JP7272187B2 - 液面検出装置、およびそのパラメータ設定方法 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、タンクに貯留された被検出液体の液面の位置を検出する液面検出装置、およびそのパラメータ設定方法に関するものである。

特許文献１に示されるように、燃料の液面に向けて超音波を発生し、その液面で反射された超音波を検出することで液面の位置を検出する液面検出装置が知られている。

特許文献１に示される液面検出装置は、検出した超音波に基づく受信信号を増幅整流して検波信号に変換している。そして液面検出装置は、検波信号が閾値信号よりも大きくなった時間に基づいて、液面検出装置から液面まで伝搬し、液面で反射されて液面から液面検出装置に戻ってきた超音波の伝搬時間を算出している。液面検出装置はこの伝搬時間と別途算出した超音波の速さ等に基づいて液面の位置を算出している。

特開２０１８－１１９８０８号公報

しかしながら、特許文献１では、個々の液面検出装置に対して、それぞれの仕様に応じて、液面位算出用の計算式における定数を、例えば、出荷工程において装置毎に予め入力させる（記憶させる）必要があり、入力設定が手間であった。

本発明の目的は、個々の製品に対する液面位計算のための定数入力を不要とし、共通のパラメータ設定を行うことで、異なる製品であっても、液面検出を可能とする液面検出装置、およびそのパラメータ設定方法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。

第１の発明では、タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波を発射する超音波素子（１１）と、
液面で反射した反射波信号に基づいて、液面の位置を算出する制御回路（６０）と、を備える液面検出装置において、
伝播経路の途中部位には、超音波の一部が超音波素子に向けて反射する基準反射面（３１ａ）が形成されており、
所定量の被検出液体が、タンク内に入れられたときの液面を基準液面（２１０ｂ）としたとき、
制御回路には、
超音波の既知の伝播速度（Ｖ）での、超音波素子から基準反射面までの第１伝播距離に対応する第１パラメータ（Ａ）と、
超音波の既知の伝播速度（Ｖ）での、超音波素子から基準液面までの第２伝播距離と、タンクの底面（２００ａ）から基準液面までの基準液面距離（Ｈｏ）との差に対応する第２パラメータ（Ｂ）と、が予め記憶されており、
制御回路部は、第１パラメータ、および第２パラメータを用いて、タンクの底面からの液面の位置（Ｈｘ）を算出することを特徴としている。

この発明によれば、タンク（２００）内に被検出液体（２１０）が貯留されているとき、超音波素子（１１）から基準反射面（３１ａ）で反射して超音波素子（１１）に戻る時間（ｔｏ）に対する、超音波素子（１１）から液面（２１０ａ）で反射して超音波素子（１１）に戻る時間（ｔｘ）の比（ｔｘ／ｔｏ）を用いて、
タンクの底面（２００ａ）からの液面（２１０ａ）の位置（Ｈｘ）
＝第１パラメータ（Ａ）×比（ｔｘ／ｔｏ）－第２パラメータ（Ｂ）、として算出することができる。

よって、個々の製品に対する液面位算出のための定数入力を不要とし、共通のパラメータ（Ａ、Ｂ）の設定を行うことで、異なる製品であっても、液面検出を行うことができる。

第２の発明では、タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波素子（１１）から超音波を発射すると共に、液面で反射した反射波信号に基づいて、液面の位置を算出する際に、算出用のパラメータを用いる液面検出装置のパラメータ設定方法において、
超音波の伝播速度（Ｖ）が既知となる被検出液体を、空状態のタンク内に所定量だけ入れて、液面を基準液面（２１０ｂ）として形成し、
超音波素子から発射された超音波のうち、伝播経路の途中部位に形成された基準反射面（３１ａ）で反射して超音波素子に戻るまでの基準波到達時間（Ｔｏ）と、超音波素子から発射された超音波のうち、基準液面で反射して超音波素子に戻るまでの液面波到達時間（Ｔｘ）と、を計測して、
パラメータを、
第１パラメータ（Ａ）＝伝播速度×基準波到達時間／２、
第２パラメータ（Ｂ）＝伝播速度×液面波到達時間／２、として設定することを特徴としている。

この発明によれば、上記第１の発明と同様に、
基準液面（２１０ｂ）からの液面（２１０ａ）の位置（ΔＨｘ）
＝第１パラメータ（Ａ）×比（ｔｘ／ｔｏ）－第２パラメータ（Ｂ）、として算出することができる。

よって、個々の製品に対する液面位算出のための定数入力を不要とし、共通のパラメータ（Ａ、Ｂ）の設定を行うことで、異なる製品であっても、液面検出を行うことができる。

第３の発明では、タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波素子（１１）から超音波を発射すると共に、液面で反射した反射波信号に基づいて、液面の位置を算出する際に、算出用のパラメータを用いる液面検出装置のパラメータ設定方法において、
超音波の伝播速度（Ｖ）が既知となる被検出液体を、空状態のタンク内に所定量だけ入れて、液面を基準液面（２１０ｂ）として形成し、
超音波素子から発射された超音波のうち、伝播経路の途中部位に形成された基準反射面（３１ａ）で反射して超音波素子に戻るまでの基準波到達時間（Ｔｏ）と、超音波素子から発射された超音波のうち、基準液面で反射して超音波素子に戻るまでの液面波到達時間（Ｔｘ）と、を計測して、
パラメータを、
第１パラメータ（Ａ）＝伝播速度×基準波到達時間／２、
第２パラメータ（Ｂ）＝伝播速度×液面波到達時間／２－タンク底面から基準液面までの基準液面距離（Ｈｏ）、として設定することを特徴としている。

この発明によれば、上記第２の発明と同様に、
タンクの底面（２００ａ）からの液面（２１０ａ）の位置（Ｈｘ）
＝第１パラメータ（Ａ）×比（ｔｘ／ｔｏ）－第２パラメータ（Ｂ）、として算出することができる。

よって、個々の製品に対する液面位算出のための定数入力を不要とし、共通のパラメータ（Ａ、Ｂ）の設定を行うことで、異なる製品であっても、液面検出を行うことができる。

尚、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

液面検出装置の全体構成を示す説明図である。 超音波センサの概略構成を説明するための断面図である。 第１、第２実施形態におけるコントローラの構成を示す説明図である。 第１実施形態における第１、第２パラメータを設定するための要領を示すフローチャートである。 図４におけるメンテナンスツール側のデータ入力処理の詳細を示すフローチャートである。 図４におけるコントローラ側の校正動作の詳細を示すフローチャートである。 第１、第２パラメータ設定時における液面検出装置を伝播する基準波、液面波を示す説明図である。 ユーザ使用時における液面位置算出時のタイマ処理を示すフローチャートである。 ユーザ使用時における液面位置算出の要領を示すフローチャートである。 ユーザ使用時における液面検出装置を伝播する基準波、液面波を示す説明図である。 第２実施形態における第１、第２パラメータを設定するための要領を示すフローチャートである。 図１１におけるコントローラ側の校正準備動作の詳細を示すフローチャートである。 図１１におけるメンテナンスツール側のパラメータ入力処理の詳細を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるコントローラの構成を示す説明図である。 ユーザ使用時における液面位置算出の要領を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の液面検出装置１００について、図１～図１０に基づいて説明する。説明にあたって、以下においては互いに直交の関係にある３方向をｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向と示す。ｘ方向が横方向に相当し、ｚ方向が高さ方向に相当する。

液面検出装置１００は、図１に示すように車両用の燃料タンク２００内に設けられる。液面検出装置１００は、燃料タンク２００の内に貯留された燃料２１０の液面２１０ａの位置（液位）を検出する機能を果たす。燃料２１０は、例えばガソリンである。燃料タンク２００は、本発明のタンクに対応し、また、燃料２１０は、本発明の被検出液体に対応する。

図１～図３に示すように、液面検出装置１００は、超音波センサ１０、伝送管３０、送信回路４０、受信回路５０、および、制御回路６０を有する。超音波センサ１０は伝送管３０に設けられている。超音波センサ１０は送信回路４０と受信回路５０それぞれと電気的に接続されている。送信回路４０と受信回路５０それぞれは制御回路６０と電気的に接続されている。超音波センサ１０、送信回路４０、受信回路５０、および制御回路６０は、制御用のコントローラを形成している。

超音波センサ１０と伝送管３０は、燃料タンク２００の底面２００ａに設けられている。超音波センサ１０と伝送管３０は、燃料２１０の中にある。超音波センサ１０から発射された超音波は、燃料タンク２００内（伝送管３０内）の燃料２１０を伝搬する。

尚、超音波センサ１０と伝送管３０は、底面２００ａからｚ方向に離間した天面２００ｂに設けられてもよい。車両が水平面に停車している場合、ｚ方向は天地方向に沿う。天面２００ｂは、燃料２１０の液面２１０ａよりも鉛直方向上方に位置する。この場合、超音波センサ１０と伝送管３０は、燃料２１０の外にあり、超音波センサ１０で発生した超音波は、燃料タンク２００内の空気を伝搬する。

＜超音波センサ＞
図２に示すように、超音波センサ１０は、超音波素子１１とケース１２を有する。超音波素子１１は、所定周波数の超音波を発生する超音波振動子である。超音波素子１１はピエゾ効果を発生するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料から成る。圧電材料は、電圧印加によって体積を変化させ、外力印加によって電圧を発生する。

超音波素子１１は、ｘ方向を厚み方向とする円盤形状を成している。超音波素子１１は、ｘ方向に並ぶ当接面１１ａと裏面１１ｂを有する。これら当接面１１ａと裏面１１ｂのそれぞれに電極が印刷成形されている。電極は、当接面１１ａと裏面１１ｂのそれぞれの全面にわたって形成されている。

当接面１１ａと裏面１１ｂのそれぞれに形成された電極に、リード１４の一端が、半田、もしくは圧接によって接続されている。そして、リード１４の他端は、ターミナル１５に接続されている。ターミナル１５は、図１に示すリードワイヤ１６に接続されている。このリードワイヤ１６に送信回路４０と受信回路５０が電気的に接続されている。

ケース１２は、超音波素子１１を収容する収納空間を有する。ケース１２は、絶縁性の樹脂材料からなる。具体的に言えば、ケース１２は、筒部２１、底部２２、および蓋部２３を有する。底部２２は、筒部２１と一体的に連結されている。蓋部２３は、筒部２１および底部２２とは別体である。

筒部２１は、ｚ方向に直交するｘ方向を軸方向として延びている。筒部２１の有する２つの開口のうちの一方は、底部２２によって閉塞されている。筒部２１の有する２つの開口のうちの他方は、開口している。蓋部２３は、筒部２１の開口を閉塞する態様で筒部２１に連結されている。これにより、筒部２１の中空は、閉塞空間になっている。筒部２１の中空がケース１２の収納空間になっている。尚、蓋部２３には、上記したリード１４の一部を収納空間の外に突出するための貫通孔２３ａが形成されている。

ケース１２の収納空間には、超音波素子１１の他に防振部１７が設けられている。防振部１７は、柔軟な樹脂材料若しくはゴム材料によって形成されている。この形成材料としては、例えばニトリルゴムがある。

収納空間において超音波素子１１は、底部２２側に位置している。防振部１７は、蓋部２３側に位置している。蓋部２３が筒部２１に固定されると、防振部１７が、超音波素子１１と蓋部２３との間で圧縮される。防振部１７は、ｘ方向に弾性変形する。防振部１７は、ｘ方向において自身から遠ざかる方向に復元力を発生する。この復元力によって、超音波素子１１の当接面１１ａは、底部２２の内面２２ａに当接している。それに伴い、防振部１７は、蓋部２３に接触している。

送信回路４０から超音波素子１１に超音波を発射させるための駆動信号が入力されると、超音波素子１１は、当接面１１ａと裏面１１ｂの並ぶｘ方向に振動する。この振動によって、超音波素子１１の当接しているケース１２の底部２２も、ｘ方向に振動する。そして、底部２２の外面２２ｂに接している燃料２１０が振動し、燃料２１０に超音波が発生する。

逆に、外部から入力される振動によって底部２２が振動すると、超音波素子１１がｘ方向において底部２２と防振部１７との間で圧縮される。これにより超音波素子１１で電圧が発生する。この受信した振動に応じた電圧が、超音波の受信信号として受信回路５０に入力される。

尚、超音波を発射した後の超音波素子１１には残響振動（図７）が残る。防振部１７は、この残響振動の発生を抑制する機能を果たしている。それと共に、防振部１７は、超音波素子１１で発射された超音波が、蓋部２３を介してケース１２の収納空間の外に漏れることを抑制している。

＜伝送管＞
伝送管３０は、超音波センサ１０から発射される超音波を、燃料２１０の液面２１０ａに向けて伝播させると共に、液面２１０ａで反射した超音波を再び超音波素子１１に伝播させる経路（伝播経路）を構成する。

伝送管３０は、この伝播経路を構成する部材として、水平管３１、垂直管３２、および、反射板３３を有する。また伝送管３０は、これら伝播経路を構成する部材と超音波センサ１０のケース１２とを連結するハウジング３４を有する。

水平管３１と垂直管３２は、それぞれ例えば、アルミニウムダイカスト用合金等の金属材料によって形成されている。水平管３１と垂直管３２は、それぞれの中空が連通している。水平管３１の有する２つの開口のうちの一方に、ケース１２が設けられている。水平管３１の有する２つの開口のうちの他方に、垂直管３２が連結されている。尚、水平管３１と垂直管３２は、絶縁性の樹脂材料によって形成されてもよい。

水平管３１は、燃料タンク２００の底面２００ａに設けられている。図示しないが、水平管３１には底面２００ａ側に開口する連通孔が形成されている。この連通孔を介して水平管３１の中空に燃料２１０が浸入する。更に、水平管３１の中空と連通する垂直管３２の中空にも燃料２１０が浸入する。

水平管３１は、ｘ方向に延びている。水平管３１の内径は、２つの開口のうちの一方から他方に向かうにしたがって徐々に狭まっている。この水平管３１の有する２つの開口のうちの一方側に、ケース１２の底部２２が設けられている。２つの開口のうちの一方は、底部２２の外面２２ｂによって閉塞されている。

水平管３１における２つの開口のうちの他方側（途中部位）には、急激に内径の狭まる箇所が局所的に形成されている。水平管３１における２つの開口のうちの他方側（途中部位）には、水平管３１の軸方向（ｘ方向）まわりの周方向に環状を成す基準反射面３１ａが形成されている。

この基準反射面３１ａは、水平管３１の有する２つの開口のうちの一方を閉塞するケース１２の外面２２ｂとｘ方向で対向している。基準反射面３１ａと超音波素子１１の当接面１１ａとの間のｘ方向での離間距離が、所定長さに設定されている。

以上に示した構成により、超音波素子１１から超音波が発射されると、その超音波は、水平管３１の一方側の開口から他方側の開口へと向かって伝搬する。超音波の一部が、基準反射面３１ａに入射して反射される。この反射された超音波（基準波）は、超音波センサ１０の外面２２ｂに入射する。これにより、超音波素子１１が振動する。超音波素子１１で基準波に基づく受信信号が生成される。

垂直管３２は、ｚ方向に延びている。垂直管３２の一端は、水平管３１の他端に連結されている。垂直管３２の他端は、天面２００ｂ側に位置している。垂直管３２の内径は、水平管３１の他端側の内径と同等になっている。

垂直管３２のｚ方向の長さは、燃料タンク２００に燃料２１０が満タンに貯留された際の液面２１０ａよりも天面２００ｂ側に他端側が突き出すように設定されている。垂直管３２の中空内の燃料２１０と、その外の燃料２１０のそれぞれの液面２１０ａの位置は、互いに等しくなっている。

反射板３３は、例えば、鉄系金属やステンレス鋼板等の金属材料によって形成されている。反射板３３は、水平管３１と垂直管３２との間に設けられている。反射板３３は、水平管３１と垂直管３２のそれぞれの中空を区画する内壁面と連なる反射面３３ａを有する。反射面３３ａは、水平管３１と垂直管３２のそれぞれの内壁面と共に、伝送管３０の伝搬経路を区画している。

反射板３３は、板形状を成している。反射板３３は、燃料タンク２００の底面２００ａに対して４５°程度傾斜している。反射板３３の反射面３３ａは、水平管３１の中空に満たされた燃料２１０を介して超音波センサ１０の外面２２ｂとｘ方向で対向している。また、反射面３３ａは、垂直管３２の中空に満たされた燃料２１０を介して液面２１０ａとｚ方向で対向している。

超音波センサ１０で超音波が発射されると、超音波の一部は、水平管３１と垂直管３２との間に位置する反射板３３に向かって伝搬する。この超音波は、反射板３３の反射面３３ａに入射すると、液面２１０ａに向かって反射される。更に、この超音波は、液面２１０ａに入射して反射される。この液面２１０ａで反射された超音波（液面波）は、反射板３３に向かって伝搬し、反射面３３ａに入射する。反射面３３ａに入射した液面波は、反射されて、超音波センサ１０へと向かって伝搬する。この超音波が超音波センサ１０の外面２２ｂに入射する。これにより、超音波素子１１で液面波に基づく受信信号が生成される。液面波の受信信号は、本発明の反射波信号に対応する。

ハウジング３４は、燃料２１０に対して安定性に優れる樹脂材料によって形成されている。ハウジング３４は、水平管３１、垂直管３２における水平管３１側、および筒部２１のそれぞれの外側の表面を覆っている。ハウジング３４によって超音波センサ１０は、水平管３１に固定されている。

＜送信回路＞
送信回路４０は、制御回路６０からの制御信号に基づいて、超音波センサ１０に対して、超音波を発射させるための駆動信号を出力する。送信回路４０は、駆動回路４１と、インピーダンス整合回路４２とを備えている。

駆動回路４１は、電源とグランドとの間に設けられたスイッチ素子を有する。インピーダンス整合回路４２は、電源とスイッチ素子との間に設けられたダイオードを有する。ダイオードのカソード電極が電源に接続されている。またインピーダンス整合回路４２は、ダイオードに並列接続された一次パルストランスと、この一次パルストランスと磁気結合した二次パルストランスと、を有する。二次パルストランスの両端にリードワイヤ１６が接続されている。

スイッチ素子は、制御回路６０から入力される制御信号によって開閉制御される。スイッチ素子が開状態から閉状態になると、上記したパルストランスに駆動信号としての電流が流れる。これによりリードワイヤ１６を介して超音波素子１１に電圧が印加される。

＜受信回路＞
受信回路５０は、超音波素子１１で受信される受信信号の中から、基準反射面３１ａから反射される基準波に相当する基準波信号、更に、液面２１０ａあるいは基準液面２１０ｂ（詳細後述）から反射される液面波に相当する液面波信号を検出する。受信回路５０は、フィルタ回路５１、増幅回路５２、検波回路５３、および比較回路５４を有する。

フィルタ回路５１には、上記した二次パルストランスの両端に接続された２つのリードワイヤ１６が接続されている。そのためにフィルタ回路５１（受信回路５０）には、送信回路４０から超音波素子１１に入力される駆動信号（送信信号）と、超音波素子１１で受信されて出力される受信信号と、が入力される。フィルタ回路５１は、超音波素子１１から発射されて反射されてきた所定周波数の超音波（基準波、液面波）のみを通して、他の周波数領域の超音波を通さないようにする（ノイズ除去する）。

増幅回路５２は、これら送信信号と受信信号のそれぞれを増幅する。増幅回路５２は、送信信号と受信信号のそれぞれ増幅した信号（増幅信号）を検波回路５３に出力する。

検波回路５３は、増幅信号を半波整流し、その半波整流された複数の信号のそれぞれのピークを繋いだ検波信号を生成する。検波回路５３は、この検波信号を比較回路５４に出力する。

比較回路５４は、検波信号と、予め定めた閾値とを比較する。比較回路５４は、検波信号が閾値よりも大きい場合にハイレベル、検波信号が閾値よりも小さい場合にローレベルになる比較信号を生成する。比較回路５４は、この比較信号を制御回路６０に出力する。尚、比較回路５４は、検波信号が閾値よりも大きい場合にローレベル、検波信号が閾値よりも小さい場合にハイレベルになる比較信号を生成してもよい。

＜制御回路＞
制御回路６０は、制御演算回路６１、タイマ６２、およびメモリ６３を有する。制御回路６０（メモリ６３）には、例えば、製品の出荷時や、ディーラ等でのメンテナンス時等に、予め、液面位置算出式に使用されるパラメータとして、第１パラメータＡ、および第２パラメータＢ（詳細後述）が記憶されている。そして、制御回路６０は、ユーザが車両を使用しているときに、超音波センサ１０が受けた反射波（基準波、液面波）から得られた基準波到達時間ｔｏ、液面波到達時間ｔｘ（図１０）、および上記の第１、第２パラメータＡ、Ｂを用いて、燃料タンク２００内の液面２１０ａの位置を算出するようになっている（詳細後述）。

制御演算回路６１は、制御信号を送信回路４０に出力する。制御信号によって、送信回路４０は駆動信号を超音波素子１１に出力し、超音波センサ１０は、伝送管３０内の燃料２１０に超音波を発射する。

タイマ６２は、液面位置算出の制御中に、制御に必要とされる各種時間の計測を行う。

メモリ６３は、車両バッテリからの電力が供給されなくても（一時的に切断された場合でも）記憶内容を保持することのできる不揮発性の記憶部と、一時記憶のための記憶部（ＲＡＭ等）とからなり、外部（作業員等）からの入力値、制御演算回路６１での算出値、および液面位置算出式等を記憶する。

尚、図３では、制御回路６０（制御演算回路６１）に対して、メンテナンスツール３００が接続された状態が示されている。メンテナンスツール３００は、各種データの記憶部を有しており、メーカでの製品出荷前時やディーラでのメンテナンス時に、制御回路６０に接続されて、作業員によって、制御回路６０に対するデータ入力、データ校正、および作動操作等を可能とするツールである。

本実施形態の液面検出装置１００の構成は、以上のようになっており、以下、図４～図１０を加えて、作用および効果について説明する。

＜第１、第２パラメータＡ、Ｂの設定＞
まず、図４～図７に示すように、例えば、メーカでの製品出荷前時、あるいは、ディーラでのメンテナンス時に制御回路６０（コントローラ）が交換された場合に（校正作業時に）、液面位置算出用の第１、第２パラメータＡ、Ｂが設定されて、メモリ６３の不揮発性記憶部に記憶される。図４～図７は、本発明のパラメータ設定方法を示すものである。

図４に示すフローチャートは、製品出荷前時の作業員、あるいはメンテナンス時のディーラの作業員が行う作業手順を示している。作業員は、まず、ステップＳ１００において、燃料２１０が、燃料タンク２００内に残っているかを確認する。燃料２１０が残っている場合（主にメンテナンス時）は、ステップＳ１１０で、作業員は、燃料２１０をすべて抜き、ステップＳ１２０に移行する。尚、ステップＳ１００で、燃料２１０が残っていない場合（主に、製品出荷前で空状態の場合）は、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、作業員は、所定温度、所定組成で、且つ予め定めた規定量の燃料２１０を燃料タンク２００に入れる。規定量の燃料２１０は、本発明の所定量の被検出液体に対応する。規定量の燃料２１０は、例えば、燃料タンク２００内における下限値に相当する量（ガス欠の事前警告に相当する量）とするのがよい。

次に、ステップＳ１３０で、作業員は、メンテナンスツール３００（図３）を用いて、制御回路６０に対する入力処理を行う。更に、ステップＳ１４０で、制御回路６０による第１、第２パラメータＡ、Ｂの設定（校正）が行われる。

図５に示すフローチャートは、ステップＳ１３０の詳細を示すものである。作業員は、ステップＳ１３１で、所定温度、所定組成における燃料２１０中を伝播する超音波の伝播速度Ｖを、メンテナンスツール３００を用いて、制御回路６０のメモリ６３に入力する（一時記憶させる）。

尚、燃料２１０中を伝播する超音波の伝播速度Ｖは、燃料２１０の温度、および組成によって、一義的に決まる（既知となる）。よって、燃料２１０の温度、および組成が、常に同一条件で、上記のステップＳ１３１が実行されるようであれば、予めメンテナンスツール３００に、入力用の伝播速度Ｖをデフォルト値として記憶させておいてもよい。

次に、ステップＳ１３２で、作業員は、規定量の燃料２１０を燃料タンク２００に入れたときに形成される基準液面２１０ｂにおける液面高さ（以下、基準液面距離Ｈｏ）を、メンテナンスツール３００を用いて、制御回路６０のメモリ６３に入力する（一時記憶させる）。種々の液面検出装置１００において、燃料タンク２００の形状が異なる場合、それぞれの燃料タンク２００に規定量の燃料２１０を入れたときの基準液面２１０ｂ（基準液面距離Ｈｏ）は、それぞれの燃料タンク２００において、それぞれ一義的に決まる。

ここで、後述するようにユーザが車両を使用しているときに、液面２１０ａの位置を、燃料タンク２００の底面２００ａを基に算出する場合（図１のＨｘ）に対して、基準液面２１０ｂを基に算出する場合（図１のΔＨｘ）は、ステップＳ１３２で、基準液面距離Ｈｏを、ゼロ（Ｈｏ＝０）としてメモリ６３に入力する（一時記憶させる）。

図６に示すフローチャートは、ステップＳ１４０の詳細を示すものであり、制御回路６０が実行するものである。まず、ステップＳ１４１で、制御回路６０は、タイマ６２をオンさせてタイマ処理を開始する。

次に、ステップＳ１４２で、制御回路６０は、送信回路４０に対して制御信号を出力し、送信回路４０から超音波センサ１０に対して駆動信号を出力させる。

次に、ステップＳ１４３で、制御回路６０は、予め定めた所定時間において、超音波センサ１０から発射され、反射によって戻ってきた超音波の最初の（第１次の）基準波、および液面波における立上がりエッジを検出して、メモリ６３に一時記憶させる。ここで、基準波は、発射された超音波のうち、基準反射面３１ａで反射して再び超音波センサ１０に戻って来る超音波であり、液面波は、発射された超音波のうち、基準液面２１０ｂで反射して再び超音波センサ１０に戻って来る超音波である。

立上がりエッジは、図７に示すように、受信回路５０から入力された基準波および液面波のそれぞれの検波信号において、閾値に対してローレベルからハイレベルに立上ったタイミング（ポイント）である。

次に、ステップＳ１４４で、制御回路６０は、タイマ６２をオフして、タイマ処理を停止する。

次に、ステップＳ１４５で、制御回路６０は、基準波に対する基準波読取り時間、および液面波に対する液面波読取り時間を設定する。基準波読取り時間、および液面波読取り時間は、基準波、および液面波におけるそれぞれの立上がりエッジ（後述する基準波到達時間Ｔｏ、液面波到達時間Ｔｘ）を検出する（計測する）際に、ノイズを除去する（誤ったエッジの検出抑制）ために設定する時間範囲である。基準波読取り時間は、例えば、超音波の伝播速度Ｖに応じて設定される。また、液面波読取り時間は、例えば、超音波の伝播速度Ｖ、および液面位置（ここでは、基準液面２１０ｂ）に応じて設定される。

尚、基準波読取り時間、および液面波読取り時間の設定にあたっては、メンテナンスツール３００側から制御回路６０に入力される値を用いるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１４６で、制御回路６０は、図７に示すように、基準波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を基準波到達時間Ｔｏとする。基準波到達時間Ｔｏは、超音波センサ１０から発射された超音波が、基準反射面３１ａで反射して、再び超音波センサ１０に戻るまでの時間である。

次に、ステップＳ１４７で、制御回路６０は、後述する液面位置算出式（数式３、数式４）に使用されるパラメータとして、以下の数式１による第１パラメータＡを算出（演算）して、メモリ６３の不揮発性記憶部に記憶させる。

（数１）
第１パラメータＡ＝伝播速度Ｖ・基準波到達時間Ｔｏ／２、
である。第１パラメータＡは、超音波において、既知となる伝播速度Ｖのときの、超音波素子１１から基準反射面３１ａまで距離（第１伝播距離）に対応する。

次に、ステップＳ１４８で、制御回路６０は、図７に示すように、液面波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を液面波到達時間Ｔｘとする。液面波到達時間Ｔｘは、超音波センサ１０から発射された超音波が、基準液面２１０ｂで反射して、再び超音波センサ１０に戻るまでの時間である。

そして、ステップＳ１４９で、制御回路６０は、後述する液面位置算出式（数式３、数式４）に使用されるもう一つのパラメータとして、以下の数式２による第２パラメータＢを算出（演算）して、メモリ６３の不揮発性記憶部に記憶させる。

（数２）
第２パラメータＢ＝伝播速度Ｖ・液面波到達時間Ｔｘ／２－基準液面距離Ｈｏ、
である。第２パラメータＢは、超音波において、既知の伝播速度Ｖのときの、超音波素子１１から基準液面２１０ｂまでの距離（第２伝播距離）と、基準液面距離Ｈｏとの差に対応する。

尚、数式２において、後述するようにユーザの車両使用時に、液面２１０ａの位置を、燃料タンク２００の底面２００ａを基に算出する場合（図１のＨｘ）に対して、基準液面２１０ｂを基に算出する場合（図１のΔＨｘ）は、基準液面距離Ｈｏをゼロ（Ｈｏ＝０）とする。よって、基準液面距離Ｈｏをゼロとする場合は、第２パラメータＢは、超音波において、既知の伝播速度Ｖのときの、超音波素子１１から基準液面２１０ｂまでの距離（第２伝播距離）に対応する。以上により、第１、第２パラメータＡ、Ｂの設定が完了する。

＜ユーザ使用時の液面位置検出＞
液面検出装置１００が車両に搭載されており、ユーザが車両を使用しているときの、液面検出装置１００による液面位置ΔＨｘ、あるいはＨｘの検出（算出）要領を以下、図８～図１０を用いて説明する。図８、図９は、制御回路６０が実行するフローチャートである。

まず、図８に示すフローチャートのステップＳ２００で、制御回路６０は、タイマ６２をオンさせてタイマ処理を開始する。

次に、ステップＳ２１０で、制御回路６０は、送信回路４０に対して制御信号を出力し、送信回路４０から超音波センサ１０に対して駆動信号を出力させる。

次に、ステップＳ２２０で、予め定めた所定時間において、超音波センサ１０から発射され、反射によって戻ってきた超音波の最初の（第１次の）基準波、および液面波における立上がりエッジを検出して、メモリ６３に一時記憶させる。

次に、ステップＳ２３０で、制御回路６０は、タイマ６２をオフして、タイマ処理を停止する。

続いて、図９に示すフローチャートのステップＳ２４０で、制御回路６０は、前回（１つ前の制御サイクル）の基準波読取り時間および液面波読取り時間と、液面２１０ａの位置（図１のΔＨｘ、あるいはＨｘ）から、今回（今の制御サイクル）の基準波読取り時間および液面波読取り時間を設定する。

次に、ステップＳ２５０で、制御回路６０は、図１０に示すように、基準波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を基準波到達時間ｔｏとする。尚、基準波到達時間ｔｏは、ユーザ使用時の到達時間であり、図７で説明した、第１パラメータＡを算出する際の基準波到達時間Ｔｏとは異なる。

次に、ステップＳ２６０で、制御回路６０は、図１０に示すように、液面波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を液面波到達時間ｔｘとする。尚、液面波到達時間ｔｘは、ユーザ使用時における実際の液面２１０ａでの反射に伴う到達時間であり、図７で説明した、基準液面２１０ｂを基にして第２パラメータＢを算出する際の液面波到達時間Ｔｘとは異なる。

次に、ステップＳ２７０で、制御回路６０は、メモリ６３の不揮発性記憶部に記憶された第１、第２パラメータＡ、Ｂを読出す。

そして、ステップＳ２８０で、制御回路６０は、予め設定された以下の数式３、あるいは数式４による液面位置算出式に、上記の第１、第２パラメータＡ、Ｂ、および基準波到達時間ｔｏ、液面波到達時間ｔｘを代入して、液面位置ΔＨｘ、あるいはＨｘを算出する。

数式３は、基準液面２１０ｂからの液面位置ΔＨｘを示す算出式である。また、数式４は、燃料タンク２００の底面２００ａからの液面位置Ｈｘを示す算出式である。

（数３）
液面位置ΔＨｘ＝第１パラメータＡ・液面波到達時間ｔｘ／基準波到達時間ｔｏ－第２パラメータＢ、
但し、第２パラメータＢにおける基準液面距離Ｈｏ＝０である。

（数４）
液面位置Ｈｘ＝第１パラメータＡ・液面波到達時間ｔｘ／基準波到達時間ｔｏ－第２パラメータＢ、
である。

上記のように液面位置ΔＨｘ、あるいはＨｘが算出されると、例えば、車両用表示装置（コンビネーションメータ）の燃料残量表示部において、燃料残量が表示される。

＜作用効果＞
以上のように、本実施形態では、予め、製品出荷前時、あるいはメンテナンス時に第１、第２パラメータＡ、Ｂを設定して、制御回路６０のメモリ（不揮発性メモリ）６３に記憶させるようにしている。そして、この第１、第２パラメータＡ、Ｂを用いて、ユーザの車両使用時に、燃料タンク２００内の液面位置ΔＨｘ、あるいはＨｘを算出するようにしている。

よって、個々の製品に対する液面位算出のための定数入力を不要とし、共通の第１、第２パラメータＡ、Ｂの設定を行うことで、異なる製品であっても、液面検出を行うことができる。

液面位置ΔＨｘ、あるいはＨｘの算出にあたっては、数式３の液面位置算出式を用いることで、基準液面２１０ｂからの液面位置ΔＨｘを算出することができる。また、数式４の液面位置算出式を用いることで、燃料タンク２００の底面２００ａからの液面位置Ｈｘを算出することができる。

メンテナンスツール３００から伝播速度Ｖおよび基準液面距離Ｈｏ（Ｈｏ＝０）を制御回路６０に入力して、制御回路６０で、数式３用の第１、第２パラメータＡ、Ｂを算出設定することができる。

同様に、メンテナンスツール３００から伝播速度Ｖおよび基準液面距離Ｈｏを制御回路６０に入力して、制御回路６０で、数式４用の第１、第２パラメータＡ、Ｂを算出設定することができる。

また、燃料タンク２００内に入れられる規定量の燃料２１０は、燃料２１０の燃料タンク２００内における下限値に相当する量とすることで、超音波センサ１０から基準液面２１０ｂまでの距離を相対的に短くして、第２パラメータＢの算出精度を上げることができる。つまり、液面検出装置１００の実際の使用時において、ガス欠の事前警告レベルの検出精度を高めることができる。

また、基準波到達時間Ｔｏ、ｔｏ、および液面波到達時間Ｔｘ、ｔｘを計測するにあたって、計測用の時間範囲としての基準波読取り時間、および液面波読取り時間を設定するようにしているので、各到達時間Ｔｏ、ｔｏ、Ｔｘ、ｔｘの計測精度を上げることができる。

尚、図５のステップＳ１３２の後に、作業員が、基準波読取り時間、および液面波読取り時間を、メンテナンスツール３００を用いて、制御回路６０のメモリ６３に入力する（一時記憶させる）ようにして、図６のステップＳ１４５を廃止してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態を図１１～図１３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、基本構成は同一としつつも、第１、第２パラメータＡ、Ｂの設定要領を変更したものである。つまり、コントローラ側での処理内容と、制御回路６０での処理内容を変更している。

まず、図１１のフローチャートにおいて、図４で説明したフローチャートと同様に、作業員は、ステップＳ１００～ステップＳ１２０を実施した後に、ステップＳ１５０、およびステップＳ１６０を実行する。ステップＳ１５０は、制御回路６０による校正準備動作であり、ステップＳ１６０は、作業員のメンテナンスツール３００による第１、第２パラメータＡ、Ｂの入力処理となっている。

図１２に示すフローチャートは、ステップＳ１５０の詳細を示すものである。ステップＳ１５１で、制御回路６０は、タイマ６２をオンさせてタイマ処理を開始する。

次に、ステップＳ１５２で、制御回路６０は、送信回路４０に対して制御信号を出力し、送信回路４０から超音波センサ１０に対して駆動信号を出力させる。

次に、ステップＳ１５３で、制御回路６０は、予め定めた所定時間において、超音波センサ１０から発射され、反射によって戻ってきた超音波の最初の（第１次の）基準波、および液面波における立上がりエッジを検出して、メモリ６３に一時記憶させる。

次に、ステップＳ１５４で、制御回路６０は、タイマ６２をオフして、タイマ処理を停止する。

次に、ステップＳ１５５で、制御回路６０は、基準波に対する基準波読取り時間、および液面波に対する液面波読取り時間を設定する。

次に、ステップＳ１５６で、制御回路６０は、基準波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を基準波到達時間Ｔｏとする（図７）。

次に、ステップＳ１５７で、制御回路６０は、液面波読取り時間内において、最初に発生する立上がりエッジを選択し、駆動信号が発生されてから、この立上がりエッジまでの時間を液面波到達時間Ｔｘとする（図７）。

図１３に示すフローチャートは、ステップＳ１６０の詳細を示すものである。ステップＳ１６１で、作業員は、所定温度、所定組成における燃料２１０中を伝播する超音波の伝播速度Ｖを、メンテナンスツール３００に設定する。

次に、ステップＳ１６２で、作業員は、規定量の燃料２１０を燃料タンク２００に入れたときに形成される基準液面２１０ｂにおける基準液面距離Ｈｏを、メンテナンスツール３００に設定する。

次に、ステップＳ１６３で、作業員は、制御回路６０から基準波到達時間Ｔｏをメンテナンスツール３００に読込む。

次に、ステップＳ１６４で、作業員は、メンテナンスツール３００内で、第１パラメータＡを算出して（数式１）、制御回路６０のメモリ６３の不揮発性記憶部に記憶させる。

次に、ステップＳ１６５で、作業員は、制御回路６０から液面波到達時間Ｔｘをメンテナンスツール３００に読込む。

そして、ステップＳ１６６で、作業員は、メンテナンスツール３００内で、第２パラメータＢを算出して（数式２）、制御回路６０のメモリ６３の不揮発性記憶部に記憶させる。

以上のように、本実施形態では、製品出荷前時、あるいはメンテナンス時に、基準波到達時間Ｔｏ、液面波到達時間Ｔｘを、制御回路６０（液面検出装置１００）で計測し、各到達時間Ｔｏ、Ｔｘを、伝播速度Ｖ、および基準液面距離Ｈｏが設定されたメンテナンスツール３００に送っている。更に、メンテナンスツール３００で、第１、第２パラメータＡ、Ｂを算出して、算出した第１、第２パラメータＡ、Ｂを制御回路６０（液面検出装置１００）に入力している。

これにより、上記第１実施形態と同様に、液面検出装置１００は、ユーザが車両を使用しているときに、液面位置ΔＨｘ（Ｈｏ＝０）、あるいは液面位置Ｈｘを算出することができる。

尚、予め、メンテナンスツール３００に基準波読取り時間、および液面波読取り時間を設定しておき、図１２のステップＳ１５５では、メンテナンスツール３００における基準波読取り時間、および液面波読取り時間が、制御回路６０（メモリ６３）に入力される（一時記憶される）ものとしてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態を図１４、図１５に示す。第３実施形態は、上記第１、第２実施形態に対して、燃料２１０の温度を検出する温度センサ７１、および燃料２１０の組成を検出する燃料センサ７２を追加したものである。

温度センサ７１によって検出された温度信号、および燃料センサ７２によって検出された組成信号は、制御回路６０の制御演算回路６１に出力される。そして、制御演算回路６１は、温度信号、および組成信号から燃料２１０中を伝播する超音波の伝播速度Ｖを算出して、メモリ６３に一時記憶させる。

上記のように、伝播速度Ｖが自動的にメモリ６３に記憶（一時記憶）されることにより、上記第１実施形態（図５）で説明したステップＳ１３１において、作業員がメモリ６３に伝播速度Ｖを記憶（一時記憶）させる手間を省くことができる。また、上記第２実施形態（図１３）で説明したステップＳ１６１において、作業員がメンテナンスツール３００に伝播速度Ｖを設定する手間を省くことができる。

また、本実施形態では、図１５のフローチャートに示すように、ユーザの使用時において、制御回路６０が液面位置ΔＨｘ（Ｈｏ＝０）、あるいは液面位置Ｈｘを算出する際に、図９で説明したフローチャートに対して、ステップＳ２４５を追加して制御することが可能となる。

ステップＳ２４５は、温度センサ７１によって得られる温度信号と、燃料センサ７２によって得られる組成信号とを用いて、基準波読取り時間、および液面波読取り時間を補正するステップである。

これにより、ユーザの使用時における、より正確な温度および組成のデータを基に、基準波読取り時間、および液面波読取り時間を適切に補正して、設定することができ、基準波到達時間ｔｏ、および液面波到達時間ｔｘをより正確に把握することが可能となる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、液面検出装置１００として、燃料タンク２００内の燃料２１０の液面２１０ａの位置を検出するものとして説明したが、燃料２１０に限らず、その他、ウォシャ液、冷却液、ブレーキオイル、ＡＴフルード等の液面位置を検出するものとしても広く使用することができる。

１１ 超音波素子
３０ 伝送管（伝播経路）
３１ａ 基準反射面
６０ 制御回路
１００ 液面検出装置
２００ 燃料タンク（タンク）
２００ａ 底面
２１０ 燃料（被検出液体）
２１０ａ 液面
２１０ｂ 基準液面
３００ メンテナンスツール
Ｖ 超音波の伝播速度
Ａ 第１パラメータ（パラメータ）
Ｂ 第２パラメータ（パラメータ）
ΔＨｘ 液面位置
Ｈｘ 液面位置
Ｔｏ 基準波到達時間
Ｔｘ 液面波到達時間
Ｈｏ 基準液面距離

Claims (9)

1. タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波を発射する超音波素子（１１）と、
   前記液面で反射した反射波信号に基づいて、前記液面の位置を算出する制御回路（６０）と、を備える液面検出装置において、
   前記伝播経路の途中部位には、前記超音波の一部が前記超音波素子に向けて反射する基準反射面（３１ａ）が形成されており、
   所定量の前記被検出液体が、前記タンク内に入れられたときの前記液面を基準液面（２１０ｂ）としたとき、
   前記制御回路には、
   前記超音波の既知の伝播速度（Ｖ）での、前記超音波素子から前記基準反射面までの第１伝播距離に対応する第１パラメータ（Ａ）と、
   前記超音波の既知の伝播速度（Ｖ）での、前記超音波素子から前記基準液面までの第２伝播距離と、前記タンクの底面（２００ａ）から前記基準液面までの基準液面距離（Ｈｏ）との差に対応する第２パラメータ（Ｂ）と、が予め記憶されており、
   前記制御回路は、前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを用いて、前記タンクの前記底面からの前記液面の位置（Ｈｘ）を算出する液面検出装置。
2. タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波素子（１１）から超音波を発射すると共に、前記液面で反射した反射波信号に基づいて、前記液面の位置を算出する際に、算出用のパラメータを用いる液面検出装置のパラメータ設定方法において、
   前記超音波の伝播速度（Ｖ）が既知となる前記被検出液体を、空状態の前記タンク内に所定量だけ入れて、前記液面を基準液面（２１０ｂ）として形成し、
   前記超音波素子から発射された前記超音波のうち、前記伝播経路の途中部位に形成された基準反射面（３１ａ）で反射して前記超音波素子に戻るまでの基準波到達時間（Ｔｏ）と、前記超音波素子から発射された前記超音波のうち、前記基準液面で反射して前記超音波素子に戻るまでの液面波到達時間（Ｔｘ）と、を計測して、
   前記パラメータを、
   第１パラメータ（Ａ）＝前記伝播速度×前記基準波到達時間／２、
   第２パラメータ（Ｂ）＝前記伝播速度×前記液面波到達時間／２、として設定する液面検出装置のパラメータ設定方法。
3. 前記伝播速度を、外部のメンテナンスツール（３００）を介して前記液面検出装置に入力し、
   前記液面検出装置で、前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを設定する請求項２に記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。
4. 前記基準波到達時間、および前記液面波到達時間を前記液面検出装置で計測し、
   計測した前記基準波到達時間、および前記液面波到達時間を、前記伝播速度が設定された外部のメンテナンスツール（３００）に送り、
   前記メンテナンスツールで、前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを算出して、
   算出した前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを前記液面検出装置に入力する請求項２に記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。
5. タンク（２００）内に貯留された被検出液体（２１０）の液面（２１０ａ）に対して、伝播経路（３０）内で超音波素子（１１）から超音波を発射すると共に、前記液面で反射した反射波信号に基づいて、前記液面の位置を算出する際に、算出用のパラメータを用いる液面検出装置のパラメータ設定方法において、
   前記超音波の伝播速度（Ｖ）が既知となる前記被検出液体を、空状態の前記タンク内に所定量だけ入れて、前記液面を基準液面（２１０ｂ）として形成し、
   前記超音波素子から発射された前記超音波のうち、前記伝播経路の途中部位に形成された基準反射面（３１ａ）で反射して前記超音波素子に戻るまでの基準波到達時間（Ｔｏ）と、前記超音波素子から発射された前記超音波のうち、前記基準液面で反射して前記超音波素子に戻るまでの液面波到達時間（Ｔｘ）と、を計測して、
   前記パラメータを、
   第１パラメータ（Ａ）＝前記伝播速度×前記基準波到達時間／２、
   第２パラメータ（Ｂ）＝前記伝播速度×前記液面波到達時間／２－前記タンクの底面から前記基準液面までの基準液面距離（Ｈｏ）、として設定する液面検出装置のパラメータ設定方法。
6. 前記伝播速度と前記基準液面距離とを、外部のメンテナンスツール（３００）を介して前記液面検出装置に入力し、
   前記液面検出装置で、前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを設定する請求項５に記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。
7. 前記基準波到達時間、および前記液面波到達時間を前記液面検出装置で計測し、
   計測した前記基準波到達時間、および前記液面波到達時間を、前記伝播速度、および前記基準液面距離が設定された外部のメンテナンスツール（３００）に送り、
   前記メンテナンスツールで、前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを算出して、
   算出した前記第１パラメータ、および前記第２パラメータを前記液面検出装置に入力する請求項５に記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。
8. 前記タンク内に入れられる所定量の前記被検出液体は、前記被検出液体の前記タンク内における下限値に相当する量である請求項２～請求項７のいずれか１つに記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。
9. 前記基準波到達時間を計測する際の時間範囲を規定する基準波読取り時間、および前記液面波到達時間を計測する際の時間範囲を規定する液面波読取り時間を、外部のメンテナンスツール（３００）を介して前記液面検出装置に入力する請求項２または請求項５のいずれかに記載の液面検出装置のパラメータ設定方法。

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