JP7580353B2 - 踏板ユニット - Google Patents

Description

本開示は、踏板ユニットに関する。

有料道路に利用されている電子式料金収受システム（Electronic Toll Collection System；ＥＴＣ（登録商標））は、料金所の車線（レーン）を走行する車両との間で無線通信を行うことで、走行中の車両に対して料金収受処理を実施することができる。

電子式料金収受システムでは料金所の車線上に設置された車種判別装置を用いて、通過する車両の車種区分（普通車、大型車、・・等の区分）を判別できるものがある。例えば、車種判別装置は、車線の路面に敷設された踏板型の押圧検出センサ（以下、「踏板」又は「踏板ユニット」とも記載する。）を通じてタイヤによる押圧回数を計数することで当該車両の車軸数を計測し、その計測結果に基づいて車種区分を判別する（例えば、特許文献１参照）。

路面に敷設される踏板の中には、車両の車軸数の他、車両の車輪の幅、一の車軸に接続された車輪の間隔（トレッド幅）など、車両に関する様々な情報を検出することができるものがある。このような踏板には、上下に対向する２つの導電体の接点が本体の長手方向に複数並べて設けられており、車両のタイヤが踏板を踏むと、踏まれた領域に属する上下２つの接点が接触する。踏板は、各接点についての導通の有無を示す信号を出力する。この信号により、通過する車両に関する上記情報を取得することができる。

ところで、近年、複数車線からなる本線道路を走行する車両に対して課金可能なＭＬＦＦ（マルチレーンフリーフロー）型の料金収受システムの実用化が進められている。ここで、上述の料金所に適用される料金収受システムの場合、料金所の単一車線（アイランドによって一車線ごとに仕切られている車線）の幅方向をカバーする踏板を敷設すればよいが、ＭＬＦＦ型の料金収受システムでは、踏板を、複数車線からなる本線道路の幅方向全体に渡って延びるように敷設する必要がある。

しかしながら、通常の複数車線の道路の幅全体をカバーするためには、踏板の全長が１０メートル以上となるように作り込まなければならず、このような踏板を単一品として製造することは困難である。そこで、ＭＬＦＦ型の料金収受システムを実現する方法の一つとして、単一品として製造された従来の長さの踏板（以下、踏板ユニットとも表記する。）を複数用意し、これらを車線幅方向全体に敷き詰めて連結することが考えられる。

特開２００３－３０３３９６号公報

従来の踏板ユニット（踏板）は、その長手方向に並べて配置される複数の接点に対し、さらに同方向に並ぶように信号伝送用のシリアル・パラレル変換基板が配置されているものがある。この構造では、シリアル・パラレル変換基板が配置されている領域には接点が配置されない。そのため、このような踏板ユニットを複数車線の車線幅方向に敷き詰めて並べたとしても、各踏板ユニットの長手方向の領域のうちシリアル・パラレル変換基板が配置される領域（接点が配置されていない領域）が不感帯となってしまい、複数車線に渡る車線幅方向の全ての領域において均一に車軸（タイヤの押圧）を検出することが困難であった。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、車両情報を確実に検出することができ、車種の判別精度を向上できる踏板ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る踏板ユニットは、車線の車線幅方向に延在して前記車線を走行する車両の車輪が通過した状態を検出する踏板ユニットであって、前記車線幅方向に配列された複数の下部接点基板に設けられた下部接点と、前記下部接点に対して間隔をあけて配置され、前記下部接点に対して上方から接触可能に設けられた上部接点と、前記複数の下部接点基板の下方に設けられ、シリアル・パラレル変換基板を基盤内部に配置された基盤と、前記シリアル・パラレル変換基板と前記下部接点基板とを接続し、前記下部接点と前記上部接点との接触による検出信号を伝送する第１信号ケーブルと、前記シリアル・パラレル変換基板で変換した検出信号を踏板外部に伝送する第２信号ケーブルと、を備えている。

本発明の踏板ユニットによれば、車両情報を確実に検出することができ、車種の判別精度を向上できる。

実施形態に係る踏板ユニットを車線に配置した全体構成を上方から見た平面図である。 実施形態に係る踏板ユニットの全体構成を上方から見た平面図である。 実施形態に係る図２に示すＡ－Ａ線断面図である。 実施形態に係る図２に示すＢ－Ｂ線断面図である。 実施形態に係る下部接点の配置状態を示す上方から見た平面図である。 実施形態に係る踏板ユニットにおける接続コネクタを示す斜視図である。 実施形態に係る複数の踏板ユニットにおける信号ケーブルの接続状態を示す図である。 実施形態に係る踏板ユニットにおける車輪検出方法を示す図である。 第１変形例に係る踏板ユニットの踏板間の接合構造を示す上方から見た第１平面図である。 第２変形例に係る踏板ユニットの踏板間の接合構造を示す上方から見た第２平面図である。

以下、本開示の実施形態による踏板ユニットについて、図面に基づいて説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１の実施形態＞
図１～図７を参照しながら、第１の実施形態に係る踏板ユニットについて詳細に説明する。

（踏板ユニットの全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る踏板ユニットを車線に配置した全体構成を上方から見た平面図である。図２は、第１の実施形態に係る踏板ユニットの全体構成を上方から見た平面図である。図３は、図２に示すＡ－Ａ線断面図である。図４は、図２に示すＢ－Ｂ線断面図である。図５は、下部接点の配置状態を示す上方から見た平面図である。図６は、踏板ユニットにおける接続コネクタを示す斜視図である。図７は、複数の踏板ユニットにおける信号ケーブルの接続状態を示す図である。

本実施形態に係る複数の踏板ユニット１および車種判別装置１２は、ＭＬＦＦ型の料金収受システムの構成の一部として採用される。

図１に示すように、有料道路を利用する車両Ａは、複数（図１の例では４つ）の車線Ｌからなる本線道路における、一つの車線Ｌを走行する。以下の説明では、車線Ｌが延在する方向（±Ｘ方向）を「車線方向」とも記載し、車線方向（±Ｘ方向）に水平に直交する方向（±Ｙ方向）を「車線幅方向」とも記載する。また、車線方向（±Ｘ方向）における＋Ｘ方向側を「下流側」または車両Ａの「進行方向奥側」とも記載する。また、車線方向（±Ｘ方向）の－Ｘ方向側を「上流側」または車両Ａの「進行方向手前側」とも記載する。また、車線幅方向（±Ｙ方向）における＋Ｙ方向側を「車線幅方向左側」または車両Ａの「進行方向左側」とも記載する。また、車線幅方向（±Ｙ方向）における－Ｙ方向側を「車線幅方向右側」または車両Ａの「進行方向右側」とも記載する。また、車線方向（±Ｘ方向）と車線幅方向（±Ｙ方向）とを含む平面に直交する方向（±Ｚ方向）を「上下方向」とも記載する（＋Ｚ方向を上側とし、－Ｚ方向を下側とする）。

図１に示す踏板ユニット１は、上面を通過する車両の車軸数を検出するために用いられる踏板型の押圧センサである。図１に示すように、踏板ユニット１は、複数の車線Ｌからなる本線道路において、上面１ａを露出した状態で路面に設置される。複数の踏板ユニット１は、その長手方向が車線Ｌの車線幅方向（±Ｙ方向）を向くようにして、複数の車線Ｌ全体に渡り敷き詰めて配置される。複数の踏板ユニット１は、このようにして複数の車線Ｌ全体を横切るように一直線上に配置されることで、当該複数の車線Ｌを走行する全ての車両のタイヤの通過を検出することができる。

各踏板ユニット１は、車両ＡのタイヤＴに踏まれたことを電気的な導通の有無によって検出する。各踏板ユニット１で検出した電気的信号（検出信号）は、第２信号ケーブル７によってそれぞれの踏板ユニット１から引き出されて外部に設けられる車種判別装置１２（後述）に伝送される。

図３及び図４に示すように、踏板ユニット１は、下部接点２と、上部接点３と、基盤４と、シリアル・パラレル変換基板５と、第１信号ケーブル６と、第２信号ケーブル７と、を有している。これら下部接点２、上部接点３、基盤４、シリアル・パラレル変換基板５、第１信号ケーブル６および第２信号ケーブル７の一部は、収容体８の内側に収容されている。

収容体８は、上方から見て車線幅方向（±Ｙ方向）に長い長方形状であり、所定の厚みを有する中空の板形状の部材である。収容体８は、上壁８１と、下壁８２と、４辺それぞれに位置する側壁８３と、を有する（図６参照）。収容体８は、少なくとも上壁８１が上下方向（±Ｚ方向）に弾性変形可能な例えばゴム製の弾性部材からなる。

下部接点２は、車線幅方向（±Ｙ方向）に延びる長方形状のプリント基板である下部接点基板２０の配線パターンとして形成され、当該下部接点基板２０の表面に、等間隔に複数配列される。下部接点基板２０は、車線幅方向（±Ｙ方向）に複数配列されるとともに（図３参照）、車線方向（±Ｘ方向）にも配置される（図４参照）。このような構成により、下部接点２は、車線方向（±Ｘ方向）及び車線幅方向（±Ｙ方向）のそれぞれに沿って複数配列されることとなる（図５参照）。なお、図５に示すように、踏板ユニット１に配置される下部接点２のうち車線幅方向（±Ｙ方向）の両側に位置するものは、収容体８の側壁８３に近接した位置に配置されている。

複数の下部接点２は、各下部接点基板２０のコネクタ２１に接続されている（図３参照）。さらに、下部接点基板２０と基盤４との間には、内部に第１信号ケーブル６を通すコア部材９が設けられている（図３、図４参照）。

図４に示すように、コア部材９は、例えばアルミ製の材料により形成されている。コア部材９は、支持板９１と、支持板９１の車線方向（±Ｘ方向）の両端部それぞれから上下方向（±Ｚ方向）の両側に延びる側板９２と、を有している。コア部材９は、支持板９１の上方において下部接点２を備えた下部接点基板２０及び上部接点３を収容可能な上コア部９Ａと、支持板９１の下方において第１信号ケーブル６を収容可能な下コア部９Ｂと、を有している。下部接点基板２０のコネクタ２１（図３参照）に接続されている第１信号ケーブル６は、支持板９１の下方の下コア部９Ｂ内を通過するように配置される。

図３及び図４に示すように、上部接点３は、下部接点２に対して間隔をあけて対向し、下部接点２に対して上方から接触可能に設けられる。上部接点３は、収容体８の上壁８１の下面側に配置され、上壁８１がタイヤＴによって踏まれたときに、その踏まれた部分における上壁８１の変形とともに下方に押し下げられて下部接点２に接触する。上部接点３は、平板形状で導体により形成され、幅寸法（±Ｙ方向の長さ）は下部接点２の幅寸法と同程度とされる。複数の上部接点３は、下部接点２と同様に車線方向（±Ｘ方向）にも配列される。

図４に示すように、接点体（下部接点２および上部接点３）が車線方向（±Ｘ方向）に沿って４つ並べて配置されることの技術的意義は以下のとおりである。即ち、車種判別装置１２は、当該４つの下部接点２のＯｆｆ→Ｏｎの順番、またはＯｎ→Ｏｆｆの順番を参照することで、車両が前進しているか、後進しているか、もしくは途中で進行方向を変更したかを判断することができる。
なお、上部接点３は、下部接点２と同数（図では４つ）であることに制限されることはなく、例えば、踏板ユニット１の幅寸法と同程度の幅寸法の１枚の上部接点体とすることも可能である。このように上部接点体として共通化することにより、個々の下部接点の導通状態を検知することが可能となる。

踏板ユニット１では、車両ＡのタイヤＴが通過すると、収容体８の上壁８１を介して上部接点３はタイヤＴが作用する力によって弾性的に変形し、弾性的に変形した上部接点３が下部接点２に接触して電気的に導通する。下部接点２と上部接点３との間の電気的な導通の有無から、タイヤＴが踏板ユニット１を通過しているか否かが検出される。
さらに、踏板ユニット１は、いずれの下部接点２が接触したかを判別することにより、車両ＡのタイヤＴに踏まれたこと（車軸検出）に加え、踏まれた位置、タイヤＴの幅、同一軸に接続されたタイヤＴの間隔（トレッド幅）を検出できるように構成されている。

第１信号ケーブル６としては、例えばフレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）が採用されている。第１信号ケーブル６は、シリアル・パラレル変換基板５と下部接点基板２０とを接続し、下部接点２と上部接点３との接触による検出信号を伝送する。第１信号ケーブル６は、コア部材９と基盤４との間を通過してシリアル・パラレル変換基板５に接続される。

図４に示すように、基盤４は、複数の下部接点基板２０の下方、具体的には複数のコア部材９の下方に設けられている。基盤４は、踏板ユニット１の内部で車線方向（±Ｘ方向）および車線幅方向（±Ｙ方向）の全体に広がるように形成された一つの金属板（例えば、厚さ５ｍｍのＳＳ（軟鉄）等）であり、踏板ユニット１全体を保持する。基盤４は、例えば踏板ユニット１を持ち運びする際などにたわんで変形しないよう、踏板ユニット１に一定の剛性を与える。

基盤４は、車線幅方向（±Ｙ方向）に延びる天板４１と、天板４１の車線方向（±Ｘ方向）の両端部それぞれから下方に延びる側板４２と、を有している。基盤４は、天板４１の下方においてシリアル・パラレル変換基板５、及び第２信号ケーブル７を収容可能な収容部４ａを有している。

図３に示すように、シリアル・パラレル変換基板５は、電源集積回路５１と、ラッチ集積回路５２と、を基板上に配置したものである。また、シリアル・パラレル変換基板５は、第１信号ケーブル６が接続される第１コネクタ５３と、収容体８の外部から引き込まれた電源ケーブル１１が接続される第２コネクタ５４と、を有している。
電源ケーブル１１は、収容体８の側壁８３に設けられる挿通部（図６に示す接続コネクタ８４）を通して収容体８内に引き込まれている。

第２信号ケーブル７は、シリアル・パラレル変換基板５でパラレル信号（複数の下部接点２のそれぞれの接触有無を示す信号の集合）をシリアル信号に変換した検出信号を踏板ユニット１の外部に伝送する。第２信号ケーブル７は、収容体８の側壁８３から外部に引き出されている。図７に示すように、収容体８から引き出された第２信号ケーブル７は、車種判別装置１２に接続されている。すなわち、車線幅方向（±Ｙ方向）に配列される複数の踏板ユニット１の側面から引き出されたそれぞれの第２信号ケーブル７は検出信号を車種判別装置１２に伝送する。

車種判別装置１２は、各踏板ユニット１からの検出信号を受信する。車種判別装置１２は、各踏板ユニット１から受信した検出信号に基づき、車両ＡのタイヤＴによる押圧回数（車軸数）を計測し、車種区分の判別を行う。

図１に示すように、本実施形態では、ガントリを通じて、各車線Ｌの真上に車両検知器１３が設置されている。車両検知器１３は、下方（路面）に向けて検出光（レーザ光）を照射するとともにその反射光の特性を計測することで、照射位置における車両Ａの通過（進入および退出）を検出可能とする。そして、車種判別装置１２は、踏板ユニット１によるタイヤＴの検出結果と、この車両検知器１３による車両Ａの通過の検出結果とを合わせて、１台の車両ＡにおけるタイヤＴの押圧回数（即ち車軸数）を計測することができる。

（踏板ユニットを使用した車輪の検出方法）
上述した構成の踏板ユニット１を使用した車輪の検出方法について図８を用いて説明する。図８は、踏板ユニットにおける車輪検出方法を示す図である。

具体的には、図８は、図５に示す検出範囲Ｐに設けられる下部接点２を車両ＡのタイヤＴが通過したとき、この検出範囲Ｐ内の下部接点２から得られるビット列を時間ｔ順に並べたものである。図８の左図は、時間ｔの矢印の向く方向ほど経過時間が大きくなる。図中の「０」は、各時間ｔにおいてタイヤＴに踏まれていない位置を示し、「１」は、各時間ｔにおいてタイヤＴに踏まれた位置を示している。図８に示すビット列から得られる検出領域「１」に基づいて、図８の右図に示すタイヤ（タイヤＴ）の動きを想定することができる。
以上のように、本実施形態の車種判別装置１２は、各踏板ユニット１内に車線方向に配列された４つの下部接点２のうち代表の一つの下部接点２（検出範囲Ｐ内の下部接点２）から得られるビット列を用いて図８の左図に示すような時空間画像を作成する。
なお、他の実施形態に係る車種判別装置１２はこの態様に限定されず、例えば、ある瞬間（同一時刻）に取得された上記４つの下部接点２のビット列の論理和を取ることで、図８左図に示す時空間画像の一行に相当する情報を取得するようにしてもよい。

そして、上述した車両検知器１３による車両Ａの通過の検出結果から、この車両Ａの進入検出時刻、退出検出時刻を受け取り、踏板ユニット１によるビット列を紐づけることにより、車両ＡのタイヤＴの動きを特定することができ、車両Ａの車軸数を計測することが可能となる。

（作用効果）
以上のように、本実施形態に係る踏板ユニット１は、下部接点基板２０の下方に配置される基盤４のさらに下方内側にシリアル・パラレル変換基板５が配置される構成となる。言い換えると、本実施形態に係る踏板ユニット１は、下部接点２の配置スペースと、シリアル・パラレル変換基板５の配置スペースとが、基盤４を介して踏板ユニット１の上下方向（±Ｚ方向）に分離された構成となっている。

このような構成によれば、互いの空間的干渉を回避しつつ、踏板ユニット１を上面から見た際に、シリアル・パラレル変換基板５を下部接点２の配置位置と重なるように配置することができる。その結果、図５に示すように、踏板ユニット１は、下部接点２を、収容体８の側壁８３に近接した位置まで敷き詰めて配置することができるので、図１のように並べて配置した際に、各踏板ユニット１の連結部に形成される不感帯の幅を低減することができる。

以上より、本実施形態に係る踏板ユニット１によれば、高い精度で車軸数を計測することができる。

また、本実施形態に係る踏板ユニット１によれば、第１信号ケーブル６がコア部材９の内側を通して配線されるので、下部接点基板２０の下方で第１信号ケーブル６を配置させてシリアル・パラレル変換基板５に接続することができる。

以上、踏板ユニットの各実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（第１変形例）
例えば、図９に示す第１変形例による踏板ユニット１Ａとしてもよい。踏板ユニット１Ａは、車線幅方向（±Ｙ方向）の踏板間端部１ｂが上方から見て車線方向（±Ｘ方向）に対して傾斜している。

（第２変形例）
また、図１０に示す第２変形例による踏板ユニット１Ｂとしてもよい。踏板ユニット１Ｂは、車線幅方向（±Ｙ方向）の踏板間端部１ｃが上方から見て車線方向（±Ｘ方向）に段差が形成されている。

図９、図１０に示すような第１変形例、第２変形例の構成とすることで、車線方向（±Ｘ方向）に配列された４つの接点体（下部接点２、上部接点３）が、車線幅方向（±Ｙ方向）にずれて配置されることとなる。これにより、４つの接点体のそれぞれが、車線幅方向に延びる不感帯を補い合うように配置される。この場合、車種判別装置１２は、４つの下部接点２の論理データの論理和を取って時空間画像（図８の左図参照）を作成する。このようにすることで、車線方向（±Ｘ方向）の幅の全体に渡って不感帯が形成される領域が小さくなるため、踏板間端部１ｂ、１ｃに形成される不感帯の車線幅方向（±Ｙ方向）の幅寸法を一層小さくすることができる。

また、本実施形態では、収容体８の上壁８１の材料として、ゴム製のものを採用しているが、ゴム製に限定されることはなく、上下方向（±Ｚ方向）に弾性変形可能な弾性部材であれば他の材料であってもかまわない。

また、本実施形態では、下部接点基板２０と基盤４との間にコア部材９を設けた構成としているが、コア部材９を省略することも可能である。また、コア部材９の形状、寸法についても適宜変更可能である。さらに、コア部材９の材料は、アルミであることに制限されることはない。

さらに、本実施形態では、下部接点２が車線方向（±Ｘ方向）及び車線幅方向（±Ｙ方向）に沿って等間隔で配置されているが、このような配置であることに限定されることはない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

＜付記＞
上述の実施形態に記載の踏板ユニットは、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様によれば、踏板ユニット１は、車線Ｌの車線幅方向（±Ｙ方向）に延在して車線Ｌを走行する車両ＡのタイヤＴが通過した状態を検出する踏板ユニット１であって、車線幅方向（±Ｙ方向）に配列された複数の下部接点基板２０に設けられた下部接点２と、下部接点２に対して間隔をあけて配置され、下部接点２に対して上方から接触可能に設けられた上部接点３と、複数の下部接点基板２０の下方に設けられ、シリアル・パラレル変換基板５を基盤内部に配置された基盤４と、シリアル・パラレル変換基板５と下部接点基板２０とを接続し、下部接点２と上部接点３との接触による検出信号を伝送する第１信号ケーブル６と、シリアル・パラレル変換基板５で変換した検出信号を踏板外部に伝送する第２信号ケーブル７と、を備える。

（２）第２の態様によれば、下部接点２、上部接点３、下部接点基板２０、基盤４、第１信号ケーブル６、及びシリアル・パラレル変換基板５は、少なくとも上壁８１が上下方向（±Ｚ方向）に弾性変形可能な弾性部材からなる収容体８に収容され、第２信号ケーブル７は、収容体８の側壁８３から外部に引き出されている。

（３）第３の態様によれば、下部接点基板２０と基盤４との間に配置され、内部に第１信号ケーブル６を通すコア部材９が設けられている。

（４）第４の態様によれば、車線幅方向（±Ｙ方向）の踏板間端部は、上方から見て車線方向（±Ｘ方向）に対して傾斜している。

（５）第５の態様によれば、車線幅方向（±Ｙ方向）の踏板間端部は、上方から見て車線方向（±Ｘ方向）に段差が形成されている。

１、１Ａ、１Ｂ 踏板ユニット（踏板ユニット）
２ 下部接点
３ 上部接点
４ 基盤
５ シリアル・パラレル変換基板
６ 第１信号ケーブル
７ 第２信号ケーブル
８ 収容体
９ コア部材
１１ 電源ケーブル
１２ 車種判別装置
２０ 下部接点基板
８１ 上壁
Ａ 車両
Ｌ 車線
Ｔ タイヤ
Ｘ 車線方向
Ｙ 車線幅方向
Ｚ 上下方向

Claims (5)

1. 車線の車線幅方向に延在して前記車線を走行する車両の車輪が通過した状態を検出する踏板ユニットであって、
   前記車線幅方向に配列された複数の下部接点基板に設けられた下部接点と、
   前記下部接点に対して間隔をあけて配置され、前記下部接点に対して上方から接触可能に設けられた上部接点と、
   前記複数の下部接点基板の下方に設けられ、シリアル・パラレル変換基板を基盤内部に配置された基盤と、
   前記シリアル・パラレル変換基板と前記下部接点基板とを接続し、前記下部接点と前記上部接点との接触による検出信号を伝送する第１信号ケーブルと、
   前記シリアル・パラレル変換基板で変換した検出信号を踏板外部に伝送する第２信号ケーブルと、
   を備える踏板ユニット。
2. 前記下部接点、前記上部接点、前記下部接点基板、前記基盤、前記第１信号ケーブル、及び前記シリアル・パラレル変換基板は、少なくとも上壁が上下方向に弾性変形可能な弾性部材からなる収容体に収容され、
   前記第２信号ケーブルは、前記収容体の側壁から外部に引き出されている、
   請求項１に記載の踏板ユニット。
3. 前記下部接点基板と前記基盤との間に配置され、内部に前記第１信号ケーブルを通すコア部材が設けられている、請求項１または２に記載の踏板ユニット。
4. 前記車線幅方向の踏板間端部は、上方から見て車線方向に対して傾斜している、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の踏板ユニット。
5. 前記車線幅方向の踏板間端部は、上方から見て車線方向に段差が形成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の踏板ユニット。

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