JP2014224719A - 車両用風向き風速検出装置 - Google Patents

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Toshio Asaumi
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Abstract

【課題】簡単な構成によって、各超音波素子の保護及び各超音波素子相互の距離の維持を図ること。
【解決手段】車体11に設けられるベース31から複数の超音波素子32が互いに同一方向に突出している、超音波式風向き風速センサ21を備え、該超音波式風向き風速センサによって車両10が受ける風速や風向きを検出するようにした車両用風向き風速検出装置20である。該複数の超音波素子の突出している端面32aの全てが、単一のカバー33によって覆われ且つ該カバーに固定されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、超音波式の車両用風向き風速検出装置の改良された技術に関する。
車両は、走行中に強い横風の影響を受けることがある。突然の横風に対して、車両が受ける影響を極力減少するには、走行風と横風とを正確に区別して情報を得ることが好ましい。また、運転者は、通常よくある季節風や突風などについては、あまり意識することがない。急激な風の変化は、運転者の負担が大きい。
そこで、車両の運転に影響を及ぼす風についての情報を得るために、車両に風向き風速検出装置を搭載する技術の開発が進められている。風向き風速検出装置の風向き風速センサとしては、風車や風杯やピトー管等を用いた機械式センサや、超音波式センサが知られている。車両が走行する環境は比較的厳しい場合も多い。厳しい条件下での長期にわたる耐久性や性能を確保するには、機械式センサよりも超音波式センサが優れている。
該超音波式センサ(超音波式風向き風速センサ)は、複数の超音波素子により超音波の発信及び受信を行うことによって、車両が受ける風速や風向きを検出するものである。一般的な超音波式風向き風速センサの技術は、特許文献1及び下記の周知技術から知られている。
特許文献1で知られている超音波式風向き風速センサは、起立した支柱の上端部に、一対の風速検出管が設けられる。該一対の風速検出管は、平面視十文字状に組み合わされている。該一対の風速検出管の内部には、それぞれ2つの超音波素子が設けられている。該2つの超音波素子同士は、風速検出管の長手方向に互いに離間している。該風速検出管の管内風速を超音波素子によって検出することにより、管外の風速と風向きとを求めることができる。
周知技術で知られている超音波式風向き風速センサは、起立した支柱の上端部から複数の超音波素子が互いに同一方向に突出した構成である。該周知技術では、特許文献1とは異なり、一対の風速検出管の内部の風速を検出することなく、周囲の風速と風向きを直接に検出する。
前記周知技術で知られている超音波式風向き風速センサを、車両に設けた場合について考える。図8は、車両100のルーフ101の上に、前記周知の超音波式風向き風速センサ102を設けたことを示す。該超音波式風向き風速センサ102は、ルーフ101から上方へ延びた複数の超音波素子103を有する。該複数の超音波素子103により、超音波の発信及び受信を行うことによって、車両100が受ける風速や風向きを検出することが可能である。
しかしながら、超音波素子103の検出部分には冬季に雪が付着し得る。雪による超音波の吸収が発生すると、車両が受ける風速や風向きの検出精度に影響を受ける。また、洗車のときなど、外部の物体に各超音波素子の突出端が当たることが考えられる。各超音波素子相互の距離の維持を図るとともに、各超音波素子の保護を図るには、改良の余地がある。上記特許文献1で知られている超音波式風向き風速センサも、同様である。
特開昭61−111466号公報
本発明は、簡単な構成によって、各超音波素子の保護及び各超音波素子相互の距離の維持を図ることができる技術を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明によれば、車体に設けられるベースから複数の超音波素子が互いに同一方向に突出している、超音波式風向き風速センサを備え、該超音波式風向き風速センサによって車両が受ける風速や風向きを検出するようにした車両用風向き風速検出装置において、前記複数の超音波素子の突出している端面の全てが、単一のカバーによって覆われ且つ該カバーに固定されている、ことを特徴とする車両用風向き風速検出装置である。
請求項2に記載のごとく、好ましくは、前記超音波式風向き風速センサを前記車体内に収納及び車外に突出駆動するためのセンサ駆動部を備えている。
請求項3に記載のごとく、好ましくは、前記センサ駆動部は、車両の車速が所定値を超えたときに、前記車体内に収納されている前記超音波式風向き風速センサを車外に突出駆動する。
請求項4に記載のごとく、好ましくは、前記超音波式風向き風速センサは、前記複数の超音波素子から等間隔となる位置に、該複数の超音波素子の温度を調整するための温度調整部を備えている。
請求項1に係る発明では、複数の超音波素子は、ベースから同一方向に突出している。該複数の超音波素子の突出している端面の全てが、単一のカバーによって覆われている。このため、カバーによって外部から各超音波素子を十分に保護することができる。しかも、各超音波素子の突出している端面は、単一のカバーに固定されている。このため、各超音波素子相互の距離を、常に適切なように保持することができる。従って、車両が受ける風速や風向きを、超音波式風向き風速センサによって常に精度良く検出することができる。この結果、車両の走行路付近の天候の変化や車両の挙動の変化に対する、走行制御のロバスト性(制御の安定性)を高めることができる。また、カバーを設けるだけの簡単な構成ですむ。このように、簡単な構成によって、各超音波素子の保護及び各超音波素子相互の距離の維持を図ることができる。
例えば、超音波式風向き風速センサを車体のルーフの上に設けた場合には、各超音波素子は上向きとなる。しかし、各超音波素子の突出端面はカバーによって覆われる。各超音波素子の突出端面又はその周囲、つまり素子の検出部分に雪が付着しないように、カバーによって抑制することができる。このため、雪による超音波の吸収を防止することができるので、車両が受ける風速や風向きを正確に検出することが可能となる。また、洗車のときなど、外部の物体に各超音波素子の突出端が当たることを、カバーによって防止することができる。
請求項2に係る発明では、超音波式風向き風速センサ全体を車体内に収納及び車外に突出するための、センサ駆動部を備える。このため、不使用状態では超音波式風向き風速センサを車体内に収納しておき、使用するときだけ超音波式風向き風速センサを車外に突出させればよい。例えば、洗車のときに超音波式風向き風速センサを保護するために、作業者が車体から取り外し、折り畳み、又は傾ける必要はない。このため、超音波式風向き風速センサの検出性能を維持し続けることができる。また、不使用状態の超音波式風向き風速センサを車体内に収納することができるので、該センサが車両全体の外観性に影響を及ぼすことはない。従って、超音波式風向き風速センサを多種多様な車種に搭載することができる。
請求項3に係る発明では、車両の走行状態に風の影響を受けない程度の低速走行中には、超音波式風向き風速センサを収納しておく。一方、車両が高速走行中には、風向きや風速が車両の走行に影響を及ぼす可能性があるので、超音波式風向き風速センサを突出させて風向きや風速を検出し、該検出データに従って走行制御をすることができる。
請求項4に係る発明では、複数の超音波素子から等間隔となる位置に、該複数の超音波素子の温度を調整するための温度調整部(例えばヒータやクーラ)を備えている。温度調整部によって、各超音波素子の温度を実質的に一定とすることによって、超音波式風向き風速センサの検出精度を維持することができる。例えば、太陽光による素子の温度上昇、走行風による素子の急激な冷却、冬季における素子の低温や凍結を、温度調整部によって抑制することができる。また、複数の超音波素子に対する結線は、ハンダによる接続が多く、車両の周囲の過酷な環境温度に晒されるので、耐久性を高める必要がある。これに対し、温度調整部によって素子やハンダ接続部分の温度変化を抑制することによって、耐久性を高めることができる。
しかも、複数の超音波素子から等間隔となる位置に、温度調整部を備えることにより、該温度調整部によって全ての超音波素子をまとめて温度調節できる。従って、超音波素子の数量に対して温度調整部が少なくてすむ。部品数が少なく、しかも超音波式風向き風速センサの組立が簡単になるので、生産コストを低減することができる。
本発明の実施例1に係る車両用風向き風速検出装置を搭載した車両の構成図である。 図1に示された超音波式風向き風速センサの突出状態と収納状態とを示す断面図である。 図1に示された超音波式風向き風速センサのカバーの形状を変形した構成図である。 図1に示された超音波式風向き風速センサのカバーに別部材を付設した変形例図である。 図1に示された超音波式風向き風速センサのベースに温度調整部を付加した斜視図である。 本発明の実施例2に係る超音波式風向き風速センサの断面図である。 本発明の実施例3に係る車両用風向き風速検出装置を搭載した車両の構成図である。 従来の超音波式風向き風速センサを備えた車両の概念図である。
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
実施例1に係る車両用風向き風速検出装置について図1〜図5に基づき説明する。図1(a)は、車両用風向き風速検出装置20を備えた車両10を示す。図1(b)は、図1(a)に示された超音波式風向き風速センサ21が車外に突出した状態を示す。図1(c)は、図1(b)に示された超音波式風向き風速センサ21が車体11内に収納された状態を示す。図1(d)は、図1(b)に示された超音波式風向き風速センサ21を上から見た状態を示す。図2(a)は、図1(b)のA−A線断面を示す。図2(b)は、図1(c)のB−B線断面を示す。
図1(a)に示されるように、車両10は例えば乗用車であって、車両用風向き風速検出装置20を備えている。該車両用風向き風速検出装置20は、超音波式風向き風速センサ21によって車両10が受ける風速や風向きを検出するものである。該超音波式風向き風速センサ21は、車幅中心線CL上に位置し、車体11、例えばルーフ12に設けられている。該超音波式風向き風速センサ21のことを、以下「風向き風速センサ21」と略称する。
図1及び図2に示されるように、該風向き風速センサ21は、円板状のベース31と、該ベース31から互いに同一方向に突出している複数の超音波素子32と、該複数の超音波素子32の突出している端面32aの全てを覆う単一のカバー33とから成る。
ベース31は車体11、例えばルーフ12に設けられる。複数の超音波素子32は、ルーフ12の上方へ突出することになる。該複数の超音波素子32は、例えば、ベース31から突出した複数の細長いバー35と、該複数のバー35の先端に一体的に設けられた複数の素子本体36とから成る。該複数のバー35は、ベース31から互いに同一方向に突出している。
図1(d)及び図2(a)に示されるように、超音波素子32の個数は例えば4個であり、素子本体36も同じ個数である。該4個の素子本体36(トランスデューサ36)は、2個ずつ超音波送受信の対をなす。
さらに、該4個の超音波素子32は、ベース31に対して同一面上に位置しており、平面視矩形の各コーナに相当する部位に位置し、配列ピッチはPaである。つまり、該4個の超音波素子32は、車幅中心線CLに対して左側と右側とに、それぞれ前後2つずつ配列されている。前後2つの超音波素子32の、一方が超音波を発信するとともに、他方が超音波を受信することによって、車両10が受ける風速や風向きを検出することが可能である。
単一のカバー33は、例えばベース31と同径の円板状の部材であって、少なくとも複数の素子本体36全体を覆っている。図1(d)に示されるように、該カバー33の径Daは、複数の超音波素子32の配列ピッチPaよりも大きい。
図2(a)に示されるように、さらに、複数の超音波素子32の突出している端面32a(複数の素子本体36)の全てが、単一のカバー33に固定されている。該カバー33に対する各端面32aの固定は、例えば接着、ビス止め、リベット止め、カシメである。
このように、複数の超音波素子32は、ベース31の同一面から同一方向に突出している。該複数の超音波素子32の突出している端面32aの全てが、単一のカバー33によって覆われている。このため、カバー33によって外部から各超音波素子32を十分に保護することができる。しかも、各超音波素子32の突出している端面32aは、単一のカバー33に固定されている。このため、各超音波素子32相互の距離Paを、常に適切なように保持することができる。従って、車両10が受ける風速や風向きを、風向き風速センサ21によって常に精度良く検出することができる。この結果、車両10の走行路付近の天候の変化や車両10の挙動の変化に対する、走行制御のロバスト性(制御の安定性)を高めることができる。また、カバー33を設けるだけの簡単な構成ですむ。このように、簡単な構成によって、各超音波素子32の保護及び各超音波素子32相互の距離の維持を図ることができる。
例えば、各超音波素子32の突出端面32a又はその周囲、つまり該素子32の検出部分(素子本体36)に雪が付着しないように、カバー33によって抑制することができる。このため、雪による超音波の吸収を防止することができるので、車両10が受ける風速や風向きを正確に検出することが可能となる。また、洗車のときなど、外部の物体に各超音波素子32の突出端が当たることをカバー33によって防止することができる。
図2(a)に示されるように、該車両用風向き風速検出装置20は、センサ駆動部22と、車速センサ23と制御部24とを備えている。該センサ駆動部22は、風向き風速センサ21を車体11内に収納及び車外に突出駆動するものであり、車両10の車速が所定値を超えたときに、車体11内に収納されている風向き風速センサ21を車外に突出駆動する構成である。
詳しく述べると、図1(c)及び図2(b)に示されるように、風向き風速センサ21は車体11内、例えばルーフ12とルーフライニング13との間の空間部14に収納される。ルーフ12には、風向き風速センサ21が突出することが可能な貫通孔12aが形成されている。この状態において、カバー33は貫通孔12aに嵌合しており、該カバー33の上面33a(外面33a)は、ルーフ12の外面12bに対して面一に設定されている。
該センサ駆動部22は、車体11に固定された固定基盤41と、該固定基盤41の上に設けられたリンク機構42と、該リンク機構42の上端部に設けられた可動基盤43と、該リンク機構42を駆動する駆動部44とからなる。
該リンク機構42は、駆動部44によって上下方向に伸縮可能であって、例えば側面視X字状に組み合わされた一対のリンク用バー45,45(図2(a)参照)から成る。該可動基盤43の上には、風向き風速センサ21のベース31が取り付けられている。
図2(b)に示されるように、風向き風速センサ21が車体11内に収納されている状態において、制御部24は、車速センサ23によって検出された車速が、予め設定されている所定値(基準値、閾値)を超えたと判断したときに、駆動部44に対して突出駆動信号を発する。該所定値は、例えば、走行中の車両10が風の影響を受けない程度の、車速の値に設定される。
突出駆動信号を受けた該駆動部44は、リンク機構42を伸張方向に駆動することによって、可動基盤43を上昇させる。この結果、風向き風速センサ21は上昇して、図1(b)及び図2(a)に示されるように、車外に突出する。従って、走行中の車両10が受ける風速や風向きを風向き風速センサ21によって検出することが可能となる。
その後、制御部24は、車速センサ23によって検出された車速が、前記所定値を超えないと判断したときに、駆動部44に対して収納駆動信号を発する。収納駆動信号を受けた該駆動部44は、リンク機構42を収縮方向に駆動することによって、可動基盤43を下降させる。この結果、風向き風速センサ21は下降して、図1(c)及び図2(b)に示されるように、車体11の内部に収納される。従って、風向き風速センサ21による検出は不能となる。
このように、走行中の車両10が、風の影響を受けない程度の低速走行中には、風向き風速センサ21を収納しておく。該風向き風速センサ21が車両10の外方へ突出しないので、該車両の意匠性が高い。一方、車両10が高速走行中には、風向きや風速が車両10の走行に影響を及ぼす可能性があるので、風向き風速センサ21を突出させて風向きや風速を検出し、該検出データに従って走行制御をすることができる。
なお、該ベース31及び該カバー33の形状は、円盤状に限定されるものではない。例えば、図3(a)に示されるように、車両10の前方に先細りの平面視二等辺三角形状とすることができる。このようにすることにより、走行風はカバー33の側面に沿って流れる。風向き風速センサ21の周りで、走行風が乱流になることを抑制することができる。このため、風向き風速センサ21による検出精度を高めることができる。
この場合においても、単一のカバー33は、少なくとも複数の素子本体36全体を覆っている。図3(b)に示されるように、該カバー33の大きさDbは、複数の超音波素子32の配列ピッチPbよりも大きい。
さらに、図4に示されるように、該カバー33は、多種多様な構成とすることが可能である。図4(a)に示される風向き風速センサ21は、円盤状のカバー33の上にバー状のアンテナ51を付設した構成である。図4(b)に示される風向き風速センサ21は、平面視二等辺三角形状のカバー33の上にバー状のアンテナ51を付設した構成である。図4(c)に示される風向き風速センサ21は、平面視二等辺三角形状のカバー33の上に縦板状のアンテナ52(通称「シャークアンテナ」)を付設した構成である。図4(d)及び図4(e)に示される風向き風速センサ21は、平面視三角形状のカバー33の上にオーナメント53,54を付設した構成である。
さらに、図5に示されるように、該風向き風速センサ21は、複数の超音波素子32から等間隔となる位置に、該複数の超音波素子32の温度を調整するための温度調整部26を備えている。該温度調整部26は、例えばヒータやクーラであり、円盤状のベース31の概ね全面に付設されている。該温度調整部26によって、各超音波素子32の温度を実質的に一定とすることによって、風向き風速センサ21の検出精度を維持することができる。例えば、太陽光による素子32の温度上昇、走行風による素子32の急激な冷却、冬季における素子32の低温や凍結を、温度調整部26によって抑制することができる。また、複数の超音波素子32に対する結線は、ハンダによる接続が多く、車両10の周囲の過酷な環境温度に晒されるので、耐久性を高める必要がある。これに対し、温度調整部26によって素子やハンダ接続部分の温度変化を抑制することによって、耐久性を高めることができる。
しかも、複数の超音波素子32から等間隔となる位置、例えば円盤状のベース31の中央に、温度調整部26を備えることにより、該温度調整部26によって全ての超音波素子32をまとめて温度調節できる。従って、超音波素子32の数量に対して温度調整部26が少なくてすむ。部品数が少なく、しかも風向き風速センサ21の組立が簡単になるので、生産コストを低減することができる。
実施例2に係る車両用風向き風速検出装置について図6に基づき説明する。実施例2の車両用風向き風速検出装置20Aは、上記図1及び図2に示されている実施例1の超音波式風向き風速センサ21を、図6に示される実施例2の超音波式風向き風速センサ21Aに変更したことを特徴とし、他の構成については上記図1及び図2に示される構成と同じなので、説明を省略する。さらには、図6に示される実施例2に、上記図3〜図5に示される構成の一部又は全部を組み合わせることが可能である。
具体的には、実施例2の超音波式風向き風速センサ21Aは、基本的な構成及び形状が実施例1に対して同じであり、ベース31と複数の超音波素子32とカバー33が、中空の構成であることを特徴とする。下位のベース31と上位のカバー33とには、車両10(図1参照)の走行時に風下となる部位61,61に、内外貫通したそれぞれ通気孔62,63が形成されている。各通気孔62,63は、上下対流用の孔である。複数の超音波素子32の中空内部64は、ベース31の中空内部65と、カバー33の中空内部66とに、連通している。
複数の超音波素子32の温度上昇により、該超音波素子32の中空内部64の空気は暖まる。しかし、該超音波素子32の中空内部64は、ベース31の通気孔62と、カバー33の通気孔63とに連通している。このため、該超音波素子32の中空内部64の熱気Wtは、外部に放散される。従って、該複数の超音波素子32の温度上昇を抑制することができるので、超音波式風向き風速センサ21Aの検出精度を維持することができる。
また、ベース31の通気孔62とカバー33の通気孔63とは、車両10の走行時に風下となる部位61,61に位置しているので、各通気孔62,63の部位において、走行風Wrによる圧力変化は基本的に同時に発生する。このため、該超音波素子32の中空内の熱気Wtは、対流によって外気に容易に放散することができる。
実施例3に係る車両用風向き風速検出装置について図7(a),(b)に基づき説明する。図7(a)は、超音波式風向き風速センサ21Bがエアスポイラ71内に収納されている状態を示す。図7(b)は、超音波式風向き風速センサ21Bがエアスポイラ71から上方へ突出している状態を示す。
上記図1及び図2に示されている実施例1の超音波式風向き風速センサ21は、ルーフ12に設けられている。これに対し、図7に示される実施例3の車両用風向き風速検出装置20Bの超音波式風向き風速センサ21Bは、車両10Bの車体11のなかの、エアスポイラ71に設けられることを特徴とし、他の構成については上記図1及び図2に示される構成と同じなので、説明を省略する。さらには、図7に示される実施例3に、上記図3〜図6に示される構成の一部又は全部を組み合わせることが可能である。
カバー33の形状は、風向き風速センサ21がエアスポイラ71内に収納された状態において、エアスポイラ71の輪郭に沿うように形成されている。
なお、本発明では、超音波式風向き風速センサ21,21A,21Bは車体11に設ける構成であればよく、ルーフ12やエアスポイラ71に設ける構成に限定されない。例えば、超音波式風向き風速センサ21,21A,21Bをボンネット、トランクリッドまたはバンパに設けてもよい。
本発明の車両用風向き風速検出装置20,20A,20Bは、乗用車に採用するのに好適である。
10,10B…車両、11…車体、12…ルーフ、20,20A,20B…車両用風向き風速検出装置、21,21A,21B…超音波式風向き風速センサ、22…センサ駆動部、23…車速センサ、24…制御部、26…温度調整部、31…ベース、32…超音波素子、32a…超音波素子の突出している端面、33…カバー、36…素子本体、71…エアスポイラ。

Claims (4)

  1. 車体に設けられるベースから複数の超音波素子が互いに同一方向に突出している、超音波式風向き風速センサを備え、該超音波式風向き風速センサによって車両が受ける風速や風向きを検出するようにした車両用風向き風速検出装置において、
    前記複数の超音波素子の突出している端面の全てが、単一のカバーによって覆われ且つ該カバーに固定されている、ことを特徴とする車両用風向き風速検出装置。
  2. 前記超音波式風向き風速センサを前記車体内に収納及び該車外に突出駆動するためのセンサ駆動部を備えた、ことを特徴とする請求項1記載の車両用風向き風速検出装置。
  3. 前記センサ駆動部は、車両の車速が所定値を超えたときに、前記車体内に収納されている前記超音波式風向き風速センサを車外に突出駆動する、ことを特徴とする請求項2記載の車両用風向き風速検出装置。
  4. 前記超音波式風向き風速センサは、前記複数の超音波素子から等間隔となる位置に、該複数の超音波素子の温度を調整するための温度調整部を備えている、ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の車両用風向き風速検出装置。
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