Ｖｓが変化する。具体的には、ＮＯｘガスなどの酸化ガスの濃度が上昇すると、動作点Ｐｄのセンサ電位Ｖｓが上昇するように変化する。
【００４１】
そこで、このセンサ電位Ｖｓをセンサ信号として用い、バッファ１３を介してＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手段）１４に入力する。本実施形態では、このＡ／Ｄ変換回路１４で、０．８秒のサンプリング間隔毎にセンサ電圧ＶｓをＡ／Ｄ変換して８ｂｉｔデジタル化されたセンサ出力値Ｄｓを得る。
さらに、このセンサ出力値Ｄｓをマイクロコンピュータ１５の入力端子１５Ａに入力して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ＮＯｘガスの濃度変化を検出する。上述したＡ／Ｄ変換回路１４は、０〜５Ｖを８ビットのデジタル値に変換するものであり、分解能は約２０ｍＶ（≒５Ｖ／２8＝１９．５ｍＶ）である。
マイクロコンピュータ１５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、Ａ／Ｄ変換回路１４をも含むことがある。
【００４２】
マイクロコンピュータ１５は、出力端子１５Ｂで電子制御アセンブリ１６と接続している。この電子制御アセンブリ１６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２１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２２と外気を取り入れる外気取り入れ用ダクト２３とを切り替えるフラップ２４を制御するものである。即ち、出力端子１５Ｂからのアセンブリ制御信号、具体的にはフラップ開閉信号Ｓｆに従って、フラップ駆動回路１７が駆動され、アクチュエータ１８が動作して、フラップ２４が回動して内気取り入れ用ダクト２２及び外気取り入れ用ダクト２３のいずれかをダクト２１に接続する。ダクト２１内には、空気を圧送するファン２５が設置されている。例えば、図１において実線で示すように、フラップ２４が外気取り入れ用ダクト２３を塞ぐことで、外気の室内への進入が阻止され、ダクト２１は内気取り入れ用ダクト２２と連通して内気循環状態となる。逆に、破線で示すように、フラップ２４が内気取り入れ用ダクト２２を塞ぐと、ダクト２１は外気取り入れ用ダクト２３と連通して外気が室内へ取り入れられる。
【００４３】
次いで、上記制御システム１０での制御について、図２を参照して説明する。エンジンが駆動されると、本制御システムが立ち上がる。まずステップＳ１１でガスセンサ素子１１の活性化されるまで待つ。ガスセンサ素子１１は、ヒータで加熱されて活性化されるまで、ＮＯｘなどの酸化ガスを安定して検出できないからである。
ガスセンサ素子１１が活性化されると、ステップＳ１２に進み、センサ信号つまりセンサ電圧Ｖｓを０．８秒ごとにＡ／Ｄ変換して、そのセンサ出力値Ｄｓを読み込み、Ｄｓ（１）、Ｄｓ（２）、…，Ｄｓ（ｎ）というように、時系列順に記憶しておく。
なお、センサ出力値Ｄｓは、最大で１００ヶ記憶しておけば足りるので、新しいセンサ出力値Ｄｓ（ｎ）を読み込むに当たって、最も古いセンサ出力値Ｄｓ（ｎ−１００）を消去すると、必要となるメモリを少なくすることができる。
【００４４】
さらに、ステップＳ１３において、センサ出力値Ｄｓの５０個移動平均値Ｍｄを算出する。具体的には、５０ヶ分（第１所定個）のセンサ出力値Ｄｓを読み込んだ時点で、それらの５０個移動平均値Ｍｄを算出する。つまり、最新のもの（Ｄｓ（ｎ））から遡って５０個分のセンサ出力値（Ｄｓ（ｎ）〜Ｄｓ（ｎ−４９））から、その移動平均値Ｍｄ（ｎ）＝（Ｄｓ（ｎ）＋Ｄｓ（ｎ−１）＋…＋Ｄｓ（ｎ−４９））／５０を算出する。
【００４５】
このように５０ヶ分のセンサ出力値Ｄｓから５０個移動平均値を算出すると、４０秒（＝０．８秒×５０個）間のセンサ出力値Ｄｓの平均値を得ることになる。このため、後述する実測データ（図３参照）からも判るように、センサ出力値Ｄｓに含まれるノイズやガス濃度の部分的な変動による早い変化は平均化の過程で除かれて、ゆっくりとしたガス濃度の変動によって生じるゆっくりとしたセンサ出力値Ｄｓの変動（うねり）だけを取り出すことができる。つまり、移動平均値Ｍｄを算出することは、離散的なデータに含まれる高周波成分を除き、低周波成分だけをパスさせるデジタルフィルタリング処理、即ちデジタル低域通過フィルタ（ＬＰＦ）処理を行うことに相当している。
【００４６】
なお、本実施形態では、４０秒間のセンサ出力値Ｄｓの平均値（５０個移動平均値Ｍｄ）を用いたが、自動車用の自動外気導入制御システムにおいては、様々な走行パターンに基づく検討から、２０〜１２０秒間にわたる平均値を用いると、適切な制御ができることが判っている。トンネルや地下駐車場などでは、排気ガス（酸化ガス）の濃度の上昇や低下の傾向が、１０〜１００秒程度の時間間隔にわたって続くからであると考えられ、２０秒より短いとガス濃度の短時間の変動やノイズによる影響が現れやすくなるからである。一方、１２０秒よりも長いと、自動外気導入制御システムの応答が遅くなりすぎる。
また、このステップＳ１３は移動平均値を算出するので、この５０個移動平均値Ｍｄは、後述する１００個平均値Ｍｍとは異なり、ステップＳ１２でセンサ出力値Ｄｓを得る毎に算出する。
【００４７】
さらに、ステップＳ１４において、新たなセンサ出力値Ｄｓを１００個分読み込み済かどうかを判断する。次述するステップＳ１５で求める１００個平均値Ｍｍは、実測データ（図３参照）からも判るように、１００個分のセンサ出力値Ｄｓを計測した時点で、次の新しい１００個平均値Ｍｍを算出する。このため、ステップＳ１２でセンサ出力値Ｄｓを得る毎にステップＳ１３で移動平均値を算出するのとは異なり、１００個平均値Ｍｍは８０秒（＝０．８秒×１００個）毎に算出すればよいので、新たなセンサ出力値Ｄｓを１００個分読み込むまでは、ステップＳ１５をスキップし、ステップＳ１６に進む。
【００４８】
ステップＳ１５では、センサ出力値Ｄｓの１００個平均値Ｍｍを算出する。具体的には、ステップＳ１４でＹｅｓ、即ち、新たな１００ヶ分（第２所定個）のセンサ出力値Ｄｓを読み込んだ時点で、それらの１００個平均値Ｍｍを算出する。つまり、最新のもの（Ｄｓ（ｎ））から遡って１００個分のセンサ出力値（Ｄｓ（ｎ）〜Ｄｓ（ｎ−９９））から、その平均値Ｍｍ＝（Ｄｓ（ｎ）＋Ｄｓ（ｎ−１）＋…＋Ｄｓ（ｎ−９９））／１００を算出する。
このように１００ヶ分のセンサ出力値Ｄｓから１００個平均値を算出すると、８０秒（＝０．８秒×１００個）間のセンサ出力値Ｄｓの平均値を得ることになる。後述する実測データ（図３参照）からも判るように、センサ出力値Ｄｓに含まれるノイズやガス濃度の部分的な変動による早い変化は平均化の過程で除かれて、ゆっくりとしたガス濃度の変動によって生じるゆっくりとしたセンサ出力値Ｄｓの変動（うねり）だけを取り出すことができる。つまり、平均値Ｍｍを算出することも、離散的なデータに含まれる高周波成分を除き、低周波成分だけをパスさせるデジタルフィルタリング処理、即ちデジタル低域通過フィルタ（ＬＰＦ）処理を行うことに相当している。
【００４９】
しかも、ステップＳ１３で算出した５０個移動平均値Ｍｄでは、５０個のセンサ出力値の移動平均値を得たのに対し、このステップＳ１５で算出した１００個移均値Ｍｍでは、１００個のセンサ出力値の平均値を得ている。このため、実測データ（図３参照）からも判るように、１００個平均値Ｍｍは５０個移動平均値Ｍｄよりも遅れて変動する。従って、例えば、自動車がトンネルや地下駐車場内などに進入した場合など、ＮＯｘ等の酸化ガスの濃度が上昇傾向にあるときには、５０個移動平均値Ｍｄの方が早く上昇を始め、１００個平均値Ｍｍは遅れて上昇する。つまり、５０個移動平均値Ｍｄが上昇を始めた時点では、１００個平均値ＭｍはＮＯｘガス濃度の低い状態（外気が清浄な状態）を反映した値となっている。また逆に、自動車がトンネルや地下駐車場から出た場合など、酸化ガスの濃度が低下傾向にあるときには、５０個移動平均値Ｍｄの方が早く低下を始め、１００個平均値Ｍｍは遅れて低下する。つまり、５０個移動平均値Ｍｄが低下を始めた時点では、１００個平均値ＭｍはＮＯｘガス濃度の高い状態（外気が汚染された状態）を反映した値となっている。
【００５０】
したがって、この１００個平均値Ｍｍは、５０個移動平均値Ｍｄと比較した場合には、ガス濃度が上昇あるいは低下する前の状態を反映したものであり、５０個移動平均値Ｍｄを用いてガス濃度が上昇あるいは低下しているかどうかを判断するためのしきい値として用い得ることが理解できる。
なお、本実施形態では、４０秒間のセンサ出力値の平均値である５０個移動平均値Ｍｄに対し、その２倍の８０秒間のセンサ出力値の平均値である１００個平均値Ｍｍをしきい値として用いた。
【００５１】
さらに、ステップＳ１５で１００個平均値Ｍｍを算出した後、ステップＳ１６において、基準値Ｂａを算出する。この基準値Ｂａは、１００個平均値Ｍｍに所定のバイアス値Ｖｉ（本実施形態ではＶｉ＝０．１６Ｖ）を加えて求める。即ち基準値Ｂａ＝Ｍｍ＋Ｖｉによって算出する。
【００５２】
次いで、ステップＳ１７では、マイクロコンピュータ１５の出力端子１５Ｂから出力しているフラップ開閉信号Ｓｆが、フラップ閉信号を出力している状態であるかどうかを確認する。ここで、Ｎｏ、即ちフラップ開信号が出力されており、フラップ２４が開いて、図１に破線で示すように、外気が外気取り入れ用ダクト２３から取り入れられている場合には、ステップＳ１８に進み、フラップ２４を閉じる必要があるかどうかを判断する。
なお、ステップＳ１７でＹｅｓ、即ち、フラップ閉信号が出力されている場合には、フラップ２４を開くかどうかを判断するためステップＳ２０に進む。
【００５３】
ステップＳ１８では、具体的には、基準値Ｂａを基準として、５０個移動平均値Ｍｄがこれ以上であるか否かを判断する。つまり、Ｍｄ≧Ｂａであるかどうかを判断する。
ここで、Ｙｅｓ、即ち５０個移動平均値Ｍｄが基準値Ｂａ以上である場合には、センサ出力値Ｄｓが上昇傾向、つまり外気における酸化ガスの濃度が上昇傾向にあると判断する。そこで、ステップＳ１９において、出力端子１５Ｂから出力しているフラップ開閉信号Ｓｆをフラップ閉信号として、フラップ駆動回路１７及びアクチュエータ１８を駆動し、図１に実線で示すように、フラップ２４を閉じて、ダクト２１を内気取り入れ用ダクト２２と連通させ、内気を取り入れ循環させる。その後、再びステップＳ１２に戻り、センサ信号Ｄｓを読み込む、以降の動作を繰り返す。
【００５４】
一方、ステップＳ１８でＮｏ、即ち、５０個移動平均値Ｍｄが基準値Ｂａより小さい場合には、フラップ２４を閉める必要がないので、そのままステップＳ１２に戻る。
【００５５】
また、ステップＳ１７でＹｅｓとされると、ステップＳ２０で、フラップ２４を開く必要があるかどうかを判断する。具体的には、１００個平均値Ｍｍを基準として、５０個移動平均値Ｍｄがこれより小さいか否かを判断する。つまり、Ｍｄ＜Ｍｍであるかどうかを判断する。
ここで、Ｙｅｓ、即ち５０個移動平均値Ｍｄが１００個平均値Ｍｍより小さい場合には、センサ出力値Ｄｓが低下傾向、つまり外気における酸化ガスの濃度が低下傾向にあると判断する。そこで、ステップＳ２１において、出力端子１５Ｂから出力しているフラップ開閉信号Ｓｆをフラップ開信号として、フラップ駆動回路１７及びアクチュエータ１８を駆動し、図１に破線で示すように、フラップ２４を開き、ダクト２１を外気取り入れ用ダクト２３と連通させ、外気を取り入れる。その後、再びステップＳ１２に戻り、以降の動作を繰り返す。
【００５６】
このようにして、センサ出力値Ｄｓに対してＬＰＦ処理として作用する移動平均処理を行って、ゆっくりとした変化を５０個移動平均値Ｍｄとして取り出し、これをしきい値、つまり基準値Ｂａあるいは１００個平均値Ｍｍと比較して、酸化ガスの濃度の変化を検知したので、酸化ガスの濃度がゆっくりと上昇あるいは低下した場合にも、的確にフラップ２４を開閉させて、自動車の自動外気導入制御を行うことができる。
特に、本実施形態では、ＬＰＦ処理として移動平均値を算出したので、５０個分のセンサ出力値Ｄｓの加算及び除算などの簡単な演算処理で済ますことができる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、センサ出力値Ｄｓに対してＬＰＦ処理として作用する平均処理を行って、５０個移動平均値Ｍｄよりもさらにゆっくりとした変化を取り出した１００個平均値Ｍｍ、あるいはこれに所定バイアス値Ｖｉを加えた基準値Ｂａをしきい値として用いている。従って、しきい値として固定値を用いた場合と異なり、ガス濃度の極めてゆっくりとした変動や、温度や湿度などの環境変化に伴って生じるガスセンサ素子１１のセンサ抵抗値Ｒｓのドリフトにも追従できるため、しきい値に対して５０個移動平均値Ｍｄが常に大きくなってしまったり、常に小さくなってしまったりする偏りの現象を防止することができる。つまり、いつも適正なしきい値をと比較することができるので、より的確に酸化ガスの濃度の変化を検知して、フラップ２４を開閉させて、自動車の自動外気導入制御を行うことができる。
【００５８】
また、本実施形態１では、フラップ閉信号を出力させるに際し、５０個移動平均値Ｍｄを、１００個平均値Ｍｍではなく、これに所定バイアス値Ｖｉを加えた基準値Ｂａと比較し、一方、フラップ開信号を出力させるに際しては、５０個移動平均値Ｍｄを１００個平均値Ｍｍと比較した。つまり、フラップ２４を開く基準と閉じる基準と異ならせてヒステリシスを持たせた。このようにすると、センサ出力値が上昇傾向（従って、酸化ガスの濃度も上昇傾向）にある場合には、５０個移動平均値Ｍｄがバイアス値Ｖｉ分だけ大きくなったとき、つまり上昇傾向が多く反映された値になったときに初めてフラップ閉信号を出力させることになる。
このため、５０個移動平均値Ｍｄと１００個平均値Ｍｍとがほぼ同じ値となったときに、５０個移動平均値Ｍｄのわずかな変動で、フラップ開閉信号Ｓｆとして、フラップ閉信号とフラップ開信号が交互に出力されて、フラップ２４がバタつくチャタリング現象を防止することができる。
【００５９】
次いで、本実施形態の自動車の自動外気導入制御システム１０の実測データについて、図３，図４を参照して説明する。図３に示すグラフは、道路上を走行して得た実測データであり、約３００秒程度の期間のトンネル内走行を含んでいる。このグラフには、ガスセンサ素子１１のセンサ電圧をＡ／Ｄ変換したセンサ出力値Ｄｓ、５０個移動平均値Ｍｄ、１００個平均値Ｍｍ及び基準値Ｂａの推移を記載している。また、上記したフローチャート（図２参照）に基づく制御の結果、マイクロコンピュータ１５の出力端子１５Ｂに出力されるフラップ開閉信号Ｓｆの状態（開信号及び閉信号）の状態を、グラフ下方に並記した。
【００６０】
図３に示すグラフから容易に理解できるように、ガスセンサ素子１１のセンサ抵抗Ｒｓの変化をそのまま反映するセンサ出力値Ｄｓは、短時間にその値が上下している。自動車の走行中、風向きなどが刻々と変わる状況の中で、前後左右の自動車の排気ガスを浴びるため、ガスセンサ素子１１に到達する酸化ガスの濃度が短時間で変化するためであると考えられる。またノイズも含まれているものと考えられる。
一方、５０個移動平均値Ｍｄは、センサ出力値Ｄｓの推移と比較すると良く判るように、時間と共に値が変化するが、短時間での変化は除去されて、ゆっくりとしたガス濃度の変動によって生じる緩やかなセンサ出力値Ｄｓの変動だけとなっている。このように、移動平均値算出処理は、デジタル低域通過フィルタ処理の１つであることが判る。
さらに、１００個平均値Ｍｍ及び基準値Ｂａも、センサ出力値Ｄｓの推移と比較すると判るように、時間と共に値が変化するが、短時間での変化は除去されて、ゆっくりとしたガス濃度の変動によって生じる緩やかなセンサ出力値Ｄｓの変動だけとなっている。このように、平均値算出処理も、デジタル低域通過フィルタ処理の１つであることが判る。しかも、前記したように、１００個平均値Ｍｍ及び基準値Ｂａの変化は、５０個移動平均値Ｍｄよりも時間的に遅れて変動していることが判る。従って、同じ時刻において、５０個移動平均値Ｍｄと比較した場合には、１００個平均値Ｍｍ及び基準値Ｂａはガス濃度が上昇あるいは低下する前の状態を反映したものなることが判る。
【００６１】
このようなセンサ出力値Ｄｓ、５０個移動平均値Ｍｄ、１００個平均値Ｍｍ、及び基準値Ｂａの推移をもとに、Ｍｄ≧Ｂａの場合にはフラップ閉信号、Ｍｄ＜Ｍｍの場合にはフラップ開信号を出力するようにフラップ開閉信号Ｓｆを制御すると、図３のグラフ下方に並記したようになる。
【００６２】
この図３に示すグラフから容易に理解できるように、トンネル走行期間中には、フラップ開閉信号Ｓｆがフラップ閉となっているが、それ以外では一部を除きフラップ開となっている。ステップＳ１８で５０個移動平均値Ｍｄを基準値Ｂａと比較したため、バイアス値Ｖｉ（＝０．１６Ｖ）の分だけ５０個移動平均値Ｍｄにセンサ出力値Ｄｓの上昇傾向が反映された後に、つまり上昇傾向が確実に現れた後にフラップ閉とする制御がなされるようになったからである。
【００６３】
ここで、図３に示すグラフのうち、トンネル内走行及びその前後の部分（時間３８００〜４５００秒の部分）について、この部分を拡大して示した図４のグラフを参照して説明する。自動車がトンネルに進入すると、酸化ガスの濃度が徐々に上昇し始める。すると、それに遅れて５０個移動平均値Ｍｄが上昇し始め、さらに遅れて１００個平均値Ｍｍが上昇する。
【００６４】
このような緩やかなガス濃度の上昇は、図３に示すグラフから容易に理解できるように、センサ電圧Ｖｓ（センサ出力値Ｄｓ）だけからでは、他の場合と確実に分離して検知することが難しい。まして、アナログあるいはデジタル微分による信号処理では、センサ電圧Ｖｓの早い変化は検出できるが、緩やかな変化は微分値が小さくなりすぎて、他の場合と分離して検出することがさらに難しくなる。
これに対し、本実施形態の制御システム１０では、図４のグラフに示すように、緩やかな酸化ガスの濃度上昇を検知して、フラップ閉信号を適切に出力していることが判る。
【００６５】
また、自動車がトンネルを抜けた場合には、酸化ガスの濃度が低下し始め、それに遅れて５０個移動平均値Ｍｄが低下し始め、さらに遅れて１００個平均値Ｍｍ及び基準値Ｂａが低下する。
このような緩やかなガス濃度の低下に対しても、本実施形態の制御システム１０では、図４のグラフに示すように、これを検知して、フラップ開信号を適切に出力していることが判る。
以上からも判るように、本実施形態の自動外気導入制御システム１０は、自動車をトンネルや地下駐車場などに進入させた場合あるいはこれらから出た場合に、適切にフラップ２４を開閉できるものである。
【００６６】
このように、本実施形態の自動外気導入制御システム１０によれば、ガス濃度上昇検出とガス濃度低下検出とが頻繁に入れ替わるバタつき（チャタリング）を抑制することができ、しかも、緩やかな酸化ガスの濃度変化を検知して、適切にフラップ２４の開閉を行わせることができる。
【００６７】
（実施形態２）
次いで、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施形態２の自動外気導入制御システム２０（図１参照）は、実施形態１の自動外気導入制御システム１０と同じガスセンサ素子１１及び回路構成を有しており、同様にフラップ２４を開閉するものである。しかし、実施形態１の制御フローは、酸化ガスの濃度上昇を判断する場合には、５０個移動平均値Ｍｄを基準値Ｂａと比較し、濃度低下を判断する場合には、５０個移動平均値Ｍｄを１００個平均値Ｍｍと比較していた（図２、ステップＳ１８，Ｓ２０参照）。これに対して、本実施形態２の制御フローは、実施形態１の制御フローとほぼ同様であるが、１００個平均値Ｍｍのみを使用し、酸化ガスの濃度上昇及び低下のいずれの場合にも、５０個移動平均値Ｍｄを１００個平均値Ｍｍと比較する点で異なる。
そこで、主として異なる部分について説明し、同様な部分は同じ符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００６８】
上記したように、本実施形態２の自動外気導入制御システム２０（図１参照）は、実施形態１の自動外気導入制御システム１０と同様である。そして、図５に示すように、その制御フローについても、ステップＳ１１〜Ｓ１５は同様である。
しかし、ステップＳ１５において１００個平均値Ｍｍを算出した後、実施形態１におけるステップＳ１６に相当するものが無くしている。
その後、ステップＳ１７で実施形態１と同様に、フラップ閉信号が出力されているか否かを確認する。
ここで、Ｎｏ、即ちフラップ開信号が出力されており、フラップ２４が開いて、図１に破線で示すように、外気が外気取り入れ用ダクト２３から取り入れられている場合には、ステップＳ１８Ａに進み、フラップ２４を閉じる必要があるかどうかを判断する。
【００６９】
ステップＳ１８Ａでは、実施形態１と異なり、１００個平均値Ｍｍを基準として、５０個移動平均値Ｍｄがこれ以上であるか否かを判断する。つまり、Ｍｄ≧Ｍｍであるかどうかを判断する。
ここで、Ｙｅｓ、即ち５０個移動平均値Ｍｄが１００個平均値Ｍｍ以上である場合には、センサ出力値Ｄｓが上昇傾向、つまり外気におけるＮＯｘ等の酸化ガスの濃度が上昇傾向にあると判断する。そこで、実施形態１と同様に、ステップＳ１９において、出力端子１５Ｂから出力しているフラップ開閉信号Ｓｆをフラップ閉信号として、フラップ駆動回路１７及びアクチュエータ１８を駆動し、図１に実線で示すように、フラップ２４を閉じて、ダクト２１を内気取り入れ用ダクト２２と連通させ、内気を取り入れ循環させる。その後、再びステップＳ１２に戻り、センサ信号Ｄｓを読み込む、以降の動作を繰り返す。
【００７０】
一方、ステップＳ１８ＡでＮｏ、即ち、５０個移動平均値Ｍｄが１００個平均値Ｍｍより小さい場合には、フラップ２４を閉める必要がないので、そのままステップＳ１２に戻る。
【００７１】
また、ステップＳ１７でＹｅｓとされると、実施形態１と同様に、ステップＳ２０で、フラップ２４を開く必要があるかどうか、具体的には、Ｍｄ＜Ｍｍであるかどうかを判断する。
ここで、Ｙｅｓの場合には、センサ出力値Ｄｓが低下傾向、つまり外気中の酸化ガスの濃度が低下傾向にあると判断して、ステップＳ２１で出力端子１５Ｂからフラップ開信号を出力させ、フラップ駆動回路１７及びアクチュエータ１８を駆動してフラップ２４を開き、外気を取り入れる。その後、再びステップＳ１２に戻り、以降の動作を繰り返す。
【００７２】
上記したように、本実施形態２の制御フローでは、フラップ閉信号あるいはフラップ閉信号を出力させるに際し、５０個移動平均値Ｍｄを１００個平均値Ｍｍと比較した。上記したように、ガスの濃度変化に対し、１００個平均値はＭｍは５０個移動平均値Ｍｄよりも遅れて変化する。従って、ガス濃度が上昇傾向にある場合には、１００個平均値Ｍｍはガス濃度が低い状態を表したものとなる。逆に、ガス濃度が低下傾向にある場合には、１００個平均値Ｍｍはガス濃度が高い状態を表したものとなる。従って、この５０個移動平均値Ｍｄを１００個平均値Ｍｍと比較することでも、ガス濃度が上昇傾向にあるのか低下傾向にあるのかを判断することができる。
なお、前記したように、しきい値として１００個平均値Ｍｍだけを使用しているので、実施形態２のものに比較して、処理が容易になる。但し、前記したように、５０個移動平均値Ｍｄと１００個平均値Ｍｍとがほぼ同じ値となったときに、５０個移動平均値Ｍｄのわずかな変動で、フラップ開閉信号Ｓｆが、フラップ閉信号とフラップ開信号が交互に出力されて、フラップ２４がバタつくチャタリング現象を発生しやすい。
【００７３】
（変形形態１）
上記実施形態１，２では、ガスセンサ素子１１と検出抵抗１２とで電源電圧Ｖｃｃを分圧し、その動作点Ｐｄのセンサ電位Ｖｓを出力信号として用いた。
しかし、他の回路構成によってガスセンサ素子１１の出力信号を得ることもできる。例えば、図６に示すガスセンサ素子駆動回路３２を有する制御システム３０を用いることもできる。
ガスセンサ素子駆動回路３２は、ガスセンサ素子１１のセンサ抵抗値Ｒｓに応じて変化する動作点Ｐｄのセンサ電圧Ｖｓ（出力信号）を得るための回路であり、パルス入力端子３２Ａと、出力端子３２Ｂとを有する。
このパルス入力端子３２Ａには、抵抗値Ｒｃの固定抵抗器３５とダイオード３６が直列に接続され、静電容量Ｃで一端３４Ｂが接地されたコンデンサ３４の他端３４Ａと接続している。さらに、ガスセンサ素子１１は、コンデンサ３４と並列に配置され、一端１１Ｂが接地され、他端１１Ａがコンデンサ３４の他端３４Ａと接続している。なお、この接続点が動作点Ｐｄである。出力端子３２Ｂにはこの動作点Ｐｄのセンサ電位Ｖｓが導かれている。また、ダイオード３６は、コンデンサ３４側をカソードとした向きで接続されている。
【００７４】
センサ電位Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換回路１４でＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータ３５で処理して、ガスの濃度変化を検出する。このマイクロコンピュータ３５には、実施形態１，２と同様に、電子制御アセンブリ１６（具体的にはファンアウトラップ駆動回路１７やアクチュエータ１８）が接続されている。
さらに、マイクロコンピュータ３５は、センサ出力値Ｄｓなどに応じて、オープンドレインタイプの制御出力端子３５Ｃからパルス信号Ｓｃを出力する。このパルス信号Ｓｃによってガスセンサ素子駆動回路３２が駆動される。このパルス信号Ｓｃは、図６下方の円内に示すように、０Ｖと＋５Ｖとの２つの電位が交互に現れる周波数ｆｐのパルス信号であり、このパルス信号Ｓｃのデューティ比ＤＴ（％）は、ＤＴ＝１００ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）で与えられる。
【００７５】
このガスセンサ素子駆動回路３２の入力端子３２Ａに印加されるパルス信号Ｓｃがハイレベルになると、固定抵抗器３５とダイオード３６を通じてコンデンサ３４に、時定数τ１＝Ｃ・Ｒｃ・Ｒｓ／（Ｒｃ＋Ｒｓ）で充電される。
一方、パルス信号Ｓｃがローレベルになると、コンデンサ３４の電荷はガスセンサ素子１１を通じて、時定数τ２＝ＣＲｓで放電される。
パルス信号Ｓｃを繰り返し入力すると、充電と放電とが均衡した定常状態となり、図６上方の円内に示すように、センサ電圧Ｖｓは、若干のリップルＶｒを有するものの、ほぼ一定値となる。このセンサ電圧Ｖｓは、センサ抵抗値Ｒｓに応じて変化するから、センサ電圧ＶｓをＡ／Ｄ変換して、実施形態１，２と同様に処理することで、ガス濃度の変化を検出することができる。
【００７６】
しかも、パルス信号Ｓｃのデューティ比ＤＴに応じて、コンデンサ３４の充電電圧を変化させることができる。
実施形態１，２で示した、ガスセンサ素子１１と検出抵抗１２とで電源電圧Ｖｃｃを分圧してセンサ電圧Ｖｓを得る回路（図１参照）では、温度や湿度などの環境によって、センサ抵抗値Ｒｓが大きく変動した場合に、センサ電圧Ｖｓが電源電位Ｖｃｃ近くあるいは接地電位近くに偏ってしまうことがある。すると、ガス濃度変化によってセンサ抵抗値Ｒｓがさらに変化しても、それによるセンサ電圧Ｖｓの変化が小さくなり、ガス濃度変化を正確に検出することができなくなることがある。
これに対して、本変形形態にかかるガスセンサ素子駆動回路３２を含む制御システム３０では、このような場合でも、パルス信号Ｓｃのデューティ比ＤＴ適宜選択することで、センサ電圧Ｖｓを、例えば、１〜３．５Ｖなどの所望の範囲に保ち、その電圧範囲内でガス濃度の変化によるセンサ電圧Ｖｓの変動を精度良く計測できる利点がある。
【００７７】
（変形形態２）
次いで、第２の変形形態について図７を参照して説明する。変形形態１のガスセンサ素子駆動回路３２では、コンデンサ３４とガスセンサ素子１１とを並列に接続して、ガスセンサ素子１１を介して放電した。これに対し、本実施形態の制御システム４０のガスセンサ素子駆動回路４２では、コンデンサ４４に蓄積した電荷を、ガスセンサ素子１１と第２ダイオード４５を介して接地電位（０Ｖ）となった制御出力端子３５Ｃに戻して放電させる点で異なる。従って、異なる部分を中心に説明する。
【００７８】
本変形形態２のガスセンサ素子駆動回路４２では、パルス入力端子４２Ａと一端４４Ｂが接地されたコンデンサ４４の他端４４Ａとの間に、固定抵抗器４６とコンデンサ４４側をカソードとした第１ダイオード４７とが直列に接続されたＲＤ直列回路４８と、ガスセンサ素子１１とコンデンサ４４側をアノードとした第２ダイオード４５が直列に接続されたＳＤ直列回路４９とが、並列に接続されている。なお、コンデンサの他端４４Ａが動作点Ｐｄであり、出力端子４２Ｂにはこの動作点Ｐｄのセンサ電位Ｖｓが導かれている。
【００７９】
マイクロコンピュータ３５の制御出力端子３５Ｃから出力されたパルス信号Ｓｃがハイレベルとなると、ＲＤ直列回路４８を通じて、時定数τ１＝ＣＲｃでコンデンサ４４に充電される。また、パルス信号Ｓｃがローレベルとなると、ＳＤ直列回路４９を通じて、時定数τ２＝ＣＲｓでコンデンサ４４に蓄えられた電荷が放電される。
パルス信号Ｓｃを繰り返し入力すると、上記変形形態１と同様に、センサ電圧Ｖｓはほぼ一定値となる。このセンサ電圧Ｖｓは、センサ抵抗値Ｒｓに応じて変化するから、センサ電圧ＶｓをＡ／Ｄ変換して、実施形態１，２と同様に処理することで、ガス濃度の変化を検出することができる。
【００８０】
しかも、パルス信号Ｓｃのデューティ比ＤＴに応じてコンデンサ４４の充電電圧を変化させることができる。このため、上記変形形態１と同じく、温度や湿度などの環境によって、センサ抵抗値Ｒｓが大きく変動した場合に、センサ電圧Ｖｓが電源電位Ｖｃｃ近くあるいは接地電位近くに偏ってしまっても、パルス信号Ｓｃのデューティ比ＤＴ適宜選択することで、センサ電圧Ｖｓを、例えば、１〜３．５Ｖなどの所望の範囲に保ち、その電圧範囲内でガス濃度の変化によるセンサ電圧Ｖｓの変動を確実に計測できる。
【００８１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態１、２では、１００個平均値Ｍｍを算出したが、これに代えて１００個のセンサ出力値Ｄｓから算出した１００個移動平均値を用い、あるいはさらにこの１００個移動平均値及びこれにバイアス値Ｖｉを加えた基準値を用いてガス濃度の上昇や低下を検知するようにしても良い。
【００８２】
さらに、上記実施形態１，２では、デジタル低域通過フィルタ処理として、移動平均値あるいは平均値を算出したが、各センサ出力値に適切な係数を掛けるなどして、所望の特性としたデジタル低域通過フィルタ処理によっても良いことは明らかである。
また、上記実施形態１，２及び変形形態１，２のいずれにおいても、ＮＯｘなどの酸化ガスに対して感度を有するタイプのガスセンサ素子１１を用いたが、その他、例えばＣＯ，ＨＣなどの還元ガスに対して感度を有するガスセンサ素子を用いることもできる。
また、上記実施形態１，２及び変形形態１，２のいずれにおいても、センサ抵抗値Ｒｓの上昇により、センサ電圧Ｖｓ（従って、センサ出力値Ｄｓ）が上昇するタイプの回路構成を用いたが、この逆にセンサ抵抗値Ｒｓが上昇すると、センサ電圧Ｖｓが低下する構成としても良い。
【００８３】
なお、実施形態１においては、基準値Ｂａとして１００個平均値Ｍｍにバイアス値Ｖｉを加えたものを用い（Ｂａ＝Ｍｍ＋Ｖｉ）て、基準値Ｂａを１００個平均値Ｍｍに対してかさ上げした。これに対し、ガスセンサ素子や駆動回路の構成によって、特定ガスの濃度が上昇すると、センサ電圧Ｖｓ（及びセンサ出力値Ｄｓ）が低下する場合には、１００個平均値Ｍｍから所定のバイアス値Ｖｉを差し引くかさ下げを行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１にかかるガスセンサ駆動回路及びガスセンサ素子を用いた制御システムの構成を示す回路図及びブロック図である。
【図２】図１に示す制御システムにおける制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】実施形態１にかかる制御システムのＮＯｘガス実測データ、５０個移動平均値、１００個平均値、基準値、及びフラップ開閉信号の状態を示すグラフである。
【図４】図３に示すグラフのうち、トンネル進入前後の部分を拡大して示すグラフである。
【図５】実施形態２にかかる制御システムにおける制御の内容を示すフローチャートである。
【図６】他のガスセンサ駆動回路及びガスセンサ素子を用いた制御システムの構成を示す回路図及びブロック図である。
【図７】他のガスセンサ駆動回路及びガスセンサ素子を用いた制御システムの構成を示す回路図及びブロック図である。
【符号の説明】
１０，２０ 自動外気導入制御システム（制御システム）
１１ ガスセンサ素子
１２ 検出抵抗器
１４ Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換手段）
１５ マイクロコンピュータ
１６ 電子制御アセンブリ
１７ フラップ駆動回路
１８ アクチュエータ
２４ フラップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control system using a gas sensor element that detects a change in the concentration of gas in the environment using a gas sensor element and performs various controls such as control of introducing outside air into an automobile interior. In particular, the present invention relates to a control system that can detect a slow concentration change of a specific gas when an automobile enters an underground parking lot or a tunnel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the sensor resistance value changes due to changes in the concentration of specific gases such as NOx, CO, and HC (hydrocarbon) in the environment, such as gas sensor elements using WO3 thin films, lead-phthalocyanine, or SnO2. A gas sensor element capable of detecting a specific gas concentration change by a change in the sensor resistance value is known. In addition, using such a gas sensor element, for example, a flap for introducing outside air into the interior of an automobile is appropriately opened / closed according to the contamination state of the outside air, or contamination of room air due to smoking is detected, and an air purifier Various control systems are known, such as controlling the above.
[0003]
In the control system using such a gas sensor element, for example, as disclosed in JP-A-5-157714, the sensitivity of the concentration change is improved so that the change in the gas concentration can be quickly handled, In order to improve the S / N against noise such as wind, what differentiates the output signal of the gas sensor element or A / D-converts the analog differential value, then further digitally differentiates to obtain a second-order differential value. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a control system using a gas sensor element is applied to an automobile or the like to control the introduction of outside air into the automobile interior, the vehicle enters a long tunnel while the automobile is running or is surrounded by an underground parking lot or the surrounding area. You may enter a self-propelled multistory parking lot or get involved in a traffic jam. In such tunnels and underground parking lots, or in congested roads, exhaust gas tends to accumulate, so as the vehicle moves from the entrance to the tunnel or underground parking lot, or as time passes, it can be specified in the outside air. The concentration of gas (specifically, exhaust gas component) gradually increases. Since the concentration change of such a specific gas is slow unlike the case of normal driving on a general road, the amount of change is small in the differential processing as described above, and the concentration change of the specific gas is detected. I can't. For this reason, there has been a problem that proper control cannot be performed, such as when the flap cannot be closed even when outside air with a high concentration of the specific gas flows into the room.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and provides a control system using a gas sensor element that can appropriately detect the change when the concentration of a specific gas changes slowly. With the goal.
[0016]
[Means, actions and effects for solving the problems]
The solution isA control system using a gas sensor element for detecting a change in concentration of a specific gas, A / D conversion means for A / D converting an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals, and outputting a sensor output value; A moving average value calculating means for calculating a moving average value from the first predetermined number of sensor output values retroactively from the new one at a predetermined interval, and a second predetermined value larger than the first predetermined number retroactively from the new one Average value calculating means for calculating the average value of the sensor output values for each piece, and the moving average value, A threshold for detecting an increase in the concentration of the specific gas and a decrease in the concentration of the specific gasCompared to the above average value,Gas concentration change detection means for detecting a change in the specific gas concentration.The control system is controlled based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detecting means.Control system.
[0017]
In the control system of the present invention, the moving average value calculating means calculates the moving average value from the first predetermined number of sensor output values. That is, the moving average calculation means removes the noise and the fast change in the sensor output value from the sensor output value, and takes out the slow change as the moving average value. Thereby, a signal (moving average value) corresponding to a slow concentration change of a specific gas in a tunnel, an underground parking lot, or a road in a traffic jam can be taken out.
Furthermore, in the control system of the present invention, the average value calculation means calculates the average value from the sensor output values for the second predetermined number that is larger than the first predetermined number. That is, by selecting the lower frequency component from the sensor output value by the average value calculating means, not only the noise and the sensor output value change quickly, but also a change slower than the moving average value is taken out as the average value.
[0018]
As a result, when the concentration of a specific gas gradually increases, such as when entering a tunnel or underground parking lot, the average value changes later than the moving average value obtained from a smaller number of sensor output values. . That is, the average value reflects a time when the concentration of the specific gas is relatively low. Therefore, by comparing the moving average value with this average value, it can be determined whether or not the concentration of the specific gas tends to increase. For example, when the gas sensor element is driven by a circuit configured to increase the sensor output value when the concentration of the specific gas increases, the moving average value becomes the average value if the concentration of the specific gas tends to increase. Bigger than. Therefore, a slow increase in the concentration of the specific gas can be detected by such comparison.
[0019]
Conversely, even when the concentration of the specific gas gradually decreases, the average value changes later than the moving average value obtained from a smaller number of sensor output values. That is, the average value reflects a time when the concentration of the specific gas is relatively high. Therefore, by comparing the moving average value with this average value, it can be determined whether or not the concentration of the specific gas tends to decrease. For example, when the gas sensor element is driven by a circuit configured to increase the sensor output value when the concentration of the specific gas increases, the moving average value becomes the average value if the concentration of the specific gas tends to decrease. Smaller than. Therefore, such a comparison can detect a slow concentration decrease of the specific gas.
[0020]
  Moreover, in the present invention, the moving average value is compared with this average value instead of a fixed value. When compared with a fixed value, the moving average value when the concentration of a specific gas fluctuates very slowly or when the output signal of the gas sensor element deviates greatly due to the environment such as temperature or humidity. May be biased to a fixed value. That is, the moving average value remains large or small with respect to the fixed value, and the result of the comparison does not change, so that it is difficult to accurately detect a slow concentration change of the specific gas. There is a case. On the other hand, although the average value lags behind the moving average value obtained from a smaller number of sensor output values, the average value follows the change, so that the moving average value is not biased toward the average value. Therefore, it is possible to accurately detect a slow change in the concentration of the specific gas.Furthermore, examples of the control system include an automatic outside air introduction control system and an air purifier control system for automobiles.
[0021]
  Still another solution is a control system using a gas sensor element for detecting a change in the concentration of a specific gas, and A / D converts an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals to output a sensor output value. First LPF processing value calculation for calculating the first LPF processing value by the first digital low-pass filter processing from the first predetermined number of sensor output values retroactive to the A / D conversion means and at a predetermined interval Means for calculating a second LPF processing value by a second digital low-pass filter process from the sensor output value for a second predetermined number larger than the first predetermined number retroactively from the new one at each predetermined interval. 2LPF processing value calculation means and the second LPF processing value is shifted by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases. A reference value calculating means for calculating a reference value, a gas concentration increase detecting means for detecting an increase in the concentration of the specific gas by comparing the first LPF processing value with the reference value, and the first LPF processing value as the second LPF. Gas concentration decrease detecting means for detecting a decrease in concentration of the specific gas as compared with a processing value.The control system is controlled based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detecting means.Control system.
[0022]
In the control system of the present invention, the first LPF process value calculation means calculates the first LPF process value from the first predetermined number of sensor output values by the first digital low-pass filter process. That is, by selecting the low frequency component from the sensor output value by the first digital low-pass filter process, a slow change is taken out as the first LPF process value except for the fast change of noise and the sensor output value. Thereby, a signal (first LPF processing value) corresponding to a slow concentration change of the specific gas in a tunnel, an underground parking lot, or a road in a traffic jam can be taken out.
In the control system of the present invention, the second LPF processing value calculation means calculates the second LPF processing value by the second digital low-pass filter processing from the second predetermined number of sensor output values larger than the first predetermined number. . That is, by selecting the lower frequency component from the sensor output value by the second digital low-pass filter process, not only the noise and the sensor output value change quickly, but also the change that is slower than the first LPF process value. Take out as 2LPF processing value. That is, the second LPF processing value that changes more slowly than the first LPF processing value is calculated.
Specifically, the cutoff frequency of the second digital low-pass filter is set lower than the cutoff frequency of the first digital low-pass filter.
[0023]
Further, in the present invention, the reference value calculation means calculates a reference value obtained by shifting the second LPF processing value by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases. Therefore, for example, when a gas sensor element and a circuit configuration in which the sensor output value increases when the concentration of the specific gas increases, the second LPF processing value is shifted by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value increases. That is, a reference value is calculated by increasing the second LPF processing value by a predetermined bias value. Conversely, if a gas sensor element and circuit configuration are used in which the sensor output value decreases when the concentration of the specific gas increases, the second LPF processing value is shifted by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value decreases. That is, a reference value is calculated by reducing the second LPF processing value by a predetermined bias value.
[0024]
In addition, the gas concentration increase detection means detects the concentration increase of the specific gas by comparing the first LPF processing value with this reference value instead of a fixed value. When compared with the fixed value, the first LPF is used when the concentration of the specific gas fluctuates very slowly, or when the output signal of the gas sensor element greatly deviates depending on the environment such as temperature and humidity. The processing value may be biased to one side with respect to the fixed value. In other words, the first LPF processing value remains larger or smaller than the fixed value, and the comparison result does not change, so that a slow concentration change of the specific gas is accurately detected. It may be difficult to do.
[0025]
On the other hand, although the second LPF process value and the reference value are delayed from the first LPF process value, the second LPF process value and the reference value follow the change, so that the first LPF process value is not biased to one side with respect to the second LPF process value or the reference value. Therefore, it is possible to accurately detect a slow change in the concentration of the specific gas.
In addition, since the first LPF process value is compared with a reference value that is shifted by a predetermined bias value from the second LPF process value, the gas concentration tends to increase unlike when the first LPF process value is compared with the second LPF process value. An increase in gas concentration can be detected only when certainty is achieved.
In addition, since the detection level can be easily adjusted by changing the predetermined bias value, it is possible to adjust the sensitivity and responsiveness of the control system to the concentration change of the specific gas.
[0026]
Further, the gas concentration decrease detecting means of the present invention detects the concentration decrease of the specific gas by comparing the first LPF processing value with the second LPF processing value. If a fixed value is used, as described above, the first LPF process value may be biased to one side with respect to the fixed value, and it may be difficult to accurately detect a slow concentration decrease of the specific gas. On the other hand, the second LPF processing value is delayed from the first LPF processing value, but follows the change. Therefore, the first LPF processing value is not biased to the second LPF processing value, and the specific gas has a gentle concentration. The decrease can be accurately detected.
In addition, since the increase in gas concentration is detected in comparison with the reference value and the decrease in gas concentration is detected in comparison with the second LPF processing value so as to have hysteresis, the first LPF processing value becomes the second LPF processing value. When the value is about the same as the value, it is possible to suppress the fluttering (chattering) in which the gas concentration increase detection and the gas concentration decrease detection are frequently switched with a slight change in the first LPF processing value.
[0027]
Here, as the first and second digital low-pass filter processes, a filter process having an appropriate transfer function may be selected so as to obtain a desired characteristic, and a finite impulse response (FIR) type LPF process or infinite Impulse response (IIR) type LPF processing can be selected.
Further, for example, moving average calculation processing for calculating the moving average value of a predetermined number of sensor output values immediately before a new one, such as calculating the sensor output values for the previous 50 values, is one example of LPF processing. It is done. Since the moving average can be easily calculated, it is preferable to use the moving average calculation process as the first or second digital low-pass filter process.
In addition, for example, an average value is calculated for every predetermined number of sensor output values, such as obtaining an average value for 100 sensor output values and obtaining an average value for the next 100 sensor output values. Is one of LPF processes.
If the predetermined bias value is too large, it is difficult to detect an increase in the concentration of the specific gas. On the other hand, if it is set to a small value, the fluttering of the specific gas concentration rise detection and the drop detection is likely to occur, so an appropriate value may be selected.
[0028]
Still another solution is a control system using a gas sensor element for detecting a change in the concentration of a specific gas, and A / D converts an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals to output a sensor output value. A / D conversion means, moving average value calculating means for calculating a moving average value from the first predetermined number of sensor output values retroactively from the new one at each predetermined interval, and the first predetermined predetermined retrospectively from the new one Average value calculating means for calculating an average value of the sensor output values for each second predetermined number larger than the predetermined number, and a predetermined bias in a direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases. A reference value calculation means for calculating a reference value obtained by shifting the average value by a value; a gas concentration increase detection means for detecting an increase in the concentration of the specific gas by comparing the moving average value with the reference value; The average value was compared with the average value and a gas concentration drop detecting means for detecting the density reduction of the specific gasThe control system is controlled based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detecting means.Control system.
[0029]
In the control system of the present invention, the moving average value calculating means calculates the moving average value from the first predetermined number of sensor output values. That is, noise and fast changes are removed from the sensor output value, and a slow change is taken out as a moving average value. As a result, a signal (moving average value) corresponding to a slow concentration change of the specific gas in a tunnel, an underground parking lot, or a road in a traffic jam can be taken out.
In the control system of the present invention, the average value calculation means calculates the average value from the sensor output values for the second predetermined number that is larger than the first predetermined number. That is, not only noise and fast changes, but also changes slower than the moving average value are taken out as average values.
[0030]
Further, in the present invention, the reference value calculation means calculates a reference value obtained by shifting the average value by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases. Therefore, for example, when a gas sensor element and circuit configuration in which the sensor output value increases when the concentration of the specific gas increases, the average value is shifted by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value increases. That is, a reference value that is larger than the average value by a predetermined bias value is calculated. On the contrary, when the gas sensor element and the circuit configuration in which the sensor output value decreases when the concentration of the specific gas increases, the average value is shifted by a predetermined bias value in the direction in which the sensor output value decreases, That is, a reference value that is smaller than the average value by a predetermined bias value is calculated.
[0031]
In addition, the gas concentration increase detection means detects the concentration increase of the specific gas by comparing the moving average value with a reference value instead of a fixed value. When the moving average value is compared with a fixed value, the output signal of the gas sensor element moves when the concentration of the specific gas fluctuates very slowly, or when the output signal deviates greatly due to the environment such as temperature and humidity. The average value may be biased to one side with respect to the fixed value. In other words, the moving average value remains larger or smaller than the fixed value, and the comparison result does not change, so that a slow concentration change of a specific gas can be accurately detected. It may be difficult.
On the other hand, although the average value and the reference value lag behind the moving average value, they follow the change, so that the moving average value does not deviate toward the average value or the reference value. Therefore, it is possible to accurately detect a slow change in the concentration of the specific gas.
Moreover, since the moving average value is compared with a reference value that is shifted by a predetermined bias value from the average value, unlike when comparing the moving average value with the average value, when the rising tendency of the gas concentration is certain. Only an increase in gas concentration can be detected.
In addition, since the detection level can be easily adjusted by changing the predetermined bias value, it is possible to adjust the sensitivity and responsiveness of the control system to the concentration change of the specific gas.
[0032]
Further, in the gas concentration decrease detecting means of the present invention, the moving average value is compared with the average value to detect the concentration increase of the specific gas. When a fixed value is used, the moving average value is biased to one side with respect to the fixed value as described above, and it may be difficult to accurately detect a slow concentration decrease of the specific gas. On the other hand, although the average value is behind the moving average value, it follows the change, so that the moving average value is not biased to one side with respect to the average value, and a moderate concentration decrease of a specific gas is accurately detected. be able to.
In addition, since the gas concentration increase is detected by comparing with the reference value, and the gas concentration decrease is detected by comparing with the average value, even when the moving average value is about the same as the average value, Fluttering (chattering) in which the gas concentration increase detection and the gas concentration decrease detection are frequently switched by a slight change in the average value can be suppressed.
[0033]
It should be noted that if the predetermined bias value is too large, it will be difficult to detect an increase in the concentration of a specific gas.For example, there will be a difference from the human olfaction, etc. The system has problems such as the inability to detect an increase in specific gas concentration. On the other hand, if the value is small, the fluttering of the specific gas concentration rise detection and the drop detection is likely to occur. Therefore, an appropriate value may be selected in consideration of the intended use and human olfaction.
[0034]
The control system is an automatic outside air introduction control system for an automobile, wherein a product of the predetermined interval and the first predetermined unit is set to 20 to 120 seconds, and the predetermined interval and the first It is preferable that the control system is configured such that the product of the two predetermined pieces is 1.5 to 10 times the product of the predetermined interval and the first predetermined piece.
[0035]
In the present invention, the control system is an automatic outside air introduction control system for an automobile. Therefore, changes in the concentration of a specific gas detected by this control system are generally congested on the road when entering a long tunnel or entering an underground parking lot or a self-propelled multilevel parking lot surrounded by the surroundings. It has been found that the concentration of a specific gas derived from exhaust gas such as NOx, HC, and CO may gradually increase when it is caught in a part. It is considered that the exhaust gas tends to stay in a certain place without being distributed and diffused, and because the traveling speed of the automobile is relatively slow, the exhaust gas slowly enters the staying portion of the specific gas.
[0036]
In detecting the concentration change of the specific gas in such a place, in calculating the moving average value, the product of the predetermined interval and the first predetermined number is set to 20 to 120 seconds, that is, the moving average value is calculated. It was found that when the period was set to 20 to 120 seconds, noise and rapid changes in the concentration of the specific gas were removed, and the tendency of gradually increasing or decreasing the concentration could be properly determined. In such a place, it is considered that the increase or decrease in the concentration of the specific gas continues over a time interval of about 10 to 100 seconds.
[0037]
Further, in the present invention, the product of the predetermined interval and the second predetermined piece is set to be twice or more the product of the predetermined interval and the first predetermined piece, that is, the period for calculating the average value is the period for calculating the moving average value. 1.5 to 10 times (20 to 120 seconds).
If the period for calculating the average value is less than 1.5 times the period for calculating the moving average value, if the moving average value changes with the concentration change of the specific gas, the average value also changes without much delay. Resulting in. For example, when the concentration of a specific gas tends to increase, the moving average value also increases, but the average value (or the reference value obtained by shifting the average value by a predetermined bias value) also increases without much delay. For this reason, even if the moving average value is compared with the average value (or the reference value), the difference between the two is small, so that it may be difficult to detect the tendency of the specific gas concentration change slowly.
On the other hand, if it exceeds 10 times, the change in the average value is greatly delayed compared to the change in the moving average value. For example, even if the concentration of the specific gas once rises slowly and then decreases, the average value is It may be kept in a low concentration state by being affected by the sensor output value before rising. Then, even if the moving average value is compared with the average value, the decrease after the gas concentration has increased may not be detected accurately.
[0038]
Furthermore, the control system according to any one of the above, wherein the control system is an automatic outside air introduction control system for an automobile, and the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detection means or the gas concentration increase The control system may include a flap driving unit that opens and closes the flap based on the increase and decrease in the concentration of the specific gas detected by the decrease detection unit and the gas concentration decrease detection unit.
[0039]
In the present invention, the control system is an automatic outside air introduction control system for automobiles, which detects a change in concentration of a specific gas, or an increase or decrease in concentration, and based on this, opens and closes the flap by the flap driving means. Accordingly, the flap can be opened and closed in accordance with a slow concentration change of the specific gas that could not be detected in the prior art, so that the flap control closer to the olfactory sense of the passenger is possible.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings shown in FIGS. A circuit diagram and a block diagram shown in FIG. 1 schematically show an automatic outside air introduction control system 10 for an automobile according to the first embodiment. That is, the control system 10 has a sensor resistance value Rs whose sensor resistance value Rs changes depending on the concentration of a specific gas. Specifically, when the concentration of an oxidizing gas such as NOx gas increases, the sensor resistance value Rs increases. An oxide semiconductor gas sensor element 11 is used. When the power supply potential Vcc is divided by the gas sensor element 11 and the detection resistor 12 having a resistance value Rd connected in series with the gas sensor element 11, the operating point which is the voltage dividing point is determined by the change in the resistance value Rs of the gas sensor element 11. The sensor potential Vs of Pd changes. Specifically, when the concentration of the oxidizing gas such as NOx gas increases, the sensor potential Vs at the operating point Pd changes.
[0041]
Therefore, this sensor potential Vs is used as a sensor signal and input to the A / D conversion circuit (A / D conversion means) 14 via the buffer 13. In the present embodiment, the A / D conversion circuit 14 A / D converts the sensor voltage Vs at a sampling interval of 0.8 seconds to obtain a sensor output value Ds that is digitized in 8 bits.
Further, by inputting the sensor output value Ds to the input terminal 15A of the microcomputer 15 and performing processing according to the flow described later, the concentration change of the NOx gas can be determined from the sensor resistance value Rs of the gas sensor element 11 and its change. To detect. The A / D conversion circuit 14 described above converts 0 to 5 V into an 8-bit digital value, and the resolution is about 20 mV (≈5 V / 2).8= 19.5 mV).
Although not shown in detail, the microcomputer 15 has a known configuration, and includes a microprocessor that performs calculations, a RAM that temporarily stores programs and data, a ROM that stores programs and data, and the like. Moreover, the A / D conversion circuit 14 may be included.
[0042]
The microcomputer 15 is connected to the electronic control assembly 16 at the output terminal 15B. Specifically, in this embodiment, the electronic control assembly 16 is connected to a duct 21 connected to the interior of the automobile to be bifurcated, and an internal air intake duct 22 that takes in and circulates internal air and an external air intake duct 23 that takes in external air. The flap 24 for switching between and is controlled. That is, the flap drive circuit 17 is driven in accordance with the assembly control signal from the output terminal 15B, specifically, the flap open / close signal Sf, the actuator 18 is operated, and the flap 24 is rotated to rotate the inside air intake duct 22 and the outside air. One of the intake ducts 23 is connected to the duct 21. A fan 25 that pumps air is installed in the duct 21. For example, as shown by a solid line in FIG. 1, the flap 24 blocks the outside air intake duct 23 so that the outside air is prevented from entering the room, and the duct 21 communicates with the inside air intake duct 22 so that the inside air circulation state is established. Become. Conversely, as indicated by the broken line, when the flap 24 closes the inside air intake duct 22, the duct 21 communicates with the outside air intake duct 23 and the outside air is taken into the room.
[0043]
Next, the control in the control system 10 will be described with reference to FIG. When the engine is driven, the control system starts up. First, in step S11, the process waits until the gas sensor element 11 is activated. This is because the gas sensor element 11 cannot stably detect oxidizing gas such as NOx until it is activated by being heated by a heater.
When the gas sensor element 11 is activated, the process proceeds to step S12, the sensor signal, that is, the sensor voltage Vs is A / D converted every 0.8 seconds, the sensor output value Ds is read, and Ds (1), Ds ( 2),..., Ds (n) and are stored in chronological order.
Since it is sufficient to store 100 sensor output values Ds at maximum, it is necessary to erase the oldest sensor output value Ds (n-100) when reading a new sensor output value Ds (n). Memory can be reduced.
[0044]
In step S13, 50 moving average values Md of the sensor output values Ds are calculated. Specifically, when the sensor output values Ds for 50 (first predetermined number) are read, the 50 moving average values Md are calculated. That is, the moving average value Md (n) = (Ds (n)) from 50 sensor output values (Ds (n) to Ds (n−49)) retroactive to the latest one (Ds (n)). + Ds (n−1) +... + Ds (n−49)) / 50 is calculated.
[0045]
When the 50 moving average values are calculated from the 50 sensor output values Ds in this way, an average value of the sensor output values Ds for 40 seconds (= 0.8 seconds × 50) is obtained. For this reason, as can be seen from actual measurement data (see FIG. 3) described later, fast changes due to noise and partial fluctuations in the gas concentration contained in the sensor output value Ds are removed during the averaging process, and are slow. Only the slow fluctuation (swell) of the sensor output value Ds caused by the fluctuation of the gas concentration can be taken out. That is, calculating the moving average value Md is equivalent to performing a digital filtering process that passes only a low-frequency component except a high-frequency component included in discrete data, that is, a digital low-pass filter (LPF) process. is doing.
[0046]
In the present embodiment, the average value (50 moving average values Md) of the sensor output values Ds for 40 seconds is used. However, in the automatic outside air introduction control system for automobiles, from examination based on various travel patterns, It has been found that appropriate control can be achieved using an average value over a period of 20 to 120 seconds. In tunnels and underground parking lots, etc., it is thought that the concentration of exhaust gas (oxidation gas) increases or decreases over a time interval of about 10 to 100 seconds. This is because the effects of time fluctuations and noise are likely to appear. On the other hand, if it is longer than 120 seconds, the response of the automatic outside air introduction control system becomes too slow.
Further, since the moving average value is calculated in step S13, the 50 moving average values Md are calculated every time the sensor output value Ds is obtained in step S12, unlike the 100 average values Mm described later.
[0047]
In step S14, it is determined whether 100 new sensor output values Ds have been read. The 100 average value Mm obtained in step S15 to be described below is the next new 100 average value Mm when the sensor output value Ds for 100 pieces is measured, as can be seen from the actual measurement data (see FIG. 3). calculate. Therefore, every time the sensor output value Ds is obtained in step S12, the 100 average value Mm is calculated every 80 seconds (= 0.8 seconds × 100), unlike calculating the moving average value in step S13. Thus, until 100 new sensor output values Ds are read, step S15 is skipped and the process proceeds to step S16.
[0048]
In step S15, an average value Mm of 100 sensor output values Ds is calculated. Specifically, at step S14, when Yes, that is, when 100 new (second predetermined number) sensor output values Ds have been read, the average value Mm of those 100 is calculated. That is, the average value Mm = (Ds (n) + Ds (n−) from 100 sensor output values (Ds (n) to Ds (n−99)) retroactive to the latest one (Ds (n)). 1) + ... + Ds (n-99)) / 100 is calculated.
When the average value of 100 sensors is calculated from 100 sensor output values Ds in this way, an average value of sensor output values Ds for 80 seconds (= 0.8 seconds × 100) is obtained. As can be seen from the actual measurement data (see FIG. 3) described later, the rapid change due to the noise and the partial fluctuation of the gas concentration included in the sensor output value Ds is removed in the averaging process, and the slow gas concentration Only the slow fluctuation (swell) of the sensor output value Ds caused by the fluctuation can be extracted. That is, calculating the average value Mm is equivalent to performing digital filtering processing that passes only low frequency components except high frequency components included in discrete data, that is, digital low-pass filter (LPF) processing. ing.
[0049]
In addition, the 50 moving average values Md calculated in step S13 obtained moving average values of 50 sensor output values, whereas the 100 moving average values Mm calculated in step S15 obtained 100 sensors. The average output value is obtained. Therefore, as can be seen from the actual measurement data (see FIG. 3), the 100 average value Mm varies later than the 50 moving average value Md. Therefore, for example, when the concentration of oxidizing gas such as NOx is increasing, such as when a car enters a tunnel or underground parking lot, the 50 moving average value Md starts to rise faster, and the average value of 100 Mm rises with a delay. That is, when the 50 moving average value Md starts to rise, the 100 average value Mm is a value reflecting a low NOx gas concentration state (a state in which the outside air is clean). Conversely, when the concentration of the oxidizing gas tends to decrease, such as when a car leaves a tunnel or underground parking lot, the 50 moving average value Md starts to decrease earlier, and the 100 average value Mm is delayed. descend. That is, when the 50 moving average value Md starts to decrease, the 100 average value Mm is a value reflecting a state where the NOx gas concentration is high (a state where the outside air is contaminated).
[0050]
Therefore, the 100 average value Mm reflects the state before the gas concentration is increased or decreased when compared with the 50 moving average value Md. It can be seen that it can be used as a threshold for determining whether the concentration is rising or falling.
In the present embodiment, the 50 average moving value Md, which is the average value of the sensor output values for 40 seconds, is 100 times the average value Mm, which is twice the average value of the sensor output values for 80 seconds. Used as value.
[0051]
Furthermore, after calculating 100 average values Mm in step S15, a reference value Ba is calculated in step S16. The reference value Ba is obtained by adding a predetermined bias value Vi (Vi = 0.16 V in this embodiment) to the 100 average value Mm. That is, the reference value Ba = Mm + Vi is calculated.
[0052]
Next, in step S17, it is confirmed whether or not the flap open / close signal Sf output from the output terminal 15B of the microcomputer 15 is outputting a flap close signal. If No, that is, the flap opening signal is output, the flap 24 is opened, and the outside air is taken in from the outside air intake duct 23 as shown by the broken line in FIG. 1, the process proceeds to step S18. It is determined whether the flap 24 needs to be closed.
If Yes in step S17, that is, if a flap closing signal is output, the process proceeds to step S20 to determine whether or not to open the flap 24.
[0053]
Specifically, in step S18, it is determined whether or not the 50 moving average value Md is greater than or equal to the reference value Ba. That is, it is determined whether Md ≧ Ba.
Here, if Yes, that is, the 50 moving average value Md is equal to or greater than the reference value Ba, it is determined that the sensor output value Ds is increasing, that is, the concentration of the oxidizing gas in the outside air is increasing. In step S19, the flap opening / closing signal Sf output from the output terminal 15B is used as the flap closing signal to drive the flap driving circuit 17 and the actuator 18, and as shown by the solid line in FIG. The duct 21 communicates with the inside air intake duct 22 to take in and circulate the inside air. Then, it returns to step S12 again and repeats subsequent operation | movement which reads the sensor signal Ds.
[0054]
On the other hand, if No in step S18, that is, if the 50 moving average value Md is smaller than the reference value Ba, the flap 24 does not need to be closed, and the process directly returns to step S12.
[0055]
If “Yes” is determined in step S17, it is determined whether or not the flap 24 needs to be opened in step S20. Specifically, it is determined whether or not the 50 moving average value Md is smaller than the 100 average value Mm. That is, it is determined whether Md <Mm.
Here, if Yes, that is, the 50 moving average value Md is smaller than the 100 average value Mm, it is determined that the sensor output value Ds tends to decrease, that is, the concentration of the oxidizing gas in the outside air tends to decrease. Therefore, in step S21, the flap opening / closing signal Sf output from the output terminal 15B is used as a flap opening signal to drive the flap driving circuit 17 and the actuator 18, and as shown by the broken line in FIG. 21 is communicated with the outside air intake duct 23 to take in outside air. Then, it returns to step S12 again and repeats subsequent operation | movement.
[0056]
In this way, the moving average process that acts as an LPF process is performed on the sensor output value Ds, and 50 slow changes are extracted as the moving average value Md, which is used as a threshold value, that is, the reference value Ba or 100. Since the change in the concentration of the oxidizing gas is detected as compared with the individual average value Mm, even when the concentration of the oxidizing gas slowly rises or falls, the flap 24 is opened and closed accurately, and the automatic outside air introduction control of the automobile is performed. It can be performed.
In particular, in this embodiment, since the moving average value is calculated as the LPF processing, it is possible to perform simple arithmetic processing such as addition and division of 50 sensor output values Ds.
[0057]
Further, in the present embodiment, the average value Mm obtained by performing an average process that acts as an LPF process on the sensor output value Ds to extract a change more slowly than the 50 moving average value Md, or the average value Mm. A reference value Ba to which a predetermined bias value Vi is added is used as a threshold value. Therefore, unlike the case where a fixed value is used as the threshold value, it is possible to follow the drift of the sensor resistance value Rs of the gas sensor element 11 caused by extremely slow fluctuations in the gas concentration and environmental changes such as temperature and humidity. Therefore, it is possible to prevent the phenomenon of bias that the 50 moving average value Md is constantly increased or decreased with respect to the threshold value. That is, since an appropriate threshold value can always be compared with that, a change in the concentration of the oxidizing gas can be detected more accurately, the flap 24 can be opened and closed, and automatic outside air introduction control of the automobile can be performed.
[0058]
Further, in the first embodiment, when outputting the flap closing signal, the 50 moving average value Md is not compared with the 100 average value Mm but with the reference value Ba obtained by adding a predetermined bias value Vi to the moving average value Md, When outputting the flap open signal, the 50 moving average value Md was compared with the 100 moving average value Mm. That is, the hysteresis was given differently from the reference | standard which opens the flap 24, and the reference | standard which closes. In this way, when the sensor output value tends to increase (and therefore the concentration of the oxidizing gas also increases), when the 50 moving average value Md increases by the bias value Vi, that is, there is a large increase tendency. The flap closing signal is output only when the reflected value is reached.
For this reason, when the 50 moving average value Md and the 100 moving average value Mm become substantially the same value, a slight change in the 50 moving average value Md causes the flap closing signal and the flap opening as the flap opening / closing signal Sf. It is possible to prevent chattering phenomenon that the flap 24 flutters by alternately outputting signals.
[0059]
Next, actual measurement data of the automatic outside air introduction control system 10 for an automobile according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The graph shown in FIG. 3 is actual measurement data obtained by traveling on a road, and includes traveling in a tunnel for a period of about 300 seconds. This graph shows changes in the sensor output value Ds obtained by A / D converting the sensor voltage of the gas sensor element 11, the 50 moving average values Md, the 100 average values Mm, and the reference value Ba. In addition, as a result of the control based on the above-described flowchart (see FIG. 2), the states of the flap open / close signal Sf (open signal and close signal) output to the output terminal 15B of the microcomputer 15 are listed below the graph. .
[0060]
As can be easily understood from the graph shown in FIG. 3, the sensor output value Ds that directly reflects the change in the sensor resistance Rs of the gas sensor element 11 increases and decreases in a short time. This is probably because the concentration of the oxidizing gas that reaches the gas sensor element 11 changes in a short time because the exhaust gas from the front, rear, left, and right automobiles is exposed in a situation in which the wind direction is constantly changing while the automobile is running. It is also considered that noise is included.
On the other hand, the 50 moving average values Md change with time, as can be clearly seen when compared with the transition of the sensor output value Ds. Only the gradual fluctuation of the sensor output value Ds is generated. Thus, it can be seen that the moving average value calculation process is one of the digital low-pass filter processes.
Further, the 100 average value Mm and the reference value Ba change with time, as can be seen from comparison with the transition of the sensor output value Ds, but the change in a short time is removed, and the gas concentration is slowly reduced. There is only a gradual change in the sensor output value Ds caused by the change. Thus, it can be seen that the average value calculation process is also one of the digital low-pass filter processes. In addition, as described above, it can be seen that the changes in the 100 average value Mm and the reference value Ba fluctuate in time with respect to the 50 moving average value Md. Therefore, when compared with the 50 moving average value Md at the same time, it can be seen that the 100 average value Mm and the reference value Ba reflect the state before the gas concentration increases or decreases.
[0061]
Based on the transition of the sensor output value Ds, 50 moving average value Md, 100 average value Mm, and reference value Ba, the flap closing signal is obtained when Md ≧ Ba, and the case when Md <Mm. When the flap opening / closing signal Sf is controlled so as to output the flap opening signal, it is shown in parallel below the graph of FIG.
[0062]
As can be easily understood from the graph shown in FIG. 3, the flap opening / closing signal Sf is closed during the tunnel traveling period, but the flap is opened except for a part other than that. Since the 50 moving average value Md is compared with the reference value Ba in step S18, the upward trend of the sensor output value Ds is reflected on the 50 moving average value Md by the bias value Vi (= 0.16V), that is, This is because the control for closing the flap is performed after the upward trend has appeared.
[0063]
Here, in the graph shown in FIG. 3, traveling in the tunnel and a portion before and after that (portion of time 3800 to 4500 seconds) will be described with reference to the graph of FIG. 4 showing the enlarged portion. As the car enters the tunnel, the concentration of oxidizing gas begins to rise gradually. Then, the moving average value Md of 50 begins to increase with a delay, and the average value Mm of 100 increases with a delay.
[0064]
As can be easily understood from the graph shown in FIG. 3, such a gradual increase in gas concentration can be detected separately from the other cases only from the sensor voltage Vs (sensor output value Ds). difficult. In addition, in the signal processing by analog or digital differentiation, a fast change in the sensor voltage Vs can be detected, but a gentle change makes the differential value too small and it becomes more difficult to detect separately from other cases.
On the other hand, in the control system 10 of this embodiment, as shown in the graph of FIG. 4, it turns out that the density | concentration rise of the gradual oxidation gas is detected and the flap closing signal is output appropriately.
[0065]
Further, when the automobile passes through the tunnel, the concentration of the oxidizing gas starts to decrease, and after that, the 50 moving average value Md starts to decrease, and after that, the 100 average value Mm and the reference value Ba decrease. .
Even for such a gradual decrease in gas concentration, the control system 10 of the present embodiment detects this and outputs a flap opening signal appropriately as shown in the graph of FIG. I understand.
As can be seen from the above, the automatic outside air introduction control system 10 according to the present embodiment can appropriately open and close the flap 24 when an automobile enters or exits a tunnel or an underground parking lot. .
[0066]
As described above, according to the automatic outside air introduction control system 10 of the present embodiment, it is possible to suppress the fluttering (chattering) in which the gas concentration increase detection and the gas concentration decrease detection are frequently switched, and moreover, the mild oxidizing gas Therefore, the flap 24 can be opened and closed appropriately.
[0067]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The automatic outside air introduction control system 20 (see FIG. 1) of the second embodiment has the same gas sensor element 11 and circuit configuration as the automatic outside air introduction control system 10 of the first embodiment, and similarly opens and closes the flap 24. It is. However, the control flow of the first embodiment compares the 50 moving average value Md with the reference value Ba when determining an increase in the concentration of oxidizing gas, and 50 moving average value when determining a decrease in concentration. Md was compared with an average value Mm of 100 (see FIG. 2, steps S18 and S20). On the other hand, the control flow of the second embodiment is almost the same as the control flow of the first embodiment, but only 100 average values Mm are used, and the concentration of oxidizing gas is both increased and decreased. The 50 moving average value Md is different from the 100 moving average value Mm.
Therefore, different parts will be mainly described, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.
[0068]
As described above, the automatic outside air introduction control system 20 (see FIG. 1) of the second embodiment is the same as the automatic outside air introduction control system 10 of the first embodiment. And as shown in FIG. 5, step S11-S15 are the same also about the control flow.
However, after calculating 100 average values Mm in step S15, there is no equivalent of step S16 in the first embodiment.
Thereafter, in step S17, as in the first embodiment, it is confirmed whether or not a flap closing signal is output.
If No, that is, the flap opening signal is output, the flap 24 is opened, and the outside air is taken in from the outside air intake duct 23 as shown by the broken line in FIG. 1, the process proceeds to step S18A. It is determined whether the flap 24 needs to be closed.
[0069]
In step S18A, unlike the first embodiment, it is determined whether or not the 50 moving average value Md is greater than or equal to the 100 average value Mm. That is, it is determined whether Md ≧ Mm.
Here, when Yes, that is, when the 50 moving average value Md is equal to or greater than 100 average value Mm, it is determined that the sensor output value Ds tends to increase, that is, the concentration of oxidizing gas such as NOx in the outside air tends to increase. To do. Therefore, in the same manner as in the first embodiment, in step S19, the flap opening / closing signal Sf output from the output terminal 15B is used as the flap closing signal to drive the flap driving circuit 17 and the actuator 18, and as shown by the solid line in FIG. The flap 24 is closed, the duct 21 is communicated with the inside air intake duct 22 and the inside air is taken in and circulated. Then, it returns to step S12 again and repeats subsequent operation | movement which reads the sensor signal Ds.
[0070]
On the other hand, if it is No in step S18A, that is, if the 50 moving average value Md is smaller than 100 average value Mm, it is not necessary to close the flap 24, and the process directly returns to step S12.
[0071]
If “Yes” is determined in step S17, as in the first embodiment, it is determined in step S20 whether the flap 24 needs to be opened, specifically, whether Md <Mm.
Here, in the case of Yes, it is determined that the sensor output value Ds tends to decrease, that is, the concentration of oxidizing gas in the outside air tends to decrease, and in step S21, a flap opening signal is output from the output terminal 15B. The drive circuit 17 and the actuator 18 are driven to open the flap 24 and take in outside air. Then, it returns to step S12 again and repeats subsequent operation | movement.
[0072]
As described above, in the control flow of the second embodiment, the 50 moving average value Md is compared with the 100 average value Mm when outputting the flap closing signal or the flap closing signal. As described above, with respect to the gas concentration change, the average value of 100 changes Mm with a delay from the moving average value 50 of 50. Therefore, when the gas concentration tends to increase, the 100 average value Mm represents a state where the gas concentration is low. On the contrary, when the gas concentration tends to decrease, the 100 average value Mm represents a state in which the gas concentration is high. Therefore, by comparing the 50 moving average value Md with the 100 moving average value Mm, it can be determined whether the gas concentration is increasing or decreasing.
As described above, since only 100 average values Mm are used as threshold values, the processing becomes easier as compared with the second embodiment. However, as described above, when the 50 moving average value Md and the 100 moving average value Mm become substantially the same value, the flap open / close signal Sf is changed to the flap closing with a slight fluctuation of the 50 moving average value Md. The signal and the flap open signal are alternately output, and the chattering phenomenon in which the flap 24 flutters easily occurs.
[0073]
(Modification 1)
In the first and second embodiments, the power supply voltage Vcc is divided by the gas sensor element 11 and the detection resistor 12, and the sensor potential Vs at the operating point Pd is used as an output signal.
However, the output signal of the gas sensor element 11 can be obtained by another circuit configuration. For example, the control system 30 having the gas sensor element driving circuit 32 shown in FIG. 6 can be used.
The gas sensor element drive circuit 32 is a circuit for obtaining a sensor voltage Vs (output signal) at the operating point Pd that changes according to the sensor resistance value Rs of the gas sensor element 11, and includes a pulse input terminal 32A and an output terminal 32B. Have.
A fixed resistor 35 having a resistance value Rc and a diode 36 are connected in series to the pulse input terminal 32A, and connected to the other end 34A of the capacitor 34 having one end 34B grounded by a capacitance C. Further, the gas sensor element 11 is arranged in parallel with the capacitor 34, one end 11 </ b> B is grounded, and the other end 11 </ b> A is connected to the other end 34 </ b> A of the capacitor 34. This connection point is the operating point Pd. A sensor potential Vs at this operating point Pd is led to the output terminal 32B. The diode 36 is connected in a direction in which the capacitor 34 side is a cathode.
[0074]
The sensor potential Vs is A / D converted by the A / D conversion circuit 14 and processed by the microcomputer 35 to detect a change in gas concentration. As in the first and second embodiments, the microcomputer 35 is connected to the electronic control assembly 16 (specifically, the fan out drive circuit 17 and the actuator 18).
Further, the microcomputer 35 outputs a pulse signal Sc from an open drain type control output terminal 35C according to the sensor output value Ds and the like. The gas sensor element drive circuit 32 is driven by the pulse signal Sc. The pulse signal Sc is a pulse signal having a frequency fp in which two potentials of 0 V and +5 V alternately appear as shown in a circle in the lower part of FIG. 6, and the duty ratio DT (%) of the pulse signal Sc is DT = 100t1 / (t1 + t2).
[0075]
When the pulse signal Sc applied to the input terminal 32A of the gas sensor element driving circuit 32 becomes high level, the capacitor 34 is charged through the fixed resistor 35 and the diode 36 with a time constant τ1 = C · Rc · Rs / (Rc + Rs). Is done.
On the other hand, when the pulse signal Sc becomes low level, the electric charge of the capacitor 34 is discharged through the gas sensor element 11 with a time constant τ2 = CRs.
When the pulse signal Sc is repeatedly input, a steady state in which charging and discharging are balanced is achieved, and the sensor voltage Vs has a substantially constant value although it has a slight ripple Vr as shown in the upper circle of FIG. Since this sensor voltage Vs changes in accordance with the sensor resistance value Rs, it is possible to detect a change in gas concentration by performing A / D conversion on the sensor voltage Vs and processing in the same manner as in the first and second embodiments. it can.
[0076]
In addition, the charging voltage of the capacitor 34 can be changed according to the duty ratio DT of the pulse signal Sc.
In the circuit (see FIG. 1) for dividing the power supply voltage Vcc by the gas sensor element 11 and the detection resistor 12 to obtain the sensor voltage Vs shown in the first and second embodiments, the sensor resistance value Rs depends on the environment such as temperature and humidity. May fluctuate near the power supply potential Vcc or near the ground potential. Then, even if the sensor resistance value Rs further changes due to the gas concentration change, the change in the sensor voltage Vs due to the change may be small, and the gas concentration change may not be detected accurately.
On the other hand, in the control system 30 including the gas sensor element driving circuit 32 according to the present modification, the sensor voltage Vs is set to, for example, 1 to 1, by appropriately selecting the duty ratio DT of the pulse signal Sc even in such a case. There is an advantage that the fluctuation of the sensor voltage Vs due to the change of the gas concentration can be accurately measured within a desired range such as 3.5V.
[0077]
(Modification 2)
Next, a second modification will be described with reference to FIG. In the gas sensor element driving circuit 32 according to the first modification, the capacitor 34 and the gas sensor element 11 are connected in parallel and discharged via the gas sensor element 11. On the other hand, in the gas sensor element drive circuit 42 of the control system 40 of the present embodiment, the control output terminal 35C in which the electric charge accumulated in the capacitor 44 becomes the ground potential (0 V) via the gas sensor element 11 and the second diode 45. It differs in that it is discharged back to discharge. Therefore, it demonstrates centering on a different part.
[0078]
In the gas sensor element driving circuit 42 according to the second modification, a first resistor 47 having a fixed resistor 46 and the capacitor 44 side as a cathode between the pulse input terminal 42A and the other end 44A of the capacitor 44 whose one end 44B is grounded. Are connected in parallel to each other, and an SD series circuit 49 in which a second diode 45 having an anode on the side of the capacitor 44 and the gas sensor element 11 is connected in series. The other end 44A of the capacitor is the operating point Pd, and the sensor potential Vs of this operating point Pd is led to the output terminal 42B.
[0079]
When the pulse signal Sc output from the control output terminal 35C of the microcomputer 35 becomes high level, the capacitor 44 is charged through the RD series circuit 48 with a time constant τ1 = CRc. Further, when the pulse signal Sc becomes low level, the charge stored in the capacitor 44 is discharged through the SD series circuit 49 with the time constant τ2 = CRs.
When the pulse signal Sc is repeatedly input, the sensor voltage Vs becomes a substantially constant value as in the first modification. Since this sensor voltage Vs changes in accordance with the sensor resistance value Rs, it is possible to detect a change in gas concentration by performing A / D conversion on the sensor voltage Vs and processing in the same manner as in the first and second embodiments. it can.
[0080]
In addition, the charging voltage of the capacitor 44 can be changed according to the duty ratio DT of the pulse signal Sc. For this reason, as in the first modification, when the sensor resistance value Rs fluctuates greatly depending on the environment such as temperature and humidity, even if the sensor voltage Vs is biased near the power supply potential Vcc or near the ground potential, the pulse signal By appropriately selecting the duty ratio DT of Sc, the sensor voltage Vs is kept in a desired range such as 1 to 3.5 V, and the fluctuation of the sensor voltage Vs due to the change of the gas concentration is reliably measured within the voltage range. it can.
[0081]
  In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
  For example, in the first and second embodiments, the 100 average value Mm is calculated, but instead of this, the 100 moving average value calculated from the 100 sensor output values Ds is used, or this 100 moving average value is used. In addition, an increase or decrease in gas concentration may be detected using a reference value obtained by adding a bias value Vi to this.
[0082]
Further, in the first and second embodiments, the moving average value or the average value is calculated as the digital low-pass filter processing. However, the digital low-pass filter processing has a desired characteristic by multiplying each sensor output value by an appropriate coefficient. Obviously, pass-pass filtering may be used.
In each of Embodiments 1 and 2 and Modifications 1 and 2, the type of gas sensor element 11 having sensitivity to an oxidizing gas such as NOx is used. However, other reducing gases such as CO and HC are used. It is also possible to use a gas sensor element having sensitivity to the above.
In any of the first and second embodiments and the first and second modifications, a circuit configuration in which the sensor voltage Vs (and hence the sensor output value Ds) increases due to an increase in the sensor resistance value Rs is used. On the contrary, when the sensor resistance value Rs increases, the sensor voltage Vs may be decreased.
[0083]
In the first embodiment, the reference value Ba is obtained by adding the bias value Vi to the 100 average value Mm (Ba = Mm + Vi), and the reference value Ba is raised with respect to the 100 average value Mm. On the other hand, when the concentration of the specific gas increases due to the configuration of the gas sensor element and the drive circuit, when the sensor voltage Vs (and sensor output value Ds) decreases, the predetermined bias value Vi is set from the 100 average value Mm. You only have to deduct or deduct.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram and a block diagram showing a configuration of a control system using a gas sensor driving circuit and gas sensor elements according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of control in the control system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing the state of NOx gas actual measurement data, 50 moving average values, 100 average values, reference values, and flap opening / closing signals of the control system according to the first embodiment;
4 is an enlarged graph showing a portion before and after entering a tunnel in the graph shown in FIG.
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of control in the control system according to the second embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram and a block diagram showing a configuration of a control system using another gas sensor drive circuit and gas sensor elements.
FIG. 7 is a circuit diagram and a block diagram showing a configuration of a control system using another gas sensor drive circuit and gas sensor elements.
[Explanation of symbols]
10,20 Automatic outside air introduction control system (control system)
11 Gas sensor element
12 Sensing resistor
14 A / D conversion circuit (A / D conversion means)
15 Microcomputer
16 Electronic control assembly
17 Flap drive circuit
18 Actuator
24 flaps

Claims (5)

特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、A control system using a gas sensor element that detects a concentration change of a specific gas,
上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、  A / D conversion means for A / D converting an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals and outputting a sensor output value;
上記所定間隔毎に新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、  Moving average value calculating means for calculating a moving average value from the first predetermined number of sensor output values retroactively from the new one at each predetermined interval;
新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分毎に、上記センサ出力値の平均値を算出する平均値算出手段と、  An average value calculating means for calculating an average value of the sensor output values for every second predetermined number larger than the first predetermined number retroactively;
上記移動平均値を、上記特定ガスの濃度上昇および上記特定ガスの濃度低下を検出するためのしきい値である上記平均値と比較して、上記特定ガス濃度の変化を検出するガス濃度変化検出手段と、  Gas concentration change detection that detects a change in the specific gas concentration by comparing the moving average value with the average value that is a threshold for detecting an increase in the concentration of the specific gas and a decrease in the concentration of the specific gas Means,
を備え、With
前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システム。A control system for controlling the control system based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detection means. 特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、A control system using a gas sensor element that detects a concentration change of a specific gas,
上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、  A / D conversion means for A / D converting an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals and outputting a sensor output value;
上記所定間隔毎に、新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から第１デジタル低域通過フィルタ処理により第１ＬＰＦ処理値を算出する第１ＬＰＦ処理値算出手段と、  A first LPF process value calculating means for calculating a first LPF process value by a first digital low-pass filter process from a first predetermined number of sensor output values retroactively from the new one at each predetermined interval;
上記所定間隔毎に、新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分の上記センサ出力値から第２デジタル低域通過フィルタ処理により第２ＬＰＦ処理値を算出する第２ＬＰＦ処理値算出手段と、  A second LPF processing value for calculating a second LPF processing value by a second digital low-pass filter processing from a second predetermined number of sensor output values that are larger than the first predetermined number retroactively at each predetermined interval. A calculation means;
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移動する方向に、所定バイアス値だけ上記第２ＬＰＦ処理値をシフトさせた基準値を算出する基準値算出手段と、  Reference value calculating means for calculating a reference value obtained by shifting the second LPF processing value by a predetermined bias value in a direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases;
上記第１ＬＰＦ処理値を上記基準値と比較して上記特定ガスの濃度上昇を検出するガス濃度上昇検出手段と、  Gas concentration increase detection means for comparing the first LPF treatment value with the reference value and detecting an increase in concentration of the specific gas;
上記第１ＬＰＦ処理値を上記第２ＬＰＦ処理値と比較して上記特定ガスの濃度低下を検出するガス濃度低下検出手段と、  Gas concentration decrease detection means for detecting a decrease in concentration of the specific gas by comparing the first LPF process value with the second LPF process value;
を備え、With
前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システム。A control system for controlling the control system based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detection means. 特定ガスの濃度変化を検出するガスセンサ素子を用いた制御システムであって、A control system using a gas sensor element that detects a concentration change of a specific gas,
上記ガスセンサ素子からの出力信号を所定間隔毎にＡ／Ｄ変換してセンサ出力値を出力するＡ／Ｄ変換手段と、  A / D conversion means for A / D converting an output signal from the gas sensor element at predetermined intervals and outputting a sensor output value;
上記所定間隔毎に新しいものから遡って第１所定個分の上記センサ出力値から移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、  Moving average value calculating means for calculating a moving average value from the first predetermined number of sensor output values retroactively from the new one at each predetermined interval;
新しいものから遡って上記第１所定個よりも大きい第２所定個分毎に、上記センサ出力値の平均値を算出する平均値算出手段と、  An average value calculating means for calculating an average value of the sensor output values for every second predetermined number larger than the first predetermined number retroactively;
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移動する方向に、所定バイアス値だけ上記平均値をシフトさせた基準値を算出する基準値算出手段と、  Reference value calculation means for calculating a reference value obtained by shifting the average value by a predetermined bias value in a direction in which the sensor output value moves when the concentration of the specific gas increases;
上記移動平均値を上記基準値と比較して上記特定ガスの濃度上昇を検出するガス濃度上昇検出手段と、A gas concentration increase detection means for detecting the concentration increase of the specific gas by comparing the moving average value with the reference value;
上記移動平均値を上記平均値と比較して上記特定ガスの濃度低下を検出するガス濃度低下検出手段と、A gas concentration decrease detecting means for detecting a decrease in concentration of the specific gas by comparing the moving average value with the average value;
を備え、With
前記ガス濃度変化検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、当該制御システムを制御する制御システム。A control system for controlling the control system based on the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration change detection means. 請求項１または３に記載の制御システムであって、The control system according to claim 1 or 3,
上記制御システムは、自動車の自動外気導入制御システムであり、The control system is an automatic outside air introduction control system for automobiles,
前記所定間隔と前記第１所定個との積を、２０〜１２０秒とし、  The product of the predetermined interval and the first predetermined piece is 20 to 120 seconds,
前記所定間隔と前記第２所定個との積を、上記所定間隔と第１所定個との積の１．５〜１０倍とした  The product of the predetermined interval and the second predetermined piece is 1.5 to 10 times the product of the predetermined interval and the first predetermined piece.
制御システム。Control system. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の制御システムであって、A control system according to any one of claims 1 to 4,
上記制御システムは、自動車の自動外気導入制御システムであり、The control system is an automatic outside air introduction control system for automobiles,
前記ガス濃度変化検出手段、または前記ガス濃度上昇低下検出手段及びガス濃度低下検出手段により検出した前記特定ガスの濃度変化に基づいて、フラップを開閉させるフラップ駆動手段  Flap drive means for opening and closing a flap based on the gas concentration change detection means or the concentration change of the specific gas detected by the gas concentration increase / decrease detection means and the gas concentration decrease detection means
を備える制御システム。A control system comprising:
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