車両検知センサ
【課題】
従来の装置の欠点を克服して、天候に左右されずに、金属である車輌のみを検知し、かつ設置が容易な車輌検知装置を提供するためのものであって、特に、低消費電力で車両の停止位置を十分な確度で検知できる装置を提供することである。
【解決手段】
車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知する磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、制御及び判定のためコンピュータを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにし、減衰特性上に置ける適当な閾値での時間を測定し車両の存在を判定するものである。
従来の装置の欠点を克服して、天候に左右されずに、金属である車輌のみを検知し、かつ設置が容易な車輌検知装置を提供するためのものであって、特に、低消費電力で車両の停止位置を十分な確度で検知できる装置を提供することである。
【解決手段】
車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知する磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、制御及び判定のためコンピュータを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにし、減衰特性上に置ける適当な閾値での時間を測定し車両の存在を判定するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駐車場における車両を検知する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、駐車場における車両の存在を検知するセンサとして、赤外線、超音波を検出媒体とし、車両により赤外線や超音波が反射や遮断されることを検出することで車両を検知するものである。又、車両の画像をカメラで取得するものなどがあったが、設備費が比較的少ない理由で、駐車場の出入口等にはコイルにより磁気を検出するものが多く利用されてきた。これはループコイルと呼ばれているが、車両の存在による磁気の変化をコイルの自己誘導係数の変化、即ち交流電流の流れるコイルのインダクタンス変化を検知するものが普及している。ループコイル方式は、直径数ｍの大きなコイルを用い、コイル磁界中に金属である車両が近づくことでコイルの等価インダクタンスが変化することで検知しているので、検知の感度を確保するためには、適当な大きなコイル面積が必要であり、更に地下埋設をして使用する必要があり、更に低コストで簡便に利用できるものが必要となっていた。
【０００３】
このような背景にあって、いくつかの案が提案されてきた。特許文献１では、二個の電磁コイルを互いに直交するように配置して、１個のコイルに数ｋＨｚの交流を流して、磁場を発生させ、車両が存在する場合に車両が磁気回路を形成して、他方のコイルに磁束を伝達させることを利用して車両検知するものである。この特徴は、交流電流を流して磁界を発生させるので、強い磁界を得ることができるので、コイルの面積がループコイルより小さくてよいことである。然しながら、コイルを小さくするには、大きい電流の交流を流す装置が必要となって、低消費電力に実現できなくなる欠点があった。
【０００４】
コイルを使わないものとしては、特許文献２では、高感度地磁気センサにより構成した車両検知器が提案されているが、この文献では具体的構成は述べられていない。更に、特許文献３、及び特許文献４では、磁気センサを用いて車両の存在を検知する方法について提案されている。
【０００５】
ここでは、地磁気を検出するのではなく、個々の車両が有している磁場を検出している。方法としては、複数の磁気センサを用い、センサ出力の絶対値を取り、その和が所定の値より小さい場合には車両無しと判定するものである。センサ出力で車両が棒磁石のように磁化されていることを解説し、車両が存在する場合には、複数センサのどちらかが零にならないことを利用して、出力の絶対値を取り、和を見れば、車両がある場合は所定値以上の値になるが、車両が無い場合は、複数のセンサ出力は全部零になるため、検出が確定するというものであった。これは、センサの上を車両を通過させた場合のセンサ出力波形を考慮した卓見した提案であったが、ここでも車両自体が単純な棒磁石のような磁気特性ではなく、車両の個々により複雑なセンス波形を呈するために、この方法では、車両が存在するのに、存在しないと誤判定する不都合があった。即ち、本出願に示す図３の実験結果のように車両によっては、複数のセンサが同時に零出力になる例が多く見出された。
【０００６】
図３のデータは、図５に示すような車両と磁気センサ回路配置の状況で取得された各種の車両の移動に対応する磁気センサ出力特性図である。図５において、センサ回路５２は、磁気センサ５３、５４を有している。磁気センサ５３と５４は互いに異なる磁気感受特性を有している。例えば、磁気センサ５３は、５ｂで示す車両の底面に対して垂直軸方向の磁界に感度が高く、磁気センサ５４は、５ａで示す水平長手方向の磁界に感度が高いように磁気センサの向きを考慮して配置している。５ｃで示す車幅方向には磁界が強くないので、好ましくは水平長手方向の磁界を感知するほうがよい。尚、磁気センサ５３、５４は、磁気に対する検知特性の違うものを用いてもよい。センサ回路５２を地面に設置して、この上を車５１を移動させて時間的に磁気センサ５３、５４からの出力をセンサ回路５２の中の適当な増幅器を経由して測定すると、図３に示す特性が個々の車両に応じて各種得られる。図３では、横軸が時間であり、車両の移動に対応している。縦軸は、磁気センサ５３、５４からの出力で、磁界の変化に対応している。６個のグラフを例に示しているが、左側にまとめた３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃが、車両が存在する間は、二つのセンサ出力が同時に零にならない場合であり、これは特許文献３、特許文献４の提案で対応ができるものである。ところが、右側にまとめた３−Ｄ、３−Ｅ、３−Ｆが、車両が存在する間に、二つのセンサ出力が同時に零になってしまう場合である。ＣＬと書いた水平ラインが信号の零レベルになるが、丸印で示した部分で、同時零になっていることが分かる。図４はそのうち、図３の３−Ｅの磁気センサ出力特性の絶対値を取り、更に和を取ったものを示している。ＧＭＲ１とＧＭＲ２は、絶対値を取らない二つの磁気センサ５３、５４からの出力であり、ａｂｓ１とａｂｓ２は、その絶対値を取ったものである。但し、ＣＬで示すここでは１．５の値のラインが磁気センサの出力が零のラインなので、ＣＬより下にあるものは負、上にあるものは正として、データからＣＬの値を引いた値で絶対値計算してある。ａｂｓ１＋ａｂｓ２は、両者の和である。これを見ると、丸印で示した３箇所で絶対値の和が零になっているため、従来の方法では、車両が存在しないと誤判定してしまうことを示している。
【０００７】
このように地磁気や車両の磁気の変化を磁気センサで検出する手段は、車両が移動してきたかどうかを検知するにはよいが、停止しているのかどうかの判別の確度は十分でなく、停止位置の判別は、十分でないため、駐車場の停車車両の判別には、これのみでは十分とは言えない欠点があった。
【０００８】
特許文献１では、２個のコイルを使ったが、一方のコイルに交流電流を流し、これにより発生する磁界を車両による変化を、他のコイルで受け取った例であったが、特許文献５では、金属を検出するものとして、1個のコイルにパルス電流を流し、パルス電流がオフした後の減衰過渡応答が金属が存在すると変化することを利用したものが示されていて、
この手段を車両に適用することで、車両が検知できることを本発明者は、検討してきた。
この手段は、ループコイルよりコイルのサイズを小さく出来、車両の存在の判別の確度は十分であるが、駐車場での車両の検出では、常時車両を検出しなければならないので、検出のために車両が来ない間も常時コイルにパルス電流を流し続ける必要があって、消費電力が大きくなってしまう欠点があり、消費電力を低く抑え、検出確度の十分な車両検出手段が求められていた。
【０００９】
以上、纏めると、超音波や赤外線を利用するセンサにおいては、金属である車両以外の人間や障害物も検出するので誤検知の可能性があり、砂塵や雨水など天候の影響で赤外線や超音波が乱れると言う欠点があった。
また、ループコイルは金属である車両のみ検知する利点があるが、直径数ｍの大径コイルを路面地下に埋設する工事が必要であり、安易に設置できない欠点があった。又、ループコイル及びコイルにパルス電流を流す手段では、車両が来ない場合でも常に交流電流を流し続ける必要もあり、消費電力が大きいという欠点があった。
又、地磁気の変化や車両の磁気の変化を磁気センサで検出する手段は、車両の移動の検出が出来ても、停止位置の検出の確度が十分でない欠点があった。
【特許文献１】特開平１０−２８８６７３
【特許文献２】特開平１１−１４４１８７
【特許文献３】特開平９−２１１１４４
【特許文献４】特開平９−２３７３９９
【特許文献５】特開平５−２３２２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の従来の装置の欠点を克服して、天候に左右されずに、金属である車両のみを検知し、かつ設置が容易な車両検知装置を提供するためのものであって、特に、低消費電力で車両の停止位置を十分な確度で検知できる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以上のような背景であって従来の問題点を解決するために提案されたものである。車両が移動する場合の車両近傍においては、磁性金属である車体により地磁気の歪み発生や、また車体自身が着磁していることから、磁気変化が見られる。車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知するGMR素子等の磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにしたものである。後者では、励磁コイルにパルス電流を流してパルス状の磁界を発生し、この磁界で対象物に生じる渦電流による反射波形の過渡応答特性の変化により、車両が近傍にいるか否かを検出している。以下、請求項に沿って説明する。
【００１２】
請求項１記載の発明は、車両検知センサであって、車両の移動を検出する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とコンピュータを有し、
前記車両移動検出部は、前記車両移動による地磁気の歪み、または着磁した前記車両による磁気変化を読み取る磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅器と、オフセット補正回路とを有し、前記オフセット補正回路は、前記車両が存在しないときの前記増幅器の第１の出力電圧を受けて、前記コンピュータへ入力する入力電圧を前記コンピュータが前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧に調整する補正値を出力し、前記車両が移動してきて存在するときには、前記第１の出力電圧の変化分に応じた値が前記中心電圧に加わるものであり、
前記車両存在検出部は、前記車両の存在を検知するためのパルス磁界を発生し、前記車両の存在により変化を受け戻ってきた前記パルス磁界を感知するための励磁コイルと、前記コンピュータからの指令で前記励磁コイルにパルス電流を供給するパルス電流源と、前記励磁コイルに接続され前記励磁コイルが感知して発生した第２の出力電圧を減衰させるための抵抗と、前記第２の出力電圧を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器の出力する電圧の大小を比較するための閾値を持った比較器とを有し、
前記コンピュータは、前記車両移動検出部からの出力を受けて前記車両の移動を判断し、前記パルス電流源を駆動する前記指令を出力し、前記比較器の出力を受けて前記第２の出力電圧の減衰状態の時間変化から前記車両の存在を判断するものであり、
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知した場合に、前記コンピュータが前記車両存在検出部を駆動して、前記車両の存在を検知することを特徴とする。これにより、消費電力の少ない車両検出確度の高い車両検知が出来る。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両検知センサにおいて、前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知することにおいて、前記磁気センサの感知した磁気の時間的変化速度から前記車両の移動を判定することを特徴とする。これにより、確度の高い車両の移動を検知できる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の車両検知センサにおいて、互いに異なる前記閾値を持った前記比較器を複数個持ち、前記第２の出力電圧の各閾値における前記車両が存在しない場合と現在の測定の場合の時間差から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする。これにより確度の高い車両の存在検知が出来る。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の車両検知センサにおいて、前記閾値を持った前記比較器の個数は３個以上にすることで、前記閾値電圧になる時間を３点以上測定し、前記時間差を計算し、各々の前記時間差の比率変化から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする。これにより、確度の高い車両の存在検知が出来る。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車両検知センサにおいて、前記車両存在検出部の出力により前記コンピュータが被測定対象物が車両であるか否かを判定することにおいて、前記車両移動検出部の出力の大きさにより鉄材を多く含む車両か、非磁性材を多く含む非車両であるかを判定することを特徴とする。これにより、車両かどうかの判定の確度が高くなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は天候や障害物に影響されずに、誤判定無く、低消費電力で金属、特に鉄材である車両のみを検知出来るので屋外の駐車場に設置して最適なセンサを提供できる。また、設置が容易であり小型であることから1台１台の車両に対して設置して管理することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
発明を実施するための最良の形態として、提案するものであって、
車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知するGMR素子等の磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにしたものである。以下、実施態様を説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明による車両検知センサのブロック図である。大きく機能で分けると、車両の移動を検知する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とこれらを制御し判断するコンピュータを有している。
【００２０】
先ず、車両移動検出部は、磁気センサ１とアンプ２とオフセット補正回路３を有している。車両による磁気変化を検出する磁気センサ１は波形を増幅するアンプ２と、地磁気や周囲の磁気の影響を０基準とするためのオフセット補正回路３を経てコンピュータ４のＡ／Ｄ変換端子に入力される。ここでは、車両が無いときにアンプ２の出力にオフセット補正回路３の出力を補正加算器１６で加算して、コンピュータへの入力電圧を電源電圧の１／２になるように補正出力を決める。従って、車両が無い場合は、この電源電圧の１／２を中心に小さな範囲でしか電圧は変化しない。これに適当な余裕をとって閾値を決めると、車両が移動してきたときは、この閾値を越えることになる。尚、基準となる電圧は、前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧であるから、必ずしも電源電圧の１／２である必要は無い。車両による磁気変化はコンピュータ４にて常に監視され、ある閾値以上の変化で車両の移動と判定する。又、車両か否かを判別するために、磁気の変化する速度を利用することも出来る。即ち、駐車場に進入してくる車の移動の速度として徐行速度である１０ｋｍ／時に相当する磁気センサの出力の変化速度を用いることが出来る。ここは、コイルと違い消費電力が小さいので常時監視でも問題はない。尚、磁気センサは、ホール素子やＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサが使用できる。
【００２１】
次に、車両存在検出部は、励磁及び受信用のコイル５とパルス電流源６と負荷抵抗Ｒ８とアンプ９と閾値電圧１０〜１２と比較器１３〜１５を有している。以下その説明をする。車両の移動と判定したら、励磁及び受信用のコイル５に対して、コンピュータ４が制御するパルス電流源６７（具体例としてＤＣ電源６からＳＷ素子７）により、数ｍsecの瞬間的なパルス電流が印加される。この例ではパルス幅は、３〜５msecにしているが、コイル電流が飽和しない程度の長さとする。ＳＷ素子としては、高速なほど磁束変化が大きくなり感度がよくなる。この例では、ＳＷのＯＦＦ時間で数十nsec程度のものを使用した。尚、ＳＷはここではスイッチの略称とした。
【００２２】
この電流によりコイル５には磁界が発生して、ＳＷ素子７で電流が切られると、この磁界による逆起電力がコイル５に生じるが、定数の比較的小さい負荷抵抗Ｒ８により電流となって短時間で吸収される。この例では、コイル巻数５０ターン、コイル面積４４０００平方mm以上、パルス電流１．２Ａとし、車高８０ｃｍの検出に対応した。
【００２３】
この逆起電力が０に収束するまでの過渡状態のコイル５の電圧はアンプ９を経た後、３点の異なる閾値電圧１０〜１２を基準とする比較器１３〜１５に入力される。
３点が必須ではなく１点、又は２点のみでも検知は可能であることは勿論であるが、例えば空き缶と車両の区別をするには、３点以上が好ましい。３点になると、収束するカーブの収束時間とともに、収束する傾きの変化も検知できる。
【００２４】
コイル電圧は電流が切られた直後を最大ピークとして、負荷抵抗Ｒ８により吸収されるまで急激に減少する形となるが、その電圧が１０〜１２の各閾値となるタイミングで比較器１３〜１５が順次応答して、コンピュータ４にて各時間が観測される。
このコイル５の電圧が各閾値に達するまでの時間間隔はコイル５周辺の車両等の被測定物の有無で大きく変化する。この例での、抵抗Ｒ８の値は１６０Ω、閾値１、閾値２、閾値３は、各々６．０Ｖ、２．２Ｖ、０．８Ｖとした。
【００２５】
また、車両等の被測定物とコイル５との間隔にも大きく依存することが知られている。図２は、本発明の車両検知センサのコイルと負荷抵抗の接続部の電圧の減衰特性を示す図である。コイル電圧の時間変化を示した図２の２−Ａと２−Ｂにおいて、コイル５と金属からなる被測定物との距離が遠い場合（２−Ｂ）では、Ｔ１はほとんど変化せず、逆に距離が近い場合（２−Ａ）では、Ｔ１が大きく変化する。２−Ａにおいて、破線は車両が無い場合であり、距離が近い場合は、Ｔ３も大きく変化するが、Ｔ１はもっと大きく変化する。逆に遠い場合は、小さくなる。遠いと、Ｔ３の変化分は小さいが、Ｔ１はほとんど変化しない。
【００２６】
または被測定物の金属の材質にも大きく依存することが知られている。本発明においては、各Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の変化差分の比率を基に被測定物がコイル５上に近接した飲料缶などの障害物か、それとも車高のある車両かを識別する。遠近によるＴ１、Ｔ２、Ｔ３の変化の差の他に、アルミニウムと鉄のように材質でも差がでる。導電率が大きいアルミニウムの方が、応答が早く、Ｔ１が大きく変化する。（Ｔ１の変化分／Ｔ３の変化分）、（Ｔ２の変化分／Ｔ３の変化分）、（Ｔ１の変化分／Ｔ２の変化分）の各数値で、遠近や材質等をコンピュータが判定する。アルミニウムでは、（Ｔ２の変化分／Ｔ３の変化分）ほぼ１．０に等しい。磁界が金属中を横切ると渦電流が金属中に発生し、その分、金属により反射してくる磁界が変化する。アルミニウムは、パルス電流による反射磁界の減衰特性が大きいが、磁気センサでの磁界の変化は無い又は小さい。鉄では、両方のセンサに変化が見られるので、アルミ缶は区別が出来る。
【００２７】
一方、金属材質において車両に使用される鉄などの磁性体とアルミのような非磁性体は磁気センサに反応するか否かで識別することができる。すなわち、コイル５に反応するものの、磁気センサ１に反応しないものはアルミなどの非磁性体であり、車両とは判定されない。
【００２８】
３番目の構成品は、コンピュータであるが、以上の説明の中で動作を記述したことと重複するので、簡単に説明する。主に３つの機能をしている。
一つ目は、オフセット補正回路３を駆動して、磁気センサからの信号が振れる中心電圧を補正している。２つ目は、磁気センサからの信号で車両の移動を検知したことを受けて、パルス電流源６７を駆動して、コイル５に電流を供給すること。３つ目は、パルス電流がＯＦＦした直後の電圧を閾値でセンスして、その結果から演算して、車両の存在を判定することである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のような、本発明による車両検知センサでは、特に駐車場等に使用すると、車両の移動と車両の近傍にいるか否かを十分な確度で検出でき、且つ小型で低消費電力のセンサを提供できるので、産業上利用性が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による車両検知センサのブロック図である。
【図２】本発明の車両検知センサのコイルと負荷抵抗の接続部の電圧の減衰特性を示す図である。
【図３】各種の車両の移動に対応する磁気センサ出力特性図である。
【図４】絶対値の和を取った磁気センサ出力特性の例を示す図である。
【図５】図３の磁気センサ出力特性を取得した車両と磁気センサ回路配置の状況を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 磁気センサ
２、９ アンプ
３ オフセット補正回路
４ コンピュータ
５ コイル
６ ＤＣ電源
７ ＳＷ素子
８ 負荷抵抗Ｒ
１０、１１，１２ 閾値電圧
１３，１４，１５ 比較器
１６ 補正加算器
５１ 車両、５２ センサ回路、５３、５４ 磁気センサ
５ａ 水平長手方向、 ５ｂ 垂直軸方向、 ５ｃ 車幅方向
６７ パルス電流源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駐車場における車両を検知する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、駐車場における車両の存在を検知するセンサとして、赤外線、超音波を検出媒体とし、車両により赤外線や超音波が反射や遮断されることを検出することで車両を検知するものである。又、車両の画像をカメラで取得するものなどがあったが、設備費が比較的少ない理由で、駐車場の出入口等にはコイルにより磁気を検出するものが多く利用されてきた。これはループコイルと呼ばれているが、車両の存在による磁気の変化をコイルの自己誘導係数の変化、即ち交流電流の流れるコイルのインダクタンス変化を検知するものが普及している。ループコイル方式は、直径数ｍの大きなコイルを用い、コイル磁界中に金属である車両が近づくことでコイルの等価インダクタンスが変化することで検知しているので、検知の感度を確保するためには、適当な大きなコイル面積が必要であり、更に地下埋設をして使用する必要があり、更に低コストで簡便に利用できるものが必要となっていた。
【０００３】
このような背景にあって、いくつかの案が提案されてきた。特許文献１では、二個の電磁コイルを互いに直交するように配置して、１個のコイルに数ｋＨｚの交流を流して、磁場を発生させ、車両が存在する場合に車両が磁気回路を形成して、他方のコイルに磁束を伝達させることを利用して車両検知するものである。この特徴は、交流電流を流して磁界を発生させるので、強い磁界を得ることができるので、コイルの面積がループコイルより小さくてよいことである。然しながら、コイルを小さくするには、大きい電流の交流を流す装置が必要となって、低消費電力に実現できなくなる欠点があった。
【０００４】
コイルを使わないものとしては、特許文献２では、高感度地磁気センサにより構成した車両検知器が提案されているが、この文献では具体的構成は述べられていない。更に、特許文献３、及び特許文献４では、磁気センサを用いて車両の存在を検知する方法について提案されている。
【０００５】
ここでは、地磁気を検出するのではなく、個々の車両が有している磁場を検出している。方法としては、複数の磁気センサを用い、センサ出力の絶対値を取り、その和が所定の値より小さい場合には車両無しと判定するものである。センサ出力で車両が棒磁石のように磁化されていることを解説し、車両が存在する場合には、複数センサのどちらかが零にならないことを利用して、出力の絶対値を取り、和を見れば、車両がある場合は所定値以上の値になるが、車両が無い場合は、複数のセンサ出力は全部零になるため、検出が確定するというものであった。これは、センサの上を車両を通過させた場合のセンサ出力波形を考慮した卓見した提案であったが、ここでも車両自体が単純な棒磁石のような磁気特性ではなく、車両の個々により複雑なセンス波形を呈するために、この方法では、車両が存在するのに、存在しないと誤判定する不都合があった。即ち、本出願に示す図３の実験結果のように車両によっては、複数のセンサが同時に零出力になる例が多く見出された。
【０００６】
図３のデータは、図５に示すような車両と磁気センサ回路配置の状況で取得された各種の車両の移動に対応する磁気センサ出力特性図である。図５において、センサ回路５２は、磁気センサ５３、５４を有している。磁気センサ５３と５４は互いに異なる磁気感受特性を有している。例えば、磁気センサ５３は、５ｂで示す車両の底面に対して垂直軸方向の磁界に感度が高く、磁気センサ５４は、５ａで示す水平長手方向の磁界に感度が高いように磁気センサの向きを考慮して配置している。５ｃで示す車幅方向には磁界が強くないので、好ましくは水平長手方向の磁界を感知するほうがよい。尚、磁気センサ５３、５４は、磁気に対する検知特性の違うものを用いてもよい。センサ回路５２を地面に設置して、この上を車５１を移動させて時間的に磁気センサ５３、５４からの出力をセンサ回路５２の中の適当な増幅器を経由して測定すると、図３に示す特性が個々の車両に応じて各種得られる。図３では、横軸が時間であり、車両の移動に対応している。縦軸は、磁気センサ５３、５４からの出力で、磁界の変化に対応している。６個のグラフを例に示しているが、左側にまとめた３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃが、車両が存在する間は、二つのセンサ出力が同時に零にならない場合であり、これは特許文献３、特許文献４の提案で対応ができるものである。ところが、右側にまとめた３−Ｄ、３−Ｅ、３−Ｆが、車両が存在する間に、二つのセンサ出力が同時に零になってしまう場合である。ＣＬと書いた水平ラインが信号の零レベルになるが、丸印で示した部分で、同時零になっていることが分かる。図４はそのうち、図３の３−Ｅの磁気センサ出力特性の絶対値を取り、更に和を取ったものを示している。ＧＭＲ１とＧＭＲ２は、絶対値を取らない二つの磁気センサ５３、５４からの出力であり、ａｂｓ１とａｂｓ２は、その絶対値を取ったものである。但し、ＣＬで示すここでは１．５の値のラインが磁気センサの出力が零のラインなので、ＣＬより下にあるものは負、上にあるものは正として、データからＣＬの値を引いた値で絶対値計算してある。ａｂｓ１＋ａｂｓ２は、両者の和である。これを見ると、丸印で示した３箇所で絶対値の和が零になっているため、従来の方法では、車両が存在しないと誤判定してしまうことを示している。
【０００７】
このように地磁気や車両の磁気の変化を磁気センサで検出する手段は、車両が移動してきたかどうかを検知するにはよいが、停止しているのかどうかの判別の確度は十分でなく、停止位置の判別は、十分でないため、駐車場の停車車両の判別には、これのみでは十分とは言えない欠点があった。
【０００８】
特許文献１では、２個のコイルを使ったが、一方のコイルに交流電流を流し、これにより発生する磁界を車両による変化を、他のコイルで受け取った例であったが、特許文献５では、金属を検出するものとして、1個のコイルにパルス電流を流し、パルス電流がオフした後の減衰過渡応答が金属が存在すると変化することを利用したものが示されていて、
この手段を車両に適用することで、車両が検知できることを本発明者は、検討してきた。
この手段は、ループコイルよりコイルのサイズを小さく出来、車両の存在の判別の確度は十分であるが、駐車場での車両の検出では、常時車両を検出しなければならないので、検出のために車両が来ない間も常時コイルにパルス電流を流し続ける必要があって、消費電力が大きくなってしまう欠点があり、消費電力を低く抑え、検出確度の十分な車両検出手段が求められていた。
【０００９】
以上、纏めると、超音波や赤外線を利用するセンサにおいては、金属である車両以外の人間や障害物も検出するので誤検知の可能性があり、砂塵や雨水など天候の影響で赤外線や超音波が乱れると言う欠点があった。
また、ループコイルは金属である車両のみ検知する利点があるが、直径数ｍの大径コイルを路面地下に埋設する工事が必要であり、安易に設置できない欠点があった。又、ループコイル及びコイルにパルス電流を流す手段では、車両が来ない場合でも常に交流電流を流し続ける必要もあり、消費電力が大きいという欠点があった。
又、地磁気の変化や車両の磁気の変化を磁気センサで検出する手段は、車両の移動の検出が出来ても、停止位置の検出の確度が十分でない欠点があった。
【特許文献１】特開平１０−２８８６７３
【特許文献２】特開平１１−１４４１８７
【特許文献３】特開平９−２１１１４４
【特許文献４】特開平９−２３７３９９
【特許文献５】特開平５−２３２２４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の従来の装置の欠点を克服して、天候に左右されずに、金属である車両のみを検知し、かつ設置が容易な車両検知装置を提供するためのものであって、特に、低消費電力で車両の停止位置を十分な確度で検知できる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以上のような背景であって従来の問題点を解決するために提案されたものである。車両が移動する場合の車両近傍においては、磁性金属である車体により地磁気の歪み発生や、また車体自身が着磁していることから、磁気変化が見られる。車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知するGMR素子等の磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにしたものである。後者では、励磁コイルにパルス電流を流してパルス状の磁界を発生し、この磁界で対象物に生じる渦電流による反射波形の過渡応答特性の変化により、車両が近傍にいるか否かを検出している。以下、請求項に沿って説明する。
【００１２】
請求項１記載の発明は、車両検知センサであって、車両の移動を検出する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とコンピュータを有し、
前記車両移動検出部は、前記車両移動による地磁気の歪み、または着磁した前記車両による磁気変化を読み取る磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅器と、オフセット補正回路とを有し、前記オフセット補正回路は、前記車両が存在しないときの前記増幅器の第１の出力電圧を受けて、前記コンピュータへ入力する入力電圧を前記コンピュータが前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧に調整する補正値を出力し、前記車両が移動してきて存在するときには、前記第１の出力電圧の変化分に応じた値が前記中心電圧に加わるものであり、
前記車両存在検出部は、前記車両の存在を検知するためのパルス磁界を発生し、前記車両の存在により変化を受け戻ってきた前記パルス磁界を感知するための励磁コイルと、前記コンピュータからの指令で前記励磁コイルにパルス電流を供給するパルス電流源と、前記励磁コイルに接続され前記励磁コイルが感知して発生した第２の出力電圧を減衰させるための抵抗と、前記第２の出力電圧を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器の出力する電圧の大小を比較するための閾値を持った比較器とを有し、
前記コンピュータは、前記車両移動検出部からの出力を受けて前記車両の移動を判断し、前記パルス電流源を駆動する前記指令を出力し、前記比較器の出力を受けて前記第２の出力電圧の減衰状態の時間変化から前記車両の存在を判断するものであり、
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知した場合に、前記コンピュータが前記車両存在検出部を駆動して、前記車両の存在を検知することを特徴とする。これにより、消費電力の少ない車両検出確度の高い車両検知が出来る。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両検知センサにおいて、前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知することにおいて、前記磁気センサの感知した磁気の時間的変化速度から前記車両の移動を判定することを特徴とする。これにより、確度の高い車両の移動を検知できる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の車両検知センサにおいて、互いに異なる前記閾値を持った前記比較器を複数個持ち、前記第２の出力電圧の各閾値における前記車両が存在しない場合と現在の測定の場合の時間差から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする。これにより確度の高い車両の存在検知が出来る。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の車両検知センサにおいて、前記閾値を持った前記比較器の個数は３個以上にすることで、前記閾値電圧になる時間を３点以上測定し、前記時間差を計算し、各々の前記時間差の比率変化から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする。これにより、確度の高い車両の存在検知が出来る。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車両検知センサにおいて、前記車両存在検出部の出力により前記コンピュータが被測定対象物が車両であるか否かを判定することにおいて、前記車両移動検出部の出力の大きさにより鉄材を多く含む車両か、非磁性材を多く含む非車両であるかを判定することを特徴とする。これにより、車両かどうかの判定の確度が高くなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は天候や障害物に影響されずに、誤判定無く、低消費電力で金属、特に鉄材である車両のみを検知出来るので屋外の駐車場に設置して最適なセンサを提供できる。また、設置が容易であり小型であることから1台１台の車両に対して設置して管理することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
発明を実施するための最良の形態として、提案するものであって、
車両の移動接近／離間を地磁気又は車両の有する磁気の変化を検知するGMR素子等の磁気センサと、パルス電流を流し、電流のオフ時の減衰特性から車両の位置を検出するためのコイルを有し、磁気センサの検知出力をトリガにしてコイルに検出パルスを流すようにしたものである。以下、実施態様を説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明による車両検知センサのブロック図である。大きく機能で分けると、車両の移動を検知する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とこれらを制御し判断するコンピュータを有している。
【００２０】
先ず、車両移動検出部は、磁気センサ１とアンプ２とオフセット補正回路３を有している。車両による磁気変化を検出する磁気センサ１は波形を増幅するアンプ２と、地磁気や周囲の磁気の影響を０基準とするためのオフセット補正回路３を経てコンピュータ４のＡ／Ｄ変換端子に入力される。ここでは、車両が無いときにアンプ２の出力にオフセット補正回路３の出力を補正加算器１６で加算して、コンピュータへの入力電圧を電源電圧の１／２になるように補正出力を決める。従って、車両が無い場合は、この電源電圧の１／２を中心に小さな範囲でしか電圧は変化しない。これに適当な余裕をとって閾値を決めると、車両が移動してきたときは、この閾値を越えることになる。尚、基準となる電圧は、前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧であるから、必ずしも電源電圧の１／２である必要は無い。車両による磁気変化はコンピュータ４にて常に監視され、ある閾値以上の変化で車両の移動と判定する。又、車両か否かを判別するために、磁気の変化する速度を利用することも出来る。即ち、駐車場に進入してくる車の移動の速度として徐行速度である１０ｋｍ／時に相当する磁気センサの出力の変化速度を用いることが出来る。ここは、コイルと違い消費電力が小さいので常時監視でも問題はない。尚、磁気センサは、ホール素子やＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサが使用できる。
【００２１】
次に、車両存在検出部は、励磁及び受信用のコイル５とパルス電流源６と負荷抵抗Ｒ８とアンプ９と閾値電圧１０〜１２と比較器１３〜１５を有している。以下その説明をする。車両の移動と判定したら、励磁及び受信用のコイル５に対して、コンピュータ４が制御するパルス電流源６７（具体例としてＤＣ電源６からＳＷ素子７）により、数ｍsecの瞬間的なパルス電流が印加される。この例ではパルス幅は、３〜５msecにしているが、コイル電流が飽和しない程度の長さとする。ＳＷ素子としては、高速なほど磁束変化が大きくなり感度がよくなる。この例では、ＳＷのＯＦＦ時間で数十nsec程度のものを使用した。尚、ＳＷはここではスイッチの略称とした。
【００２２】
この電流によりコイル５には磁界が発生して、ＳＷ素子７で電流が切られると、この磁界による逆起電力がコイル５に生じるが、定数の比較的小さい負荷抵抗Ｒ８により電流となって短時間で吸収される。この例では、コイル巻数５０ターン、コイル面積４４０００平方mm以上、パルス電流１．２Ａとし、車高８０ｃｍの検出に対応した。
【００２３】
この逆起電力が０に収束するまでの過渡状態のコイル５の電圧はアンプ９を経た後、３点の異なる閾値電圧１０〜１２を基準とする比較器１３〜１５に入力される。
３点が必須ではなく１点、又は２点のみでも検知は可能であることは勿論であるが、例えば空き缶と車両の区別をするには、３点以上が好ましい。３点になると、収束するカーブの収束時間とともに、収束する傾きの変化も検知できる。
【００２４】
コイル電圧は電流が切られた直後を最大ピークとして、負荷抵抗Ｒ８により吸収されるまで急激に減少する形となるが、その電圧が１０〜１２の各閾値となるタイミングで比較器１３〜１５が順次応答して、コンピュータ４にて各時間が観測される。
このコイル５の電圧が各閾値に達するまでの時間間隔はコイル５周辺の車両等の被測定物の有無で大きく変化する。この例での、抵抗Ｒ８の値は１６０Ω、閾値１、閾値２、閾値３は、各々６．０Ｖ、２．２Ｖ、０．８Ｖとした。
【００２５】
また、車両等の被測定物とコイル５との間隔にも大きく依存することが知られている。図２は、本発明の車両検知センサのコイルと負荷抵抗の接続部の電圧の減衰特性を示す図である。コイル電圧の時間変化を示した図２の２−Ａと２−Ｂにおいて、コイル５と金属からなる被測定物との距離が遠い場合（２−Ｂ）では、Ｔ１はほとんど変化せず、逆に距離が近い場合（２−Ａ）では、Ｔ１が大きく変化する。２−Ａにおいて、破線は車両が無い場合であり、距離が近い場合は、Ｔ３も大きく変化するが、Ｔ１はもっと大きく変化する。逆に遠い場合は、小さくなる。遠いと、Ｔ３の変化分は小さいが、Ｔ１はほとんど変化しない。
【００２６】
または被測定物の金属の材質にも大きく依存することが知られている。本発明においては、各Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の変化差分の比率を基に被測定物がコイル５上に近接した飲料缶などの障害物か、それとも車高のある車両かを識別する。遠近によるＴ１、Ｔ２、Ｔ３の変化の差の他に、アルミニウムと鉄のように材質でも差がでる。導電率が大きいアルミニウムの方が、応答が早く、Ｔ１が大きく変化する。（Ｔ１の変化分／Ｔ３の変化分）、（Ｔ２の変化分／Ｔ３の変化分）、（Ｔ１の変化分／Ｔ２の変化分）の各数値で、遠近や材質等をコンピュータが判定する。アルミニウムでは、（Ｔ２の変化分／Ｔ３の変化分）ほぼ１．０に等しい。磁界が金属中を横切ると渦電流が金属中に発生し、その分、金属により反射してくる磁界が変化する。アルミニウムは、パルス電流による反射磁界の減衰特性が大きいが、磁気センサでの磁界の変化は無い又は小さい。鉄では、両方のセンサに変化が見られるので、アルミ缶は区別が出来る。
【００２７】
一方、金属材質において車両に使用される鉄などの磁性体とアルミのような非磁性体は磁気センサに反応するか否かで識別することができる。すなわち、コイル５に反応するものの、磁気センサ１に反応しないものはアルミなどの非磁性体であり、車両とは判定されない。
【００２８】
３番目の構成品は、コンピュータであるが、以上の説明の中で動作を記述したことと重複するので、簡単に説明する。主に３つの機能をしている。
一つ目は、オフセット補正回路３を駆動して、磁気センサからの信号が振れる中心電圧を補正している。２つ目は、磁気センサからの信号で車両の移動を検知したことを受けて、パルス電流源６７を駆動して、コイル５に電流を供給すること。３つ目は、パルス電流がＯＦＦした直後の電圧を閾値でセンスして、その結果から演算して、車両の存在を判定することである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のような、本発明による車両検知センサでは、特に駐車場等に使用すると、車両の移動と車両の近傍にいるか否かを十分な確度で検出でき、且つ小型で低消費電力のセンサを提供できるので、産業上利用性が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による車両検知センサのブロック図である。
【図２】本発明の車両検知センサのコイルと負荷抵抗の接続部の電圧の減衰特性を示す図である。
【図３】各種の車両の移動に対応する磁気センサ出力特性図である。
【図４】絶対値の和を取った磁気センサ出力特性の例を示す図である。
【図５】図３の磁気センサ出力特性を取得した車両と磁気センサ回路配置の状況を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ 磁気センサ
２、９ アンプ
３ オフセット補正回路
４ コンピュータ
５ コイル
６ ＤＣ電源
７ ＳＷ素子
８ 負荷抵抗Ｒ
１０、１１，１２ 閾値電圧
１３，１４，１５ 比較器
１６ 補正加算器
５１ 車両、５２ センサ回路、５３、５４ 磁気センサ
５ａ 水平長手方向、 ５ｂ 垂直軸方向、 ５ｃ 車幅方向
６７ パルス電流源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の移動を検出する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とコンピュータを有し、
前記車両移動検出部は、前記車両移動による地磁気の歪み、または着磁した前記車両による磁気変化を読み取る磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅器と、オフセット補正回路とを有し、前記オフセット補正回路は、前記車両が存在しないときの前記増幅器の第１の出力電圧を受けて、前記コンピュータへ入力する入力電圧を前記コンピュータが前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧に調整する補正値を出力し、前記車両が移動してきて存在するときには、前記第１の出力電圧の変化分に応じた値が前記中心電圧に加わるものであり、
前記車両存在検出部は、前記車両の存在を検知するためのパルス磁界を発生し、前記車両の存在により変化を受け戻ってきた前記パルス磁界を感知するための励磁コイルと、前記コンピュータからの指令で前記励磁コイルにパルス電流を供給するパルス電流源と、前記励磁コイルに接続され前記励磁コイルが感知して発生した第２の出力電圧を減衰させるための抵抗と、前記第２の出力電圧を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器の出力する電圧の大小を比較するための閾値を持った比較器とを有し、
前記コンピュータは、前記車両移動検出部からの出力を受けて前記車両の移動を判断し、前記パルス電流源を駆動する前記指令を出力し、前記比較器の出力を受けて前記第２の出力電圧の減衰状態の時間変化から前記車両の存在を判断するものであり、
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知した場合に、前記コンピュータが前記車両存在検出部を駆動して、前記車両の存在を検知することを特徴とする車両検知センサ。
【請求項２】
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知することにおいて、前記磁気センサの感知した磁気の時間的変化速度から前記車両の移動を判定することを特徴とする請求項１記載の車両検知センサ。
【請求項３】
互いに異なる前記閾値を持った前記比較器を複数個持ち、前記第２の出力電圧の各閾値における前記車両が存在しない場合と現在の測定の場合の時間差から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両検知センサ。
【請求項４】
前記閾値を持った前記比較器の個数は３個以上にすることで、前記閾値電圧になる時間を３点以上測定し、前記時間差を計算し、各々の前記時間差の比率変化から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする請求項３記載の車両検知センサ。
【請求項５】
前記車両存在検出部の出力により前記コンピュータが被測定対象物が車両であるか否かを判定することにおいて、前記車両移動検出部の出力の大きさにより鉄材を多く含む車両か、非磁性材を多く含む非車両であるかを判定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車両検知センサ。
【請求項１】
車両の移動を検出する車両移動検出部と車両の存在を検知する車両存在検出部とコンピュータを有し、
前記車両移動検出部は、前記車両移動による地磁気の歪み、または着磁した前記車両による磁気変化を読み取る磁気センサと、前記磁気センサの出力電圧を増幅する増幅器と、オフセット補正回路とを有し、前記オフセット補正回路は、前記車両が存在しないときの前記増幅器の第１の出力電圧を受けて、前記コンピュータへ入力する入力電圧を前記コンピュータが前記車両が存在しないと判断する基準となる中心電圧に調整する補正値を出力し、前記車両が移動してきて存在するときには、前記第１の出力電圧の変化分に応じた値が前記中心電圧に加わるものであり、
前記車両存在検出部は、前記車両の存在を検知するためのパルス磁界を発生し、前記車両の存在により変化を受け戻ってきた前記パルス磁界を感知するための励磁コイルと、前記コンピュータからの指令で前記励磁コイルにパルス電流を供給するパルス電流源と、前記励磁コイルに接続され前記励磁コイルが感知して発生した第２の出力電圧を減衰させるための抵抗と、前記第２の出力電圧を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器の出力する電圧の大小を比較するための閾値を持った比較器とを有し、
前記コンピュータは、前記車両移動検出部からの出力を受けて前記車両の移動を判断し、前記パルス電流源を駆動する前記指令を出力し、前記比較器の出力を受けて前記第２の出力電圧の減衰状態の時間変化から前記車両の存在を判断するものであり、
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知した場合に、前記コンピュータが前記車両存在検出部を駆動して、前記車両の存在を検知することを特徴とする車両検知センサ。
【請求項２】
前記車両移動検出部により前記車両の移動を検知することにおいて、前記磁気センサの感知した磁気の時間的変化速度から前記車両の移動を判定することを特徴とする請求項１記載の車両検知センサ。
【請求項３】
互いに異なる前記閾値を持った前記比較器を複数個持ち、前記第２の出力電圧の各閾値における前記車両が存在しない場合と現在の測定の場合の時間差から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両検知センサ。
【請求項４】
前記閾値を持った前記比較器の個数は３個以上にすることで、前記閾値電圧になる時間を３点以上測定し、前記時間差を計算し、各々の前記時間差の比率変化から被測定対象物が車両か否かを判定することを特徴とする請求項３記載の車両検知センサ。
【請求項５】
前記車両存在検出部の出力により前記コンピュータが被測定対象物が車両であるか否かを判定することにおいて、前記車両移動検出部の出力の大きさにより鉄材を多く含む車両か、非磁性材を多く含む非車両であるかを判定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の車両検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−４８４０７（Ｐ２００９−４８４０７Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３７７６（Ｐ２００７−２１３７７６）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３９６０２０１３２）株式会社システック (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（３９６０２０１３２）株式会社システック (101)
【Ｆターム（参考）】
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