JPS59111006A - 車高測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１１ｉ１の車高
を測定づ−る装置に関する。

車高は車種判別のための重要なファクタσ〕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）、１１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−（−戻って
くる超音波を受波し、超音波が往復づるのに製°する時
間を４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０＝
ｊ　して戻ってくる超音波との混同を避°けるためであ
り、したがって超音波送波後、反射して戻ってくる超音
波の受波を持って次の超音波が送波されな【プればなら
なかった。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った。

たとえば、超音波送受波器が路面から５ｒｎの高さ位置
に設置されているとすると、音速を３４Ｑｍ／Ｓとすれ
ば、超音波が路面どの間を往復づるのに要する時間はお
よそ３０ｍ５である。

車両速度を１１００Ｋ／ｈ；車長を４〜５ｍとづると、
この車両はおよそ１５０ｍ５で車両検知地点を通過する
。したがって、超音波送波周期を３０ｍ５としたとして
も１１００Ｋ／ｈでル行す−る車両に対しては最大５点
のリンブリングしか行なえないこととなる。′リンブリ
ング・データがすべ−Ｃ右効であるとは限らないから、
実際には１効データは３点程度になるだろう。

この程度のザンブリング点数では、車両検知にもとづい
て、車両速度、車高などを測定覆る１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Ｊこる車高測定装置は、連続的に周波数が変
化させられた超音波信号を発生りる手段、路面上方に配
置され、この超音波信号によっ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ね１信号を取
出す手段、送波超音波の周波数変化分を表ねづ信号と受
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１段、およびこの位相差にもとづ
いて車高を演瞳り″る手段を備えでいることを特徴と覆
る。

この発明におい−Ｃは、車両を感知づるために超音波が
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っている。車高は、超音波送波
後、車両からの反射波を受波づるまでの時間にｂとづい
で測定される。車両に関する情報が連続的に得られ、そ
れは車両に関り−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（［）上方の所定高さ１」に、超音波送波器
（１）および超音波受波器（２）が設置ノられ、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１ノて送波され、受波器（２）は
路面（Ｌ）または車両（Ｃ△）で反射して戻ってくる超
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、一定周期下で連続的に変化してい
る。この実施例Ｃは、周波数の変化は時間に関して鋸歯
状波であるが、他の任意の波形を採用づることができる
。周波数の変化周期Ｔは、超音波が送、受波器（１）お
よび（２）と路面り［）との間を往復づるのに要する時
間、たとえは’３０ｍ５以上であることが好ましい。超
音波周波数の上限とド限との間のＴＩＪは広い方が望ま
しいが、現在では、２２〜３０　Ｋ　ｌ−Ｉ　Ｚ程度の
帯域＋ＩＪにわたってほぼ一定の撮幅（感度）で超音波
を発生ずるく検知りる）超音波振動子がある。

第２図にＪ３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でい
る。路面（Ｌ）からの反射波は、超音波送波後、ｒＲ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。

ｔ（１＝　２１１／Ｖｓ・・・・・・・・・（１）ｔｖ
＝２１＋　／Ｖｓ　・−・・・・・・（２）車高Ｈｃは
、ｌ−１ｃ＝ｌ−１−ｈで与えられるから、第（２）式
を用いて、車高ｆ−４ｃは次式より求めることがＣきる
。

１１ｃ　＝Ｈ−（ｔｖｘＶｓ　）　／２−−＝　（３）
第２図に示す送波および受波の波形を比較覆ることによ
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１ワるための電気
回路を、第４図はこの電気回路の各１０ツクの出力信号
波形をそれぞれ示している。

クロック信号発生回路（１１）は一定周期１の方形波信
号（ａ　＞を出力し、この信Ｍ（ａ）は積分回路（１２
）で鋸歯状波信号（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（１３）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〉によって超音波送波器（１〉が駆
動される。このようにして、一定周期下で周波数が連続
的に変化づ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（［）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）
によっ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
波送波信月（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（ＣＯＤ）
から構成されている。このシフ］〜・レジスタ（２５）
のクロック信号として電圧ｌｌｉ＋７罪発振回ｆｆ１（
２４）の出力が用いられでいる。電圧制御発振回路の出
力信号の周期（クロック周期）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＝τＸＮ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りる。この位相差成分は
低域通過フィルタ（２３）に送られその高周波成分が除
去される。フィルタ（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
ｆも高くなる。この周波数ｆがａ′轟りなるとクロック
周期τは短くなり、遅延時間【は減少リ−る。遅延時間
ｉ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く変調信＠（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
過フィルタ（２３）、電圧制御発振回路（２４）および
シフ１−・レジスタ（２５）は、シフト・レジスタ（２
５）の出力信号（ｄ　）の位相が受波信号（０）の位相
に一致り−るするように働く。

したがってシフト・レジスタ（２５）の遅延時間［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ｉＱ相差、ずなわちｔｄや
ｔｖなど）を表わすことになる。上述のように、クロッ
ク周期τと）僕延時間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ｆ（−１／τ）はこの遅延時間［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ｆを「
■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、ｘＶｓ　）　／　（ｆｖｘ　２　）
・・・・・・（４） 第５図は第４式にもとづいて中高を演ｎづる回路の一例
を示している。電圧制御発１辰回路（２４）の出力パル
ス信号（周波数［）は、Ｎ×Ｖｓ進リンクリングンタ（
３１）に入力する。このカウンタ（３１）は入力パルス
をＮＸＶｓ個計数するごどにカラン１〜・アップ信号を
出力する。

Ｊなわら、ノＪウンタ（３１）はｆ　／　（ＮＸＶＳ　
）の演算を行なう。周期カウンタ（３２）には一定周期
のりＯ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・アップ信号の人力ごとにリセット
され零からタロツク・パルスの計数を開始する。カウン
ト・アップ信号が入力したどきのカウンタ（３２）の計
数値は（ＮｘＶｓ）／ｆを表わし、これは演算回路（３
３）に送られる。演算回路（３３゛）は、カウンタ（３
１）からカラン（〜・アップ信号が入力するごとに周期
カウンタ（３２）の計数値を読込み、第（４）式の演算
を行ない、車高Ｈｃを表わす信号を出力覆る。

第（４）式の演算はもちろん、マイク０プロセッサを用
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っている。したが
って、演峰回路（３３）の出力は、車両＋］Ｃ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、演綿回路（３３）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、零１ス外の
データよｌこはあるスレシホールド・レベル以」二のデ
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。したがって、カウンタ（３１）
のカウント・アップごとに車高データが得られ、一台の
車両についで多数の車高データが得られる。これらのデ
ータのうらの最大値のものを見イ」け出してこれを最終
的に車高と判定りればよい。

車両を別途検知して、車両を検知しているときのみ車高
データを収集づ′るようにＪることがりｒ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用ＯＬ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（（１）と表現づる。

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（１１）と表現する）と
復調された信号（０）とを差動増幅回路に入力し、それ
らの差信号（これを便宜的に（１）とする）を臀る。こ
の信号（１）は、超音波送波から受波までの時開を表わ
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１」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（０）と（
ｈ）とは同形となり、差信号（＋）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（１）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
す検知信号を冑ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、超音波送、受波器の配置を承り図、第２図は
送波および受波の周波数の変化を示ψタイム・チャート
、第３図は、串両感知装−のうらの車高を表わす信号を
１ｑるｌｃめの電気回路を示すプロ、ツタ図、第４図は
このブロック図の出力信号を示ｊタイム・ブｐ−ト、第
５図は車高演算回路の一例を示すブロック図である。 （１）・・・超音波送波器、（２）・・・超音波受波器
、（１１）・・・クロック信号発生回路、（１２）・・
・積分回路、（１３）　　（２４）・・・電圧制御発振
回路、（２２）・・・位相比較回路、（２３）・・・低
域通過フィルタ、（２５）・・・シフト・レジスタ、（
３１）・・・リング・カウンタ、（３２）・・・周Ｊｉ
カウンタ、（３３）・・・演算回路。 以　　上 特許出願人　　立石電機　株式会社 第１図 ′頃９図 時間 ２１￥：３１マ１ ）；ｒ＞　２４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 連続的に周波数が変化さけられた超音波信号を発生する
   手段、 路面、し方に配置され、この超音波信号によって連続的
   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Ｉｍ調し、周波数の変
   化分を表わす信号を取出す手段、送波Ｊ！ｉ音波の周波
   数変化分を表わ覆信号と受波超音波の周波数変化分を表
   わづ信号とを比較してそれらの位相差を検出り′る手段
   、およびこの位相差にもとづいて車高を演輝する手段、
   を備えた車高測定装置。