WO2009142044A1

WO2009142044A1 - アルコール検出装置及びそのアルコール検出装置を備えた車両。

Info

Publication number: WO2009142044A1
Application number: PCT/JP2009/054357
Authority: WO
Inventors: 若松俊一
Original assignee: 日本電波工業株式会社
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2009-11-26
Also published as: JP2009281822A

Abstract

　本発明の目的は、車両に設けられ、運転者の呼気に含まれるアルコールを精度高く検出するアルコール検出装置を提供すること。　本発明は、アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた水晶振動子と、前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去するための手段とを含む検証用のデータ作成手段と、を備えるように検出装置を構成し、アルコールによる周波数変化を明確にする。

Description

明細書

アルコール検出装置及びそのアルコール検出装置を備えた車両。

技術分野

[ 0 0 0 1 ]

本発明は、自動車などの車両に搭載されるアルコール検出装置とそのアルコール検出装置を備えた車両に関する。背景技術

[ 0 0 0 2 ]

これまでに罰則や取り締まりの強化などの対策がなされているにもかかわらず、運転者の飲酒運転による自動車などの車両が引き起こす事故は後を絶たない状況にあり、死亡事故などの重大事故が引き起こされている。このため、車両に運転者が飲酒状態であるか否かを判断し、運転者が飲酒状態と判断された場合にはそのエンジンを始動させないようにするアルコール ·インターロック装置を設けることについて検討されている。

[ 0 0 0 3 ]

飲酒状態の指標となるアルコールを検出するセンサとして半導体センサにより構成された呼気式のアルコールセンサがあり、このアルコールセンサは、運転者が所定の部位に息を吹きかけることで、その呼気に含まれるアルコール臭気を検出するものである。このようなアルコールセンサを用いて前記アルコール ·インター口ック装置を構成することが考えられるが、このアルコールセンサは車両に搭載した場合にアルコールに対して十分な感度が得られない場合があるので、運転者がそのセンサの所定の部分に積極的に息を吹きかけなければ正確なアルコールの検出を行うことが難しく、ユーザへの受容性が低い。このような理由力ら、このアルコールセンサは単にアルコール臭気の濃度を測定してそのデータを取得する目的でのみ使用されることが多いのが現状である。

[ 0 0 0 4 ]

そこで、水晶片により構成された水晶振動子を用いた水晶センサを車両内に設けてアルコールを検出することが検討されている。この水晶センサは水晶発振回路を構成する前記水晶振動子にアルコールを吸着させ、その発振周波数（共振周波数）の時系列データの変化を捉えることにより、当該アルコールを感知するものであり、このセンサを利用することでアルコール臭気に対する感度を高めることができると考えられている。

[ 0 0 0 5 ]

し力、し、車両が悪路を走る場合に車体が受ける衝撃が水晶振動子に伝わり、当該水晶振動子の発振が影響を受け、発振周波数が変動し、その時系列データに一時的に急峻な変化を示す脈流がノイズとして生じるおそれがある。そして、脈流の発生が続くと、アルコールによる周波数変化が捉えられなくなってしまうおそれがある。具体的に例えばこの時系列データにおいて所定の時間、周波数が一定範囲のまま推移した場合に、運転者が飲酒状態であるか否かを判定するように判定手段が構成されている場合、この周波数変動によって周波数がその範囲を越えてしまうことにより、運転者が飲酒をしているのに飲酒をしていないものと前記判定手段が判定してしまう懸念がある。

[ 0 0 0 6 ]

また、このようにアルコールに対する感度が高まったときに、運転者が飲酒をしておらず、車両に乗り込んだ同伴者が飲酒をしているような場合、その同伴者の臭気を検出してエンジンを始動させないようなケースが発生するおそれがある。このような運用面の問題もアルコール ·インター口ック装置を設けることが阻害される要因となっていた。

[ 0 0 0 7 ]

ところで、特許文献 1にはアルコールセンサを利用してインターロックを行う方法について記載されているが、上記の問題については記載されていない。特許文献 2には、水晶片の異なる領域に個別に振動する領域を形成し、各振動領域の周波数の差分を演算することで振動の影響を抑える水晶センサを用いた感知装置について記載されている。水晶振動子は周囲の温度によりその発振周波数が変化するという温度特性を持ち、この温度特性の影響を避けるために上記の構成をとることは有効であるが、上記のように自動車は悪路を走る場合があるため、水晶片の各振動領域に夫々異なる応力が加わり、互いに異なる周波数変化が起こる場合がある。従って、車内の悪条件下でアルコール検出を行うためにはこの構成では不十分である。

先行技術文献

特許文献 1 特開 2004— 249847

特許文献 2 特開 2006— 33195 発明の概要

[ひ 008]

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は車両に設けられ、運転者の呼気に含まれるアルコールを精度高く検出するアルコール検出装置と、このアルコール検出装置の検出結果により前記運転者の操作によるその走行が制限される車両と、を提供することである。

[0009]

本発明は、車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、

前記アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化する検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第 1の水晶振動子と、

前記第 1の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、

前記第 1の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第 1の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノィズとみなして除去するための手段と、

を備えたことを特徴とするアルコール検出装置。

[0010]

他の発明は、車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、

前記アルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化する検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されなレ、基準用の振動領域と、を備えた第 1の水晶振動子と、

前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、

前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、

これら各時系列データに含まれる脈流部分をノィズと見なして除去するための手段と、

前記脈流部分を除去した後の各時系列データの差分値の時系列データを作成する手段と、を備えたことを特徴とする。

[ 0 0 1 1 ]

本発明は、次のように構成してもよい。

a . 運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第 2の水晶振動子と、

前記第 2の水晶振動子の検出用の振動領域及び基準用の振動領域を各々独立して発振させるための発振手段と、

前記第 2の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第 2の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に对応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノィズと見なして除去するための手段とを含む比較用のデータ作成手段と、前記比較用のデータと前記検証用のデータとに基づいてアルコールを検出する検出手段と、

を備えたことを特徴とする。

b . 運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第 2の水晶振動子と、

前記第 2の水晶振動子における前記検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、

前記第 2の水晶振動子における前記基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数の時系列データを作成する手段と、

これら各時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段と、

[ 0 0 1 2 ]

また、前記脈流部分の除去は時系列データに対して移動平均をとることにより行われることを特徴とする。

本発明の車両は、運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコ一ノレ検出装置を備えた車両において、

請求項 1または 2に記載のアルコール検出装置と

前記検出手段の検出結果に基づいて、前記運転者の操作による車両の走行を制限するための制御部と、を備えたことを特徴とする。

[ 0 0 1 3 ]

本発明のアルコール検出装置は、運転者の呼気中のアルコールを吸着するための吸着層が形成され、その吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、前記アルコールが吸着されない基準用（参照用）の振動領域とが形成された水晶振動子を備え、前記水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づレ、てこれらの周波数の差分値の時系列データを作成し、この時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去している。従って、前記検証用の時系列データにおけるアルコールによる変化が脈流部分により紛れることが抑えられるので、この変化を明確に捉えることができるため、アルコール検出精度の低下を抑えることができる。図面の簡単な説明

[ 0 0 1 4 ]

図 1は、本発明のアルコール検出装置を搭載した自動車の外観図である。

図 2は、上記アルコール検出装置を構成するセンサ部の構成図である。

図 3は、上記センサ部に組み込まれる水晶振動子の平面図及び縦断側面図である図 4は、前記水晶振動子に設けられた吸着層及び非吸着層の縦断側面図である。図 5は、前記アルコール検出装置の構成図である。

図 6は、出力される周波数の時系列データの一例である。

図 7は、出力される周波数の時系列データの一例である。

図 8は、出力される周波数の時系列データの一例である。

図 9は、運転者が飲酒状態であるか否かを判断するためのフローチヤ一トである図 1 0は、他のアルコール検出装置の構成図である。

図 1 1は、評価試験の結果を示したグラフ図である。発明を実施するための形態

[ 0 0 1 5 ]

以下、本実施の形態に係るアルコール検出装置について説明する。図 1 ( a ) ( b ) は、アルコール検出装置 1 0が搭載された自動車 1の外観の一例を示したものであり、アルコール検出装置 10は、水晶振動子を含んだセンサ部 2 A, 2 Bと、その後段に接続されたセンサ部 2 A， 2 Bからの周波数を演算する処理部 4と、により構成されている。また、処理部 4は後述するように自動車 1のェンジンの動作などを制御する制御部 5に接続されている。

[0016]

運転席 1 1、助手席 12の上部には夫々前記センサ部 2 A， 2 Bが設けられており、これらは運転席 1 1に座った運転者、助手席 12に座った助手の夫々の呼気に含まれるアルコール臭気を検出する。センサ部 2A， 2 Bは夫々同様に構成されており、図 2 (a) (b) には代表してセンサ部 2 Aの構成を示している。センサ部 2A， 2 Bは前記運転者、助手から夫々極力近い位置に設けることが、呼気のアルコールを確実に検出するために好ましい。

[001 7]

センサ部 2 Aは例えばセラミックスからなる上側が開放されたパッケージ 21 と、パッケージ 21内に設けられた基板 22と、水晶振動子 3とを備えている。基板 22には例えば貫通孔 23が設けられており、水晶振動子 3はその貫通孔をふさぐように設けられている。これによつて水晶振動子 3は、その裏面がパッケージ 21の表面と前記貫通孔 23とにより構成される密閉空間 24に接し、且つその表面が車内の雰囲気に接する例えばランジュバン型の水晶振動子として構成されている。尚、水晶振動子を含むセンサには貫通孔が設けられていなくても良く、また、ランジュバン型の水晶振動子に限定されるものでもない。

[0018]

水晶振動子 3は例えば A Tカットにより形成された円形の水晶片 31と、例えば金からなる電極 32、 33、 34、 35とから構成されている。図 3 (a) 、

(b) 、 (c) は水晶振動子 3の夫々表面、裏面、側面を夫々示している。電極 32〜35は水晶片 31の表裏を夫々直径方向に沿って区画して見た場合における各半円領域において夫々矩形状に形成され、その矩形の周の一部が水晶片 31 の外方へ向けて引き出されるように形成されている。

[0019]

水晶振動子 3の各電極 32〜35において前記水晶片 31の外方へ向けて引き出された部分は、基板 2 2に設けられた電極 2 5 a〜 2 5 dに導電性接着剤 2 6 を介して接着されており、また電極 2 5 a〜2 5 dは基板 2 2内、パッケージ 2 1内に夫々設けられた導電路 2 7、 2 8を介してパッケージ 2 1の裏面に設けられた電極 2 9 a〜2 9 dに夫々電気的に接続されている。従って、水晶振動子 3 の各電極 3 2〜3 5がこれらの電極 2 9 a〜2 9 dに夫々電気的に接続されている。

[ 0 0 2 0 ]

水晶片 3 1の面内では電極 3 2と 3 3と、電極 3 4と 3 5とが夫々互いに対向している。そして、水晶片 3 1においてこれら電極 3 2、 3 3に挟まれる領域と、電極 3 4， 3 5に挟まれる領域は振動領域 3 A， 3 Bとして構成されている。電極 3 2、 3 3により振動領域 3 Aが、電極 3 4、 3 5により振動領域 3 Bが夫々独立して振動し、周波数信号を出力することができる。各電極 3 2〜3 5は、周波数温度特性を揃えるという目的を逸脱しない範囲において、互いの厚さをわずかに変えて各振動領域における主モードの発振周波数を例えば 5 0 k H z異ならせている。この例では振動領域 3 Aが基準用の振動領域、振動領域 3 Bがアルコール検出用の振動領域として夫々構成される。なお、振動領域 3 A及び振動領域 3 Bの間には、電極 3 2 ( 3 3 ) の長さ方向に沿って溝を形成したりあるいは導電体を形成することにより、これら振動領域 3 A、 3 Bの間に弾性的な境界部を設けるようにしてもよレ、。

[ 0 0 2 1 ]

つまり、この水晶振動子 3については 1つの水晶片 3 1が 2つの水晶振動子の機能を有するように構成されており、また前記各振動領域 3 A、 3 Bは共通の水晶片 3 1に形成されているため、周囲の温度が変化したときに夫々の振動領域 3 A, 3 Bから出力される発振周波数の変化量がほぼ揃った周波数温度特性を得ることができ、また自動車 1の車体から受ける振動から受ける周波数の変化量についてもこのように各振動領域を 1つの水晶片 3 1に構成することで、その差を抑えることができる。

[ 0 0 2 2 ]

前記振動領域 3 Aにおいて車内の雰囲気に接するように構成された電極 3 2には、例えば図 4 ( a ) に示すように自動車 1内の雰囲気に含まれるアルコール 7 1と反応しない吸着膜（感応膜）とは異なる誘電体からなる非感応膜であるプロック層 7 2が形成されている。ブロック層 7 2は、電極 3 2表面へのアルコール 7 1の吸着による振動領域 3 Aから出力される発振周波数「F 1」の変化を防ぐ役割を果たす。ここで電極 3 2は、ブロック層 7 2により被覆されずに剥き出しの状態としてもよいが、当該電極 3 2へのアルコール 7 1の吸着をより確実に抑えるためこのようなブロック層 7 2として設けることが好ましい。

[ 0 0 2 3 ]

また、振動領域 3 Bにおいて車内の雰囲気に接するように構成された電極 3 4 には、例えば図 4 ( b ) に示すようにアルコール 7 1と選択的に化学反応して結合する、例えば、ポリスチレン等のポリマー系物質に電荷を加えた誘電体からなる感応膜（吸着膜）である吸着層 7 3が設けられている。吸着層 7 3に対してァルコール 7 1が吸着されることによる質量負荷効果を利用して、振動領域 3 Bから出力される発振周波数を変化させ、その変化した発振周波数 F 2を取り出すことができる。この吸着層 7 3にアルコール 7 1が吸着された後、アルコール濃度の低いエア雰囲気に曝されることで、その吸着されたアルコール 7 1は当該吸着層 7 3から離れて、振動領域 3 Bから出力される発振周波数が変化する。

[ 0 0 2 4 ]

ここで水晶振動子 3に設けられた第 1の振動領域 3 A及び第 2の振動領域 3 B は、センサ部 2 A内にて共通の雰囲気に置かれるため、各々の領域 2 5 a、 2 5 bが置かれる温度条件はほぼ一致する。またこれらの領域 2 5 a、 2 5 bは共通の水晶片 3 1上に設けられているので、振動領域 3 Aから出力される発振周波数「F 1」と、振動領域 3 Bから出力される発振周波数「F 2」とは互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになっている。

[ 0 0 2 5 ]

運転席 1 1側に設けられたセンサ部 2 Aについて説明してきたが、助手席 1 2 側に設けられたセンサ部 2 Bはセンサ部 2 Aと同様に構成されており、センサ部 2 Aと同様の水晶振動子 3を備えている。これ以降は便宜上、振動領域 3 Aに相当する領域を振動領域 3 C、振動領域 3 Bに相当する領域を振動領域 3 Dとし、これら振動領域 3 C、 3Dから出力される周波数を F 3、 F4とする。発振周波数「F 1」「F 2」と同様に、振動領域 3C、 3Dから出力される発振周波数「 F 3」「F4」は互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになつている。

[0026]

図 5はアルコール検出装置 10のブロック図である。この図を参照しながらセンサ部 2A， 2 Bに接続された処理部 4について説明する。処理部 4は、発振回路41八〜410、スィッチ 43， 45、測定回路部 44， 46及び演算部 5を備えている。センサ部 2Aの後段、センサ部 2 Bの後段には前記発振回路 41 A 〜41Dが設けられており、これら各発振回路 41 A〜4 IDにより各振動領域 3 A〜 3Dが発振する。

[0027]

発振回路 41 A, 41 Bの後段には、センサ部 2 Aの各チャンネルからの出力信号を順次その後段の測定回路部 44に取り込むためのスィッチ部 43が設けられている。スィッチ部 43は、 2つの発振回路 41 A、 4 I Bからの周波数信号を時分割して取り込む役割を果たし、各チャンネルの発振周波数を並行して求めることが可能となる。例えば 1秒間を n分割（nは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を 1 Zn秒の処理で順次求めることにより、厳密には完全に同時に測定しているわけではないが、 1秒間に少なくとも 1回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することが可能となる。発振回路 4 1 C, 41 Dの後段に設けられたスィツチ部 45もスィツチ部 43と同様にセンサ部 2 Bの各チヤンネルの周波数信号を順次その後段の測定回路部 46に取り込む役割を有している。

[0028]

本例では測定回路部 44、 46は入力信号である周波数信号をディジタル処理して、各チャンネルの発振周波数を測定する役割を果たす。

[0029]

続いて、測定回路部 44， 46の後段に設けられた演算部 5について説明する。演算部 5は、バス 51を備えており、バス 51には CPU (中央演算処理装置 ) 52、データ処理プログラム 53、ノイズ除去プログラム 54を格納した記憶手段、第 1メモリ 55、第 2メモリ 56、第 3メモリ 57及び既述の測定回路部 44, 46が接続されている。

[0030]

データ処理プログラム 53は測定回路部 44, 46から出力される信号に基づいて各チャンネルの発振周波数に係わる時系列データを取得し、第 1メモリ 55 に格納する役割を果たす。またこのデータ取得動作と同時に、同一の時間帯における発振周波数「F 1」と発振周波数「F 2」との各時系列データの差分値「F 1一 F 2」、発振周波数「F 3」と発振周波数「F4」との各時系列データの差分値「F 3— F4」を夫々演算し、さらに同一の時間帯におけるこれらのデータ「F 1— F 2」と「F 3— F4」との差分「（ F 1— F 2 )—（F 3— F 4 ) J を演算して、これらの差分値の時系列データを取得する。そして取得した時系列デ一タを第 2メモリ 56に格納する。

[0031]

ノイズ除去プログラム 54は、第 2メモリに記憶された「F 1— F2」、「F 3— F4」、「（F 1 _F 2)_(F 3— F 4)」の各時系列データについて例えばある所定の時点から若干過去に遡つた所定の時点までの複数個の連続したデータの移動平均を、これら時系列データについて最新のデータが得られる度に順次演算し、これらの時系列データ「F 1— F 2」、「F 3— F4」、「（F 1—F 2) _(F 3— F4)」力、ら夫々処理されて出力された時系列データ「（F l— F 2) ，」、「（F 3— F4) ' 」、「{(F 1— F 2)— (F 3—F 4)}，」を第 3のメモリ 57に格納する。

[0032]

図 6, 図 7に測定回路部 46で信号処理されて演算部 5に出力された発振周波数「F 1」「F 2」、差分値のデータ「F 1— F 2」及ぴ「（F 1—F2) ， J の一例について示す。グラフ中時刻 t 1は運転者が車内で飲酒を行い、その運転者の呼気がセンサ部 2 Aに流れ、その呼気中のアルコールがセンサ部 2 Aの吸着層 73に吸着された時刻である。時刻 t 2は運転者が車を降り、その呼気がセンサ部 2 Aに流れなくなり、センサ部 2 Aの周囲のアルコール濃度が低下して、ァルコールが吸着層 73から離脱する時刻である。 [0033]

上記のようにこのアルコール検出装置 10では同じ水晶片 31に振動領域 3 A ， 3 Bを形成しているので、另 ij々の水晶片に各振動領域を形成する場合に比べて、振動領域 3 A, 3 Bに加えられる衝撃に差が生じることが抑えられているが、しかし自動車 1が悪路を走行したりアイドリングする場合などは車体が激しく振動し、各振動領域 3 A, 3 Bに加えられる衝撃が互いに異なるため、図 6 (a)

(b) に示すようにその衝撃により、発振周波数「F 1」、「F 2」の時系列データにおいて、同じ時刻に互いに異なる大きさの脈流が現れる場合がある。

[0034]

時刻 t l〜t 2の間、アルコールの吸着により本来なら時刻 t 1以前、 t 2以後に比べて発振周波数「F 1」は周波数が低い状態に維持されるが、上記のように発振周波数「F 1」、「F 2」の時系列データに脈流が発生している結果として、図 6 (c) に示すようにこれらの周波数の差分データである「F 1— F 2J においても脈流がノイズとして残り、従って、この差分データ「F 1—F 2」からはノイズに紛れてアルコールによる振動領域 3 A， 3 B間の周波数変化が検出できない場合がある。そこで、この「F 1— F 2」の移動平均を演算することで、時系列データ「（F l— F 2) ，」を出力する。この「（F l— F 2) ，」は上記の振動による脈流部分がノイズとして除去されている力低減されているので、図 6 (d) に示すようにセンサ部 2 Aにおけるアルコールによる振動領域 3 A に対する振動領域 3 Bの周波数の変動が明確になっている。

[0035]

また、この例ではセンサ部 2 Bでセンサ部 2 Aと同じ水晶振動子 3を用いており、センサ部 2 Aの振動領域 3 B、センサ部 2 Bの振動領域 3Dは夫々周囲の雰囲気のアルコール濃度が同じように変化した場合に略同じように発振する信号の周波数が変動する。振動領域 3 A, 3 Bに加えられる衝撃が互いに異なった場合と同様に振動領域 3 C, 3Dに加えられる衝撃が互いに異なることによって、図 7 (a) 、 (b) に夫々示すように発振周波数「F 3」、「F4」の時系列データにおいても上記の発振周波数「F 1」、「F 2」の時系列データと同様に、同じ時刻に互いに異なる大きさの脈流が現れ、時系列データ「F 3— F4」に脈流がノイズとして残る場合がある。そこで、この例では前記「（F 1—F 2) 」から「（F l— F 2) ' 」を算出するのと同様に、図 7 (c) に示す「F 3— F4 」の移動平均を演算することで、図 7 (d) に示すように脈流部分をノイズとして除去ないし低減した時系列データ「（F 3— F4) ' 」を出力し、アルコールによる振動領域 3 Cに対する振動領域 3Dの周波数の変動を明確にしている。図に示した例では助手が飲酒をしておらず、運転者の呼気が僅かに助手席側のセンサ部 2 Bに流れてその呼気中のアルコールがセンサ部 2 Bに付着しているだけなので、「（F 3— F4) ' 」の周波数の変化量は「（F 1—F 2) ' 」の変化量よりも小さくなつている。

[0036]

また、「{(F 1— F 2)— (F 3— F 4)}」の移動平均「 { (F 1— F 2 )— ( F 3 -F4)}' 」を演算することで、センサ部 2 Aの各振動領域間の変動とセンサ部

2 Bの各振動領域間の変動との差、つまりセンサ部 2 A， 2 Bでどちらにアルコールが多く吸着されているかを明確にしている。図 8 (a) 、 (b) は図 6及び図 7で示した F 1〜F 4に基づいて演算される「{(F 1 -F 2)-(F 3-F 4)} 」、「{(F 1 _F 2)— (F 3— F4)}' 」の夫々一例である。そして、後述するように制御部 6がこれらの周波数の時系列データ「（F 1—F 2) ' 」、「（F

3 -F 4) ，」、「{(F 1—F 2)—（F 3— F 4)}，」に基づいて、エンジンの動作の制御を行う。

[0037]

データ処理部 5のバス 51には例えばコンピュータからなる制御部 6が接続されている。制御部 6は上記のノイズが低減された各時系列データ（F 1—F 2) ，、（F 3— F4) ' 及び {(F 1 _F 2)_(F 3— F 4)}，に基づいて、後述するように運転者が飲酒状態であるか否かを判定し、これらの各時系列データと共にその飲酒状態の判定結果を当該制御部 6に接続されたディスプレイなどにより構成された表示部 61に表示する。

[0038]

また、制御部 61には例えば自動車 1の速度を制限するスピードリミッタを含み、エンジンの動作を制御するためのエンジンコントローラ 62が接続されている。エンジンコントローラ 6 2からは制御部 6にその動作状態に応じた信号が出力され、制御部 6はその信号と運転者が飲酒状態であるか否かの判定結果とに基づいてエンジンコントローラ 6 2に制御信号を出力し、作動中のエンジンの動作を抑制して自動車 1の走行速度を低下させた後、自動車 1を停止させたり、あるいは停止状態を維持させ、運転者の操作による自動車 1の走行を制限する。また、制御部 6が、運転者が飲酒状態であると判定した場合にはアラーム発生部 6 3 に信号を送信し、その信号を受けたアラーム発生部 6 3が車内にアラームを鳴らす。

[ 0 0 3 9 ]

また、制御部 6にはキー検出部 6 4が接続されている。キー検出部 6 4は自動車のキーの位置を検出する位置検出手段を備えており、キーが車外から車内に持ち込まれるとキー検出部 6 4は制御部 6にそれに対応した電気信号を送信し、その信号を受けた制御部 6が例えば処理部 4の不図示の電源スィツチをオンにして当該処理部 4が起動し、各発振回路 4 1 A〜 4 1 Dにより各振動領域 3 A〜 3 D が発振すると共にスィッチ 4 3、 4 5が切り替わり、周波数の測定が開始される。また、それとは逆にキーが車内から車外に持ち出されると、キー検出部 6 4は、制御部 6にそれに対応した電気信号を送信し、制御部 6が処理部 4の電源スィツチを落とし、各発振回路 4 1 A〜4 1 Dによる各振動領域 3 A〜 3 Dの発振及びスィッチ 4 3， 4 4の切り替わりが停止する。このようないわゆるスタンバイ機能を有することで、振動領域が常時発振する場合に比べて、消費電力を低下させることができるので好ましい。

[ 0 0 4 0 ]

次に上述の自動車 1においてアルコール臭気が検出される手順について説明する。先ず、例えば運転者によりこの自動車 1のキーが車内に持ち込まれ、キー検出部 6 4がそれを検出し、制御部 6に電気信号を送信する。制御部 6は処理部 4 を起動させ、センサ部 2 Aの振動領域 3 A、 3 B及びセンサ部 2 Bの振動領域 3 C、 3 Dが発振を開始する。振動領域 3 A， 3 Bから出力される周波数信号及び振動領域 3 C , 3 Dから出力される周波数信号は夫々時分割されて、測定回路部 4 4， 4 6に夫々取り込まれ、 AZD変換された後、各ディジタル値が信号処理される。そして振動領域 3A， 3Bの周波数信号から、前記周波数「F 1、 F2 」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば 1 2秒ずつ、ずれて）第

1メモリ 55に記憶されると共に振動領域 3 A, 3Bの周波数信号から、前記周波数「F 3、 F4」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば 1Z2秒ずつ、ずれて）第 1メモリ 68に記憶される動作が継続される。

[0041]

運転席 1 1に運転者が、助手席に助手が夫々座ると、夫々の呼気がセンサ部 2 A, センサ部 2 Bに流れる。そして、運転者の呼気中にアルコールが含まれている場合にはそのアルコールがセンサ部 2 Aの振動領域 3 Bの吸着層 73に吸着され、質量負荷効果によりこの振動領域 3 Bから出力される周波数「F 2」が低下する。同様に助手の呼気中にアルコールが含まれている場合、そのアルコールがセンサ部 2 Bの吸着層 73に吸着され、質量負荷効果により振動領域 3 D力、ら出力される周波数「F4」が低下する。呼気に含まれるアルコールが多いほど、吸着層 73に吸着されるアルコールが多くなり、周波数の低下が大きくなる。つまり呼気のアルコール濃度と、各振動領域 3 B， 3Dの周波数の低下とは対応するため、この周波数の低下に基づいて運転者が飲酒状態である力、否かを判断することができる。

[0042]

このようにして各振動領域.3 A〜 3Dから出力された周波数の時系列データは第 1メモリ 55に記憶されると共に、周波数「F 2」と周波数「F 1」との差分及び周波数「F 3」と「F4」との差分が演算され、これら差分の時系列データ「F 1—F2」，「F 3_F4」が第 2メモリ 56に記憶される。また、これら「F 1— F2」，「F 3_F4」と同時にこれら振動領域 3 A， 3B間の周波数の差分の時系列データ「{ (F 1—F 2) — (F 3-F4) }」が第 2のメモリ 5 6に記憶される。

[0043]

これらの差分の周波数は、各振動領域からの周波数を順次演算部 5に取り込むタイミングの中で求めるようにしてもよく、例えば「F 1—F 2」を求める場合においては振動領域 3 Aの周波数「F 1」を取り込み、次いで振動領域 3Bの周波数「F 2」を取り込んだ後、「F 1」力、ら「F 2」を差し引いて、その差分を第 2メモリ 56に書き込むといった手法でもよいし、各振動領域の周波数の時系列データを取得した後、これらデータの時間軸を合わせて、差分の時系列データを作成してもよレ、。

[0044]

処理部 4は、差分の時系列データ「F 1— F 2」，「F 3_F4」，「{ (F 1 -F 2) - (F 3— F4) }」の作成を続ける一方で、これら時系列データにおいて所定の時点から過去へ遡った連続する複数のデータの移動平均を順次演算することでノイズを除去した時系列データ「（F 1— F 2) ，」、「（F 3— F 4) ，」及び「{(F 1—F 2)— (F 3— F 4)}，」を算出し、これらのデータが第 3のメモリ 57に記憶されると共に表示部 61に表示される。

[0045]

このように時系列データ「（F 1— F 2) ，」、「（F 3_F4) ，」及び「 {(F 1 -F 2)-(F 3-F4)}' 」を演算しながら、制御部 6は図 9に示すフロ一チャートに従って運転者が飲酒をしているか否かを判定する。先ず、制御部 6 は、第 3の記憶部 57に記憶された「（F 1— F 2) ，」力その最新のデータが得られた時点から例えば 30秒程度過去に遡った所定の期間において予め設定された第 1の基準値以上に保たれているか否かを判定する（ステップ 1) 。第 1 の基準値は運転者が飲酒をしているか否かの指標となる数値であるが、同じ車内の雰囲気にセンサ部 2 A, 2 Bが設けられているため、助手が飲酒している場合にその呼気中のアルコールが運転席 1 1側へと流れ込み、そのセンサ部 2 Aに吸着することも考えられる。そこで、第 1の基準値はそのように助手席 12側からのアルコールの流れ込みがあつたとしても運転者が飲酒していると判断されるような比較的高い値に設定され、この「（F 1 _F 2) ' 」が第 1の基準値以上である場合に制御部 6は運転者が飲酒状態であると判定する。

[0046]

制御部 6は、「（F 1— F 2) ' 」が第 1の基準値よりも低いと判定した場合に、続いてこの「（F 1— F 2) ，」が前記所定の期間、予め設定された第 2の基準値以上に保たれている力否かを判定する（ステップ 2) 。この第 2の基準値は運転者が飲酒をしているか否かの指標となる数値であるが、第 1の基準値よりも低い値である。そして、「（F 1— F 2) ' 」が第 2の基準値よりも低い場合、制御部 6は運転者が飲酒状態ではないと判定する。

[0047]

前記（F 1—F 2) ' が前記第 2の基準値以上に保たれている場合、続いて制御部 6はその所定の期間において（F 3— F4) ，が第 3の基準値以上であるか否かを判定する（ステップ 3) 。この第 3の基準値は、助手が飲酒をしているか否かの指標となる数値であり、例えば第 2の基準値と同じ数値である。そして、制御部 6が（F 3— F4) ，について第 3の基準値よりも低いと判定した場合、この場合は助手が飲酒をしておらず、運転者の呼気中のアルコールにより（F 1 一 F 2) ，が前記第 2の基準値以上になっているものと考えられるので、制御部 6は運転者が飲酒状態であると判定する。

[0048]

(F 3— F4) ' が第 2の基準値以上である場合は、続いて制御部 6は {(F 1 _F 2)—（F 3— F 4)}' について判定する（ステップ 4) 。ここで {(F 1—F 2)-(F 3-F4)}' が予め設定された第 4の基準値例えば 0よりも大きい、つまりセンサ部 2 Aにおける周波数の低下がセンサ部 2 Bにおける周波数の低下に比べて大きくなっている場合は、運転者の呼気中のアルコール濃度が助手の呼気中のアルコール濃度より高い場合なので、運転者が飲酒状態であると判定する。

[0049]

逆に {(F l— F 2)—（F 3— F4)}' が前記第 3の基準値よりも低い、つまりセンサ部 2 Bの周波数の低下がセンサ部 2 Aの周波数の低下に比べて大きくなつている場合は、助手の呼気中のアルコール濃度が運転者の呼気中のアルコール濃度よりも高いので、この助手の呼気がセンサ部 2 Aに流れ込んでいるものとして、制御部 6は運転者が飲酒状態ではないと判定する。

[0050]

運転者が飲酒状態ではないと判定された場合、制御部 6はエンジンの動作に干渉せず、運転者の操作に従って、エンジンが動作する。一方で、運転者が飲酒状態であると判定された場合、制御部 6はエンジンがすでに動作している場合にはその動きを抑制し、例えばエンジンコントローラ 6 2を構成するスピードリミッタにより徐々に自動車 1を減速させ、やがてエンジンの動作を停止させて自動車 1の走行を停止させる。また、エンジンが停止している場合にはその停止状態を維持させ、運転者が車のイダ二ッションを回してエンジンをかけようとする動作を行ったとしても、エンジンの動作が行われないようにする。このようにェンジンの動作を制御すると共に、制御部 6は表示画面 6 1に運転者が飲酒状態である旨を表示し、アラーム発生部 6 3により車内にアラームを発生させる。

[ 0 0 5 1 ]

この自動車 1においては、共通の水晶片 3 1から形成された振動領域 3 A， 3 Bが形成された水晶振動子 3を備えたセンサ部 2 Aと、演算部 5と、を備えている。振動領域 3 A, 3 Bが自動車 1の走行中やアイドリング時などにおいて互いに異なる強さや異なる方向の衝撃を受けて、前記「F 1」「F 2」について互いに異なる大きさの脈流部分が発生することが抑えられるので、前記演算部 5によつて演算されるその差分値の時系列データである「F 1—F 2」に脈流部分が残ることが抑えられ、さらに演算部 5は「F 1—F 2」に残った脈流部分について、それがノイズとして除去されるように差分値の時系列データ「（F 1—F 2 ) ，」を算出している。従ってこの「（F 1—F 2 ) ' 」においてはアルコールによる変化が明確になっており、この「（F 1— F 2 ) ，」に基づいて運転者の飲酒状態の判定を行うので、高い精度を持ってその判定を行うことができる。特にこのように所定の期間における周波数の時系列データの推移をみて、飲酒の判定を行う場合にこの時系列データのノイズが除去されることは有効である。

[ 0 0 5 2 ]

また、この実施形態では助手席にもセンサ部 3 Bを設けて、センサ部 2 Aの振動領域間の周波数差とセンサ部 2 Bの振動領域間の周波数差との差を演算し、それに基づいて運転者の飲酒状態について判定しているので、運転者の志向性を高くできる、つまり助手の飲酒によって飲酒をしていない運転者が飲酒状態と誤判定されることを防ぎ、より精度高く運転者の飲酒状態を判定することができる。なお、センサ部 2 Bは後部座席に設けて、その後部座席に座った者の呼気中のァルコールを検出することで、この者の飲酒による前記誤判定を防いでもよレ、。 [0053]

「（F 1—F 2) ' 」、「（F 3— F4) ' 」の各々における周波数の変動と、運転者、助手の呼気中のアルユール濃度との対応関係を予め調べておき、表示部 61に「（F 1—F 2) ，」、「（F 3— F4) ' 」の変化に応じてリアルタィムで運転者、助手の夫々の呼気中のアルコール濃度が表示部 61に表示されるようになっていてもよい。

[0054]

また、上記の実施形態では、各振動領域から得られた時系列データの差分データ「F 1_F 2」、「F 3— F4」について移動平均をとり、「（F l— F 2) ' J 「（F 3— F4) ' 」を取得し、これらのデータに基づいて飲酒状態の判定を行っているが、このように各振動領域から得られた時系列データの差分データのノィズを除去する代わりに、振動領域から得られた時系列データのノイズを除去し、然る後ノイズが除去された前記時系列データの差分を演算して判定を行つてもよい。具体的に、「F 1」，「F 2」，「F 3」，「F 4」の各時系列データについて移動平均をとつて、これらの時系列データのノイズが除去された「F 1， J , 「F 2， J , 「F 3，」，「F4，」を算出して、これを第 2メモリ 5 6に記憶し、さらに演算部 5が「F 1，一 F 2' 」，「F 3， _F4，」「（F 1' — F 2， ) - (F 3， _F4， ) 」を演算して、その演算結果を第 3メモリ 57に記憶する。そして制御部 6は、（F 1—F 2) ' 、（F 3— F4) ，、 {( F 1—F 2)— (F 3— F 4)}，の代わりに「F 1' -F 2 ' 」，「F 3，一F4 ，」「（F 1， _F 2' ) — (F 3， —F4' ) 」の各時系列データに基づいて、上記の実施形態と同様に判定を行う。このような構成であっても前記実施形態と同様の効果が得られる。

[0055]

続いて図 10に他のアルコール検出装置の構成例を示す。上記の実施形態と同様に形成されている箇所については同じ符号を付している。この実施形態においては、発振回路 41 A, 41 Bの後段にミキシング回路 71力発振回路 41 C ， 41 Dの後段にミキシング回路 72が夫々設けられている。ミキシング回路 7 1は発振回路 41 A, 41 Bから入力された信号に基づいて、その周波数の差分の信号データを演算し、同様にミキシング回路 72は発振回路 41 C, 41Dから入力された信号に基づいて、その周波数の差分の信号データを演算し、演算された各データは処理部 4において後段に送信され、メモリに記憶される。つまり、この例では演算部 5に送信される前に「F 1 _F 2」、「F 3— F4」が演算されている。このように「F 1 _F 2」、「F 3— F4」が演算された後は上記の実施形態と同様にこれらに基づいて、演算部 5が「{(F 1—F 2)— (F 3— F 4)}」を演算し、これらの差分値の時系列データの移動平均が演算され、ノイズが除去された時系列データが出力される。このような構成としても上記の構成の装置と同様の効果を得ることができる。

[0056]

評価試験

上記の実施形態に従って周波数「F 1」、「F2」及び「F 1—F 2」の時系列データを測定し、その結果を図 1 1に示す。図中のグラフにおいて縦軸は F 1 ， F 2の周波数、横軸は時間を示している。周波数「F 2」は時刻 3501秒付近における振動領域 3 Bへのアルコール吸着により、「F 1 _F 2」の周波数もこの「F 2」の変化に応じて変化する。従って、実施形態で説明したようにこのような周波数変化を利用して運転者の飲酒を検出することができる。なお、ダラフ中「F 1— F 2」はこれら F l、 F 2に対する変化を明確に示すために一つのダラフ中に示したので各時点での計算値はグラフ縦軸の周波数の値には対応していないが、その変化量は縦軸のスケールの間隔に対応している。

Claims

請求の範囲

1 . 車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、

前記第 1の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に对応する周波数と前記第 1の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズとみなして除去するための手段と、

を備えたことを特徴とするアルコール検出装置。

2 . 車両に設けられ、その車両の運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置において、

これら各時系列データに含まれる脈流部分をノィズと見なして除去するための手段と、前記脈流部分を除去した後の各時系列データの差分値の時系列データを作成する手段と、を備えたことを特徴とするアルコール検出装置。

3 . 運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第 2の水晶振動子と、

前記第 2の水晶振動子における検出用の振動領域の発振出力に対応する周波数と前記第 2の水晶振動子における基準用の振動領域の発振出力に対応する周波数とに基づいてこれらの周波数の差分値の時系列データを作成する手段と、前記時系列データに含まれる脈流部分をノイズと見なして除去するための手段とを含む比較用のデータ作成手段と、

前記比較用のデータと前記検証用のデータとに基づいてアルコールを検出する検出手段と、

を備えたことを特徴とする請求項 1または 2に記載のアルコール検出装置。

4 . 運転者以外の搭乗者の呼気に含まれるアルコールを吸着するための吸着層がその表面に形成され、当該吸着層へのアルコールの吸着により固有振動数が変化するアルコール検出用の振動領域と、この検出用の振動領域とは異なる領域に設けられ、前記アルコールが吸着されない基準用の振動領域と、を備えた第 2の水晶振動子と、

前記脈流部分を除去した後の各時系列データの差分値の時系列データを作成する手段と、を備えたことを特徴とする請求項 1または 2記載のアルコール検出装置。

5 . 脈流部分の除去は時系列データに対して移動平均をとることにより行われることを特徴とする請求項 1または 2に記載のアルコール検出装置。

6 . 運転者の呼気に含まれるアルコールを検出するためのアルコール検出装置を備えた車両において、

請求項 1または 2に記載のアルコール検出装置と

前記検出手段の検出結果に基づいて、前記運転者の操作による車両の走行を制限するための制御部と、を備えたことを特徴とする車両。