JP5784179B1 - Ultrasonic distance measuring device and ultrasonic distance measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】装置サイズの大型化を抑制した上で、装置外部の外部媒体温度を精度良く検出し、目標物体までの距離を高精度に測定することのできる超音波距離測定装置および超音波距離測定方法を得る。【解決手段】温度センサ(4)を装置内部に内蔵することで小型化を図るとともに、内蔵される温度センサ(4)によって検出された装置内部温度を、温度センサ(4)と外部媒体との間の熱抵抗(Rca)と、装置の発熱量(P)および装置の熱容量(C)の少なくとも一方とに基づいて補正することで、外部媒体温度(Ta)を高精度に推定する構成を備えている。【選択図】図1Ultrasonic distance measuring device and ultrasonic distance measuring device capable of accurately detecting the temperature of an external medium outside the device and measuring the distance to a target object with high accuracy while suppressing an increase in device size Get the way. The temperature sensor (4) is built in the apparatus to reduce the size, and the internal temperature detected by the built-in temperature sensor (4) is determined between the temperature sensor (4) and an external medium. It is possible to estimate the external medium temperature (Ta) with high accuracy by performing correction based on at least one of the heat resistance (Rca) and the heat generation amount (P) of the device and the heat capacity (C) of the device. ing. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、超音波信号を用いて目標物体までの距離を測定する超音波距離測定装置および超音波距離測定方法に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic distance measuring device and an ultrasonic distance measuring method for measuring a distance to a target object using an ultrasonic signal.
従来から、超音波信号を目標物体に向けて送信してから、目標物体に当たって反射する超音波信号を受信するまでの遅延時間を測定し、測定した遅延時間と、音速とに基づいて目標物体までの距離を測定する装置がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the delay time from when an ultrasonic signal is transmitted toward the target object until the ultrasonic signal reflected by the target object is received is measured, and the target object is measured based on the measured delay time and the sound speed. There is an apparatus for measuring the distance (see, for example, Patent Document 1).
このような特許文献1に記載の従来技術においては、目標物体までの距離を測定するためのパラメータの1つである音速を算出するために、装置外部の温度である外気温を精度良く検出する必要である。したがって、特許文献1に記載の従来技術においては、外気温を検出するための温度センサが装置外部に設けられている。 In the related art described in Patent Document 1, the outside air temperature that is the temperature outside the apparatus is accurately detected in order to calculate the speed of sound, which is one of the parameters for measuring the distance to the target object. is necessary. Therefore, in the prior art described in Patent Document 1, a temperature sensor for detecting the outside air temperature is provided outside the apparatus.
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献1に記載の従来技術においては、温度センサが装置外部に設けられているので、装置サイズが大型化するという問題がある。すなわち、外気温を精度良く検出することと、装置サイズの大型化を抑制することの両立が困難であるという問題があった。
However, the prior art has the following problems.
In the prior art described in Patent Document 1, since the temperature sensor is provided outside the apparatus, there is a problem that the apparatus size increases. That is, there is a problem that it is difficult to detect the outside air temperature with high accuracy and to suppress the increase in the size of the apparatus.
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、装置サイズの大型化を抑制した上で、装置外部の外部媒体温度を精度良く検出し、目標物体までの距離を高精度に測定することのできる超音波距離測定装置および超音波距離測定方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In addition to suppressing the increase in the size of the apparatus, the external medium temperature outside the apparatus is accurately detected, and the distance to the target object is increased. It is an object of the present invention to obtain an ultrasonic distance measuring device and an ultrasonic distance measuring method capable of measuring with high accuracy.
本発明における超音波距離測定装置は、超音波信号を目標物体に向けて送信してから、目標物体に当たって反射する超音波信号を受信するまでの遅延時間を測定し、測定した遅延時間と、音速とに基づいて目標物体までの距離を測定する装置である超音波距離測定装置であって、装置の内部に内蔵され、装置の内部の温度である装置内部温度を検出する温度センサと、温度センサと装置の外部に存在する外部媒体との間の熱抵抗と、装置の発熱量および装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて、温度センサが検出した装置内部温度を補正することで、外部媒体の温度である外部媒体温度を推定し、推定した外部媒体温度に基づいて音速を算出し、遅延時間と算出した音速とに基づいて目標物体までの距離を測定する制御部と、を備えるものである。 The ultrasonic distance measuring device according to the present invention measures a delay time from when an ultrasonic signal is transmitted toward a target object to when an ultrasonic signal reflected by the target object is received, and the measured delay time and sound velocity are measured. An ultrasonic distance measuring device that is a device that measures a distance to a target object based on the above, a temperature sensor that is built in the device and detects the internal temperature of the device, which is the internal temperature of the device, and a temperature sensor The external temperature of the external medium by correcting the internal temperature detected by the temperature sensor based on the thermal resistance between the external medium and the external medium existing outside the apparatus, and at least one of the calorific value of the apparatus and the heat capacity of the apparatus. A control unit that estimates an external medium temperature that is a temperature, calculates a sound speed based on the estimated external medium temperature, and measures a distance to the target object based on the delay time and the calculated sound speed. It is.
また、本発明における超音波距離測定方法は、超音波信号を用いて目標物体までの距離を測定する装置によって実行される超音波距離測定方法であって、超音波信号を目標物体に向けて送信してから、目標物体に当たって反射する超音波信号を受信するまでの遅延時間を測定する遅延時間測定ステップと、装置の内部に設置され装置内部温度を検出する温度センサと装置の外部に存在する外部媒体との間の熱抵抗と、装置の発熱量および装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて、温度センサが検出した装置内部温度を補正することで、外部媒体の温度である外部媒体温度を推定する外部媒体温度推定ステップと、外部媒体温度推定ステップで推定した外部媒体温度に基づいて音速を算出し、遅延時間測定ステップで測定した遅延時間と算出した音速とに基づいて目標物体までの距離を測定する距離測定ステップと、を備えるものである。 The ultrasonic distance measuring method according to the present invention is an ultrasonic distance measuring method executed by an apparatus for measuring a distance to a target object using an ultrasonic signal, and transmits the ultrasonic signal toward the target object. A delay time measuring step for measuring a delay time until receiving an ultrasonic signal reflected by the target object, a temperature sensor installed inside the apparatus and detecting an internal temperature of the apparatus, and an external existing outside the apparatus The external medium temperature, which is the temperature of the external medium, is estimated by correcting the internal temperature detected by the temperature sensor based on the thermal resistance between the medium and at least one of the heat generation amount of the apparatus and the heat capacity of the apparatus. The sound velocity is calculated based on the external medium temperature estimation step and the external medium temperature estimated in the external medium temperature estimation step, and is calculated with the delay time measured in the delay time measurement step. A distance measuring step of measuring the distance to the target object based on the sound velocity, are those comprising a.
本発明によれば、温度センサを装置内部に内蔵することで小型化を図るとともに、内蔵される温度センサによって検出された装置内部温度を、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗と、装置の発熱量および装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて補正することで、外部媒体温度を高精度に推定する構成を備えている。これにより、装置サイズの大型化を抑制した上で、装置外部の外部媒体温度を精度良く検出し、目標物体までの距離を高精度に測定することのできる超音波距離測定装置および超音波距離測定方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size by incorporating a temperature sensor inside the apparatus, and to determine the internal temperature of the apparatus detected by the incorporated temperature sensor, the thermal resistance between the temperature sensor and the external medium, and the apparatus By correcting based on at least one of the heat generation amount and the heat capacity of the apparatus, a configuration for estimating the external medium temperature with high accuracy is provided. As a result, an ultrasonic distance measuring device and an ultrasonic distance measuring device that can accurately detect the temperature of the external medium outside the device and measure the distance to the target object with high accuracy while suppressing the increase in size of the device. You can get the method.
以下、本発明による超音波距離測定装置および超音波距離測定方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an ultrasonic distance measuring device and an ultrasonic distance measuring method according to the present invention will be described with reference to the drawings according to a preferred embodiment. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
実施の形態1.
はじめに、本願発明の超音波距離測定装置の技術的特徴を明確にするために、本発明者が新しく着目した従来技術の課題について、図4を参照しながら説明する。図4は、従来技術における超音波距離測定装置の概略を示す構成図である。
Embodiment 1 FIG.
First, in order to clarify the technical features of the ultrasonic distance measuring device of the present invention, the problems of the prior art newly noticed by the present inventor will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of an ultrasonic distance measuring device in the prior art.
図4における超音波距離測定装置は、超音波センサ101、超音波センサ測定補正手段102および温度センサ103を備える。
The ultrasonic distance measuring device in FIG. 4 includes an
超音波センサ101は、目標物体(図示せず)に向けて超音波信号を送信してから、目標物体に当たって反射する超音波信号を受信するまでの遅延時間Tdを測定し、測定した遅延時間Tdを超音波センサ測定補正手段102に出力する。
The
温度センサ103は、本願発明とは異なり、装置内部(超音波センサ101の内部)には内蔵されておらず、装置外部(超音波センサ101の外部)に設けられており、装置外部の外気温Taを検出する。また、温度センサ103は、検出した外気温Taを超音波センサ測定補正手段102に出力する。
Unlike the present invention, the
超音波センサ測定補正手段102は、温度センサ103から入力された外気温Taに基づいて、下式(1)にしたがって音速cを算出する。
Ultrasonic sensors measure
続いて、超音波センサ測定補正手段102は、超音波センサ101から入力された遅延時間Tdと、算出された音速cとに基づいて、下式(2)にしたがって目標物体までの距離Rを算出する。
Subsequently, the ultrasonic sensor
ここで、上式(2)に示すとおり、距離Rは、音速cに比例するので、距離Rの測定精度を向上させるためには、音速cを精度良く把握することが必要となる。そのためには、上式(1)から分かるように、外気温Taを精度良く検出する必要がある。 Here, as shown in the above equation (2), the distance R is proportional to the sound speed c. Therefore, in order to improve the measurement accuracy of the distance R, it is necessary to accurately grasp the sound speed c. For this purpose, as can be seen from the above equation (1), it is necessary to accurately detect the outside air temperature T a.
したがって、従来技術においては、外気温Taを精度良く検出するために、温度センサ103を装置外部に設けることで、外気温Taを直接的に検出していた。換言すると、温度センサ103を装置内部に内蔵すれば、外気温Taを精度良く検出できないので、装置サイズが大型化してしまうデメリットがあるものの、温度センサ103を装置外部に設けざるを得なかった。
Therefore, in the prior art, in order to detect the outside air temperature Ta with high accuracy, the outside air temperature Ta is directly detected by providing the
なお、本発明者は、温度センサ103を装置内部に内蔵した場合において、外気温Taを精度良く検出できない要因として、以下のように考察した。
The present inventors, in a case where a built-in
すなわち、第1に、装置内部に温度センサ103を内蔵した場合、超音波センサ101の持つ熱容量によって外気温Taの変化に対して遅れを生じるので、外気温Taを精度良く検出できない。また、第2に、装置内部に温度センサ103を内蔵した場合、外気温Taと温度センサ103が装置内部で検出する温度との間には、外気と温度センサ103との間の熱抵抗による温度差が生じ、この熱抵抗が外気の風速によって変化するので、外気温Taを精度良く検出できない。
That is, first, when an
本願発明においては、以上のような考察を踏まえて、装置サイズの大型化を抑制すべく、装置内部に温度センサを内蔵した場合であっても、温度センサによって検出された温度に対して、後述するような補正をすることで、装置外部の外気温を精度良く推定することのできる超音波距離測定装置を提供する。 In the present invention, based on the above considerations, the temperature detected by the temperature sensor will be described later even if the temperature sensor is built in the device to suppress an increase in the size of the device. An ultrasonic distance measuring device capable of accurately estimating the outside air temperature outside the device by performing such correction is provided.
次に、本実施の形態1における超音波距離測定装置について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1における超音波距離測定装置の概略を示す構成図である。なお、本発明における超音波距離測定装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、超音波を用いて前方の障害物との距離を精度良く測定することができる。 Next, the ultrasonic distance measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of an ultrasonic distance measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, the ultrasonic distance measuring apparatus in this invention is mounted in vehicles, such as a motor vehicle, for example, and can measure the distance with a front obstruction accurately using an ultrasonic wave.
図1における超音波距離測定装置は、ケース1(筐体)、CPU2(制御部)、超音波トランスデューサ3および温度センサ4を備える。また、図1に示すように、CPU2、超音波トランスデューサ3および温度センサ4は、装置内部に内蔵されている(ケース1内に収納されている)。
The ultrasonic distance measuring device in FIG. 1 includes a case 1 (housing), a CPU 2 (control unit), an ultrasonic transducer 3 and a temperature sensor 4. As shown in FIG. 1, the
超音波トランスデューサ3は、CPU2によって動作が制御される。また、超音波トランスデューサ3は、CPU2による動作制御に基づいて、超音波信号を目標物体(図示せず)に向けて送信する。目標物体に当たって反射したこの超音波信号は、超音波トランスデューサ3によって受信され、電気信号に変換された後、CPU2に入力される。
The operation of the ultrasonic transducer 3 is controlled by the
温度センサ4は、前述したように、装置内部(ケース1内)に内蔵されており、装置内部の温度(以降では、装置内部温度Tsと称す)を検出し、この検出結果をCPU2に出力する。 Temperature sensor 4, as described above, are incorporated in the device interior (the case 1), (and later referred to as the device internal temperature T s) within the device temperature is detected and outputs the detection result to CPU2 To do.
CPU2は、超音波トランスデューサ3が超音波信号を目標物体に向けて送信してから目標物体に当たって反射する超音波信号を受信するまでの遅延時間Tdを測定する。また、CPU2は、温度センサ4が検出した装置内部温度Tsを補正することで、装置外部(ケース1外)に存在する外部媒体の温度(以降では、外部媒体温度Taと称す)を推定する。
The
続いて、CPU2は、推定した外部媒体温度Taに基づいて、上式(1)にしたがって音速cを算出する。また、CPU2は、測定した遅延時間Tdと、算出した音速cとに基づいて、上式(2)にしたがって目標物体までの距離Rを算出する。
Subsequently,
次に、CPU2による外部媒体温度Taの推定について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態1における超音波距離測定装置に内蔵される温度センサが検出する温度Tsの時間変化を示す説明図である。
Next, the estimation of the external medium temperature T a by
なお、本実施の形態1では、装置外部に存在する外部媒体が空気(外気)である場合を例示して説明する。この場合、外部媒体温度Taをここでは外気温Taと称す。また、温度センサ4と外部媒体(ここでは外気)との間の熱抵抗をRsa、装置の熱容量をC、装置の発熱量をPとする。さらに、熱抵抗Rsa、熱容量Cおよび発熱量Pのそれぞれは、事前の実験による測定等により既知となっており、CPU2に熱特性パラメータとしてあらかじめ設定されている。
In the first embodiment, the case where the external medium existing outside the apparatus is air (outside air) will be described as an example. In this case, it referred to as air temperature T a is here an external medium temperature T a. In addition, it is assumed that the thermal resistance between the temperature sensor 4 and the external medium (here, outside air) is R sa , the heat capacity of the device is C, and the heat generation amount of the device is P. Further, each of the thermal resistance R sa , the heat capacity C, and the calorific value P is known by measurement or the like by a prior experiment, and is preset in the
まず、装置内部温度Ts、外気温Ta、熱容量Cおよび熱抵抗Rsaの関係について、ニュートンの冷却の法則より、下式(3)が成り立つ。なお、下式(3)中のtは、時間である。 First, with respect to the relationship among the device internal temperature T s , the outside air temperature T a , the heat capacity C, and the heat resistance R sa , the following equation (3) is established from Newton's law of cooling. In addition, t in the following formula (3) is time.
また、装置内部温度Ts、熱容量Cおよび発熱量Pの関係について、顕熱に関してエネルギー保存の法則を適用すれば、下式(4)が成り立つ。 Further, regarding the relationship among the apparatus internal temperature T s , the heat capacity C, and the heat generation amount P, the following formula (4) is established by applying the law of energy conservation with respect to sensible heat.
続いて、上記のニュートンの冷却の法則、およびエネルギー保存の法則を組み合わせることで、下式(5)が得られる。 Subsequently, the following equation (5) is obtained by combining the above Newton's law of cooling and the law of energy conservation.
また、上式(5)において、微分演算子d/dtをラプラス演算子sに置き換えて整理することで、下式(6)が得られる。 Further, in the above equation (5), the differential equation d / dt is replaced with the Laplace operator s and rearranged, thereby obtaining the following equation (6).
また、上式(6)は、図2に示すような応答、すなわち、入力がTa+Rsa・Pであって、時定数CRsaの1次遅れ応答を表している。なお、図2においては、Ta+Rsa・Pが一定である場合を示している。また、上式(6)によって表される1次遅れ応答について、上式(6)に対してラプラス逆変換を行うことで、下式(7)が得られる。 Further, the above equation (6) represents the response as shown in FIG. 2, that is, the input is T a + R sa · P and the first order lag response of the time constant CR sa . FIG. 2 shows a case where T a + R sa · P is constant. Further, for the first-order lag response expressed by the above equation (6), the Laplace inverse transform is performed on the above equation (6) to obtain the following equation (7).
なお、上式(7)において、Ts(0)は、時刻t=0における温度センサ4の検出温度である。また、外気温Ta、温度センサ4と外気との間の熱抵抗Rsa、および発熱量Pのそれぞれは、後述するサンプリング周期ts間においては一定値とみなせる程度に変化量が小さいと仮定している。 In the above equation (7), T s (0) is the temperature detected by the temperature sensor 4 at time t = 0. Also, outside air temperature T a, the thermal resistance R sa between the temperature sensor 4 and the outside air, and each of the heating value P, a variation in the extent that can be regarded as a constant value in the sampling period t s which will be described later is small assumption doing.
また、CPU2は、温度センサ4が検出する装置内部温度Tsをサンプリング周期tsでサンプリングするように構成されており、CPU2によってk番目にサンプリングされる値をTs(k)とする。ここで、一般性を失うことなく、上式(7)において、Ts(0)をTs(k−1)、Ts(t)をTs(k)とそれぞれ置き換えて整理すると、下式(8)が得られる。 Further, CPU2 is configured to sample the device internal temperature T s to the temperature sensor 4 is detected by the sampling period t s, a value which is sampled k-th by CPU2 and T s (k). Here, without losing generality, in the above equation (7), T s (0) is replaced with T s (k−1), and T s (t) is replaced with T s (k). Equation (8) is obtained.
上式(8)は、CPU2によってk番目にサンプリングされた温度センサ4が検出した装置内部温度Ts(k)に対して、(*1)で表される補正量と、さらに(*2)で表される補正量とを用いて補正し、外気温Taを推定することを意味している。なお、以降では、(*1)で表される補正量を、熱抵抗Rsaと発熱量Pとに基づいた第1補正量と称し、(*2)で表される補正量を、熱抵抗Rsaと熱容量Cとに基づいた第2補正量と称す。また、(*2)で表される第2補正量は、装置内部温度Tsの時間変化にも基づいて算出される。
The above equation (8) is the correction amount represented by (* 1) with respect to the device internal temperature T s (k) detected by the temperature sensor 4 sampled k-th by the
このように、CPU2は、熱抵抗Rsaと、発熱量Pおよび熱容量Cとに基づいて、温度センサ4が検出した装置内部温度Tsを補正することで、外気温Taを推定する。具体的には、CPU2は、温度センサ4が検出した装置内部温度Tsに対して、第1補正量を減算するとともに、第2補正量を加算することで、外気温Taを推定する。
Thus,
また、熱容量Cによって外気温Taの変化に対して温度センサ4により検出される装置内部温度Tsが遅れて追従しても、熱容量Cに関する第2補正量を加算することで外気温Taを精度良く推定することができる。 Also, by following a delay in the device internal temperature T s that is detected by the temperature sensor 4 to a change in air temperature T a by the heat capacity C, ambient temperature by adding the second correction amount related to the heat capacity C T a Can be estimated with high accuracy.
なお、上式(8)では、第1補正量および第2補正量の両方を用いて外気温Taを推定する場合を例示しているが、第1補正量および第2補正量のいずれかを用いて外気温Taを推定するようにしてもよい。また、上式(8)においては、例えば、下式(9)等のように変形して計算しても、本実施の形態1と全く同様に作用することは言うまでもない。 In the above equation (8), the case where the outside air temperature Ta is estimated using both the first correction amount and the second correction amount is exemplified, but either the first correction amount or the second correction amount is used. it may be estimated the air temperature T a with. Needless to say, even if the above equation (8) is modified and calculated as in the following equation (9), for example, the same operation as in the first embodiment is performed.
また、CPU2は、このように外気温Taを推定すれば、上式(1)にしたがって音速cを算出し、測定した遅延時間Tdと、算出した音速cとに基づいて、上式(2)にしたがって目標物体までの距離Rを算出する。
Further,
以上、本実施の形態1によれば、装置内部に内蔵される温度センサが検出した装置内部温度を、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗と、装置の発熱量および装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて補正することで、外部媒体温度を推定する。 As described above, according to the first embodiment, the temperature inside the device detected by the temperature sensor built in the device is at least the thermal resistance between the temperature sensor and the external medium, the amount of heat generated by the device, and the heat capacity of the device. The external medium temperature is estimated by performing correction based on one of them.
具体的には、温度センサが検出した装置内部温度に対して、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗と装置の発熱量とに基づいた第1補正量を減算することで外部媒体温度を推定する。また、温度センサが検出した装置内部温度に対して、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗と装置の熱容量とに基づいた第2補正量を加算することで外部媒体温度を推定する。 Specifically, the external medium temperature is obtained by subtracting the first correction amount based on the thermal resistance between the temperature sensor and the external medium and the heat generation amount of the apparatus from the internal temperature detected by the temperature sensor. presume. Further, the external medium temperature is estimated by adding a second correction amount based on the thermal resistance between the temperature sensor and the external medium and the heat capacity of the apparatus to the apparatus internal temperature detected by the temperature sensor.
これにより、装置サイズの大型化を抑制した上で、装置外部の外部媒体温度を精度良く検出し、目標物体までの距離を高精度に測定することができる。 As a result, it is possible to accurately detect the external medium temperature outside the apparatus and measure the distance to the target object with high accuracy while suppressing the increase in the size of the apparatus.
実施の形態2.
先の実施の形態1では、外部媒体の流速を考慮せずに外部媒体温度Taを推定する場合について説明した。本発明の実施の形態2では、外部媒体の流速を考慮して外部媒体温度Taを推定する場合について説明する。なお、本実施の形態2では、先の実施の形態1と同様に、装置外部に存在する外部媒体が空気(外気)であり、超音波距離測定装置が車両に搭載されている場合を例示して説明する。このように想定した場合、外部媒体の流速は、外気の風速に相当する。
In the first embodiment, the case where the external medium temperature Ta is estimated without considering the flow rate of the external medium has been described. In the second embodiment of the present invention, a case where the external medium temperature Ta is estimated in consideration of the flow rate of the external medium will be described. In the second embodiment, as in the first embodiment, the external medium existing outside the apparatus is air (outside air) and the ultrasonic distance measuring device is mounted on the vehicle. I will explain. In this case, the flow rate of the external medium corresponds to the wind speed of the outside air.
ここで、外部媒体の流速を考慮する場合、温度センサ4と外気との間の熱抵抗Rsaに注目する。この場合、熱抵抗Rsaはさらに、温度センサ4とケース1との間の熱抵抗Rscと、ケース1と外気との間の熱抵抗Rcaとに分解される。すなわち、下式(10)のように表される。 Here, when considering the flow rate of the external medium, attention is paid to the thermal resistance R sa between the temperature sensor 4 and the outside air. In this case, the thermal resistance R sa is further decomposed into a thermal resistance R sc between the temperature sensor 4 and the case 1 and a thermal resistance R ca between the case 1 and the outside air. That is, it is expressed as the following formula (10).
図3は、本発明の実施の形態2において、風速と熱抵抗Rcaの関係を示す説明図である。図3に示すように、ケース1と外気との間の熱抵抗Rcaは、外気の風速によって変化することが知られている。より厳密には、熱抵抗Rcaは、ケース1と外部媒体の相対流速(相対速度)、すなわち、ケース1が車両に搭載されていれば、車両の速度(自車速)と外気の風速との相対流速によって変化する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the wind speed and the thermal resistance R ca in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, it is known that the thermal resistance R ca between the case 1 and the outside air changes depending on the wind speed of the outside air. More precisely, the thermal resistance R ca is the relative flow rate (relative speed) between the case 1 and the external medium, that is, if the case 1 is mounted on the vehicle, the vehicle speed (own vehicle speed) and the wind speed of the outside air. Varies with relative flow rate.
また、本実施の形態2における超音波距離測定装置は、装置と外部媒体との相対流速を獲得する相対流速獲得部をさらに備える。ここで、相対流速獲得部の具体例について、ケース1が車両に搭載されていることを前提とすると、ケース1の移動速度を獲得する装置移動速度獲得部として自車速を獲得する車速獲得部(例えば、車速センサ等)を設ける。さらに、外部媒体の流速を獲得する外部媒体流速獲得部として風速を獲得する風速獲得部(例えば、風速センサ等)を設ける。そして、相対流速獲得部は、車速獲得部および風速獲得部による獲得結果に基づいて相対流速を計算することで獲得する。なお、外部装置等が相対流速を検出し、その検出結果を相対流速獲得部が受け取るようにすることで、相対流速獲得部が相対流速を獲得するように構成してもよい。 The ultrasonic distance measuring device according to the second embodiment further includes a relative flow velocity acquisition unit that acquires the relative flow velocity between the device and the external medium. Here, regarding a specific example of the relative flow velocity acquisition unit, assuming that the case 1 is mounted on a vehicle, a vehicle speed acquisition unit that acquires the vehicle speed as a device movement speed acquisition unit that acquires the movement speed of the case 1 ( For example, a vehicle speed sensor or the like is provided. Furthermore, a wind speed acquisition unit (for example, a wind speed sensor) that acquires the wind speed is provided as an external medium flow rate acquisition unit that acquires the flow rate of the external medium. And a relative flow velocity acquisition part is acquired by calculating a relative flow velocity based on the acquisition result by a vehicle speed acquisition part and a wind speed acquisition part. The relative flow rate acquisition unit may acquire the relative flow rate by causing the external device or the like to detect the relative flow rate and receiving the detection result by the relative flow rate acquisition unit.
図3における風速と熱抵抗Rcaとの関係は、あらかじめ実験を行い既知となっており、CPU2にあらかじめ設定されている。また、CPU2(相対流速獲得部)には、先の図1に示すように、車両から自車速情報が入力されている。具体的には、車速獲得部が獲得した自車速がCPU2に入力されるように構成すればよい。
The relationship between the wind speed and the thermal resistance R ca in FIG. 3 is known in advance through experiments and is set in the
本実施の形態2においては、CPU2は、入力された自車速を、車両と外気との相対流速、すなわち風速に相当するとみなす。これにより、風速センサ等といった風速獲得部を別途設ける必要がなくなる。
In the second embodiment, the
また、CPU2は、車速獲得部が獲得する自車速をサンプリング周期tsでサンプリングするように構成されており、あらかじめ設定された風速と熱抵抗Rcaとの関係にしたがって、k番目にサンプリングされた自車速に対応した熱抵抗Rcaを算出し、これをk番目の熱抵抗値Rca(k)とする。
Further,
ここで、熱容量C、温度センサ4とケース1との間の熱抵抗Rsc、および発熱量Pのそれぞれは、事前の実験による測定等により既知となっており、CPU2にあらかじめ設定されている。
Here, each of the heat capacity C, the thermal resistance R sc between the temperature sensor 4 and the case 1, and the heat generation amount P is known by measurement by a prior experiment or the like, and is preset in the
また、CPU2は、上式(9)および上式(10)から導出される下式(11)にしたがって、外気温Taを推定する。
Further,
このように、CPU2は、ケース1と外気との相対流速(ここでは、自車速と同等とみなしている)に応じて、相対流速(ここでは、自車速)に対応した熱抵抗Rcaを算出することで、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗Rsaを変化させて、外気温Taを推定している。
As described above, the
さらに、CPU2は、このように外気温Taを推定すれば、上式(1)にしたがって音速cを算出し、測定した遅延時間Tdと、算出した音速cとに基づいて、上式(2)にしたがって目標物体までの距離Rを算出する。
Furthermore,
以上、本実施の形態2によれば、外部媒体の流速(より厳密には、装置と外部媒体との相対流速)を考慮し、装置と外部媒体との相対流速を獲得する相対流速獲得部をさらに備え、獲得した相対流速に基づいて温度センサと外部媒体との間の熱抵抗を変化させる。 As described above, according to the second embodiment, the relative flow velocity acquisition unit that acquires the relative flow velocity between the apparatus and the external medium in consideration of the flow velocity of the external medium (more strictly, the relative flow velocity between the apparatus and the external medium) is provided. In addition, the thermal resistance between the temperature sensor and the external medium is changed based on the acquired relative flow velocity.
また、ケースが車両に搭載され、相対流速獲得部として、車両の車速を獲得する車速獲得部をさらに備え、車速獲得部が獲得した車速を相対流速として熱抵抗を変化させる。 The case is mounted on the vehicle, and further includes a vehicle speed acquisition unit that acquires the vehicle speed of the vehicle as a relative flow velocity acquisition unit, and changes the thermal resistance using the vehicle speed acquired by the vehicle speed acquisition unit as a relative flow velocity.
これにより、例えば、外部媒体が空気(外気)であれば、風速と熱抵抗Rcaとの関係にしたがって算出される熱抵抗Rcaを用いて、温度センサと外部媒体との間の熱抵抗Rsaを変化させて外気温を推定するので、先の実施の形態1と比べてより精度良く外気温を推定することができる。また、装置が車両に搭載されていれば、自車速を風速とみなして熱抵抗Rcaを計算するので、外部の風速センサなどを別途設ける必要がなく、サイズを小型化でき、また低コストにすることができる。 Thereby, for example, if the external medium is air (outside air), the thermal resistance R ca between the temperature sensor and the external medium is calculated using the thermal resistance R ca calculated according to the relationship between the wind speed and the thermal resistance R ca. Since the outside air temperature is estimated by changing sa , the outside air temperature can be estimated more accurately than in the first embodiment. In addition, if the device is mounted on a vehicle, the thermal resistance Rca is calculated assuming that the vehicle speed is the wind speed, so there is no need to provide an external wind speed sensor or the like, and the size can be reduced and the cost can be reduced. can do.
なお、本実施の形態1、2では、発熱量Pは、事前の実験などにより既知の値としているが、超音波距離測定装置への印加電圧と、この装置に流れる電流とを測定することで、発熱量Pを検出する発熱量検出部を別途設けてもよい。この場合、発熱量検出部で検出された発熱量Pを用いて、上式(11)を計算することも可能である。 In the first and second embodiments, the calorific value P is set to a known value by a prior experiment or the like, but by measuring the voltage applied to the ultrasonic distance measuring device and the current flowing through the device. In addition, a heat generation amount detection unit that detects the heat generation amount P may be provided separately. In this case, the above equation (11) can also be calculated using the heat generation amount P detected by the heat generation amount detection unit.
また、本実施の形態1、2では、外部媒体が空気である場合を例示して説明したが、これに限定されず、空気以外の媒体(例えば、水)に対しても本願発明は適用でき、外部媒体が空気である場合と同様の効果を得ることができる。 In the first and second embodiments, the case where the external medium is air has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a medium other than air (for example, water). The same effect as when the external medium is air can be obtained.
1 ケース、2 CPU、3 超音波トランスデューサ、4 温度センサ、101 超音波センサ、102 超音波センサ測定補正手段、103 温度センサ。 1 Case, 2 CPU, 3 Ultrasonic transducer, 4 Temperature sensor, 101 Ultrasonic sensor, 102 Ultrasonic sensor measurement correction means, 103 Temperature sensor.
Claims (7)
前記装置の内部に内蔵され、前記装置の内部の温度である装置内部温度を検出する温度センサと、
前記温度センサと前記装置の外部に存在する外部媒体との間の熱抵抗と、前記装置の発熱量および前記装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて、前記温度センサが検出した前記装置内部温度を補正することで、前記外部媒体の温度である外部媒体温度を推定し、推定した前記外部媒体温度に基づいて前記音速を算出し、前記遅延時間と算出した前記音速とに基づいて前記目標物体までの距離を測定する制御部と、
を備える超音波距離測定装置。 Measure the delay time from the transmission of the ultrasonic signal toward the target object to the reception of the ultrasonic signal reflected by the target object, and the target object based on the measured delay time and the sound speed An ultrasonic distance measuring device which is a device for measuring the distance of
A temperature sensor that is built in the device and detects a device internal temperature that is a temperature inside the device; and
The device internal temperature detected by the temperature sensor based on a thermal resistance between the temperature sensor and an external medium existing outside the device, and at least one of a calorific value of the device and a heat capacity of the device. By correcting, the external medium temperature, which is the temperature of the external medium, is estimated, the sound speed is calculated based on the estimated external medium temperature, and the target object is calculated based on the delay time and the calculated sound speed. A control unit for measuring the distance of
An ultrasonic distance measuring device comprising:
前記制御部は、
前記温度センサが検出した前記装置内部温度に対して、前記熱抵抗と前記発熱量とに基づいた第1補正量を減算することで前記外部媒体温度を推定する
超音波距離測定装置。 The ultrasonic distance measuring device according to claim 1,
The controller is
An ultrasonic distance measuring device that estimates the external medium temperature by subtracting a first correction amount based on the thermal resistance and the heat generation amount from the internal temperature detected by the temperature sensor.
前記制御部は、
前記温度センサが検出した前記装置内部温度に対して、前記熱抵抗と前記熱容量とに基づいた第2補正量を加算することで前記外部媒体温度を推定する
超音波距離測定装置。 In the ultrasonic distance measuring device according to claim 1 or 2,
The controller is
An ultrasonic distance measuring device that estimates the external medium temperature by adding a second correction amount based on the thermal resistance and the heat capacity to the internal temperature detected by the temperature sensor.
前記制御部は、
前記温度センサが検出した前記装置内部温度の時間変化に基づいて前記第2補正量を算出する
超音波距離測定装置。 In the ultrasonic distance measuring device according to claim 3,
The controller is
An ultrasonic distance measuring device that calculates the second correction amount based on a temporal change in the temperature inside the device detected by the temperature sensor.
前記装置と前記外部媒体との相対流速を獲得する相対流速獲得部をさらに備え、
前記制御部は、
獲得した前記相対流速に基づいて前記熱抵抗を変化させる
超音波距離測定装置。 In the ultrasonic distance measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A relative flow velocity acquisition unit for acquiring a relative flow velocity between the device and the external medium;
The controller is
An ultrasonic distance measuring device that changes the thermal resistance based on the acquired relative flow velocity.
前記装置は車両に搭載され、
前記相対流速獲得部として、前記車両の車速を獲得する車速獲得部をさらに備え、
前記制御部は、
前記車速獲得部が獲得した前記車速を前記相対流速として前記熱抵抗を変化させる
超音波距離測定装置。 In the ultrasonic distance measuring device according to claim 5,
The device is mounted on a vehicle;
As the relative flow velocity acquisition unit, further comprising a vehicle speed acquisition unit for acquiring the vehicle speed of the vehicle,
The controller is
An ultrasonic distance measuring device that changes the thermal resistance using the vehicle speed acquired by the vehicle speed acquisition unit as the relative flow velocity.
超音波信号を目標物体に向けて送信してから、前記目標物体に当たって反射する前記超音波信号を受信するまでの遅延時間を測定する遅延時間測定ステップと、
前記装置の内部に設置され装置内部温度を検出する温度センサと前記装置の外部に存在する外部媒体との間の熱抵抗と、前記装置の発熱量および前記装置の熱容量の少なくとも一方とに基づいて、前記温度センサが検出した前記装置内部温度を補正することで、前記外部媒体の温度である外部媒体温度を推定する外部媒体温度推定ステップと、
前記外部媒体温度推定ステップで推定した前記外部媒体温度に基づいて音速を算出し、前記遅延時間測定ステップで測定した前記遅延時間と算出した前記音速とに基づいて前記目標物体までの距離を測定する距離測定ステップと、
を備える超音波距離測定方法。
An ultrasonic distance measuring method executed by an apparatus for measuring a distance to a target object using an ultrasonic signal,
A delay time measuring step of measuring a delay time from transmission of an ultrasonic signal toward a target object to reception of the ultrasonic signal reflected by the target object; and
Based on a thermal resistance between a temperature sensor that is installed inside the device and detects an internal temperature of the device and an external medium existing outside the device, and based on at least one of a heat generation amount of the device and a heat capacity of the device An external medium temperature estimation step for estimating an external medium temperature that is a temperature of the external medium by correcting the internal temperature of the apparatus detected by the temperature sensor;
Wherein calculating the sound speed based on the external medium temperature estimated by the external medium temperature estimating step, measuring a distance to the target object based on said sound velocity calculated and the delay time measured by said delay time measuring step A distance measuring step to
An ultrasonic distance measuring method comprising:
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