アプリケーションノート自動駐車をアシストする超音波センサシステム

自動運転の実用化・普及に向けて様々なセンシング機能、コミュニケーション機能が進化を続けています。超音波パーキングアシストは、自動運転、自動駐車機能のために、重要なセンサーとなります。欧州においては、自動運転の議論が活発になる前から、超音波パーキングセンサは長い間使われてきました。TDKでは、この超音波パーキングセンサ向けに、超音波センサディスクを長年供給しています。更に、超音波センサディスクとの共振回路に適した高温環境下で容量が減衰する(ZL特性)積層セラミックチップコンデンサ(MLCC)を新規開発致しました。本記事では超音波センサディスク, ZL特性　MLCCの2部品をピックアップして紹介します。

超音波パーキングアシストについて

交通事故による死傷者の低減やモビリティサービスの利便性の向上に向け、自動運転の実用化・ADAS機能普及が期待されています。ADASが搭載されている自動車にはカメラやミリ波レーダ、ライダー（LiDAR）、テレマティクス・コントロールユニット（TCU）といった新しいユニットが搭載されていく予定です。路上駐車や狭い道路の縦列駐車が主流である欧州では、ADAS機能普及以前より超音波パーキングアシストが従来より長い間使われてきました。
超音波センサは、超音波を発信し、障害物に当たって反射した波を受波機側で検知する事により、物体の有無を確認し障害物からの距離を測定するセンサです。従来は、車両が壁、他車両等の障害物への衝突をさけるため、運転者に警告音を発するシステムでありましたが、今後は、自動でステアリング制御などを行う自動パーキングシステムにも採用され用途が拡大しています。超音波パーキングアシストは、自動運転、自動パーキングシステムの中でも非常に重要な機能です。

図1　超音波パーキングアシスト　ブロック図 (アプリケーションガイドより抜粋)

超音波センサディスクについて

超音波パーキングアシストシステムには、対象物までの距離を検出・計測する超音波センサディスクが必要になります。ピエゾ素子の超音波センサディスクは、機械的な力により電極間に力に応じた起電力が発生する、一方、電極間に電圧を印加すればその大きさに応じて機械的変位が発生します。この起電力の大きさにより対象物の有無やセンサから対象物までの距離を検出・計測します。
TDKのピエゾ素子は超音波パーキングアシスト用途だけでなく、インジェクター用圧電デバイス向けなど、長年にわたり自動車分野での使用されています。そのため、高精度センシング、車載の過酷な環境に耐えられる長期信頼性が確立されており、顧客要求に基づいたカスタム設計が可能となっています。

超音波センサディスクの概要

  • 自動車のパークアシストシステムの実績
  • IATF16949適合製品
  • 正確なセンシングが可能
  • 長期間にわたって安定した性能
  • 非接触センシング
  • カスタマイズ対応可能
  • メタライゼーションのラップアラウンド

図2　超音波センサディスク
表1　超音波センサディスクの概要
厚み(Typ.) / mm 0.195～1.02
直径(Typ.) / mm 5～7
直列共振周波数 / kHz 285～2000
ラップアラウンド金属化 Possible
表2. 超音波センサディスクのラインナップ
品番 B59050Z0206A030 B59070Z0285D120
B59070Z0285D121
直径 / mm 5 7
厚み / mm 1.02 0.195
直列共振周波数 / kHz 2000 285
静電容量 / pF 300 2000
使用温度 範囲 / °C -40～160 -40～160

超音波パーキングアシスト用ZL特性MLCC

超音波センサディスクは静電容量成分を持っており、動作温度の変化によりこの静電容量が変化します。 この静電容量成分が変化することで、超音波センサー自体の共振周波数がずれ、測定距離あるいは測定精度に影響を及ぼします。 この問題を解決するために、超音波センサディスクの持つ静電容量変化を補うように、動作温度が上昇すると容量が減少する温度特性をもつのが、ZL特性コンデンサです。

図3. 製品図
表3.超音波パーキングアシスト用ZL特性MLCC
製品名 CGA4F3ZL2E122J CGA4F3ZL2E132J
静電容量 1200 pF ± 5% 1300 pF ± 5%
寸法 長さ(L) 2.00 ± 0.20 mm
幅(W) 1.25 ± 0.20 mm
厚み(T) 0.85 ± 0.15 mm
端子幅(B) 0.20 mm Min.
端子間隔(G) 0.50 mm Min.
温度特性: ZL -5350 ± 750ppm/℃ [ -40 ~ 20°C ]
-4500 ± 500ppm/℃ [ 20 ~ 85°C ]
定格電圧 250 VDC
誘電正接 (DF) 0.025 Max.
絶縁抵抗 (IR) 10000 MΩ Min.


Measuring condition
Capacitance, DF : 1kHz/ 1Vrms
Insulation Resistance : 250V / 60sec.

Capacitance-f characteristics
 
Temperature characteristics
|Z|, ESR-f characteristics
DC Bias characteristics
Permissible current (Reference)

まとめ

より安全で快適な自動運転・自動車社会実現のために、車にはカメラをはじめとした様々な新しいセンサ、無線通信機能が搭載されるようになります。新しいセンサだけでなく、従来から使われている超音波パーキングアシストもその機能を変えながら使われ続けます。TDKは、超音波パーキングアシスト向け部品として長い供給の実績がありますが、今後もこれまで磨いてきた技術を進化させながら自動車社会に貢献し続けて参ります。各製品の詳細データについては、本サイトProduct Centerよりご確認ください。製品の個別仕様等についてはお問い合わせください。

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