專利名稱：車輛通過踏板傳感器以及車輛通過探測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
此處敘述的實施方式涉及車輛通過踏板傳感器以及車輛通過探測裝置，該車輛通過踏板傳感器以及車輛通過探測裝置對在車輛的通行路徑的規(guī)定的位置、例如收費道路的收費站通過的車輛進行探測。
背景技術(shù)：
在收費道路的費用征收系統(tǒng)等中，根據(jù)大型車、普通車等車種，而通行費用不同的情況較多。另一方面，最近，導入ETC(注冊商標)(Electronic Toll Collection，電子不停車收費)系統(tǒng)而推進收費道路的費用征收業(yè)務的無人化。在ETC系統(tǒng)中有時需要判別車種。在以往的系統(tǒng)中，通過光學傳感器檢測車體，并且通過在路面鋪設的車軸數(shù)探測裝置探測輪胎的踏壓來探測車軸數(shù)是二軸還是三軸以上，從而判別是大型車還是普通車以下的車輛。但是，車輛通常具有四輪O對車輪)，由于每一對車輪通過兩次，從而成為車輛的追加。此處，一對車輪的通過是指車軸的通過。還有裝載非常重的物體的后輪由2對車輪構(gòu)成的車輛。在這樣的車輛中，車輛通過3個車軸而通過。例如，在收費道路的收費站的行車線上，以橫切行車線的方式設置車軸通過探測裝置，并鋪設有車輛通過踏板傳感器。利用車輛通過踏板傳感器檢測車軸的數(shù)量來判別車輛是大型車還是普通車并反映到自動費用征收系統(tǒng)中。踏板傳感器由導電性橡膠和金屬板電極構(gòu)成。金屬板電極的端部和底部通過絕緣體覆蓋，所以在車輛不通過時導電性橡膠和金屬板電極被絕緣。對金屬板電極施加有一定的電壓。如果車輛的輪胎軋到踏板傳感器的上表面，則導電性橡膠被擠壓而導電性橡膠電極和金屬板電極接觸，所以電氣地形成閉合回路，由此得到車軸通過信號。但是，在這樣的踏板傳感器中，如果車輛反復通過，則在比較短的期間內(nèi)從導電性橡膠抽出可塑劑等橡膠成分。由此，由于橡膠成分堆積到金屬板電極的接觸面，從而接點的電氣電阻增大，存在傳感器功能劣化的問題。另外，由于通過收費站的車輛一邊剎車一邊通過，所以對踏板傳感器產(chǎn)生大的摩擦力，踏板傳感器反復扭轉(zhuǎn)變形。其結(jié)果，存在金屬板電極變形而成為常閉電路問題，或者存在在金屬板和電氣電纜的結(jié)合部引起彎曲的應力集中、從而產(chǎn)生電氣電纜斷線的問題。在專利文獻1中，公開了一種車軸通過探測裝置，該車軸通過探測裝置具有踏板傳感器，該踏板傳感器從設置有多個噴出口的管不斷地噴出空氣，并對車輛通過時輪胎阻塞空氣噴出口時的噴出空氣壓的變化進行探測，從而探測車軸通過。但是，車軸的通過時間約10毫秒，2個連續(xù)的車軸之間的區(qū)間是約200毫秒的間隔。在這樣的基于通過時的瞬間的空氣的壓力變化進行的探測中，存在噴出空氣壓相對噪聲的SN比低和應答性不佳的問題。另外，無法通過空氣噴出來去除輪胎上附著的如粘土那樣的污垢，所以存在噴出口被堵住的問題。這些是關于踏板傳感器的探測可靠性和性能維持的問題。
另外，在高速公路利用費用中設定有車種分類，車種分類不僅通過車軸數(shù)，而且還通過車輛總重量和車軸間距離來規(guī)定。例如，中型車分類的面包車的乘車定員是11人以上四人以下，車輛總重量小于8噸。大型車分類的公共汽車設有乘車定員30人以上或者車輛總重量8噸以上的公交車、以及車輛總重量8噸以上且乘車定員四人以下且車長小于9m 的公共汽車。這樣，在車輛分類中，按照重量規(guī)定有分類，但在以往的踏板傳感器中，存在無法測量通過車輛的重量這樣的問題。如以上說明，在以往的踏板傳感器中，存在如下問題如果車輛通過的次數(shù)變多則無法作為車軸通過探測傳感器發(fā)揮功能的問題；以及由于來自輪胎的摩擦力而受到扭轉(zhuǎn)應力，使金屬板電極變形、電氣電纜破裂造成的傳感器功能喪失的問題。另外，專利文獻1公開的車軸通過探測裝置存在噴出空氣壓相對噪聲的SN比低、應答性不佳、并且噴出口堵塞這樣的問題。專利文獻1 日本特開2001-4；3481號公報


圖1是示出第1實施方式的車輛通過踏板傳感器的側(cè)面圖。圖2是上述車輛通過踏板傳感器的橡膠管的剖面圖。圖3是示出本實施方式的車輛通過探測裝置的框圖。圖4是示出上述車輛通過探測裝置的動作的流程圖。圖5是示出上述車輛通過探測裝置中的車軸通過時的流體壓力的變化的圖。圖6是概略地示出第2實施方式的車輛通過踏板傳感器的圖。圖7是概略地示出設置有車輛通過踏板傳感器的收費站的俯視圖。
具體實施例方式以下，詳細說明本發(fā)明的各種實施方式。根據(jù)一個實施方式，提供一種車輛通過踏板傳感器，該車輛通過踏板傳感器在相對車輛的行駛方向大致垂直的方向上埋設于道路中，具備管，當中具有空洞且由彈性材料構(gòu)成；流體，填充于該管的上述空洞中；以及流體壓力傳感器，測定該流體的壓力。根據(jù)實施方式，車輛通過探測裝置具備車輛通過踏板傳感器和壓力差探測部，該車輛通過踏板傳感器在相對車輛的行駛方向大致垂直的方向上埋設于道路中，并具有管， 當中具有空洞且由彈性材料構(gòu)成；流體，填充于該管的上述空洞中；和流體壓力傳感器，測定該流體的壓力，該壓力差探測部對上述車輛的車軸軋到上述管時由上述流體壓力傳感器測定的車軸通過時的上述流體壓力、以及在上述車軸軋到上述管之前或者之后由上述流體壓力傳感器測定的車軸通過前后的上述流體壓力進行測定，通過這兩個壓力之差來探測上述車輛的重量。參照附圖，說明第1實施方式的車輛通過踏板傳感器。圖1是第1實施方式的踏板傳感器的整體的側(cè)面圖，圖2是本發(fā)明一個實施方式的踏板傳感器的剖面結(jié)構(gòu)圖。另外，該實施方式的車輛通過踏板傳感器11具備橡膠管12， 構(gòu)成踏板，由彈性材料例如橡膠形成，在內(nèi)部具有空洞；流體13，封閉于該空洞中；作為安全閥的壓力減壓閥14，在對流體13施加了規(guī)定以上的高壓時降低壓力；以及流體壓力傳感器15，探測對流體13施加的壓力。橡膠管12的兩端被閉塞，在一端連接了流體壓力傳感器 15。流體壓力傳感器15測定車輛通過時的橡膠管12內(nèi)的流體13的壓力，將該壓力變化變換為電信號，通過電信號檢測為壓力值。通常，如圖7所示，在2條道路上，并列設置并埋設這樣的橡膠管12。圖7是示出在收費道路中利用了車輛通過踏板傳感器11的收費站的一個例子的概要圖。71表示收費站的行車線，72表示車輛。車輛72從圖示箭頭方向進入并通過閘門73。在閘門73之前的行車線71的入口附近，在行車線的兩側(cè)，對向設置了分辨車輛的臺數(shù)的光學傳感器投光部 74和受光部75。在該光學傳感器之下的道路上，以橫切行車線的方式具有車輛通過探測裝置11， 并鋪設有2個橡膠管12。在通過光學傳感器探測車輛的期間檢測車軸的數(shù)量來判別車輛是大型車還是普通車，并反映到自動費用征收系統(tǒng)，并打開閘門73。通過鋪設于閘門73附近的路面的車輛檢測器78檢測車輛的通過，并關閉閘門73。圖3示出該實施方式的車輛通過探測裝置的電氣的結(jié)構(gòu)例。該車輛通過探測裝置具備車輛通過踏板傳感器11 ；通過時壓力存儲部32，存儲在車輛的車軸通過時由車輛通過踏板傳感器11的流體壓力傳感器15探測的通過時壓力；通過前后存儲部33，存儲在車輛的車軸通過之前或者之后由流體壓力傳感器15探測的通過前后壓力；壓力差探測部34， 探測通過時壓力存儲部32以及通過前后壓力存儲部33中存儲的通過時壓力與通過前后壓力之差；重量值加法部35，對與由壓力差探測部34探測到的壓力差對應的重量值進行加法運算而得到車輛的總重量；以及車種識別部36，根據(jù)該車輛總重量識別通過的車輛的車種。在通過時壓力存儲部32以及通過前后壓力存儲部33中作為壓力值而存儲由流體壓力傳感器15得到的壓力電信號。接下來，參照圖4以及圖5，說明該實施方式的車輛通過探測裝置的動作。圖4是示出車輛通過探測裝置的動作的流程圖。圖5示出車軸通過作為踏板的橡膠管12時、SP軋到橡膠管12之前和軋到橡膠管12時和之后的時刻的流體壓力的變化。由流體壓力傳感器 15探測流體壓力的變化。不論哪個時刻壓力都處于變動中的現(xiàn)象表示由于車輛連續(xù)通過而道路振動著的情況。在圖5中，直至前車輪(前車軸)軋到車輛通過踏板傳感器11的橡膠管12之前即時刻Tl為止，橡膠管12內(nèi)的流體13的壓力低，流體壓力成為大致恒定(Pl)。在變動大的情況下，也可以求出其平均值。在圖4的步驟S401中，首先通過流體壓力傳感器15測定車軸通過前的流體的壓力，并存儲到通過前后壓力存儲部33。接下來，在步驟S402中通過流體壓力傳感器15探測流體的壓力是否上升。如果在時刻Tl前車軸(一對前車輪)軋到橡膠管12上，則橡膠管12被擠壓而內(nèi)部的流體13 的壓力上升至例如P2。在流體壓力上升了時，測定該壓力，并存儲到通過時壓力存儲部32。然后，在前車軸通過的時刻T2，返回到壓力P1，在步驟S404中通過流體壓力傳感器15探測流體壓力下降的情況。在步驟S405中壓力差探測部34探測其壓力差。壓力差探測部34求出通過時壓力存儲部32中存儲的橡膠管被擠壓了的狀態(tài)下的流體的壓力(通過時壓力)、與通過前后壓力存儲部33中存儲的橡膠管沒有被擠壓的狀態(tài)下的流體的壓力(通過前后壓力)之差，求出車軸軋到橡膠管的狀態(tài)時的壓力。在步驟S406中，通過壓力差探測部34探測該壓力差是否超過規(guī)定值。由于即使在實際有壓力變動、但壓力差小的情況下，也需要判別為穩(wěn)定的噪聲，所以進行上述動作。在壓力差是規(guī)定值以下的情況下，返回到步驟S401而再次測定流體壓力。在步驟S402以及步驟S404中是“否”時，也同樣地返回到步驟S401。在步驟S406中，在壓力差大于規(guī)定值的情況下，在接下來的步驟S407中，根據(jù)壓力差求出該車軸通過時的重量并存儲到重量值加法部35。在接下來的步驟S408中，探測在規(guī)定時間間隔范圍內(nèi)流體壓力是否上升。對于規(guī)定時間間隔范圍，有最小時間間隔(Tmin) 和最大時間間隔(Tmax)。其用于檢查在車輛的前車軸通過之后，后車軸是否通過，對于該規(guī)定時間，考慮最小型的四輪車和最大型的四輪車的前車軸與后車軸的間隔以及車速求出時間。在時間間隔過短的情況下(T< Tmin)，被認為是偶爾二輪車以少的時間差進入。在步驟S408中，具體而言，判定從先前的壓力上升至壓力再次上升的時刻的間隔T是否進入到 Tmin彡T彡Tmax的范圍內(nèi)。在步驟S408中為“是”的情況下，返回到步驟S403，通過流體壓力傳感器15測定上升了時的流體壓力并存儲到通過時壓力存儲部32。在以下的步驟S404 S407中，與壓力最初上升了時同樣地進行處理。如果在步驟S408中，第2次的流體壓力上升再次結(jié)束，則通常轉(zhuǎn)移到步驟S409， 由此，對重量值加法部35中存儲的前車軸重量和后車軸重量進行加法運算，并轉(zhuǎn)移到步驟 S410，在車種識別部36中識別通過的車輛的車種。另外，在大型車中有時還有2個后輪連續(xù)的情況，所以在第2次的步驟S408中，上述Tmin有時也變化。或者，還可以在后車軸通過時決定2個時間范圍。另外，在車輛通過之后，壓力通過橡膠的彈力性而返回到與通過前相同的水準。由于流體壓力傳感器15中存在耐壓力界限值，所以優(yōu)選設置壓力減壓閥14來保護壓力傳感器，避免過大壓力。此處，詳細敘述在該實施方式中使用的橡膠管12的形狀、材質(zhì)、所充填的流體13寸。對于橡膠管12的剖面形狀，如果是例如與鋁合金鋪設殼體的形狀符合的形狀，則鋪設的固定容易。即使受到來自一邊剎車一邊通過的車輛的輪胎的彎曲應力，橡膠管12也自如地變形，將從車輛受到的壓力靜壓地傳達到管整體。對于橡膠管12的材質(zhì)，針對使用條件和環(huán)境而求出耐摩耗性、耐熱性、耐寒性、耐疲勞性。一般應用于輪胎的橡膠材料適合于該要求。具體而言，天然橡膠(NR)類橡膠、苯乙烯-丁二烯(SBR)類橡膠、聚丁二烯(BR)類橡膠、異戊二烯(IR)類橡膠、丁基(IIR)類橡膠是輪胎用橡膠材料，這些橡膠適合于作為橡膠管12的材料。作為橡膠管12內(nèi)部的流體13，可以使用氣體以及液體這兩方。在氣體的情況下， 具有在由于事故等而流體滲出時不會阻礙車輛的通行的優(yōu)點。另一方面，從車輛通過探測的應答性考慮，優(yōu)選為液體。在液體的情況下，優(yōu)選為即使由于事故等橡膠管12破損并流出到道路，也不會對人體、環(huán)境以及交通的安全性造成影響的水類的液體。在寒冷地使用的情況下，液體優(yōu)選為汽車引擎中使用的防凍液。一般， 防凍液是在水中添加5%至50%的乙二醇而得到的?？梢詫⑦@樣的防凍液用作填充到橡膠管12的流體。橡膠管12要求針對流體13具有耐久性。其中，眾所周知如果流體的溶解度指數(shù) (SP值)是與橡膠材質(zhì)的溶解度指數(shù)偏離的數(shù)值，則不易引起流體和橡膠的成分轉(zhuǎn)移或反應。水的SP值是23. 4，乙二醇的SP值是14. 6。相對于此，對于上述輪胎用橡膠材料的SP值，天然橡膠(NR)類橡膠是8. 0、苯乙烯-丁二烯(SBR)類橡膠是8. 6、聚丁二烯(BR)類橡膠是8. 4、異戊二烯(IR)類橡膠是8. 0、 丁基(IIR)類橡膠是7. 8，是與流體大幅偏離的SP值，所以是不易引起反應的組合。流體壓力傳感器15被分類成機械式和電子式，但在本實施方式的傳感器中應用可以高速地應答且長壽命的電子式。一般，廣泛應用在不銹鋼膜片、硅膜片中安裝了應變計的類型的壓力傳感器。作為一個例子，在橡膠管12內(nèi)以規(guī)定的水壓填充了水的情況下，根據(jù)環(huán)境溫度而水壓變動。根據(jù)如上所述構(gòu)成的流體壓感知式的車輛通過踏板傳感器以及具備該車輛通過踏板傳感器的車輛通過探測裝置，由于并非以往的踏板傳感器那樣的電極接觸方式，所以還能夠防止由于抽出橡膠成分而引起電極接點污染并造成接觸不良的問題、由于金屬板電極變形而電極間短路、電氣布線涂層在電極板端部由于應力集中而變形破裂的問題。由此， 能夠得到穩(wěn)定的高速應答且長壽命的車輛通過踏板傳感器。另外，根據(jù)上述車輛通過探測裝置，通過取車軸重量之和來測量車輛總重量并識別車種，所以具有能夠提高車種分類的可靠性的優(yōu)點。另外，在上述實施方式中，求出了車軸通過前的流體壓力，但不限于此，也可以求出車軸通過后的流體壓力，也可以求出車軸通過前和車軸通過后的流體壓力并從車軸通過時的流體壓力減去其平均值。接下來，使用圖6，說明其他實施方式的車輛通過踏板傳感器。該車輛通過踏板傳感器61與上述實施方式的情況同樣地，具備在內(nèi)部填充了流體的3個橡膠管62a、62b、62c、 和與這些橡膠管分別連接的流體壓力傳感器65a、65b、65c。流體壓力傳感器65a、65b、65c與根據(jù)所得到的流體壓力之差求出壓力差進而求出重量值的重量值探測部67a、67b、67c連接。因此，能夠獨立地測定對橡膠管62a、62b、62c 施加的壓力，能夠區(qū)分探測例如2臺自動二輪車(自行車)并列進入了的情況、和四輪汽車 (車輛)進入了的情況。在四輪車輛下，對左右兩輪附加同一重量，但在自動二輪車的情況下，在各個流體壓力傳感器65a、65b、65c中的某一個中探測到車軸通過的時刻和重量。在通過時刻不同、多個輪胎的重量之差大的情況下，能夠判定為是獨立的車軸。根據(jù)該實施方式，具有可以識別自動二輪車的并列行駛和四輪汽車的優(yōu)點。<實施例1>以下，說明具體的實施例1。在圖1以及圖2中，作為車輛通過踏板傳感器11的橡膠管12，采用了硬度是約Ha55 Ha75的加硫天然橡膠。其具有與多用于汽車的輪胎等的橡膠材料相同水準的耐摩耗性和彈力性。作為橡膠管12內(nèi)的流體13，使用了 30%乙二醇水溶液。該乙二醇濃度下的凍結(jié)溫度是約30°C，根據(jù)需要設定的凍結(jié)溫度，調(diào)節(jié)乙二醇濃度。眾所周知，該防凍液被用作一般的汽車的散熱器液，非常安全。在車輛通過踏板傳感器11的前端，設置有流體壓力傳感器15。在該壓力傳感器 15中，在與水的接液面采用SUS630不銹鋼的膈，并在該膈上隔著絕緣膜安裝有應變計。
使用這樣的車輛通過踏板傳感器11，通過圖3所示的電氣電路結(jié)構(gòu)，按照圖4所示的步驟來測定車輛的重量的總重量，判別車種。S卩，如圖4所示，測量車輛通過踏板傳感器11的車軸通過前的流體壓力。接下來， 通過流體壓力傳感器15探測車軸通了時的壓力變化。通過運算車軸通過前后的壓力變化并進行重量換算，能夠測量車軸的重量。合計車輛的全部車軸的測量重量而計算車輛的總重量。<實施例2>參照圖6，說明將橡膠管分割成多個的車輛通過踏板傳感器的實施例。在該車輛通過踏板傳感器61中，把將Im長度的橡膠管62a、62b、62c這3個排列成一列的結(jié)構(gòu)設為 1組。在各個橡膠管62a、62b、62c中，采用填充了乙二醇20%水溶液的流體管方式。對橡膠管62a、62b、62c，連接有流體壓力傳感器65a、65b、65c。將所有流體壓力傳感器的流體壓測量信號發(fā)送到重量值探測部67a、67b、67c，在通過車軸的通過時刻是同時的情況下，根據(jù)通過前后的壓力差測量車軸重量。在通過時刻不是同時、重量之差明確的情況下，判定為其他車軸，判定為多個自動二輪車并行通過。如以上的詳述那樣，根據(jù)實施方式的車輛通過踏板傳感器以及具備該傳感器的車輛通過探測裝置，其特征點在于，并非通過電極接觸而是通過封閉的流體壓力變化來探測車輛通過時的壓力。由此，無需使用長條的金屬板電極，所以能夠解決電氣接點面的劣化、 電極的變形的問題。由于不像電極接點式踏板傳感器那樣具有成為使電極接點的導通性劣化、電極變形、電極的電纜接合部破裂的原因的電極，所以能夠避免這些問題。由于在橡膠管踏板內(nèi)充填的防凍水溶液的壓力應答性高，所以能夠得到探測精度高的踏板傳感器。即使萬一由于事故等而防凍水溶液從管泄漏，也不會引起火災、環(huán)境污染。即使在寒冷地也不會被凍住而能夠應用。進而，根據(jù)上述車輛通過踏板傳感器，能夠通過車軸通過時的流體的壓力變動測量來測量車軸重量，所以能夠根據(jù)全部車軸重量的合計測量車輛總重量，能夠提高車種分類的概率。根據(jù)第2實施方式，通過設為將橡膠管分割而排列成一列的方式，可以區(qū)分并行行駛時的自動二輪和四輪汽車。本發(fā)明不限于上述實施方式，在實施階段可以在不脫離其要旨的范圍內(nèi)將構(gòu)成要素變形而具體化。另外，可以通過上述實施方式公開的多個構(gòu)成要素的適宜組合，形成各種發(fā)明。例如，也可以從實施方式所示的所有構(gòu)成要素刪除幾個構(gòu)成要素。進而，也可以適宜地組合不同的實施方式的構(gòu)成要素。車輛通過探測裝置的各構(gòu)成部材的形狀、尺寸、材質(zhì)等不限于上述實施方式，可以根據(jù)需要進行變更。
權(quán)利要求
1.一種車輛通過踏板傳感器，在相對車輛的行駛方向大致垂直的方向上埋設于道路中，其特征在于具備管，當中具有空洞且由彈性材料構(gòu)成； 流體，填充于該管的所述空洞中；以及流體壓力傳感器，測定該流體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛通過踏板傳感器，其特征在于， 所述管由橡膠材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的車輛通過踏板傳感器，其特征在于， 所述流體是液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛通過踏板傳感器，其特征在于， 所述流體是水或者防凍液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的車輛通過踏板傳感器，其特征在于， 所述流體是氣體。
6.一種車輛通過探測裝置，其特征在于，具備車輛通過踏板傳感器和壓力差探測部， 該車輛通過踏板傳感器在相對車輛的行駛方向大致垂直的方向上埋設于道路中，且具備管，當中具有空洞且由彈性材料構(gòu)成；流體，填充于該管的所述空洞中；以及流體壓力傳感器，測定該流體的壓力，該壓力差探測部對在所述車輛的車軸軋到所述管時由所述流體壓力傳感器測定的車軸通過時的所述流體壓力、以及在所述車軸軋到所述管之前或者之后由所述流體壓力傳感器測定的車軸通過前后的所述流體壓力進行測定，通過這兩個壓力之差來探測所述車輛的重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛通過探測裝置，其特征在于，所述管由橡膠材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的車輛通過探測裝置，其特征在于，所述流體是水或者防凍液。
全文摘要
實施方式提供一種車輛通過踏板傳感器以及車輛通過探測裝置。根據(jù)實施方式，提供一種車輛通過踏板傳感器，在相對車輛的行駛方向大致垂直的方向上埋設于道路中，具備管，當中具有空洞且由彈性材料構(gòu)成；流體，填充于該管的上述空洞中；以及流體壓力傳感器，測定該流體的壓力。
文檔編號G07B15/06GK102473348SQ20108003134
公開日2012年5月23日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者弓削晶郎, 淺利幸生, 西村隆宣 申請人:株式會社東芝