JP6866759B2

JP6866759B2 - 液面検出装置

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Publication number: JP6866759B2
Application number: JP2017097598A
Authority: JP
Inventors: 篤史本田; 宮川　功; 功宮川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: JP2018194406A

Description

本発明は、超音波センサを用いてタンク内の液体の液面の位置を検出する液面検出装置に関するものである。

従来の液面検出装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の液面検出装置は、液体を貯蔵するタンクと、タンク内の底部に配置される超音波センサ（超音波発振素子）と、超音波センサが発射した超音波を超音波センサに向けて反射させる第１反射壁と、超音波センサが発射した超音波を液体の液面に反射させる第２反射壁と、液面位置を算出する制御回路と、を備えている。

制御回路は、超音波センサから第１反射壁までの距離および第１反射壁によって反射した第１反射波の受信時間と、第２反射壁を介して液面で反射した第２反射波の受信時間とに基づいて、液面の位置（液面高さ）を算出するようになっている。

特開２００５−１２７９１９号公報

しかしながら、特許文献１の液面検出装置においては、例えば、第１反射壁、あるいは第２反射壁の汚損等があると反射波が減衰する、あるいは超音波センサ自身に不具合があると反射波の適切な受信ができなくなるため、総じて正確な液面位置の算出ができなくなる。特許文献１の液面検出装置では、上記のような場合における故障を判定する機能を有していないので、ユーザにとっては、算出された液面位置が本当に正しいものかどうか、判断できない。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、液面位置の算出において、故障判定を可能とする液面検出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、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、液体（１１）を貯蔵するタンク（１０）内の底部（１３）に配置されて、超音波を発射すると共に、反射波を受信する超音波センサ（１１０）と、
超音波センサに対して、超音波を発射させるための駆動信号（Ｖ）を与える駆動回路部（１４１）と、
超音波センサから所定距離（Ｌ０）離れた位置に設けられて、発射された超音波を超音波センサに反射させる第１反射壁（１３１ａ）と、
超音波センサから発射された超音波を液体の液面（１２）に反射させる第２反射壁（１３１ｂ）と、
超音波センサで受信された反射波信号のうち、第１反射壁で反射された第１反射波信号と、第２反射壁を介して前記液面で反射された第２反射波信号とを検出する受信回路部（１４２）と、
所定距離、受信回路部の第１反射波信号、および第２反射波信号を用いて、液面の位置を演算する演算回路部（１４３）と、を備える液面検出装置において、
駆動信号に対する第１反射波信号の強度比である第１強度比（Ａｒ）、および駆動信号に対する第２反射波信号の強度比である第２強度比（Ｂｒ）を算出すると共に、予め定めた第１所定値（Ａ０）と第１強度比との比較、および予め定めた第２所定値（Ｂ０）と第２強度比との比較を行うことで、第１反射壁、第２反射壁、および超音波センサの少なくとも１つの故障の有無を判定する故障判定回路部（１４４）を備えることを特徴としている。

この発明によれば、第１強度比（Ａｒ）と第１所定値（Ａ０）との比較において、第１強度比（Ａｒ）が第１所定値（Ａ０）よりも小さいと、第１反射波信号は減衰していると判定することができる。また、同様に、第２強度比（Ｂｒ）と第２所定値（Ｂ０）との比較において、第２強度比（Ｂｒ）が第２所定値（Ｂ０）よりも小さいと、第２反射波信号は減衰していると判定することができる。第１反射波信号の減衰においては、第１反射壁（１３１ａ）の不具合、あるいは超音波センサ（１１０）の発振受信機能の不具合が考えられる。また、第２反射波信号の減衰においては、第２反射壁（１３１ｂ）の不具合、あるいは超音波センサ（１１０）の発振受信機能の不具合が考えられる。

よって、故障判定回路部（１４４）は、第１所定値（Ａ０）と第１強度比（Ａｒ）との比較、および第２所定値（Ｂ０）と第２強度比（Ｂｒ）との比較を行うことで、第１反射壁（１３１ａ）、第２反射壁（１３１ｂ）、および超音波センサ（１１０）の少なくとも１つの故障の有無を判定することが可能となる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における液面検出装置の全体構成を示す説明図である。駆動信号、および反射波信号を示す説明図である。第１実施形態における制御内容を示すフローチャートである。第２実施形態における液面検出装置の全体構成を示す説明図である。第２実施形態における制御内容を示すフローチャートである。第３実施形態における液面検出装置の全体構成を示す説明図である。第３実施形態における制御内容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１００Ａについて、図１〜図３を用いて説明する。液面検出装置１００Ａは、例えば車両用の燃料タンク１０内に貯蔵されたガソリン等の燃料１１の液面１２の位置を検出する装置である。燃料タンク１０は本発明のタンクに対応し、また、燃料１１は本発明の液体に対応する。図１に示すように、液面検出装置１００Ａは、超音波センサ１１０、ケース１２０、伝送管１３０、および制御回路１４０等を備えている。超音波センサ１１０、ケース１２０、伝送管１３０等は、燃料タンク１０内の底面１３に設けられている。底面１３は、本発明の底部に対応する。

超音波センサ１１０は、水平経路１３１の第１反射壁１３１ａ、および燃料タンク１０内の燃料１１の液面１２に対して超音波を発射すると共に、反射波を受信する超音波振動子である。超音波センサ１１０は、ピエゾ効果（電圧が印加されると体積が変化する一方、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）等により円盤状に形成されている。そして、超音波センサ１１０は、ケース１２０および蓋部１２１によって形成される空間内に収容されている。

ケース１２０は、樹脂製で有底筒状を成す容器体であり、筒軸が水平方向を向くように配置されている。蓋部１２１は、樹脂製の板状の部材であり、ケース１２０の開口側を閉塞するように設けられている。蓋部１２１には、貫通孔１２１ａが２つ設けられている。超音波センサ１１０は、一方の端面がケース１２０の底部１２０ａに当接するように配置されている。

超音波センサ１１０の表面および裏面（図１中の左右両端面）には、それぞれ外部と電気的に接続される電極１１１が印刷成形によって形成されている。各電極１１１は、それぞれ超音波センサ１１０の表面のほぼ全面、および裏面のほぼ全面にわたって形成されている。

各電極１１１には、リード線１１２の一端側がそれぞれ半田付けあるいは圧接等により接続されている。各リード線１１２の他端側は、蓋部１２１の貫通孔１２１ａを貫通するように延設されている。リード線１１２の他端側は、後述する制御回路１４０の駆動回路部１４１、および受信回路部１４２に接続されている。

超音波センサ１１０は、両電極１１１間に電圧が印加されると、上記したピエゾ効果により板厚方向である軸方向（図１中の左右方向）に振動して超音波を発射するようになっている。超音波センサ１１０から発射される超音波は、主に、後述する伝送管１３０の水平経路１３１内の燃料１１へ向けて進行するようになっている。

伝送管１３０は、超音波センサ１１０から発射される超音波を燃料１１の液面１２に向けて伝播させると共に、第１反射壁１３１ａ、および液面１２で反射した超音波を再び超音波センサ１１０に伝播させる経路（伝播経路）を形成するものである。伝送管１３０は、水平経路１３１、および垂直経路１３２を有しており、両経路１３１、１３２が組付けされて、全体形状がＬ字状に形成されている。

水平経路１３１は、断面形状が円形状を成す筒状部材であり、金属材、例えば、鋼材（鋼板の絞り加工）等により形成されている。尚、水平経路１３１は、樹脂材によって形成されたものとしてよい。

水平経路１３１は、燃料タンク１０の底面１３に沿って水平に延びる水平部分と、一端側において９０度曲げられて液面１２に向けて開口する開口部分とを有している。水平部分は、燃料タンク１０の底面に固定されている。そして、水平部分の他端側には、ケース１２０（超音波センサ１１０）が固定されている。ケース１２０の底部１２０ａは、水平部分の他端側において、軸方向の内側に入り込むように配置されている。水平経路１３１内には、下側（底面１３側）に設けられた開口部から燃料１１が浸入するようになっている。

水平経路１３１の内径は、超音波センサ１１０側が内径ｄ１、開口部分側が内径ｄ１よりも小さく設定された内径ｄ２となっており、段状に形成されている。内径ｄ１と内径ｄ２との段部は、リング状を成して超音波センサ１１０側に対向する第１反射壁１３１ａとなっている。超音波センサ１１０から第１反射壁１３１ａまでの距離は、予め定めた所定の基準距離Ｌ０となっている。基準距離Ｌ０は、本発明の所定距離に対応する。

第１反射壁１３１ａは、超音波センサ１１０から発射された超音波を、再び超音波センサ１１０に向けて反射させる壁となっている。第１反射壁１３１ａで反射した超音波は、超音波センサ１１０に入射するようになっている。第１反射壁１３１ａで反射して超音波センサ１１０で受信された反射波を以下、基準波（基準波信号）と呼ぶ。基準波信号は、本発明の第１反射波信号に対応する。

また、水平経路１３１の一端側において、９０度曲げられて液面１２と対向する面は、底面１３に対して４５度程度の傾斜を持つ第２反射壁１３１ｂとなっている。超音波センサ１１０から第２反射壁１３１ｂ（中心点）までの距離は、基準距離Ｌ０よりも長いＬ１（以下、距離Ｌ１）となっている。

第２反射壁１３１ｂは、超音波センサ１１０から発射された超音波を、後述する垂直経路１３２を介して液面１２に向けて反射させる壁となっている。液面１２に向かう超音波は、液面１２で反射され、第２反射壁１３１ｂで再び反射され、更に、水平経路１３１を介して超音波センサ１１０に入射するようになっている。液面１２で反射して超音波センサ１１０で受信された反射波を以下、液面波（液面波信号）と呼ぶ。液面波信号は、本発明の第２反射波信号に対応する。

垂直経路１３２は、断面形状が円形状で、一端側が水平経路１３１の開口部分に接続された筒状部材となっており、水平経路１３１と同様に金属材、例えば、鋼材（鋼管）等により形成されている。尚、垂直経路１３２は、樹脂材によって形成されたものとしてよい。

垂直経路１３２は、水平経路１３１に対してほぼ直交している。つまり、垂直経路１３２は、燃料タンク１０の底面１３に対して垂直に立上っている。垂直経路１３２の他端側は、燃料１１の満タン時の液面１２よりも所定長さだけ上方に突き出すように設定されている。垂直経路１３２の内径寸法は、水平経路１３１の内径ｄ２と同等に設定されている。

垂直経路１３２内には、水平経路１３１から連続して、燃料１１が浸入するようになっている。垂直経路１３２における燃料１１の上側位置は、燃料タンク１０内の液面１２と同じ位置となる。

燃料タンク１０の底面１３から第２反射壁１３１ｂ（中心点）までの距離は、Ｌ２（以下、距離Ｌ２）となっている。また、伝送管１３０において、超音波センサ１１０から液面１２までの距離は、液面反射距離Ｌｘとなっており、底面１３から液面１２まで距離は、液面高さＬとなる。よって、
液面反射距離Ｌｘ＝Ｌ１＋（Ｌ−Ｌ２）、
液面高さＬ＝Ｌｘ−Ｌ１＋Ｌ２、と表すことができる。

制御回路１４０は、液面高さＬを演算すると共に、液面検出装置１００Ａ内におけるいずれかの部位に故障があるか否かを判定する回路となっており、駆動回路部１４１、受信回路部１４２、演算回路部１４３、および故障判定回路部１４４等を有している。

駆動回路部１４１は、送信回路を形成し、超音波センサ１１０に対して、超音波を発射させるための駆動電圧Ｖ（図２）を与える回路部となっている。駆動電圧は、本発明の駆動信号に対応する。駆動回路部１４１は、例えば、所定の周波数で発振する高周波発信器およびその発振信号を増幅する増幅回路から構成され、駆動電圧Ｖを超音波センサ１１０に対して出力して、超音波センサ１１０を駆動し、超音波を発射させるようになっている。

受信回路部１４２は、超音波センサ１１０で受信される反射波信号のうち、水平経路１３１の第１反射壁１３１ａから反射される基準波信号、および液面１２から反射される液面波信号を検出する回路部となっている。受信回路部１４２は、検出した基準波信号、および液面反射波信号を演算回路部１４３、および故障判定回路部１４４に出力するようになっている。

演算回路部１４３は、基準距離Ｌ０、受信回路部１４２からの基準波信号、および液面波信号を用いて、液面高さＬ（液面１２の位置）を演算する回路部となっている（詳細後述）。

故障判定回路部１４４は、駆動電圧Ｖに対する基準波信号の強度比である基準波強度比Ａｒ（第１強度比）、および駆動電圧Ｖに対する液面波信号の強度比である液面波強度比Ｂｒ（第２強度比）を算出する回路部となっている。加えて、故障判定回路部１４４は、予め定めた要求基準波強度比Ａ０（第１所定値）と基準波強度比Ａｒとの比較、および予め定めた要求液面波強度比Ｂ０（第２所定値）と液面波強度比Ｂｒとの比較を行う。そして、故障判定回路部１４４は、第１反射壁１３１ａ、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０の少なくとも１つの故障の有無を判定する回路部となっている（詳細後述）。

液面検出装置１００Ａは、以上のように構成されており、以下、図２、図３を加えて、その作動および作用効果について説明する。

１．液面高さＬの算出
まず、制御回路１４０において、駆動回路部１４１は、所定の周期毎（例えば、１００ｍｓ毎）に超音波センサ１１０に対して駆動信号Ｖを出力する。尚、所定の周期は、基準波信号と、液面波信号との受信が可能となる時間としており、１００ｍｓに限定されるものではない。また、駆動信号Ｖは、例えば、所定の正電位（例えば＋５Ｖ程度）の矩形波を基本としたものとしている。

超音波センサ１１０は、駆動回路部１４１からの駆動電圧Ｖに基づき、超音波を発射する。駆動信号Ｖが大きくなる程、発射される超音波は強くなる。発射された超音波は、伝送管１３０内を伝播する。

伝送管１３０内で伝播される超音波のうち、一部の超音波は、水平経路１３１における第１反射壁１３１ａで反射され、超音波センサ１１０は、基準波として受信する。超音波の発射から基準波の受信までの時間が、基準時間Ｔ０として把握される。

また、伝送管１３０内で伝播される超音波のうち、他の超音波は、水平経路１３１、第２反射壁１３１ｂ、垂直経路１３２を伝播し、液面１２で反射され、更に上記とは逆方向に伝播して、超音波センサ１１０は、液面波として受信する。超音波の発射から液面波の受信までの時間が、液面反射時間Ｔｘとして把握される。

受信回路部１４２は、超音波センサ１１０からの基準波、液面波、基準時間Ｔ０、および液面反射時間Ｔｘを検出し、演算回路部１４３に出力する。

演算回路部１４３は、基準距離Ｌ０と、基準時間Ｔ０とから、そのときの温度に基づく超音波の基準速度ｖ（＝２Ｌ０／Ｔ０）を算出（把握）する。更に、演算回路部１４３は、算出した超音波の基準速度ｖ（＝２Ｌ０／Ｔ０）と、液面反射時間Ｔｘとから、超音波センサ１１０から液面１２までの距離（液面反射距離Ｌｘ）を算出する。

液面反射距離Ｌｘは、基準速度ｖと、液面反射時間Ｔｘとから算出される。即ち、
Ｌｘ＝ｖ・（Ｔｘ／２）＝（２Ｌ０／Ｔ０）・（Ｔｘ／２）＝（Ｌ０／Ｔ０）・Ｔｘ
となる。

一方、液面反射距離Ｌｘは、上記のように（図１）、Ｌｘ＝Ｌ１＋（Ｌ−Ｌ２）である。

よって、演算回路部１４３は、液面高さＬを
Ｌ＝Ｌｘ−Ｌ１＋Ｌ２＝（Ｌ０／Ｔ０）・Ｔｘ−Ｌ１＋Ｌ２
として算出する。

そして、演算回路部１４３は、算出した液面高さＬのデータを、例えば車両の液面位置表示装置（例えば、コンビネーションメータの燃料残量表示部）に送信する。車両の液面位置表示装置は、繰り返し制御の中で、液面の位置データを所定回数分（例えば３２回分）取込むと、その平均値を算出して、平均値を液面位置として表示する。

２．故障有無の判定
上記液面高さＬが算出される中で、故障判定回路部１４４によって、図３に示すフローチャートに基づいて故障有無の判定が実行される。

まず、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１００で、基準波強度比Ａｒと、液面波強度比Ｂｒとを算出する。図２に示すように、基準波信号の大きさ（正側の最大振幅）を波高Ａ、液面波信号の大きさ（正側の最大振幅）を波高Ｂで表わしたとき、基準波強度比Ａｒは、Ａ／Ｖとして算出され、液面波強度比Ｂｒは、Ｂ／Ｖとして算出される。

次に、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１１０で、要求基準波強度比Ａ０と基準波強度比Ａｒとの比較、および要求液面波強度比Ｂ０と液面波強度比Ｂｒとの比較を行う。要求基準波強度比Ａ０は、基準波が減衰なく正常に超音波センサ１１０で受信されたときの基準波強度比Ａｒに相当する値として予め設定されたものである。同様に、要求液面波強度比Ｂ０は、液面波が減衰なく正常に超音波センサ１１０で受信されたときの液面波強度比Ｂｒに相当する値として予め設定されたものである。

そして、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２１で、基準波強度比Ａｒ＜要求基準波強度比Ａ０であり、且つ、液面波強度比Ｂｒ≧要求液面波強度比Ｂ０であると判定すると、ステップＳ１３１に進む。上記の条件を満たす場合は、反射に伴う基準波が減衰しており、一方、反射に伴う液面波およびそれを受信する超音波センサ１１０は正常であることを意味する。尚、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２１で否と判定すると、本制御を終了する。

よって、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１３１において、基準波の減衰に影響する第１反射壁１３１ａに汚損等の不具合があると判定する。このような不具合の判定をすると、故障判定回路部１４４は、例えば、液面検出装置１００Ａの不具合を示すウォーニングランプ等を点灯させる指示を出力して、ユーザにいち早く知らせるようにする。

以上のように、本実施形態では、基準波強度比Ａｒと要求基準波強度比Ａ０との比較において、基準波強度比Ａｒが要求基準波強度比Ａ０よりも小さいと、基準波は減衰していると判定することができる。また、同様に、液面波強度比Ｂｒと要求液面波強度比Ｂ０との比較において、液面波強度比Ｂｒが要求液面波強度比Ｂ０よりも小さいと、液面波は減衰していると判定することができる。基準波の減衰においては、第１反射壁１３１ａの不具合、あるいは超音波センサ１１０の発振受信機能の不具合が考えられる。また、液面波の減衰においては、第２反射壁１３１ｂの不具合、あるいは超音波センサ１１０の発振受信機能の不具合が考えられる。

よって、故障判定回路部１４４は、要求基準波強度比Ａ０と基準波強度比Ａｒとの比較、および要求液面波強度比Ｂ０と液面波強度比Ｂｒとの比較を行うことで、第１反射壁１３１ａ、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０の少なくとも１つの故障の有無を判定することが可能となるのである。

本実施形態の具体的な制御内容では、上記のステップＳ１２１、Ｓ１３１のように、基準波強度比Ａｒが要求基準波強度比Ａ０よりも小さいことから、第１反射壁１３１ａの不具合有りと判定することができるのである。尚、液面波強度比Ｂｒが要求液面波強度比Ｂ０以上であることから、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０には不具合は無いと判定することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の液面検出装置１００Ｂを図４、図５に示す。第２実施形態の液面検出装置１００Ｂは、上記第１実施形態の液面検出装置１００Ａに対して、燃料温度センサ１５０を追加すると共に、燃料１１の温度を加味して故障有無の判定を行うようにしたものである。

燃料温度センサ１５０は、燃料１１の温度を検知するセンサ（温度検知部）である。燃料温度センサ１５０は、本発明の温度センサに対応する。燃料温度センサ１５０は、例えば、燃料タンク１０の底面１３の近傍で、ケース１２０に隣接するように設けられており、燃料１１に直接的に接触して、燃料１１の温度を検知するようになっている。図４に示すように、燃料温度センサ１５０は、故障判定回路部１４４に接続されている。燃料温度センサ１５０は、検知した温度信号を故障判定回路部１４４に出力するようになっている。

以下、本実施形態における故障有無判定の制御内容について、図５に示すフローチャート基づいて説明する。

まず、故障判定回路部１４４は、上記第１実施形態（図３）と同様に、ステップＳ１００で、基準波強度比Ａｒと、液面波強度比Ｂｒとを算出すると共に、ステップＳ１１０で、要求基準波強度比Ａ０と基準波強度比Ａｒとの比較、および要求液面波強度比Ｂ０と液面波強度比Ｂｒとの比較を行う。

そして、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２２で、基準波強度比Ａｒ＜要求基準波強度比Ａ０であり、且つ、液面波強度比Ｂｒ＜要求液面波強度比Ｂ０であると判定すると、ステップＳ１２２１に進む。上記の条件を満たす場合は、基準波、および液面波が共に減衰していることを意味する。尚、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２２で否と判定すると、本制御を終了する。

ステップＳ１２２１では、故障判定回路部１４４は、燃料温度センサ１５０による温度信号を参照する。

そして、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２２２で、燃料温度が予め定めた所定温度以下であるか否かを判定する。所定温度とは、燃料温度の低下に伴って燃料１１の粘度が大きくなって、超音波の伝播に影響が発生する場合の境界温度として、予め定めたものである。燃料１１の場合、所定温度は、例えば、０℃程度の値である。

故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２２２で、肯定判定すると本制御を終了し、一方、否定判定すると、ステップＳ１３２へ進む。ステップＳ１３２では、故障判定回路部１４４は、第１反射壁１３１ａ、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０の少なくとも１つに故障有りと判定する。

即ち、一般的に、燃料１１の温度が低下すると燃料１１の粘度が大きくなって、燃料１１中を伝播する超音波は減衰する。よって、燃料温度センサ１５０によって検知された燃料１１の温度が、所定温度より高いときであると、液体粘度の増大はなく、温度に伴う超音波の減衰は発生しにくい。

このような条件下においては、故障判定回路部１４４は、基準波強度比Ａｒが要求基準波強度比Ａ０より小さく、且つ、液面波強度比Ｂｒが要求液面波強度比Ｂ０より小さいと、温度による減衰の要因がないのにもかかわらず、超音波は減衰していると見ることができる。そして、故障判定回路部１４４は、第１反射壁１３１ａ、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０の少なくとも１つに故障が有ると判定することが可能となる。

よって、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１３２において、故障有りの判定をすると、上記第１実施形態と同様に、例えば、液面検出装置１００Ｂの不具合を示すウォーニングランプ等を点灯させる指示を出力して、ユーザにいち早く知らせるようにする。

逆に、燃料１１の温度が所定温度以下であると（ステップＳ１２２２でＹｅｓ）、燃料１１中を伝播する超音波は燃料１１の粘度増大に伴う減衰を受けるので、正常な減衰と捉えて、第１反射壁１３１ａ、第２反射壁１３１ｂ、および超音波センサ１１０には特に故障は無いと判定することができる。

本実施形態では、温度検知部としての燃料温度センサ１５０を燃料タンク１０の内部に設けるものとして説明したが、これに限定されることなく、燃料タンク１０の外部、例えば、燃料配管表面等に設けて、燃料１１の温度を間接的に検知するものとしてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態の液面検出装置１００Ｃを図６、図７に示す。第３実施形態の液面検出装置１００Ｃは、上記第１実施形態の液面検出装置１００Ａに対して、傾斜センサ１６０を追加すると共に、液面１２の傾斜を加味して故障有無の判定を行うようにしたものである。

傾斜センサ１６０は、液面１２に向けて超音波センサ１１０から発射された超音波の方向に直交する仮想面に対する相対的な液面１２の傾斜を検知するセンサである。傾斜センサ１６０は、本発明の傾斜検知部に対応する。傾斜センサ１６０は、例えば、燃料タンク１０の底面１３の近傍で、ケース１２０に隣接するように設けられている。図６に示すように、傾斜センサ１６０は、故障判定回路部１４４に接続されている。

例えば、坂道等で車両が水平面に対して傾斜した場合、燃料タンク１０の底面１３もそれに応じて傾斜し、これに伴って、垂直経路１３２も垂直方向に対して傾斜する形となる。よって、液面１２に向けて発射される超音波の方向（垂直経路１３２の方向）に直交する仮想面に対して、実際の液面１２は、相対的に傾斜する形となる。傾斜センサ１６０は、このときの液面１２の傾斜に相当する傾斜信号を、故障判定回路部１４４に出力するようになっている。

以下、本実施形態における故障有無判定の制御内容について、図７に示すフローチャート基づいて説明する。

そして、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２３で、基準波強度比Ａｒ≧要求基準波強度比Ａ０であり、且つ、液面波強度比Ｂｒ＜要求液面波強度比Ｂ０であると判定すると、ステップＳ１２３１に進む。上記の条件を満たす場合は、基準波は減衰しておらず、液面波は減衰していることを意味する。尚、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２３で否と判定すると、本制御を終了する。

ステップＳ１２３１では、故障判定回路部１４４は、傾斜センサ１６０による液面１２の傾斜信号を参照する。

そして、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２３２で、液面１２の傾斜が予め定めた所定傾斜以上であるか否かを判定する。所定傾斜とは、液面１２の傾斜に伴って、液面１２で反射して、垂直経路１３２（第２反射壁１３１ｂ）に帰るべき超音波が、垂直経路１３２の内壁に当たって減衰してしまい、超音波の伝播に影響が発生する場合の境界傾斜として、予め定めたものである。

故障判定回路部１４４は、ステップＳ１２３２で、肯定判定すると、本制御を終了し、一方、否定判定すると、ステップＳ１３３へ進む。ステップＳ１３３では、故障判定回路部１４４は、第２反射壁１３１ｂ、および垂直経路１３２の少なくとも１つに故障有りと判定する。

即ち、燃料１１の液面１２が仮想面に対して傾斜すると、超音波は、傾斜に伴う入射角と同等の反射角をもって、液面１２で反射してしまうため、超音波センサ１１０へ帰る超音波は減衰する。よって、傾斜センサ１６０によって検出された液面１２の傾斜が、所定傾斜より小さいときであると、液面１２の傾斜に伴う超音波の減衰は発生しにくい。

このような条件下においては、故障判定回路部１４４は、第１強度比Ａｒが第１所定値Ａ０より大きく、且つ、第２強度比Ｂｒが第２所定値Ｂ０より小さいと、液面１２の傾斜による減衰の要因がないのにもかかわらず、液面波は減衰していると見ることができる。そして、故障判定回路部１４４は、第２反射壁１３１ｂ、および垂直経路１３２の少なくとも１つに故障が有ると判定することが可能となる。

よって、故障判定回路部１４４は、ステップＳ１３３において、故障有りの判定をすると、上記第１実施形態と同様に、例えば、液面検出装置１００Ｃの不具合を示すウォーニングランプ等を点灯させる指示を出力して、ユーザにいち早く知らせるようにする。

逆に、液面１２の傾斜が所定傾斜よりも大きいときであると（ステップＳ１２３２でＹｅｓ）、超音波は液面１２での反射に伴う減衰を受けるので、正常な減衰と捉えて、第２反射壁１３１ｂ、あるいは垂直経路１３２には特に故障は無いと判定することができる。

本実施形態では、傾斜検知部としての傾斜センサ１６０を燃料タンク１０の内部に設けるものとして説明したが、これに限定されることなく、燃料タンク１０の外部、あるいは車両の所定部位等の他の部位に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、傾斜検知部として、傾斜センサ１６０を用いるものとしたが、これに限定されるものではない。

例えば、傾斜検知部として振動センサ（Ｇセンサ）を用いて、車両走行時の振動の方向、大きさに対して、予め燃料タンク１０内の液面１２の変化の様子を把握しておくことで、液面１２の傾斜を検知することが可能となる。

また、傾斜検知部として、車速センサ、および操舵角センサを用いて、予め車両走行時の急発進、急停車、および右左折時の燃料タンク１０内の液面１２の変化の様子を把握しておくことで、液面１２の傾斜を検知することが可能となる。

更に、ナビゲーションシステムを搭載している車両であれば、地図データにおける走行路の勾配データをもとに、車両の傾斜を把握することで、液面１２の傾斜を検知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１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃとして、燃料タンク１０内の燃料１１の液面１２の位置を検出するものとして説明したが、燃料１１に限らず、その他、ウォシャ液、冷却液、ブレーキオイル、あるいは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。

１０燃料タンク（タンク）
１１燃料（液体）
１２液面
１３底面（底部）
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ液面検出装置
１１０超音波センサ
１３１ａ第１反射壁
１３１ｂ第２反射壁
１４１駆動回路部
１４２受信回路部
１４３演算回路部
１４４故障判定回路部
１５０燃料温度センサ（温度センサ）
１６０傾斜センサ（傾斜検知部）
Ｖ駆動電圧（駆動信号）
Ａｒ基準波強度比（第１強度比）
Ｂｒ液面波強度比（第２強度比）
Ａ０要求基準波強度比（第１所定値）
Ｂ０要求液面波強度比（第２所定値）
Ｌ０基準距離（所定距離）

Claims

液体（１１）を貯蔵するタンク（１０）内の底部（１３）に配置されて、超音波を発射すると共に、反射波を受信する超音波センサ（１１０）と、
前記超音波センサに対して、前記超音波を発射させるための駆動信号（Ｖ）を与える駆動回路部（１４１）と、
前記超音波センサから所定距離（Ｌ０）離れた位置に設けられて、発射された前記超音波を前記超音波センサに反射させる第１反射壁（１３１ａ）と、
前記超音波センサから発射された前記超音波を前記液体の液面（１２）に反射させる第２反射壁（１３１ｂ）と、
前記超音波センサで受信された反射波信号のうち、前記第１反射壁で反射された第１反射波信号と、前記第２反射壁を介して前記液面で反射された第２反射波信号とを検出する受信回路部（１４２）と、
前記所定距離、前記受信回路部の前記第１反射波信号、および前記第２反射波信号を用いて、前記液面の位置を演算する演算回路部（１４３）と、を備える液面検出装置において、
前記駆動信号に対する前記第１反射波信号の強度比である第１強度比（Ａｒ）、および前記駆動信号に対する前記第２反射波信号の強度比である第２強度比（Ｂｒ）を算出すると共に、予め定めた第１所定値（Ａ０）と前記第１強度比との比較、および予め定めた第２所定値（Ｂ０）と前記第２強度比との比較を行うことで、前記第１反射壁、前記第２反射壁、および前記超音波センサの少なくとも１つの故障の有無を判定する故障判定回路部（１４４）を備える液面検出装置。
前記液体の温度を検知する温度センサ（１５０）を備え、
前記故障判定回路部は、前記第１強度比が前記第１所定値より小さく、且つ、前記第２強度比が前記第２所定値より小さく、更に前記温度センサによって検知された前記液体の温度が予め定めた所定温度より高いときに、前記第１反射壁、前記第２反射壁、および前記超音波センサの少なくとも１つに故障有りと判定する請求項１に記載の液面検出装置。
前記液面に向けて前記超音波センサから発射された前記超音波の方向に直交する仮想面に対する相対的な前記液面の傾斜を検知する傾斜検知部（１６０）を備え、
前記故障判定回路部は、前記第１強度比が前記第１所定値より大きく、且つ、前記第２強度比が前記第２所定値より小さく、更に前記傾斜検知部によって検出された前記液面の傾斜が予め定めた所定傾斜より小さいときに、前記第２反射壁に故障有りと判定する請求項１に記載の液面検出装置。