(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波送受器を具備し、前記超音波送受器より得られる超音波の反射波レベルを検出して車両を感知する超音波式車両感知器において、
車両反射波成分を含まない設置環境に依存した背景反射波を記憶する背景反射波記憶手段と、
反射波の基準レベルが超音波発射後の各時刻において前記背景反射波のレベルを低めるように前記基準レベルの変動量を設定する補正値設定手段と、
設定された前記変動量に従って前記基準レベルを超音波発射後の各時刻により変動させる基準レベル変動手段と、
前記超音波送受器より得られる超音波の反射波レベルと前記基準レベル変動手段により変動された前記基準レベルとを加算する加算手段と、
前記加算手段で加算された反射波レベルを検出する反射波レベル検出手段と、
前記反射波レベル検出手段で検出された反射波レベルと感知閾値とを比較して車両の有無を判定する感知判定手段と
を備えることを特徴とする超音波式車両感知器。
【請求項２】
前記背景反射波のレベルの最大値を検出する背景反射波最大値検出手段を具備し、前記補正値設定手段が、最大のレベルを示す前記背景反射波に基づいて前記基準レベルの変動量を設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波式車両感知器。
【請求項３】
前記基準レベルの超音波発射後の各時刻における変動量をゼロに設定する無変動補正値設定手段と、前記無変動補正値設定手段を起動するスイッチとを具備し、前記スイッチを操作して、背景反射波のレベルを確認できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波式車両感知器。
【請求項４】
超音波の反射波レベルを感知閾値と比較して車両を感知する超音波式車両感知器の車両感知方法において、
車両反射波成分を含まない設置環境に依存した背景反射波を測定し、
反射波レベル測定時の基準レベルを、超音波発射後の各時刻における前記背景反射波のレベルを低めるように、時間的に変動させ、測定した反射波レベルを前記基準レベルに加算し、加算した反射波レベルと感知閾値とを比較して車両の有無を判定することを特徴とする車両感知方法。
【請求項５】
前記背景反射波のレベルの最大値を測定し、前記基準レベルを、最大のレベルを示す前記背景反射波のレベルを低めるように、時間的に変動させることを特徴とする請求項４に記載の車両感知方法。
【請求項６】
前記基準レベルの時間的な変動をゼロにして、前記背景反射波のレベルを確認することを特徴とする請求項４または５に記載の車両感知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して走行車両を感知する超音波式車両感知器とその車両感知方法に関し、特に、背景から反射する超音波に起因して誤感知が発生するのを防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波式車両感知器は、送信した超音波の反射波が戻る時間により車両の有無を検知する。しかし、超音波式車両感知器をトンネル内等に設置した場合には、天井等の障害物で背景反射波が発生する。
【０００３】
図７は、従来の超音波式車両感知器で受信される反射波の受信波形と受信時期とを示している。ここでは、横軸に時間軸、縦軸に受信レベルを示している。
【０００４】
超音波式車両感知器から超音波の送信波１が送信され、車両が存在している場合には、車両からの反射波である車両反射波２が車両感知器に届く。感知すべき車両が存在しない場合は路面に反射した路面反射波４が車両感知器に届く。天井等の背景から反射する背景反射波３は、路面反射波４より早い時期に車両感知器に届く。
【０００５】
車両感知器では、反射波の受信レベルを、基準レベル５より所定値だけ高い閾値（感知閾値）６と比較し、車両反射波２の受信レベルが感知閾値６のレベルを超える場合に車両を感知する。
【０００６】
このとき、背景反射波３を車両と誤感知することを防ぐため、背景反射波３の受信レベルが感知閾値６を超えないように、感知閾値６を適当な値に設定したり、あるいは、受信感度を低く設定している。こうすることにより、背景反射波３による誤感知を防止することが可能となる。
【０００７】
【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、大きな受信レベルを持つ背景反射波３が存在する場合に、それを車両と誤感知することを防止するため、感知閾値６を背景反射波３の受信レベルより大きなレベルに設定すると、車両反射波２の受信レベルが小さいときに、車両反射波２が感知閾値６を超えないことが発生し、車両が進入したにもかかわらず車両を感知しないという問題が発生する。
【０００８】
また、感知閾値６を小さな車両反射波２を検出できるレベルに設定した場合には、背景反射波３が感知閾値６を超えないように受信感度を低く設定しなければならない。そうすると背景反射波３の受信レベルが小さくなると同時に車両反射波の受信レベルも小さくなり、その結果、感知閾値６を大きなレベルに設定した場合と同様に、車両が進入したにもかかわらず車両を感知しないという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、大きな背景反射波が存在する環境下においても十分な感度を保ち、安定した車両検出動作を行なうことができる超音波式車両感知器を提供し、また、その車両感知方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、超音波発射後の各時刻において、背景反射波の受信レベルが基準レベルより突出している時刻に、これを打ち消す方向に基準レベルを変動させている。
【００１１】
そのため、背景反射波の基準レベルに対する突出を抑えることができ、背景反射波の影響を除去して、車両を感知することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、超音波を送受信する超音波送受器を具備し、前記超音波送受器より得られる超音波の反射波レベルを検出して車両を感知する超音波式車両感知器において、車両反射波成分を含まない設置環境に依存した背景反射波を記憶する背景反射波記憶手段と、反射波の基準レベルが超音波発射後の各時刻において前記背景反射波のレベルを低めるように前記基準レベルの変動量を設定する補正値設定手段と、設定された前記変動量に従って前記基準レベルを超音波発射後の各時刻により変動させる基準レベル変動手段と、前記超音波送受器より得られる超音波の反射波レベルと前記基準レベル変動手段により変動された前記基準レベルとを加算する加算手段と、前記加算手段で加算された反射波レベルを検出する反射波レベル検出手段と、前記反射波レベル検出手段で検出された反射波レベルと感知閾値とを比較して車両の有無を判定する感知判定手段とを設けたものであり、強い背景反射波が存在する環境下においても、受信感度を低下させることなく背景反射波による誤感知を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、背景反射波のレベルの最大値を検出する背景反射波最大値検出手段を設け、補正値設定手段が、最大のレベルを示す背景反射波に基づいて基準レベルの変動量を設定するようにしたものであり、気候変化や車両感知器の振動などで生じる背景反射波のふらつきによる誤感知を防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、基準レベルの超音波発射後の各時刻における変動量をゼロに設定する無変動補正値設定手段と、無変動補正値設定手段を起動するスイッチとを設け、スイッチを操作して、背景反射波のレベルを確認できるようにしたものであり、背景反射波の観測が可能となり、保守業務の効率化を実現することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、超音波の反射波レベルを感知閾値と比較して車両を感知する超音波式車両感知器の車両感知方法において、車両反射波成分を含まない設置環境に依存した背景反射波を測定し、反射波レベル測定時の基準レベルを、超音波発射後の各時刻における背景反射波のレベルを低めるように、時間的に変動させ、測定した反射波レベルを前記基準レベルに加算し、加算した反射波レベルと感知閾値とを比較して車両の有無を判定するようにしたものであり、背景反射波レベルが強い場合でも、受信感度を低下させることなく背景反射波による誤感知を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、背景反射波のレベルの最大値を測定し、基準レベルを、最大のレベルを示す背景反射波のレベルを低めるように、時間的に変動させるようにしたものであり、背景反射波のふらつきによる誤感知を防止することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、基準レベルの時間的な変動をゼロにして、背景反射波のレベルを確認できるようにしたものであり、保守業務の効率化を実現することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の超音波式車両感知器は、図１に示すように、超音波を送受信する超音波送受器11と、超音波の送信制御を行なう超音波送信部12と、超音波送受器11より得られた信号の内、送信周波数成分を増幅する超音波受信部13と、超音波受信部13からの微弱な信号を制御可能なレベルに増幅する増幅部14と、背景反射波の受信時刻に基準レベルを低下させる基準レベル変動部20と、増幅部14から出力された信号レベルと基準レベル変動部20から出力された基準レベルとを加算する加算部40と、車両の感知を判断するとともに、基準レベルの変動量を設定するＣＰＵ30とを備えており、また、その他に、超音波発射からの時間を計測する時間カウンタ（不図示）を有している。
【００２０】
ＣＰＵ30は、Ａ／Ｄ変換を含んだ構成により加算部40から出力される反射波のレベルを検出する反射波レベル検出部15と、反射波レベルと感知閾値とを比較して車両の有無を判定する感知判定部16と、車両反射波成分を含まない設置環境に依存した反射波を記憶する背景反射波記憶部17と、背景反射波レベルに応じて基準レベルを時間的に変動させるための補正値を記憶する補正値記憶部18と、補正値をアナログ信号に変換して基準レベル変動部20に出力するＤ／Ａ変換部19とを具備している。
【００２１】
この超音波式車両感知器のＣＰＵ30の動作について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２２】
ステップ１：電源が投入されると、
ステップ２：ＣＰＵ30は、基準レベルが超音波送信後のすべての時刻において一律となるように設定する初期値補正値を、Ｄ／Ａ変換部19でアナログ信号に変換して基準レベル変動部20に与える。
【００２３】
ステップ３：この状態で車両感知器は反射波を受信する。受信される反射波信号を図３（ａ）に示している。
【００２４】
ステップ４：反射波レベル検出部15は、加算部40から出力された反射波信号のレベルを検出し、それをＣＰＵ内部へ取り込む。反射波信号のレベルは、図３（ｂ）に示すように、ある時刻に山を形成する。
【００２５】
ステップ５：感知判定部16は、反射波レベル検出部15で検出されたレベルと感知閾値とを比較する。なお、電源投入時には、背景反射波によって感知とならないように、感知閾値を予め高いレベルに設定しておく。
【００２６】
ステップ６：ステップ５の比較の結果、感知でない場合には、反射波レベルを背景反射波として背景反射波記憶部17に記憶し、
ステップ７：背景反射波レベルの山が現れる時期に基準レベルが低減するように、基準レベルを時間的に変動させる補正値を生成し、補正値記憶部18に記憶する。このときの基準レベルの低減の大きさは、記憶した背景反射波レベルの大きさに応じて設定する。
【００２７】
ステップ８：この補正値をＤ／Ａ変換部19でアナログ信号に変換し、基準レベル変動部20へ与える。基準レベル変動部20は、超音波発射からの時間を計測する時間カウンタの値に基づいて、背景反射波レベルの山が現れる時期に基準レベルが低減するように基準レベルを変動させる。
【００２８】
この基準レベル変動部20から出力される基準レベルを、図３（ｃ）に示しており、背景反射波レベル（図３（ｂ））が山になる時期に、谷を形成している。
【００２９】
基準レベルが変更された状態で再び図３（ａ）の反射波信号を受信すると、基準レベルが図３（ｃ）の状態に変動しているため、加算部40から出力されるレベルは、図３（ａ＋ｃ）に示すように、背景反射波のレベルが小さくなる。
【００３０】
それ以降、ステップ４→ステップ５→ステップ６→ステップ７→ステップ８→ステップ４を繰り返し、背景反射波の受信レベルが基準レベルより突出している場合に、基準レベルを補正してそれを引き下げる操作を続けることにより、最終的には、図３（最終波形）で示すように、背景反射波の受信レベルが基準レベルを突出しない状態を作り出すことができる。
【００３１】
このような状態で車両が進入してきた場合には、受信感度を低下させたり感知閾値を上げたりしなくても、背景反射波による誤感知を生じること無く、車両反射波を正常に感知することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の超音波式車両感知器は、背景反射波のふらつきによる誤感知を防止する。
【００３３】
この車両感知器は、図４に示すように、最大の背景反射波のレベルを記憶する背景反射波最大値記憶部22と、取り込んだ背景反射波のレベルと背景反射波最大値記憶部22に記憶された背景反射波のレベルとを比較して、背景反射波最大値記憶部22に記憶すべきレベルを選択する背景反射波最大値比較部21と、背景反射波を一定回数取り込み、その取り込んだ中での最大値を背景反射波として記憶するための比較回数をカウントするカウンタ23とを備えている。その他の構成は第１の実施形態（図１）と変わりがない。
【００３４】
この車両感知器の背景反射波記憶部７には、背景反射波最大値記憶部22に記憶されたレベルの背景反射波であって、且つ、カウンタ23のカウント値が一定数に達したときのものだけが記憶される。この点のみが第１の実施形態と違っている。
【００３５】
電源が投入されると、ＣＰＵ30は、基準レベルが超音波送信後のすべての時刻において一律となるように設定する初期値補正値を、Ｄ／Ａ変換部19でアナログ信号に変換して基準レベル変動部20に与える。この状態で反射波を受信すると、反射波レベル検出部15は、加算部40から出力された反射波信号のレベルを検出してＣＰＵ内部へ取り込み、感知判定部16は、反射波レベル検出部15で検出されたレベルと感知閾値とを比較する。
【００３６】
比較の結果、感知でないときは、この反射波を背景反射波の最大値として、そのレベルを背景反射波最大値記憶部22に記憶する。また、同時にカウンタ23のカウンタ値を１つ増加する。基準レベルは変動させずに、再び受信した反射波信号の反射波レベルを取り込み、その反射波レベルと感知閾値とを比較し、感知でない場合には、背景反射波最大値比較部21を起動して、その反射波レベルと背景反射波最大値記憶部22に記憶されている反射波のレベルとを比較する。
【００３７】
比較の結果、取り込んだ反射波レベルの方が大きければ、そのレベルを背景反射波最大値として背景反射波最大値記憶部22のデータを更新し、一方、取り込んだ反射波レベルの方が小さければ、背景反射波最大値記憶部22に記憶されている反射波のレベルを維持する。また、カウンタ23は、背景反射波を取り込むごとにカウンタ値を１つ増加する。
【００３８】
それ以降は、反射波信号の反射波レベル取り込み→感知閾値との比較→背景反射波最大値との比較→背景反射波最大値の更新、を繰り返し、カウンタ23のカウンタ値が予め設定されている値と同じになった時点で、背景反射波最大値記憶部22のデータを背景反射波記憶部７に展開し、カウンタ23のカウント値をリセットする。
【００３９】
その後は、第１の実施形態と同じように、背景反射波レベルの大きさに応じて基準レベルの補正値を生成して補正値記憶部18に記憶し、この補正値を基準レベル変動部20へ与えることで基準レベルを変動させる。
【００４０】
それ以降は、前述と同様の処理により、カウンタ23のカウント値が一定数に達したときの背景反射波最大値を検出し、順次、背景反射波記憶部７に展開する。このように、背景反射波の最大値を検出し、これに対して基準レベルを変動させることにより、設置環境の気温、風等の気候変化、あるいは超音波送受器の振動等によって、反射波レベルが安定しない場合でも、背景反射波レベルのふらつきによる誤感知を防止することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の超音波式車両感知器は、背景反射波のレベルを確認し、背景反射波の影響が除去できているかどうかをチェックすることができる。
【００４２】
この車両感知器は、図５に示すように、背景反射波レベルの確認時にトリガ信号を出力するスイッチ25と、基準レベルを全く変動させないための補正値を記憶する無変動補正値記憶部24とを備えている。その他の構成は第１の実施形態（図１）と変わりがない。
【００４３】
図６（ａ）は、背景反射波に対し基準レベルを変動させ、背景反射波の影響を除去している状態を示している。
【００４４】
背景反射波レベルを確認するときは、スイッチ25を押す。この操作でスイッチ25からトリガ信号が出力され、無変動補正値記憶部24に記憶されている補正値が基準レベル変動部20に与えられ、その結果、基準レベルは全く変動していない状態になる。このときの反射波信号は図６（ｂ）の通りとなり、背景反射波が基準レベルよりも突出した状態となる。このときは、背景反射波記憶部17に記憶されている反射波レベルを変更しない。
【００４５】
この状態でスイッチ25を操作し、トリガ信号が解除されると、補正値記憶部18の補正値が、再び基準レベル変動部20へ与えられ、図６（ａ）の状態に戻り、背景反射波の影響が除去される。
【００４６】
このように、スイッチ25によりトリガ信号を与えることで、背景反射波の反射波レベルの観測や、実際に背景反射波の影響が除去できているかどうかの確認を容易に行なうことが可能となり、保守業務を効率化することができる。
【００４７】
なお、この構成は第２の実施形態（図４）に適用することも可能である。その場合、無変動補正値記憶部24に記憶されている補正値が基準レベル変動部20に与えられている間は、背景反射波最大値記憶部22、あるいは背景反射波記憶部17の反射波レベルは変更しない。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、背景反射波による誤感知を防ぐことができ、より正確な車両感知情報を得ることができる。そのため、トンネルなどでの超音波式車両感知器の使用が可能となる。
【００４９】
また、背景反射波の最大値を検出することにより、設置環境で様々に変動する背景反射波のふらつきによる誤感知を防止することができる。
【００５０】
さらに、運用中に基準レベルの変動を解除できるようにしているため、保守業務の効率化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１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】第１の実施形態における超音波式車両感知器の動作を示す処理フロー、
【図３】第１の実施形態の超音波式車両感知器での反射波信号の変移を示す図、
【図４】第２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５】第３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６】第３の実施形態の超音波式車両感知器での反射波信号の変移を示す図、
【図７】従来の超音波式車両感知器の車両感知方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  送信波
２  車両反射波
３  背景反射波
４  路面反射波
５  基準レベル
６  感知閾値
11  超音波送受器
12  超音波送信部
13  超音波受信部
14  増幅部
15  反射波レベル検出部
16  感知判定部
17  背景反射波記憶部
18  補正値記憶部
19  Ｄ／Ａ変換部
20  基準レベル変動部
21  背景反射波最大値比較部
22  背景背景最大値記憶部
23  カウンタ
24  無変動補正値記憶部
25  スイッチ
30  ＣＰＵ
40  加算部
【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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