JPS6073385A - 超音波式障害物検知装置の故障検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明性超音波の受波によって物体を検知する超音波
式障害物検知装置の故障検出回路に係シ、とくに超音波
受波器自体の故障検出が可能な故障検出回路に関するも
のでちる。

〔従来技術〕

超音波式障害物検知装置は、自動ドア十目勤車の後方監
視装置に応用されてお）、その原理は、非常に時間の短
い超音波を発射して障害物による反射波を受波し、この
超音波の発射時点から反射波の受波時点までの経過時間
を基に、障害物までの距離を判断するものであシ、これ
によシ自動ドアではドアの開閉、自動車の後方監視装置
では警報の表示などを行っている。

第１図はこのような従来の超音波式障害物検知装置を示
す概略構成図、第２図（、）〜（ｆ）はその動作を説明
するタイミングチャートであシ、以下これらの図面に基
いてこの従来の超音波式障害物検知装置について説明を
行う。

第１図において、１は所定周期ＴＩ　、　パルス幅Ｔ２
の基準時刻を示すパルス信号である出力Ｓ１を出力する
公知の発振回路などで構成された基準時刻発生部、２は
セラミック振動子などからなる超音波送波器（以下送波
器という）、３は基準時刻発生部１の出力Ｓ１を受けて
送波器２を駆動し、超音波を発射させる送波器駆動部で
あり、周波数がたとえば４０　ＫＨｚの矩形波発振部３
＆、アンドゲート３ｂ、ドライバ３ｃからなシ、アンド
ゲート３ｂは矩形波発振部３ａの出力と基準時刻発生部
１の出力Ｓ１との論理積をとシ、このアントゲ−）３ｂ
の出力をドライバ３ｃで増幅する。したがって、送波器
駆動部３の出力は第２図（ｂ）の８３のようになる。４
はセラミック振動子からなる超音波受波器（以下受波器
という）であシ、送波器２から発射される超音波の周波
数と同一の共振周波数を有し、障害物５による反射波５
＆を受波すの出力を積分する受波用積分部、９は受波用
積分部８の出力を所定基準値Ｖｒ１と比較する受渡用比
較部である。１ｏは測距部であシ、受渡用比較部９の出
力Ｓ９と基準時刻発生部１の出力ｓ１とから障害物５ま
での距離を測定する。この測距部１゜は距離信号発生タ
イマー１０ａとフリップフロップ（以下Ｆ、Ｆ、という
）　１０ｂによって構成され、距離信号発生タイマー１
０ａは基準時刻発生部１の出力Ｓ１を受け、この出力８
１の立ち上がシ時刻から所定時間１３０間、第２図（ｆ
）にて示す出力（８１０ａ）を論理「１」に設定する。

Ｆ、Ｆ、１０ｂはデータ入力端子Ｄ１クロックパルス入
カ端子ＣＫ。

出力端子Ｑおよびリセット端子Ｒを有し、データ入力端
子りに距離信号発生タイマー１０ａの出力５１０ａが、
クロックパルス入力端子ＣＫには受波用比較部９の出力
Ｓ９が、リセット端子Ｒには基準時刻発生部１の出力Ｓ
１がそれぞれ接続され、クロックパルス入力端子ＣＫの
入力信号の立ち上がシエツジによシ、その時のデータ入
力端子りの入力信号の状態をラッチして出力端子Ｑに設
定し、リセット端子Ｒの入力信号の立ち上がシェッジに
よって出力端子Ｑの出力を論理「ｏ」に設定する。

１１は障害物表示部であシ、２ンプｌ１ｍ、）ンンジス
タ１１ｂ１　レジスタ１１ｃで構成され、測距部１゜の
出力を入力し、この出力が論理「１」のときランプｌｌ
ａが点灯するようになっている。

従来の超音波式障害物検知装置は以上のように４１９成
されており障害物５を以下のような動作で検知している
。

送波器２は送波器駆動部３によって第２図（ｂ）の８３
に示した出力波形で駆動され、周波数４０　ＫＩＩｚの
超音波を周期ＴＩ（たとえば１００　ｍ５ｅｃ）ごとに
時間Ｔｚ（たとえば１ｍ８ｅｃ）の間発射する。仁の超
音波の発射波２ａは障害物５によシ反射されて反射波５
ａとなシ、受波器４によって受波され、第２図（ｃ７の
８４のような信号となる。この出力Ｓ４は受波用増幅部
１で増幅し、受波用積分部８で積分することによシ、第
２図（ｄ）に示した出力Ｓ８が得られ、この出力Ｓ８は
受渡用比較部９で所定基準値ＶｒＩと比較され、第２図
（ｅ）に示すパルス状の出力Ｓ９が発生する。この出力
Ｓ９の立ち上がシ時刻と超音波の発射時刻である基準時
刻発生部１の出力Ｓ１の立ち上がり時刻との時間を測定
すれば障害物５までの距離を容易に知ることはできるが
、ここでは超音波の発射後、予め定めた障害物５までの
距離に対応する時間Ｔ３の間に反射波５ａを受波すると
、この距離以内に障害物５が存在するとしてランプ１１
ａを点灯するようにしている。すなわち、超音波の発射
後、時間Ｔ３の間、距離信号発生タイマー１０ａによっ
てＦ、Ｆ、１０ｂのデータ入力端子りは論理「１」に設
定され、時間Ｔ３　の間に反射波５＆が受波されること
によって生じる受渡用比較部９の出力Ｓ９の立ち上がシ
ェツジによってＦ、Ｆ、１０ｂの出力端子Ｑには論理「
ｌ」が設定されるから、ランプｌｌａは点灯することに
なる。このランプｌｌａは点灯後、周期Ｔｔで発生する
基準時刻発生部１の出力ｓ１の立ち上がシエツジでＦ、
Ｆ。ＩＱｂがリセットされることにょシ一時消灯し、つ
ぎの周期の反射波５ａの受波によシ再び点灯し、以後こ
れをくシ返すが、消灯している時間は点灯している時間
に比べて非常に短いので、人間の目には常時点灯してい
るように見える。障害物５が前記の予め定めた距離以内
に存在しない場合は、もちろんランプ１１ａは全く点灯
しない。

このようにして、予め定めた距離以内に障害物５が存在
するか否かを検知し、ランプ１１ａで表示することがで
きる。

置にあっては、送波器２と受波器４は超音波の発射、受
波を行うので外気に直接触れる場所に設置する必要があ
る。それゆえ、空気中のゴミなどの異物が付着したシ、
あるいは寒冷時に凍結したシして正常に動作しなくなる
仁とがある。ところが、使用者は障害物５が予め定めた
距離以内に存在しないのでランプ１１ａが点灯しないの
か、送波器２、受波器４の前述のような故障によシ点灯
しないのかを区別することができず非常に不都合である
。

〔発明の概要〕

この発明は従来技術の不都合な点を改善するため、受波
器の劣化や故障などを装置自体が自動的に検出するとい
う故障検出回路を提供することを目的としている。すな
わち、故障の診断をするための診断パルスを受波器に印
加し、このパルスに対する受波器の応答信号を調べるこ
とにょシ故障状態を検出しようどするものである。

〔発明の実施例〕

つぎに、この発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。

第３図はこの発明の第１実施例を示す概略構成図でちシ
、１〜１１の符号で示した要素は第１図の要素に同一ま
たは相当するものである。１２は基準時刻発生部１の出
力Ｓ１を受けて受波器４に診断パルスを印加する診断パ
ルス印加手段であシ第４図（ｃ）の８１２に示す如く、
基準時刻発生部１の出力Ｓ１の立ち上がシ時刻ｔｏから
時間Ｔ４後にパルスを出力する。前記診断パルスが受波
器４に印加されると、これら受波器４の故障時には正常
な共振々動を生じないので、受渡器４の出力を調べれば
正常時と故障時の区別が可能となる。１４は受波器４の
超音波の受波による受波信号と診断パルス印加手段１２
による診断パルス応答信号とを識別する識別手段であシ
、スイッチ部１４ａと制御部１４ｂとでイｉ！成される
。これにより、受波器４の出力Ｓ４か第４図（ｄ）の８
４に示す如く、受波信号Ｓ４ａと診断パルス応答信号Ｓ
４ｂとの両方を含み、この出力Ｓ４ｂがそのまま受波用
増幅部１、受波用積分部８、受渡用比較部９を通ると、
障害物５が存在しない場合でも、診断パルス応答信号Ｓ
４ｂによシ測距部１０が誤って障害物５が存在すると判
断してしまうのを防ぐことができ、超音波が発射された
時刻、つまシ基準時刻発生部１の出力Ｓ１の立ち上がシ
時刻ｔｏから最初の診断パルスＳ１２が受波器４に印加
される時刻（ｔｏ十Ｔ４）までの時間以内で距離信号発
生タイマー１０ａが論理「１」を出力している時間７３
以上の間（簡単のためにこれを時間Ｔ３とする）、スイ
ッチ部１４＋ａの接点は図示Ａ側に切シ換えられ、それ
以外は図示Ｂ側に切シ換えられるよう制御部１４ｂによ
って制御される。したがって、受波器Ｓ４の出力ｓ４は
この識別手段１４によって時間的に分けられ、接点Ａ側
には従来通シ第４図（ｄ）に示した受渡信号８４ａだけ
が接点Ｂ側には診断パルス応答信号Ｓ４ｂだけが現われ
ることになる０１５は受波器４の出力ｓ４のうち識別手
段１４によって分けられた診断パルス応答信号Ｓ４ｂを
増幅する診断用増幅手段、１６はこの診断用増幅手段１
５の出力を積分する診断用積分手段、１７は第４図（ｆ
）の８１６にて示したこの診断用積分手段１６の出力を
所定基準値■ｒ２と比較する診断用比較手段であ夛、こ
の出力８１７は第４図（ｆ）の８１７のようになるｏ１
８れこの診断用比較手段１Ｔの出力Ｓ１７に基づき受波
器４の故障状態を判別する故障判別手段であシ、Ｆ、Ｆ
、１８ａとインバータ１８ｂ、１８ｅとで構成され、デ
ータ入力瑞子りは距離信号発生タイマー１０ａの出力５
１０ａを反転して入力し、故障診断をする期間中、論理
「１」となるようにしている。したがって、診断用比較
手段１７の出力８１７にパルスが発生すると、その立ち
上がりエツジで、Ｆ、Ｆ、１８ｍの出力端子Ｑは論理「
１」を出力する。またセット人力５’：ｔＡ子Ｓは基準
時刻発生部１０出力Ｓ１を入力し、この出力Ｓ１の立ち
上がりで出力端子Ｑを論理「１」にセットしている。１
９は故障表示部で、障害物表示部１４と同様の構成から
なり、ランプ１９ａの点灯で故障を表示するものである
。

この発明の第１実施例は以上のように構成されておυ、
以下にその動作を詳述する。送波器２から発射される超
音波の障害物５による反射波を受波器４が受波すること
によって障害物５を検知する動作については、第１′図
に示した従来の超音波式障害物検知装置と同様である。

すなわち、障害物５を検知する動作をするときには、識
別手段１４のスイッチ部ｔ４ａは接点ＡＩ！Ｉｔに設定
されているので、第１図と同様の動作が行なわれるので
ある。

さて、距ｌｌ！ｆｔ信号発生タイマー１０ａの出力５１
０ａが論理「０」で、次の周期において障害物検知動作
となるまでの時間（Ｔ１−Ｔａ）の間に、受波器４の故
障検出動作が行われる。まず基準時刻発生部１の出力Ｓ
１が立ち上がってから適当な時間Ｔ４（ただしＴ　３＜
Ｔ　４＜Ｔ　ｔ　）後において、受波器４に診断パルス
印加手段１２が診断パルスを印加する。

受波器４は正常であれば、この診断パルスによって共振
周波数にて自由振動をする。このときの波形は第４図（
ｄ）のＳ４ｂに示すような減衰振動をする波形となる。

受波器４の応答信号は識別手段１４によって接点Ｂ側の
流れ、診断用増幅手段１５、診断用積分手段１６を通る
ことによって、第４図（ｆ）の８１６のような信号波形
となる。この出力Ｓ１６が診断用比較手段１７の所定基
準値Ｖｙｚと比較され、第４図（ｆ）の８１７のような
パルスが出力する。

もし、受波器４が故障したシ、劣化したシしていると、
診断パルスが印加されても共振々動が生じないので、診
断用積分手段１６の出力Ｓ１６は診断用比較手段１１の
所定基準値Ｖｒ＋に達せず、診断用比較手段１Ｔの出力
８１７は論理「０」を保持することになる。したがって
、受波器４が正常で、所定周期Ｔ１どとに診断用比較手
段１７が第４図（り）に示すような出力Ｓ１７を出して
いれば、Ｆ、Ｆ。

１８ａの出力端子Ｑは常に論理「１」つまシ故障判別手
段１日の出力は常に論理「１」となシ、ランプ１９＾は
点灯しないが、故障したシするとランプ１９ａは点灯（
正確には断続点灯）して故障を表示することになる。

第５図は、この発明の第２実施例を示す回路図であり、
１〜１９の符号で示した要素は第３図の要素に同一また
は相当するものである。ここで、診断パルス印加手段１
２はレジスタ１２ａ、１２ｂとパルス発生部２０からな
り、パルス発生部２０は第４図８１２と同じパルスを出
力する。受波器４の出力Ｓ４は第３図のような識別手段
１４を経ずに受波用増幅部Ｔに入力し、さらに受波信号
の信号伝達経路と同様に受渡用積分部８、受渡用比較部
９を経由する。これは、受波器４の反射波５ａによる受
波信号と、診断パルス印加手段１２による診断パルス応
答信号の大きさが同程度である場合に有効な手段であシ
、これによシ、回路構成が簡単になることは言うまでも
ない。したがって、受渡用積分部８の出力Ｓ８、受波用
比較部９の出力Ｓ９はそれぞれ第６図（ｄ）　ｔ　（ｅ
）の８８．Ｓ９のようになる。この受波用比較部９の出
力Ｓ９は識別手段２１によって識別され、測距部１０と
故障判別手段１８に振シ分けられる。この識別手段２１
は、アンドゲート２１　ａ　、２１　ｂ、インノぐ−２
２１Ｃによって図示のように構成され、距離信号発生タ
イマー１０ａの出力５１０ａが論理「１」のときには、
受波用比較部９の出力Ｓ９は測距部１０だけに入力し、
同じく論理「０」のときには、故障判別手段１８だけに
入力する。

第７図はこの発明の第３実施例を示し、２〜１９の符号
で示す要素は第５図の要素に同一または相当するもので
ある。この実施例では、第３図または第５図に示す実施
例において、時間の制御に関する論理演算の機能をマイ
クロコンピュータ２２により行わせるものでアシ、回路
を構成する部品点数を大幅に低減することができる。

また、受波用積分部１以後の構成は、受波信号と診断パ
ルス応答信号の大きさに応じ、第８図に示したように構
成してもよい。

さらに、受波器４の故障をランプ１９ａの点灯により表
示するようにしたが、故障の表示に限らず、故障を検出
することによって故障時のために備えた予備の受波器に
切シ替えるようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、超音波式障害
物検知装置に、診断パルス印加手段、受波器出力選択手
段、診断用増幅手段、診断用積分手段、故障判別手段、
識別手段からなる故障検出回路を具備したので、受波器
の故障を検出することができ、装置の信頼性を向上させ
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波式障害物検知装置を示す概略構成
図、第２図は第１図の動作を説明するタイミングチャー
ト、第３図はこの発明の第１実施例を示す概略構成図、
第４図は第３図の動作を説明するタイミングチャート、
第５図はこの発明の第２実施例を示す回路図、第６図は
第５図の動作を説明するタイミングチャート、第７図は
この発明の第３実施例を示す概略構成図、第８図はこの
発明の他の実施例を示す部分説明図である。 １・・・・基準時刻発生部、２・・・・送波器、３・Φ
・・送波器駆動部、４・・・・受波器、Ｔ・・・・受波
用増幅部、８・・・・受波用積分部、９・・・・受波用
比較部、１０・・・・測距部、１１・・・・障害物表示
部、１２・・・・診断パルス印加手段、２２拳・・拳マ
イクロコンピュータ、１４．２１−・書・識別手段、１
５・・・・診断用増幅手段、１６・・・・診断用積分手
段、１７・・・・診断用比較手段、１８・・・・故障判
別手段、１９・・・・故障表示部、２０・・・・パルス
発生部。 代理人大岩増雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定周期を有し基準時刻を示すパルス信号を発す
   る基準時刻発生部と、この基準時刻発生部の出力を受け
   て超音波送波器を駆動し超音波を発射させる送波器駆動
   部と、超音波受波器の受波信号を増幅する受波用増幅部
   と、この受波用増幅部の出力を積分する受波用積分部と
   、この受波用積分部の出力を所定基準値と比較する受波
   用比較部と、この受波用比較部の出力と前記基準時刻発
   生部の出力とから障害物までの距離を測定する測距部と
   からなる超音波式障害物検知装置において、前記超音波
   受波器に前記基準時刻発生部の出力を基にしてインパル
   ス信号を印加する診断パルス印加手段と、この診断パル
   ス印加手段の出力によシ前記超音波受波器に生じた応答
   信号を増幅する診断用増幅手段と、この診断用増幅手段
   の出力を積分する診断用積分手段と、この診断用積分手
   段の出力を所定基準値と比較する診断用比較手段と、こ
   の診断用比較手段の出力によシ前記超音波受波器の故障
   状態を判別する故障判別手段と、前記超音波受波器の受
   渡信号と前記診断パルス印加手段の出力によシ前記超音
   波受波器に生じた応答信号とを区別する識別手段とから
   なる超音波式障害物検出装置の故障検出回路。
2. （２）少なくとも前記受波用増幅部が前記診断用増幅手
   段を、または前記受波用積分部が前記診断用積分手段を
   、または前記受波用比較部が前記診断用比較手段を兼用
   している特許請求の範囲第１項記載の超音波式障害物検
   知装置の故障検出回路。