JPH038485B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、超音波を用いて通過する車両の車
高に関するデータを収集し、この車高データにも
とづいて車種を判別する装置に関する。

ここで車高とは、車両の最も高い一点の高さの
みならず、車両の縦断面形状の上縁における任意
の点の高さをいう。

従来の超音波を用いた車種判別装置は、路面上
方の所定高さ位置に設置された超音波送受波器を
含み、この超音波送受波器から一定周期で間欠的
にパルス状の超音波を路面に向けて送波し、路面
または車両で反射して戻つてくる超音波を受波
し、超音波が往復するのに要する時間を計測する
ことにより車両の有無の判定、車高の測定、車高
データにもとづく車種の判定を行なつていた。超
音波を間欠的に送波しているのは、送波超音波と
反射して戻つてくる超音波との混同を避けるため
であり、したがつて超音波送波後、反射して戻つ
てくる超音波の受波を待つて次の超音波が送波さ
れなければならなかつた。このため超音波送波周
期は比較的長い時間となり、車両の速度が速い場
合には正確な車両感知が期待できないという問題
があつた。たとえば、超音波送受波器が路面から
５ｍの高さ位置に設置されているとすると、音速
を340ｍ／ｓとすれば、超音波が路面との間を往
復するのに要する時間はおよそ30ｍｓである。車
両速度を100Km／ｈ、車長を４〜５ｍとすると、
この車両はおよそ150ｍｓで車両検知地点を通過
する。したがつて、超音波送波周期を30ｍｓとし
たとしても100Km／ｈで走行する車両に対しては
最大５点のサンプリングしか行なえないこととな
る。サンプリング・データがすべて有効であると
は限らないから、実際には有効データは３点程度
になるだろう。この程度のサンプリング点数で
は、部分的にしか車高を測定できないから、すな
わち車両の前、後部のみまたは車両の屋根のみの
車両データしか得られないから、正確な車種判別
は期待できないという問題がある。

発明の要点 この発明の目的は、高精度の車種判別が可能な
車種判別装置を提供することにある。

この発明による車種判別装置は、連続的に周波
数が変化させられた超音波信号を発生する手段、
路面上方に配置されこの超音波信号によつて連続
的に駆動される超音波送波器、路面上方に配置さ
れ、車両および路面からの反射波を受波する超音
波受波器、超音波受波器の出力信号を周波数復調
し、周波数の変化分を表わす信号を取出す手段、
送波超音波の周波数変化分を表わす信号と受波超
音波の周波数変化分を表わす信号とを比較して車
高を表わす信号を生成する手段、および車高を表
わす信号のサンプリング・データと、あらかじめ
設定されている複数の車種についての車高パター
ンとを比較して車種を判定する手段、を備えてい
ることを特徴とする。

この発明においては、車両の車高データを収集
するために超音波が連続的に送波され、路面、車
両などからの反射超音波が連続的に受波されてい
る。超音波の連続送波、受波は、超音波の周波数
を連続的にたとえば一定周期で変化させることに
より可能となつている。車高に関する正確な情報
が連続的に得られるので車高に関する情報は豊富
であり、したがつて正確な車種判定が可能とな
る。

この発明の他の特徴および詳しい構成は、以下
の図面を参照した実施例の説明において明らかに
なるだろう。

実施例の説明 第１図に、超音波送波器および受波器の配置が
示されている。路面Ｌ上方の所定高さＨに、超音
波送波器１および超音波受波器２が設けられ、か
つ適当な支持部材に固定されている。送波器１か
らは超音波が路面Ｌに向けて送波され、受波器２
は路面Ｌまたは車両CAで反射して戻つてくる超
音波を受波する。送波される超音波の周波数は、
第２図に実線で示すように、一定周期Ｔで連続的
に変化している。この実施例では、周波数の変化
は時間に関して三角波であるが、他の任意の波形
を採用することができる。たとえば、周波数が下
限周波数から単調に増大し、上限周波数に達した
のち急激に下限周波数になり、再び単調に増大し
ていくという変化を一定周期で繰返す鋸歯状波状
とすると、単調に増大する周波数の変化のみを考
慮すればよいから信号処理が簡便になる。周波数
の変化周期Ｔは、超音波が送、受波器１および２
と路面Ｌとの間を往復するのに要する時間、たと
えば30ｍｓ以上であることが好ましい。超音波周
波数の上限と下限との間の巾は広い方が望ましい
が、現在では、22〜30KHz程度の帯域巾にわたつ
てほぼ一定の振幅（感度）で超音波を発生する
（検知する）超音波振動子がある。

第２図において、破線で示されている波形は受
波器２で受波された超音波信号の周波数の変化を
示している。路面Ｌからの反射波は、超音波送波
後、時間tdが経過したときに受波される。これに
対して、車両CAからの反射波は時間tv（＜td）後
に受波される。音速をVs、送、受波器１，２と
車両CAとの間の距離をｈとすると、次式が成立
する。

td＝2H／Vs ……(1) tv＝2h／Vs ……(2) 第２図に示す送波および受波の波形を比較する
ことにより、車両CAの有無および車両CAの縦断
面形状が判定できることが理解できよう。

車高Hcは、車両CAの縦断面形状の上縁上の点
の高さであるから、Hc＝Ｈ−ｈより、第(1)式お
よび第(2)式を用いて次式で表わされる。

Hc＝Ｈ−（tv×Vs）／２ ＝（td−tv）×Vs／２ ……(3) 第３図は車種判別装置の電気的な構成を、第４
図はこの電気回路の各ブロツクの出力信号波形を
それぞれ示している。

クロツク信号発生回路１１は一定周期Ｔの方形
波信号ａを出力し、この信号ａは積分回路１２で
三角波信号ｂに変換される。この信号ｂは電圧制
御発振回路１３に入力する。電圧制御発振回路１
３は、入力電圧に比例した周波数の信号を出力す
る電圧／周波数変換機能をもつ。発振回路１３の
出力信号ｃは電力増幅回路１４に送られ、この増
幅回路１４によつて超音波送波器１が駆動され
る。このようにして、一定周期Ｔで周波数が連続
的に変化するすなわち周波数変調された超音波が
送波器１から路面Ｌに向けて送波される。

路面Ｌまたは車両CAで反射し、受波器２によ
つて受波された超音波信号は電圧増幅回路２１で
増幅されたのち、位相比較回路２２に入力する。
この位相比較回路２２は、電圧制御発振回路２４
の出力信号の位相と受波信号の位相とを比較し、
これらの位相差に応じた電圧信号を出力する。こ
の位相差成分は低域通過フイルタ２３に送られそ
の高周波成分が除去される。フイルタ２３の出力
ｄは電圧制御発振回路２４の発振周波数を制御す
る。電圧制御発振回路２４、位相比較回路２２お
よび低域通過フイルタ２３は、フエイズ・ロツク
ド・ループ（PLL）を構成し、このPLLはここ
ではFM復調回路として用いられている。このよ
うにして、受波信号の周波数に比例した電圧信号
ｄが得られる。

積分回路１２の出力信号ｂは遅延回路１５にお
いて、上述の時間tdだけ遅延される。この遅延さ
れた信号ｅと復調された信号ｄとが差動増幅回路
２５に入力し、それらの差信号ｇが得られる。こ
の信号ｇは、車高Hcを表わしている。遅延時間
tdは、送、受波器１，２と路面Ｌとの間の距離Ｈ
を超音波が往復するのに要する時間であるから、
車両が存在しない場合には両信号ｄとｅとは同形
となり、差信号ｇは零を表わすことになる。とこ
ろが車両CAが存在する場合には、信号ｇの波形
は車両CAの縦断面形状と相似形を示す。信号ｇ
が比較回路２６において適当なスレシホールド・
レベルShで弁別されることにより、車両の存在
を表わす検知信号ｉが得られ、この車両検知信号
ｉはマイクロプロセツサ（MPU）３０に入力す
る。

音速Vsは温度によつて変化し、時間tdもそれ
に応じて変化する。周囲温度の変化による誤動作
を防止するために、遅延回路１５の遅延時間tdの
温度補償を行なうようにすることが好ましい。し
かしながら、スレシホールド・レベルShを温度
変化による信号ｇのレベル変動を考慮して選定す
れば、必ずしも温度補償回路は必要ではない。

車高ｃを表わす信号ｇはANDゲート２７にも
送られる。このゲート回路２７は車両検知信号ｉ
によつてそのゲートが開かれる。したがつて信号
ｇは車両が検知されたときにサンプル・ホールド
回路２８に入力する。サンプル・ホールド回路２
８は、入力信号ｇをサンプリング周期ｔでサンプ
リングしかつそれを次のサンプリングまで保持す
る。サンプリングされた信号ｇはアナログ／デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換回路２９でデジタル信号に変
換されたのちMPU３０によつて読込まれる。

MPU３０は車両判別処理を行なうもので、そ
の実行プログラムおよび複数の車種についてその
車高標準パターンをストアしたROM３１、およ
び各種データをストアするためのRAM３２を備
えている。

ROM３１内のパターン・エリヤにストアされ
ている車高標準パターンの例が第５図に示されて
いる。Ａは乗用車の車高標準パターン、Ｂはトラ
ツクの車高標準パターンである。この実施例では
これらの標準パターンは正規化されている。すな
わち、車両はそれぞれ異なる車長を有しており、
とりわけ車長のばらつきは異なる車種間において
著しい。しかしながら、すべての車種についての
車高標準パターンは、同数Ｍの車高データから構
成されている。そしてれらの車高データは各車種
ごとに等間隔にとられている。乗用車についての
車高標準パターンを構成する各車高データがスト
アされているアドレスをA₁，A₂，……，A_i、ト
ラツクについてのそれらをB₁，B₂，……，B_iと
する。

第６図は、Ａ／Ｄ変換回路２９からRAM３２
内に読込まれたサンプリング・データを示してい
る。サンプリング・データは、RAM３２内のデ
ータ・・エリヤに、そのサンプリング順（読込み
順）に順次ストアされる。各データのストアされ
ている記憶場所のアドレスがa₁，a₂，……，a_oで
表わされている。RAM３２内にはまた、第７図
に示すように、車種判別のための一致カウンタと
して用いられるエリヤがある。この実施例では、
車両は乗用車、トラツク、バスの３車種に分類さ
れ、各車種ごとに一致カウンタが設けられてい
る。

第８図は、MPU３０の動作を示している。車
両検知信号ｉが入力すると（ステツプ（41））、サ
ンプリング周期ｔを計時するためのMPU３０に
備えられたタイマ（図示略）が計時動作の開始の
ためにリセツトされ（ステツプ（42））、RAM３
２内のデータ・エリヤの先頭アドレスa₁がアドレ
ス・カウンタ（図示略）にセツトされる（ステツ
プ（43））。サンプリング周期ｔが経過すると（ス
テツプ（44））、上記のタイマが再びリセツトされ
る（ステツプ（45））。この後タイマは再び計時動
作を開始する。そして、Ａ／Ｄ変換回路２９から
車高データが続込まれ、データ・エリヤ内のアド
レス・カウンタによつてアドレスされる記憶場所
にストアされる（ステツプ（46））。次のサンプリ
ング・データをストアするためにアドレス・カウ
ンタの計数値に＋１され（ステツプ（47））、サン
プル数を計数するカウンタCNの計数値に＋１さ
れる（ステツプ（48））。上述のステツプ（44）〜
（48）の処理が時間ｔごとに繰返えされ、サンプ
リング・データが順次RAM３２内にストアさ
れ、かつサンプル数がカウンタCNによつて計数
されていく。車両検知信号ｉが停止すると車両が
通過したのであるから（ステツプ（49））、データ
収集動作は終了し、車種判別動作に進む。

サンプリングされた車高データと車高標準パタ
ーンとの比較を行なうために、サンプリング・デ
ータ数を標準パターンのデータ数Ｍと一致させる
必要がある。サンプリング・データ数を表わすカ
ウンタCNの最終的な計数値ｎがデータ数Ｍによ
つて除され、その商Ｋが求められる（ステツプ
（50））。この商Ｋはサンプリング・データを
RAM３２のデータ・エリヤから読出すためのア
ドレスの割当てに用いられる。まずデータ・エリ
ヤのためのアドレス・カウンタ（第１のカウン
タ）に先頭アドレスＫがセツトされ（ステツプ
（51））、ROMのパターン・エリヤのためのアド
レス・カウンタ（第２のカウンタ、このカウンタ
は車種ごとにある）に先頭アドレス（たとえば
A₁）がセツトされる（ステツプ（52））。これら
のカウンタによつてアドレスされるサンプリン
グ・データおよび標準パターンの車高データが読
出され、かつ比較される（ステツプ（53））。この
比較は、サンプリング・データとすべての車種の
標準パターンの車高データとの間で行なわれる。
そして、サンプリング・データと車高データとの
差が最も小さい車種の一致カウンタ（第７図）に
＋１される（ステツプ（54））。次のサンプリン
グ・データの読出しのために第１のカウンタに＋
Ｋされ（ステツプ（55））、次の標準車高データの
読出しのために第２のカウンタに＋１される（ス
テツプ（56））。そして、比較の終了したデータ数
を計数するためのカウンタCMに＋１される（ス
テツプ（57））。上述のステツプ（53）〜（57）の
処理は、各標準パターンのＭ個の車高データのす
べてについて比較が終了するまで続けられ、各比
較ごとに、読出されたサンプリング・データに最
も近い値の標準車高データをもつ車種の一致カウ
ンタに＋１されていく。そして、カウンタCMの
値がＭに達すると（ステツプ（58））、一致カウン
タの計数値が相互に比較され、計数値の最も大き
い一致カウンタの車種が通過した車両の車種であ
ると判定される（ステツプ（59））。

第８図においては、サンプリング周期ｔを
MPU３０においても計時しているが、各サンプ
リングごとにＡ／Ｄ変換回路２９からMPUに対
して割込信号を入力させ、この割込があつたとき
にＡ／Ｄ変換されたサンプリング・データを
MPU３０が読込むようにしてもよい。また上述
の車種判別処理では、サンプリング・データに最
も近い標準車高データの数によつて車種が判定さ
れているが、他の公知のパターン判別の手法を用
いることもできるのは言うまでもない。たとえ
ば、第９図に示すように、車高標準パターンとし
て車高データの許容範囲をあらかじめ定めてお
き、各サンプリング・データがこの範囲内に入る
かどうかを判定する。そして、許容範囲内に入る
サンプリング・データの数によつて、またはその
数が所定数よりりも多いかどうかによつて車種を
判定することもできる。さらに上記実施例におい
ては車長に関するデータが全く考慮されていない
が、通過する車両の車長も測定してこの車長デー
タも車種判別のための基礎とすると、一層精度の
高い車種判別が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波送、受波器の配置を示す図、
第２図は送波および受波の周波数の変化を示すタ
イム・チヤート、第３図は、車種判別装置の電気
的構成を示すブロツク図、第４図はこのブロツク
図の出力信号を示すタイム・チヤート、第５図は
車高標準パターンの一例を示す図、第６図はサン
プリング・データ・パターンを示す図、第７図は
一致カウンタを示す図、第８図はMPUの処理を
示すフロー・チヤート、第９図は車高標準パター
ンの他の例を示す図である。 １……超音波送波器、２……超音波受波器、１
１……クロツク信号発生回路、１２……積分回
路、１３，２４……電圧制御発振回路、１５……
遅延回路、２２……位相比較回路、２３……低域
通過フイルタ、２５……差動増幅回路、２６……
比較回路、２８……サンプル・ホールド回路、２
９……Ａ／Ｄ変換回路、３０……マイクロプロセ
ツサ（MPU）、３１……ROM、３２……RAM。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 連続的に周波数が変化させられた超音波信号
   を発生する手段、 路面上方に配置され、この超音波信号によつて
   連続的に駆動される超音波送波器、 路面上方に配置され、車両および路面からの反
   射波を受波する超音波受波器、 超音波受波器の出力信号を周波数復調し、周波
   数の変化分を表わす信号を取出す手段、 送波超音波の周波数変化分を表わす信号と受波
   超音波の周波数変化分を表わす信号とを比較して
   車高を表わす信号を生成する手段、および 車高を表わす信号のサンプリング・データと、
   あらかじめ設定されている複数の車種についての
   車高パターンとを比較して車種を判定する手段、 を備えた車種判別装置。