JPH06288949A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気流の乱れ等による誤動作を除き、ガスの発
生後速やかに空調装置を動作させると共に、動作時間を
空気の汚染の程度に対応させて外来ノイズ等による誤動
作時に空調装置を速やかに停止させる。 【構成】 ガスセンサ信号の微分信号からガスを検出す
るとともに、ガスセンサ信号の滑らかさから雰囲気のノ
イズの程度を評価し、微分によるガスの検出条件を変更
する。微分信号が空気汚染の側に対応した条件を満たす
時間を算出し、この時間の増加関数として空調装置の動
作時間を定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明はガス検出装置に関し、特
に自動車用や居室用の空気清浄機等の制御に関する。

【０００２】

【従来技術】ＳｎＯ2等の金属酸化物半導体ガスセンサ
を用い、自動車の空気清浄機を制御することが提案され
ている（例えば特公平５−２２６５号公報）。検出の目
標は主として喫煙に伴うガスである。発明者らは自動車
の空気清浄機の制御において、次のような問題に直面し
た。 1) 自動車の窓を開けて走行すると、ガスセンサの信号
に著しいノイズが生じる。 2) 同様にドアを開けると、ノイズが生じる。 3) 窓やドアを閉じると、センサ信号のドリフトが生じ
る。 4) 喫煙の検出が遅い。 これらの問題は居室用の空気清浄機の制御等でも同様
で、窓やドア、エアコン等からの気流は空気清浄機を誤
動作させ、ガスセンサの応答性の不足はガスの検出を遅
くする。

【０００３】

【発明の課題】この発明の課題は、 1) ガス検出装置のＳ／Ｎを高めて気流の乱れ等による
誤動作を除き、 2) ガスの検出を速めてガスの発生後速やかに空調装置
を動作させ、 3) 空調装置の動作時間を空気の汚染の程度に対応さ
せ、 4) 仮に外来ノイズ等により空調装置が誤動作したとし
ても、空調装置を速やかに停止させるようにした、ガス
検出装置を提供することにある。

【０００４】

【発明の構成】この発明のガス検出装置は、ガスセンサ
信号の微分信号からガスを検出するための微分手段と、
ガスセンサ信号の滑らかさから雰囲気のノイズの程度を
評価し、微分によるガスの検出条件を変更するための信
頼性検出手段と、前記の微分信号が、空気汚染の側に対
応した所定の条件を満たす時間を算出するための時間算
出手段と、時間算出手段で求めた時間の増加関数とし
て、空調装置の動作時間を定めるための動作時間決定手
段とを設けたことを特徴とする。またこの発明のガス検
出装置は、好ましくは空調装置を空気清浄機とし、車両
の車室内のガスを検出する。さらに好ましくは、前記の
微分手段にはガス検出のための域値を設け、この域値を
時間算出手段での前記所定の条件として用いるようにす
る。さらには時間算出手段で求めた時間が所定値以下の
場合、ガスの検出信号の消滅によって空気清浄機を停止
させ、前記の時間が所定値を越える場合、ガス検出信号
の消滅後も、空気清浄機を前記の増加関数により定まる
時間の間動作させるようにする。

【０００５】

【発明の作用】この発明では、ガスセンサの微分信号が
空気汚染の側に対応した条件を満たす時間を算出し、こ
の時間の増加関数として空調装置の動作時間を定める。
車両の空調制御の場合を例にすると、検出を速めるため
１階あるいは２階等の微分でガスを検出する。微分信号
からガスを検出する場合は、微分信号は雰囲気のドリフ
トでは小さく、空調装置はほとんど誤動作しない。しか
しランダムなノイズでは強い微分信号が生じ、誤動作を
もたらす。そこでこの発明では、空調装置の誤動作を防
止するため、ガスセンサ信号の滑らかさから信号の信頼
性、あるいは逆にノイズの程度を評価し、ノイズの程度
が大きければ、微分手段での検出条件を変更する。微分
信号が空気汚染の側に対応した条件を満たすときには、
空調装置を動作させる。ここで空気汚染の側に対応した
条件を満たす時間が長ければ汚染の程度が大きく、短け
れば汚染の程度は小さい。例えば喫煙の検出を目的とす
る場合、この時間は喫煙による煙の発生時間に対応す
る。そこで空調装置の動作時間を、空気汚染の側に対応
した条件を満たす時間の増加関数として定めれば、空気
汚染の程度に応じた時間、空調装置を動作させることが
できる。好ましくは、前記の空気汚染の側に対応した条
件を満たす時間が所定値以下の場合、ガスの検出信号の
消滅によって空気清浄機を停止させ、この時間が所定値
を越える場合、ガス検出信号の消滅後も、空気清浄機を
前記の増加関数により定まる時間の間動作させるように
すれば、空調装置が誤動作しても速やかに停止させるこ
とができる。

【０００６】

【実施例】図１に、自動車用の空気清浄機の制御装置に
ついて、実施例の要部を示す。図において２は金属酸化
物半導体ガスセンサで、その内部にヒータと金属酸化物
半導体とがある。この金属酸化物半導体には、例えばＳ
ｎＯ2，ＷＯ3，Ｉｎ2Ｏ3等のものを用いれば良い。金属
酸化物半導体ガスセンサ２以外に、例えば可燃性ガスの
燃焼による温度変化を利用した接触燃焼式ガスセンサ、
あるいは喫煙によって生じるＨ2，ＣＯの検出を利用し
たプロトン導電体ガスセンサ等も用いることができる。
４はバッテリー等の電源で、ＲLはセンサ２の金属酸化
物半導体の負荷抵抗である。６はセンサ信号のアナログ
微分増幅器で、センサ信号にアナログ微分を施してか
ら、例えば１６倍の増幅を行う。

【０００７】８は信号処理用のマイクロコンピュータ
で、ここでは４ビットの１チップマイクロコンピュータ
とする。１０は空気清浄機で、例えば電気集塵機で喫煙
に伴う煙を除去し、オゾン発生器で喫煙に伴う臭いを除
去するものとする。空気清浄機１０に替えて、換気装置
や外気の導入装置、空気浄化触媒を制御しても良い。

【０００８】マイクロコンピュータ８の構成を示す。１
２はＡＤコンバータで、８ビットの２５６階調とし、２
秒に１回のＡ／Ｄ変換を施す。Ａ／Ｄ変換時には、セン
サ信号を例えば４回平均した後に、変換する。これによ
り持続時間２秒以内のノイズは平均化されて減少する
が、より持続時間の長いノイズはそのまま残存する。実
施例では小さな微分信号からガスを検出するので、８ビ
ットの分解能では不足し１２ビットが好ましい。しかし
１２ビットのＡ／Ｄコンバータはきわめて高価であるた
め、実施例ではアナログ増幅器６で１６倍の増幅を行
い、実効的に１２ビットのＡ／Ｄ変換を施す。

【０００９】１４は、ガスセンサ信号の滑らかさから、
雰囲気のノイズの程度あるいは微分信号の信頼性の程度
を評価するノイズフィルタである。実施例では、車両の
ドアや窓のオープン等による湿度や気流等の乱れから生
じるノイズをノイズフィルタ１４で検出し、空気清浄機
等の誤動作を防止する。これらのノイズでは、センサ信
号がランダムに大きく変動する。ノイズフィルタ１４
は、センサ信号のランダム変動を積算してノイズの程度
を評価する。実施例では、２秒毎にセンサ信号のサンプ
リング値Ｖ(n)(n=0：現在、n>0：過去)と、その微分値
Ｄ(n)=ｄＶ(n)／ｄｔ とを得る。ノイズフィルタ１４
では、式(1)に従い微分値の負の変動（空気の浄化側へ
の変化）を畳み込み、ノイズフィルタ１４の値ＮＦを得
る。 ＮＦ＝Σ｜Ｄ(n)｜／Ｖ(n)・Ｋⁿ （０≦n＜∞，Ｄ(n)＜０，Ｋ:畳み込み定数） (1)

【００１０】ノイズフィルタ１４の時定数は畳み込み定
数Ｋで定まり、畳み込み定数Ｋを０.９としたので、時
定数は２０秒となる。即ち時定数は （１−Ｋ） の逆
数にサンプリング間隔を乗じたもので定まり、Ｋを０.
９とすれば、１０×２（秒）の２０秒となる。時定数の
好ましい範囲は、１０秒〜１分である。時定数が１分を
越えると、ノイズフィルタ１４の動作時間が長くなり、
車両のドアや窓を閉じた後、検出を開始するまでの時間
が長くなる。一方時定数が１０秒未満では、一時的にノ
イズが小さくなるとノイズフィルタ１４の出力が減少す
るため、空気清浄機１０が誤動作し易くなる。ノイズフ
ィルタ１４の値ＮＦが域値以上の場合、ランダムな変動
が大きく、気流の乱れがあり雰囲気が不安定であると
し、窓やドア等が開いていると判断する。実施例では、
ＮＦへの域値を１％とした。

【００１１】ノイズフィルタ１４の役割は、センサ信号
の信頼性の程度を評価し、空気清浄機１０の誤動作を防
止することにある。そして窓やドア等によるノイズでは
センサ信号はランダムに変動し、検出目標の喫煙ではセ
ンサ信号は滑らかに変化する。またノイズがなければ、
センサ信号は本来滑らかである。そこでセンサ信号の信
頼性の程度は、信号の滑らかさから評価できる。またセ
ンサ信号の信頼性は、センサ信号のランダムさからも評
価できる。そこでノイズフィルタ１４は、センサ信号の
滑らかさあるいはその逆のランダムさを検出できるもの
であれば良く、実施例で用いた負のＤ（n）の畳み込み
以外にも、種々のものを用い得る。例えば、スプライン
近似等によりセンサ信号の包絡線を求め、包絡線の上下
に２つの比較レベルを設ける。そしてこれらの比較レベ
ルを、センサ信号がクロスする回数をカウントする。こ
れは、音声解析で周波数特性を求めるために用いる、０
−クロッシング法に類似のテクニックである。また過去
１０秒〜１分程度のセンサ信号に対し、β−スプライン
近似などで包絡線を求める。β−スプライン近似は、画
像処理等の分野で離散的な位置データを滑らかな連続曲
線に変換するために多用されている。センサ信号が滑ら
かであれば、β−スプライン近似からのずれは小さく、
ランダムであればβ−スプラインからのずれが大きくな
る。そしてβ−スプライン近似を行うということは、完
全に滑らかなセンサ信号をβ−スプラインとして取り出
し、これからのずれの程度で滑らかさを評価することで
ある。なおβ−スプライン近似は一般に３次関数で表さ
れ、狭い範囲であれば３次関数で滑らかな任意の曲線を
近似できることが経験的に確認されている。ガスセンサ
信号の場合、スプライン近似に変えて、直線近似でも充
分である。

【００１２】１６はセンサ信号を平滑化するための平滑
化回路で、１８は平滑化回路１６の出力から喫煙を検出
するための比較回路である。ノイズフィルタ１４では、
入力された微分信号からノイズを検出するため、２秒毎
の微分信号のサンプリング値を平滑化せずに積算する。
平滑化すると、センサ信号からノイズが失われ、ノイズ
が抽出できなくなる。従って必要な条件は、比較回路１
８への入力とノイズフィルタ１４への入力とで、センサ
信号の微分値への平滑化の程度を変え、比較回路１８へ
はより平滑化した信号を入力することである。

【００１３】平滑化は例えば式(2)に従い、 ［(新しいデータ４点)−(過去のデータ４点)］ の１６秒幅に渡る微分を用いる。サンプリング間隔２秒
とすれば、検出遅れは［２秒 × 新しいデータ数(４
点)］ の８秒となる。平滑化微分信号をｇ１とする
と、ｇ１は式(2)で与えられ、実施例ではこれを８秒微
分と呼ぶ。 ｇ１＝Ｄ(0)＋２Ｄ(1)＋３Ｄ(2)＋４Ｄ(3)＋３Ｄ(4)＋２Ｄ(5)＋Ｄ(6) ＝(Ｖ(0)＋Ｖ(1)＋Ｖ(2)＋Ｖ(3))−(Ｖ(4)＋Ｖ(5)＋Ｖ(6)＋Ｖ(7)) (2)

【００１４】平滑化回路１６では、例えば演算子(3)に
従い、検出速度に関係しない古いデータを充分に平均化
し、新しいデータは平滑化を抑えて検出時間の遅れを小
さくしたものを用いても良い。 (Ｖ(0)＋Ｖ(1))＊２−(Ｖ(2)＋Ｖ(3)＋Ｖ(4)＋Ｖ(5)) (3) 演算子(3)では、過去のデータを４点、新しいデータを
２点用い、８秒微分の場合よりも４秒検出を速める。さ
らにメジアン微分を行い、例えば過去３点の微分データ
Ｄ(n)，Ｄ(n-1)，Ｄ(n-2)の中央値を用いたり、５点の
データＤ(n)，Ｄ(n-1)，Ｄ(n-2)，Ｄ(n-3)，Ｄ(n-4)か
ら上端と下端とを除き、残り３点を平均しても良い。

【００１５】比較回路１８では、平滑化回路１６の出力
から喫煙を検出する。検出には平滑化出力をそのまま用
いても良いが、実施例では式(4)に従い、平滑化出力を
規格化する。 ｇ1×１／１６×１／Ｖ(n)＝Ｇ(n) (4) 実施例では規格化した微分信号Ｇ(n)がガス検出のため
の域値以上で、例えば０.６％以上で、喫煙と判断す
る。

【００１６】２０は２階微分フィルタで、空気清浄機１
０のオン／オフ等による弱いノイズや、スパイク状の強
いノイズを検出する。平滑化回路１６の出力Ｇ(n)を微
分して△Ｇ(n)を算出し、この算出値が域値以上であれ
ば２階微分信号が大きすぎる、即ちセンサ信号の挙動が
喫煙に対応しないと判断し、比較回路１８の動作を所定
時間停止させる。実施例では△Ｇ(n)が０.３％以上で喫
煙の検出を禁止し、△Ｇ(n)が０.３％に満たなくなって
からさらに６秒間喫煙検出を禁止し、喫煙以外の原因で
空気清浄機１０が動作するのを防止する。

【００１７】２２は喫煙検出回路で、喫煙の検出条件を
満たしていれば空気清浄機１０を動作させる。２４は空
気清浄機１０を停止させるためのタイマで、センサ２の
微分信号Ｇ(n)が汚染の側に対応した所定の条件を満た
す時間を算出すると共に、この時間の増加関数として空
気清浄機１０の動作時間を定め、この時間の経過をカウ
ントする。汚染の側に対応した所定の条件を満たす時間
を算出するために、例えば比較回路１８での出力Ｇ(n)
が、域値０.６％以上を継続する時間をカウントする。
空気清浄機１０の動作時間は例えば算出した時間の４倍
とし、この動作時間後空気清浄機１０を停止させる。

【００１８】なお実施例では空気清浄機１０の停止のた
めに、停止用のスライスレベルも用い、停止スライス発
生回路２６を設ける。微分信号が所定の条件を満たす時
間の増加関数として算出した空気清浄機１０の動作時間
と、停止スライス発生回路２６で発生させたスライスレ
ベルから定まる動作時間のうち、より短い方の時間の
間、空気清浄機１０を動作させる。例えばセンサ信号Ｖ
の逆数のセンサ抵抗ＲSで表現すると、停止スライス発
生回路２６では、空気清浄機１０の動作開始時のセンサ
抵抗ＲSから、斜めに傾けて（Ｒsの減少する側へ）スラ
イスラインを引く。スライスラインと実際のＲSとが交
差した点で、停止スライス発生回路２６は、空気清浄機
１０の停止信号を出力する。２８はチャタリング防止回
路で、空気清浄機１０の、動作から停止、または停止か
ら動作への切り換えが１０秒以内に重なることを禁止す
る。チャタリング防止回路２８は空気清浄機１０の動作
を管理し、タイマ２４で定めた動作時間と、停止スライ
ス発生回路２６で定まる動作時間の短い方の間、空気清
浄機１０を動作させる。３０は、空気清浄機の駆動回路
である。なお空気清浄機１０に変えて、換気装置等を制
御しても良い。

【００１９】図２に、窓を開けたため、センサ信号がラ
ンダムに変動した際の特性を示す。なお図２〜図５で
は、２秒毎のセンサ抵抗ＲSの変動率△ＲSを用い、２秒
微分及び６秒微分を行った。センサ信号のランダムな変
動は車両の窓やドアの開閉による気流等の強い変化によ
り生じ、２秒微分ではランダムさが失われていないが、
６秒微分ではランダムさが失われる。６秒微分では、時
刻８分の付近から時刻９分の前まで、ノイズフィルタ１
４への入力が生じない。そこで窓が開いているにもかか
わらず、喫煙を検出する可能性が生じる。そしてこの間
には、８秒微分信号Ｇが０.６％以上の喫煙検出条件を
満たす領域が存在する（図の８分２０秒，８分４０秒，
９分３０秒）。ノイズフィルタ１４に６秒微分で平滑化
した信号を入力すると、窓が開いているにもかかわら
ず、ノイズフィルタ１４が作動しないことが生じる。そ
してこの間、６秒微分の信号は喫煙の検出条件を満た
し、誤動作が生じる。実施例では、ノイズフィルタ１４
に２秒微分の信号を入力し、図のＮＦの信号を得る。実
施例では、ノイズフィルタ１４の値ＮＦが１％以上で、
喫煙の検出を禁止する。ノイズフィルタ１４の動作域値
（ここでは１％）は定数である必要はなく、平滑化した
微分信号Ｇ(n)が大きいときは喫煙の検出を優先して、
ノイズフィルタ１４の域値を増加させても良い。なおノ
イズフィルタ１４への入力は一概に平滑化を禁止するの
ではなく、比較回路１８に比べ平滑化の程度が低い微分
信号を入力すれば良い。

【００２０】図３に、喫煙時のセンサ信号の微分波形
（２秒微分，６秒微分）を示す。ノイズフィルタ１４の
値ＮＦは、△Ｒｓが負のため、１％以下に保たれる。２
秒微分では、破線で囲んだ２箇所にノイズが生じている
が、平滑化回路１６で６秒微分や８秒微分に平滑化すれ
ばノイズを小さくすることができる。喫煙の開始は時刻
１４分１５秒付近で、その後センサ抵抗Ｒｓは急激に減
少する。喫煙開始後でも２秒微分では、△Ｒｓが正とな
るポイントがあり、喫煙検出信号が途中で途切れてしま
う。これに対して６秒微分では喫煙検出前や喫煙検出後
のノイズが小さい。そして実施例では、喫煙に対する検
出レベルを、△Ｒsで例えば−０.６％／２秒とする。

【００２１】図４及び図５に、２階微分フィルタ２０の
特性を示す。図には２秒微分と６秒微分，並びにノイズ
フィルタ１４の波形を示し、図４は弱いひげノイズを、
図５は強いひげノイズを示す。弱いひげノイズは例えば
空気清浄機１０のオン／オフやエアコンのオン／オフ等
で生じ、強いひげノイズは外来ノイズ、特にエンジンノ
イズから生じる。これらのひげノイズを検出するため、
２階微分フィルタ２０を設け、ひげノイズを検出した際
に喫煙検出を休止させる。ひげノイズの検出には、特に
限定する意味は無いが、例えば６秒微分でのセンサ抵抗
の変化率△Ｒsを再度微分した２階微分信号を用い、ひ
げノイズ検出に対する域値を−０.３％／２秒として、
２階微分フィルタ２０を動作させる。また２階微分信号
（△Ｒsの再度の微分）が−０.３％以上に変化してか
ら、６秒間はひげノイズの影響が残存しているとし、こ
の間２階微分フィルタ２０の動作を継続させる。２階微
分信号が−０.３％／２秒以上に変化してから６秒間の
遅延時間は、好ましくは２秒〜１０秒とし、これ未満で
はひげノイズの影響が生じ、これ以上では検出を禁止す
る時間が長くなりすぎる。

【００２２】図４の６秒微分の場合、２階微分信号が−
０.３％を超えた時刻０.６分の時点から２階微分フィル
タ２０を動作させ、２秒後に２階微分信号が−０.３％
以上になるので、その後６秒間フィルタ２０を動作させ
る。図５では同様に、時刻１６.９分から２階微分フィ
ルタ２０を動作させ、その後８秒間２階微分信号が−
０.３％以下で、その後さらに６秒間フィルタ２０を動
作させる。図４，５ではノイズフィルタ１４の値はひげ
状ノイズの間１％未満で、２階微分フィルタ２０を設け
ないと、空気清浄機１０が誤動作する。

【００２３】図６に、タイマ２４での、センサの微分信
号が空気汚染の側に対応した所定の条件を満たす時間
（ここでは持続時間と呼ぶ）と、空気清浄機１０の動作
時間との関係を示す。持続時間の算出には、喫煙検出の
ための微分信号に対する域値をそのまま用いたが、別の
域値でも良い。実施例では喫煙検出のための域値として
０.６％／２秒を用い、平滑化出力がこの値以上となる
時間を算出する。空気清浄機１０の動作時間を、持続時
間の増加関数とし、実施例では増加関数を実線で示す。
持続時間２０秒を境とし、２０秒以下の場合微分信号の
消滅と共に空気清浄機１０を停止させる。２０秒を越え
ると、持続時間の４倍の間、空気清浄機１０を動作させ
る。これは、持続時間が２０秒以下という喫煙信号は少
なく、喫煙は一般に２０秒以上続くため、誤動作時間を
短くするよう配慮したからである。

【００２４】持続時間が２０秒を越える場合、これは喫
煙による信号であり、持続時間は喫煙の時間に対応す
る。そこで持続時間に比例して空気清浄機１０を動作さ
せることにより、喫煙時間に応じて空気清浄機１０の動
作時間を定めることができる。これは汚染の程度に応じ
て、空気清浄機１０を動作させることである。ただし図
６の破線のように、空気清浄機１０の動作時間を単純に
持続時間に比例させても良い。

【００２５】図７に、空気清浄機１０の動作時間に対す
るモデルを示す。センサ信号の変動のうち急激な変化は
ノイズによるもので、喫煙ではセンサ信号は徐々に変化
し、ノイズによる場合よりも緩やかである。例えば図
４，図５に示すノイズはいずれもひげ状で、喫煙時に比
べセンサ信号の変化が急激である。そこで図の破線で示
すような急激な変化をノイズによるものとし、実線で示
すような緩やかな変化を喫煙によるものとする。この図
では、喫煙やノイズの影響でセンサ信号が増加するもの
として表す。ノイズによる場合、図に示すようにセンサ
信号の立ち上がりは急激で、微分信号の持続時間は短く
２０秒以下である。従って微分信号の持続時間と空気清
浄機１０の動作時間とを比例させれば、ノイズ時の誤動
作時間は短くなる。ここで図６の破線で示したように、
空気清浄機１０の動作時間を持続時間の４倍とすれば、
図７の鎖線で示す時間の間、空気清浄機１０は動作し、
誤動作時間は短い。一方喫煙の場合は実線で示すよう
に、センサ信号の変化は緩やかでその微分信号の持続時
間も長くなる。そこで図６の破線や実線の特性のように
空気清浄機１０の動作時間を決めれば、図７の実線の時
間の間空気清浄機１０は動作する。微分信号の持続時間
が長い程空気清浄機１０の動作時間は長く、喫煙による
汚染の程度が著しいほど、空気清浄機１０を長時間動作
させることができる。

【００２６】図８に、図１のマイクロコンピュータ８を
用いた場合の実施例の動作を示す。まずノイズフィルタ
１４の値ＮＦ等の変数を初期化する。次にガスセンサ信
号Ｖや微分信号Ｄを、例えば２秒毎に得てＡ／Ｄ変換す
る。なおn＝０を現在、n＞０を過去として、サンプリン
グしたセンサ信号をＶ(n)、微分信号をＤ(n)で表す。ノ
イズフィルタ１４でセンサ信号の変動を積算し、積算値
が大きいときは、センサ信号のランダム変動が著しく、
窓のオープン等による気流の変化が生じているとして喫
煙検出を中止する。喫煙検出には微分信号Ｄ(n)を平滑
化した平滑化出力を用い、ノイズフィルタ１４への入力
よりも平滑化を進めた信号を用いる。平滑化の手法は任
意で、例えば６秒微分や８秒微分を用い、あるいはメジ
アン微分等を用いても良い。喫煙検出では、平滑化出力
Ｇ(n)を域値と比較し、喫煙の有無を検出する。

【００２７】空気清浄機１０のオン／オフ等による弱い
ノイズやスパイクノイズ等の検出には、平滑化出力ある
いは平滑化前の微分出力Ｄ(n)をさらに微分した２階微
分を用い、２階微分値が異常であればノイズとして、喫
煙検出を禁止する。検出の禁止は２階微分値が域値より
大きくなった時点から、域値以下に低下した時点の例え
ば６秒後までとする。

【００２８】喫煙を検出すると駆動回路３０を介して、
空気清浄機１０を動作させる。空気清浄機１０の動作時
間は、微分信号の持続時間の増加関数（図６）から求め
た時間と、スライスラインがセンサ信号Ｖと交差するま
での時間の短い方で定め、この後駆動回路３０を介して
空気清浄機１０を停止させる。なお空気清浄機１０の頻
繁なオン／オフによって、空気清浄機１０のモータがチ
ャタリングすることを防止するため、例えば前の運転状
態の切り換えから１０秒以内に運転状態を切り換えるこ
とを禁止する。

【００２９】図９に、実施例のノイズフィルタ１４の動
作を示す。２秒毎にサンプリングした微分信号Ｄが負か
否かを判定し、負方向の変動分（空気の浄化側への変動
分）Ｄ／Ｖを積算する。そこで、 ＮＦ＝−Ｄ／Ｖ＋０.９ＮＦ （Ｄ＜０） (5) として新たな積算値ＮＦを求める。ここで０.９は過去
のノイズフィルタの値ＮＦへの重みである。変動が無い
あるいは正方向の時は、 ＮＦ＝０.９ＮＦ （Ｄ≧０） (6) として、過去のデータを修正する。次に求めたＮＦが、
域値Ｃ1以上か否かを判定する。域値Ｃ1以上でランダム
な変動が大きいとして、ノイズフィルタ信号Ｆ1を０と
し、域値Ｃ1未満でランダム変動が小さいとして、ノイ
ズフィルタ信号Ｆ1を１とする。ここで域値Ｃ1は例えば
１％とする。

【００３０】ノイズフィルタ１４を用いる代わりに、次
のようにしても良い。例えば過去数点のデータに放物線
近似あるいは３次関数によるβ−スプライン近似を施
し、近似からのずれを最小二乗法等で評価する。ずれが
小さければ、センサ信号が滑らかでランダム変動が小さ
いとして、喫煙検出用の微分信号をパスさせ、近似から
のずれが大きければ、ランダム変動が著しいとして喫煙
検出を中止する。

【００３１】図１０に、実施例の平滑化回路１６の動作
を示す。実施例では、平滑化出力に［(新しいデータ４
点)−(過去のデータ４点)］ の８秒微分を用いた。こ
こでサンプリング間隔を２秒とすれば、８秒微分は１６
秒幅に渡る微分となり、 ｇ1＝(Ｖ(0)＋Ｖ(1)＋Ｖ(2)＋Ｖ(3)) −(Ｖ(4)＋Ｖ(5)＋Ｖ(6)＋Ｖ(7)) (7) となる。なお ｄＶ(n)／ｄｔ＝Ｄ(n) である。実施例
では平滑化出力に規格化を施し、その出力Ｇ(０)を用い
て微分判定を行う。平滑化出力Ｇが域値Ｃ2以上であれ
ば喫煙を検出し、喫煙信号Ｆ2を１とする。出力Ｇが域
値Ｃ2未満で、喫煙信号Ｆ2を０とする。ここで域値Ｃ2
は例えば０.６％／２秒とする。２階微分フィルタで
は、平滑化出力をさらに微分して変動分△Ｇを求め、変
動分△Ｇが域値Ｃ3以上でひげノイズとし、２階微分フ
ィルタ信号Ｆ3を３に設定する。変動分△Ｇが域値Ｃ3に
未満で２階微分フィルタ信号Ｆ3から１を減じ、変動分
△Ｇが域値Ｃ3に満たなくなってからさらに６秒間、Ｆ3
を正の値にしておく。ここで域値Ｃ3は例えば０.３％／
２秒とする。

【００３２】図１１に、喫煙検出回路２２の動作を示
す。表１に変数を示す。

【００３３】

【表１】 表１ 変数 ノイズフィルタ信号 喫煙信号 ２階微分フィルタ信号 空気清浄機オン信号 Ｆ1 Ｆ2 Ｆ3 Ｆ4 ０ ０ １ ０ ０ １ １ ＞０ ０ １ １ ０ ０ １ １ ＜０ １

【００３４】空気清浄機１０の動作条件は、ノイズフィ
ルタ信号Ｆ1と喫煙信号Ｆ2とが共に１で、２階微分フィ
ルタ信号Ｆ3が負の場合である。この時Ｆ1・Ｆ2・Ｆ3は
負となり、空気清浄機オン信号Ｆ4を１に設定して、空
気清浄機１０を動作させる。空気清浄機１０の動作時間
は、微分信号の持続時間の増加関数として定め、オン信
号Ｆ4が１に設定される回数を変数Ｘでカウントし、微
分信号の持続時間を求める。次にＸが１０以上か否かを
判定し、１０以上であれば（微分信号が２０秒以上持
続）、持続時間の３倍の追加動作時間として変数Ｙを設
定する。Ｘが１０以下であれば追加動作させず、Ｙは初
期値０のままとする。Ｘが１０以上か否かで動作時間を
異ならせるのは、微分信号の持続時間が短い場合はノイ
ズであることがほとんどで、ノイズの場合の動作時間を
短くするためである。停止スライスを発生させるため、
オン信号Ｆ4が初めて１になったとき、その時点でのセ
ンサ信号Ｖ(０)を基準値Ｖstdとして設定する。

【００３５】図１２に、空気清浄機１０の停止制御の動
作を示す。停止制御では、オン信号Ｆ4が０なら動作時
間のための変数Ｙを１ずつ減じ、Ｙが０以下で空気清浄
機１０を停止させる。基準値Ｖstdは１サイクル毎にス
ライス定数ｆ （０＜ｆ＜１） をかけて更新し、セン
サ信号Ｖが基準値Ｖstdよりも小さくなれば、変数Ｙが
正でも空気清浄機１０を停止させる。

【００３６】図１３〜図１７に、自動車に実施例のガス
検出装置を搭載し、走行試験をした場合の特性を示す。
ここではセンサ信号とは逆数のセンサ抵抗Ｒｓを用い、
空気清浄機１０の動作信号と、ノイズフィルタ１４及び
２階微分フィルタ２０の信号を示す。

【００３７】図１３に示すように、窓を開けて走行する
とノイズフィルタ１４が動作し、空気清浄機１０は誤動
作しない。次に喫煙を開始すると、ノイズフィルタ１４
も２階微分フィルタ２０も動作せず、空気清浄機１０が
動作する。図中の斜線部分が微分信号の持続時間であ
る。その後窓を開け喫煙に伴うガスを排出すると、セン
サ抵抗Ｒｓ値は上昇し、スライスラインＶstdとの交差
点で空気清浄機１０は停止する。スライスラインを用い
ず、図６のタイマによる追加動作時間の経過後に空気清
浄機１０を停止させると、鎖線で示す時間動作が継続す
る。ここで窓を開けず図の鎖線のようにセンサ抵抗Ｒｓ
が低いままであると、スライスラインとの交差よりもタ
イマによるオフ時点の方が早く、タイマによって空気清
浄機１０が停止する。停止制御にはタイマかスライス交
差かの何れかを用い、空気清浄機１０の運転時間が短い
方を選択して、環境の変化に応じ速やかに停止させる。

【００３８】図１４に、図１３での、測定開始後１５分
前後での空気清浄機１０の制御信号を示す。喫煙によ
り、実施例では１４.６分の時点で空気清浄機１０がオ
ンするが、従来例の基準値更新を用いた喫煙検出では空
気清浄機１０の動作に１０秒の遅れが生じている。ここ
で用いた基準値更新は、センサ抵抗の最大値を基準値と
し、センサ抵抗Ｒｓが１０％以上低下すると空気清浄機
を動作させるものである。なお空気清浄機の動作時間は
タイマで制限し、空気清浄機を停止させるとその時点の
センサ抵抗を新たな基準値とする。

【００３９】図１５に、実施例でのノイズに対する特性
を示す。エアコンのオン／オフによる弱いひげノイズや
強い外来ノイズで短い微分信号が生じるが、その間ノイ
ズフィルタは動作していない。これらの微分信号は何れ
も１０秒未満の短い信号で、空気清浄機１０の誤動作時
間も短い。しかし２階微分フィルタ２０を用いると、こ
れらの短い微分信号も除去できる。

【００４０】図１６に、窓を開けて走行試験をした場合
の特性を示す。実施例では排ガスとの接触により、斜線
部分で示すように持続時間１５秒程度の微分信号が生じ
た。ノイズフィルタ１４ではこの信号を除去できない
が、２階微分フィルタ２０を用いると除去できる。なお
鎖線は、２階微分フィルタ２０を用いず、微分信号の持
続時間の３倍の追加動作を行うこととした場合の動作時
間を示したもので、空気清浄機１０の動作時間は６０秒
程度になる。斜線部は、２階微分フィルタを設けず、３
倍延長をしない場合の動作特性である。仮にスライスラ
インのみを用いて空気清浄機１０を停止させると、誤動
作時間は１分３０秒以上になる。基準値更新を用いた先
行技術では、時刻４分以降誤動作が継続している。

【００４１】図１７に、空気清浄機１０の停止制御に用
いたスライスレベルやタイマの特性を示す。実施例では
時刻３分と４分との間に微分信号（誤検出）が生じ、そ
の後のドリフトが急激なためスライスラインはセンサ抵
抗Ｒｓとクロスしない。一方微分信号の持続時間は短
く、図６のタイマのため、誤動作時間も短い。なお基準
値更新を用いた場合、センサ抵抗Ｒｓのドリフトのため
誤動作が長時間継続する。

【００４２】

【発明の効果】この発明では、 1) ガス検出装置のＳ／Ｎを高めて気流の乱れ等による
誤動作を除き、 2) ガスの検出を速めてガスの発生後速やかに空調装置
を動作させ、 3) 空調装置の動作時間を空気の汚染の程度に対応さ
せ、 4) 仮に外来ノイズ等により誤動作したとしても、空調
装置を速やかに停止させ、誤動作の影響を小さくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のガス検出装置のブロック図

【図２】 窓を開いた際の実施例の特性図

【図３】 喫煙に対する実施例の特性図

【図４】 ひげ状のノイズに対する実施例の特性図

【図５】 ひげ状のノイズに対する実施例の特性図

【図６】 実施例での、微分信号の持続時間と空気清
浄機の動作時間との関係を示す特性図

【図７】 実施例での空気清浄機の動作時間を示す特
性図

【図８】 実施例の全体的動作アルゴリズムを示すフ
ローチャート

【図９】 実施例でのノイズフィルタの動作アルゴリ
ズムを示すフローチャート

【図１０】 実施例でのセンサ信号の微分等のアルゴリ
ズムを示すフローチャート

【図１１】 実施例での喫煙検出のアルゴリズムを示す
フローチャート

【図１２】 実施例での空気清浄機の停止制御のアルゴ
リズムを示すフローチャート

【図１３】 実施例の動作特性を示す特性図

【図１４】 実施例での空気清浄機の動作開始特性を示
す特性図

【図１５】 実施例でのノイズに対する特性を示す特性
図

【図１６】 実施例での、窓を開けて自動車を走行した
際の、動作特性を示す特性図

【図１７】 実施例での、窓からのノイズ並びにその後
のドリフトに対する空気清浄機の動作特性を示す特性図

【符号の説明】

２ ガスセンサ ４ 電源 ６ アナログ微分増幅器 ８ マイクロコンピュータ １０ 空気清浄機 １２ ＡＤコンバータ １４ ノイズフィルタ １６ 平滑化回路 １８ 比較回路 ２０ ２階微分フィルタ ２２ 喫煙検出回路 ２４ タイマ ２６ 停止スライス発生回路 ２８ チャタリング防止回路 ３０ 駆動回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスセンサ信号の微分信号からガスを検
   出するための微分手段と、 ガスセンサ信号の滑らかさから雰囲気のノイズの程度を
   評価し、微分によるガスの検出条件を変更するための信
   頼性検出手段と、 前記の微分信号が、空気汚染の側に対応した所定の条件
   を満たす時間を算出するための時間算出手段と、 時間算出手段で求めた時間の増加関数として、空調装置
   の動作時間を定めるための動作時間決定手段とを設けた
   ことを特徴とする、ガス検出装置。
2. 【請求項２】 空調装置を空気清浄機とし、微分手段で
   は車両の車室内のガスを検出するようにしたことを特徴
   とする、請求項１のガス検出装置。
3. 【請求項３】 前記の微分手段には、微分信号に対する
   ガス検出のための域値を設け、この域値を、時間算出手
   段での前記所定の条件として用いるようにしたことを特
   徴とする、請求項２のガス検出装置。
4. 【請求項４】 時間算出手段で求めた時間が所定値以下
   の場合、ガスの検出信号の消滅によって空気清浄機を停
   止させ、 この時間が前記の所定値を越える場合、ガス検出信号の
   消滅後も前記の増加関数により定まる時間の間、空気清
   浄機を動作させるようにしたことを特徴とする、請求項
   ２のガス検出装置。