JP2016033486A - 車両に取り付けられた超音波式の距離計ユニットと距離計を使用した安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドリフトまたはスライド機構を有する給電装置のように、低い位置（つまり地面に近い位置）に超音波センサを設置する超音波式の距離計ユニットとそれを利用した安全装置に生じる問題を解決する。低い位置に超音波センサを設置すると地面を検知して本来検出した障害物を検出できなくなる問題がある。低い位置に置かれたこれらの設備は人間の死角となり、意図せず超音波センサと車などが衝突し超音波センサが故障する機会が増える。
【解決手段】車両に凹みのあるカバーを設置し、カバーの凹みに超音波センサを設置することで車などが直接超音波センサと接触する可能性を減らす。超音波センサを斜め上を向けてカバーに設置することで地面からの反射波による誤検知を防止する。超音波センサとクッションを周囲よりも突出させて、超音波センサ下側の勾配を急にすることで雨水で超音波センサが水没し誤検知することを防ぐ。
【選択図】図３

Description

この発明は、車両に取り付けられた超音波式の距離計ユニットと、それを利用した安全装置に関するものである。

超音波式の距離計ユニットを車両に取り付けて、車両に物体が接近した際に運転者に衝突の危険を知らせる安全装置が広く使用されている。
特に、車両を後退させる際に後方の物体を超音波式の距離計ユニットで検出し、運転手に物体の接近を知らせる安全装置がよく利用されている。（例えば特許文献１）

超音波式の距離計ユニットで物体までの距離を検出し、車両と物体が衝突の可能性がある距離まで接近すると、物体の接近を運転手にブザーで知らせる安全装置の他に、車両の超音波センサを取り付けて、車両の前方に障害物があると車両が発進しないようブレーキが動作する安全装置が発明されている。

ここで使用される超音波式の距離計ユニットでは主に密閉型の超音波センサが使用されている。密閉型の超音波センサは例えば特許文献２で紹介されている（文献中では密閉型の超音波センサを防滴型超音波送受波器とよんでいる）。密閉側の超音波センサは有底筒状ケースの底面に、両面に電極が施された圧電素子を接着し、圧電素子の電極に繋がる端子を外部に取り出し、圧電素子の上部に吸音材をかぶせてから、シリコーンなどの充填剤で密閉した構造である。背面がシリコーンなどの充填剤で完全に覆われることで内部に水が浸入しない構造になっている。そのため、水がかかるような屋外でも使用できる。圧電素子が金属のケースで覆われるために、比較的強度が高い構造のセンサである。

密閉側の超音波センサの特徴は、有底筒状ケースの内部形状を変えることで比較的自由に指向性を調整できる点にある。つまり物体を検知する範囲を設計段階で調整できる。乗用車に取り付ける超音波センサでは水平方向は広い範囲を検出するように広い指向性をもち、垂直方向は縁石や地面を検出しないように狭い指向性をもつように内部形状が設計されている。

乗用車以外の車両でも安全装置として超音波式の距離計ユニットの需要が見込まれている。
例えば、荷物運搬用のハンドリフトや、近年発明されたスライド機構を有する給電装置での使用が考えられる（特許文献３）。これらの車両は地面と荷物（または車両）の隙間に差し込んで使用される。地面と荷物（または車両）の隙間は、車両を操作する運転手にとって死角となるので、障害物があった場合に衝突を防止する安全装置が求められる。

特開２００７−１１２２９７ 特開２０１０−１５４０５９ 特開２０１４−１１７０５８

本発明は、ハンドリフトまたはスライド機構を有する給電装置のように、低い位置（つまり地面に近い位置）に超音波センサを設置する超音波式の距離計ユニットとそれを利用した安全装置に生じる問題を解決するものである。

車両の低い位置に超音波センサを設置した場合、主につぎの２つの問題が生じる。

まずは第一に、超音波センサを低い位置に設置すると、地面からの反射波を受信して本来検知したい障害物を検知できなくなる問題が生じる。
もっとも多く取り付けられている乗用車では取付位置が地面から５０〜６０ｃｍの位置である。一方、ハンドリフトやスライド機構を有する給電装置では、狭い場所に差し込んで使用されるだけに高さが低い。そのため、超音波センサの取り付け位置も低くなる。乗用車の１／５程度の高さに設置される。先に説明したように、密閉側の超音波センサは設計時にある程度自由に指向性を設計できる。指向性が狭くなるように設計できるが、検知範囲は対称であるために地面を検知しないように検知範囲を狭くすると、上側の検知範囲も狭くなってしまう。上側の検知範囲が狭いと上部からの物体の接近を検知できなくなる。

つぎの問題は、超音波センサを低い位置に取り付けると、超音波センサが物体に衝突して故障するリスクが増えることである。使用されていないハンドリフトや給電装置は低い位置にあり人間の死角になりやすい。そのため意図せずにぶつかってしまう確立が高くなる。大きな車の５０〜６０ｃｍの高さに取り付けられた超音波センサに気付かずにぶつかる機会は頻繁に無いが、足元の突起物にぶつかってしまうことはよくある。密閉側の超音波センサは比較的強度が高いセンサではあるが、過度に強い力が加わると故障してしまう。

その他に、ハンドリフトや給電装置は野外でも使用されるために、雨、水に強い設計が求められる。

請求項１の発明では、車両の側面に取り付けられたカバーと、前述カバーに取り付けられた密閉型の超音波センサと、前述の超音波センサを制御する回路とからなる超音波式の距離計ユニットにおいて、前述カバーが前述超音波センサを設置する穴の上部と左右に外側に広がる勾配をもつ壁と、前述超音波センサを設置する穴の下部に前述超音波センサの意正面より勾配が急な傾斜部と、前述超音波センサを設置する穴の全周が周囲より飛び出した突出部とを有し、前述超音波センサが斜め上を向けて設置されたことを特徴とする超音波式の距離計ユニットを提供する。

車両に凹みのあるカバーを設置し、カバーの凹みに超音波センサを設置することで車などが直接超音波センサを接触する可能性を減らす。超音波センサを斜め上を向けてカバーに設置することで地面から反射波による誤検知を防止する。超音波センサとクッションを周囲よりも突出させて、超音波センサの下側を、切れ落ちた形状にすることで雨水で超音波センサが水没し誤検知することを防ぐことができる。

請求項２の発明では、前述超音波式の距離計ユニットが、ブレーキまたは警戒音を発するブザーと、を制御する回路部とつながり、前述超音波式の距離計ユニットがあらかじめきめられた距離まで物体が接近していることを検知すると、ブレーキを動作させて車両を停止させるかまたはブザーのから警戒音を発し運転者に衝突の危険を知らせる安全装置

本発明を実施した超音波式の距離計ユニットを取り付けたスライド機構を有する給電装置 センサ取付角度による検出範囲の違い 本発明を実施した超音波式の距離計ユニットを構成するカバー 本発明を実施した超音波式の距離計ユニットを取り付けたスライド機構を有する給電装置を横からみた図

図１に本発明を実施した超音波式の距離計ユニットを取り付けたスライド機構を有する給電装置を示す。

図１に示す給電装置１は、地面に敷かれたレール２にそって停車した車体下の所定の位置まで移動し、車体に給電するものである。給電装置２は上から見ると四角い形をしている。４つの側面をもつ。側面は横方向の長さに比べて高さが低くなっている。車体の下に入れるために高さが低くなっている。移動方向の側面に本発明を実施した超音波式の距離計ユニットのカバー３と密閉型の超音波送センサ４が取り付けられている。カバーは両端の角に１つずつ計２つ取り付けられている。

後述するように超音波センサ４は、意正面４ａが斜め上を向くようにカバー３に設置されている。超音波センサ４を斜め上を向けて設置すると検知範囲が斜め上側に偏る。図２に進行方向正面に向けて超音波センサ３を設置した場合と、斜め上を向けて設置した場合の検知範囲７を示す。正面を向けた場合は、地面５の方向と車体６の方向に均等に検知範囲が広がる。このため、指向性が広いと地面５を検知してしまい本来検知したい障害物を検出できなくなる。指向性が狭いと上部にある障害物を検出できなくなる。一方、超音波センサ４を斜め上に向けると検知範囲７が上方向に偏るため、地面を検出することなく前方と上部の障害物を検出できるようになる。

図３に給電装置１の側面に取り付けられたカバー３と超音波センサ４を示す。図３は図１の右側のカバー３を拡大した図である。

カバー３は、給電装置１の角を覆うように取り付けられている。カバー３は給電装置１の側面１ａ、上面１ｂ、正面１ｃを覆っている。カバー正面に密閉型の超音波センサ４が取り付けられている。超音波センサ４が取り付けられた場所は周囲よりへこんでいる。凹み３ａには斜め上を向いた平面３ｂが設けられている。斜め上を向いた平面３ｂに超音波センサ４を取り付ける穴が設けられている。超音波送センサ４がクッション８を介してカバー３に設けられた穴に取り付けられている。超音波センサの意正面４ａとクッション８の意正面は、斜め上を向いた平面３ｂから少し飛び出している。斜め上を向いた平面３ｂからの飛び出し量はほぼ同じになっている。超音波センサ４を挿入する穴の周辺が突出し突出部３ｆを形成し、クッション側面の全周を覆っている。超音波センサは意正面４ａが斜め上を向いた平面３ｂに並行に取り付けられている。超音波センサ４の上部と左右両側が上部の壁３ｃと左右に壁３ｄに囲まれている。上部と左右両側の壁３ｃ、３ｄには凹み３ａの外側に向けて広がるように勾配が設けられている。超音波センサ４の下側（地面側）の平面の先が、超音波センサの意正面４ａと平面３ｂより勾配が急になった傾斜部３ｅを有する。

超音波センサ４は、超音波センサ４を制御する回路に接続されている（回路は図に示されていない）。回路からの信号で超音波センサ４から超音波を発生させる。物体に反射して返ってきた超音波を同超音波センサ４で受信し、受信した信号を回路で処理し超音波が反射した物体までの距離を測る。反射物と給電装置１が接触する危険のある距離まで近づくと、給電装置１のブレーキを動作させて給電装置１の移動を自動的に停止させることができる。または、給電装置１の運転者に衝突の危険があることをブザーで知らせることができる。

カバー３は、使用していない給電装置１に車などがぶつかってきた際に給電装置１を保護する役目も果たす。カバー３に設置された超音波センサ４と車などが直接接触すると超音波センサ４が故障する可能性がある。超音波センサ４と車などが直接接触することを防ぐために超音波センサ４はカバーの凹み３ａに設置されている。超音波センサの上部、左右の壁３ｂ、３ｃが障壁となって車などが直接超音波センサ４に接触することを防ぐことができる。図４に給電装置１を横からみた図を示す。横から見ると超音波センサ１はカバーが壁となって隠れて見えなくなる。カバー３が障壁となって車のタイヤなどが超音波センサ４と接触することを防いでいる。

上部と左右の壁３ｂ、３ｃに超音波が反射しないように、上側と左右の壁３ｂ、３ｃに外側に広がる勾配を設けている。

超音波センサ４とクッション８のまわりを周囲の平面より高くし、超音波センサ４を取り付けた平面３ｂの下側が切れ落ちたカバー形状にすることで、
雨水が超音波センサの意正面４ａを覆うことなく地面に排水される。超音波センサの意正面４ａに水がたまると超音波センサ４ａの意正面から発生する超音波が弱くなる。または、残響特性に影響することがわかっている。超音波センサ４を上に向けると周囲から流れ込んだ水が超音波センサの意正面４ａを覆ってしまうことがある。超音波センサ４とクッション８のまわりを周囲の平面より高くすることで、平面に流れ込んだ水は超音波センサ４とクッション８のまわりを通って、切り落ちたカバーの下に排水される。雨水による超音波センサ４の不具合を防ぐ効果が得られる。

本発明を給電装置、ハンドリフト以外の車両にも取り付けることがなどが考えらえる。

カバーに設けられた超音波センサの上部を囲う壁３ｃとカバーに設けられた超音波センサの左右を囲う壁３ｅの間の角を丸められて円弧上にしてもよい。

カバーに設けられた超音波センサを設置する穴を囲う突出部３ｆが、カバーとは別体で、カバーに後から取り付けられたものでもよい。

超音波センサ４はカバーに何個取り付けても良い。

１ 給電装置
１ａ 給電装置の側面
１ｂ 給電装置の上面
１ｃ 給電装置の正面
２ レール
３ カバー
３ａ カバーの凹み
３ｂ カバー凹みに設けら斜め上を向いた平面
３ｃ カバーに設けられた超音波センサの上部を囲う壁
３ｄ カバーに設けられた超音波センサの左右を囲う壁
３ｅ カバーに設けられた超音波センサの下部の傾斜部
３ｆ カバーに設けられた超音波センサを設置する穴を囲う突出部
４ 超音波センサ
４ａ 超音波センサの意正面
５ 地面
６ 車体
７ 検出範囲
８ クッション

Claims (2)

1. 車両の側面に取り付けられたカバーと、前述カバーに取り付けられた密閉型の超音波センサと、前述の超音波センサを制御する回路とからなる超音波式の距離計ユニットにおいて、
   前述カバーが前述超音波センサを設置する穴の上部と左右に外側に広がる勾配をもつ壁と、前述超音波センサを設置する穴の下部に前述超音波センサの意正面より勾配が急な傾斜部と、前述超音波センサを設置する穴の全周が周囲より飛び出した突出部とを有し、前述超音波センサが斜め上を向けて設置されたことを特徴とする超音波式の距離計ユニット。
   
2. 前述超音波式の距離計ユニットが、ブレーキまたは警戒音を発するブザーとを制御する回路部とつながり、
   前述超音波式の距離計ユニットがあらかじめきめられた距離まで物体が接近していることを検知すると、
   ブレーキを動作させて車両を停止させるかまたはブザーから警戒音を発し運転者に衝突の危険を知らせる安全装置。

Images