JP6314496B2 - 警報音発生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、警報音を発生する警報音発生装置に関する。
渦巻型ホーン、トランペット型ホーンでは、ダイヤフラムの中心部が可動鉄心の中心部に固定されており、可動鉄心の移動に伴い、ダイヤフラムが外周固定部に対して振動する。ダイヤフラムの振動は音圧に寄与し、ダイヤフラムの振幅を大きくすることで音圧を大きくすることができる。また、車両においては、負荷によってバッテリ電圧が変化するため、従来、ホーンに印加される電圧も車両の負荷によって変動する。
そして、ホーンのコイルに印加される電圧が増加するほど、可動鉄心を固定鉄心側に移動させる吸引力が増加してダイヤフラムの振幅が大きくなり、音圧を大きくできる。しかしながら、振幅が大きくなりすぎると、可動鉄心が固定鉄心に衝突してしまい、ホーンの音色が悪化することになる。
そこで、特許文献1には、バッテリ電圧が変化しても固定鉄心と可動鉄心の衝突を回避するために、デューティ比(デューティサイクル)を変化させて電力を一定に制御する技術が開示されている。特許文献1では、バッテリ電圧が高いときにデューティ比を下げて固定鉄心と可動鉄心の衝突が起きないように制御することで、望ましくない音質となってしまうことを回避している。
特表平5−508243号公報
上記従来技術のように、特定のバッテリ電圧に着目して当該衝突を回避するようにデューティ比を制御したとしても、変化するバッテリ電圧のあらゆる範囲について同様に当該衝突を起こさず、かつ高い音圧を実現することは困難である。例えば、衝突を回避するためには、最も高いバッテリ電圧のときに衝突しないデューティ比に制御すればよいが、低いバッテリ電圧域では、可動鉄心が固定鉄心に衝突する直前まで近づかないため高い音圧を発生させることができない。つまり、広い範囲のバッテリ電圧において、衝突防止、音圧変動の抑制、高い音圧の確保を実現することができない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定鉄心と可動鉄心の衝突を防止し、音圧の変動を抑制してかつ高い音圧で動作させることができる警報音発生装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及び下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
開示される発明のひとつは、警報音を発生する警報音発生装置の発明であって、
通電されて磁力を発生するコイル(13)と、
コイルから発生する磁力によって磁気吸引力を発生する固定鉄心(12)と、
振動板(14)に固定支持されて、固定鉄心から発生する磁気吸引力によって固定鉄心に向かって移動する可動鉄心(11)と、
抵抗と負の温度特性を持つダイオードを有して、車両のバッテリ(3)が出力するバッテリ電圧を検出する分圧検出回路と、
可動鉄心と固定鉄心とが衝突する衝突デューティ比に応じて、コイルへ印加される電圧に対応する駆動デューティ比を決定する制御装置(2)と、
を備え、
制御装置は、分圧検出回路によって検出されたバッテリ電圧の検出値毎に、衝突デューティ比に対して所定範囲の低下割合となるように設定される駆動デューティ比を決定し、当該決定された駆動デューティ比の値によって、コイルに印加する駆動電圧を制御することを特徴とする。
この発明によれば、バッテリ電圧を検出する毎に駆動デューティ比を決定し、決定した駆動デューティ比で、コイルに印加する駆動電圧を制御する。これにより、広範囲のバッテリ電圧において、衝突しない範囲で可動鉄心を固定鉄心に近づけることができるため、音質を悪化させることなく、高い音圧を発生することができる。したがって、本発明によれば、固定鉄心と可動鉄心の衝突を防止し、音圧の変動を抑制してかつ高い音圧で動作させることができる警報音発生装置を提供できる。
本発明の一例である第1実施形態の警報音発生装置が備える車両用ホーンの概要図である。 車両用ホーンの主要構成を簡略的に示した図である。 車両用ホーンの制御に関する構成図である。 バッテリ電圧に対する音圧の変化について、従来例と第1実施形態とを比較したグラフである。 各バッテリ電圧におけるデューティ比と音圧との関係を示したグラフである。 衝突デューティ比に対する駆動デューティ比の関係を示したグラフである。 第1実施形態の車両用ホーンが有する、モニタ電圧検出用の回路の構成図である。 第1実施形態のデューティ比制御に関するフローチャートである。 温度と抵抗値との関係について、従来例の回路とモニタ電圧検出用回路とを比較したグラフである。 ダイオードを備えない回路の場合の、バッテリ電圧とモニタ電圧との関係を示すグラフである。 ダイオードを備える実施形態の回路の場合の、バッテリ電圧とモニタ電圧との関係を示すグラフである。 実施形態の回路を用いて検出されるモニタ電圧と、温度及びバッテリ電圧との関係を示すグラフである。
(第1実施形態)
本発明の一実施形態である第1実施形態の警報音発生装置について図1〜図12を参照しながら説明する。
警報音発生装置は、警音器の警報音を発生させるための装置である。警報音発生装置は、例えば、コイル13に印加される電圧変化に伴う磁力変化を利用して可聴帯域の警報音を車外へ向けて放出する電磁式の車両用ホーン1を備える。
車両用ホーン1は、車両における所定の操作部が操作された際に、警報音を車外へ放出する。所定の操作部は、乗員によって操作されるホーンスイッチ、例えば、ステアリングのホーンボタンである。車両用ホーン1は、駆動部23が出力する電圧信号に応じた警報音を発生する電磁式警報器である。
図1には、警報音発生装置の一例である車両用ホーン1の概要図が示されている。図2には、車両用ホーン1の主要構成が簡略的に示されている。警報音発生装置は、車外へ向けて警報音を発生可能な電磁式の車両用ホーン1と、車両用ホーン1の作動制御を行う制御装置2と、を備える。車両用ホーン1は、ステー15を介して車両の前部、例えば、ラジエータの前部などに取り付けられる。
車両用ホーン1は、通電により磁力を発生するコイル13と、コイル13の発生磁力により磁気吸引力を発生する固定鉄心12と、固定鉄心12に向かって移動可能に支持される可動鉄心11と、を備える。可動鉄心11は、振動板14(ダイヤフラムともいう)の中心部に固定支持されている。振動板14の周縁部は、車両用ホーン1の駆動機構部を内蔵または付属するハウジングに固定されている。
したがって、図2に示すように、固定鉄心12から発生する磁気吸引力によって可動鉄心11が移動すると、振動板14は、周縁部が固定された状態で中心部が可動鉄心11と一体に移動して変形する。コイル13に通電される電圧が低下状態または非通電状態になると、固定鉄心12の磁気吸引力が弱まり、振動板14の弾性力によって可動鉄心11が元の位置に戻ろうとする。またコイル13に通電される電圧が増加すると、固定鉄心12からの磁気吸引力によって可動鉄心11が固定鉄心12に近づく。これらの動作が繰り返されることにより、振動板14が振動するので空気が振動して、車両用ホーン1は警報音を発生する。すなわち、車両用ホーン1は、固定鉄心12と可動鉄心11との隙間が最適な値に調節されることにより、高品質、高能力の好ましい警報音を発生することができる。
また、この実施形態の車両用ホーン1は、図2に示すように、共鳴により、振動板14の振動による警報音を増幅させて車外へ放出する渦巻ホーン10を備えるが、この形態に限定されるものではない。渦巻ホーン10は、渦巻状のラッパ部材、渦巻状の音響管を備えており、トランペット型ホーンとも呼ばれる。
通常の車両用ホーンは、直流で閾値以上の自励電圧、例えば、8V以上のバッテリ電圧が与えられることによって警報音を発生するものがある。しかしながら、車両のバッテリから出力されるバッテリ電圧は、車両の負荷状況によって変動するため、車両用ホーンを動作させるタイミングによっては、コイルに印加される電圧が大きく変動することがある。
コイルに印加されるバッテリ電圧が上昇すると、固定鉄心の吸引力が上昇して可動鉄心の振幅が大きくなり、音圧は上昇する。すなわち、従来品では、図4の破線で図示したグラフのように、バッテリ電圧が上昇すると音圧が増加し続ける。しかし、可動鉄心の振幅が大きくなりすぎると、可動鉄心が固定鉄心に衝突するという問題がある。この衝突が起こるとホーンの音色が悪化する。一方で、音圧を高めることが望ましいため、可能な限り可動鉄心を固定鉄心に近づけるように動作させたい。
そこで、第1実施形態の車両用ホーン1は、バッテリ電圧が変動しても、可動鉄心11の移動量を固定鉄心12に衝突しない範囲であって、かつ可動鉄心11を固定鉄心12に近づけて高い音圧を確保するように制御する。第1実施形態の車両用ホーン1は、図4の実線で図示したグラフのように、バッテリ電圧が上昇しても音圧が増加し続けず、一定値に近づくように制御する。
車両用ホーン1は、バッテリ電圧の値によって、固定鉄心12と可動鉄心11とが衝突するときのデューティ比(これを衝突デューティ比とする)が存在する。図5には、バッテリ電圧が11V、13V、15Vのそれぞれにおいて、デューティ比(%)に対する音圧(dB)の変化が示されている。バッテリ電圧が11Vの場合はデューティ比85%で衝突が生じ、13Vの場合はデューティ比70%で衝突が生じ、15Vの場合はデューティ比65%で衝突が生じることを示している。車両用ホーン1は、これらの衝突点に達する前のデューティ比によって制御することになる。
このように、各バッテリ電圧に対する衝突点となるデューティ比を図6に示す。図6の衝突デューティ比(実測値)の線は、マスター機について実測した、バッテリ電圧値に対する衝突デューティ比の値を結んで線画したものである。また、この衝突デューティ線は、すべてのバッテリ電圧値について実測したデータが必要になるためや折れ線状になるため、複数の実測データを用いて回帰分析等により求めた回帰曲線であることが好ましい。図6には、破線で示した衝突デューティ比(回帰曲線)が示されている。この衝突デューティ比は、制御装置2において求められる制御特性データでもよいし、予め記憶されているデータであってもよい。
図6に示す駆動デューティ比の線は、車両用ホーン1においてコイル13に印加されるデューティ比をバッテリ電圧に対応して線画したものである。この駆動デューティ比に関する制御特性データは、制御装置2において、衝突デューティ比に応じて決定される。図6のように、制御装置2は、バッテリ電圧の検出値毎に、衝突デューティ比に対して所定範囲の低下割合となるように設定される駆動デューティ比を決定する。例えば、制御装置2は、バッテリ電圧の検出値毎に、駆動デューティ比を衝突デューティ比の80%から98%の範囲に含まれる値に決定して、衝突デューティ比に対して所定範囲の低下割合となるように設定する。より好ましくは、制御装置2は、バッテリ電圧の検出値毎に、駆動デューティ比を衝突デューティ比の90%から98%の範囲に含まれる値に決定する。上限値を98%とするのは、衝突デューティ比(回帰曲線)の信頼性を考慮して、衝突する事態を回避するためである。
また、制御装置2は、バッテリ電圧のすべての検出値について、すなわちバッテリ電圧の全域にわたって、衝突デューティ比に応じて駆動デューティ比を決定することが好ましい。これにより、バッテリ電圧の全域において、適切な音圧と音質を確保することができる。
警報音発生装置の制御装置2は、車両用ホーン1の作動を制御する制御装置である。制御装置2は、少なくとも、演算部20、記憶部21、モニタ部22及び駆動部23を備える。
制御装置2は、例えば、CPU、ROM及びRAM等のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成される。制御装置2には、乗員によって操作された所定の操作部からの運転指令信号が入力される。
モニタ部22は、車両のバッテリ3の出力電圧(バッテリ電圧という)を検出する検出手段をなす。モニタ部22は、バッテリ電圧を電気信号として検出し、バッテリ電圧の検出信号は演算部20に入力される。
演算部20は、内蔵する所定の制御プログラムを用いて各種演算、処理を行い、駆動部23に出力する電圧信号を決定する制御回路である。演算部20は、駆動デューティ比の制御特性データを用いて、バッテリ電圧に対応するデューティ比を求める。駆動部23は、演算部20によるデューティ比の演算値にしたがったデューティ比信号を作成し、このデューティ比信号によって車両用ホーン1を駆動する。
駆動部23は、演算部20による所定の演算結果に基づいて決定された電圧信号(駆動信号)を車両用ホーン1の通電端子に出力する駆動回路である。駆動部23は、当該決定された電圧信号に応じた車両用ホーン1の音圧、音質を発生させることができる。駆動部23は、車両用ホーン1をダイナミックスピーカとして作動させるためのパワーアンプでもある。
駆動部23は、例えば、ホーンアンプ装置を用いることができる。駆動部23は、0V以上の矩形波信号(デューティ比信号)によって車両用ホーン1を駆動するデジタルアンプとすることができる。デューティ比信号は、例えば、0VのLo信号と、このLo信号より大きい電圧のHi信号とによる波形信号を組み合わせて構成される。
駆動部23は、例えば、PWM技術(パルス幅変調を用いた技術)により入力周波数とデューティ比信号を作成し、このデューティ比信号によって車両用ホーン1を駆動する。
駆動部23は、ONされることでバッテリ電圧を車両用ホーン1に印加するON−OFF手段であるスイッチング素子で構成することができる。スイッチング素子は、例えば、FETパワートランジスタ等で構成される。ホーンスイッチがONされている間、スイッチング素子を連続的にONすることで、駆動デューティ比の電圧を車両用ホーン1へ印加して、車両用ホーン1から警報音を発生させる。すなわち、演算部20で決定された駆動デューティ比に相当する信号に基づいてスイッチング素子をデューティ比制御することで、可動鉄心11を固定鉄心12に衝突しない範囲で、かつ最大限近づけて高い音圧を確保することができる。
図6に図示する駆動デューティ比に関する制御特性データは、記憶部21に予め記憶されている。ROMやRAM等のメモリは、記憶部21を構成する。記憶部21は、所定の制御特性データを予め記憶している。当該制御特性データは、車両用ホーン1を駆動するためのデューティ比信号を決定するために用いられる。
次に、制御装置2が実行する印加電圧のデューティ比制御について説明する。制御装置2は、所定の操作部からの運転指令信号が入力されると、図8に示すフローチャートにしたがって、印加電圧のデューティ比制御を開始する。まずステップ10で、制御装置2は、デューティ比制御を実行する。図6に参照するように、演算部20は、モニタ部22によるバッテリ電圧の検出値と、記憶部21に記憶された駆動デューティ比の制御特性データとから、駆動デューティ比を決定する。この決定された駆動デューティ比は、駆動部23によってコイル13に印加される、まず最初の駆動デューティ比に伴う駆動電圧がコイル13に印加されることになる。
以降は、ステップ20で、モニタ部22が検出するバッテリ電圧の分圧値(モニタ電圧TP1とする)が、前回値に対して増加したか否かを判定する。この判定処理は、所定間隔で行われる。このTP1の検出は、図7に図示する構成の分圧検出用回路を用いて行われる。ステップ20で、TP1が前回値よりも増加したと判定すると、ステップ30で駆動デューティ比を低下させる処理を実行する。すなわち、駆動部23は、前回よりも低下させた駆動デューティ比をコイル13に印加するので、バッテリ電圧に応じた適切な駆動デューティ比が印加されることなり、衝突を回避できる。
一方、ステップ20で、TP1が前回値よりも低下したと判定すると、ステップ40で駆動デューティ比を増加させる処理を実行する。すなわち、駆動部23は、前回よりも上昇させた駆動デューティ比をコイル13に印加するので、バッテリ電圧に応じた適切な駆動デューティ比が印加されることなり、音圧の低下を回避できる。この一連のステップ20〜ステップ40は、所定の時間間隔で繰り返し行われる。制御装置2は、所定の操作部からの運転指令信号が解除されると、本フローチャートを終了する。
この分圧検出用回路によると、環境温度の変化によってコイル温度が変化して、コイル抵抗が変化しても、分圧検出用回路の抵抗値が変化するためにホーンの駆動電流が変化し、例えば低温時に衝突が生じて音色が悪化する事態を防ぐことができる。また、この分圧検出用回路によれば、温度センサを用いなくても、温度変化に応じて駆動デューティ比を変化させることができる。
また、この分圧検出用回路によれば、コスト抑制が図れる。したがって、この分圧検出用回路は、バッテリ電圧を検出するとともに、環境温度の変化を検出可能な電圧検出用回路である。
分圧検出用回路は、モニタ部22で検出したバッテリ電圧を抵抗で分圧する。仮に、2個のダイオードがない場合、分圧値はバッテリ電圧にR2/(R1+R2)を掛けた値になるが、抵抗値は温度に比例して変化するため、温度変化を正確に検出できない。これを図示したのが図10であり、環境温度が25℃、−25℃のいずれであっても、バッテリ電圧に対するTP1は同じ値になってしまう。
そこで、分圧検出用回路は、負の温度特性を持つ2個のダイオードで、R2とダイオードの抵抗を変化させないようにできる。したがって、検出されるTP1は、温度変化に応じて変化する値になる(以上、図9参照)。
また、分圧検出用回路では、図11に図示するように、温度が25℃から−25度に低下すると、バッテリ電圧に対するTP1は高い電圧側にシフトするため、TP1によって温度変化を検出できるのである。例えば、TP1が13Vで温度低下すると、TP1は15V相当になり、25℃で13Vから15Vに変化した場合と同様に駆動デューティ比を下げる制御が可能になる。また、TP1が13Vで温度上昇すると、TP1は11V相当になり、−25℃で13Vから11Vに変化した場合と同様に駆動デューティ比を上げる制御が可能になる。また、図12は、環境温度に対するTP1の変化を各バッテリ電圧(11V、13V、15V)について、図示したグラフであり、この場合も上記と同様の効果が得られることがわかる。
次に、第1実施形態の警報音発生装置がもたらす作用効果について説明する。警報音発生装置は、可動鉄心11と固定鉄心12とが衝突する衝突デューティ比を求め、または予め記憶する制御装置2を備える。制御装置2は、コイル13へ印加される電圧に対応する駆動デューティ比を、衝突デューティ比に応じて決定する。制御装置2は、バッテリ電圧の検出値毎に、衝突デューティ比に対して所定範囲の低下割合となるように設定される駆動デューティ比を決定する。制御装置2は、駆動デューティ比の決定値に相当する駆動電圧をコイル13に印加するように制御する。
この警報音発生装置によれば、バッテリ電圧を検出する毎に駆動デューティ比を決定し、決定した駆動デューティ比相当の駆動電圧をコイル13に印加して、警報音を生成する。これにより、一部の範囲だけでなく広範囲のバッテリ電圧において、衝突しない範囲で可動鉄心11を固定鉄心12に近づけることができるため、音質を悪化させることなく、高い音圧を確保することができる。したがって、この警報音発生装置によれば、固定鉄心12と可動鉄心11の衝突を防止し、音圧の変動を抑制するとともに高い音圧で動作することができる。
また、制御装置2は、バッテリ電圧の全域にわたってバッテリ電圧の検出値毎に、駆動デューティ比を決定することが好ましい。これによれば、検出可能なすべてのバッテリ電圧において、ホーンの音質を悪化させることなく、一定の高い音圧を発生させることができる。
また、制御装置2は、バッテリ電圧と衝突デューティ比という二次元の間に成立する特性を表す回帰曲線を用いて、バッテリ電圧の検出値に対する衝突デューティ比を求める。これによれば、回帰分析によって得られる回帰曲線を用いるため、精度の高い衝突デューティ比を求めることができる。したがって、精度の高い衝突デューティ比を基準として決定される駆動デューティ比について、その精度を向上できるので、ホーンの音圧を可能な限り高くする制御が可能になる。
また、制御装置2は、バッテリ電圧の検出値毎に、駆動デューティ比を衝突デューティ比の80%から98%の範囲に含まれる値に決定することが好ましい。衝突デューティ比の80%未満の値に駆動デューティ比が決定されると、可動鉄心11と固定鉄心12との隙間が好ましい値よりも離れることになる。したがって、ホーンの音圧が大きく低下し、車両用ホーンとして必要な製品性を確保することができない。このため、駆動デューティ比を衝突デューティ比の80%から98%の範囲に含まれる値に決定することにより、高い品質、高出力を担保する車両用ホーン1を提供できる。
また、制御装置2は、駆動デューティ比を衝突デューティ比の90%から98%の範囲に含まれる値に決定することが好ましい。これによれば、さらなる高品質、高出力を発揮する車両用ホーン1を提供できる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
上記実施形態で説明した、衝突デューティ比に関する制御特性データは、予め記憶部21に記憶されているデータであってもよい。また、駆動デューティ比に関する制御特性データは、予め記憶部21に記憶されている衝突デューティ比の制御特性データを用いて、演算部20において演算した結果、決定されるように構成してもよい。
また、上記実施形態の演算部20は、バッテリ電圧値を検出する毎に、バッテリ電圧の検出値に対する駆動デューティ比を、予め記憶部21に記憶されている駆動デューティ比の制御特性データを用いて算出することにより決定するようにしてもよい。
上記実施形態の制御装置2は、製品の経年劣化、各部品間の位置関係の変化等により、実際の衝突デューティ比が変化していることを検出した場合には、駆動デューティ比を現在の所定低下割合よりも大きく低下させた値となるように更新するようにしてもよい。
1…車両用ホーン
2…制御装置
3…バッテリ
11…可動鉄心
12…固定鉄心
13…コイル
14…振動板

Claims (6)

  1. 警報音を発生する警報音発生装置であって、
    通電されて磁力を発生するコイル(13)と、
    前記コイルから発生する磁力によって磁気吸引力を発生する固定鉄心(12)と、
    振動板(14)に固定支持されて、前記固定鉄心から発生する磁気吸引力によって前記固定鉄心に向かって移動する可動鉄心(11)と、
    抵抗と負の温度特性を持つダイオードを有して、車両のバッテリ(3)が出力するバッテリ電圧を検出する分圧検出回路と、
    前記可動鉄心と前記固定鉄心とが衝突する衝突デューティ比に応じて、前記コイルへ印加される電圧に対応する駆動デューティ比を決定する制御装置(2)と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記分圧検出回路によって検出された前記バッテリ電圧の検出値毎に、前記衝突デューティ比に対して所定範囲の低下割合となるように設定される前記駆動デューティ比を決定し、当該決定された前記駆動デューティ比の値によって、前記コイルに印加する駆動電圧を制御することを特徴とする警報音発生装置。
  2. 前記分圧検出回路は、負の温度特性を持つ2個のダイオードを有することを特徴とする請求項1に記載の警報音発生装置。
  3. 前記制御装置は、前記バッテリ電圧の全域にわたって前記バッテリ電圧の検出値毎に、前記駆動デューティ比を決定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の警報音発生装置。
  4. 前記制御装置は、前記バッテリ電圧と前記衝突デューティ比という二次元の間に成立する特性を表す回帰曲線を用いて、前記バッテリ電圧の検出値に対する前記衝突デューティ比を求めることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の警報音発生装置。
  5. 前記制御装置は、前記バッテリ電圧の検出値毎に、前記駆動デューティ比を前記衝突デューティ比の80%から98%の範囲に含まれる値に決定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の警報音発生装置。
  6. 前記制御装置は、前記駆動デューティ比を前記衝突デューティ比の90%から98%の範囲に含まれる値に決定することを特徴とする請求項5に記載の警報音発生装置。
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