(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送信信号を周期的に送信して車両を感知する超音波式車両感知器において、送信信号の周波数として２種類の周波数を設定し、各々の周波数を持つ送信信号が交互に送信されるように制御する送信周波数設定手段と、各々の周波数を持つ送信信号が路面で反射されたときの受信レベルを比較し、受信レベルが高い送信信号の周波数を前記送信周波数設定手段に伝える比較手段とを備え、前記送信周波数設定手段は、前記２種類の周波数のいずれか一方の周波数の信号の受信レベルが高いことを前記比較手段から伝えられたときに、当該周波数を新しい最適周波数ｆと見做し、前記新しい最適周波数ｆからプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）を前記２種類の周波数の一方として設定する手段と、前記最適周波数ｆからマイナス側に変移した周波数（ｆ−α）の付近で送信周波数を徐々に変えて送信し、前記周波数（ｆ＋α）の信号の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数（ｆ−β）を探して、前記周波数（ｆ−β）を前記２種類の周波数の他方として設定する手段とを有することを特徴とする超音波式車両感知器。
【請求項２】
超音波の送信信号を周期的に送信して車両を感知する超音波式車両感知器の超音波周波数制御方法において、最適周波数ｆからプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）を前記送信信号の一方の周波数として設定し、前記最適周波数ｆからマイナス側に変移した周波数（ｆ−α）の付近で送信周波数を徐々に変えて送信し、周波数（ｆ＋α）の信号の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数（ｆ−β）を探して、前記周波数（ｆ−β）を前記送信信号の他方の周波数として設定し、この２種類の周波数を持つ送信信号を交互に送信し、各々の周波数を持つ送信信号が路面で反射されたときの受信レベルを比較して、一方の周波数を持つ送信信号の受信レベルが他方の周波数を持つ送信信号の受信レベルより高くなったときは、高い方の周波数を新しい最適周波数と見做して前記２種類の周波数を同様に求めて前記送信信号の周波数として設定することを特徴とする超音波周波数制御方法。
【請求項３】
超音波の送信信号を周期的に送信して車両を感知する超音波式車両感知器の制御プログラムにおいて、最適周波数ｆからプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）を前記送信信号の一方の周波数として設定する手順と、前記最適周波数ｆからマイナス側に変移した周波数（ｆ−α）の付近で送信周波数を徐々に変えて送信し、周波数（ｆ＋α）の信号の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数（ｆ−β）を探して、前記周波数（ｆ−β）を前記送信信号の他方の周波数として設定する手順と、この２種類の周波数を持つ送信信号を交互に送信するように制御する手順と、各々の周波数を持つ送信信号が路面で反射されたときの受信レベルを比較する手順と、前記比較において、一方の周波数を持つ送信信号の受信レベルが他方の周波数を持つ送信信号の受信レベルより高いとき、高い方の周波数を新しい最適周波数と見做して前記２種類の周波数を同様に求めて前記送信信号の周波数として設定する手順とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路上の走行車両を検知する超音波式車両感知器と、その送信する超音波周波数を制御する方法に関し、特に、車両感知精度の向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波式車両感知器は、道路上に設置した超音波ヘッドから道路面に向けて一定周期で超音波を送信し、その反射波を受信するまでの時間を計って、道路上の車両の有無を判定する。
【０００３】
この超音波式車両感知器では、送信波の最適周波数が、車両感知器の温度変化や経年変化等によって変動する。そのため、従来の超音波式車両感知器では、超音波の送信時期に最適周波数ｆの超音波を送信し、次の送信時期に周波数（ｆ＋Δ）の超音波を送信し、その次の送信時期に周波数（ｆ−Δ）の超音波を送信し、それぞれの信号が道路面で反射して戻って来たときの受信信号レベルを比較して、周波数ｆが最適周波数を維持しているかどうかを確認しており、この確認結果に基づいて、次に送る送信信号の周波数を制御している。
【０００４】
図６は、従来の超音波式車両感知器を示している。この装置は、道路脇のポール31から走行路上に延びるアーム30に取り付けられた超音波ヘッド20と、その制御器110とから成り、超音波ヘッド20は、超音波を路面に向けて送信する送信器22と、超音波の反射波を受信して電気信号に変換する受信器21とを具備し、この送信器22及び受信器21は、同一の超音波素子を用いて構成されている。
【０００５】
また、制御器110は、指定された周波数の信号を生成する発振部111と、送信信号を一定周期で出力する送信信号出力部112と、受信信号を増幅する受信信号増幅部113と、受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部114と、受信信号の周波数を計測する周波数計測部115と、時間を計時するタイマ116と、超音波の直接反射による受信信号を識別するために設定された閾値118と、送信信号の周波数を制御するＣＰＵから成る制御部117とを備えている。
【０００６】
超音波ヘッド20は、標準的には、路面から５．５ｍの高さに設置されている。超音波ヘッド20には、制御器110の送信信号出力部112から、２５ｋＨｚ近傍の周波数を有し、送信時間が２ｍｓの送信信号が１００ｍｓの周期で繰り返し送られてくる。超音波ヘッド20の送信器22は、内蔵する圧電素子を送信信号で励起し、送信信号に応じた周波数の超音波を真下に送信する。図８（ａ）は、送信波形を示している。
【０００７】
道路上に車両が存在していない状態では、図８（ｂ）に示すように、路面で反射した超音波が受信器21に達する。受信器21は、これを電気信号に変換し、制御器110の受信信号増幅部113は、これを増幅する。周波数計測部115は、受信信号の周波数を計測して制御部117に伝え、また、Ａ／Ｄ変換部114は、受信信号レベルをデジタル値（ＡＤ値と云う）に変換して制御部117に出力する。
【０００８】
制御部117は、ＡＤ値が閾値118より高い場合に、送信信号の直接反射波による受信信号と判断し、送信時点からの時間を調べ、その時間により車両の有無を識別する。また、制御部117は、ＡＤ値から次に送信する送信信号の周波数を決定し、発振部111の発振周波数を制御する。
【０００９】
図７は、この送信信号周波数の制御手順を示している。
ステップ１：送信信号の周波数を最適周波数ｆ（例えば、ｆ＝２５ｋＨｚ）に設定して送信し、
ステップ２：反射波を受信し、ＡＤ値（路面波ａ）を取り込む。
【００１０】
ステップ３：次の送信タイミングまで待ち、
ステップ４：送信タイミングに、送信信号の周波数を（ｆ＋Δ）（Δは、例えば２５Ｈｚ）に設定して送信し、
ステップ５：反射波を受信し、ＡＤ値（路面波ｂ）を取り込む。
【００１１】
ステップ６：次の送信タイミングまで待ち、
ステップ７：送信タイミングに、送信信号の周波数を（ｆ−Δ）に設定して送信し、
ステップ８：反射波を受信し、ＡＤ値（路面波ｃ）を取り込む。
【００１２】
図８（ａ）は、ステップ１、ステップ４、ステップ７で送信される送信信号を表し、図８（ｂ）は、ステップ２、ステップ５、ステップ８で受信された路面波形を表している。
【００１３】
ステップ９：路面波ａ、ｂ、ｃを比較する。
ステップ９において、路面波ａが一番大きい場合は、
ステップ11：最適周波数ｆの値は変更せず、
ステップ13：次の送信タイミングまで待って、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００１４】
ステップ９において、路面波ｂが一番大きい場合は、
ステップ12：周波数（ｆ＋Δ）を最適周波数ｆに変更し、
ステップ13：次の送信タイミングまで待って、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００１５】
ステップ９において、路面波ｃが一番大きい場合は、
ステップ10：周波数（ｆ−Δ）を最適周波数ｆに変更し、
ステップ13：次の送信タイミングまで待って、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００１６】
図９は、超音波感度の周波数特性の推移と、周波数ｆ、（ｆ＋Δ）及び（ｆ−Δ）との関係を模式的に示している。周波数特性がＡの状態では、ｆが最適周波数であり、送信周波数ｆに対応する受信感度が、送信周波数（ｆ＋Δ）及び（ｆ−Δ）に対応する受信感度に比べて一段と高い。この状態では、ｆが最適周波数として維持される。周波数特性がＢの状態に推移すると、送信周波数ｆに対応する受信感度より、送信周波数（ｆ＋Δ）に対応する受信感度の方が高くなる。この場合には、送信周波数（ｆ＋Δ）が最適周波数とされる。また、周波数特性がＡの状態からＣの状態に推移すると、送信周波数ｆに対応する受信感度より、送信周波数（ｆ−Δ）に対応する受信感度の方が高くなる。この場合には、送信周波数（ｆ−Δ）が最適周波数とされる。
【００１７】
このように、超音波式車両感知器が、最適周波数をｆとするとき、周波数ｆ、ｆ＋Δ、及び、ｆ−Δの３種類の送信信号を送信し、その中で受信信号レベルが最も高い周波数を次の最適周波数として、その前後の周波数とともに３種類の送信信号を送信する送信周波数制御を続けることにより、温度変化等により特性が推移した場合でも、最適周波数を検出して、特性推移に追従することが可能になる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超音波式車両感知器では、最適周波数が変移しない場合でも、それを確認するために常に３種類の信号を送信しているため、次のような問題が生じる。
【００１９】
超音波式車両感知器が車両を感知できるエリアは、受信感度が最も高い最適周波数ｆの信号を送信した場合に最も広くなり、周波数ｆ＋Δ及びｆ−Δの信号を送信した場合には、これに比べて狭くなる。このエリアの差分は、受信感度の周波数特性等に依存するが、例えば、最適周波数ｆにおいて、道路の長さ方向の１．２ｍの距離の間に位置する車両が感知できる場合に、周波数ｆ＋Δ及びｆ−Δでは、この距離が１．１ｍに減少する。
【００２０】
そのため、渋滞等により車両が感知エリアぎりぎりに停車すると、感知エリアの広い周波数ｆの信号を送信した場合には、その車両が感知され、感知エリアの狭い周波数ｆ＋Δ及びｆ−Δの信号を送信した場合には、その車両が感知されないと云う状態が発生する。このように感知エリアのばらつきは、車両感知精度の低下を招来する。
【００２１】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、車両感知精度を高めることができる超音波式車両感知器を提供し、また、その超音波周波数制御方法を提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、超音波の送信信号を周期的に送信して車両を感知する超音波式車両感知器において、送信信号の周波数として２種類の周波数を設定し、各々の周波数を持つ送信信号が交互に送信されるように制御する送信周波数設定手段と、各々の周波数を持つ送信信号が路面で反射されたときの受信レベルを比較し、受信レベルが高い送信信号の周波数を前記送信周波数設定手段に伝える比較手段とを設け、送信周波数設定手段は、２種類の周波数のいずれか一方の周波数の信号の受信レベルが高いことを比較手段から伝えられたときに、当該周波数を新しい最適周波数ｆと見做し、新しい最適周波数ｆからプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）を２種類の周波数の一方として設定する手段と、最適周波数ｆからマイナス側に変移した周波数（ｆ−α）の付近で送信周波数を徐々に変えて送信し、周波数（ｆ＋α）の信号の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数（ｆ−β）を探して、周波数（ｆ−β）を２種類の周波数の他方として設定する手段とを有するように構成している。
【００２３】
また、超音波の送信信号を周期的に送信して車両を感知する超音波式車両感知器の超音波周波数制御方法において、最適周波数ｆからプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）を送信信号の一方の周波数として設定し、最適周波数ｆからマイナス側に変移した周波数（ｆ−α）の付近で送信周波数を徐々に変えて送信し、周波数（ｆ＋α）の信号の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数（ｆ−β）を探して、周波数（ｆ−β）を送信信号の他方の周波数として設定し、この２種類の周波数を持つ送信信号を交互に送信し、各々の周波数を持つ送信信号が路面で反射されたときの受信レベルを比較して、一方の周波数を持つ送信信号の受信レベルが他方の周波数を持つ送信信号の受信レベルより高くなったときは、高い方の周波数を新しい最適周波数と見做して２種類の周波数を同様に求めて送信信号の周波数として設定するようにしている。
【００２４】
そのため、２種類の周波数の送信信号による感知エリアは同じになる。従って、送信信号の周波数を最適周波数に追随させながら、送信信号の感知エリアを一定に保つことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施形態の超音波式車両感知器は、図１に示すように、送信器22及び受信器21を有する超音波ヘッド20と、制御器10とから成り、制御器10は、図６と同様、発振部11、送信信号出力部12、受信信号増幅部13、Ａ／Ｄ変換部14、周波数計測部15、タイマ16、閾値18及び制御部17を備えている。
【００２６】
図２は、ＣＰＵから成る制御部17をプログラムで複数の手段として機能させるときの各手段の構成を機能ブロックで示している。この制御部17は、Ａ／Ｄ変換部14から入力するＡＤ値を閾値18と比較して、送信信号の直接反射波による受信信号を識別する反射信号識別部41と、反射信号識別部41により識別された受信信号が車両から反射した受信信号か路面から反射した受信信号かを識別する車／路面反射信号識別部42と、路面から反射した受信信号のＡＤ値を、前回受信した路面から反射した受信信号のＡＤ値と比較する路面反射信号比較部43と、路面反射信号比較部43の比較結果に基づいて発振部11の発振周波数を制御する送信周波数設定部44とを備えている。
【００２７】
この装置の制御部17を除く各部の動作は、図６の場合と同じである。
制御部17は、図５に示すように、周波数特性がＡの状態であり、最適周波数がｆであるとき、最適周波数ｆより僅かにプラス側に変移した周波数（ｆ＋α）の送信信号を送信し、次に、この送信信号による受信レベルと同じ受信レベルを持つ、最適周波数ｆよりマイナス側に変移した周波数（ｆ−β）の送信信号を送信する。この周波数（ｆ−β）は、周波数（ｆ−α）の近辺に存在するので、当初、送信周波数を周波数（ｆ−α）の付近で徐々に変えて送信し、送信周波数（ｆ＋α）の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数位置を探して決定する。
【００２８】
周波数（ｆ−β）が求まると、図４（ａ）に示すように、送信周波数（ｆ＋α）の信号と、送信周波数（ｆ−β）の信号とを交互に送信する。図４（ｂ）は、このとき路面から反射された路面波形を示している。
【００２９】
温度変化等により周波数特性が変化し、送信周波数（ｆ＋α）に対応する受信信号レベルの方が送信周波数（ｆ−β）に対応する受信信号レベルより高くなると、送信周波数（ｆ＋α）を最適周波数と見做し、この最適周波数のプラス側にαだけ変移した周波数の送信信号と、この送信信号の受信レベルと同じ受信レベルを持つ、最適周波数よりマイナス側に位置する周波数の送信信号とを交互に送信する。
【００３０】
また、送信周波数（ｆ＋α）の信号と、送信周波数（ｆ−β）の信号とを交互に送信している過程で、送信周波数（ｆ−β）に対応する受信信号レベルの方が送信周波数（ｆ＋α）に対応する受信信号レベルより高くなると、送信周波数（ｆ−β）を最適周波数と見做し、この最適周波数のプラス側にαだけ変移した周波数の送信信号と、この送信信号の受信レベルと同じ受信レベルを持つ、最適周波数よりマイナス側に位置する周波数の送信信号とを交互に送信する。
【００３１】
このとき、制御部17の反射信号識別部41は、Ａ／Ｄ変換部14から入力するＡＤ値を閾値18と比較し、ＡＤ値が閾値18より大きい場合に、受信信号が直接反射波による受信信号である旨を車／路面反射信号識別部42に伝える。車／路面反射信号識別部42は、その受信信号の周波数を周波数計測部15から取得し、同一周波数の送信信号が送信信号出力部12から送出されてからの経過時間をタイマ16より取得して、受信信号が車両から反射したものか、路面から反射したものかを識別する。受信信号が車両からの反射信号である場合、車／路面反射信号識別部42は、車両感知出力を送出する。また、受信信号が路面からの反射信号である場合、その受信信号のＡＤ値を路面反射信号比較部43に渡す。
【００３２】
路面反射信号比較部43は、前回、車／路面反射信号識別部42から渡された受信信号のＡＤ値と、周波数計測部15から取得したその受信信号の周波数とを保持し、車／路面反射信号識別部42から新たな受信信号のＡＤ値が渡されると、その受信信号の周波数を周波数計測部15から取得して、新たな受信信号のＡＤ値と、保持している受信信号のＡＤ値とを比較する。そして、一方の受信信号のＡＤ値が大きければ、その受信信号の周波数を送信周波数設定部44に伝える。
【００３３】
送信周波数設定部44は、路面反射信号比較部43から、受信信号の周波数の情報が与えられない限り、図４（ａ）の周波数（ｆ＋α）及び周波数（ｆ−β）の２種類の信号を交互に発振するように発振部11を制御する。また、路面反射信号比較部43から、受信信号の周波数ｆ’の情報が与えられると、周波数（ｆ'＋α）の信号を発振するように発振部11を制御し、その送信信号に対応する受信信号のＡＤ値と同じＡＤ値を持つ周波数（ｆ'−β）を求め（この周波数（ｆ'−β）は、前述するように、送信周波数を徐々に変えて送信し、送信周波数（ｆ'＋α）の受信レベルと同じ受信レベルになる周波数位置を探して決定する）、周波数（ｆ'＋α）及び周波数（ｆ'−β）の２種類の送信信号を交互に発振するように発振部11を制御する。
【００３４】
図３は、制御部17による送信信号周波数の制御手順を示している。
ステップ21：送信信号の周波数をｆ＋α（ｆは最適周波数、αは、例えば２５Ｈｚ）に設定して送信し、
ステップ22：反射波を受信し、ＡＤ値（路面波α）を取り込む。
【００３５】
ステップ23：次の送信タイミングまで待ち、
ステップ24：送信タイミングに、送信信号の周波数をｆ−βに設定して送信し、
ステップ25：反射波を受信し、ＡＤ値（路面波β）を取り込む。
【００３６】
ステップ26：路面波α、βを比較する。
ステップ26において、路面波α、βが同じであれば、
ステップ28：最適周波数ｆの値は変更せず、
ステップ30：次の送信タイミングまで待って、ステップ21からの手順を繰り返す。
【００３７】
ステップ26において、路面波αが大きい場合は、
ステップ29：周波数ｆ＋αを最適周波数ｆに変更し、
ステップ30：次の送信タイミングまで待って、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００３８】
ステップ26において、路面波βが大きい場合は、
ステップ27：周波数ｆ−βを最適周波数ｆに変更し、
ステップ30：次の送信タイミングまで待って、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００３９】
この制御部17が制御する２種類の周波数の送信信号に対応する受信信号レベルは同一である。そのため、２種類の周波数の送信信号での感知エリアは同じになり、車両の感知性能が安定化する。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の超音波式車両感知器及び超音波周波数制御方法では、送信信号の周波数を最適周波数に追随させながら、送信信号の感知エリアを一定に保つことができ、車両感知精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における超音波式車両感知器の構成を示すブロック図、
【図２】実施形態の超音波式車両感知器における制御部の構成を示すブロック図、
【図３】実施形態の超音波式車両感知器における動作手順を示すフロー図、
【図４】（ａ）実施形態の超音波式車両感知器での送信波形を示す図、
（ｂ）実施形態の超音波式車両感知器での路面波の受信波形を示す図、
【図５】実施形態の超音波周波数制御方法において、受信感度の周波数特性と、設定される周波数との関係を示す図、
【図６】従来の超音波式車両感知器の構成を示すブロック図、
【図７】従来の超音波式車両感知器における動作手順を示すフロー図、
【図８】（ａ）従来の超音波式車両感知器での送信波形を示す図、
（ｂ）従来の超音波式車両感知器での路面波の受信波形を示す図、
【図９】従来の超音波周波数制御方法において、受信感度の周波数特性と、設定される周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
10、110  制御器
11、111  発振部
12、112  送信信号出力部
13、113  受信信号増幅部
14、114  Ａ／Ｄ変換部
15、115  周波数計測部
16、116  タイマ
17、117  制御部
18、118  閾値
20  超音波ヘッド
21  受信器
22  送信器
31  ポール
30  アーム
41  反射信号識別部
42  車／路面反射信号識別部
43  路面反射信号比較部
44  送信周波数設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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