Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn auf einer Fahrbahn Eisbildungsgefahr auftritt, mit wenigstens zwei in Abhängigkeit der Feuchtigkeit der Fahrbahnoberfläche ihren elektrischen Widerstand ändernden Messonden, einer Temperaturmessonde zum Überwachen der Temperatur der Fahrbahnoberfläche, einer Vorrichtung zum Erzeugen eines ersten Signales, wenn die Fahrbahnoberflächentemperatur auf einen Sollwert im Bereich des Gefrierpunktes absinkt, und einer Verknüpfungsschaltung zum Erzeugen des Warnsignales.
Es ist bekannt mit Hilfe von Sonden zum Bestimmen der Luftfeuchtigkeit, Sonden zum Bestimmen der Lufttemperatur, Sonden zum Feststellen ob der Fahrbahnbelag trocken oder feucht ist und weiteren Sonden zum Ermitteln der Temperatur des Fahrbahnbelages ein Warnsignal auszulösen, wenn Eisbildungsgefahr auf einer Fahrbahn auftritt. Es sind weiter schon Massnahmen vorgeschlagen worden, um eine akute Eisbildungsgefahr im voraus zu erkennen und entsprechende Warnsignale auszulösen, bevor die Eisbildung wirklich eintritt.
Die Eisbildung auf Fahrbahnen istjedoch nicht allein abhängig vom Feuchtigkeitsgrad des Fahrbahnbelages und der Temperatur der Fahrbahn, sondern in sehr weitem Masse abhängig von auf die Fahrbahn gestreuten Taumitteln. Es wurden schon Anlagen vorgeschlagen, die das Vorhandensein von Taumitteln mitberücksichtigen, indem die Änderung des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit der Temperatur für verschiedene Taumittelkonzentrationen gemessen und ausgewertet werden. Derartigen Anlagen haftet der Nachteil an, dass sie nicht unterscheiden können, ob ein bestimmter Widerstand durch wenig Wasser mit viel Taumittel oder mit viel Wasser und wenig Taumittel zustande kommt. Dementsprechend ist die Voranzeige, ob wirklich eine Eisbildungsgefahr bevorsteht, unsicher.
Es kann durchaus eintreffen, dass die Strasse bei Temperaturen unter OOC langsam trocknet, so dass bei derartigen Anlagen ein Widerstandsanstieg registriert und in der Folge ein Fehlalarm ausgelöst werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zu schaffen, die gestattet eine zuverlässigere Anzeige der Eisbildungsgefahr anzugeben, als dies mit den bisher bekannten Anlagen der Fall ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Beheizen einer der Feuchtigkeitsmessonden vorgesehen sind und dass die Verknüpfungsschaltung so ausgebildet ist, dass sie das Warnsignal erzeugt, wenn beim Auftreten des ersten Signales die heizbare Messonde einen gleichen oder niedrigeren elektrischen Widerstandswert aufweist wie die nicht heizbare Messonde.
Die Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema einer einfachen Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht,
Fig. 2 ein Blockschema einer weiteren einfachen Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Messonde zum Bestimmen der Feuchtigkeit des Fahrbahnbelages mit eingebautem Heizelement,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführung einer Messonde zum Bestimmen der Feuchtigkeit des Fahrbahnbelages,
Fig. 5 das Blockschema einer verbesserten Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht,
Fig. 6 eine Schaltung mit einer Messonde zum Erzeugen von Signalen, wenn der elektrische WiderstandswertderMesssonde auf einen Sollwert abgesunken ist, und
Fig.
7 eine graphische Darstellung der Ströme durch eine unbeheizte Messonde und eine beheizte Messonde in Funktion der Temperatur des Strassenbelages.
Die Fig. 1 zeigt das Blockschema einer einfachen Ausführungsform einer Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht. Diese Einrichtung besitzt eine Temperaturmessonde 1, die in den Fahrbelag eingebaut werden kann und die Temperatur des Fahrbahnbelages ermittelt. Die Temperaturmessonde 1 enthält vorzugsweise temperaturabhängige Widerstände und liefert eine von der Temperatur des Fahrbahnbelages abhängige Spannung an eine Vorrichtung 2, die ein erstes Signal sl erzeugt, wenn die Fahrbahntemperatur auf einen einstellbaren Sollwert im Bereich des Gefrierpunktes absinkt. Weiter ist eine Messonde 3 zum Ermitteln der Fahrbahnfeuchtigkeit vorgesehen, welche Messsonde eine von der Feuchtigkeit der Fahrbahn abhängige Spannung an eine Schwellwertschaltung 4 abgibt.
Diese erzeugt ein Signal s2, wenn der Widerstand der Messonde 3 einen Wert aufweist, der kleiner ist als ein einstellbarer Sollwert. Zusätzlich ist eine weitere Messonde 5 vorgesehen, die eine von der Feuchtigkeit der Fahrbahn abhängige Spannung an eine weitere Sollwertschaltung 6 abgibt, die ein Signal s3 erzeugt, wenn der Widerstandswert der Messonde 5 unter einen einstellbaren Sollwert sinkt. Die Messonde 5 ist mit einem Heizelement 7 versehen, welchem über nicht dargestellte Leitungen Energie zum Aufheizen der Messonde 5 zugeführt werden kann.
Grundsätzliche Ausführungsformen der Messonden 3 bzw.
5 sind in den Fig. 3 und 4 im Schnitt dargestellt. Die Messonde gemäss der Fig. 3 umfasst einen Topf 8, in welchem ein Elektrodenkörper 9 in elektrisch isolierendem Material 10 eingebettet ist. Der Topf 8 ist bündig in eine Fahrbahn 11 eingelassen, wobei die kreisringförmige Stirnfläche 12 des Topfes 8 und die kreisförmige Oberfläche 13 des Elektrodenkörpers 9 in der Fahrbahnebene liegen. Der eine Leiter eines Anschlussleiterpaares 14 ist mit dem Topf 8 und der andere Leiter mit dem Elektrodenkörper 9 verbunden. Wird eine Spannung an das Anschlussleiterpaar 14 angelegt, so fliesst ein Kriechstrom über die kreisförmige Oberfläche 15 des Isoliermaterials 10.
Dieser Kriechstrom ist von der Feuchtigkeit der Fahrbahnoberfläche und allfällig vorhandener Taumittel abhängig.
Zwischen dem Elektrodenkörper 9 und dem Boden des Topfes 8 ist ein Heizstab 16 vorgesehen, dem überein Leiterpaar 17 elektrische Energie zum Aufheizen der Messonde zugeführt werden kann, so dass diese Messonde eine höhere Temperatur aufweist als der Fahrbahnbelag 11.
In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform einer Messsonde zum Ermitteln der Feuchtigkeit des Fahrbahnbelages dargestellt. Innerhalb eines Gefässes 18 sind zwei Elektrodenkörper 19 und 20 in einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 21 eingebettet, wobei je eine Fläche der Elektrodenkörper 19 und 20 in der Fahrbahnebene liegen. Über ein Anschlussleiterpaar 22 kann eine Spannung an die Elektroden 19 und 20 angelegt werden, so dass ein Kriechstrom auf der zwischen den beiden Elektrodenkörpern 19 und 20 befindlichen Oberfläche 23 der Vergussmasse 21 fliesst. Dieser Kriechstrom ist ebenfalls von der auf der Fahrbahnoberfläche vorhandenen Feuchtigkeit und des allfällig vorhandenen Taumittels abhängig.
Die Messonde gemäss der Fig. 3 kann auch ohne Heizstab hergestellt und die Messonde nach der Fig. 4 mit einem Heizstab ausgerüstet sein, je nach dem, ob die Messonden als Messsonden 3 oder 5 in der Einrichtung nach der Fig. 1 verwendet werden.
Das in der Vorrichtung 2 erzeugte Signal sl und die von den Schwellwertschaltungen 4 und 6 erzeugten Signale s2 und s3 werden gemäss der Fig. 1 einer ein UND-Tor 24 und NAND-Tor 25 aufweisenden Verknüpfungsschaltung zugeführt. Am Ausgang 26 des UND-Tores 24 erscheint ein Warn signal, wenn die Voraussetzungen für das Bilden einer Eisschicht auf der Fahrbahn gegeben sind. Zum Erzeugen des Warnsignales ist es primär notwendig, dass die durch die Temperaturmessonde 1 ermittelte Fahrbahntemperatur z.B. unter den Gefrierpunkt sinkt. Nur dann wird das Signal sl erzeugt, das dem ersten Eingang des UND-Tores 24 zugeführt wird.
Wenn die Fahrbahntemperatur über dem Gefrierpunkt liegt, wird dem ersten Eingang des UND-Tores 24 kein Signal sl zugeführt und das UND-Tor 24 bleibt unabhängig von den an seinen beiden anderen Eingängen angelegten Signale gesperrt, so dass kein Warnsignal am Ausgang 26 des UND-Tores 24 auftritt, solange die Fahrbahntemperatur über dem Gefrierpunkt ist.
Ist die Fahrbahn feucht bzw. nass, so ist der elektrische Widerstand der beiden Messonden 3 und 5 klein und die den Sonden zugeordneten Schwellwertschaltungen 4 und 6 erzeugen die Signale s2 bzw. s3. Das von der an die beheizte Messsonde 5 angeschlossene Schwellwertschaltung 6 erzeugte Signal s3 wird dem zweiten Eingang des UND-Tores 24 und einem der Eingänge des NAND-Tores 25 zugeführt. Das von der an die nicht heizbare Messonde 3 angeschlossene Schwellwertschaltung 4 erzeugte Signal s2 wird dem anderen Eingang des NAND-Tores 25 zugeleitet. Am Ausgang des NAND-Tores 25, der mit dem dritten Eingang des UND-Tores 24 verbunden ist, wird daher kein Signal erzeugt. Am Ausgang 26 des UND-Tores 24 tritt daher kein Warnsignal auf.
Wenn die Fahrbahntemperatur unter den Gefrierpunkt gesunken ist und die Fahrbahn feucht bzw. nass ist, so wird der Kriechstrom der nicht beheizten Messonde 3 infolge der Eiskristallbildung absinken, mit anderen Worten der Widerstand der Messonde 3 steigt an. Der Widerstand der beheizten Messonde 5 bleibt praktisch unverändert, weil sich auf der erwärmten Messonde 5 keine Eiskristalle bilden können. Sobald der Widerstandswert der Messonde 3 den einstellbaren Sollwert, der durch die Schwellwertschaltung 4 überwacht wird, erreicht, verschwindet das Signal s2 und am Ausgang des NAND-Tores 25 erscheint ein Signal. Somit werden an alle drei Eingänge des UND-Tores 24 Signale angelegt und am Ausgang 26 dieses Tores erscheint das Warnsignal.
Wenn bei trockener Fahrbahn die Fahrbahntemperatur unter den Gefrierpunkt sinkt, so wird wohl das Signal sl erzeugt, aber da der Widerstand der beiden Messonden 3 und 5 weit über dem Sollwert liegt, treten keine Signale s2 bzw. s3 auf, so dass ebenfalls kein Warnsignal am Ausgang 26 des UND-Tores 24 erscheint, weil je unter diesen Umständen, d.h.
bei trockener Fahrbahn, keine Eisbildungsgefahr besteht.
Falls die Witterungsbedingungen bei einer Fahrbahntemperatur im Bereich des Gefrierpunktes stabil bleiben und was selten der Fall ist, eine Trocknung der Fahrbahn ohne ein Gefrieren derselben stattfindet, so wird die beheizte Messonde 5 eher trocken sein als die nicht beheizte Messonde 4. Der Widerstand der durch die Messonde 5 dargestellt wird, steigt schneller an als der Widerstand der Messonde 3. Wenn der Widerstand der Messonde 5, der durch die Schwellwertschaltung 6 überwacht wird, grösser als der einstellbare Sollwert wird, so verschwindet das Signal s3, wodurch das UND-Tor 24 gesperrt wird, so dass kein Warnsignal erzeugt werden kann.
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht. Diejenigen Teile dieser Einrichtung, die dem gleichen Zweck wie entsprechende Teile der Einrichtung gemäss der Fig. 1 dienen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es betrifft dies die Temperatursonde 1, die an diese angeschlossene Vorrichtung 2, die Messonden 3 und 5 sowie das Heizelement 7. Anstelle der Schwellwertschaltungen 4 und 6 sind Verstärker 27 und 28 an die Messonden 3 bzw. 5 angeschlossen. Die Spannung der am Ausgang der Verstärker 27 und 28 erscheinenden analogen Signale s2' und s3' ist von der Feuchtigkeit des Fahrbahnbelages bzw. des Widerstandes der Messonden 3 und 5 abhängig. Bei der in der Fig. 2 dargestellten Einrichtung ist die Spannung der Signale s2' und s3' um so kleiner je kleiner der Widerstand der Messonden ist.
Die Signale s2' und s3' werden einem Komparator 29 zugeführt und in diesem miteinander verglichen. Am Ausgang 30 des Komparators 29 erscheint nur dann ein Signal, wenn die Spannung des Signales s3' kleiner ist als die Spannung des Signales s2'.
Das von der Vorrichtung 2 erzeugte Signal sl wird einem der beiden Eingänge eines UND-Tores 31 und das vom Komparator 29 erzeugte Signal dem anderen Eingang des UND-Tores 31 zugeführt.
Am Ausgang 32 des UND-Tores 31 erscheint dann ein Warnsignal, wenn die Fahrbahntemperatur unter den Sollwert im Bereich des Gefrierpunktes gesunken ist und dem UND-Tor 31 das Signal sl sowie das vom Komparator 29 erzeugte Signal zugeführt werden. Am Ausgang 30 des Komparators 29 erscheint nur dann ein Signal, wenn der Widerstand der nicht beheizten Messonde 3 grösser ist als der Widerstand der beheizten Messonde 5. Dies ist dann der Fall, wenn bei feuchter bzw. nasser Fahrbahn der Widerstand der nicht beheizten Messonde 3 durch Bildung von Eiskristallen erhöht wird, wodurch die Spannung des Signales s2' grösser wird als jene des Signales s3'.
Solange die Fahrbahntemperatur nicht unter den durch die Vorrichtung 2 überwachten Sollwert sinkt, wird kein Signal sl erzeugt und das UND-Tor 31 bleibt gesperrt. Wenn die feuchte Fahrbahn allmählich trocken wird, so steigt der Widerstand der beheizten Messonde 5 schneller an als der Widerstand der nicht beheizten Messonde 3, d.h. die Spannung des Signales s3' ist immer grösser als die Spannung des Signales s2', so dass am Ausgang 30 des Komparators 29 kein Signal auftritt.
In der Fig. 5 ist das Blockschema einer bevorzugten Aus führungsform einer Einrichtung zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn Eisbildungsgefahr besteht dargestellt. Diese Einrichtung umfasst eine Temperaturmessonde 33, die an eine Vorrichtung 34 angeschaltet ist, die zum Erzeugen eines Signales 4 dient, wenn die Fahrbahntemperatur unter einen Sollwert im Bereich des Gefrierpunktes sinkt, und drei Messsonden 35, 36 und 37 zum Ermitteln der Feuchtigkeit der Fahrbahn, wobei der Messonde 37 ein Heizelement 38 zugeordnet ist. Jede der Messonden 35, 36 und 37 ist ein zwei Schwellwertschaltungen 31, 40; 41, 42 bzw. 43, 44 angeschlossen und erzeugen Signale s5-sl0, wenn die Widerstände der Messenden 35, 36 bzw. 37 unter die in den genannten Schwellwertschaltungen eingestellten Sollwerte abgsinken.
Mit Hilfe einer ersten Verknüpfungsschaltung 45 werden die durch die Schwellwertschaltungen 39, 41 und 43 erzeugten Signale s5, s6 und s7 ausgewertet. Eine zweite Verknüpfungsschaltung 46 dient zum Auswerten der durch die Schwellwertschaltungen 40, 42 und 44 erzeugten Signale s8, s9 und s10 sowie des von der Vorrichtung 34 erzeugten Signales s4.
Die Einrichtung nach der Fig. 5 weist im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1 und 2 die zwei nicht heizbaren Messonden 35 und 36 auf. Diese Messonden werden an zwei voneinander entfernten Stellen in die Fahrbahn eingesetzt, um dadurch die Ansprechsicherheit der Einrichtung zu erhöhen. Es wird dadurch vermieden, dass ein Warnsignal ausgelöst werden kann, wenn nur einzelne lokal sehr beschränkte Stellen der Fahrbahn feucht oder nass sind, was beispielsweise dann auftreten kann, wenn Schnee von Fahrzeugen abfällt oder aus einem anderen Grund Wasserspritzer auf die Fahrbahn gelangen.
Die Sollwerte der Schwellwertschaltungen 39, 41 und 43 sind so eingestellt, dass diese dem Gefrierpunkt von Wasser ohne Taumittelzusatz angepasst sind. Die Sollwerte der Schwellwertschaltungen 40, 42 und 44 sind so eingestellt, dass diese dem Gefrierpunkt von Wasser mit einem mittleren Taumittelzusatz angepasst sind. In der graphischen Darstellung der Fig. 7 sind diese Gefrierpunkte mit A bzw. B bezeichnet. Die ausgezogene Kurve 47 stellt den durch eine der nicht beheizten Messonden 35 oder 36 in Funktion der Fahrbahntemperatur T fliessende Strom I dar, wenn die Fahrbahn mit gewöhnlichem Regenwasser, d.h. ohne Taumittelzusatz, benetzt ist.
Die gestrichelt gezeichnete Kurve 48 zeigt den Stromverlauf in der geheizten Sonde 37 bei den gleichen oben genannten Bedingungen dar, wobei zu beachten ist, dass die Oberflächentemperatur der Messonde 37 gegenüber der Fahrbahntemperatur um wenigstens 10 C höher ist. Darüberhinaus ist zu beachten, dass die an die Messonden angelegte Spannung konstant gehalten wird. Die Kurve 47 zeigt, dass der durch die nicht geheizte Messonde fliessende Strom mit fallender Temperatur bis zum Gefrierpunkt A relativ wenig abfällt. Wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt A sinkt, nimmt der Strom sehr rasch ab bzw. der Widerstand der nicht geheizten Messonde steigt durch die Bildung von Eiskristallen sehr rasch an.
Im Gegensatz dazu nimmt der durch die geheizte Messonde 37 fliessende Strom auch unterhalb des Gefrierpunktes nicht wesentlich zu, weil die Oberflächentemperatur der Messonde 37 mindestens 100C höher ist als die Fahrbahntemperatur T. Mit anderen Worten heisst das, dass der Widerstand der beheizten Messonde 37 verglichen mit dem Widerstand der nicht beheizten Messonden relativ klein ist.
Die Kurve 49 zeigt den Verlauf des Stromes durch die nicht beheizte Messonde in Funktion der Fahrbahntemperatur T, wenn die Fahrbahn mit einem Taumittel, z.B. Nach, TaC12 oder ein Gemisch dieser Salze, enthaltendes Wasser benetzt ist. Die gestrichelt gezeichnete Kurve 50 zeigt den Stromverlauf durch die beheizte Messonde 37. Die beiden Kurven 49 und 50 schneiden sich in B, dieser Punkt entspricht dem Gefrierpunkt des das Taumitteln enthaltenden Wassers. Der grundsätzliche Verlauf des Kurvenpaares 47, 48 ist ähnlich demjenigen des Kurvenpaares 49, 50. Das letztere Kurvenpaar ist bezogen auf die Fig. 7 lediglich nach rechts unten verschoben. Die Grösse dieser Verschiebung ist abhängig von der Konzentration des im Wasser gelösten Taumittels.
Am Ausgang 51 der Verknüpfungsschaltung 45 erscheint ein impulsförmiges Signal, wenn die drei Schwellwertschaltungen 39, 41 und 43, deren Sollwert gemäss dem Punkt A in der Fig. 7 eingestellt ist, ansprechen, d.h. die Signale s5, s6 und s7 abgeben. Dieses periodisch auftretende Signal am Ausgang 51 zeigt an, dass die Fahrbahn feucht bzw. nass ist. Der Abstand zwischen den Impulsen dieses Signales ist von einem Widerstand 52 und einem Kondensator 53 in der Verknüpfungsschaltung 45 abhängig.
Am Ausgang 54 der Verknüpfungsschaltung 46 erscheint periodisch das Warnsignal, wenn nur die Signale s4, s7 und s10 gleichzeitig auftreten. Dies trifft dann zu, wenn die mit der Temperatursonde 33 überwachte Fahrbahntemperatur im Bereich des Gefrierpunktes B gemäss der Fig. 7 ist, und der Widerstand der beheizten Messonde 37 kleiner istals der Widerstand der beiden Messonden 35 und 36. Die Signale s5 und s6 werden einem NAND-Tor 55 der Verknüpfungsschaltung 46 direkt und das Signal s7 wird diesem NAND-Tor 55 über ein als Inverter wirksames NAND-Tor 56 zugeführt, Auf eine ähnliche Weise werden die Signale s8 und s9 einem NAND-Tor 57 direkt und das Signal s10 über ein als Inverter wirkendes NAND-Tor 58 zugeführt.
Dadurch wird bewirkt, wenn der Widerstand der beheizten Messonde 37 schneller ansteigt als der Widerstand der Messonden 36 und 37, dass ein Öffnen eines der beiden NAND-Tore 55 bzw. 57 oder beide nicht möglich ist, wenn anschliessend durch die Trocknung des Fahrbahnbelages der Widerstand in den nicht beheizten Messsonden 35 und 36 nachträglich ebenfalls ansteigt. Eine Auslösung des Warnsignales ist nicht möglich und auch nicht notwendig, weil ja die Fahrbahn trocknet und daher keine Eisbildungsgefahr besteht.
Auch wenn die Fahrbahn feucht oder nass ist, aber die Fahrbahntemperatur über dem Gefrierpunkt liegt, kann kein Warnsignal erzeugt werden, weil ein NAND-Tor 59, dessen Ausgang mit dem Ausgang 54 der Verknüpfungsschaltung 46 identisch ist, nur geöffnet werden kann, wenn das Signal s4 auftritt.
Die Fig. 6 zeigt die Arbeitweise einer Messonde, z.B. der Messonde 35, die gemäss der Fig. 4 aufgebaut sein kann. Der Elektrodenkörper 19 ist an Masse angeschlossen, während der andere Elektrodenkörper 20 über einen Widerstand 60 an eine mit + bezeichnete Spannungsquelle, die eine konstante Spannung abgibt, angeschlossen ist. Die zwischen dem Verbindungspunkt der Messonde 35 und des Widerstandes 60 gegen über Masse auftretende Spannung ist von der Feuchtigkeit zwischen den Elektrodenkörper 19 und 20 abhängig. Im trokkenen Zustand ist die Spannung gross und im feuchten Zustand ist die Spannung klein. Darüberhinaus steigt diese Spannung ebenfalls an, wenn das die Feuchtigkeit verursachende Wasser zwischen den Elektrodenkörpern 19 und 20 zu gefrieren beginnt.
Diese Spannung wird einem Verstärker 61 zugeführt, welcher Verstärker im wesentlichen als Impedanzwand ler dient.
Die analoge Ausgangsspannung des Verstärkers 61 wird über einen Widerstand 62 und einen Schutzwiderstand 63 dem ersten Eingang eines Differentialverstärkers 64 zugeführt.
Dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers 64 wird über ein Schutzwiderstand 65 eine Bezugsspannung zugeleitet, die an einem Potentiometer 66 abgegriffen wird. Am Ausgang 67 des Differentialverstärkers 64 erscheint dann ein Signal, z.B. das Signal s5, wenn die dem ersten Eingang des Differentialverstärkers 64 zugeführte Spannung kleiner ist als die am Potentiometer 66 abgegriffene, dem zweiten Eingang zugeführte Spannung. Mit Hilfe des Potentiometers kann der Sollwert, bei dem die oben beschriebene Schwellwertschaltung ansprechen soll, eingestellt werden.
Die Ausgangsspannung des Verstärkers 61 wird über den Widerstand 62 noch einer zweiten Schwellwertschaltung zugeführt, welche Schutzwiderstände 68 und 69, ein Potentiometer 70 sowie einen Differentialverstärker 71 enthält. Die Wirkungsweise dieser zweiten Schwellwertschaltung, die beispielsweise die Schwellwertschaltung 40 sein kann, ist gleich wie oben angeführt, d.h. am Ausgang 72 des Differentialverstärkers 71 erscheint dann ein Signal, wenn die über den Schutzwiderstand 68 dem ersten Eingang des Differentialverstärkers 71 eine kleinere Spannung zugeführt wird als die Bezugsspannung, die über den Schutzwiderstand 69 an den zweiten Eingang des Differentialverstärkers 71 anliegt. Diese Bezugsspannung kann mit Hilfe des Potentiometes 70 eingestellt werden, d.h. der Sollwert bei dem die zweite Schwellwertschaltung anspricht ist ebenfalls einstellbar.
Ein Kondensator 73 ist vorgesehen, um allfällig auftretende Störimpulse von den ersten Eingängen der Differentialverstärker 64 und 71 fernzuhalten.
Bei der Einrichtung gemäss der Fig. 2 können die Messsonden 3 und 5 mit Wechselstrom gespiesen werden, wodurch sich der Aufbau der Verstärker 27 und 28 vereinfacht. Auch die Messonden 35, 36 und 37 der Einrichtung nach der Fig. 5 können mit Wechselstrom gespiesen werden, wenn diese jeweils über einen Gleichrichter mit der zugehörigen Schwellwertschaltung verbunden werden. Das Speisen der Messonden mit Wechselstrom hat den Vorteil, dass die Korrosion der Elektrodenkörper wesentlich geringer ist, als dies bei Gleichstromspeisung der Fall ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Erzeugen eines Warnsignales, wenn auf einer Fahrbahn Eisbildungsgefahr auftritt, wird der Umstand ausgenützt, dass eine künstlich beheizte Messonde anders reagiert als eine oder mehrere nicht beheizte Messonden. Durch das Auswerten dieses ungleichen Verhaltens kann ein zuverlässiges Warnsignal erzeugt werden, wobei die durch allfälliges Streuen von Taumittel verursachte Änderung des Gefrierpunktes in die Auswertung miteinbezogen ist.
Um eine sogenannte Vorwarnzeit zu erzielen, könnten beispielsweise die nicht beheizten Sonden gegenüber der Fahrbahn unterkühlt werden, so dass das Warnsignal mehr oder weniger lang voraus erzeugt werden könnte, so dass entsprechende Massnahmen rechtzeitig eingeleitet werden könnten.
The invention relates to a device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation on a roadway, with at least two measuring probes that change their electrical resistance depending on the humidity of the roadway surface, a temperature measuring probe for monitoring the temperature of the roadway surface, a device for generating a first signal when the road surface temperature drops to a target value in the area of freezing point, and a logic circuit for generating the warning signal.
It is known to use probes to determine the air humidity, probes to determine the air temperature, probes to determine whether the road surface is dry or wet and other probes to determine the temperature of the road surface to trigger a warning signal when there is a risk of ice formation on a roadway. Measures have also already been proposed to recognize an acute risk of ice formation in advance and to trigger appropriate warning signals before ice formation actually occurs.
However, the formation of ice on the road surface is not solely dependent on the degree of moisture in the road surface and the temperature of the road surface, but to a very large extent on the de-icing agents scattered on the road surface. Systems have already been proposed that take into account the presence of de-icing agents by measuring and evaluating the change in electrical resistance as a function of temperature for different concentrations of de-icing agent. Such systems have the disadvantage that they cannot distinguish whether a certain resistance is caused by little water with a lot of de-icing agent or with a lot of water and little de-icing agent. Accordingly, the advance notice as to whether there is really a risk of ice formation is uncertain.
It may well happen that the road dries slowly at temperatures below OOC, so that an increase in resistance can be registered in such systems and a false alarm can be triggered as a result.
It is the object of the invention to provide a device which allows a more reliable indication of the risk of ice formation to be indicated than is the case with the systems known up to now.
The device according to the invention is characterized in that means are provided for heating one of the moisture measuring probes and that the logic circuit is designed so that it generates the warning signal if the heatable measuring probe has the same or lower electrical resistance than the non-heatable one when the first signal occurs Measuring probe.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it:
1 shows a block diagram of a simple device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation,
2 shows a block diagram of a further simple device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation,
3 shows a section through a measuring probe for determining the humidity of the road surface with a built-in heating element,
4 shows a section through another embodiment of a measuring probe for determining the moisture of the road surface,
5 shows the block diagram of an improved device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation;
6 shows a circuit with a measuring probe for generating signals when the electrical resistance value of the measuring probe has dropped to a target value, and
Fig.
7 shows a graph of the currents through an unheated measuring probe and a heated measuring probe as a function of the temperature of the road surface.
1 shows the block diagram of a simple embodiment of a device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation. This device has a temperature measuring probe 1, which can be built into the road surface and determines the temperature of the road surface. The temperature measuring probe 1 preferably contains temperature-dependent resistors and supplies a voltage, which is dependent on the temperature of the road surface, to a device 2 which generates a first signal sl when the road surface temperature drops to an adjustable setpoint in the region of the freezing point. A measuring probe 3 is also provided for determining the moisture in the road, which measuring probe emits a voltage, which is dependent on the moisture in the road, to a threshold value circuit 4.
This generates a signal s2 when the resistance of the measuring probe 3 has a value that is smaller than an adjustable setpoint. In addition, a further measuring probe 5 is provided, which emits a voltage dependent on the humidity of the roadway to a further setpoint circuit 6, which generates a signal s3 when the resistance value of the measuring probe 5 falls below an adjustable setpoint. The measuring probe 5 is provided with a heating element 7 to which energy for heating the measuring probe 5 can be supplied via lines not shown.
Basic embodiments of the measuring probes 3 or
5 are shown in FIGS. 3 and 4 in section. The measuring probe according to FIG. 3 comprises a pot 8 in which an electrode body 9 is embedded in electrically insulating material 10. The pot 8 is embedded flush in a roadway 11, the annular end face 12 of the pot 8 and the circular surface 13 of the electrode body 9 lying in the plane of the roadway. One conductor of a connection conductor pair 14 is connected to the pot 8 and the other conductor to the electrode body 9. If a voltage is applied to the connection conductor pair 14, a leakage current flows over the circular surface 15 of the insulating material 10.
This leakage current depends on the humidity of the road surface and any de-icing agents that may be present.
A heating rod 16 is provided between the electrode body 9 and the bottom of the pot 8, to which electrical energy can be fed via a pair of conductors 17 to heat the measuring probe, so that this measuring probe has a higher temperature than the road surface 11.
Another embodiment of a measuring probe for determining the moisture of the road surface is shown in FIG. Within a vessel 18, two electrode bodies 19 and 20 are embedded in an electrically insulating potting compound 21, one surface of each of the electrode bodies 19 and 20 lying in the plane of the roadway. A voltage can be applied to the electrodes 19 and 20 via a connection conductor pair 22, so that a leakage current flows on the surface 23 of the potting compound 21 located between the two electrode bodies 19 and 20. This leakage current is also dependent on the moisture present on the road surface and any de-icing agent present.
The measuring probe according to FIG. 3 can also be manufactured without a heating rod and the measuring probe according to FIG. 4 can be equipped with a heating rod, depending on whether the measuring probes are used as measuring probes 3 or 5 in the device according to FIG.
The signal s1 generated in the device 2 and the signals s2 and s3 generated by the threshold value circuits 4 and 6 are fed, according to FIG. 1, to a logic circuit having an AND gate 24 and a NAND gate 25. At the output 26 of the AND gate 24, a warning signal appears when the conditions for the formation of a layer of ice on the roadway are met. To generate the warning signal, it is primarily necessary that the road temperature determined by the temperature measuring probe 1, e.g. drops below freezing point. Only then is the signal s1 generated, which is fed to the first input of the AND gate 24.
If the road temperature is above freezing point, no signal sl is fed to the first input of the AND gate 24 and the AND gate 24 remains blocked regardless of the signals applied to its two other inputs, so that no warning signal at the output 26 of the AND Tores 24 occurs as long as the road temperature is above freezing.
If the road is damp or wet, the electrical resistance of the two measuring probes 3 and 5 is low and the threshold value circuits 4 and 6 assigned to the probes generate the signals s2 and s3, respectively. The signal s3 generated by the threshold value circuit 6 connected to the heated measuring probe 5 is fed to the second input of the AND gate 24 and one of the inputs of the NAND gate 25. The signal s2 generated by the threshold value circuit 4 connected to the non-heatable measuring probe 3 is fed to the other input of the NAND gate 25. No signal is therefore generated at the output of the NAND gate 25, which is connected to the third input of the AND gate 24. No warning signal therefore occurs at the output 26 of the AND gate 24.
If the road temperature has dropped below freezing point and the road is damp or wet, the leakage current of the unheated measuring probe 3 will decrease as a result of the formation of ice crystals, in other words the resistance of the measuring probe 3 increases. The resistance of the heated measuring probe 5 remains practically unchanged because no ice crystals can form on the heated measuring probe 5. As soon as the resistance value of the measuring probe 3 reaches the adjustable nominal value, which is monitored by the threshold value circuit 4, the signal s2 disappears and a signal appears at the output of the NAND gate 25. Signals are thus applied to all three inputs of the AND gate 24 and the warning signal appears at the output 26 of this gate.
If the road temperature drops below freezing point on a dry road surface, the signal sl is generated, but since the resistance of the two measuring probes 3 and 5 is far above the setpoint, no signals s2 or s3 occur, so that there is also no warning signal on Output 26 of AND gate 24 appears because ever under these circumstances, ie
on dry roads, there is no risk of ice formation.
If the weather conditions remain stable at a roadway temperature in the range of the freezing point and, which is rarely the case, the roadway dries without freezing, the heated measuring probe 5 will be more dry than the unheated measuring probe 4. The resistance of the Measuring probe 5 is shown, increases faster than the resistance of measuring probe 3. If the resistance of measuring probe 5, which is monitored by threshold circuit 6, is greater than the adjustable setpoint, signal s3 disappears, whereby AND gate 24 is blocked so that no warning signal can be generated.
Fig. 2 shows another embodiment of a device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation. Those parts of this device which serve the same purpose as corresponding parts of the device according to FIG. 1 are provided with the same reference numerals. This concerns the temperature probe 1, the device 2 connected to it, the measuring probes 3 and 5 and the heating element 7. Instead of the threshold value circuits 4 and 6, amplifiers 27 and 28 are connected to the measuring probes 3 and 5, respectively. The voltage of the analog signals s2 'and s3' appearing at the output of the amplifiers 27 and 28 is dependent on the humidity of the road surface or the resistance of the measuring probes 3 and 5. In the device shown in FIG. 2, the voltage of the signals s2 'and s3' is smaller, the smaller the resistance of the measuring probes.
The signals s2 'and s3' are fed to a comparator 29 and are compared with one another in this. A signal appears at the output 30 of the comparator 29 only when the voltage of the signal s3 'is less than the voltage of the signal s2'.
The signal S 1 generated by the device 2 is fed to one of the two inputs of an AND gate 31 and the signal generated by the comparator 29 to the other input of the AND gate 31.
A warning signal then appears at the output 32 of the AND gate 31 when the roadway temperature has dropped below the setpoint in the area of freezing and the AND gate 31 receives the signal sl and the signal generated by the comparator 29. A signal appears at the output 30 of the comparator 29 only if the resistance of the unheated measuring probe 3 is greater than the resistance of the heated measuring probe 5. This is the case when the resistance of the unheated measuring probe 3 on a damp or wet road surface is increased by the formation of ice crystals, whereby the voltage of the signal s2 'is greater than that of the signal s3'.
As long as the roadway temperature does not fall below the setpoint monitored by the device 2, no signal sl is generated and the AND gate 31 remains blocked. When the wet roadway gradually becomes dry, the resistance of the heated measuring probe 5 increases faster than the resistance of the unheated measuring probe 3, i.e. the voltage of the signal s3 'is always greater than the voltage of the signal s2', so that no signal occurs at the output 30 of the comparator 29.
5 shows the block diagram of a preferred embodiment of a device for generating a warning signal when there is a risk of ice formation. This device comprises a temperature measuring probe 33, which is connected to a device 34, which is used to generate a signal 4 when the road surface temperature falls below a target value in the area of freezing point, and three measuring probes 35, 36 and 37 for determining the humidity of the road, wherein the measuring probe 37 is assigned a heating element 38. Each of the measuring probes 35, 36 and 37 is a two threshold value circuits 31, 40; 41, 42 or 43, 44 are connected and generate signals s5-sl0 when the resistances of the measuring ends 35, 36 and 37 drop below the setpoint values set in the mentioned threshold value circuits.
With the aid of a first logic circuit 45, the signals s5, s6 and s7 generated by the threshold circuits 39, 41 and 43 are evaluated. A second logic circuit 46 serves to evaluate the signals s8, s9 and s10 generated by the threshold value circuits 40, 42 and 44 as well as the signal s4 generated by the device 34.
In contrast to the embodiments according to FIGS. 1 and 2, the device according to FIG. 5 has the two non-heatable measuring probes 35 and 36. These measuring probes are inserted into the roadway at two separate locations in order to increase the reliability of the device. This avoids the fact that a warning signal can be triggered if only individual, locally very limited areas of the roadway are damp or wet, which can occur, for example, when snow falls from vehicles or water splashes onto the roadway for another reason.
The setpoint values of the threshold value circuits 39, 41 and 43 are set in such a way that they are adapted to the freezing point of water without the addition of thawing agents. The setpoint values of the threshold value circuits 40, 42 and 44 are set so that they are adapted to the freezing point of water with an average addition of thawing agent. In the graph of FIG. 7, these freezing points are labeled A and B, respectively. The solid curve 47 represents the current I flowing through one of the unheated measuring probes 35 or 36 as a function of the road temperature T when the road is filled with normal rainwater, i.e. without the addition of thawing agent, is wetted.
The dashed curve 48 shows the current profile in the heated probe 37 under the same conditions mentioned above, whereby it should be noted that the surface temperature of the measuring probe 37 is at least 10 C higher than the road temperature. In addition, it must be ensured that the voltage applied to the measuring probes is kept constant. Curve 47 shows that the current flowing through the unheated measuring probe drops relatively little with falling temperature up to freezing point A. If the temperature drops below freezing point A, the current decreases very quickly or the resistance of the unheated measuring probe increases very quickly due to the formation of ice crystals.
In contrast to this, the current flowing through the heated measuring probe 37 does not increase significantly even below freezing point, because the surface temperature of the measuring probe 37 is at least 100C higher than the road temperature T. In other words, this means that the resistance of the heated measuring probe 37 compared to the resistance of the unheated measuring probes is relatively small.
The curve 49 shows the course of the current through the unheated measuring probe as a function of the road temperature T when the road is covered with a de-icing agent, e.g. According to, TaC12 or a mixture of these salts, containing water is wetted. The dashed curve 50 shows the course of the current through the heated measuring probe 37. The two curves 49 and 50 intersect at B, this point corresponds to the freezing point of the water containing the thawing agents. The basic course of the pair of curves 47, 48 is similar to that of the pair of curves 49, 50. The latter pair of curves is only shifted to the bottom right in relation to FIG. The size of this shift depends on the concentration of the thawing agent dissolved in the water.
A pulse-shaped signal appears at the output 51 of the logic circuit 45 when the three threshold value circuits 39, 41 and 43, whose nominal value is set according to point A in FIG. 7, respond, i.e. emit the signals s5, s6 and s7. This periodically occurring signal at output 51 indicates that the roadway is damp or wet. The distance between the pulses of this signal depends on a resistor 52 and a capacitor 53 in the logic circuit 45.
The warning signal appears periodically at the output 54 of the logic circuit 46 if only the signals s4, s7 and s10 occur simultaneously. This is the case when the roadway temperature monitored with the temperature probe 33 is in the range of freezing point B according to FIG. 7, and the resistance of the heated measuring probe 37 is lower than the resistance of the two measuring probes 35 and 36. The signals s5 and s6 are combined NAND gate 55 of the logic circuit 46 directly and the signal s7 is fed to this NAND gate 55 via a NAND gate 56 which acts as an inverter. In a similar way, the signals s8 and s9 are sent directly to a NAND gate 57 and the signal s10 via a NAND gate 58 acting as an inverter.
This has the effect, when the resistance of the heated measuring probe 37 rises faster than the resistance of the measuring probes 36 and 37, that opening one of the two NAND gates 55 or 57 or both is not possible if the resistance is subsequently caused by the drying of the road surface in the unheated measuring probes 35 and 36 also rises subsequently. A triggering of the warning signal is not possible and also not necessary because the road is drying and therefore there is no risk of ice formation.
Even if the road is damp or wet, but the road temperature is above freezing point, no warning signal can be generated because a NAND gate 59, the output of which is identical to the output 54 of the logic circuit 46, can only be opened when the signal s4 occurs.
Figure 6 shows the operation of a measuring probe, e.g. the measuring probe 35, which can be constructed according to FIG. The electrode body 19 is connected to ground, while the other electrode body 20 is connected via a resistor 60 to a voltage source labeled +, which emits a constant voltage. The voltage occurring between the connection point of the measuring probe 35 and the resistor 60 with respect to ground is dependent on the moisture between the electrode bodies 19 and 20. In the dry state the tension is great and in the wet state the tension is small. In addition, this voltage also rises when the water causing the moisture between the electrode bodies 19 and 20 begins to freeze.
This voltage is fed to an amplifier 61, which amplifier essentially serves as an impedance converter.
The analog output voltage of the amplifier 61 is fed to the first input of a differential amplifier 64 via a resistor 62 and a protective resistor 63.
A reference voltage, which is tapped off at a potentiometer 66, is fed to the second input of the differential amplifier 64 via a protective resistor 65. A signal then appears at the output 67 of the differential amplifier 64, e.g. the signal s5 when the voltage fed to the first input of the differential amplifier 64 is less than the voltage tapped at the potentiometer 66 and fed to the second input. With the help of the potentiometer, the setpoint at which the threshold circuit described above should respond can be set.
The output voltage of the amplifier 61 is fed via the resistor 62 to a second threshold value circuit which contains protective resistors 68 and 69, a potentiometer 70 and a differential amplifier 71. The mode of operation of this second threshold value circuit, which can for example be the threshold value circuit 40, is the same as stated above, i. A signal appears at the output 72 of the differential amplifier 71 when the voltage applied to the first input of the differential amplifier 71 via the protective resistor 68 is lower than the reference voltage that is applied to the second input of the differential amplifier 71 via the protective resistor 69. This reference voltage can be adjusted by means of the potentiometer 70, i. the setpoint at which the second threshold value circuit responds can also be set.
A capacitor 73 is provided in order to keep any interference pulses away from the first inputs of the differential amplifiers 64 and 71.
In the device according to FIG. 2, the measuring probes 3 and 5 can be fed with alternating current, which simplifies the structure of the amplifiers 27 and 28. The measuring probes 35, 36 and 37 of the device according to FIG. 5 can also be fed with alternating current if they are each connected to the associated threshold value circuit via a rectifier. Feeding the measuring probes with alternating current has the advantage that the corrosion of the electrode body is significantly less than is the case with direct current supply.
In the method described above for generating a warning signal when there is a risk of ice formation on a roadway, use is made of the fact that an artificially heated measuring probe reacts differently than one or more unheated measuring probes. By evaluating this uneven behavior, a reliable warning signal can be generated, the change in the freezing point caused by any scattering of de-icing agent being included in the evaluation.
In order to achieve a so-called advance warning time, for example, the unheated probes could be supercooled in relation to the roadway, so that the warning signal could be generated more or less long in advance so that appropriate measures could be initiated in good time.