JP3866609B2

JP3866609B2 - 車両検知装置

Info

Publication number: JP3866609B2
Application number: JP2002116416A
Authority: JP
Inventors: 幸雄池田; 秀一砂原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP2003308592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両による磁気の変化から車両を検知する車両検知装置に係り、特に、対象とする道路を通行する車両を選択的に検知できる車両検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路上のある地点で地磁気を計測した場合、時間的に一定なある値が得られる。道路上を磁性体の塊である車両が通行する場合には、その磁性体に磁気が集中するため計測される磁気の強度が時間的に変化する。また、磁性体が磁化している場合には、その磁化の方向と地磁気の方向とが等しい場合には強め合い、反対の場合には弱め合うため、計測される磁気の強度がより大きく変化する。このような磁界感応型の車両検知装置として、例えば、特開平６−３２５２８８号公報に記載の発明がある。この発明では、車両が磁気センサの設置点を通過していくと、磁気センサの出力が変化する。この時の磁気センサの出力波形を捉えて車両が通過したことを検知する。２つの磁気センサが道路に沿って間隔をおいて設置されているので、１台の車両の通過に対して２つの磁気センサから時間差のある車両検知信号が生じる。このようにして、道路上を走行する車両の台数と速度とを得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の問題点は以下のとおりである。
【０００４】
走行車線の地中または橋梁裏側に磁気センサを設置し、その直上を通過した車両を検知しようとしたとする。車線が上下に（立体的に）輻輳しているときに、輻輳した車線（対象とする道路の上または下に位置する道路）を大きく磁化された車両や鋼材を搭載した車両が走行すると、これらの車両が引き起こす磁気変化が大きいため、この磁気変化が磁気センサに検知され、対象とする道路を車両が通過したと誤判断してしまうことがある。この場合、実際の通行量よりも多くの通行量がカウントされてしまう。即ち、従来技術は、道路が輻輳していると、車両を検知する精度が低いという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、対象とする道路を通行する車両を選択的に検知できる車両検知装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、車両による磁気の変化から道路を通行する車両を検知する車両検知装置において、道路の長手方向の２箇所に設置した２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の差分信号を演算する演算装置と、前記差分信号またはその微分信号が予め設定された閾値を超えたとき前記２つの磁気センサの出力信号が対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表していると判定する判定装置とを備えたものである。
また、車両による磁気の変化から道路を通行する車両を検知する車両検知装置において、道路の長手方向の２箇所に設置した２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の位相差（ここで位相差は、車両による磁気の変化を検知した磁気センサの出力信号の波形の時間をｔ、同位相点が両波形に表われるために要した時間（車両が２つの磁気センサ間を通過するのに要した時間）をΔｔとしたとき、Δｔ／ｔを意味する）を演算する演算装置と、前記位相差が予め設定された閾値を超えたとき前記２つの磁気センサの出力信号が対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表していると判定する判定装置とを備えたものである。
【０００７】
前記判定装置は、前記２つの磁気センサの出力信号の時間差を求め、この時間差と前記２つの磁気センサの設置間隔とから車両の速度を演算してもよい。
【０００８】
前記判定装置は、前記演算した車両の速度に応じて前記閾値を変化させてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１に示されるように、本発明に係る車両検知装置は、道路の長手方向の２箇所に設置した２つの磁気センサ１ａ，１ｂと、これら２つの磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差分信号Ｖ₁ −Ｖ₂ または位相差Δｔ／ｔを演算する演算装置２と、前記差分信号またはその微分信号または前記位相差が予め設定された閾値を超えたとき前記２つの磁気センサの出力信号が対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表していると判定する判定装置３とを備える。位相差Δｔ／ｔの定義、演算装置２の演算内容は後述する。判定装置３は、対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表している出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ に対応させてパルス信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ を発生するようになっている。
【００１１】
図２に示されるように、車線が上下に輻輳している場所を例にとる。ある車線（ここでは下の道路）に磁気センサ１ａ，１ｂを設置したとする。設置する位置は、地上の道路であれば道路地中、高架橋・橋梁部であれば橋梁裏側である。以下、道路といえば橋梁も含むものとする。４ａは、対象とする道路を通行する車両であり、４ｂは、対象としない上の道路を通行する車両である。
【００１２】
以下、本発明に係る車両検知装置の原理を説明する。
【００１３】
車両は、磁性体の塊であり、その構造上、前後方向に磁化している場合が多い。また、磁化していない場合であっても、磁性体に磁気が集中するため、等価的に磁化している場合と同等の影響を周囲磁気に与える。なお、磁化の強さは、車両の磁性体含有量や磁化の履歴により、車両の寸法や車種によらない。
【００１４】
車両が磁化した場合の磁気分布の一例を図３に示す。正面図に見られるように、車両４の中心部（磁気中心）から放射状に磁力線１０が分布している。また、側面図に見られるように、磁力線１０は、車両４の前部から車両の上部及び下部（道路中）を通って車両４の後部に入る。１１は、このような磁力線１０を生じる仮想磁石である。このように、車両４による磁気を仮想磁石１１による磁気として考察することができる。磁気センサ１は車両４の中心部の下に設置されているものとする。車両４の磁気に基づく、磁気センサ１が設置された地点における磁気の強さは以下で与えられる。
【００１５】
磁石（仮想磁石）の磁化の強さをｍとすると、磁気センサ１が設置されたＰ点における磁化の強さ（磁石のＮ極による磁化の強さＨｎ、Ｓ極による磁化の強さＨｓ）は、次の式で与えられる。ここでは、車両の前方がＳ極、後方がＮ極とする。
【００１６】
【数１】

【００１７】
図４に、これらのパラメータの関係を示す。この図では、車両の前後方向（道路長手方向）をＸ、左右方向をＹ、上下方向をＺとする。Ｐ点におけるＺ方向の磁界Ｈｚは、次のようになる。
【００１８】
【数２】

【００１９】
通常、磁気センサ１は地表から０．５ｍ程度の深さの位置に設置される。また、車両の磁気中心は地表から０．５ｍないし１０ｍ程度の高さの位置にある。
【００２０】
ここで、図２の例について考察する。磁気センサ１ａ，１ｂの埋設深さを地表から０．５ｍ、２つの磁気センサ１ａ，１ｂの道路長手方向の設置間隔を５．５ｍ、車両の磁気中心の高さを地表から０．５ｍとし、車両４ａが一定速度で走行したとする。このときの両磁気センサ１ａ，１ｂの出力の時間変化は、図５の（１）、（２）に示されるように、両磁気センサ１ａ，１ｂの設置位置が車両の進行方向においてずれがあるため、２つの出力波形は互いに時間的にシフトした関係になる。なお、各磁気センサ出力は、各々の最大値で規格化してある。
【００２１】
次に、上の道路を車両４ｂが一定速度で走行したとする。磁気センサ１ａ，１ｂと車両４ｂとの離隔距離は１０ｍ以上になっている。なお、ここでは上下の道路間隔を１５ｍとする。他の条件は、車両４ａの場合と同じとする。このときの両磁気センサ１ａ，１ｂの出力の時間変化は、図５の（５）、（６）に示されるように、車両４ａの場合と同じように互いに時間的にシフトした関係になる。しかし、（１）、（２）と（５）、（６）とを比較すると、出力波形の形状が異なっている。車両４ａの場合は、最初の立ち下がりから最後の立ち下がりまでの時間ｔが短く、車両４ｂの場合は、時間ｔが長い。このように、車両と磁気センサとの距離が長くなると、車両により磁気の変化が及ぶ時間的範囲が大きくなる。車両による磁気の大きさは、式（１）から明らかなように、距離の二乗に反比例するため、磁気センサに与える影響（Ｐ点における磁化の強さ）は小さくなり、通常車両ではその影響は見えない。しかし、何らかの原因により車両が強く磁化されている場合には、車両と磁気センサとの距離が長くても、磁化の強さｍが大きいため、その影響は無視できなくなる。
【００２２】
図５の（１）と（５）、又は（２）と（６）の比較から明らかなように、磁気センサの出力は、車両と磁気センサとの距離が長くなるにつれて、時間ｔが長くなる。従って、車両と磁気センサとの距離が２つの磁気センサ相互の設置間隔よりも十分に大きい場合には、磁気センサ１ａの出力と磁気センサ１ｂの出力との波形の位相差が小さくなる。ここで、位相差は、車両による波形の時間をｔとし、同位相点が両波形に表われるために要した時間（車両が２つの磁気センサ間を通過するのに要した時間）をΔｔとすると、Δｔ／ｔにより得ることができる。また、図５の（３）、（７）に示すように、両磁気センサ１ａ，１ｂの出力の差分をとった場合には、車両と磁気センサとの距離が長くなるにつれて、位相差Δｔ／ｔが小さくなるため、差分値が小さくなる。
【００２３】
さらに、その差分波形の微分をとると、図５の（４）、（８）に示すように、車両と磁気センサとの距離が長くなるにつれて、差分波形の変化が緩やかになるため、微分値が小さくなる。
【００２４】
以上のことから、２つの磁気センサの出力信号の位相差または差分、もしくはその差分の微分の信号を予め定めた閾値と比較し、その信号が閾値より小さい場合には、その磁気センサの出力信号は、直近の車両に起因するものではないと判断することができる。
【００２５】
次に、図１、図２および図６を用いて本発明に係る車両検知装置の動作を説明する。ここでは、まず磁気センサ直近の車線（対象とする道路）を車両４ａが走行し、続いて、輻輳した車線（対象としない道路）を車両４ｂが走行したものとする。
【００２６】
磁気センサ１ａ，１ｂは、それぞれの車両４ａ，４ｂによる磁気変動を感知し、信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ を出力する。演算装置２においては、信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ をもとに位相差Δｔ／ｔを演算し、出力する。判定装置３では、信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ を位相差Δｔ／ｔが得られるまで保持し、位相差Δｔ／ｔと閾値との比較により車両が通過した道路を判別し、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ のうち対象とする道路を走行した車両による信号のみに基づいてパルス状の車両検知信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ を出力する。車両検知信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、それぞれ磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の変化に時間的に対応して出力されるので、車両検知信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ 相互間の時間間隔は、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の立ち上がり、立ち下がり、或いはピーク相互間の時間間隔を保存している。
【００２７】
従って、図６の（１）、（２）に示されるように、磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ は、まず、対象とする道路を走行した車両４ａにより波形時間ｔ（ここでは最初の立ち上がりから次の立ち上がりまで）が短い変化波形が得られ、続いて、遠方を走行した車両４ｂにより波形時間ｔが長い変化波形が得られる。それぞれの変化波形について位相差Δｔ／ｔを求めると、図６の（３）に示されるように、はじめに値の大きい位相差信号が得られ、次いで値の小さい位相差信号が得られる。はじめの位相差信号は閾値より大きく、次の位相差信号は閾値より小さい。よって、判定装置３からの車両検知信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、図６の（４）、（５）に示されるように、車両４ａの通過にのみ対応して得られる。
【００２８】
なお、ここでは位相差Δｔ／ｔによる判定を行ったが、差分或いは微分の信号による判定も有効であることは勿論である。
【００２９】
次に、車両速度を演算する実施形態を説明する。
【００３０】
図７に示した車両検知装置では、判定装置３は、図１で説明した機能に加え、２つの磁気センサ１ａ，１ｂの出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の変化点の時間差、或いは車両検知信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の時間差を求め、この時間差と２つの磁気センサ１ａ，１ｂの設置間隔とから対象とする道路を通過した車両４ａの速度ｖを演算する。
【００３１】
さらに、図８に示した車両検知装置では、車両４ａの速度ｖを演算するだけでなく、その速度ｖの値をフィードバックさせて閾値を変化させる。これにより、車両の速度変化に対応させることができる。即ち、車両４ａ，４ｂの速度が速くなると、図５で説明した波形時間ｔが短くなり、その結果、相対的に差分或いは微分が大きくなるので、この対策として閾値を大きくする。逆に、車両４ａ，４ｂの速度が遅くなると、波形時間ｔが長くなって相対的に差分或いは微分が小さくなるので、その対策として閾値を小さくする。
【００３２】
以上の説明では、互いに輻輳した２つの車線のうち下の車線を対象として磁気センサ１ａ，１ｂを設置したが、輻輳する車線数や磁気センサを設置する車線をこれに限定するものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３４】
（１）磁気変化により車両の通過を判断する場合に、遠方の車線を走行する車両の影響による磁気変化を誤検出する確率が低減し、直近の車線を走行する車両のみを検知する高精度な車両検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の回路図である。
【図２】本発明の車両検知装置を設置した道路とこれに輻輳する道路とを示した側面図である。
【図３】車両における磁気分布図である。左は正面図、右は側面図である。
【図４】車両による磁気センサ設置点の磁界に関係するパラメータの図である。左は正面図、右は側面図である。
【図５】本発明の車両検知装置の原理説明のための各部信号の時間波形図である。（１）は車両４ａに対する磁気センサ１ａの出力、（２）は車両４ａに対する磁気センサ１ｂの出力、（３）は両磁気センサ１ａ，１ｂの出力の差分、（４）はその差分の微分、（５）は車両４ｂに対する磁気センサ１ａの出力、（６）は車両４ｂに対する磁気センサ１ｂの出力、（７）は両磁気センサ１ａ，１ｂの出力の差分、（８）はその差分の微分であり、各横軸は時間である。
【図６】本発明の車両検知装置の動作説明のための各部信号の時間波形図である。（１）は磁気センサ１ａの出力、（２）は磁気センサ１ｂの出力、（３）は位相差Δｔ／ｔ、（４）は判定装置３が出力する車両検知信号Ｉ₁ 、（５）は判定装置３が出力する車両検知信号Ｉ₂ である。
【図７】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の回路図である。
【図８】本発明の一実施形態を示す車両検知装置の回路図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ磁気センサ
２演算装置
３判定装置
４，４ａ，４ｂ車両

Claims

車両による磁気の変化から道路を通行する車両を検知する車両検知装置において、道路の長手方向の２箇所に設置した２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の差分信号を演算する演算装置と、前記差分信号またはその微分信号が予め設定された閾値を超えたとき前記２つの磁気センサの出力信号が対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表していると判定する判定装置とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
車両による磁気の変化から道路を通行する車両を検知する車両検知装置において、道路の長手方向の２箇所に設置した２つの磁気センサと、これら２つの磁気センサの出力信号の位相差（ここで位相差は、車両による磁気の変化を検知した磁気センサの出力信号の波形の時間をｔ、同位相点が両波形に表われるために要した時間（車両が２つの磁気センサ間を通過するのに要した時間）をΔｔとしたとき、Δｔ／ｔを意味する）を演算する演算装置と、前記位相差が予め設定された閾値を超えたとき前記２つの磁気センサの出力信号が対象とする道路を通行する車両による磁気変化を表していると判定する判定装置とを備えたことを特徴とする車両検知装置。
前記判定装置は、前記２つの磁気センサの出力信号の時間差を求め、この時間差と前記２つの磁気センサの設置間隔とから車両の速度を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の車両検知装置。
前記判定装置は、前記演算した車両の速度に応じて前記閾値を変化させることを特徴とする請求項３記載の車両検知装置。