ガス検出装置
【課題】検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出する。
【解決手段】みなし濃度算出部３２によって、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度Ｃｐｒｅを算出し、信頼度要否判定部３４によって、みなし濃度が閾値より大きく、信頼度Ｒを算出する必要があると判定された場合に、信頼度算出部３６によって、各センサからの検出信号の変化特性から得られたみなし濃度Ｃｐｒｅ１とＣｐｒｅ２との比で表される変数ｘに対して、呼気中のガス成分がエタノールガスであること信頼度Ｒを算出し、エタノール濃度算出部３８によって、みなし濃度Ｃｐｒｅと信頼度Ｒとを乗算してエタノールガス濃度を算出する。
【解決手段】みなし濃度算出部３２によって、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度Ｃｐｒｅを算出し、信頼度要否判定部３４によって、みなし濃度が閾値より大きく、信頼度Ｒを算出する必要があると判定された場合に、信頼度算出部３６によって、各センサからの検出信号の変化特性から得られたみなし濃度Ｃｐｒｅ１とＣｐｒｅ２との比で表される変数ｘに対して、呼気中のガス成分がエタノールガスであること信頼度Ｒを算出し、エタノール濃度算出部３８によって、みなし濃度Ｃｐｒｅと信頼度Ｒとを乗算してエタノールガス濃度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に係り、特に、運転者の呼気に含まれるアルコールの濃度を検出することができるガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特性の異なる複数のガスセンサの出力を組み合わせてガスを識別する際に、情報装置によりパターン認識を行うことによりガス識別能力を向上させたガス識別装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、酸化物半導体ガスセンサを周期的に温度変化させ、温度変化に対する応答波形のパラメータからガス種を決定するガス検出装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４２０３９号公報
【特許文献２】特開平７−３１１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、パターン認識のための複雑な情報処理を必要とし、また、ガスセンサからの出力パターンが予め記憶された出力パターンに一致しない場合には対応することができないため、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合には、検出対象ガスの成分と検出対象ガス以外のガスの成分との区別ができない場合がある、という問題がある。
【０００６】
また、上記の特許文献２に記載の技術では、センサ温度を周期的に変化させる必要があるため、目的とするガスが、人の呼気のように持続時間の短い一過性のガスである場合には、十分対応することができず、精度よくガス濃度を検出することができない、という問題がある。このような場合には、金属酸化物半導体ガスセンサのような応答性の良いガスセンサを用いて、安定した状態で使用することが望ましい。しかし、金属酸化物半導体ガスセンサは、ガス選択性が高くないため、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス以外のガス成分に対しても応答してしまい、検出対象ガスの実際のガス濃度よりも高い定量値として検出されて誤検出となる、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明のガス検出装置は、各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なり、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する複数のガスセンサと、前記複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段とを含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明のガス検出装置によれば、各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なる複数のガスセンサが、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する。みなしガス濃度算出手段が、複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出する。また、信頼度算出手段が、複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する。そして、ガス濃度算出手段が、みなしガス濃度と信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して検出対象ガスのガス濃度を算出する。
【００１０】
このように、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、複数のガスセンサの特性から求まる特徴量に基づいて算出されたみなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる。
【００１１】
第１の発明のガス検出装置において、前記特徴量を、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性の比率とすることができる。
【００１２】
第２の発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力するガスセンサと、前記ガスセンサの検出信号を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、前記ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段とを含んで構成されている。
【００１３】
第２の発明のガス検出装置によれば、ガスセンサが、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する。みなしガス濃度算出手段が、ガスセンサの検出信号を用いて、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出する。また、信頼度算出手段が、ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する。そして、ガス濃度算出手段が、みなしガス濃度と信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して検出対象ガスのガス濃度を算出する。
【００１４】
このように、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、ガスセンサの複数種類の特性から求まる特徴量に基づいて算出されたみなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる。
【００１５】
第２の発明のガス検出装置において、前記複数種類の特性に、前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に依存する特性、及び前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の種類に依存する特性を含めることができる。
【００１６】
また、第１及び第２の発明のガス検出装置において、前記特性を、前記検出信号のピーク値、前記検出信号の変化率の最大値、前記検出信号の変化率の最小値、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの時間、前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの時間、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの該検出信号の変化パターン、または前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの該検出信号の変化パターンとすることができる。
【００１７】
また、第１及び第２の発明のガス検出装置において、前記みなし濃度が予め定めた値より大きい場合には、前記信頼度算出手段で算出された信頼度を用いて前記ガス濃度算出手段で前記検出対象ガス成分のガス濃度を算出し、前記みなし濃度が予め定めた値より小さい場合には、前記みなし濃度を前記検出対象ガス成分のガス濃度とするようにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るエタノール濃度検出装置を運転席のステアリングコラムに取り付けた状態を示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態を示す概略図である。
【図３】本実施の形態のエタノール濃度検出装置のアルコールセンサの構成を示す回路図である。
【図４】第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、ピークの高さ、変化開始からピークまでの時間、及びピークから変化終了までの時間を示すグラフである。
【図６】信頼度関数Ｒ（ｘ）の一例を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態を示す概略図である。
【図９】第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、検出信号の変化率の最大値、及び最小値を示すグラフである。
【図１２】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、及び予測された飽和出力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ドライバの呼気からアルコールの一種であるエタノールの濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置１０は、運転席に設けられたステアリングコラム１２のドライバの呼気が到達可能な位置に取り付けられている。エタノール濃度検出装置１０は、先端部に拡径した吸い込み口２０Ａが形成された細長円筒状の呼気導入管２０を備えており、呼気導入管２０の中間部の内部には、後述するアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂを備えたガスセンサ群２４が取り付けられている。
【００２２】
図２に示すように、呼気導入管２０の内部であって、ガスセンサ群２４より吸い込み口２０Ａ側には、ドライバの呼気を吸い込み口２０Ａから吸い込むために駆動される吸い込みファン２２が設けられている。
【００２３】
呼気導入管２０の中間部の内部に、酸化物半導体を用いてエタノールガスの濃度を検出する酸化物半導体ガスセンサであるアルコールセンサ２４Ａと、多くの種類のガス成分に感度を有するガスセンサ２４Ｂとが取り付けられている。アルコールセンサ２４Ａと、ガスセンサ２４Ｂとは、呼気導入管２０の中間部の内部に対向するように取り付けられている。
【００２４】
アルコールセンサ２４Ａは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサであり、例えば、金属酸化物半導体を用いたＴＧＳ２６２０（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができ、図３に示すような回路で構成されている。アルコールセンサ２４Ａでは、ヒーター電圧ＶＨと回路電圧ＶＣが印加され、センサ抵抗ＲＳに直列に接続された負荷抵抗ＲＬの両端電圧ＶＯＵＴを、検出信号として出力する。従って、アルコールセンサ２４Ａは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が高くなるに従って、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が低くなるに従って、レベルが低い検出信号を出力する。
【００２５】
また、アルコールセンサ２４Ａは、ガス成分の選択性が比較的低く、エタノールガス以外に、例えば、水素、一酸化炭素、メタン、イソブタンなどに感度を有し、各々のガス成分に対して異なる感度特性を有している。
【００２６】
ガスセンサ２４Ｂは、目的成分（エタノール）以外のガス成分に対する感度（変化特性）が、アルコールセンサ２４Ａと異なり、多くの種類のガス成分に感度を有している。ガスセンサ２４Ｂとしては、例えば、空気質センサ（空気の汚れを検知するセンサ）を用いることができ、ＴＧＳ２６００（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができる。
【００２７】
ガスセンサ２４Ｂは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれる、感度を有するガス成分の濃度が高くなるに従って、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれる、感度を有するガス成分の濃度が低くなるに従って、レベルが低い検出信号を出力する。
【００２８】
この実施の形態によれば、吸い込みファン２２を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管２０の吸い込み口２０Ａから呼気導入管２０内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触した後、呼気導入管２０から外部に排出される。
【００２９】
アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに感度を有するガス成分がアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触することにより、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々から出力された検出信号は、後述するエタノール濃度検出器３０に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象ガスとしてのエタノールガスの濃度が検出される。
【００３０】
図４に示すように、エタノール濃度検出装置１０は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置５０に表示させるエタノール濃度検出器３０を備えている。
【００３１】
エタノール濃度検出器３０は、エタノール濃度検出装置１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述するエタノール濃度算出処理ルーチン等の各種プログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含むマイクロコンピュータで構成することができる。
【００３２】
エタノール濃度検出器３０は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度を算出するみなし濃度算出部３２と、みなし濃度算出部３２で算出されたみなし濃度に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する必要があるか否かを判定する信頼度要否判定部３４と、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する信頼度算出部３６と、みなし濃度及び信頼度に基づいて、エタノールガス濃度を算出するエタノール濃度算出部３８と、エタノール濃度算出部３８による算出結果を表示装置５０に表示するように制御する表示制御部４０とを備えている。
【００３３】
みなし濃度算出部３２は、呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さを算出する。検出信号のピークの高さΔｆｐ（図５参照）は、検出信号がピークとなったときのピーク最大値ｆｐを検出し、ピーク最大値ｆｐ及び検出信号の閾値ｆｔｈ（例えば、変化前の検出信号の値を検出信号のベース値ｆｂとした場合、ベース値ｆｂ＋０．２Ｖ）を用いて、下記（１）式に従って算出する。
【００３４】
Δｆｐ＝ｆｐ−ｆｔｈ ・・・（１）
【００３５】
そして、ピークの高さΔｆｐとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出する。同様に、ガスセンサ２４Ｂの検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さを算出し、ピークの高さΔｆｐとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、ガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を算出する。そして、予め算出された定量係数ａ、ｂ及びｃを用いて表される重回帰式（下記（２）式）に従って、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００３６】
Ｃｐｒｅ＝ａ×Ｃｐｒｅ１＋ｂ×Ｃｐｒｅ２＋ｃ ・・・（２）
【００３７】
信頼度要否判定部３４は、みなし濃度算出部３２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、後述する信頼度算出部３６により信頼度を算出する必要があるか否かを判定する。みなし濃度算出部３２でエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する際に、呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであるとみなしたが、実際には、エタノールガス以外のガス成分が含まれている可能性がある。この場合、目的成分であるエタノールガス以外のガス成分に対するセンサ応答が検出信号に重畳されて、エタノールガスのガス濃度よりも高い定量値としてエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが算出されている可能性がある。そこで、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定する。みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、みなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとする。
【００３８】
信頼度算出部３６は、下記（３）式で表されるように、みなし濃度算出部３２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２の比を変数ｘとする。
【００３９】
ｘ＝Ｃｐｒｅ２／Ｃｐｒｅ１ ・・・（３）
【００４０】
ここで、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号の変化特性であるピークの高さに基づいて算出されており、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２自体も、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号の変化特性といえる。
【００４１】
また、変数ｘに対し、呼気中のガス成分が目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を示す信頼度関数Ｒ（ｘ）を予め定めておく。ここでは、信頼度関数Ｒ（ｘ）を、パラメータａ及びｂを用いて下記（４）式で定義しており、このＲ（ｘ）に基づいて、みなし濃度Ｃｐｒｅに対する信頼度Ｒを算出する。
【００４２】
【数１】
【００４３】
例えば、ａ＝１、ｂ＝０．５とした場合の信頼度関数Ｒ（ｘ）を表すグラフを図６に示す。呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであれば、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２は略同一の値となるはずであるので、変数ｘが「１」のときに信頼度Ｒが最も大きくなる。
【００４４】
なお、パラメータｂの値が小さいほど誤検出が少なくなり、未検出が多くなる。一方、パラメータｂの値が大きいほど誤検出が多くなり、未検出が少なくなる。そこで、各センサからの検出信号の実測値や、どの程度未検出を許容して誤検出を低減させるか等の目的に応じて、パラメータａ及びｂの値を設定する。
【００４５】
エタノール濃度算出部３８は、下記（５）式に従って、みなし濃度算出部３２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅと、信頼度算出部３６で算出された信頼度Ｒとの積をエタノールガス濃度Ｃとして算出する。
【００４６】
Ｃ＝Ｃｐｒｅ×Ｒ ・・・（５）
【００４７】
信頼度Ｒが大きい場合には、エタノールガス濃度Ｃも大きくし、信頼度Ｒが小さい場合には、エタノールガス濃度Ｃも小さくすることで、目的成分であることの信頼度をガス濃度に反映させている。
【００４８】
次に、図７を参照して、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンについて説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管２０に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置１０のエタノール濃度検出器３０において、図７に示すエタノール濃度算出処理ルーチンが実行される。
【００４９】
ステップ１００で、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの検出信号を取得する。
【００５０】
次に、ステップ１０２で、上記ステップ１００で取得した検出信号の時系列変化に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出する。同様に、ガスセンサ２４Ｂの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、ガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を算出する。
【００５１】
次に、ステップ１０４で、上記（２）式に従って、上記ステップ１０２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を用いて、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００５２】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、信頼度の算出が必要であるか否かを判定する。エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定してステップ１０８へ進む。一方、みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、ステップ１１４へ進み、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとして置き換えて、ステップ１１６へ進む。
【００５３】
ステップ１０８では、上記（３）式に従って、上記ステップ１０２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を用いて、これらの比を変数ｘとして算出する。次に、ステップ１１０で、上記（４）式に従って、上記ステップ１０８で算出された変数ｘに対する信頼度Ｒを算出する。
【００５４】
次に、ステップ１１２で、上記（５）式に従って、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅと、上記ステップ１１０で算出された信頼度Ｒとの積をエタノールガス濃度Ｃとして算出する。
【００５５】
次に、ステップ１１６で、上記ステップ１１２で算出されたエタノールガス濃度Ｃ、または、上記ステップ１１４で置き換えられたエタノールガス濃度Ｃを表示装置５０に表示させて、本ルーチンを終了する。
【００５６】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサ及びガスセンサの検出信号の変化特性からエタノールガスのみなし濃度を算出し、アルコールセンサの検出信号に基づくみなし濃度とガスセンサの検出信号に基づくみなし濃度とに基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出し、エタノールガスのみなし濃度と信頼度との積からエタノールガス濃度を算出する。これにより、目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を加味したエタノールガス濃度を算出することができるため、呼気中にエタノールガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、エタノールガス濃度を精度よく検出することができる。
【００５７】
また、算出されたエタノールガスのみなし濃度が所定の閾値より大きい場合にのみ信頼度を算出することにより、信頼度の算出が不要な場合の計算時間を短縮することができる。
【００５８】
また、信頼度関数のパラメータａ及びｂを、誤検出及び未検出の目標レベルに基づいて定めることにより、目的に応じた柔軟な検出結果を得ることができる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。第１の実施の形態では、２つのガスセンサを用いる場合について説明したが、第２の実施の形態では、１つのガスセンサの検出信号について２つの変化特性を用いる点が異なる。なお、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置２１０には、呼気導入管２０の中間部の内部に、酸化物半導体を用いてエタノールガスの濃度を検出する酸化物半導体ガスセンサであるアルコールセンサ２４Ａが取り付けられている。
【００６１】
この実施の形態によれば、吸い込みファン２２を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管２０の吸い込み口２０Ａから呼気導入管２０内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ２４Ａへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ２４Ａに接触した後、呼気導入管２０から外部に排出される。
【００６２】
アルコールセンサ２４Ａに感度を有するガス成分がアルコールセンサ２４Ａに接触することにより、アルコールセンサ２４Ａによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ２４Ａから出力された検出信号は、後述するエタノール濃度検出器２３０に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象ガスとしてのエタノールガスの濃度が検出される。
【００６３】
図９に示すように、エタノール濃度検出装置２１０は、アルコールセンサ２４Ａに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置５０に表示させるエタノール濃度検出器２３０を備えている。
【００６４】
エタノール濃度検出器２３０は、エタノール濃度検出装置２１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述するエタノール濃度算出処理ルーチン等の各種プログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含むマイクロコンピュータで構成することができる。
【００６５】
エタノール濃度検出器２３０は、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度を算出するみなし濃度算出部２３２と、信頼度要否判定部３４と、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する信頼度算出部２３６と、エタノール濃度算出部３８と、表示制御部４０とを備えている。
【００６６】
みなし濃度算出部２３２は、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０のみなし濃度算出部３２で、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出したのと同様に算出されるみなし濃度を、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅとする。
【００６７】
信頼度算出部２３６は、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化から、ガス吸着時の検出信号の変化特性として、検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間（図５のＴｔｈ１−ｐ参照）を算出する。また、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化から、ガス脱着時の検出信号の変化特性として、検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間（図５のＴｐ−ｔｈ２参照）を算出する。
【００６８】
一つのガスセンサの検出信号の変化特性のうち、変化開始からピークまでの検出信号の変化特性、すなわちガス吸着時の変化特性は、ガス成分の吸着特性のみならず、ガス拡散、反応の特性を反映するため、ガス成分の種類による違いが生じにくい。一方、ピークから変化終了までの検出信号の変化特性、すなわちガス脱着時の変化特性は、主にガス成分の脱着特性を反映しており、一定流速下における一過性のガスに対する検出信号の変化特性であっても、ガス成分の種類による違いが生じやすい。そこで、双方の検出信号の変化特性を用いて変数ｘを算出する。
【００６９】
まず、上記の検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間は以下のように算出される。図５に示すように、検出信号の時系列変化から、検出信号の値が閾値ｆｔｈ（例えば、ベース値ｆｂ＋０．２Ｖ）を超えたときを、検出信号の変化開始時間ｔｔｈ１として検出し、検出信号がピークとなるときを、ピーク最大値時間ｔｐとして検出する。そして、以下の（６）式に従って、検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐを算出する。
【００７０】
Ｔｔｈ１−ｐ＝ｔｐ−ｔｔｈ１ ・・・（６）
【００７１】
また、上記の検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間は以下のように算出される。図５に示すように、検出信号の時系列変化から、検出信号がピークとなるときを、ピーク最大値時間ｔｐとして検出し、検出信号の値が閾値ｆｔｈまで低下したときを、検出信号の変化終了時間ｔｔｈ２として検出する。そして、以下の（７）式に従って、検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２を算出する。
【００７２】
Ｔｐ−ｔｈ２＝ｔｔｈ２−ｔｐ ・・・（７）
【００７３】
そして、下記（８）式で表されるように、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐとピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２との比を変数ｘとする。
【００７４】
ｘ＝Ｔｐ−ｔｈ２／Ｔｔｈ１−ｐ ・・・（８）
【００７５】
次に、図１０を参照して、第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置２１０におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンについて説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管２０に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置２１０のエタノール濃度検出器２３０において、図１０に示すエタノール濃度算出処理ルーチンが実行される。
【００７６】
ステップ２５０で、アルコールセンサ２４Ａの検出信号を取得する。
【００７７】
次に、ステップ２５２で、上記ステップ２５０で取得した検出信号の時系列変化に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００７８】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ２５２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、信頼度の算出が必要であるか否かを判定する。エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定してステップ２５４へ進む。一方、みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、ステップ１１４へ進み、上記ステップ２５２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとして置き換えて、ステップ１１６へ進む。
【００７９】
ステップ２５４では、上記（６）及び（７）式に従って、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐ及びピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２を算出する。次に、ステップ２５６で、上記（８）式に従って、上記ステップ２５４で算出された変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐとピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２との比を変数ｘとして算出する。
【００８０】
以下ステップ１１２及び１１６で、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０におけるエタノール濃度算出処理ルーチンと同様の処理を行って、本ルーチンを終了する。
【００８１】
以上説明したように、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサの検出信号の変化特性からエタノールガスのみなし濃度を算出し、アルコールセンサの検出信号の変化特性として、ガス吸着時及び脱着時の変化特性に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出し、エタノールガスのみなし濃度と信頼度との積からエタノールガス濃度を算出する。これにより、目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を加味したエタノールガス濃度を算出することができるため、呼気中にエタノールガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、エタノールガス濃度を精度よく検出することができる。
【００８２】
なお、第１の実施の形態では、検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さから得られるみなし濃度を用いる場合、第２の実施の形態では、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間及びピークとなってから検出信号の変化終了までの時間を用いる場合について説明したが、検出信号の変化特性はこれに限定されるものではない。例えば、検出信号の時系列変化から、検出信号の変化率の時系列変化を算出し、算出された変化率の時系列変化から得られる検出信号の変化率の最大値α１（図１１のα１参照）を用いてもよい。また、算出された変化率の時系列変化から得られる検出信号の変化率の最小値α２（図１１のα２参照）を用いてもよい。また、検出信号がピークとなるように変化しているときの検出信号の変化パターンを抽出し、この変化パターンに基づいて、システム同定を行って、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノール成分と同じ濃度のエタノール成分が持続して含まれる場合にセンサから出力される検出信号の飽和出力値（図１２のｆ１参照）を予測して用いてもよい。また、検出信号がピークとなった以降の検出信号の変化パターンを抽出し、この変化パターンに基づいて、システム同定を行って、検出信号の飽和出力値（図１２のｆ２参照）を予測して用いてもよい。
【００８３】
また、第２の実施の形態では、検出信号の変化終了時を、検出信号の値が閾値ｆｔｈまで低下したときとする場合について説明したが、検出信号の変化率が最小値を示したとき、または、検出信号がピーク値に対して一定割合分低下したとき（例えば、ｆｂ＋１／２Δｆｐ）としてもよい。
【００８４】
また、第１の実施の形態では、アルコールセンサと空気質センサなどのガスセンサとを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、アルコールセンサと共に、ガス成分に対する感度がアルコールセンサと異なるガスセンサを用いて構成すればよい。例えば、アルコールセンサと共に、酸素センサや、水蒸気センサ、二酸化炭素センサを用いて構成することができる。酸素センサとしては、固体電解質を用いて酸素濃度を検出する酸素センサを用いることができ、水蒸気センサとしては、酸化物半導体または高分子膜静電容量を用いて水蒸気の濃度を検出する水蒸気センサを用いることができる。また、二酸化炭素センサとしては、固体電解質を用いて二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素センサを用いることができる。
【００８５】
また、第１及び第２の実施の形態では、算出されたエタノールガス成分の濃度を表示する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、算出したエタノールガス成分の濃度と予め定めた閾値とを比較し、算出したエタノールガス成分の濃度が閾値以上の場合にエタノールの濃度が高いと判定し、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。
【００８６】
また、第１及び第２の実施の形態では、ドライバの呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する例について説明したが、エタノール濃度検出装置を携帯可能に構成する等により、本発明はドライバ以外の人間の呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する場合にも適用できるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１０、２１０ エタノール濃度検出装置
２４Ａ アルコールセンサ
２４Ｂ ガスセンサ
３０、２３０ エタノール濃度検出器
３２、２３２ みなし濃度算出部
３４ 信頼度要否判定部
３６、２３６ 信頼度算出部
３８ エタノール濃度算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に係り、特に、運転者の呼気に含まれるアルコールの濃度を検出することができるガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特性の異なる複数のガスセンサの出力を組み合わせてガスを識別する際に、情報装置によりパターン認識を行うことによりガス識別能力を向上させたガス識別装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、酸化物半導体ガスセンサを周期的に温度変化させ、温度変化に対する応答波形のパラメータからガス種を決定するガス検出装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２４２０３９号公報
【特許文献２】特開平７−３１１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、パターン認識のための複雑な情報処理を必要とし、また、ガスセンサからの出力パターンが予め記憶された出力パターンに一致しない場合には対応することができないため、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合には、検出対象ガスの成分と検出対象ガス以外のガスの成分との区別ができない場合がある、という問題がある。
【０００６】
また、上記の特許文献２に記載の技術では、センサ温度を周期的に変化させる必要があるため、目的とするガスが、人の呼気のように持続時間の短い一過性のガスである場合には、十分対応することができず、精度よくガス濃度を検出することができない、という問題がある。このような場合には、金属酸化物半導体ガスセンサのような応答性の良いガスセンサを用いて、安定した状態で使用することが望ましい。しかし、金属酸化物半導体ガスセンサは、ガス選択性が高くないため、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス以外のガス成分に対しても応答してしまい、検出対象ガスの実際のガス濃度よりも高い定量値として検出されて誤検出となる、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるガス検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明のガス検出装置は、各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なり、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する複数のガスセンサと、前記複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段とを含んで構成されている。
【０００９】
第１の発明のガス検出装置によれば、各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なる複数のガスセンサが、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する。みなしガス濃度算出手段が、複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出する。また、信頼度算出手段が、複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する。そして、ガス濃度算出手段が、みなしガス濃度と信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して検出対象ガスのガス濃度を算出する。
【００１０】
このように、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、複数のガスセンサの特性から求まる特徴量に基づいて算出されたみなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる。
【００１１】
第１の発明のガス検出装置において、前記特徴量を、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性の比率とすることができる。
【００１２】
第２の発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力するガスセンサと、前記ガスセンサの検出信号を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、前記ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段とを含んで構成されている。
【００１３】
第２の発明のガス検出装置によれば、ガスセンサが、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する。みなしガス濃度算出手段が、ガスセンサの検出信号を用いて、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出する。また、信頼度算出手段が、ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する。そして、ガス濃度算出手段が、みなしガス濃度と信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して検出対象ガスのガス濃度を算出する。
【００１４】
このように、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、ガスセンサの複数種類の特性から求まる特徴量に基づいて算出されたみなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる。
【００１５】
第２の発明のガス検出装置において、前記複数種類の特性に、前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に依存する特性、及び前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の種類に依存する特性を含めることができる。
【００１６】
また、第１及び第２の発明のガス検出装置において、前記特性を、前記検出信号のピーク値、前記検出信号の変化率の最大値、前記検出信号の変化率の最小値、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの時間、前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの時間、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの該検出信号の変化パターン、または前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの該検出信号の変化パターンとすることができる。
【００１７】
また、第１及び第２の発明のガス検出装置において、前記みなし濃度が予め定めた値より大きい場合には、前記信頼度算出手段で算出された信頼度を用いて前記ガス濃度算出手段で前記検出対象ガス成分のガス濃度を算出し、前記みなし濃度が予め定めた値より小さい場合には、前記みなし濃度を前記検出対象ガス成分のガス濃度とするようにすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度と、みなしガス濃度が検出対象ガス成分であることの信頼度とを乗算して検出対象ガス成分のガス濃度を算出することにより、検出対象ガスであることの信頼度を加味したガス濃度が算出されて、検出対象の気体中に検出対象ガスと検出対象ガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、検出対象ガス成分の濃度を精度よく検出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るエタノール濃度検出装置を運転席のステアリングコラムに取り付けた状態を示す概略図である。
【図２】第１の実施の形態を示す概略図である。
【図３】本実施の形態のエタノール濃度検出装置のアルコールセンサの構成を示す回路図である。
【図４】第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、ピークの高さ、変化開始からピークまでの時間、及びピークから変化終了までの時間を示すグラフである。
【図６】信頼度関数Ｒ（ｘ）の一例を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態を示す概略図である。
【図９】第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１１】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、検出信号の変化率の最大値、及び最小値を示すグラフである。
【図１２】アルコールセンサまたはガスセンサの検出信号の時系列変化、及び予測された飽和出力値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ドライバの呼気からアルコールの一種であるエタノールの濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置１０は、運転席に設けられたステアリングコラム１２のドライバの呼気が到達可能な位置に取り付けられている。エタノール濃度検出装置１０は、先端部に拡径した吸い込み口２０Ａが形成された細長円筒状の呼気導入管２０を備えており、呼気導入管２０の中間部の内部には、後述するアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂを備えたガスセンサ群２４が取り付けられている。
【００２２】
図２に示すように、呼気導入管２０の内部であって、ガスセンサ群２４より吸い込み口２０Ａ側には、ドライバの呼気を吸い込み口２０Ａから吸い込むために駆動される吸い込みファン２２が設けられている。
【００２３】
呼気導入管２０の中間部の内部に、酸化物半導体を用いてエタノールガスの濃度を検出する酸化物半導体ガスセンサであるアルコールセンサ２４Ａと、多くの種類のガス成分に感度を有するガスセンサ２４Ｂとが取り付けられている。アルコールセンサ２４Ａと、ガスセンサ２４Ｂとは、呼気導入管２０の中間部の内部に対向するように取り付けられている。
【００２４】
アルコールセンサ２４Ａは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサであり、例えば、金属酸化物半導体を用いたＴＧＳ２６２０（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができ、図３に示すような回路で構成されている。アルコールセンサ２４Ａでは、ヒーター電圧ＶＨと回路電圧ＶＣが印加され、センサ抵抗ＲＳに直列に接続された負荷抵抗ＲＬの両端電圧ＶＯＵＴを、検出信号として出力する。従って、アルコールセンサ２４Ａは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が高くなるに従って、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が低くなるに従って、レベルが低い検出信号を出力する。
【００２５】
また、アルコールセンサ２４Ａは、ガス成分の選択性が比較的低く、エタノールガス以外に、例えば、水素、一酸化炭素、メタン、イソブタンなどに感度を有し、各々のガス成分に対して異なる感度特性を有している。
【００２６】
ガスセンサ２４Ｂは、目的成分（エタノール）以外のガス成分に対する感度（変化特性）が、アルコールセンサ２４Ａと異なり、多くの種類のガス成分に感度を有している。ガスセンサ２４Ｂとしては、例えば、空気質センサ（空気の汚れを検知するセンサ）を用いることができ、ＴＧＳ２６００（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができる。
【００２７】
ガスセンサ２４Ｂは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれる、感度を有するガス成分の濃度が高くなるに従って、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれる、感度を有するガス成分の濃度が低くなるに従って、レベルが低い検出信号を出力する。
【００２８】
この実施の形態によれば、吸い込みファン２２を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管２０の吸い込み口２０Ａから呼気導入管２０内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触した後、呼気導入管２０から外部に排出される。
【００２９】
アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに感度を有するガス成分がアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触することにより、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々から出力された検出信号は、後述するエタノール濃度検出器３０に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象ガスとしてのエタノールガスの濃度が検出される。
【００３０】
図４に示すように、エタノール濃度検出装置１０は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置５０に表示させるエタノール濃度検出器３０を備えている。
【００３１】
エタノール濃度検出器３０は、エタノール濃度検出装置１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述するエタノール濃度算出処理ルーチン等の各種プログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含むマイクロコンピュータで構成することができる。
【００３２】
エタノール濃度検出器３０は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度を算出するみなし濃度算出部３２と、みなし濃度算出部３２で算出されたみなし濃度に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する必要があるか否かを判定する信頼度要否判定部３４と、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する信頼度算出部３６と、みなし濃度及び信頼度に基づいて、エタノールガス濃度を算出するエタノール濃度算出部３８と、エタノール濃度算出部３８による算出結果を表示装置５０に表示するように制御する表示制御部４０とを備えている。
【００３３】
みなし濃度算出部３２は、呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さを算出する。検出信号のピークの高さΔｆｐ（図５参照）は、検出信号がピークとなったときのピーク最大値ｆｐを検出し、ピーク最大値ｆｐ及び検出信号の閾値ｆｔｈ（例えば、変化前の検出信号の値を検出信号のベース値ｆｂとした場合、ベース値ｆｂ＋０．２Ｖ）を用いて、下記（１）式に従って算出する。
【００３４】
Δｆｐ＝ｆｐ−ｆｔｈ ・・・（１）
【００３５】
そして、ピークの高さΔｆｐとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出する。同様に、ガスセンサ２４Ｂの検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さを算出し、ピークの高さΔｆｐとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、ガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を算出する。そして、予め算出された定量係数ａ、ｂ及びｃを用いて表される重回帰式（下記（２）式）に従って、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００３６】
Ｃｐｒｅ＝ａ×Ｃｐｒｅ１＋ｂ×Ｃｐｒｅ２＋ｃ ・・・（２）
【００３７】
信頼度要否判定部３４は、みなし濃度算出部３２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、後述する信頼度算出部３６により信頼度を算出する必要があるか否かを判定する。みなし濃度算出部３２でエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する際に、呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであるとみなしたが、実際には、エタノールガス以外のガス成分が含まれている可能性がある。この場合、目的成分であるエタノールガス以外のガス成分に対するセンサ応答が検出信号に重畳されて、エタノールガスのガス濃度よりも高い定量値としてエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが算出されている可能性がある。そこで、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定する。みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、みなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとする。
【００３８】
信頼度算出部３６は、下記（３）式で表されるように、みなし濃度算出部３２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２の比を変数ｘとする。
【００３９】
ｘ＝Ｃｐｒｅ２／Ｃｐｒｅ１ ・・・（３）
【００４０】
ここで、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号の変化特性であるピークの高さに基づいて算出されており、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２自体も、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号の変化特性といえる。
【００４１】
また、変数ｘに対し、呼気中のガス成分が目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を示す信頼度関数Ｒ（ｘ）を予め定めておく。ここでは、信頼度関数Ｒ（ｘ）を、パラメータａ及びｂを用いて下記（４）式で定義しており、このＲ（ｘ）に基づいて、みなし濃度Ｃｐｒｅに対する信頼度Ｒを算出する。
【００４２】
【数１】
【００４３】
例えば、ａ＝１、ｂ＝０．５とした場合の信頼度関数Ｒ（ｘ）を表すグラフを図６に示す。呼気中に含まれるガス成分がエタノールガスであれば、みなし濃度Ｃｐｒｅ１及びみなし濃度Ｃｐｒｅ２は略同一の値となるはずであるので、変数ｘが「１」のときに信頼度Ｒが最も大きくなる。
【００４４】
なお、パラメータｂの値が小さいほど誤検出が少なくなり、未検出が多くなる。一方、パラメータｂの値が大きいほど誤検出が多くなり、未検出が少なくなる。そこで、各センサからの検出信号の実測値や、どの程度未検出を許容して誤検出を低減させるか等の目的に応じて、パラメータａ及びｂの値を設定する。
【００４５】
エタノール濃度算出部３８は、下記（５）式に従って、みなし濃度算出部３２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅと、信頼度算出部３６で算出された信頼度Ｒとの積をエタノールガス濃度Ｃとして算出する。
【００４６】
Ｃ＝Ｃｐｒｅ×Ｒ ・・・（５）
【００４７】
信頼度Ｒが大きい場合には、エタノールガス濃度Ｃも大きくし、信頼度Ｒが小さい場合には、エタノールガス濃度Ｃも小さくすることで、目的成分であることの信頼度をガス濃度に反映させている。
【００４８】
次に、図７を参照して、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンについて説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管２０に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置１０のエタノール濃度検出器３０において、図７に示すエタノール濃度算出処理ルーチンが実行される。
【００４９】
ステップ１００で、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの検出信号を取得する。
【００５０】
次に、ステップ１０２で、上記ステップ１００で取得した検出信号の時系列変化に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出する。同様に、ガスセンサ２４Ｂの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、ガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を算出する。
【００５１】
次に、ステップ１０４で、上記（２）式に従って、上記ステップ１０２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を用いて、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００５２】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、信頼度の算出が必要であるか否かを判定する。エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定してステップ１０８へ進む。一方、みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、ステップ１１４へ進み、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとして置き換えて、ステップ１１６へ進む。
【００５３】
ステップ１０８では、上記（３）式に従って、上記ステップ１０２で算出されたアルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１、及びガスセンサ２４Ｂの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ２を用いて、これらの比を変数ｘとして算出する。次に、ステップ１１０で、上記（４）式に従って、上記ステップ１０８で算出された変数ｘに対する信頼度Ｒを算出する。
【００５４】
次に、ステップ１１２で、上記（５）式に従って、上記ステップ１０４で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅと、上記ステップ１１０で算出された信頼度Ｒとの積をエタノールガス濃度Ｃとして算出する。
【００５５】
次に、ステップ１１６で、上記ステップ１１２で算出されたエタノールガス濃度Ｃ、または、上記ステップ１１４で置き換えられたエタノールガス濃度Ｃを表示装置５０に表示させて、本ルーチンを終了する。
【００５６】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサ及びガスセンサの検出信号の変化特性からエタノールガスのみなし濃度を算出し、アルコールセンサの検出信号に基づくみなし濃度とガスセンサの検出信号に基づくみなし濃度とに基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出し、エタノールガスのみなし濃度と信頼度との積からエタノールガス濃度を算出する。これにより、目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を加味したエタノールガス濃度を算出することができるため、呼気中にエタノールガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、エタノールガス濃度を精度よく検出することができる。
【００５７】
また、算出されたエタノールガスのみなし濃度が所定の閾値より大きい場合にのみ信頼度を算出することにより、信頼度の算出が不要な場合の計算時間を短縮することができる。
【００５８】
また、信頼度関数のパラメータａ及びｂを、誤検出及び未検出の目標レベルに基づいて定めることにより、目的に応じた柔軟な検出結果を得ることができる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。第１の実施の形態では、２つのガスセンサを用いる場合について説明したが、第２の実施の形態では、１つのガスセンサの検出信号について２つの変化特性を用いる点が異なる。なお、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
図８に示すように、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置２１０には、呼気導入管２０の中間部の内部に、酸化物半導体を用いてエタノールガスの濃度を検出する酸化物半導体ガスセンサであるアルコールセンサ２４Ａが取り付けられている。
【００６１】
この実施の形態によれば、吸い込みファン２２を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管２０の吸い込み口２０Ａから呼気導入管２０内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ２４Ａへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ２４Ａに接触した後、呼気導入管２０から外部に排出される。
【００６２】
アルコールセンサ２４Ａに感度を有するガス成分がアルコールセンサ２４Ａに接触することにより、アルコールセンサ２４Ａによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ２４Ａから出力された検出信号は、後述するエタノール濃度検出器２３０に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象ガスとしてのエタノールガスの濃度が検出される。
【００６３】
図９に示すように、エタノール濃度検出装置２１０は、アルコールセンサ２４Ａに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置５０に表示させるエタノール濃度検出器２３０を備えている。
【００６４】
エタノール濃度検出器２３０は、エタノール濃度検出装置２１０全体の制御を司るＣＰＵ、後述するエタノール濃度算出処理ルーチン等の各種プログラム等を記憶した記憶媒体としてのＲＯＭ、ワークエリアとしてデータを一時格納するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含むマイクロコンピュータで構成することができる。
【００６５】
エタノール濃度検出器２３０は、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなした場合のみなし濃度を算出するみなし濃度算出部２３２と、信頼度要否判定部３４と、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出する信頼度算出部２３６と、エタノール濃度算出部３８と、表示制御部４０とを備えている。
【００６６】
みなし濃度算出部２３２は、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０のみなし濃度算出部３２で、アルコールセンサ２４Ａの検出信号に基づくみなし濃度Ｃｐｒｅ１を算出したのと同様に算出されるみなし濃度を、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅとする。
【００６７】
信頼度算出部２３６は、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化から、ガス吸着時の検出信号の変化特性として、検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間（図５のＴｔｈ１−ｐ参照）を算出する。また、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化から、ガス脱着時の検出信号の変化特性として、検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間（図５のＴｐ−ｔｈ２参照）を算出する。
【００６８】
一つのガスセンサの検出信号の変化特性のうち、変化開始からピークまでの検出信号の変化特性、すなわちガス吸着時の変化特性は、ガス成分の吸着特性のみならず、ガス拡散、反応の特性を反映するため、ガス成分の種類による違いが生じにくい。一方、ピークから変化終了までの検出信号の変化特性、すなわちガス脱着時の変化特性は、主にガス成分の脱着特性を反映しており、一定流速下における一過性のガスに対する検出信号の変化特性であっても、ガス成分の種類による違いが生じやすい。そこで、双方の検出信号の変化特性を用いて変数ｘを算出する。
【００６９】
まず、上記の検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間は以下のように算出される。図５に示すように、検出信号の時系列変化から、検出信号の値が閾値ｆｔｈ（例えば、ベース値ｆｂ＋０．２Ｖ）を超えたときを、検出信号の変化開始時間ｔｔｈ１として検出し、検出信号がピークとなるときを、ピーク最大値時間ｔｐとして検出する。そして、以下の（６）式に従って、検出信号の変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐを算出する。
【００７０】
Ｔｔｈ１−ｐ＝ｔｐ−ｔｔｈ１ ・・・（６）
【００７１】
また、上記の検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間は以下のように算出される。図５に示すように、検出信号の時系列変化から、検出信号がピークとなるときを、ピーク最大値時間ｔｐとして検出し、検出信号の値が閾値ｆｔｈまで低下したときを、検出信号の変化終了時間ｔｔｈ２として検出する。そして、以下の（７）式に従って、検出信号がピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２を算出する。
【００７２】
Ｔｐ−ｔｈ２＝ｔｔｈ２−ｔｐ ・・・（７）
【００７３】
そして、下記（８）式で表されるように、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐとピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２との比を変数ｘとする。
【００７４】
ｘ＝Ｔｐ−ｔｈ２／Ｔｔｈ１−ｐ ・・・（８）
【００７５】
次に、図１０を参照して、第２の実施の形態のエタノール濃度検出装置２１０におけるエタノールガス濃度算出処理ルーチンについて説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管２０に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置２１０のエタノール濃度検出器２３０において、図１０に示すエタノール濃度算出処理ルーチンが実行される。
【００７６】
ステップ２５０で、アルコールセンサ２４Ａの検出信号を取得する。
【００７７】
次に、ステップ２５２で、上記ステップ２５０で取得した検出信号の時系列変化に基づいて、アルコールセンサ２４Ａの検出信号の変化特性としてピークの高さを算出し、ピークの高さとエタノールガス濃度との予め求められた関係に基づいて、エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅを算出する。
【００７８】
次に、ステップ１０６で、上記ステップ２５２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈより大きいか否かを判定することにより、信頼度の算出が必要であるか否かを判定する。エタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ（例えば、０．１５ｍｇ／Ｌ）より大きい場合には、信頼度の算出が必要であると判定してステップ２５４へ進む。一方、みなし濃度Ｃｐｒｅが閾値Ｃｔｈ以下の場合には、信頼度の算出は不要であると判定して、ステップ１１４へ進み、上記ステップ２５２で算出されたエタノールガスのみなし濃度Ｃｐｒｅをそのままエタノールガス濃度Ｃとして置き換えて、ステップ１１６へ進む。
【００７９】
ステップ２５４では、上記（６）及び（７）式に従って、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐ及びピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２を算出する。次に、ステップ２５６で、上記（８）式に従って、上記ステップ２５４で算出された変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間Ｔｔｈ１−ｐとピークとなってから検出信号の変化終了までの時間Ｔｐ−ｔｈ２との比を変数ｘとして算出する。
【００８０】
以下ステップ１１２及び１１６で、第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置１０におけるエタノール濃度算出処理ルーチンと同様の処理を行って、本ルーチンを終了する。
【００８１】
以上説明したように、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、呼気中のガス成分がエタノールガスであるとみなして、アルコールセンサの検出信号の変化特性からエタノールガスのみなし濃度を算出し、アルコールセンサの検出信号の変化特性として、ガス吸着時及び脱着時の変化特性に基づいて、呼気中のガス成分がエタノールガスであることの信頼度を算出し、エタノールガスのみなし濃度と信頼度との積からエタノールガス濃度を算出する。これにより、目的成分であるエタノールガスであることの信頼度を加味したエタノールガス濃度を算出することができるため、呼気中にエタノールガス以外のガスが含まれている場合でも、誤検出を低減して、エタノールガス濃度を精度よく検出することができる。
【００８２】
なお、第１の実施の形態では、検出信号の変化特性として検出信号のピークの高さから得られるみなし濃度を用いる場合、第２の実施の形態では、変化開始から検出信号がピークとなるまでの時間及びピークとなってから検出信号の変化終了までの時間を用いる場合について説明したが、検出信号の変化特性はこれに限定されるものではない。例えば、検出信号の時系列変化から、検出信号の変化率の時系列変化を算出し、算出された変化率の時系列変化から得られる検出信号の変化率の最大値α１（図１１のα１参照）を用いてもよい。また、算出された変化率の時系列変化から得られる検出信号の変化率の最小値α２（図１１のα２参照）を用いてもよい。また、検出信号がピークとなるように変化しているときの検出信号の変化パターンを抽出し、この変化パターンに基づいて、システム同定を行って、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノール成分と同じ濃度のエタノール成分が持続して含まれる場合にセンサから出力される検出信号の飽和出力値（図１２のｆ１参照）を予測して用いてもよい。また、検出信号がピークとなった以降の検出信号の変化パターンを抽出し、この変化パターンに基づいて、システム同定を行って、検出信号の飽和出力値（図１２のｆ２参照）を予測して用いてもよい。
【００８３】
また、第２の実施の形態では、検出信号の変化終了時を、検出信号の値が閾値ｆｔｈまで低下したときとする場合について説明したが、検出信号の変化率が最小値を示したとき、または、検出信号がピーク値に対して一定割合分低下したとき（例えば、ｆｂ＋１／２Δｆｐ）としてもよい。
【００８４】
また、第１の実施の形態では、アルコールセンサと空気質センサなどのガスセンサとを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、アルコールセンサと共に、ガス成分に対する感度がアルコールセンサと異なるガスセンサを用いて構成すればよい。例えば、アルコールセンサと共に、酸素センサや、水蒸気センサ、二酸化炭素センサを用いて構成することができる。酸素センサとしては、固体電解質を用いて酸素濃度を検出する酸素センサを用いることができ、水蒸気センサとしては、酸化物半導体または高分子膜静電容量を用いて水蒸気の濃度を検出する水蒸気センサを用いることができる。また、二酸化炭素センサとしては、固体電解質を用いて二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素センサを用いることができる。
【００８５】
また、第１及び第２の実施の形態では、算出されたエタノールガス成分の濃度を表示する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、算出したエタノールガス成分の濃度と予め定めた閾値とを比較し、算出したエタノールガス成分の濃度が閾値以上の場合にエタノールの濃度が高いと判定し、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。
【００８６】
また、第１及び第２の実施の形態では、ドライバの呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する例について説明したが、エタノール濃度検出装置を携帯可能に構成する等により、本発明はドライバ以外の人間の呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する場合にも適用できるものである。
【符号の説明】
【００８７】
１０、２１０ エタノール濃度検出装置
２４Ａ アルコールセンサ
２４Ｂ ガスセンサ
３０、２３０ エタノール濃度検出器
３２、２３２ みなし濃度算出部
３４ 信頼度要否判定部
３６、２３６ 信頼度算出部
３８ エタノール濃度算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なり、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する複数のガスセンサと、
前記複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、
前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を含むガス検出装置。
【請求項２】
前記特徴量を、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性の比率とした請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサの検出信号を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、
前記ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を含むガス検出装置。
【請求項４】
前記複数種類の特性に、前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に依存する特性、及び前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の種類に依存する特性を含めた請求項３記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記特性を、前記検出信号のピーク値、前記検出信号の変化率の最大値、前記検出信号の変化率の最小値、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの時間、前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの時間、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの該検出信号の変化パターン、または前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの該検出信号の変化パターンとした請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記みなし濃度が予め定めた値より大きい場合には、前記信頼度算出手段で算出された信頼度を用いて前記ガス濃度算出手段で前記検出対象ガス成分のガス濃度を算出し、前記みなし濃度が予め定めた値より小さい場合には、前記みなし濃度を前記検出対象ガス成分のガス濃度とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のガス検出装置。
【請求項１】
各々検出対象ガス成分に対して感度を有し、かつ該検出対象ガス成分以外のガス成分に対する感度が異なり、各々検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力する複数のガスセンサと、
前記複数のガスセンサの検出信号の各々を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、
前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を含むガス検出装置。
【請求項２】
前記特徴量を、前記複数のガスセンサの検出信号の各々について求めた同一の特性の比率とした請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス成分、及び該検出対象ガス成分以外のガス成分の濃度に関連する物理量を検出して検出信号を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサの検出信号を用いて、前記検出対象の気体中に検出対象ガス成分が含まれているとみなした場合のみなしガス濃度を算出するみなしガス濃度算出手段と、
前記ガスセンサの検出信号について求めた複数種類の特性から特徴量を算出し、予め複数の特徴量の各々について求めた検出対象ガス成分であることの信頼度、及び算出された特徴量に基づいて、前記みなしガス濃度が前記検出対象ガス成分であることの信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記みなしガス濃度と前記信頼度算出手段で算出された信頼度とを乗算して前記検出対象ガスのガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、
を含むガス検出装置。
【請求項４】
前記複数種類の特性に、前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の濃度に依存する特性、及び前記検出対象の気体中に含まれるガス成分の種類に依存する特性を含めた請求項３記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記特性を、前記検出信号のピーク値、前記検出信号の変化率の最大値、前記検出信号の変化率の最小値、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの時間、前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの時間、前記検出信号が変化を開始してからピーク値になるまでの該検出信号の変化パターン、または前記検出信号がピーク値になってから変化が終了するまでの該検出信号の変化パターンとした請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記みなし濃度が予め定めた値より大きい場合には、前記信頼度算出手段で算出された信頼度を用いて前記ガス濃度算出手段で前記検出対象ガス成分のガス濃度を算出し、前記みなし濃度が予め定めた値より小さい場合には、前記みなし濃度を前記検出対象ガス成分のガス濃度とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載のガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２７４６４（Ｐ２０１１−２７４６４Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１１８２（Ｐ２００９−１７１１８２）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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