JPH039094Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、道路を通行する自動車・二輪車等の
車両を、超音波のドツプラ効果を利用して感知す
る超音波ドツプラ式車両感知器に関する。

従来の技術 交差点の通行権を時々刻々ドライバに配分する
信号機の１つとして、第７図に示す如き簡易半感
応信号機と呼ばれるものがある。この簡易半感応
信号機は、優先道路７１と交差する交差路７２
ａ，７２ｂの信号７３ａ，７３ｂを常時赤色現示
としておき、交差路７２ａ又は７２bbに通行車
両が来たときに超音波式車両感知器７４ａ又は７
４ｂで感知して交差路側の信号７３ａ，７３ｂを
青に、優先道路側の信号７５ａ，７５ｂを赤に変
えるものである。

従来より上述の簡易半感応信号機に使用する超
音波式車両感知器としては、第８図ａ，ｂに示す
ように、超音波送受波器７６を路面直下に向けて
配置したいわゆるオーバヘツドタイプのものが多
用されていた。このオーバヘツドタイプのもの
は、感知エリアＷが約1.6ｍ前後であり、他方、
簡易半感応信号機の設置される交差路は道路幅員
約3.5ｍ程度が一般的であり、軽自動車以上の大
きさの車両の場合には道路のどの位置を通行して
もほぼ確実に感知できる。しかしながら、オート
バイ・自転車等の二輪車の場合には感知エリアＷ
を外れることがあり、これを確実に感知すること
ができなかつた。このため、従来、交差路の信号
が赤のまま飛び出す、いわゆる二輪車飛び出し事
故を誘発しやすく、交通安全上問題があつた。

上記問題を解決するために、近時感知エリアの
広い超音波ドツプラ式車両感知器が採用されてい
る。この超音波ドツプラ式車両感知器は、走行す
る車両に当つて反射して来た超音波反射波の周波
数のドツプラ偏移から車両を感知するもので、第
９図ａ，ｂに示すように、超音波送受波器７７を
路側の支柱上等に位置して路面斜め下方に向けて
設け、該超音波送受波器７７から超音波を側射式
に放射するものである。この超音波ドツプラ式車
両感知器によるときは、感知エリアＷが広いた
め、幅員3.5ｍ程度の道路の場合でもほぼ全域を
カバーすることが可能である。

考案が解決しようとする問題点 上述した如く、超音波ドツプラ式車両感知器を
用いれば、交差路の幅員ほぼ全域を感知エリア内
としてカバーすることができる。しかしながら、
超音波ドツプラ方式を採用した場合には、交差点
への接近車両と交差点からの退避車両とを両者判
別し、接近車両の場合のみに信号現示を変えてや
らねばならず、原理上車両の方向判別を必ず行な
う必要がある。このため、超音波ドツプラ式車両
感知器においては、反射波の検波方式としていわ
ゆるヘテロダイン検波を採用し、周波数のドツプ
ラ偏移方向を判別することにより接近車両のみを
感知するよう構成しなければならない。

上記のようなヘテロダイン検波方式を採用した
超音波ドツプラ式車両感知器を用いることによつ
て方向判別と車両感知という所期の目的を達する
ことができるが、他方、ヘテロダイン検波方式を
採用するために、新たに次のような問題を生ず
る。

即ち、超音波の送受信を行なう超音波送受波器
には、路面からの路面反射波が常時受信される
が、この路面反射波は送信周波数を中心に周波数
スペクトルと振幅が或る幅をもつて不規則な揺ら
ぎを生じているのが普通である。このため路面反
射波も一種のドツプラ成分を発生し、低速（例え
ば５Km／ｈ程度）で略側等を走行する二輪車から
の反射波によつて生ずるドツプラ成分と完全に分
離することが困難となり、路面反射波と二輪車の
ドツプラ受信波とのＳ／Ｎが十分に得られず、感
知動作が不安定になるという問題を生ずる。この
問題は、受信レベルを十分にとれない道路の路側
付近、即ち第１０図中のイ及びハ付近を二輪車が
低速で走行する場合に特に顕著なものとなる。更
に、上記問題は、走行車両に対して超音波を斜め
方向から放射するため、超音波送受波器の音軸方
向のドツプラベクトル成分が小さくなつてしまう
という理由によつても助長される。

本考案は、上記問題に鑑み、道路の路側を通行
するオートバイ・自転車等の超音波反射レベルの
低い二輪車に対しても、低速まで安定に感知する
ことのできる超音波ドツプラ式車両感知器を提供
することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本考案は、上記問題を解決するために、第１図
に示す如く、路側から超音波を側射式に車両へ放
射し、受信された反射波をヘテロダイン変換器に
おいて混合波とヘテロダイン混合してヘテロダイ
ン波を作り、該ヘテロダイン波中に含まれるドツ
プラ偏移成分を抽出することにより車両の存在を
感知する超音波ドツプラ式車両感知器において、
前記ヘテロダイン波中から混合波周波数よりも僅
かに高い周波数以上のドツプラ偏移波成分のみを
通過せしめるハイパスフイルタと、路面によるド
ツプラ偏移波の受信レベルと路側部を低速で通る
二輪車によるドツプラ偏移波の受信レベルとの中
間にスレツシヨルドレベルを設定され、前記ハイ
パスフイルタの出力するドツプラ偏移波信号をレ
ベル検知して矩形波信号に波形変換する第１のコ
ンパレータと、路側部を低速で通る二輪車による
ドツプラ偏移波の受信レベルと道路中央付近を低
速で通る二輪車によるドツプラ偏移波の受信レベ
ルとの中間にスレツシヨルドレベルを設定され、
前記ハイパスフイルタの出力するドツプラ偏移波
信号をレベル検知して矩形波信号に波形変換する
第２のコンパレータと、前記第１のコンパレータ
の出力する矩形波信号中の連続する複数矩形波の
通算周期を計測する手段と、該通算周期から矩形
波１波当りの平均周期を求める手段と、該平均周
期が予め設定した感知車両の最低速度に相当する
比較周期よりも短く、かつ該平均周期が前回の計
測により得られた平均周期に対して所定のバラツ
キ範囲内にあるときに有効平均周期とみなして出
力する周期比較手段と、該有効平均周期が超音波
パルスの１周期内に所定回数以上受信されたとき
に車両有りと判断する周期計数手段と、前記第２
のコンパレータの出力する矩形波信号を入力と
し、超音波パルスの１周期内に矩形波が所定波数
以上受信されたときに車両有りと判断する波数計
数手段とを設けたものである。

作 用 上記構成になる本考案感知器は、自動車、二輪
車等の反射波を受信すると、ヘテロダイン変換器
で周波数シフトしてヘテロダイン波に変換され
る。このヘテロダイン波は、ハイパスフイルタに
おいて混合波成分及び退避車両成分が除去され、
接近車両によるドツプラ偏移波成分のみが抽出さ
れる。これにより接近車両と退避車両の方向判別
が達成される。

ハイパスフイルタにより得られた接近車両のド
ツプラ偏移波信号は第１及び第２のコンパレータ
に入力し、次のようにして車両検知が実行され
る。

自動車、二輪車等の車両が道路中央付近を走行
している場合には、前記ドツプラ偏移波信号の信
号レベルは第２のコンパレータのスレツシヨルド
レベルよりも充分に高くなる。このため、前記ド
ツプラ偏移波信号は第２のコンパレータにおいて
同一周波数の矩形波信号に波形変換され、波数計
数手段に送られる。波数計数手段は該矩形波信号
中の各矩形波の波数をカウントし、該矩形波が超
音波パルスの１周期内に所定の波数だけ連続して
受信されたときに車両有りと判断し、車両感知信
号を出力する。

即ち、受信レベルの充分に得られる道路中央付
近を走行している場合には、第２のコンパレータ
と波数計数手段により車両の存在が感知される。

低速で、かつ反射レベルの低い二輪車が道路側
部を通行する場合、前記ハイパスフイルタの出力
するドツプラ偏移波信号の信号レベルは、前記第
２のコンパレータのスレツシヨルドレベルに達せ
ず、第２のコンパレータ及び波数計数手段により
感知することは不可能である。この場合には、第
１のコンパレータのルートを介して次のように車
両感知される。

即ち、第１のコンパレータに入力したハイパス
フイルタの出力するドツプラ偏移波信号は予め路
側部を通る低速の二輪車による受信レベルよりも
低い値に設定されたスレツシヨルドレベルによつ
てレベル検知され、ドツプラ偏移波信号と同一周
波数の矩形波信号に波形変換される。この第１の
コンパレータにより得られた矩形波信号は路面反
射波によるドツプラ偏移波成分とのＳ／Ｎが充分
でないため、該矩形波信号の有無だけから車両の
有無を判断すると、その判断動作が極めて不安定
になり、車両が存在しないにもかかわらず車両有
りと誤判断するおそれがある。

そこで、第１のコンパレータの出力する矩形波
信号は通算周期計測手段に送られ、矩形波信号中
の連続する複数矩形波の通算周期を計測する。該
通算周期を基に平均周期演算手段において矩形波
１波当りの平均周期を求め、該平均周期を周期比
較手段に送る。周期比較手段は、前記平均周期が
予め設定した感知車両の最低速度（例えば５Km／
ｈ）に相当する比較周期よりも短いか否か、更
に、該平均周期が前回の計測により得られた平均
周期に対して所定のバラツキ範囲内にあるか否か
を比較し、比較周期より短く、かつ所定のバラツ
キ範囲内にあるときのみ該平均周期を有効とみな
して周期計数手段に送る。

周期計数手段は、前記有効平均周期が超音波パ
ルスの１周期内に予め設定した所定回数以上受信
されると車両有りと判断し、車両感知信号を出力
する。これにより、路側部を低速で通る二輪車等
の存在を確実に感知することができる。

実施例 第１図および第２図を参照して本考案の実施例
を説明する。図中、１は周波数₀の超音波パルス
を周期的に放射する超音波送受波器、２は超音波
送受波器１に超音波発生用の高周波パルスを出力
する高周波送信回路、３はリニア特性を有する高
周波増幅器、４は超音波送受波器１で受信した反
射波に混合波をヘテロダイン混合してヘテロダイ
ン波を得るヘテロダイン変換器、５は増幅器、６
は混合波よりも僅かに高い周波数をカツトオフ周
波数とし、該カツトオフ周波数以上の成分のみを
通過せしめるハイパスフイルタ、７はスレツシヨ
ルドレベルL₁を有する第１のコンパレータ、８
はスレツシヨルドレベルL₂を有する第２のコン
パレータ、９はマイクロコンピユータ、１０は感
知信号出力回路である。

上記第１及び第２のコンパレータ７，８のスレ
ツシヨルドレベルL₁，L₂は、それぞれ第３図の
関係に設定されている。即ち、第１のコンパレー
タ７のスレツシヨルドレベルL₁は、路面反射波
によつて生ずるドツプラ偏移波の受信レベルL₃
と道路側部（第１０図中のイ，ハ部分）を低速
（５Km／ｈ）で通る二輪車によるドツプラ偏移波
の受信レベルL₄との中間に設定され、他方、第
２のコンパレータ８のスレツシヨルドレベルL₂
は、前記レベルL₄と道路中央付近（第１０図中
のロ部分）を低速（５Km／ｈ）で通る二輪車によ
るドツプラ偏移波の受信レベルL₅との中間に設
定されている。

上記構成において、超音波送受波器１から放射
される超音波の周波数を₀、接近車両からの反射
波の周波数を₀＋₁、退避車両からの反射波の周
波数を₀−₂、ヘテロダイン変換器４における混
合波の周波数を₀−_dとすると、ヘテロダイン変
換器４の出力するヘテロダイン波は第４図の如く
_d＋₁、_d−₂となり、送信周波数₀を中心とし
た高周波域スペクトラムが混合波のシフト周波数
_dを中心とするスペクトラムに周波数シフトされ
る。

従つて、上記シフト周波数_dより△だけ高い
カツトオフ周波数を有する急俊なハイパスフイル
タ６を通すことにより、退避車両によるドツプラ
偏移波₂が除去され、接近車両と退避車両の方向
判別が行なわれて接近車両のみが選択される。

ハイパスフイルタ６の出力するドツプラ偏移波
信号は、第１のコンパレータ７と第２のコンパレ
ータ８に送られ、それぞれスレツシヨルドレベル
L₁，L₂によつてレベル検知される。

車両が受信レベルの大きい道路中央付近（第１
０図中のロ部分）を通る場合、前記ハイパスフイ
ルタ６の出力するドツプラ偏移波信号は第３図に
示すように第２のコンパレータ８のスレツシヨル
ドレベルL₂よりも充分に高い。従つて、第２の
コンパレータ８は、該ドツプラ偏移波信号の各波
毎に該レベルL₂を境にON、OFFを繰り返し、ド
ツプラ偏移波信号を矩形波信号に変換する。この
矩形波信号はマイクロコンピユータ９に送られ、
第５図に示すフローチヤートに従つて車両検知が
実行される。

即ち、コンパレータ８の出力する矩形波信号中
の各矩形波の数をカウントし（ステツプP₁）、該
カウント数が所定の数（例えばｍ＝16）になつた
ことを判断（ステツプP₂）すると共に、該カウ
ントが超音波パルスの１周期内に行なわれたか否
かを判断（ステツプP₃）し、１周期内にｍ＝16
となつたときに車両“有”の出力を発生する（ス
テツプP₄）。

これにより、Ｓ／Ｎの良好な道路中央付近を通
る車両を自動的に感知する。

他方、路側部（第１０図中のイ，ハ部分）を低
速（５Km／ｈ）で二輪車が通る場合、ハイパスフ
イルタ６の出力するドツプラ偏移波信号は第３図
に示すように第１のコンパレータ７のスレツシヨ
ルドレベルL₁には達するが、第２のコンパレー
タ８のスレツシヨルドレベルL₂には達すること
ができない。従つて、この場合には第１のコンパ
レータ７のみが前記レベルL₁を境にレベル検出
し、ドツプラ偏移波信号を同一周波数の矩形波信
号に変換する。この矩形波信号の１例を第６図に
示す。

上記第６図の矩形波信号はマイクロコンピユー
タ９に送られ、次のようにして車両感知される。

即ち、まず最初に、矩形波信号（第６図）中の
連続する所定波数（例えば４波）を一単位とする
複数矩形波の通算周期T_Xi＝T_X1を計測し（ステ
ツプP₅）、該４波の通算周期を基に１波当りの平
均周期T₀(i)＝T₀(1)＝TH_X1／４を算出する（ステ
ツプP₆）。なお、この場合に複数矩形波の通算周
期T_Xiから１波の平均周期T₀(i)を求めるのは、マ
イクロコンピユータにおけるソフトの処理速度の
関係から各矩形波毎に周期を計測することが難し
いためである。

上記平均周期T₀(i)は、予め設定した感知最低
速度（例えば５Km／ｈ）に相当する比較周期Ts
と比較され（ステツプP₇）、比較周期Tsより小さ
い場合には、前回の計測時に得られた平均周期
T_0(i-1)（但し、今回が超音波パルスの１周期内で
最初のデータT₀(1)なら、この第１回目の平均周
期T₀(1)を最初比較周期とする）に対して所定の
バラツキ範囲β％内にあるか否かを判断し（ステ
ツプP₈）、所定のバラツキ範囲β％内にあるとき
には有効な平均周期であるとしてカウントｎを１
つ増す（ステツプP₉）。

上記動作を第６図のT_Xi（但し、ｉ＝１，２…
…）毎に繰り返し実行する。そして上記カウント
ｎ＝４になつたとき（ステツプP₁₀）、このｎ＝４
のカウント動作が超音波パルスの１周期内に行な
われたか否かを調べ（ステツプP₁₁）、該カウント
が１周期内に実行されているときは車両“有”の
出力を発生する（ステツプP₄）。

上記のように、複数矩形波の通算周期T_Xiから
矩形波１波の平均周期T₀２を求め、これを比較
周期T_sと比較し、平均周期T₀(i)の方が比較周期
T_sよりも小さい場合に有効平均周期と判断し、
該有効平周期が超音波パルスの１周期内に所定回
数ｎ以上計数されるか否かを判断することによ
り、路面反射波の揺らぎに基因して発生する偏移
の小さい（周期大）路面反射波ドツプラ成分を有
効に除去することができ、Ｓ／Ｎが悪いにもかか
わらず、路側部を通る低速の二輪車を確実に検知
することができる。

なお、超音波送受波器１から送出される超音波
をV₀＝E₀cosω₀t（但し、ω₀＝2π）とするとき、
路面反射波V_rは、 V_r＝α₁E₀cos（ω₀±ω_r）ｔ 但し、α₁：振幅変調成分 ω_r：路面によるドツプラ偏移角度周波
数 また、車両からの反尺波V_bは、 V_b＝α₂E₀cos（ω₀±ω_b）ｔ 但し、α₂：振幅変調成分 α_b：車両によるドツプラ偏移角周波数 で示され、路面反射波と車両反射波とのＳ／Ｎ
は、 Ｓ／Ｎ＝V_b／V_r＝α₂／α₁・cos（ω₀±ω_b）ｔ／cos（
ω₀±ω_r）ｔ で与えられる。従つて、Ｓ／Ｎはα₁、α₂、ω_r、
ω_bに関与するので、ドツプラ方式においては受
信回路中に振幅リミツタ等のリミツタ作用を行な
う回路を設けて振幅領域上のＳ／Ｎを殺してはな
らない。このため、第２図においては高周波増幅
器３として、リミツタ作用のないリニア特性の増
幅器を用いている。

考案の効果 本考案は、以上説明した如き構成、作用になる
ものであり、ヘテロダイン変換器により変換され
たヘテロダイン波のうち、ハイパスフイルタによ
り混合波成分および退避車両成分が除去され、接
近車両によるドツプラ偏移波成分のみが抽出さ
れ、自動車、二輪車等の車両が道路中央付近を走
行している場合は、前記ドツプラ偏移波信号の信
号レベルは第２のコンパレータのスレツシヨルド
レベルよりも十分高い故、第２のコンパレータを
経由してマイクロコンピユータに送られ、車両感
知信号が出力され、低速で、かつ反射レベルの低
い二輪車が道路側部を通行する場合は、前記ドツ
プラ偏移波信号の信号レベルは、前記第２のコン
パレータのスレツシヨルドレベルに達せず、第１
のコンパレータのルートを介して車両感知され、
自動車、二輪車等の車両が道路中央付近を走行し
ている場合は、勿論、二輪車が路側部を低速で通
行する場合でもこれを確実に感知することがで
き、簡易半感応信号機等における車両感知器とし
て採用することにより二輪車の飛び出し事故を確
実に防止できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す機能対応図、第２
図は本考案の１実施例のブロツクダイヤグラム、
第３図は路面反射波と二輪車による反射波のドツ
プラ偏移波の受信レベル比較図、第４図はヘテロ
ダイン波の周波数スペクトル図、第５図は本考案
における車両感知動作のフローチヤート、第６図
は第１のコンパレータの出力する矩形波信号の１
例図、第７図は簡易半感応信号機の説明図、第８
図ａ，ｂは簡易半感応信号機におけるオーバヘツ
ド式超音波送受波器の設置例図、第９図ａ，ｂは
超音波ドツプラ方式になる超音波送受波器の設置
例図、第１０図は交差路における車両の通行区分
の説明図である。 １：超音波送受波器、４：ヘテロダイン変換
器、６：ハイパスフイルタ、７：第１のコンパレ
ータ、８：第２のコンパレータ、９：マイクロコ
ンピユータ、１０：感知信号出力回路、L₁：第
１のコンパレータのスレツシヨルドレベル、
L₂：第２のコンパレータのスレツシヨルドレベ
ル、L₃：路面反射波によつて生ずるドツプラ偏
移波の受信レベル、L₄：路側を低速で通る二輪
車によるドツプラ偏移波の受信レベル、L₅：道
路中央を低速で通る二輪車によるドツプラ偏移波
の受信レベル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 超音波送受波器１、ヘテロダイン変換器４、ハ
   イパスフイルタ６、第１のコンパレータ７、第２
   のコンパレータ８およびマイクロコンピユータ９
   を有し、超音波送受波器１は路側から超音波を側
   射式に車両へ放射し反射波を受信するものであ
   り、 ヘテロダイン変換器４は受信された反射波と混
   合波とをヘテロダイン混合してヘテロダイン波を
   作るものであり、 ハイパスフイルタ６はヘテロダイン波中から混
   合波周波数よりも僅かに高い周波数以上のドツプ
   ラ偏移波成分のみを通過せしめるものであり、 第１のコンパレータ７は路面によるドツプラ偏
   移波の受信レベルと路側部を低速で通る二輪車に
   よるドツプラ偏移波の受信レベルとの中間にスレ
   ツシヨルドレベルが設定され、入力するドツプラ
   偏移波信号をレベル検知して矩形波信号に波形変
   換するものであり、 第２のコンパレータ８は路側部を低速で通る二
   輪車によるドツプラ偏移波の受信レベルと道路中
   央付近を低速で通る二輪車によるドツプラ偏移波
   の受信レベルとの中間にスレツシヨルドレベルが
   設定され、入力するドツプラ偏移波信号をレベル
   検知して矩形波信号に波形変換するものであり、 マイクロコンピユータ９は前記第１のコンパレ
   ータ７の出力する矩形波信号中の連続する複数矩
   形波の通算周期を計測し、該通算周期から矩形波
   １波当りの平均周期を求め、該平均周期が予め設
   定した感知車両の最低速度に相当する比較周期よ
   りも短く、かつ該平均周期が前回の計測により得
   られた平均周期に対して所定のバラツキ範囲内に
   あるときに有効平均周期とみなして出力し、該有
   効平均周期が超音波パルスの１周期内に所定回数
   以上受信されたときに車両有りと判断して出力
   し、また前記第２のコンパレータ８の出力する矩
   形波信号を入力し超音波パルスの１周期内に矩形
   波が所定波数以上受信されたときに車両有りと判
   断して出力するものであり、 前記超音波送受波器１の受信出力をヘテロダイ
   ン変換器４に入力し、該ヘテロダイン変換器４の
   ヘテロダイン波出力をハイパスフイルタ６に入力
   し、該ハイパスフイルタ６の出力を第１のコンパ
   レータ７および第２のコンパレータ８に並列して
   入力し、前記第１のコンパレータ７の出力および
   第２のコンパレータ８の出力をそれぞれマイクロ
   コンピユータ９に入力し、該マイクロコンピユー
   タ９より感知信号を出力するものである ことを特徴とする超音波ドツプラ式車両感知器。