JP6493142B2 - ガス検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に備えられるガス検知装置に関する。

車両に備えられるガス検知装置は、車室内における特定の検知対象ガスの濃度をセンサによって検知する装置である。検知対象ガスとしては、例えば一酸化炭素のように、人体に有毒なガス等が挙げられる。検知対象ガスの濃度が高くなったときには、ガス検知装置は運転者への報知を行う。これにより、車室内の換気及び車両の点検を促す。

検知対象ガスの濃度を検知するためのセンサとしては、例えば半導体式のガス検知素子のように、検知対象ガスの濃度に応じてその電気的特性値を変化させるものが用いられる。下記特許文献１には、ガス検知素子の電気的特性値（具体的には抵抗値）の変化に基づいてガス濃度を検出する構成のガス検出装置が記載されている。

このような構成のガス検知装置によれば、現時点におけるセンサの電気的特性値と、所定の閾値とを比較することにより、車室内のガス濃度が異常か否かの判定を行うことができる。例えば、下記特許文献１に記載されているような構成のガス検知装置においては、ガス検知素子の抵抗値が所定の閾値を下回ったときに、ガス濃度が異常であるとの判定及び報知がなされることとすればよい。

ところで、実際のガス濃度と、ガス検知素子の電気的特性値との関係は常に同じなのではなく、継時的に変化することが知られている。このため、ガス濃度が異常か否かを判定するための閾値として、常に同じ固定値が用いられることは好ましくない。

そこで、電気的特性値の継時的な変化に基づいて、閾値を適宜更新することが考えられる。このような閾値の更新は、ガス検知装置の分野に限らず、他の種類の検知装置でも一般的に行われている。例えば、下記特許文献２に記載された光電センサは、受光量の移動平均相当値を周期的に算出し、当該移動平均相当値にオフセット値を加算することによって受光量閾値を設定している。このような受光量閾値と実際の受光量とを比較することにより、光電センサによる判定（この場合は物体の有無についての判定）を正確に行うことが可能となっている。

特開２０１３−２５０１７９号公報 特開２００３−８７１０７号公報

上記特許文献２に記載されているような判定方法をガス検知装置に適用した場合には、センサの電気的特性値の移動平均値に基づいて閾値が設定されることとなる。電気的特性値が急激に変化した場合には、電気的特性値と閾値との乖離量が大きくなる。このため、ガス濃度の異常を検知することができる。

一方、車室内におけるガス濃度が時間をかけて徐々に高くなっていった場合には、センサの電気的特性値及びその移動平均値も緩やかに変化して行く。このため、移動平均値に基づいて設定される閾値も緩やかに変化していくこととなる。

その結果、運転者への報知が必要なレベルまでガス濃度が高くなった場合であっても、電気的特性値と閾値との乖離量が小さいままとなり、ガス濃度が異常であるとの判定がなされない可能性が生じてしまう。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス濃度と、センサの電気的特性値との関係が継時的に変化した場合であっても、車室内におけるガス濃度の異常を正確に判定することのできるガス検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るガス検知装置は、車両に備えられるガス検知装置（１０）であって、車両の車室（ＲＭ）内における検知対象ガスの濃度、であるガス濃度に応じて電気的特性値を変化させるセンサ部（２００）と、電気的特性値を閾値と比較することにより、ガス濃度が異常であるか否かを判定する制御部（１００）と、を備える。制御部は、ガス検知装置が起動された直後における電気的特性値を基準値として記憶しており、当該基準値に基づいて閾値を設定するように構成されている。制御部は、ガス検知装置が起動される毎の基準値を、直近の所定回数分だけ記憶しており、記憶している複数個の基準値の平均値に基づいて閾値を設定するように構成されている。

ガス検知装置が起動された直後は、車両の内燃機関が始動されて間もないタイミングであるから、このときの車室内の空気は清浄である可能性が高い。つまり、車室内における検知対象ガスの濃度は十分に小さい可能性が高い。そこで、上記構成のガス検知装置では、起動された直後におけるセンサ部の電気的特性値を、閾値を設定するための基準値として用いることとしている。この基準値は、空気が清浄でありガス濃度が十分に小さいときにおける電気的特性値である。

つまり、上記のようなガス検知装置においては、ガス検知装置が起動される毎に、車室内の空気が清浄である状態においてセンサ部の校正が行われている、ということもできる。このため、ガス濃度と、センサの電気的特性値との関係が継時的に変化していたとしても、車室内におけるガス濃度及びその異常を正確に判定することができる。

尚、上記における「ガス検知装置が起動された直後」とは、ガス検知装置が起動されてから、車室内におけるガス濃度の変化が無視できる程度、の短い時間しか経過していないタイミングのことを言う。

本発明によれば、ガス濃度と、センサの電気的特性値との関係が継時的に変化した場合であっても、車室内におけるガス濃度の異常を正確に判定することのできるガス検知装置が提供される。

本発明の実施形態に係るガス検知装置、及び当該ガス検知装置が搭載された車両の構成を模式的に示す図である センサ部の構成を示す回路図である。 ガス検知装置の機能的な構成を示すブロック図である。 センサ部の抵抗値が変化する様子の例を示すグラフである。 制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係るガス検知装置１０について説明する。図１には、ガス検知装置１０が搭載された車両の車室ＲＭのうち、運転席の近傍の部分のみが模式的に示されている。尚、図１における左側が車両の前方側であり、右側が車両の後方側である。

ガス検知装置１０は、車室ＲＭ内における検知対象ガスの濃度（以下、単に「ガス濃度」とも表記する）を検知して、ガス濃度が高くなり過ぎたときには運転者Ｍへの報知を行うように構成されている。本実施形態では、検知対象ガスは一酸化炭素である。ガス検知装置１０は、制御部１００と、センサ部２００と、報知部３００と、を備えている。

制御部１００は、ガス検知装置１０の全体の動作を制御する部分である。制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されており、車室ＲＭの外側、例えばフロントパネルの裏側の空間等に配置される。制御部１００の具体的な機能については後に説明する。

センサ部２００は、車室ＲＭ内のガス濃度を検知するためのセンサである。センサ部２００は、車室ＲＭのうち天井に設けられた照明カバー４００の内側に配置されている。照明カバー４００には、二つの開口４１０、４２０が形成されている。開口４１０は、照明カバー４００のうち後方側部分に形成されており、車室ＲＭ内の空気が照明カバー４００内に取り込まれる際の空気の入口となっている。開口４２０は、照明カバー４００のうち前方側部分に形成されており、照明カバー４００内から空気が排出される際の空気の出口となっている。

照明カバー４００の内部のうち、センサ部２００よりも後方側となる位置には、送風機４３０が設けられている。送風機４３０は、後方側から前方側に向かう方向に空気を送り出すファンである。送風機４３０が動作しているときには、車室ＲＭ内の空気が開口４１０から照明カバー４００内に取り込まれる。当該空気は照明カバー４００内を前方側に向かって流れ、センサ部２００を通過した後、開口４２０から照明カバー４００の外へと排出される。送風機４３０の動作は、制御部１００によって制御される。センサ部２００によるガス濃度の測定が行われるときには、送風機４３０は常に動作中とされる。

センサ部２００は、金属酸化物半導体の焼結体によって形成された検知部ＲＶ（図１では不図示）を有するセンサである。検知部ＲＶは、周囲のガス濃度に応じてその電気的特性値を変化させるものである。電気的特性値とは、具体的には抵抗値である。ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値は小さくなる。尚、センサ部２００としては、上記のようにガス濃度に応じて内部の抵抗値を変化させるものが用いられてもよいが、ガス濃度に応じて他の電気的特性値（例えば電流値や電圧値）を変化させるものが用いられてもよい。また、上記のようなセンサ部２００に替えて、ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値が大きくなるようなセンサ部２００が用いられてもよい。

図２には、センサ部２００の構成が回路図として示されている。図２に示されるように、センサ部２００は、電源ＶＳに対して抵抗Ｒ０と検知部ＲＶとが直列に接続された構成となっている。抵抗Ｒ０は、固定の抵抗値を有する抵抗素子である。検知部ＲＶは、上記のようにガス濃度に応じてその抵抗値を変化させる可変抵抗として配置されている。電源ＶＳは、一定の電圧（例えば５Ｖ）を出力する定電圧源である。

電源ＶＳの電圧は、抵抗Ｒ０と検知部ＲＶとのそれぞれの抵抗値の比率に応じて分圧される。このため、ガス濃度が変化し、検知部ＲＶの抵抗値が変化すると、検知部ＲＶの両端に掛る電圧も変化する。センサ部２００には、検知部ＲＶの両端の電圧を測定するための電圧計ＭＶが設けられている。センサ部２００は、電圧計ＭＶで計測された電圧に基づいて検知部ＲＶの抵抗値を算出する。算出された抵抗値は、制御部１００へ送信される。

尚、上記のような態様に替えて、電圧計ＭＶで計測された電圧が制御部１００へと送信され、制御部１００において検知部ＲＶの抵抗値が算出される態様であってもよい。また、検知部ＲＶの両端の電圧が制御部１００に直接入力され、その値が制御部１００側において計測されるような態様であってもよい。このように、検知部ＲＶの抵抗値が、直接又は間接的に制御部１００によって検知されるような態様であればよい。

図１に戻って説明を続ける。報知部３００は、ガス検知装置１０の検知結果を運転者Ｍに報知するための部分である。報知部３００はフロントパネルに設けられており、警告音を鳴らしたり、警告ランプを点灯させたりすることにより、ガス濃度が異常である旨を運転者Ｍに報知する。報知部３００の上記動作は制御部１００によって制御される。

図３を参照しながら、制御部１００の機能的な構成について説明する。図３に示されるように、制御部１００は機能的な制御ブロックとして、検出部１１０と、演算部１２０と、判定部１３０と、記憶部１４０と、を有している。

検出部１１０は、センサ部２００から送信される電気信号を受信して、現時点における検知部ＲＶの抵抗値を取得する部分である。上記のように、検出部１１０に入力される情報は抵抗値であってもよいが、抵抗値に対応する他の物理量（例えば検知部ＲＶに掛る電圧値）であってもよい。

演算部１２０は、検出部１１０において取得された抵抗値に基づいて各種の演算を行う部分である。後に説明するように、演算部１２０は、抵抗値に基づいて基準値の算出を行う。また、当該基準値に基づいて閾値の設定を行う。

判定部１３０は、検出部１１０において取得された抵抗値と、演算部１２０によって設定された閾値と、を比較することにより、車室ＲＭ内のガス濃度が異常であるか否かの判定を行う部分である。抵抗値が閾値を下回っていたときには、ガス濃度が異常であるとの判定がなされる。その際、判定部１３０は、報知部３００を制御することにより運転者Ｍへの報知を行う。

記憶部１４０は、制御部１００に設けられた不揮発性メモリである。後に説明するように、記憶部１４０には、ガス検知装置１０の起動直後に取得された検知部ＲＶの抵抗値、が複数個記憶されている。記憶部１４０に記憶されている抵抗値に基づいて、演算部１２０による基準値の算出等が行われる。

図４を参照しながら、ガス検知装置１０において行われるガス濃度の検出方法、及びガス濃度が異常であるか否かの判定方法の概要について説明する。図４に示されるのは、センサ部２００における抵抗値（具体的には、検知部ＲＶの抵抗値）の変化の一例を示すグラフである。当該グラフでは、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされ、ガス検知装置１０が起動された直後におけるタイミングが時刻ｔ０として示されている

本実施形態では、時刻ｔ０において取得されたセンサ部２００の抵抗値が、基準値として記憶部１４０に記憶される。尚、このような基準値の取得及び記憶は、ガス検知装置１０が起動される度に行われる。記憶部１４０には、直近のｎ回分の基準値が記憶されている。上記の「ｎ」は任意に設定される自然数であり、本実施形態では１０が設定されている。

時刻ｔ０において基準値が取得されると、制御部１００では、基準値に基づいて閾値が設定される。本実施形態では、記憶部１４０に記憶されている複数の（過去の）基準値に、今回分を加えた直近１０回分の基準値の平均値が算出され、当該平均値の８０％となる値（つまり、基準値の平均値に所定の係数を掛けた値）が閾値として設定される。図４では、平均値として値ＲＳＴが算出され、閾値として値ＲＴＨが設定された例が示されている。

時刻ｔ０におけるセンサ部２００の抵抗値は、基準値の平均値である値ＲＳＴに概ね一致する。時刻ｔ０以降は、車室ＲＭ内におけるガス濃度の変化に伴って、センサ部２００の抵抗値が徐々に変化している。図４の例では、何らかの原因でガス濃度が急激に高くなっている。その結果、時刻ｔ１０において、センサ部２００の抵抗値が閾値である値ＲＴＨを超えてしまい、時刻ｔ１０以降においては値ＲＴＨを下回っている。センサ部２００の抵抗値が閾値を下回ると、制御部１００はガス濃度が異常であると判定し、報知部３００の制御によって運転者Ｍへの報知を行う。

制御部１００によって行われる具体的な処理の内容について、図５を参照しながら説明する。図５に示される一連の処理は、ガス検知装置１０が起動された以降、所定の周期が経過する毎に繰り返し実行される。つまり、車両の内燃機関が動作している期間において、常に繰り返し実行される処理となっている。

最初のステップＳ０１では、現時点におけるセンサ部２００の抵抗値が検出部１１０によって取得される。ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、ステップＳ０１で取得された抵抗値が、閾値を超えているか否か、すなわち、閾値を下回っているか否かが判定部１３０によって判定される。抵抗値が閾値を下回っている場合には、ステップＳ０３に移行する。尚、ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値が大きくなるようなセンサ部２００が用いられた場合には、ステップＳ０２では、抵抗値が閾値を上回っている場合にステップＳ０３に移行することとなる。

ステップＳ０３に移行したということは、車室ＲＭ内におけるガス濃度が、閾値に対応する濃度よりも高いということである。このため、ステップＳ０３では、ガス濃度が異常であるとの判定がなされる。その後、ステップＳ０４に移行し、報知部３００の制御による運転者Ｍへの報知が行われる。

ステップＳ０２において、抵抗値が閾値を超えていなかった場合、すなわち、閾値以上であった場合には、ステップＳ０５に移行する。尚、ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値が大きくなるようなセンサ部２００が用いられた場合には、ステップＳ０２では、抵抗値が閾値以下である場合にステップＳ０５に移行することとなる。ステップＳ０５に移行したということは、車室ＲＭ内におけるガス濃度が、閾値に対応する濃度以下であるということである。このため、ステップＳ０５では、ガス濃度が正常であるとの判定がなされる。その後、図５に示される一連の処理を終了する。

図６を参照しながら、閾値を設定するために制御部１００により行われる処理について説明する。図６に示される一連の処理は、車両のイグニッションスイッチがＯＮとされ、ガス検知装置１０が起動されたタイミングにおいて１回だけ実行される。

最初のステップＳ１１では、センサ部２００の暖機が完了したか否かが判定される。センサ部２００の暖機が未だ完了していなければ、ステップＳ１１の処理が繰り返し実行される。センサ部２００の暖機が完了していれば、ステップＳ１２に移行する。

尚、センサ部２００の暖機が完了している状態とは、センサ部２００によるガス濃度の検知が正常に行い得るようになった状態のことである。ガス検知装置１０が起動された後、センサ部２００によるガス濃度の検知を直ちに行い得るのであれば、ステップＳ１１の処理は不要である。

ステップＳ１２では、現時点におけるセンサ部２００の抵抗値が検出部１１０によって取得される。既に説明したように、当該抵抗値は基準値として記憶部１４０に記憶される値である。

ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、記憶部１４０に記憶されている複数の基準値のうち、直近の過去（ｎ−１）回分の基準値が演算部１２０によって取得される。既に述べたように、本実施形態ではｎの値として１０が設定されている。このため、ステップＳ１３では、過去９回分の基準値が取得される。

ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、ステップＳ１２において取得された現時点の基準値（抵抗値）と、ステップＳ１３において取得された９回分の基準値と、の平均値が演算部１２０によって算出される。つまり、今回分を含む直近１０回分の基準値の平均値が算出される。

尚、このような直近１０回分の基準値についての平均値の算出は、ガス検知装置１０が起動される度に行われることとなる。従って、ここで算出される平均値は、起動直後における基準値の移動平均値、ということもできる。

ステップＳ１４に続くステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出された平均値に基づいて閾値が設定される。既に述べたように、本実施形態では、平均値に０．８を掛けた値が閾値として設定される。当該閾値は、次にガス検知装置１０が起動されるまでの間は変更されない。

ステップＳ１５に続くステップＳ１６では、記憶部１４０に記憶されているデータが更新される。具体的には、記憶部１４０に記憶されている複数の基準値のうち最も古いものが削除される。また、ステップＳ１２で取得された最新の基準値が、新たなデータとして記憶部１４０に追加される。

以上のように、本実施形態に係るガス検知装置１０では、起動された直後におけるセンサ部２００の抵抗値が基準値として複数記憶されており、当該基準値の平均値に基づいて閾値が設定される。つまり、車室ＲＭ内の空気が清浄である可能性が高いタイミング、における抵抗値に基づいて閾値が設定される。これにより、ガス検知装置１０が起動される毎に、車室ＲＭ内の空気が清浄である状態においてセンサ部２００の校正が行われることとなる。

その結果、ガス濃度と、センサ部２００の抵抗値との関係が継時的に変化していたとしても、車室ＲＭ内におけるガス濃度及びその異常を正確に判定することが可能となっている。

ところで、車両が工場から出荷されたばかりであり、使用が開始されて間もない期間においては、記憶部１４０に記憶されている基準値の個数がｎよりも少ない。そこで、工場出荷時の段階において、ｎ個分の基準値が予め初期値として記憶部１４０に記憶されていることとしてもよい。このような基準値は、工場において実際に測定されたセンサ部２００の抵抗値であってもよいが、ダミーデータであってもよい。

閾値の算出に用いられる基準値の個数、すなわち自然数ｎの値として、１が設定されていてもよい。つまり、閾値の設定には過去の基準値が用いられることなく、ステップＳ１２で取得された単一の基準値のみを用いて閾値が設定されることとしてもよい。この場合、ステップＳ１５では、ステップＳ１２で取得された基準値に０．８を掛けた値が閾値として設定されることとなる。

以上のような実施形態の変形例について、図７を参照しながら説明する。当該変形例においては、ガス濃度が正常か否かを判定するために行われる処理の内容において、上記実施形態と異なっている。図７に示される一連の処理は、図５に示される一連の処理に替えて実行されるものである。

最初のステップＳ２１では、現時点におけるセンサ部２００の抵抗値が検出部１１０によって取得される。この変形例では、ステップＳ２１において取得された直近１０回分の抵抗値が制御部１００のＲＡＭに記憶される。つまり、ステップＳ０１では、取得された最新の抵抗値がＲＡＭに記憶されるとともに、ＲＡＭに記憶されている複数の抵抗値のうち最も古いものが削除される。尚、ＲＡＭに記憶される直近の抵抗値の個数は、１０個より多くてもよく、１０個より少なくてもよい。

ステップＳ２１に続くステップＳ２２では、ＲＡＭに記憶されている複数の抵抗値の平均値、すなわち移動平均値が算出される。

ステップＳ２２に続くステップＳ２３では、ステップＳ２２で算出された移動平均値が、閾値を超えているか否か、すなわち、閾値を下回っているか否かが判定部１３０によって判定される。移動平均値が閾値を下回っている場合には、ステップＳ２４に移行する。尚、ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値が大きくなるようなセンサ部２００が用いられた場合には、ステップＳ２３では、移動平均値が閾値を上回っている場合にステップＳ２４に移行することとなる。

ステップＳ２４に移行したということは、車室ＲＭ内におけるガス濃度が、閾値に対応する濃度よりも高いということである。このため、ステップＳ２４では、ガス濃度が異常であるとの判定がなされる。その後、ステップＳ２５に移行し、報知部３００の制御による運転者Ｍへの報知が行われる。

ステップＳ２３において、移動平均値が閾値を越えていなかった場合、すなわち、閾値以上であった場合には、ステップＳ２６に移行する。尚、ガス濃度が高くなるほど、検知部ＲＶの抵抗値が大きくなるようなセンサ部２００が用いられた場合には、ステップＳ２３では、移動平均値が閾値以下である場合にステップＳ２６に移行することとなる。ステップＳ２６に移行したということは、車室ＲＭ内におけるガス濃度が、閾値に対応する濃度以下であるということである。このため、ステップＳ２６では、ガス濃度が正常であるとの判定がなされる。その後、図７に示される一連の処理を終了する。

以上のように、この変形例では、センサ部２００の抵抗値の瞬時値に基づくのではなく、抵抗値の移動平均に基づいてガス濃度が異常か否かの判定が行われる。このため、例えばノイズの影響を受けることなく、上記判定を正確に行うことができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：ガス検知装置
１００：制御部
１４０：記憶部
２００：センサ部
３００：報知部
ＲＭ：車室

Claims (7)

1. 車両に備えられるガス検知装置（１０）であって、
   前記車両の車室（ＲＭ）内における検知対象ガスの濃度、であるガス濃度に応じて電気的特性値を変化させるセンサ部（２００）と、
   前記電気的特性値を閾値と比較することにより、前記ガス濃度が異常であるか否かを判定する制御部（１００）と、を備え、
   前記制御部は、
   ガス検知装置が起動された直後における前記電気的特性値を基準値として記憶しており、当該基準値に基づいて前記閾値を設定するように構成されており、
   前記制御部は、
   ガス検知装置が起動される毎の前記基準値を、直近の所定回数分だけ記憶しており、
   記憶している複数個の前記基準値の平均値に基づいて前記閾値を設定するように構成されているガス検知装置。
2. 前記制御部は、
   記憶している複数個の前記基準値の平均値、に所定の係数を掛けることによって前記閾値を設定する、請求項１に記載のガス検知装置。
3. 前記電気的特性値とは前記センサ部の電気抵抗値である、請求項１に記載のガス検知装置。
4. 前記制御部は、前記ガス濃度が異常であると判定すると、前記車両の運転者に対する報知を行う、請求項１に記載のガス検知装置。
5. 前記制御部は、
   前記電気的特性値が前記閾値を超えた場合に、前記ガス濃度が異常であると判定する、請求項３に記載のガス検知装置。
6. 前記制御部は、
   前記電気的特性値の移動平均値が前記閾値を超えた場合に、前記ガス濃度が異常であると判定する、請求項３に記載のガス検知装置。
7. 工場出荷時において、前記制御部には１個又は複数個の前記基準値が予め初期値として記憶されている、請求項１に記載のガス検知装置。

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