JP2789191B2 - 超音波距離センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、単一の超音波送受信体により超音波を送
受信し反射波の到達時間を計時することにより近接距離
を検出する超音波距離センサの改良に関する。 〔従来の技術〕 近時、車両に搭載し、車高距離や車両と周辺障害物と
の距離等を計測する各種超音波距離センサが開発されて
いる。 前記車高距離を計測する超音波距離センサ、（以下単
に「路面センサ」という。）は、車両の床下に取付けら
れると共に車両床部と路面との距離を計測するために開
発されたセンサであり、車両の走行中に於ける路面と車
体間の距離を時系列的に計測するセンサである。そして
該路面センサの出力信号はサスペンションの硬さ及び車
高を制御するサスペンション制御装置へ接続され、例え
ば路面の凹凸により路面と車体間の距離が大きく変化す
る場合はサスペンションを硬く若しくは車高を高く制御
し、一方平坦な路面により距離が比較的変化しない場合
はサスペンションを軟らかく若しくは車高を低く制御す
るために用いられる。 又車両の周辺物体又は走行者等との距離を計測する超
音波距離センサ（以下単に「障害物センサ」という。）
は、車両のバンパ近傍や車両の側方に取付けられ車両の
車庫入れ時や右左折時等に於いて車両に相対的に接近す
る障害物及び歩行者等を検知し、車室内に設けられた表
示部に距離を表示する手段や接触防止の為に警報音又は
ボイスウォーニング音を発生する装置にいわゆる警報セ
ンサとして使用される。 これらの超音波距離センサは送信部（センダ）と受信
部（レシーバ）とが一対で構成されたものが一般的であ
るが、例えば、特開昭50−129252号公報に開示されるよ
うに単一の超音波送受信体で構成するほうが価格面及び
小型軽量化，部品点数の削減の面で有利であるといえ
る。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら単一の超音波送受信体を車両に搭載し超
音波距離センサとして採用する場合、次の様な問題点を
解決する必要があった。 ａ） 例えば、路面センサは約20〜30〔cm〕程度の車高
距離を計測する必要がある。当該近接距離間で超音波を
送受信する場合、超音波送信タイミングから路面での反
射波を受信するタイミングまでに要する時間は常温で約
1.2〜1.8〔mSec〕である。ところが、超音波送受信体は
超音波を送信した後しばらくの間、例えば第７図の時間
t7例えば約20〔mSec〕の間、残響音を発しており、受信
信号ｒが残響信号ｓ中に埋没してしまい、反射波の到達
時間を検知することが困難であった。この問題点は障害
物センサに於いても同様である。 ｂ） 超音波送受信体は制御回路からのタイミング信号
により出力トランジスタを介して駆動される。前記タイ
ミング信号は例えば、約0.3〔mSec〕の短い時間のパル
ス幅の信号であり、所定時間毎例えば、約20〔mSec〕毎
に時系列的に発信される信号である。 そのため前記出力トランジスタの消費電力は小さく、
したがって小型の出力トランジスタを使用し得る。 しかし、制御回路の故障や誤配線等によって例えば、
第６図の時間t6で示すごとく出力トランジスタがオン作
動のままに成ると出力トランジスタの消費電力は一挙に
数十倍に上昇することに成り、出力トランジスタの焼損
等を生じることとなる。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は前述した出力トランジスタの焼損の問題点
に対処すべく発案されたものであり、単一の超音波送受
信体により超音波を送受信し反射波の到達時間を計時す
ることにより近接距離を検出する超音波距離センサに於
いて、超音波送信のタイミング信号を出力する制御回路
と前記超音波送受信体を駆動する出力トランジスタとの
間に、AND回路とワンショットマルチバイブレータから
成るタイマ回路とで構成すると共に、前記AND回路の一
方の入力部を前記制御回路に直接接続し、他方の入力部
をタイマ回路を介して制御回路に接続することで超音波
送信時間を規制する保護回路を介設したことを特徴とす
る超音波距離センサを提供する。 〔作用〕 前記単一の超音波送受信体は、制御回路からのタイミ
ング信号によって時系列的に超音波を発信し、又その反
射波を受信する。そして、保護回路は、前記制御回路か
ら入力したタイミング信号のパルス幅がタイマ回路によ
って設定したタイマ時間以内であるか否かを判断し、タ
イミング信号のパルス幅がタイマ時間より短い場合、タ
イミング信号はそのままAND回路を通過する。しかしな
がら、制御回路の故障等によってタインミング信号のパ
ルス幅がタイマ時間より長く成った場合、タイミング信
号はタイマ時間を超過した部分がAND回路を通過しな
い。これにより、制御回路の故障等でタイミング信号の
パルス幅が長く成っても、消費電力が上昇して出力トラ
ンジスタが焼損する事態が回避される。 〔実 施 例〕 第１図〜第５図は、この発明の好適な実施例を示した
図面であり、第１図は超音波送受信体をケースに取付け
た断面図、第２図は第１図に示すものを分解した立体
図、第３図は第１図に示すものを分解した上面図、第４
図は第１図に示す超音波送受信体を含む回路例を示した
電気回路図、第５図は第４図の各部の電気特性図であ
る。 図面に於いて、１は超音波送受信体、２は第１弾性部
材、３は第２弾性部材、４はケース、５はカバー、６は
タッピンネジ、７はリード線である。 前記超音波送受信体１は、圧電素子（図示せず）を内
設した振動体であり他励振によって例えば、約30〔KH
z〕の超音波を発生する。 第１弾性部材２は、ゴム等を円筒状に成形したもので
あり、ケース４の開口部41に位置する個所に第１ビード
21を有し、反対位置に第２ビード22を有している。 第２弾性部材３は、前記第１弾性部材２と同一の材料
を円盤状に成形したものであり、内周縁に第１ビード31
を外周縁に第２ビード32を有している。 ケース４及びカバー５は、プラスチック若しくはダイ
キャスト等の成形品であり、ケース４は第１弾性部材２
の外径寸法d1に比べてやや小径の内径寸法d2の収納部42
を有している。 ここで前記各構成の組付順序を説明すると、先す超音
波送受信体１に第１弾性部材２を装着し、次にこの組合
せ品をケース４に嵌装する。このとき第１弾性部材２の
外径寸法d1は第２ビード22の張出し寸法分だけケース４
の内径寸法d2より大きい外径寸法に形成されている。そ
のため、前記組合せ品はケース４内に圧入して装着され
ることとなる。 次に、第２弾性部材３を前記超音波送受信体１の上に
載置し、更にカバー５を被せ、タッピンネジ６でカバー
５をケース４に締付け固定する。このタッピンネジ６の
締付けによって第１弾性部材の第１ビード21がケース４
に圧接される。 しかして上述のように超音波送受信体１は第１弾性部
材２及び第２弾性部材３によってケース４に圧入固定さ
れるので、第５図Ｅに示す送信波形Ｓのように残響音が
減衰される。 次に、第４図に示す回路図について構成及び作動を説
明する。 第４図に於いて、10は制御回路、11は保護回路、12は
発振回路、13は出力回路、14はハイパスフィルタ、15は
増幅回路、16は検波回路、17は波形整形回路である。 制御回路10は、トランジスタ101、抵抗102,103及びイ
ンバータ104によって構成されており、前記トランジス
タ101のベースはマイクロコンピュータ（図示せず）等
の回路に接続されている。該制御回路10はマイクロコン
ピュータのプログラム等に従って、第５図Ａに示すごと
く時間幅t1〔mSec〕例えばt1＝0.3〔mSec〕のタイミン
グパルス信号をt2〔mSec〕例えばt2＝20〔mSec〕毎に後
段の保護回路11へ出力する回路である。 保護回路11は、タイマ回路111とAND回路112とで構成
されたゲート回路であり、AND回路112の一方の入力部11
2aは制御回路10に接続され、他方の入力部112bはタイマ
回路111を介して制御回路10に接続されている。 前記タイマ回路111は、例えばワンショットマルチバ
イブレータで構成された回路であり、第５図Ｂの特性に
示すごとく前段の制御回路10からタイミングパルス信号
が入力される毎に時間幅t3〔mSec〕例えばt3＝１〔mSe
c〕のワンショットパルス信号を後段のAND回路112へ出
力する回路である。 AND回路112は２つの入力が共に“1"レベル信号である
とき“1"レベル信号を出力する。すなわち、AND回路112
は第５図Ａ及びＢに示すような信号が入力されるとき、
時間幅の短い方の信号を選択し第５図Ｃに示すような信
号として出力することと成る。 したがって、制御回路10の内部配線の故障等によって
第５図Ａに示す信号が“1"レベルの状態を保持しても第
５図Ｃに示す信号はタイマ回路111が出力するワンショ
ットパルス信号に規制され時間幅t3〔mSec〕のパルス信
号と成り、出力回路13がオン作動の状態を継続すること
が防止され、出力トランジスタ133等の焼損が防止され
る。 発振回路12は、発振部121とアンド回路122とで構成さ
れたゲート回路であり、AND回路122の一方の入力部122a
は前記保護回路11に接続され、他方の入力部122bは発振
部121に接続されている。そしてAND回路122は、第５図
Ｄに示すごとく前段の保護回路11を介してタイミングパ
ルス信号が入力される間に例えば、30〔KHz〕の発振信
号を後段の出力回路13に導出する。 出力回路13は、抵抗131,132、出力トランジスタ133及
び出力トランス134で構成され、詳しくは出力トランス1
33はダーリントン接続されたトランジスタで構成され、
出力トランジスタ134は１次側すなわち出力トランジス
タ133に接続された側の印加電圧を昇圧し、２次側に出
力するよう１次側と２次側の巻数比が設定されている。 又、ハイパスフィルタ14、増幅回路15、検波回路16及
び波形整形回路17は既知の回路で構成されたものであ
る。 ちなみに、増幅回路15の出力部には第５図Ｅに示すご
とく、超音波送受信体１によって出力される超音波の送
信波形Ｓ及び受信波形Ｒが出力される。そして、第５図
Ｅに示す受信波形Ｒが得られるまでの時間t5〔mSec〕を
計時することにより超音波送受信体１から反射物までの
距離を知ることができる。 尚、当該発明は車両に搭載し車高距離や車両と周辺障
害物との距離のように近接距離を計測する場合に適した
技術であるが、その応用範囲は広く例えば、自動ドアや
工場に於ける自動化ライン及びロボット等にも使用する
ことができる。 又、液面計等にも使用することが可能である。 又、保護回路は例えば超音波発信信号をカウントする
カウンタ回路によって構成し、超音波発信信号が所定カ
ウント値に相応した時間以上に継続して出力し得ないよ
う構成してもよい。 〔発明の効果〕 この発明は前述したように、単一の超音波送受信体に
より超音波を送受信し反いて、超音波送信のタイミング
信号を出力する制御回路と前記超音波送受信体を駆動す
る出力トランジスタとの間に、AND回路とワンショット
マルチバイブレータから成るタイマ回路とで構成すると
共に、前記AND回路の一方の入力部を前記制御回路に直
接接続し、他方の入力部をタイマ回路を介して制御回路
に接続することで超音波送信時間を規制する保護回路を
介設したことを特徴とするものであり、その為、制御回
路の故障等による出力トランジスタの焼損を防止する保
護回路をタイマ回路とAND回路とで成る単純な回路構造
によって構成することができるとともに、単純な回路構
造であるが故に使用する素子数も少ないのでそれに反比
例して信頼性が高く、かつプリント基板へ実装する場合
の占有スペースも狭いものと成り、価格的にも有利であ
るといった優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第５図は、この発明の好適な実施例を示した図
面であり、第１図は超音波送受信体をケースに取付けた
断面図である。 第２図は、第１図に示すものを分解した立体図である。 第３図は、第１図に示すものを分解した上面図である。 第４図は、第１図に示す超音波送受信体を含む電気回路
図である。 第５図は、第４図の各部の電気特性図である。 第６図及び第７図は、従来の技術における電気特性図で
ある。 １……超音波送受信体、２……第１弾性部材、３……第
２弾性部材、４……ケース、５……カバー、21……第１
弾性部材の第１ビード、22……第１弾性部材の第２ビー
ド、31……第２弾性部材の第１ビード、32……第２弾性
部材の第２ビード、10……制御回路、11……保護回路、
12……発振回路、13……出力回路、111……タイマ回
路、112……AND回路。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．単一の超音波送受信体により超音波を送受信し反射
   波の到達時間を計時することにより近接距離を検出する
   超音波距離センサに於いて、 超音波送信のタイミング信号を出力する制御回路と前記
   超音波送受信体を駆動する出力トランジスタとの間に、
   AND回路とワンショットマルチバイブレータから成るタ
   イマ回路とで構成すると共に、前記AND回路の一方の入
   力部を前記制御回路に直接接続し、他方の入力部をタイ
   マ回路を介して制御回路に接続することで超音波送信時
   間を規制する保護回路を介設したことを特徴とする超音
   波距離センサ。