JPH038486B2 - - 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
高を測定する装置に関する。

車高は車種判別のための重要なフアクタの１つ
であり、車高の測定は通常は、車両の通過検知、
車種判別等の機能をもつ車両感知装置で行なわれ
ている。従来の超音波を用いた車両感知装置は、
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を判定していた。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、車両検知にもとづいて、車両速度度、車高な
どを測定する場合には大きな測定誤差が現われ
る。

発明の要点 この発明の目的は、正確な車高測定が可能な装
置を提供することにある。

この発明による車高測定装置は、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、路面および車両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
てそれらの位相差を検出する手段、およびこの位
相差にもとづいて車高を演算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、車両を感知するために超
音波が連続的に送波され、路面または車両からの
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。車高は、超音波送波後、車両からの反
射波を受波するまでの時間にもとづいて測定され
る。車両に関する情報が連続的に得られ、それは
車両に関する正確な情報を表わしているから、車
両の正確な車高の計測が可能となる。

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（車両の屋根）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の屋根との間の距離をｈと
すると、次式が成立する。

td＝2H／Vs ……(1) tv＝2h／Vs ……(2) 車高Hcは、Hc＝Ｈ−ｈで与えられるから、第
(2)式を用いて、車高Hcは次式より求めることが
できる。

Hc＝Ｈ−（tv×Vs）／２ ……(3) 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
面形状も判定できることが理解できよう。

第３図は車両感知装置のうちの車高を得るため
の電気回路を、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
増幅されかつパルス状信号に変換されたのち、信
号ｅとして位相比較回路２２に入力する。一方超
音波送波信号ｃは、シフト・レジスタ２５にも入
力している。シフト・レジスタ２５は、入力信号
ｃを所定時間ｔだけ遅延させかつパルス状信号に
変換して出力するもので、たとえば電荷結合素子
CCDから構成されている。このシフト・レジス
タ２５のクロツク信号として電圧制御発振回路２
４の出力が用いられている。電圧制御発振回路の
出力信号の周期（クロツク周期）をτ、シフト・
レジスタの段数をＮとすると、遅延時間ｔは、ｔ
＝τ×Ｎで与えられる。このようにして遅延され
た送波信号ｄもまた位相比較回路２２に入力す
る。

位相比較回路２２は、受波信号ｅの位相と遅延
された送波信号ｄ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の出力は電圧制御
発振回路２４の発振周波数を制御する。たとえ
ば、受波信号ｅの周波数が高くなると位相比較回
路２２の出力は正となり、電圧制御発振回路２４
の発振周波数も高くなる。この周波数が高く
なるとクロツク周期τは短くなり、遅延時間ｔは
減少する。遅延時間ｔが短くなるとシフト・レジ
スタ２５の出力信号ｄの周波数は高くなり（変調
信号ｂが上昇している場合）、受波信号ｅと位相
が一致するようになる。このようにして、位相比
較回路２２、低域通過フイルタ２３、電圧制御発
振回路２４およびシフト・レジスタ２５は、シフ
ト・レジスタ２５の出力信号の位相が受波信号ｅ
の位相に一致するように働く。

したがつてシフト・レジスタ２５の遅延時間ｔ
は、超音波を送波した時点からその反射波を受波
するまでの時間（第２図に示す波形の位相差、す
なわちtdやtvなど）を表わすことになる。上述の
ように、クロツク周期τと遅延時間ｔとはｔ＝τ
×Ｎで関係づけられているので、電圧制御発振回
路２４の出力信号の周波数（＝１／τ）はこの
着延時間ｔを表わしていることになる。車両CA
を検知したときの周波数をvで表わすと、第
(3)式を用いて車高Hcは次式で与えられる。

Hc＝Ｈ−（Ｎ×Vs）／（v×２） ……(4) 第５図は第４式にもとづいて車高を演算する回
路の一例を示している。電圧制御発振回路２４の
出力パルス信号（周波数）は、Ｎ×Vs進リン
グ・カウンタ３１に入力する。このカウンタ３１
は入力パルスをＮ×Vs個計数するごとにカウン
ト・アツプ信号を出力する。すなわち、カウンタ
３１は／（Ｎ×Vs）の演算を行なう。周期カ
ウンタ３２には一定周期のクロツク・パルスが入
力している。そして、カウンタ３１のカウント・
アツプ信号の入力ごとにリセツトされ零からクロ
ツク・パルスの計数を開始する。カウント・アツ
プ信号が入力したときのカウンタ３２の計数値は
（Ｎ×Vs）／を表わし、これは演算回路３３に
送られる。演算回路３３は、カウンタ３１からカ
ウント・アツプ信号が入力するごとに周期カウン
タ３２の計数値をを読込み、第(4)式の演算を行な
い、車高Hcを表わす信号を出力する。

第(4)式の演算はもちろん、マイクロプロセツサ
を用いて行なうこともできる。

上述の説明では車両検知の有無にかかわらず常
に第５図の回路が所定の演算を行なうようになつ
ている。したがつて、演算回路３３の出力は、車
両Hcのみならず路面に関するデータ（車高０）
を表わすときもある。しかしながら、演算回路３
３の出力が零の場合には車両が存在しないことは
明らかであるから、零以外のデータまたはあるス
レシホールド・レベル以上のデータのみを、記録
するようにすることは容易に可能である。この発
明においては、超音波が連続的に送波されている
ので、電圧制御発振回路２４からはその出力が連
続的に発生している。したがつて、カウンタ３１
のカウント・アツプごとに車高データが得られ、
一台の車両について多数の車高データが得られ
る。これらのデータのうちの最大値のものを見付
け出してこれを最終的に車高と判定すればよい。

車両を別途検知して、車両を検知しているとき
のみ車高データを収集するようにすることが好ま
しい。車両の検知は次のようにすることにより容
易に実現可能である。受波信号ｅをFM復調回路
で復調し、受波信号の周波数に比例した電圧信号
を得る。この復調信号を便宜的にｇと表現する。

一方、積分回路１２の出力信号ｂを遅延回路に
おいて、上述の時間tdだけ遅延させる。この遅延
された信号（便宜的にｈと表現する）と復調され
た信号ｇとを差動増幅回路に入力し、それらの耳
信号（これを便宜的にｉとする）を得る。この信
号ｉは、超音波送波から受波までの時間を表わし
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ｇとｈとは同形となり、差信号ｉ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ｉの波形は車両CAの縦断面形状と相似
形を示す。信号ｉを比較回路において適当なスレ
シホールド・レベルで弁別することにより、車両
の存在を表わす検知信号を得ことができる。

【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、車両感知装置のうち
の車高を表わす信号を得るための電気回路を示す
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図は車高演算回路
の一例を示すブロツク図である。 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、２２……
位相比較回路、２３……低域通過フイルタ、２５
……シフト・レジスタ、３１……リング・カウン
タ、３２……周期カウンタ、３３……演算回路。

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、路面および車両からの反
   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
   それらの位相差を検出する手段、および この位相差にもとづいて車高を演算する手段、 を備えた車高測定装置。