专利名称：车辆通过踏板传感器以及车辆通过探测装置的制作方法
技术领域：
此处叙述的实施方式涉及车辆通过踏板传感器以及车辆通过探测装置，该车辆通过踏板传感器以及车辆通过探测装置对在车辆的通行路径的规定的位置、例如收费道路的收费站通过的车辆进行探测。
背景技术：
在收费道路的费用征收系统等中，根据大型车、普通车等车种，而通行费用不同的情况较多。另一方面，最近，导入ETC(注册商标)(Electronic Toll Collection，电子不停车收费)系统而推进收费道路的费用征收业务的无人化。在ETC系统中有时需要判别车种。在以往的系统中，通过光学传感器检测车体，并且通过在路面铺设的车轴数探测装置探测轮胎的踏压来探测车轴数是二轴还是三轴以上，从而判别是大型车还是普通车以下的车辆。但是，车辆通常具有四轮O对车轮)，由于每一对车轮通过两次，从而成为车辆的追加。此处，一对车轮的通过是指车轴的通过。还有装载非常重的物体的后轮由2对车轮构成的车辆。在这样的车辆中，车辆通过3个车轴而通过。例如，在收费道路的收费站的行车线上，以横切行车线的方式设置车轴通过探测装置，并铺设有车辆通过踏板传感器。利用车辆通过踏板传感器检测车轴的数量来判别车辆是大型车还是普通车并反映到自动费用征收系统中。踏板传感器由导电性橡胶和金属板电极构成。金属板电极的端部和底部通过绝缘体覆盖，所以在车辆不通过时导电性橡胶和金属板电极被绝缘。对金属板电极施加有一定的电压。如果车辆的轮胎轧到踏板传感器的上表面，则导电性橡胶被挤压而导电性橡胶电极和金属板电极接触，所以电气地形成闭合回路，由此得到车轴通过信号。但是，在这样的踏板传感器中，如果车辆反复通过，则在比较短的期间内从导电性橡胶抽出可塑剂等橡胶成分。由此，由于橡胶成分堆积到金属板电极的接触面，从而接点的电气电阻增大，存在传感器功能劣化的问题。另外，由于通过收费站的车辆一边刹车一边通过，所以对踏板传感器产生大的摩擦力，踏板传感器反复扭转变形。其结果，存在金属板电极变形而成为常闭电路问题，或者存在在金属板和电气电缆的结合部引起弯曲的应力集中、从而产生电气电缆断线的问题。在专利文献1中，公开了一种车轴通过探测装置，该车轴通过探测装置具有踏板传感器，该踏板传感器从设置有多个喷出口的管不断地喷出空气，并对车辆通过时轮胎阻塞空气喷出口时的喷出空气压的变化进行探测，从而探测车轴通过。但是，车轴的通过时间约10毫秒，2个连续的车轴之间的区间是约200毫秒的间隔。在这样的基于通过时的瞬间的空气的压力变化进行的探测中，存在喷出空气压相对噪声的SN比低和应答性不佳的问题。另外，无法通过空气喷出来去除轮胎上附着的如粘土那样的污垢，所以存在喷出口被堵住的问题。这些是关于踏板传感器的探测可靠性和性能维持的问题。
另外，在高速公路利用费用中设定有车种分类，车种分类不仅通过车轴数，而且还通过车辆总重量和车轴间距离来规定。例如，中型车分类的面包车的乘车定员是11人以上四人以下，车辆总重量小于8吨。大型车分类的公共汽车设有乘车定员30人以上或者车辆总重量8吨以上的公交车、以及车辆总重量8吨以上且乘车定员四人以下且车长小于9m 的公共汽车。这样，在车辆分类中，按照重量规定有分类，但在以往的踏板传感器中，存在无法测量通过车辆的重量这样的问题。如以上说明，在以往的踏板传感器中，存在如下问题如果车辆通过的次数变多则无法作为车轴通过探测传感器发挥功能的问题；以及由于来自轮胎的摩擦力而受到扭转应力，使金属板电极变形、电气电缆破裂造成的传感器功能丧失的问题。另外，专利文献1公开的车轴通过探测装置存在喷出空气压相对噪声的SN比低、应答性不佳、并且喷出口堵塞这样的问题。专利文献1 日本特开2001-4；3481号公报
图1是示出第1实施方式的车辆通过踏板传感器的侧面图。图2是上述车辆通过踏板传感器的橡胶管的剖面图。图3是示出本实施方式的车辆通过探测装置的框图。图4是示出上述车辆通过探测装置的动作的流程图。图5是示出上述车辆通过探测装置中的车轴通过时的流体压力的变化的图。图6是概略地示出第2实施方式的车辆通过踏板传感器的图。图7是概略地示出设置有车辆通过踏板传感器的收费站的俯视图。
具体实施例方式以下，详细说明本发明的各种实施方式。根据一个实施方式，提供一种车辆通过踏板传感器，该车辆通过踏板传感器在相对车辆的行驶方向大致垂直的方向上埋设于道路中，具备管，当中具有空洞且由弹性材料构成；流体，填充于该管的上述空洞中；以及流体压力传感器，测定该流体的压力。根据实施方式，车辆通过探测装置具备车辆通过踏板传感器和压力差探测部，该车辆通过踏板传感器在相对车辆的行驶方向大致垂直的方向上埋设于道路中，并具有管， 当中具有空洞且由弹性材料构成；流体，填充于该管的上述空洞中；和流体压力传感器，测定该流体的压力，该压力差探测部对上述车辆的车轴轧到上述管时由上述流体压力传感器测定的车轴通过时的上述流体压力、以及在上述车轴轧到上述管之前或者之后由上述流体压力传感器测定的车轴通过前后的上述流体压力进行测定，通过这两个压力之差来探测上述车辆的重量。参照附图，说明第1实施方式的车辆通过踏板传感器。图1是第1实施方式的踏板传感器的整体的侧面图，图2是本发明一个实施方式的踏板传感器的剖面结构图。另外，该实施方式的车辆通过踏板传感器11具备橡胶管12， 构成踏板，由弹性材料例如橡胶形成，在内部具有空洞；流体13，封闭于该空洞中；作为安全阀的压力减压阀14，在对流体13施加了规定以上的高压时降低压力；以及流体压力传感器15，探测对流体13施加的压力。橡胶管12的两端被闭塞，在一端连接了流体压力传感器 15。流体压力传感器15测定车辆通过时的橡胶管12内的流体13的压力，将该压力变化变换为电信号，通过电信号检测为压力值。通常，如图7所示，在2条道路上，并列设置并埋设这样的橡胶管12。图7是示出在收费道路中利用了车辆通过踏板传感器11的收费站的一个例子的概要图。71表示收费站的行车线，72表示车辆。车辆72从图示箭头方向进入并通过闸门73。在闸门73之前的行车线71的入口附近，在行车线的两侧，对向设置了分辨车辆的台数的光学传感器投光部 74和受光部75。在该光学传感器之下的道路上，以横切行车线的方式具有车辆通过探测装置11， 并铺设有2个橡胶管12。在通过光学传感器探测车辆的期间检测车轴的数量来判别车辆是大型车还是普通车，并反映到自动费用征收系统，并打开闸门73。通过铺设于闸门73附近的路面的车辆检测器78检测车辆的通过，并关闭闸门73。图3示出该实施方式的车辆通过探测装置的电气的结构例。该车辆通过探测装置具备车辆通过踏板传感器11 ；通过时压力存储部32，存储在车辆的车轴通过时由车辆通过踏板传感器11的流体压力传感器15探测的通过时压力；通过前后存储部33，存储在车辆的车轴通过之前或者之后由流体压力传感器15探测的通过前后压力；压力差探测部34， 探测通过时压力存储部32以及通过前后压力存储部33中存储的通过时压力与通过前后压力之差；重量值加法部35，对与由压力差探测部34探测到的压力差对应的重量值进行加法运算而得到车辆的总重量；以及车种识别部36，根据该车辆总重量识别通过的车辆的车种。在通过时压力存储部32以及通过前后压力存储部33中作为压力值而存储由流体压力传感器15得到的压力电信号。接下来，参照图4以及图5，说明该实施方式的车辆通过探测装置的动作。图4是示出车辆通过探测装置的动作的流程图。图5示出车轴通过作为踏板的橡胶管12时、SP轧到橡胶管12之前和轧到橡胶管12时和之后的时刻的流体压力的变化。由流体压力传感器 15探测流体压力的变化。不论哪个时刻压力都处于变动中的现象表示由于车辆连续通过而道路振动着的情况。在图5中，直至前车轮(前车轴)轧到车辆通过踏板传感器11的橡胶管12之前即时刻Tl为止，橡胶管12内的流体13的压力低，流体压力成为大致恒定(Pl)。在变动大的情况下，也可以求出其平均值。在图4的步骤S401中，首先通过流体压力传感器15测定车轴通过前的流体的压力，并存储到通过前后压力存储部33。接下来，在步骤S402中通过流体压力传感器15探测流体的压力是否上升。如果在时刻Tl前车轴(一对前车轮)轧到橡胶管12上，则橡胶管12被挤压而内部的流体13 的压力上升至例如P2。在流体压力上升了时，测定该压力，并存储到通过时压力存储部32。然后，在前车轴通过的时刻T2，返回到压力P1，在步骤S404中通过流体压力传感器15探测流体压力下降的情况。在步骤S405中压力差探测部34探测其压力差。压力差探测部34求出通过时压力存储部32中存储的橡胶管被挤压了的状态下的流体的压力(通过时压力)、与通过前后压力存储部33中存储的橡胶管没有被挤压的状态下的流体的压力(通过前后压力)之差，求出车轴轧到橡胶管的状态时的压力。在步骤S406中，通过压力差探测部34探测该压力差是否超过规定值。由于即使在实际有压力变动、但压力差小的情况下，也需要判别为稳定的噪声，所以进行上述动作。在压力差是规定值以下的情况下，返回到步骤S401而再次测定流体压力。在步骤S402以及步骤S404中是“否”时，也同样地返回到步骤S401。在步骤S406中，在压力差大于规定值的情况下，在接下来的步骤S407中，根据压力差求出该车轴通过时的重量并存储到重量值加法部35。在接下来的步骤S408中，探测在规定时间间隔范围内流体压力是否上升。对于规定时间间隔范围，有最小时间间隔(Tmin) 和最大时间间隔(Tmax)。其用于检查在车辆的前车轴通过之后，后车轴是否通过，对于该规定时间，考虑最小型的四轮车和最大型的四轮车的前车轴与后车轴的间隔以及车速求出时间。在时间间隔过短的情况下(T< Tmin)，被认为是偶尔二轮车以少的时间差进入。在步骤S408中，具体而言，判定从先前的压力上升至压力再次上升的时刻的间隔T是否进入到 Tmin彡T彡Tmax的范围内。在步骤S408中为“是”的情况下，返回到步骤S403，通过流体压力传感器15测定上升了时的流体压力并存储到通过时压力存储部32。在以下的步骤S404 S407中，与压力最初上升了时同样地进行处理。如果在步骤S408中，第2次的流体压力上升再次结束，则通常转移到步骤S409， 由此，对重量值加法部35中存储的前车轴重量和后车轴重量进行加法运算，并转移到步骤 S410，在车种识别部36中识别通过的车辆的车种。另外，在大型车中有时还有2个后轮连续的情况，所以在第2次的步骤S408中，上述Tmin有时也变化。或者，还可以在后车轴通过时决定2个时间范围。另外，在车辆通过之后，压力通过橡胶的弹力性而返回到与通过前相同的水准。由于流体压力传感器15中存在耐压力界限值，所以优选设置压力减压阀14来保护压力传感器，避免过大压力。此处，详细叙述在该实施方式中使用的橡胶管12的形状、材质、所充填的流体13寸。对于橡胶管12的剖面形状，如果是例如与铝合金铺设壳体的形状符合的形状，则铺设的固定容易。即使受到来自一边刹车一边通过的车辆的轮胎的弯曲应力，橡胶管12也自如地变形，将从车辆受到的压力静压地传达到管整体。对于橡胶管12的材质，针对使用条件和环境而求出耐摩耗性、耐热性、耐寒性、耐疲劳性。一般应用于轮胎的橡胶材料适合于该要求。具体而言，天然橡胶(NR)类橡胶、苯乙烯-丁二烯(SBR)类橡胶、聚丁二烯(BR)类橡胶、异戊二烯(IR)类橡胶、丁基(IIR)类橡胶是轮胎用橡胶材料，这些橡胶适合于作为橡胶管12的材料。作为橡胶管12内部的流体13，可以使用气体以及液体这两方。在气体的情况下， 具有在由于事故等而流体渗出时不会阻碍车辆的通行的优点。另一方面，从车辆通过探测的应答性考虑，优选为液体。在液体的情况下，优选为即使由于事故等橡胶管12破损并流出到道路，也不会对人体、环境以及交通的安全性造成影响的水类的液体。在寒冷地使用的情况下，液体优选为汽车引擎中使用的防冻液。一般， 防冻液是在水中添加5%至50%的乙二醇而得到的。可以将这样的防冻液用作填充到橡胶管12的流体。橡胶管12要求针对流体13具有耐久性。其中，众所周知如果流体的溶解度指数 (SP值)是与橡胶材质的溶解度指数偏离的数值，则不易引起流体和橡胶的成分转移或反应。水的SP值是23. 4，乙二醇的SP值是14. 6。相对于此，对于上述轮胎用橡胶材料的SP值，天然橡胶(NR)类橡胶是8. 0、苯乙烯-丁二烯(SBR)类橡胶是8. 6、聚丁二烯(BR)类橡胶是8. 4、异戊二烯(IR)类橡胶是8. 0、 丁基(IIR)类橡胶是7. 8，是与流体大幅偏离的SP值，所以是不易引起反应的组合。流体压力传感器15被分类成机械式和电子式，但在本实施方式的传感器中应用可以高速地应答且长寿命的电子式。一般，广泛应用在不锈钢膜片、硅膜片中安装了应变计的类型的压力传感器。作为一个例子，在橡胶管12内以规定的水压填充了水的情况下，根据环境温度而水压变动。根据如上所述构成的流体压感知式的车辆通过踏板传感器以及具备该车辆通过踏板传感器的车辆通过探测装置，由于并非以往的踏板传感器那样的电极接触方式，所以还能够防止由于抽出橡胶成分而引起电极接点污染并造成接触不良的问题、由于金属板电极变形而电极间短路、电气布线涂层在电极板端部由于应力集中而变形破裂的问题。由此， 能够得到稳定的高速应答且长寿命的车辆通过踏板传感器。另外，根据上述车辆通过探测装置，通过取车轴重量之和来测量车辆总重量并识别车种，所以具有能够提高车种分类的可靠性的优点。另外，在上述实施方式中，求出了车轴通过前的流体压力，但不限于此，也可以求出车轴通过后的流体压力，也可以求出车轴通过前和车轴通过后的流体压力并从车轴通过时的流体压力减去其平均值。接下来，使用图6，说明其他实施方式的车辆通过踏板传感器。该车辆通过踏板传感器61与上述实施方式的情况同样地，具备在内部填充了流体的3个橡胶管62a、62b、62c、 和与这些橡胶管分别连接的流体压力传感器65a、65b、65c。流体压力传感器65a、65b、65c与根据所得到的流体压力之差求出压力差进而求出重量值的重量值探测部67a、67b、67c连接。因此，能够独立地测定对橡胶管62a、62b、62c 施加的压力，能够区分探测例如2台自动二轮车(自行车)并列进入了的情况、和四轮汽车 (车辆)进入了的情况。在四轮车辆下，对左右两轮附加同一重量，但在自动二轮车的情况下，在各个流体压力传感器65a、65b、65c中的某一个中探测到车轴通过的时刻和重量。在通过时刻不同、多个轮胎的重量之差大的情况下，能够判定为是独立的车轴。根据该实施方式，具有可以识别自动二轮车的并列行驶和四轮汽车的优点。<实施例1>以下，说明具体的实施例1。在图1以及图2中，作为车辆通过踏板传感器11的橡胶管12，采用了硬度是约Ha55 Ha75的加硫天然橡胶。其具有与多用于汽车的轮胎等的橡胶材料相同水准的耐摩耗性和弹力性。作为橡胶管12内的流体13，使用了 30%乙二醇水溶液。该乙二醇浓度下的冻结温度是约30°C，根据需要设定的冻结温度，调节乙二醇浓度。众所周知，该防冻液被用作一般的汽车的散热器液，非常安全。在车辆通过踏板传感器11的前端，设置有流体压力传感器15。在该压力传感器 15中，在与水的接液面采用SUS630不锈钢的膈，并在该膈上隔着绝缘膜安装有应变计。
使用这样的车辆通过踏板传感器11，通过图3所示的电气电路结构，按照图4所示的步骤来测定车辆的重量的总重量，判别车种。S卩，如图4所示，测量车辆通过踏板传感器11的车轴通过前的流体压力。接下来， 通过流体压力传感器15探测车轴通了时的压力变化。通过运算车轴通过前后的压力变化并进行重量换算，能够测量车轴的重量。合计车辆的全部车轴的测量重量而计算车辆的总重量。<实施例2>参照图6，说明将橡胶管分割成多个的车辆通过踏板传感器的实施例。在该车辆通过踏板传感器61中，把将Im长度的橡胶管62a、62b、62c这3个排列成一列的结构设为 1组。在各个橡胶管62a、62b、62c中，采用填充了乙二醇20%水溶液的流体管方式。对橡胶管62a、62b、62c，连接有流体压力传感器65a、65b、65c。将所有流体压力传感器的流体压测量信号发送到重量值探测部67a、67b、67c，在通过车轴的通过时刻是同时的情况下，根据通过前后的压力差测量车轴重量。在通过时刻不是同时、重量之差明确的情况下，判定为其他车轴，判定为多个自动二轮车并行通过。如以上的详述那样，根据实施方式的车辆通过踏板传感器以及具备该传感器的车辆通过探测装置，其特征点在于，并非通过电极接触而是通过封闭的流体压力变化来探测车辆通过时的压力。由此，无需使用长条的金属板电极，所以能够解决电气接点面的劣化、 电极的变形的问题。由于不像电极接点式踏板传感器那样具有成为使电极接点的导通性劣化、电极变形、电极的电缆接合部破裂的原因的电极，所以能够避免这些问题。由于在橡胶管踏板内充填的防冻水溶液的压力应答性高，所以能够得到探测精度高的踏板传感器。即使万一由于事故等而防冻水溶液从管泄漏，也不会引起火灾、环境污染。即使在寒冷地也不会被冻住而能够应用。进而，根据上述车辆通过踏板传感器，能够通过车轴通过时的流体的压力变动测量来测量车轴重量，所以能够根据全部车轴重量的合计测量车辆总重量，能够提高车种分类的概率。根据第2实施方式，通过设为将橡胶管分割而排列成一列的方式，可以区分并行行驶时的自动二轮和四轮汽车。本发明不限于上述实施方式，在实施阶段可以在不脱离其要旨的范围内将构成要素变形而具体化。另外，可以通过上述实施方式公开的多个构成要素的适宜组合，形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的所有构成要素删除几个构成要素。进而，也可以适宜地组合不同的实施方式的构成要素。车辆通过探测装置的各构成部材的形状、尺寸、材质等不限于上述实施方式，可以根据需要进行变更。
权利要求
1.一种车辆通过踏板传感器，在相对车辆的行驶方向大致垂直的方向上埋设于道路中，其特征在于具备管，当中具有空洞且由弹性材料构成； 流体，填充于该管的所述空洞中；以及流体压力传感器，测定该流体的压力。
2.根据权利要求1所述的车辆通过踏板传感器，其特征在于， 所述管由橡胶材料构成。
3.根据权利要求1或者2所述的车辆通过踏板传感器，其特征在于， 所述流体是液体。
4.根据权利要求3所述的车辆通过踏板传感器，其特征在于， 所述流体是水或者防冻液。
5.根据权利要求1或者2所述的车辆通过踏板传感器，其特征在于， 所述流体是气体。
6.一种车辆通过探测装置，其特征在于，具备车辆通过踏板传感器和压力差探测部， 该车辆通过踏板传感器在相对车辆的行驶方向大致垂直的方向上埋设于道路中，且具备管，当中具有空洞且由弹性材料构成；流体，填充于该管的所述空洞中；以及流体压力传感器，测定该流体的压力，该压力差探测部对在所述车辆的车轴轧到所述管时由所述流体压力传感器测定的车轴通过时的所述流体压力、以及在所述车轴轧到所述管之前或者之后由所述流体压力传感器测定的车轴通过前后的所述流体压力进行测定，通过这两个压力之差来探测所述车辆的重量。
7.根据权利要求6所述的车辆通过探测装置，其特征在于，所述管由橡胶材料构成。
8.根据权利要求6或者7所述的车辆通过探测装置，其特征在于，所述流体是水或者防冻液。
全文摘要
实施方式提供一种车辆通过踏板传感器以及车辆通过探测装置。根据实施方式，提供一种车辆通过踏板传感器，在相对车辆的行驶方向大致垂直的方向上埋设于道路中，具备管，当中具有空洞且由弹性材料构成；流体，填充于该管的上述空洞中；以及流体压力传感器，测定该流体的压力。
文档编号G07B15/06GK102473348SQ20108003134
公开日2012年5月23日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月28日
发明者弓削晶郎, 浅利幸生, 西村隆宣 申请人:株式会社东芝