-
Verfahren und Vorrichtung zur Fahrzeug-Verkehrskontrolle Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrzeug-Verkehrskontrolle mittels
Ultraschall, der periodisch von einem oberhalb des Verkehrsweges angeordneten elektroakustischen
Wandler gesendet wird.
-
Verkehrszähleinrichtungen, die mit Ultraschallimpulsen arbeiten, sind
an sich bekannt. In einer dieser bekannten Ausführungen wird aus den Echoimpulsen
eine Steuerspannung abgeleitet, die bei Ausfall eines oder mehrerer Echos einen
einstellbaren Schwellwert unterschreitet und ein verwertbares Signal auslöst. Dieses,
wie auch ein anderes bekanntes Gerät haben prinzipielle Nachteile. Sie können den
Abstand zweier Lotungen nicht kleiner als die Laufzeit zwischen Wandler und Verkehrsweg
und zurück wählen, weil dann Fahrzeuge bestimmter Höhe nicht angezeigt werden, wodurch
die Zählung unbestimmt wird. Dieser festgelegte kleinste Zeitabstand beschränkt
aber die Geschwindigkeit der noch anzeigbaren Fahrzeuge nach oben, und bei den an
den Brennpunkten des Verkehrs sehr häufigen Kolonnenfahrten ist der Abstand aufeinanderfolgender
Fahrzeuge, die gerade noch angezeigt werden können, ebenfalls eingeschränkt. Naturgemäß
muß der Empfänger für die Dauer des Sendeimpulses gesperrt sein, wird aber die Lotfolge
vergrößert, so fallen bei einer bestimmten Fahrzeughöhe die von diesem Fahrzeug
reflektierten Impulse in die Sperrzeit und können also nicht empfangen werden. Folgen
Fahrzeuge zu schnell aufeinander, so steht noch nicht ein neuer Impuls für das nachfolgende
Fahrzeug zur Verfügung.
-
Diese Nachteile und Einschränkungen lassen sich bei der Erfindung
vermeiden, indem der Lotimpulsabstand kleiner ist als die Laufzeit der Impulse vom
Wandler zum Verkehrsweg und zurück und indem durch eine Einrichtung zur Auswahl
von reflektierten Schallimpulsen, die eine vorgegebene Phasenbeziehung zueinander
haben, nur Echoimpulse des Verkehrsweges ausgewählt werden und aus diesen Echoimpulsen
des Verkehrsweges die Steuerspannung abgeleitet wird.
-
Durch die ausschließliche Verwendung des Bodenechos wird bei der Erfindung
der Nachteil des Ausfallens von Zählungen, also dem gerade zu bewirkenden Zweck
der Anlage, vermieden. Zwar könnte bei ungeeigneter Wahl der Lotfolge auch das ausschießlich
benutzte Bodenecho in eine Empfangspause fallen, aber das trifft nur für feste und
bekannte Werte zu, die leicht durch Wahl einer benachbarten Lotfolge vermieden werden
können, ohne daß die Vorteile der Erfindung verlorengingen. Das ist aber bei den
bekannten Geräten, die mit dem Fahrzeugecho arbeiten, nicht möglich, da hier sehr
unterschiedliche Höhen zu erwarten sind, die einen so großen Laufzeitbereich überdecken,
daß praktisch bei einer Verkleinerung des Lotimpulsabstandes immer mit dem Ausfallen
von Fahrzeugzählungen zu rechnen ist.
-
Eine mechanische Einrichtung zur Auswahl von reflektierten Schallimpulen,
die eine vorgegebene feste Phasenbeziehung zueinander haben, ist an sich bekannt.
Sie weist einen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Schaltnockenträger
auf, der zwei zueinander versetzte Nocken trägt, von denen der eine den Sender schaltet
und der andere einen gegen den Senderschalter versetzten weiteren Schalter trägt,
der bei Koinzidenz mit dem Schallecho einen Schaltimpuls liefert.
-
Die zur Ausführung der Erfindung nötige Steuerspannung wird entweder
unmittelbar aus den gleichgerichteten Echoimpulsen über geeignete Siebglieder gewonnen,
oder jeder Echoimpuls schaltet eine monostabile Schaltungsanordnung, beispielsweise
einen monostabilen Multivibrator, in ihren instabilen Zustand, in dem sie für die
Zeit zwischen zwei Sendeimpulsen verweilt, wodurch ein Rechteckimpuls entsteht,
dessen Länge dem Abstand zweier Sendeimpulse entspricht und der als Steuerspannung
verwendet wird.
-
Solange kein Fahrzeug den Schallstrahl durchfährt, treffen also die
Bodenechos in konstanten Abständen, wie die Lotimpulse ausgesendet werden, am Empfangswandler
ein, und sie werden in dem für sie geöffneten Empfangsverstärker verstärkt. Es stellt
sich dann eine leicht wellige oder konstante Steuerspannung ein, die den Ansprechwert
eines schwellwertempfindlichen Organs, beispielsweise eines Relais oder eines Schmitt-Triggers,
nicht unterschreitet.
-
Durchfährt ein Fahrzeug den Schallstrahl mit einer derartigen Geschwindigkeit,
daß es von wenigstens einem Lotimpuls getroffen wird, so ist bei Echoankunft, sofern
üerhaupt eine Reflexion eintrifft, der
Empfangsverstärker geschlossen,
die Steuerspannung sinkt ab und löst beim Unterschreiten des Schwellwertes einen
Zählimpuls oder eine Alarmanlage aus. Verläßt das Fahrzeug den Schallstrahl, so
werden wieder Bodenechoimpulse empfangen und verstärkt, wodurch die Steuerspannung
wieder auf ihren ursprünglichen Wert ansteigt.
-
Grundsätzlich kann auch der Anstieg der Steuerspannung zur Auslösung
des Zählimpulses ausgenutzt werden. Das ist jedoch unzweckmäßig, da beim Einschalten
des Gerätes ein Zählimpuls entsteht, ohne daß ein Fahrzeug durchfährt. Sobald die
Steuerspannung ihren ursprünglichen Wert erreicht hat, kann das nächste Fahrzeug
angezeigt werden. Wird als Schwellwertdiskriminator ein elektromechanisches Relais
verwendet, so ist wegen dessen Trägheit eine Anzeige erst zu erwarten, wenn zwei
oder mehrere Bodenechoimpulse ausgefallen sind, und die Anzeigebereitschaft ist
erst wieder vorhanden, wenn wenigstens zwei Bodenechoimpulse empfangen worden sind.
Das bedeutet, daß ein Fahrzeug nur angezeigt wird, wenn es wenigstens von zwei Impulsen
getroffen wird und daß zwei Fahrzeuge nur dann getrennt angezeigt werden, wenn ihr
Abstand so groß ist, daß zwischen ihnen wenigstens zwei Impulse vom Boden reflektiert
werden.
-
Gegenüber den bekannten Ausführungen ist es bei der Erfindung möglich,
zwei Lotimpulse zu erhalten, so daß man auch bei höherer Fahrzeugfolge oder höheren
Geschwindigkeiten ein elektromagnetisches Relais benutzen kann. Dieses Relais hat
den Vorteil, daß man bei Ausnutzung seiner Trägheit als Steuerspannung unmittelbar
die gleichgerichteten Echo-Impulse des Verkehrsweges ohne großen Aufwand an Siebmitteln
verwenden kann. Durch Verwendung eines elektronischen Schwellwertdiskriminators
lassen sich die Anzeigeempfindlichkeit und das Auflösungsvermögen weiter steigern.
-
Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Geräten besteht darin,
daß man durch Wahl der Größe der Zeitspanne, während der der Empfangsverstärker
geöffnet ist, Fahrzeuge und andere Objekte bis zu einer bestimmten Größe von der
Anzeige ausschließen kann.
-
Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert F i g. 1 zeigt
die Anordnung der Wandler über einer Straße; links ohne und rechts mit durchfahrendem.
Fahrzeug; F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens; F i g. 3 zeigt Impulsdiagramme für Lotimpulsabstände,
die nur wenig größer sind als die Laufzeit vom Wandler zum Verkehrsweg und zurück;
F i g. 4 zeigt die entsprechenden Impulsdiagramme mit verschachtelten Lotperioden.
-
Die Wirkungsweise der Erfindung sei zunächst reit Impulsabständen
beispielhaft erläutert, die nur wenig größer sind als die Laufzeit vom Wandler zum
Verkehrsweg und zurück.
-
In F i g. 1 sind an einem Mast 1 die elektroakustischen Wandler zum
Senden 2 und Empfangen 3 oberhalb der Fahrbahn 5 sowie seitlich das zugehörige Gerät
4 angeordnet. Die Schallimpulse werden von dem Wandler 2 gesendet, an der Straßendecke
5 bzw. von dem Fahrzeug 8 reflektiert und von dem Wandler 3 empfangen. Zweckmäßig
werden die Wandler 2,3 in einer Höhe von 6 m über der Fahrbahn angeordnet.
Die Impulse haben bei der Schallgeschwindigkeit von - 330 m/s eine Laufzeit von
36,5 ms vom Wandler 2 zur Fahrbahn 5 und zurück zum Wandler 3. Fährt ein Fahrzeug
durch den Schallstrahl, so wird dieser entweder absorbiert, oder die Impulse haben
eine kürzere Laufzeit als 36,5 ms.
-
In F i g. 2 ist 9 ein Taktgeber, beispielsweise ein astabiler Multivibrator,
der in Abständen von etwa 40 ms den Sender 10 tastet, der den Senderwandler 2 erregt.
Der Taktgeber 9 schaltet außerdem einen monostabilen Multivibrator 11 in seinen
instabilen Zustand. Beim Zurückkippen in seinen stabilen Zustand wird ein zweiter
monostabiler Multivibrator12 ausgelöst, der seinerseits den an sich gesperrten Empfangsverstärker
13 für die Verweilzeit im instabilen Zustand aufsteuert, so daß während dieser Zeit
eintreffende Echoimpulse verstärkt werden und über den Gleichrichter 14 in das Siebglied
15 gelangen, in dem die Steuerspannung für den Schwellwertdiskriminator 16, beispielsweise
ein elektromechanisches Relais, erzeugt wird. Der Diskriminatot 16 bildet, wenn
die Steuerspannung einen einstellbaren Wert unterschreitet, einen Impuls, der einen
Zähler oder eine Alarmeinrichtung 17 auslöst.
-
F i g. 3 a zeigt die Tastimpulse TI, T2 . . . T? des Taktgebers
9, die den Sender 10 steuern, der die Sendeimpulse S, SZ ... S. (F i g. 3
b) erzeugt. Die Impulse Ti (F i g. 3 a) lösen außerdem den monostabilen Multivibrator
11 aus, der die Impulse V1, V2 ... V. (F i g. 3c) liefert. Deren Rückflanken
lösen den monostabilen Multivibrator 12 aus, der die Öffnungsimpulse 0i, OZ
. . . 0n (F i g. 3 d) für den Empfangsverstärker 13 liefert, in dem die Echoimpulse
B'1, Bz . . . En (F i g. 3 b), sofern sie während der Öffnungszeit
des Verstärkers 13 empfangen werden, verstärkt und nach Gleichrichtung in dem Gleichrichter
14 in der Form Bi, B2 . . . B" (F i g. 3 e) in das Siebglied 15 gelangen.
Im Siebglied 15 wird aus den Impulsen Bi die Steuerspannung Ust (F i g. 3g) gebildet,
die den Schwellwertdiskriminator 16 bei Unterschreiten des einstellbaren Schwellwertes
R auslöst, der den Zählimpuls Z (F i g. 3h) bildet.
-
An Stelle der unmittelbaren Ableitung der Steuer= Spannung aus den
gleichgerichteten verstärkten Boden= echoimpulsen Bi (F i g. 3 e) kann ein monostabiler
Multivibrator vorLesehen sein, der durch die Impulse Bi (F i g. 3 e) in seinen instabilen
Zustand geschaltet wird und so dimensioniert ist, daß er für die Zeit zwischen zwei
Impulsaussendungen im instabilen Zustand verweilt. Diese an diesem Multivibrator
abgegriffenen positiven Impulse (F i g. 3f) dienen als Steuerspannung, Da bei dieser
Ausführung die Zeitkonstante des Siebgliedes sehr klein sein kann, fällt die Steuerspannung
bereits bei Ausfall eines Bodenechoimpulses unter den Schwellwert R des Diskriminators
16.
-
Bei der Erfindung kann aber im Gegensatz zu den bekannten Verfahren
die Impulsfolge erhöht werden, ohne daß Fehlanzeigen zu erwarten sind. Bei dieser
Verschachtelung der Lotperioden sind entweder zwei getrennte monostabile Schaltvorrichtungen
für die Auslösung des Öffnungsimpulses des Empfangsverstärkers vorgesehen, oder
mit jedem Sendeimpuls wird eine monostabile Schaltvorrichtung 11 ausgelöst, die
eine derartige Verweilzeit im instabilen Zustand hat, daß der Empfangsverstärker
für die Bodenechoimpulse des vorhergehenden Sendeimpulses geöffnet ist.
-
F i g. 4 zeigt ein Impulsdiagramm einer solchen Ausführungsform des
Verfahrens. Die Tastimpulse TI,
TZ . . . Tu (F i g. 4a) des
Taktgebers 9, deren Abstände 4 kleiner als die Laufzeit a der am Boden reflektierten
Impulse sind, steuern den Sender 10 zum Aussenden der Impulse S1, S2
... S" (F i g. 4b) und schalten das Verzögerungsglied 11 in seinen instabilen
Zustand, in dem es nicht nach F i g. 3 für die Zeit -c verweilt, sondern nur die
Zeit (z-4), so daß der Tastimpuls Tn mit dem Sendeimpuls S" den Verzögerungsimpuls
V"_1 tastet, der seinerseits den Impuls 0n_1 (F i g. 4d) auslöst, der den Empfangsverstärker
für das Bodenecho E._1 öffnet. Aus den gleichgerichteten Bodenechoimpuls Bi (F i
g. 4e) wird wieder die Steuerspannung Ust gebildet.
-
Die Echoimpulse E4 und Es (F i g. 4b) treffen früher als das Bodenecho
ein, und E5 ist ausgefallen, da der Lotimpuls S5 absorbiert worden ist. Da diese
drei Echoimpulse nicht verstärkt werden, unterschreitet die Steuerspannung Ust (F
i g. 4f) den Schwellwert R des Diskriminators 16, so daß dieser einen Zählimpuls
Z (F i g. 4g) bildet, der den Zähler 17 schaltet. Nach der Durchfahrt des Fahrzeuges
treffen wieder Bodenechoimpulse E, E$ ... En ein, und die Steuerspannung
steigt wieder auf den ursprünglichen Wert. Durch die dichtere Impulsfolge wird die
Anzeigeempfindlichkeit und das Auflösungsvermögen des Gerätes bedeutend erhöht.
Bei einer Impulsfolge von 50 Hz werden also entsprechend dem obigen Beispiel mit
50 km/h fahrende Fahrzeuge von 1 m Länge noch angezeigt und solche mit einem Abstand
von 0,5 m noch getrennt angezeigt.
-
Das Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus
Bausteinen aufgebaut wie Sender, Empfangsverstärker, die in der Echolottechnik allgemein
bekannt sind, wie auch der Taktgeber, ein astabiler Multivibrator, die Verzögerungsglieder,
monostabile Multivibratoren, der Schwellwertdiskriminator, Relais oder Schmitt-Trigger.
-
An Stelle der zwei getrennten elektroakustischen Wandler zum Senden
und Empfangen kann in bekannter Weise auch ein Wandler verwendet werden, der als
Sender und Empfänger arbeitet.
-
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. So
kann das Verfahren auch zur Kontrolle anderer Verkehrswege, beispielsweise Wasserstraßen,
verwendet werden.