JP2015059899A - Obstacle detection device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、自動車等の車両のバンパ等に取り付けられ、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。 The present invention relates to an obstacle detection device that is attached to, for example, a bumper of a vehicle such as an automobile and detects an obstacle around the vehicle.
圧電素子を用いた空中超音波センサは、空中超音波センサから超音波を空気中に送信し、送信された超音波が障害物等により反射され、空気中を伝搬し、再び空中超音波センサで受信することにより、障害物を検知する障害物検知装置に利用されている。空中超音波センサは、例えば特許文献1に開示されているように、金属のケースの底面部に圧電セラミック素子が固着され、圧電セラミック素子とケースとはそれぞれリード線を介してリード端子に接続された構成となっている。
An aerial ultrasonic sensor using a piezoelectric element transmits ultrasonic waves from the aerial ultrasonic sensor into the air, the transmitted ultrasonic waves are reflected by obstacles, etc., propagate in the air, and again by the aerial ultrasonic sensor. It is used in an obstacle detection device that detects an obstacle by receiving it. In the aerial ultrasonic sensor, for example, as disclosed in
このような空中超音波センサを利用した障害物検知装置としては、例えば特許文献2に開示されているように、貫通孔の形成された自動車等の車両のバンパなどの壁部材に対し、貫通孔を介して、外部から空中超音波センサの放射面が露出するように取り付けられ、車両周辺の障害物を検知するものがある。
As an obstacle detection device using such an aerial ultrasonic sensor, for example, as disclosed in
また、障害物検知装置では、例えば特許文献3に開示されているように、空中超音波センサの検知距離を拡大させるために、空中超音波センサにホーンを取り付けて、指向特性を先鋭化し、送受信感度を向上させるものがある。
Moreover, in the obstacle detection device, for example, as disclosed in
一般に、車両のバンパは樹脂材料で形成されており、空中超音波センサのケース部は金属材料で形成されている。このため、障害物検知装置を構成する空中超音波センサの放射面が外部に露出された状態で車両のバンパ部に取り付けられた場合、指向特性が広過ぎて空中超音波センサの検知距離を十分に伸ばせないという問題がある。 In general, the bumper of a vehicle is made of a resin material, and the case portion of the aerial ultrasonic sensor is made of a metal material. For this reason, when it is attached to the bumper part of the vehicle with the radiation surface of the aerial ultrasonic sensor that constitutes the obstacle detection device exposed to the outside, the directivity is too wide and the detection distance of the aerial ultrasonic sensor is sufficient. There is a problem that it cannot be extended.
また、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大させるために、空中超音波センサにホーンを取り付けた場合には、車両のバンパ部に凹みができてしまうため、この凹みに雨滴、ごみ等が溜まると空中超音波センサの検知性能を低下させるという問題がある。 In addition, in order to expand the detection distance of the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device, when a horn is attached to the aerial ultrasonic sensor, a dent is formed in the bumper part of the vehicle. When dust or the like accumulates, there is a problem that the detection performance of the airborne ultrasonic sensor is lowered.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空中超音波センサの検知距離を拡大することができる障害物検知装置を提供することを目的とする。 This invention was made in order to solve such a subject, and it aims at providing the obstruction detection apparatus which can expand the detection distance of an air ultrasonic sensor.
この発明の障害物検知装置は、貫通孔が設けられた取り付け部と、この取り付け部の貫通孔に固定された空中超音波センサとからなる障害物検知装置であって、前記空中超音波センサは、前方に配設したホーンを介して、このホーンの開口を取り付け部の貫通孔の後方に固定され、前記ホーンの少なくとも開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料が充填されているものである。 The obstacle detection device of the present invention is an obstacle detection device comprising an attachment portion provided with a through hole and an aerial ultrasonic sensor fixed to the through hole of the attachment portion, wherein the aerial ultrasonic sensor is The opening of the horn is fixed to the rear of the through hole of the mounting portion through a horn disposed in the front, and the resin material is filled in the interior including at least the opening of the horn.
この発明によれば、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。 According to this invention, there exists an effect that the detection distance of the air ultrasonic sensor of an obstacle detection apparatus can be expanded.
この発明は、例えば車両のバンパ等に取り付けられ、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。以下、この発明の障害物検知装置の空中超音波センサを車両に取り付ける場合について説明する。 The present invention relates to an obstacle detection device that is attached to, for example, a bumper of a vehicle and detects an obstacle around the vehicle. Hereinafter, the case where the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device of the present invention is attached to a vehicle will be described.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置について説明する。
An obstacle detection apparatus according to
図1は、この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。また、図2は、この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置の取り付け部のみを正面から示す概略図である。
1 is a schematic diagram showing an example of a cross section of an obstacle detection apparatus according to
図において、障害物検知装置は、取り付け部1、空中超音波センサ2、ホーン3からなっている。取り付け部1は、例えば自動車等の車両のバンパ等であって、ポリプロピレン樹脂等の合成樹脂で形成されている。この取り付け部1には、例えば図2のように、表裏に開口する貫通孔11が少なくとも1つ設けられている。空中超音波波センサ2は、概略、アルミ等の金属で形成されたケース21、圧電セラミック22、リード線23からなっており、前方に配設したホーン3を介して、このホーン3の開口を取り付け部1の貫通孔11の後方に固定されている。ホーン3は、少なくとも開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料4が充填されている。
In the figure, the obstacle detection device includes a
この実施の形態1においては、取り付け部1に対して、ホーン3が取り付けられた空中超音波センサ2を、ホーン3の開口部が貫通孔11を介して取り付け部1の外部に露出するように固定されている。ホーン3には樹脂材料4が充填されているため、ホーン3および樹脂材料4が取り付け部1の一部となっている。なお、ホーン3および樹脂材料4は、取り付け部1の外部表面と面一となるように構成されているので、空中超音波センサの放射面が外部に露出した状態にならず、車両のバンパ部に凹みができないため、車両のバンパ部が保守しやすくなって、凹みに雨滴、ごみ等が溜まって空中超音波センサの検知性能を低下させることが抑えられる。
In the first embodiment, the aerial
空中超音波センサ2は、リード線23を介して圧電セラミック22に電圧を印加することにより、超音波が励振され、空気中へ超音波を発信し、障害物で反射された超音波を受信することで、障害物の検知を行う。なお、この実施の形態においては、空中超音波センサ2には、駆動電圧を圧電セラミックに印加するとともに、圧電セラミックから逆起電圧効果により発生した電圧を処理する信号処理部(図示せず)が備えられている。ここでは、車両周囲の障害物を検知できるように、例えば車両の前方、後方、または角部等の少なくとも1つの位置に空中超音波センサ2が取り付けられるものとする。もちろん、複数の空中超音波センサ2を同時に取り付けてもよく、また取り付け部1は車両のバンパに限るものではない。また、空中超音波センサ2は、水平方向の障害物を検知するだけでなく、所望の方向に向けて障害物の有無を検知するようにしてもよい。
The aerial
空中超音波センサ2の前方に取り付けられたホーン3は、その長さに対して断面積が徐々に変化していくものであり、合成樹脂または金属で形成されるが、取り付け部1と同じ合成樹脂等で形成されるのが好ましい。ホーン3の内部には、ホーン3を構成する合成樹脂とは異なる素材の樹脂材料4が充填されている。このようにホーン3を配設して構成することで、空中超音波センサ2より放射された超音波は、指向特性が先鋭化するとともに、送受信感度が向上する。樹脂材料4は、ホーン3の内部のすべてに充填されなくてもよく、少なくともホーン3の開口を覆うように形成し、ホーン3の内部が中空となってもよい。
The
さらに、バンパの取り付け部1の貫通孔11からホーン3および樹脂材料4が露出するように空中超音波センサ2が取り付けられているが、取り付け部1、ホーン3および樹脂材料4は、全て樹脂材料で形成されているため、塗装を施した場合でも、発色性に差異が生じにくく、外部からの視認性を低下させることができ、見栄え(デザイン性)を向上させることができる。
Furthermore, although the aerial
図3は、この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置の放射音圧分布の一例を示す計算結果である。ここで、この放射音圧の計算では、ホーン3はアクリル、樹脂材料4はエポキシを想定している。また、図中、横軸は空中超音波センサの正面方向を0°とした場合の角度を示している。また、縦軸は音圧レベルを示しており、ホーン3および樹脂材料4がない、空中超音波センサ2のみの場合の正面方向の音圧レベルで正規化している。この放射音圧分布の計算結果から障害物検知装置の効果が検証できる。
FIG. 3 is a calculation result showing an example of a radiation sound pressure distribution of the obstacle detection device according to
図3に示すように、ホーン3および樹脂材料4がない、空中超音波センサ2のみの場合と比較し、正面方向の放射音圧は+15dBとなっており、ホーン3および樹脂材料4を空中超音波センサ2の前方に取り付けることにより、送信感度が向上することが確認できる。
As shown in FIG. 3, the radiated sound pressure in the front direction is +15 dB compared to the case of only the aerial
なお、ホーン3は、ホーンの長さに対して断面積が徐々に変化していくものであり、その断面積の変化の仕方により種々の形状が考えられる。この実施の形態では、断面視直線形状を有するコニカルホーンを示しているが、これに限るものではなく、長さに対して断面積の変化のない円筒ホーン、断面積が比例して増加するパラボリックホーン、断面積が指数関数で増加するエクスポネンシャルホーン等としても同様の効果を得ることができる。
The
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部1の貫通孔からホーン3および樹脂材料4が露出するように空中超音波センサ2を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the aerial
また、この発明の実施の形態1によれば、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え(デザイン性)を向上させることができる。 Further, according to the first embodiment of the present invention, when the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device is attached to the bumper portion of the vehicle, the radiating surface is exposed to the outside or the horn is recessed. Since the vehicle bumper portion is not in a state, maintenance of the vehicle bumper portion is facilitated, the deterioration of the detection performance of the aerial ultrasonic sensor can be suppressed, and the appearance (designability) of the mounting portion can be improved.
実施の形態2.
この発明の実施の形態1では、ホーン3および樹脂材料4を空中超音波センサ2の前方に取り付けることにより、障害物検知装置の送信感度を向上させることを説明した。次に、この発明の実施の形態2では、樹脂材料4の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
In
実施の形態2の障害物検知装置では、空気の音響インピーダンスをZa、空中超音波センサの音響インピーダンスをZs、ホーン3に充填する樹脂材料4の音響インピーダンスをZmとしたとき、式(1)の関係を満たすように、音響インピーダンスを有する樹脂材料を選定する。
In the obstacle detection device of the second embodiment, when the acoustic impedance of air is Za, the acoustic impedance of the airborne ultrasonic sensor is Zs, and the acoustic impedance of the
このような樹脂材料4の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが向上する。
By setting the acoustic impedance of the
さらに、式(1)の関係を満たしながら、式(2)の関係を満たすような音響インピーダンスを有する樹脂材料を選定してもよい。 Furthermore, you may select the resin material which has an acoustic impedance which satisfy | fills the relationship of Formula (2), satisfy | filling the relationship of Formula (1).
このような樹脂材料4の音響インピーダンスを設定することにより、より良好に空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れる。
By setting the acoustic impedance of the
これら音響インピーダンスのマッチングが向上することにより、空中超音波センサ2と樹脂材料4の境界および樹脂材料4と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率が高まるため、空中超音波センサ2の感度が向上して検知距離が拡大する。
Since the acoustic impedance matching is improved, reflection of ultrasonic waves at the boundary between the aerial
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、この発明の実施の形態1と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部1の貫通孔からホーン3および樹脂材料4が露出するように空中超音波センサ2を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態2によれば、樹脂材料4の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを取ったので、空中超音波センサ2と樹脂材料4の境界および樹脂材料4と空気の境界での超音波の反射を抑えるとともに、超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ2の感度が向上し、検知距離を拡大することができる。
According to the second embodiment of the present invention, the acoustic impedance of the
また、この発明の実施の形態2によれば、この発明の実施の形態1と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え(デザイン性)を向上させることができる。 According to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, when the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device is attached to the bumper portion of the vehicle, the radiation surface is exposed to the outside. Since the bumper part of the vehicle is easier to maintain, the deterioration of the detection performance of the airborne ultrasonic sensor can be suppressed, and the appearance of the mounting part (design) is improved. Can be made.
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3では、ホーン3に充填される樹脂材料4に中空マイクロカプセル41を添加することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
Next, in
図4は、この発明の実施の形態3に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。実施の形態3に係る障害物検知装置の基本的な構成および動作に関しては、実施の形態1および実施の形態2に係る障害物検知装置と同様であるため、異なる部分のみ説明する。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a cross section of an obstacle detection device according to
実施の形態3に係る障害物検知装置を構成するホーン3には、樹脂材料4が充填されているが、樹脂材料4は、樹脂材料に所定の量のガラスや有機物等の中空マイクロカプセル41が添加されている。マイクロカプセル41の添加に応じて、樹脂材料4の密度が変化するため、密度と音速の積で定義される音響インピーダンスを変化させることができるため、マイクロカプセル41の添加量により、式(1)または式(2)を満たす樹脂材料41を得ることができる。
The
このようなマイクロカプセル41を添加して樹脂材料4の音響インピーダンスを設定することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れる。
By adding such a
これら音響インピーダンスのマッチングが向上することにより、空中超音波センサ2と樹脂材料4の境界および樹脂材料4と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率が高まるため、空中超音波センサ2の感度が向上して検知距離が拡大する。
Since the acoustic impedance matching is improved, reflection of ultrasonic waves at the boundary between the aerial
以上のように、この発明の実施の形態3によれば、この発明の実施の形態1と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部1の貫通孔からホーン3および樹脂材料4が露出するように空中超音波センサ2を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態3によれば、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングが取れ、空中超音波センサ2と樹脂材料4の境界および樹脂材料4と空気の境界での超音波の反射を抑えることができ、超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ2の感度が向上し、検知距離を拡大することができるという効果がある。
Further, according to
また、この発明の実施の形態3によれば、樹脂材料4を取り付け部1と同材料で形成したので、塗装を施した場合に、より発色性に差異が生じにくく、外部からの視認性を低下させることができる。
Further, according to the third embodiment of the present invention, since the
また、この発明の実施の形態3によれば、この発明の実施の形態1および実施の形態2と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え(デザイン性)を向上させることができる。 Further, according to the third embodiment of the present invention, as in the first and second embodiments of the present invention, when the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device is attached to the bumper portion of the vehicle, radiation is performed. Since the surface is not exposed to the outside or dented by the horn, the bumper part of the vehicle is easy to maintain, the deterioration of the detection performance of the airborne ultrasonic sensor can be suppressed, and the appearance of the mounting part ( Designability) can be improved.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4の障害物検知装置では、超音波の波長λに対してホーン3および樹脂材料4の長さLを設定することにより、空中超音波センサ2の音響インピーダンスと空気の音響インピーダンスとのマッチングを図った障害物検知装置について説明する。
Next, in the obstacle detection device according to the fourth embodiment of the present invention, by setting the length L of the
図5は、この発明の実施の形態4に係る障害物検知装置の断面の一例を示す概略図である。実施の形態4に係る障害物検知装置の基本的な構成および動作に関しては、実施の形態1、実施の形態2および実施の形態3に係る障害物検知装置と同様であるため、異なる部分のみ説明する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a cross section of an obstacle detection device according to
実施の形態4に係る障害物検知装置では、空中超音波センサ2で励振され、樹脂材料4を伝搬する超音波の波長をλとしたときに、ホーン3および樹脂材料4の長さをLとすると、Lが式(3)となるように構成されている。ここで、nは0,1,2,・・・で示される整数である。
In the obstacle detection device according to
このように構成することにより、超音波の伝搬効率を高めることができ、空中超音波センサ2の感度が向上して検知距離が拡大する。
With this configuration, it is possible to increase the propagation efficiency of ultrasonic waves, improve the sensitivity of the aerial
以上のように、この発明の実施の形態4によれば、この発明の実施の形態1と同様に、障害物検知装置を取り付けるバンパの取り付け部1の貫通孔からホーン3および樹脂材料4が露出するように空中超音波センサ2を取り付けたので、障害物検知装置の空中超音波センサの検知距離を拡大することができるという効果がある。
As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the
また、この発明の実施の形態4によれば、ホーン3および樹脂材料4の長さLを式(3)のように設定したので、超音波の反射を抑えて超音波の伝搬効率を高めることができるため、空中超音波センサ2の感度が向上し、検知距離を拡大することができる。
Further, according to the fourth embodiment of the present invention, the length L of the
また、この発明の実施の形態4によれば、この発明の実施の形態1、実施の形態2および実施の形態3と同様に、障害物検知装置の空中超音波センサが車両のバンパ部に取り付けられる際に、放射面が外部に露出した状態や、またホーンによって凹みができた状態とならないので、車両のバンパ部が保守しやすくなり、空中超音波センサの検知性能の低下を抑えられ、また実装部の見栄え(デザイン性)を向上させることができる。 Further, according to the fourth embodiment of the present invention, as in the first, second and third embodiments of the present invention, the aerial ultrasonic sensor of the obstacle detection device is attached to the bumper portion of the vehicle. The radiating surface is not exposed to the outside or the horn is not recessed, so that the vehicle bumper is easier to maintain, and the deterioration of the detection performance of the aerial ultrasonic sensor can be suppressed. The appearance (designability) of the mounting part can be improved.
なお、この発明の実施の形態では、障害物検知装置を車両のバンパ等に取り付け、車両周辺の障害物を検知する例について説明したが、車両に限らず、各種の移動体からの障害物検知ができることは言うまでもない。また、この障害物検知装置を固定して設置し、障害物となる物体との距離の変動から物体の移動の検知や観測に使用することもできる。 In the embodiment of the present invention, the example in which the obstacle detection device is attached to the bumper of the vehicle and the obstacle around the vehicle is detected has been described. However, the obstacle detection is not limited to the vehicle but is detected from various moving objects. Needless to say, you can. In addition, this obstacle detection device can be fixedly installed and used for detecting or observing the movement of an object based on a change in the distance to the obstacle.
1 取り付け部、2 空中超音波センサ、3 ホーン、4 樹脂材料、11 貫通孔、21 ケース、22 圧電セラミック、23 リード線、41 中空マイクロカプセル。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記空中超音波センサは、前方に配設したホーンを介して、前記ホーンの開口を前記取り付け部の貫通孔の後方に固定され、前記ホーンの少なくとも前記開口を覆う部分を含む内部に樹脂材料が充填されている障害物検知装置。 An obstacle detection device comprising a mounting portion provided with a through hole and an aerial ultrasonic sensor fixed to the through hole of the mounting portion,
The aerial ultrasonic sensor is configured such that an opening of the horn is fixed to the rear of the through hole of the attachment portion via a horn disposed in front, and a resin material is included inside including at least the opening of the horn. Obstacle detection device filled.
なる関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の障害物検知装置。 When the acoustic impedance of air is Za, the acoustic impedance of the airborne ultrasonic sensor is Zs, and the acoustic impedance of the resin material is Zm, these three acoustic impedances are:
The obstacle detection device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
なる関係を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の障害物検知装置。 When the acoustic impedance of air is Za, the acoustic impedance of the airborne ultrasonic sensor is Zs, and the acoustic impedance of the resin material is Zm, these three acoustic impedances are:
The obstacle detection device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
なる関係を満たすことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の障害物検知装置。 When the length of the horn and the resin material is L, and the wavelength of the ultrasonic wave propagating through the resin material is λ, n is 0 or a positive integer.
The obstacle detection device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
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