JP3908189B2

JP3908189B2 - 車両用液面検出装置

Info

Publication number: JP3908189B2
Application number: JP2003077601A
Authority: JP
Inventors: 明内田; 久永松岡; 康之長谷生; 功宮川; 篤安田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP2004286528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されて液体の液面位置を検出する車両用液面検出装置に関するものであり、たとえば自動車に装備される燃料タンク内の燃料液面を検出する用途に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等において燃料の量、すなわち燃料液面を検出する車両用液面検出装置としては、燃料の表面に浮くフロートに回動腕を設け、液面の変動によるフロートの位置変化に応じて回動腕を回動させ、その回動角度変化をたとえば電気抵抗変化に変換するものが一般的である。しかしながら、このような機械式の液面検出装置は、体格が大きく設置場所が制限される、あるいは検出精度があまり良くない、等の問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、液面を機械的に検出するのではなく、たとえば、超音波を発射し液面からの反射波を受信して液面を検出する方法、つまり非接触式の液面検出装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
これは、超音波発振素子と筒体を備える超音波センサを液体容器中の底部に配置し、筒体に超音波発振素子に対向して液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体を設け、液面レベル測定用反射体により超音波発振素子から発せられた超音波を筒体に設けられた開口部を通して液面に向けて反射し、この超音波の液面における反射波を超音波センサにより受信し、一方、伝搬時間測定用反射体により超音波発振素子から発せられた超音波を直接伝搬時間測定用反射体に向けて反射しこれを超音波センサにより受信する構成としている。この場合、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体を並列に配置している。すなわち、超音波センサから発せられた超音波の進行方向に直行する方向、言い換えると筒体の幅方向に並んでいる。そして、液面レベル測定用反射体を介した液面からの反射波の受信信号および伝搬時間測定用反射体からの反射波の受信信号に基づいて液面位置を算出している。これにより、液面検出装置の体格を小型化できると共に、検出精度を向上することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１５３４７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、超音波センサが備える超音波発振素子は円盤状に形成されているので、超音波センサからは円錐状に超音波が放射される。
【０００７】
ところで、上述の公報に開示される液面検出装置においては、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体が筒体の幅方向に並んで配置されている。したがって、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体に入射する超音波は軸対象形状にならない。このため、両反射体の境界部側の角部において、超音波の回折現象、超音波の干渉が発生し等により、液面レベル測定用反射体を介した液面からの反射波の受信信号および伝搬時間測定用反射体からの反射波の受信信号が不安定になる可能性がある。
【０００８】
このため、超音波センサを用いた車両用液面検出装置において、良好な検出精度が得られなくなる恐れがある。
【０００９】
本発明は上記のような点に鑑みなされたものであり、その目的は、液面レベル測定用反射体および伝搬時間測定用反射体の配置に工夫を凝らして、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の車両用液面検出装置では、液体を貯蔵するタンクと、タンク内の底部に取り付けられる超音波発振素子と、超音波発振素子が発射した超音波をタンク内の液体の液面に向かい且つ液面への入射角が０度となるように反射する反射部材と、超音波発振素子が発射した超音波を超音波発振素子に向けて反射する校正用反射部材とを備え、超音波発振素子により超音波を発射するとともに液面で反射した反射波および校正用反射部材で反射した反射波を受信して前記液面位置を検出する車両用液面検出装置において、反射部材および校正用反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、超音波発振素子から発射される超音波の一部は反射部材および校正用反射部材の一方を透過して他方に到達する構成とした。
【００１２】
一般に、超音波が固体表面に入射すると一部はそこで反射して進行方向が変わり、一部は固体内部を伝播して反対側の表面から出射して入射前と同一方向に進行する。
【００１３】
このため、本発明の請求項１に記載の車両用液面検出装置において、反射部材および校正用反射部材を超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置し超音波発振素子から発射される超音波の一部を反射部材および校正用反射部材の一方を透過して他方に到達させると、この超音波は、反射部材および校正用反射部材の他方の表面で反射し、再び反射部材および校正用反射部材の一方を透過して超音波発振素子に入射する。
【００１４】
これにより、液面検出に関して、反射部材および校正用反射部材に入射する超音波形状を円錐状、つまり軸対象形状とすることができるので、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止して、液面および構成用反射部材からの反射波を安定して受信することができる。したがって、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置を実現することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の車両用液面検出装置では、校正用反射部材は超音波発振素子と反射部材との間に配置される構成とした。
【００１６】
通常、校正用反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向に直交するように配置され、一方、反射部材は超音波発振素子が発射する超音波の進行方向に対して傾斜して、たとえば４５°の角度を成して配置されている。
【００１７】
このため、反射部材および校正用反射部材を超音波が透過する際における道のりは、超音波の進行方向に対して傾斜配置される反射部材の方が超音波の進行方向に対して垂直配置される校正用反射部材よりも長くなる。超音波が固体を透過する際の道のりが長いと超音波の振動エネルギの減衰度合いが大きくなり、反射波の受信信号レベルが低下して、高精度な液面検出が困難となる可能性がある。
【００１８】
したがって、超音波発振素子が発射する超音波がその進行方向に対して垂直配置される校正用反射部材を透過して反射部材に到達する構成とすれば、超音波が透過すべき固体の道のりを短くできるので、反射波の受信信号レベルの低下を抑制して、高精度な液面検出が可能な車両用液面検出装置を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による車両用液面検出装置を、自動車の燃料タンク内の燃料液面位置を検出するための燃料液面検出装置１に適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における、液体である燃料５を貯蔵するタンクとしての燃料タンク２の部分断面図である。図１において、図の上下方向が自動車の上下方向である。
【００２１】
図２は、図１中のＩＩ矢視図である。なお、各図においては、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２２】
図３は、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【００２３】
燃料液面検出装置１は、大きくは、図１に示すように、タンクである燃料タンク２、超音波発振素子である超音波センサ３、反射部材である測定プレート４１および校正用反射部材である校正プレート４２から構成されている。
【００２４】
以下に、燃料液面検出装置１の構成について説明する。
【００２５】
超音波発振素子である超音波センサ３は、図１に示すように、液体を貯蔵するタンクである自動車の燃料タンク２内の底面２１上に、ブラケット４を介して固定されている。
【００２６】
超音波センサ３は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化し、且つ外部から力を受けると電圧を発生する特性）を有する物質、たとえばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から形成される超音波振動子（図示せず）を備えている。そして、この超音波振動子に電圧を印加して発振面３１から超音波を発射し、且つ発振面３１で受信した超音波の反射波により超音波振動子に力を作用させて電圧を発生する、つまり受信信号を発生している。この発振面３１は円形に形成されている。また、超音波センサ３は、超音波振動子に電圧を印加するため、あるいは超音波線振動子が超音波を受信して発生した電圧信号を外部へ出力するためのリード３２が接続されている。このリード線３２は、燃料タンク２の外部へ気密的に引き出されている。
【００２７】
ブラケット４は、超音波センサ３を保持固定するとともに、反射部材である測定プレート４１および校正用反射部材である校正プレート４２を備えている。
【００２８】
測定プレート４１および校正プレート４２は、図１および図２に示すように、超音波センサ３が発する超音波の進行方向、つまり図１および図２における左右方向において重なるように配置されている。
【００２９】
校正プレート４２は、測定プレート４１と超音波センサ３との間に、超音波センサ３が発する超音波の進行方向に直交して配置されている。これにより、校正プレート４２は、超音波センサ３から発せられた超音波を直接超音波センサ３に向けて反射する。また、超音波センサ３から発せられた超音波の一部は、校正プレート４２を透過して測定プレート４１に入射する。
【００３０】
測定プレート４１は、校正プレート４２を透過して入射した超音波センサ３からの超音波を、液面５１に向けて、液面５１への入射角が０度となる、言い換えると、図１に示すように、超音波の進行方向と液面５１との成す角度が９０度となるような方向に反射する角度に設定されている。これにより、超音波センサ３から発射され測定プレート４１を経て液面５１へ到達した超音波を、液面で反射した後、往きと同じ経路を辿って進行させ、確実に超音波センサ３に入射させることができる。
【００３１】
また、測定プレート４１および校正プレート４２は、ブラケット４と一体的に形成されているので、測定プレート４１および校正プレート４２と超音波センサ３との位置関係を精度良く維持することができ、したがって、燃料液面検出装置１の液面検出精度を良好に維持できる。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の電気回路構成について図３に基づき説明する。
【００３３】
制御回路６は、図３に示すように、イグニッションスイッチ８を介してバッテリ９から電力を供給されて、超音波センサ３を発振させてパルス状に超音波を発射させるとともに、超音波センサ３による超音波パルスの反射波の受信信号を処理して液面位置を算出し、その算出結果に基づいて表示部７を駆動して表示部７により液面位置を運転者が視認可能に表示している。
【００３４】
このため、制御回路６は、超音波センサ３へパルス状電圧信号を印加するためのパルス発生回路６１、超音波センサ３から出力される反射波受信信号を処理し、それに基づいて液面位置を算出する演算回路６２、および演算回路６２により算出された液面位置信号に基づき表示部７を駆動する駆動信号を出力する駆動回路６３から構成されている。
【００３５】
表示部７は、たとえば指針計器等からなり、自動車の運転席正面のコンビネーションメータ（図示せず）内に設置されている。
【００３６】
次に、本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における、燃料液面検出作動について説明する。
【００３７】
パルス発生回路６１によりパルス状電圧信号を印加されて超音波センサ３がパルス状の超音波を燃料タンク２内の燃料５中に発射すると、この超音波は、校正プレート４２に入射し、その一部は、図１中に示す伝播経路Ｂのように、校正プレート４２で超音波センサ３に向けて反射され、直ちに超音波センサ３によって受信される。また、超音波センサ３から発射されたパルス状超音波の一部は、校正プレート４２を透過して測定プレート４１に達する。
【００３８】
測定プレート４１に入射した超音波は、図１中に示す伝播経路Ａのように、測定プレート４１で反射されて液面５１へ向かって進み、液面５１で反射されて往路と同一の経路を辿り再び超音波センサ３によって受信される。
【００３９】
すなわち、超音波センサ３が１つの超音波パルスを発射すると、超音波センサ３は、上述の２つの反射パルス、つまり液面５１からの反射パルスと校正プレート４２からの反射パルスを受信する。最初に、校正プレート４２からの反射パルスが受信され、次に、液面５１からの反射パルスが受信される。超音波センサ３は、これらの反射パルスを受信する度に電圧信号を発生し、この電圧信号は演算回路６２に入力される。
【００４０】
ここで、超音波センサ３から発せられるパルス状の超音波は円錐状、つまり軸対象形状を成している。また、校正プレート４２を透過して測定プレート４１に達する超音波も円錐状、つまり軸対象形状を成している。したがって、液面５１からの反射パルスおよび構成プレート４２からの反射パルスも軸対象形状となる。これにより、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止することができるので、液面５１からの反射パルスおよび構成プレート４２からの反射パルスを安定して受信することができる。
【００４１】
演算回路６２は、パルス発生回路６１がパルス状電圧信号を発してから反射パルスを検出するまでの時間を算出する。ここで、演算回路６２は、最初に受信する校正プレート４２からの反射パルスに基づいて燃料５中における超音波パルスの伝播速度を算出し、算出した伝播速度と液面５１からの反射パルスを受信するまでの時間とに基づいて、液面５１位置、つまり図１中における液面高さＨを算出する。
【００４２】
駆動回路６３は、表示部７に演算回路６２が算出した液面高さＨを表示させるための信号、たとえば指針軸（図示せず）を液面高さＨに対応した角度まで回動させるための駆動信号を出力する。これにより、表示部７により燃料タンク２内の液面５１位置が表示される。
【００４３】
以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、測定プレート４１および校正プレート４２は超音波センサ３が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、超音波センサ３から発射される超音波の一部は測定プレート４１を透過して校正プレート４２に到達する構成とした。
【００４４】
これにより、測定プレート４１および校正プレート４２に入射する超音波形状を円錐状、つまり軸対象形状とすることができるので、従来の液面検出装置における両反射部材の境界部分での超音波の回折現象、超音波の干渉を防止できる。したがって、超音波センサ３は、液面５１からの反射波および校正プレート４２からの反射波を安定して受信することができるので、良好な検出精度が得られる車両用液面検出装置１を実現することができる。
【００４５】
なお、以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１では、超音波センサ３が発射する超音波の進行方向において、超音波センサ３側から校正プレート４２、測定プレート４１の順番に配置しているが、これを超音波センサ３側から測定プレート４１、校正プレート４２の順に配置してもよい。
【００４６】
また、以上説明した本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１においては、測定プレート４１および校正プレート４２を、ブラケット４と一体成形しているが、これらを別部品としてもよい。
【００４７】
また、以上説明した実施形態は、本発明の車両用液面検出装置を、自動車の燃料液面検出装置１に適用した場合を例に説明したが、燃料液面検出装置１以外に適用してもよい。すなわち、車両に搭載される他の液体、たとえば、エンジンオイル、ブレーキフルードあるいはウィンドウォッシャ液等の液面検出に用いてもよい。さらには、各種液体を輸送する車両に取り付けられる輸送用タンク内の液面を検出するために適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１の部分断面図である。
【図２】図１中のＩＩ矢視図である。
【図３】本発明の一実施形態による燃料液面検出装置１における電気回路構成を説明する模式図である。
【符号の説明】
１燃料液面検出装置（車両用液面検出装置）
２燃料タンク（タンク）
２１底面（底部）
３超音波センサ（超音波発振素子）
３１発振面
３２リード線
４ブラケット
４１測定プレート（反射部材）
４２校正プレート（校正用反射部材）
５燃料（液体）
５１液面
６制御回路
６１パルス発生回路
６２演算回路
６３駆動回路
７表示部
８イグニッションスイッチ
９バッテリ
Ａ、Ｂ伝播経路
Ｈ液面高さ

Claims

液体を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の底部に取り付けられる超音波発振素子と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記タンク内の液体の液面に向かい且つ前記液面への入射角が０度となるように反射する反射部材と、
前記超音波発振素子が発射した超音波を前記超音波発振素子に向けて反射する校正用反射部材とを備え、
前記超音波発振素子により超音波を発射するとともに前記液面で反射した反射波および前記校正用反射部材で反射した反射波を受信して前記液面位置を検出する車両用液面検出装置において、
前記反射部材および前記校正用反射部材は前記超音波発振素子が発射する超音波の進行方向において重なるように配置され、
前記超音波発振素子から発射される超音波の一部は前記反射部材および前記校正用反射部材の一方を透過して他方に到達することを特徴とする車両用液面検出装置。
前記校正用反射部材は前記超音波発振素子と前記反射部材との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両用液面検出装置。