JP5634804B2 - パラメトリックスピーカ装置およびこれを搭載した車両 - Google Patents

Description

本発明は、パラメトリック（超指向性）スピーカ装置およびこれを搭載した車両に関するものである。パラメトリックスピーカ装置は、空気の非線形性により生じる仮想的な音源と人間の聴覚特性を利用して指向性の高い音場を形成するスピーカである。パラメトリックスピーカ装置を搭載する車両には、詳しくは、電動モータを駆動源として走行する電気自動車、エンジン（内燃機関）およびエンジンの停止状態での走行に寄与する電動モータを駆動源とするハイブリッド車、等の電動車両がある。こうした電動車両は、電動モータを駆動源あるいは駆動源の１つとする車両であればよく、さらに、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータ、等を例示することができる。

近年における地球環境の保全策として、バッテリ電力により電動モータを駆動して走行し、有害なガスを排出しない電気自動車、あるいは、エンジンと電動モータとを組み合わせて走行し、有害なガスの排出を低減するハイブリッド車等の電動車両が開発され、実用化されている。

こうした電動車両は、電動モータを駆動源として走行するときにおける車両走行音は、モータ駆動音であり、エンジン駆動音と比較して極めて小さい。そのため、電動モータ駆動で走行中の電動車両の前方を歩行している歩行者にとって、電動車両が後方から接近してくることに気付くタイミングが、通常遅れ勝ちとなり、また、車両走行音により行う電動車両との離隔距離の推測も誤ってしまう傾向にあるなどして、これらのことが交通事故を発生させる可能性があることも懸念される。

このような事情に鑑みて、エンジン音に擬似した音を走行音として発生させるようにしたり、あるいは電動車両の接近を警告する警告音を発生させたりすることで、歩行者等に、電動車両の接近を報知するようにした技術が、これまで、種々、提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記電動車両の接近を報知するためのエンジン音擬似走行音や車両接近警告音等の車両接近報知音は、電動車両の進行方向を走行する歩行者の存在領域のみならず、その領域外周囲の領域にも広がる。

特開平１１−２７８１０号公報

そこで、本発明者は特願２００９−１９６６１２で車両進行方向の歩行者等の存在領域に対してのみ車両接近報知音が伝えられる超狭指向性のパラメトリックスピーカ装置を搭載した電動車両を提供した。このパラメトリックスピーカ装置は、複数の超音波振動子からなる振動子ユニットと、これを駆動する回路部とを含み、この振動子ユニットは車両前部の例えばバンパー等に配備されるようになっている。このパラメトリックスピーカ装置においてはバンパーに配備した振動子ユニットから車両前方に超音波を放射し、歩行者位置においてその超音波を当該歩行者が可聴できる車両接近報知音に自己復調させ、当該歩行者にその車両接近報知音を聞かせ、車両接近を知らせることができるようになっている。

一方、電動車両に対して例えばその前部バンパー等に対象物までの距離を計測する超音波距離測定装置における超音波振動子をソナーとして搭載させることが考えられる。

しかしながら、パラメトリックスピーカ装置の振動子ユニットと超音波距離測定装置の超音波振動子とをバンパーに個別配備するには、配備コストがかかるなど、の課題がある。また、車両接近報知音発生用の第１超音波放射のタイミングと超音波距離測定装置における距離測定用の第２超音波放射のタイミングとが制御されていない場合では、パラメトリックスピーカ装置と超音波距離測定装置それぞれからの超音波が混在して干渉する結果、それぞれの性能に悪影響を及ぼすことも想定される。

そこで、本発明は、第１超音波と第２超音波それぞれの放射に兼用して当該装置の配備コストの削減を可能とすると共に、第１、第２超音波が干渉しないようそれらの放射タイミングを制御可能としたパラメトリックスピーカ装置とそれを搭載した車両を提供することを解決すべき課題としている。

本発明にかかるパラメトリックスピーカ装置は、複数の超音波振動子を含む振動子ユニットを具備し、この振動子ユニットから可聴音に自己復調する超音波を放射するパラメトリックスピーカ装置であって、上記振動子ユニットを、上記超音波を可聴音発生のための第１超音波を送波する第１タイミングと、対象物までの距離測定のための第２超音波を送受波する第２タイミングとに切り替えて駆動し、第１タイミングでは上記振動子ユニット内の複数の超音波振動子により上記第１超音波を送波し、第２タイミングでは上記振動子ユニット内のいずれか１つまたは複数の超音波振動子を選択し、その選択した超音波振動子により上記第２超音波の送波と受波とを行うことを特徴とする。

そして本発明のパラメトリックスピーカ装置は、それを搭載した車両に対して、第１タイミングで振動子ユニット内の超音波振動子から第１超音波を放射し、歩行者が可聴できる車両接近報知音に自己復調させることで、当該歩行者にその車両接近報知音により車両の接近を知らせることができると共に、第２タイミングで振動子ユニット内の複数の超音波振動子のいずれか１つまたは複数を距離測定のために第２超音波の送受信用として選択し、この選択した超音波振動子を距離測定用として駆動できるようにしたので、第２超音波は第１超音波の干渉を受けることなく、距離測定用の超音波として利用することができ、車両前部の例えばバンパーに車両接近報知音発生用のパラメトリックスピーカ装置の振動子ユニットとは別に超音波距離測定用の超音波振動子を配備する必要がなくなり、それぞれを別々に配備する場合よりもコストが削減化し、また、車両の例えば狭いバンパーであっても有効に設置することができる。

本発明のパラメトリックスピーカ装置によれば、例えば電動車両に搭載した場合、第１タイミングでは第１超音波を放射し、その放射した第１超音波を可聴音である両接近報知音に復調させることで歩行者等には車両の接近を確実に認識させることができる。

そして、本発明では、そうしたパラメトリックスピーカ装置における振動子ユニットを構成する複数の超音波振動子のうちの一部を超音波距離測定装置用の超音波振動子として用いたので、パラメトリックスピーカ装置の振動子ユニットとは別に超音波距離測定装置の超音波振動子を例えば車両前部の狭いバンパーに配備する必要がなくなり、それぞれを別々に配備する場合よりもコストが削減化し、そのうえ、狭いバンパー面積を有効に利用することができるようになる。

図１（ａ）はパラメトリックスピーカ装置を配備した本発明の実施形態に係る電動車両を平面から見た図、図１（ｂ）は前部バンパー近傍を部分的に拡大して示す図、図１（ｃ）は後部バンパー近傍を部分的に拡大して示す図である。 図２は振動子ユニットの概略外観構成を示す図である。 図３はパラメトリックスピーカ装置のブロック構成を示す図である。 図４はパラメトリックスピーカ装置における車両接近報知用第１超音波放射タイミングと距離測定用の第２超音波放射タイミングとを示す図である。 図５は電動車両に搭載したパラメトリックスピーカ装置から第１、第２超音波を放射している状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態にかかる電動車両について詳細に説明する。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に本発明の実施の形態に係る電動車両と、その電動車両が搭載したパラメトリックスピーカ装置においてその振動子ユニットの配置例を示す。図１（ａ）に電動車両を平面から示し、図１（ｂ）に車両前部バンパー近傍を正面から部分的に拡大して示し、図１（ｃ）に後部バンパー近傍を正面から部分的に拡大して示す。この電動車両１は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池自動車等の電動モータを推進力として利用する車両であり、電動モータ、電動モータの動力を走行系へ伝える伝動機構、走行用の車輪、操縦用のハンドル、アクセル、ブレーキ、始動用のキー、等の周知の構成を有している。

電動車両１は、パラメトリックスピーカ装置を車両前部左右に２台と車両後部中央に１台具備する。車両前部側の各パラメトリックスピーカ装置それぞれの振動子ユニット２ａ，２ｂは車両前部バンパー１ａの左右に、また車両後部側のパラメトリックスピーカ装置の振動子ユニット２ｃは車両後部バンパー１ｂの中央に搭載されている。

これら振動子ユニット２ａ，２ｂ，２ｃにおいて、車両前部バンパー１ａの左右に位置する振動子ユニット２ａ，２ｂは、車両前方左右の超音波放射領域へ、車両後部バンパー１ｂの中央に位置する振動子ユニット２ｃは、車両後部の超音波放射領域へ、第１超音波を放射することができるように設けられている。ここで、第１超音波は、空中に放射されて自己復調されることで歩行者が聴くことができる可聴音となる。また、各振動子ユニット２ａ，２ｂ，２ｃは、後述するようにして、距離測定用超音波として第２超音波を放射するよう駆動制御されるようになっている。第２超音波は対象物までの距離測定に用いるため放射される超音波であり、振動子ユニット２ａ，２ｂではフロントコーナーソナーとして、振動子ユニット２ｃではバックソナーとして、対象物までの距離測定に用いるため放射される超音波である。

図２を参照して、振動子ユニット２ａの構成を説明する。なお、他の振動子ユニット２ｂ，２ｃも同様の構成であるので、それらの構成の説明は略する。振動子ユニット２ａは基板３上に複数の超音波振動子（トランスデューサ）４を行／列配置して構成されている。各超音波振動子４はそのうちの１つを円Ａに拡大して示すように、基板３上に第１、第２超音波放射方向に対して後方に位置する一方の電極を固定電極４ａとし、第１、第２超音波放射方向に対して前方側に位置する他方の電極を可動電極４ｂとし、上記両電極４ａ，４ｂ間に圧電体４ｃを挟み、可動電極４ｂ上に平面視円形の第１、第２超音波の放音板４ｄを貼着して構成されている。上記圧電体４ｃは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換することができるものであり、代表的なものとして、チタン酸ジルコン酸鉛や、このチタン酸ジルコン酸鉛にマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。

そして、振動子ユニット２ａにおいて、各超音波振動子４は、第１タイミングでは、車両接近報知音を発生させるための第１超音波を放射する超音波振動子として構成される一方、第１タイミングとは異なる第２タイミングではそれら超音波振動子４のうちの２つの超音波振動子４ｍ，４ｎが車両前方の対象物との距離測定のために第２超音波を放射する超音波振動子として選択される。

図３を参照してパラメトリックスピーカ装置における振動子ユニット２ａの回路構成を説明する。他の振動子ユニット２ｂ，２ｃの回路構成も同様である。振動子ユニット２ａを備えたパラメトリックスピーカ装置５は、第１タイミングでは可聴音である車両接近報知音に復調される第１超音波を放射させるよう振動子ユニット２ａ全体の超音波振動子４を駆動する駆動回路６と、第２タイミングでは振動子ユニット２ａ全体の超音波振動子４の中から２つの超音波振動子４ｍ，４ｎを選択駆動して車両と対象物との距離測定のための第２超音波を送受信するための距離測定回路７と、を具備すると共に、上記第１タイミングでは振動子ユニット２ａを駆動回路６側に切り替え、第２タイミングでは振動子ユニット２ａを距離測定回路７側に切り替えるための動作切り替え回路８と、この距離測定回路７で測定した距離の表示と、その距離が一定未満になると警告音を発生する距離表示／警告音発生回路９と、を備える。

さらに、図４のタイミングチャートを参照しつつ、上記回路構成を説明する。動作切り替え回路８は、第１タイミングでは駆動回路６に図４（ａ）のハイレベルの第１切り替え信号Ｓ１を印加することで当該駆動回路６により振動子ユニット２ａから第１超音波を放射させる一方、第２タイミングでは距離測定回路７に図４（ｂ）のハイレベルの第２切り替え信号Ｓ２を印加することで当該距離測定回路７により車両と対象物との距離測定のための第２超音波を放射させるようになっている。第１切り替え信号Ｓ１が印加されて第１タイミングとなる期間Ｔ１と第２切り替え信号Ｓ２が印加されて第２タイミングとなる期間Ｔ２とは重ならないようになっている。これにより、第１超音波と第２超音波は同時に放射されることはない。また、第１タイミングでは振動子ユニット２ａのすべての超音波振動子４が超音波送波用に駆動され、第２タイミングでは、それら超音波振動子４のうちの超音波振動子４ｍ，４ｎにおいて、一方が超音波送波用、他方が超音波受波用として、それぞれ距離測定に選択されて用いられる。

そして、駆動回路６は、所定の可聴音に対応した電気信号を生成する音源６ａ、超音波に対応して電気信号を生成する超音波生成部６ｂ、音源１からの電気信号により超音波生成部２が生成した超音波対応電気信号を振幅変調（ＡＭ変調）する変調部６ｃ、および変調部６ｃの出力を電力増幅する増幅部６ｄを含む。駆動回路６は、動作切り替え回路８からの図４（ａ）で示す第１切り替え信号Ｓ１が立ち上がっている期間で動作する。

距離測定回路７は、図４（ｂ）で示す第２切り替え信号Ｓ２が立ち上がっている期間中、振動子ユニット２ａを構成する複数の超音波振動子４の中から、超音波振動子４ｍ，４ｎを選択し、一方の超音波振動子４ｍを超音波送信（送波）用とし駆動し、他方の超音波振動子４ｎを超音波受信（受波）用として駆動する。すなわち、距離測定回路７は、送波回路７ａ、受波回路７ｂ、演算回路７ｃを備え、送波回路７ａは、超音波送波用超音波振動子４ｍを駆動して機械的に振動させ、この振動により必要な第２超音波を車両前方に向けて放射させる一方、受波回路７ｂは超音波受波用の超音波振動子４ｎが受波した第２超音波を電気信号に変換して出力する。そして演算回路７ｃは、送波回路７ａによる超音波振動子４ｍ駆動による送波時刻の信号ＳＴと受波回路７ｂで超音波振動子４ｎでの受波時刻の信号ＲＴとから、第２超音波が超音波振動子４ｍから送波されて対象物で反射されてから超音波振動子４ｎで受波されるまでの時間と、第２超音波が空中を伝達する速度とから、振動子ユニット２ａから対象物までの距離を演算する。

距離表示／警告音発生回路９は、演算回路７ｃで演算された距離を表示して電動車両ドライバーに報知すると共に、その測定距離が所定距離以下であれば、警告音を発生してドライバーに車両と対象物との距離が近いことを報知することができるようになっている。この対象物は例えば車庫等である。

図５において、ＵＳ１は第１タイミングで放射される第１超音波、ＵＳ２は第２タイミングで放射される第２超音波を示す。第１タイミングでは振動子ユニット２ａ，２ｂ，２ｃそれぞれから第１超音波ＵＳ１が放射されている。第１超音波ＵＳ１の場合、車両接近警告音に自己復調して車両前方あるいは後方の歩行者に車両接近を警告するため、超狭指向性である。一方、第２超音波ＵＳ２の場合、車両前部左右での図示略の対象物までの測定される距離あるいは車両後部での図示略の対象物までの測定される距離が近い場合に適して放射され、第２タイミングに対応する期間Ｔ２は第２超音波の送波と受波とを行うと共に距離測定を行い、距離表示、警告音発生の処理に必要な期間でよい。なお、超音波振動子４ｍ，４ｎはそれぞれ超音波送波用、超音波受波用として別々であったが、同一の超音波振動子を送波と受波とに兼用させてもよい。

以上説明したように本実施形態では、振動子ユニット内の超音波振動子から第１超音波を放射し、その放射した第１超音波を歩行者が可聴できる車両接近報知音に自己復調して当該歩行者に車両の接近を知らせることができる一方、振動子ユニット内の複数の超音波振動子のいずれか１つまたは複数を距離測定のための第２超音波の送受信用として選択し、この選択した超音波振動子を用いて距離測定ができるようにしたので、第１と第２の超音波を個別に車両の狭い場所を有効に利用して配備することができる共にそれぞれを別々に配備する場合よりもコストを削減することができるようになった。

１ 電動車両
２ａ，２ｂ，２ｃ 振動子ユニット
４，４ｍ，４ｎ 超音波振動子
５ パラメトリックスピーカ装置
６ 駆動回路
７ 距離測定回路
８ 動作切り替え回路
９ 距離表示／警告音発生回路
Ｔ１ 第１タイミング期間
Ｔ２ 第２タイミング期間
ＵＳ１ 第１超音波
ＵＳ２ 第２超音波

Claims (3)

1. 複数の超音波振動子を含む振動子ユニットを具備し、この振動子ユニットから可聴音に自己復調する超音波を放射するパラメトリックスピーカ装置であって、
   上記振動子ユニットを、
   上記超音波を可聴音発生のための第１超音波を送波する第１タイミングと、対象物までの距離測定のための第２超音波を送受波する第２タイミングとに切り替えて駆動し、
   第１タイミングでは、上記振動子ユニット内の前記複数の超音波振動子により上記第１超音波を送波し、
   第２タイミングでは、上記振動子ユニット内の前記複数の超音波振動子のいずれか１つまたは複数を選択し、その選択した第１超音波振動子により上記第２超音波の送波を行い、かつ、前記第１超音波振動子と重複してまたは前記第１超音波振動子と重複しないで、上記振動子ユニット内の前記複数の超音波振動子のいずれか１つまたは複数を選択し、その選択した第２超音波振動子により上記第２超音波の受波を行う、ことを特徴とするパラメトリックスピーカ装置。
2. 請求項１において、
   前記第１超音波振動子および前記第２超音波振動子は、同一の超音波振動子である、ことを特徴とするパラメトリックスピーカ装置。
3. 請求項１または２に記載のパラメトリックスピーカ装置を車両の前部および／または後部に配置した、ことを特徴とする電動車両。

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