DE2143406C3 - Dopplerradargerät - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Dopplerradargerät zum Erfassen von Ortungsobjekten innerhalb eines ausgewählten
Bereiches, welches hinten an einem sich vorwärtsbewegenden Fahrzeug derart angeordnet ist,
daß es den toten Winkelbereich des herkömmlichen Rückspiegelsystems des Fahrzeugs abdeckt und den
Fahrer des Fahrzeugs darüber informiert, ob ein sicherer Fahrbahnwechsel möglich ist.
Obwohl alle Kraftfahrzeuge und andere motorisierte «
Fahrzeuge ein Rückspiegelsystem aufweisen, welches normalerweise einen inneren Rückspiegel und einen
äußeren Rückspiegel umfaßt, ist es bekannt, daß auf beiden Seiten und am Heck jedes motorisierten
Fahrzeugs Bereiche vorhanden sind, die mit Hilfe von «1 Spiegeln alleine nicht eingesehen werden können. Dies
ist die Ursache für manche gefährliche Situation, wenn ein Fahrer versucht, dann die Fahrbahn zu wechseln,
wenn er an einem Fahrzeug vorbeigefahren ist, oder wünscht, wieder auf die rechte Fahrbahn zurückzukeh- μ
ren, nachdem er ein Fahrzeug überholt hat. Aufgrund dieser Bereiche, mit denen das Spiegelsystem behaftet
ist, ergibt sich die Notwendigkeit, daß der Fahrer über seine Schulter blickt, um direkt die Zone in sein
Gesichtsfeld zu bekommen, die im toten Winkel liegt, so daß er mit Sicherheit vorbeifahren oder die Fahrbahn
wechseln kann.
Obwohl Doppler-Radargeräte eine Lösung dieses
Problems anzubieten scheinen, um also eine sichtbare oder hörbare Anzeige über das Vorhandensein eines
Fahrzeugs im toten Winkel vorzusehen, ist dennoch kein erfolgreiches System bekanntgeworden, da nämlich
ein derartiges System empfindlich gegenüber Ortungsobjekten sein muß, die innerhalb des toten
Winkels gelegen sind und die sich innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereiches befinden und gegenüber
anderen Fahrzeugen unempfindlich sein muß, die außerhalb des toten Winkels oder außerhalb eines
gefährlich dichten Abstandes gelegen sind.
Aus der Zeitschrift »IEEE Transactions on IECI«,
Februar 1964, Seiten 1 bis 6, sind verschiedene Radarsysteme bekannt, um von einem Fahrzeug aus
sowohl die Entfernung zu einem Ortungsobjekt bzw. einem zweiten Fahrzeug zu erfassen und um auch die
A.nnäherungs- oder Abstandsvergrößerung festzustellen. Bei diesem bekannten System wird angestrebt, den
Radarstrahl möglichst gebündelt, also in einem sehr kleinen Winkelbereich, auszustrahlen, wobei aufgrund
der schmalen Strahlenbreite die Leistungsanforderungen an den Sender kleiner gehalten ^verden können
dadurch das System nach unempfindlich gegenüber seitlichen Gegenständen gemacht wird.
Bei diesem bekannten Radarsystem wird die von einem Ortungsobjekt reflektierte Energie mit einem
Teil der gesendeten Energie gemischt, um dadurch Vektorsignale zu erzeugen, wobei für eine Abstandsvergrößerung
eine Phasennacheilung zu einem Bezugsvektor hin auftritt, während bei einer Abstandsverkleinerung
die Phasensituation genau umgekehrt ist. Am Empfängerausgang erscheint bei diesem bekannten
System ein Signal entsprechend einem Phasenzittern in Form eines Geräuschsignals, wodurch jedoch die
Messung mit einer Ungenauigkeit btiiaftet wird.
Diese Nachteile sind bekannt und werden durch den Gegenstand der GB-PS 10 82 406 mit Hilfe eines
verbesserten Radarsystems beseitigt, was dadurch erfolgt, daß die ausgesendete Energie zwei Diskretfrequenzen
enthält und der Phasenunterschied zwischen den beiden Dopplerfrequenzen zur Abstandsmessung
zwischen den Objekten ausgewertet wird.
Aus der DE-PS 8 87 463 ist schließlich eine Einrichtung an Fahrzeugen zur Sicherung gegen den Aufprall
an Hindernissen bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an geeigneter Stelle des jeweiligen Fahrzeuges
ein Funkmeßgerät eingebaut ist mit Ausstrahlung und Empfang gebündelter Ultra-Kurzwellen mit starker
Rückstrahlung, die unverzüglich und selbsttätig unter Ausschaltung der nachteiligen Auswirkung der sogenannten
Schrecksekunde eine Bremswirkung auf die Bewegung des Fahrzeuges auslöst.
Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, einerseits zwischen sich annähernden und
sich entfernenden Ortungsobjekten zu unterscheiden und es ist andererseits auch nicht möglich, dies innerhalb
eines bestimmten Entfernungsbereiches vom eigenen Fahrzeug aus durchzuführen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Doppler-Radargerät für Kraftfahrzeuge
der eingangs definierten Art zu schaffen, durch welches der rückwärtige Bereich, insbesondere der
Bereich entsprechend dem toten Winkelbereich des
herkömmlichen RQckspiegelsystems und ein gefährlich
geringer Abstand des Fahrzeugs seitlich rückwärts zu einem Fahrzeug auf einer benachbarten Fahrbahn
derart erfaßt und angezeigt werden kann, daß der Fahrer unterscheiden kann, ob es sich beispielsweise um
ein sich annäherndes Fahrzeug oder ein sich entfernendes Fahrzeug handelt und ob dieses Fahrzeug bereits so
nahe am eigenen Fahrzeug sich befindet, daß ein Fahrbahnwechsel gefährlich werden könnte oder nicht
mehr möglich i*i.
Ausgehend von dem Doppler-Radargerät der eingangs
definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gerät folgende Einrichtungen
und Merkmale enthält: Ein am Fahrzeug derart angeordnetes Antennensystem, daß es in einen Winkelbereich
hinter das Fahrzeug Energie senden kann und die von innerhalb des Entfernungsbereiches und
Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug befindlichen Ortungsobjekten reflektierte Energie auffangen kann;
eine Doppler-Radarvorrichtung zum Erregen des Antennensystems und zum Empfangen der reflektierten
Energie, wobei die Dopp'.er-Radarvorrichtung aus der
reflektierten Energie erste und zweite Cupplerfrequenzsignale erzeugt, deren Phasenbeziehung die
Entfernung zu den Ortungsobjekten und deren Voreil-Nacheil-Beziehung
eine Abstandsverkleinerung und Abstandsvergrößerung zwischen Fahrzeug und den Ortungsobjekten wiedergibt; eine Warnanlage und
Mittel zum Ableiten eines Warnsignals für die Warnanlage, welches kennzeichnend für die Phasenbeziehung
ist, wobei die Mittel zum Ableiten des Warnsignals auf die Polarität und Amplitude eines
Signals derart ansprechen, daß lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende
Ortungsobjekte innerhalb des ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug
wiedergeben, die Warnanlage betätigen.
Demnach werden die von dem Doppler-Radargerät gelieferten Signale in ganz bestimmter Weise ausgewertet,
derart, daß lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende Ortungsobjekte
innerhalb des ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug wiedergeben, die
Warnanlage betätigen können.
Das Doppler-Radargerät nach der Erfindung ist insbesondere zur Erhöhung der Sicherheit bei dichtem
Straßenverkehr geeignet, da es oen Fahrer sicher darüber unterrichtet, ob ein gefahrloser Fahrbahnwechsel
möglich ist oder nicht.
Wenn beispielsweise ein Fahrzeug sich entlang einem anderen Fahrzeug auf einer benachbarten Fahrbahn
vorgeschoben hat und daher nunmehr in dem Rückspiegel sichtbar ist, darf das System, welches den
toten Winkel erfaßt, nicht betätigt werden, da dies eine falsche Anzeige ergäbe.
Wenn sich weiterhin ein Fahrzeug in dem toten Winkel befindet, jedoch einen Abstand aufweist, der
außerhalb des Sicherheitsabstandes liegt, so darf auch dann das Warnsystem nicht betätigt werden. Darüber
hinaus muß das System gegenüber festen Gegenständen an der Straßenseite, wie beispielsweise
Verkehrsschilder, Pfosten usw., unempfindlich sein und muß auch gegenüber Fahrzeugen, die ihren Abstand
hinsichtlich dem eigenen Fahrzeug vergrößern, unempfindlich sein.
Den geschilderten Situationen wird jedoch durch das Doppler-Radargerät nach der Erfindung voll Rechnung
getragen.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen
näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 den von einem Radargerät eines Fahrzeugs erfaßten Bereich;
F i g. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfflhrungsform der Erfindung, die zur Anzeige
ίο gefährlicher Situationen bei Fahrbahnwechsel geeignet
ist;
Fig.3 eine Wellenform, die zur Beschreibung des
Betriebes der Einrichtung nützlich ist
F i g. 1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches längs einer Straße mit drei Fahrbahnen 1,2 und 3 fährt Auch wenn das Fahrzeug 10 mit zwei Außenspiegeln 11 und 12 ausgestattet ist ebenso mit einem Innenspiegel (nicht gezeigt) so bestehen zwei tote Winkel, die sich aufgrund der inhärenten Unvollkommenheit des Spiegelsystems ergeben. Diese toten Winkel oder Bereiche sind durch die Fläche entsprechend dem Wi- Lei θ auf beiden Seiten des Fahrzeugs angezeigt Dieie Bereiche seller, durch das Radargerät erfaßt bzw. überdeckt werden, um das Vorhandensein eines Fahrzeugs auf den Fahrbahnen 1 oder 3 anzuzeigen. Das System soll auch nur dann betätig* werden, wenn ein Fahrzeug sich innerhalb einer Entfernung, von 30 m vom Heck des mit dem Radarwarngerät ausgestatteten Fahrzeugs 10 befindet
F i g. 1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches längs einer Straße mit drei Fahrbahnen 1,2 und 3 fährt Auch wenn das Fahrzeug 10 mit zwei Außenspiegeln 11 und 12 ausgestattet ist ebenso mit einem Innenspiegel (nicht gezeigt) so bestehen zwei tote Winkel, die sich aufgrund der inhärenten Unvollkommenheit des Spiegelsystems ergeben. Diese toten Winkel oder Bereiche sind durch die Fläche entsprechend dem Wi- Lei θ auf beiden Seiten des Fahrzeugs angezeigt Dieie Bereiche seller, durch das Radargerät erfaßt bzw. überdeckt werden, um das Vorhandensein eines Fahrzeugs auf den Fahrbahnen 1 oder 3 anzuzeigen. Das System soll auch nur dann betätig* werden, wenn ein Fahrzeug sich innerhalb einer Entfernung, von 30 m vom Heck des mit dem Radarwarngerät ausgestatteten Fahrzeugs 10 befindet
Um das Gesichtsfeld, welches durch den Winkel θ definiert ist zu erfassen, ist es erforderlich, die
Radarantenne am Fahrzeug in einer geeigneten Lage anzuordnen und die Antenne so auszulegen, daß ihr
Bereich gleich dem Winkel θ entspricht. Diese Forderungen werden durch bekannte Maßnahmen
erfüllt, da das Feld von Antennen, d. h. die Hauptstrahlungskeule des Strahlungsfeldes der Antenne kann in
einfacher Weise so ausgewählt werden, daß sie genau in die definierten Winkelgrenzen fällt.
Da es wünschenswert ist, die Zonen entsprechend dem Winkel θ auf beiden Seiten des Fahrzeugs zu
erfassen, ist es von Vorteil, beide Seiten des Fahrzeugs mi: einer identischen Antenne auszustatten. Eine
Einrichtung, die dies erreicht, kann aus zwei identischen Radargeräten bestehen, die im Fahrzeug angeordnet
•45 sind, derart, daß ein Gerät für die linke Seite des
Fahrzeugs und das andere Gerät für die rechte Seite des Fahrzeugs zuständig ist. In betrieblicher Hinsicht bringt
dies bedeutende Vorteile mit sich, jedoch auch den inhärenten Nachteil, daß zwei komplette Systeme
benötigt werden, so daß eine derartige Anlage ziemlich kostspielig wird.
Eine weitere Möglichkeit für ein solches System besteht darin, das Fahrzeug mit zwei getrennten
Antennen auszustatten, die mit demselben Radargerät
·)■> zusammenarbeiten. Dies kann durch aufeinanderfolgendes
An- und .Abschalten der Antenr.cn an das Radargerät erfolgen, so daß sie zeitlich am System
teilhaben. Auch besteht die Möglichkeit, die Antennen auswählbar an den Radarsender mit Hilfe eines
w) Handschalters zu !»oppeln. Dies kann unmittelbar durch
Koppeln dss Schalters für die Radarantennen an den
Blinker des Fahrzeugs erreicht werden, so daß der Fahrer automatisch die rechte oder linke Radarantenne
gleichzeitig bei der Betätigung des rechten oder linken
h"> Winkels bzw. Blinkers betätigt, was normalerweise
ohnehin beim Ändei η der Fahrbahn erfolgt.
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für den vorliegenden Zweck. Die
Einrichtung enthält eine Antenne 16, welche die von einem Mikrowellenradargerät 17 erzeugten Signale
aussendet Die MikrowellenrfHareinheit 17 verwendet eine Gunn-Diode und stellt ein Radargerät dar, welches
auf eine veränderliche Spannung durch Erzeugen zweier diskreter Frequenzen F\ und F-i anspricht.
Demzufolge wird das vom Radargerät 17 gesendete Signal zwischen den zwei Frequenzen F\ und Fi unter
Verwendung eines Rechteckwellengenerators 18 geändert Wenn sich die Polarität des Rechteckwellensignals
bzw. die Ausgangsgröße des Rechteckwellenmodulators 18 mit einer ausgewählten Frequenz ändert, so
ander' sich die Sendefrequenz des Radarsignals zwischen den Frequenzen und F\.
Das ausgesendete Signal wird von einem Ortungsobjekt reflektiert und von der Antenne 16 aufgefangen und
gelangt als Eingangsgröße in das Radargerät 17. Die reflektierten Signale werden mit den ausgesendeten
Signalen gemischt um zwei Dopplerfrenuen/en M, nnrl
fdi zu erhalten.
F i g. 3 veranschaulicht ein zusammengesetztes Dopplerradarsignal,
welches von dem Radargerät gemäß F i g. 2 erzeugt wird. Das Signal erscheint ähnlich wie
ein Rechteckwellensignal mit einer sinusförmig veränderlichen Amplitude sowohl an dem positiven als auch
dem negativen Ende der Amplitudenspitzen. Die Halbwelle der Wellenform der Fig. 3 ist gleich der
Halbperiode der rechteckförmigen Generatorfrequenz. In Hinblick auf die Wellenform der .L , g. j stellt die
Wellenform tatsächlich Frequenzänderungen und nicht Amplitudenänderungen dar. Demzufolge beschreibt die
obere Einhüllende der Wellenform die erste Dopplerfrequenz fd\, während die untere Einhüllende der
Wellenform die Dopplerfrequenz fd 2 beschreibt. Es läßt
sich somit erkennen, daß die zwei Dopplerfrequenzen fd\ und Zj2 aufeinanderfolgend auftreten oder zeitlich
gemeinsam auftreten, wie das ausgesendete Signal. Wenn somit die zwei Dopplerfrequenzsignale über die
freien Zonen oder unbesetzten Zonen der Wellenform gemäß Fig. 3 extrapoliert werden, so erhält man zwei
sinusförmige Signale mit unterschiedlichen Phasenlagen. Die Polarität der Phasenbeziehung zwischen diesen
zwei Signalen ist kennzeichnend für eine Abstandsvergrößerung oder Abstandsverkleinerung zwischen der
Antenne 16 und dem Ortungsobjekt, von welchem die Signale reflektiert werden.
Indem man das Radargerät für Signale unempfindlich macht die kennzeichnend für Ortungsobjekte sind, die
außerhalb eines maximalen Bereiches liegen, der noch erfaßt werden soll, ist es möglich, das Ansprechverhalten
des Radargeräts auf Entfernungen zu begrenzen, die für nachfolgende Fahrzeuge gefährlich sind.
Gemäß Fig.2 enthält das Radargerät zwei torgesteuerte
Verstärker 19 und 22. Diese Verstärker werden getastet, und zwar in Einklang mit der Frequenz der
Ausgangsgröße des Rechteckwellengenerators 18. Demzufolge ist der torgesteuerte oder getastete
Verstärker 19 leitend, wenn die Dopplerfrequenz /tf,
vorhanden ist während der Verstärker 22 leitend ist wenn die Dopplerfrequenz fdi vorhanden ist. Die
Einhüllenden des maximalen und minimalen Wertes der Wellenform der Fig.2 werden somit durch Verwendung
der getasteten Verstärker erfaßt Die Ausgangsgröße des getasteten Verstärkers 19 wird einem
Tiefpaßfilter 20 zugeführt. Das Filter 20 beseitigt Hochfrequenzkomponenten der Fourier-Analyse der
Wellenform der Fig.3. Derselbe Bereich tritt im Tiefpaßfilter 23 hinsichtlich dem Dopplersignal fdi auf.
Die Ausgangsgrößen aus den Tiefpaßfiltern werden jeweils in signalveraibeitende Schaltungen 21 und 24
eingespeist. Die signalverarbeitenden Schaltungen 21 und 24 enthalten Verstärker und Begrenzer und weitere
derartige Schaltungen, die dazu dienen. Hie Signale besser für den beabsichtigten Zweck, und zwar vor
Einspeisung in den Phasendiskriminator 25, aufzubereiten.
Die Phasenvergleichsstufe 25 vergleicht die Pha'i-u
beziehung zwischen den Dopnlerxignalen M, und M2
.'Ii Die Polarität der Ausgangsgröße aus der Phasenvergleichsstufe
25 ist kennzeichnend für die Vordi;rflanken und Ri;>.ilankenbeziehung der Phasen der Dopplersignale.
Demzufolge ist die Ausgangsgröße der Phasen vergleichsstufe 25 kennzeichnend dafür, ob das Ortungsob-
r> je'.t sich dem betreffenden Fahrzeug nähert oder sich
von diesem entfernt Eine Warnbetätigungsschaltung 26 empfangt die Ai^znngsgröße aus der Phasenvergleichssiufe
25 und sie enthält eine Begrenzerschal lung, welche die außerhalb eines als gefährlich betrachteten Berei-
si' ches fallenden Ortungsobjektes eliminiert Die Warnbetätigungseinrichtung
26 ist ebenso auf Polarität empfindlich, so daß Signale entsprechend sich nähernden
oder langsam entfernenden Ortungsobjekten durch die Betätigungsschaltung zur Warnvorrichtung 27
π gelangen können.
Die Warnvorrichtung 27 kann entweder eine hörbare oder eine sichtbare Anzeige bei einer gefährlichen
Situation vorsehen, kann aber auch, wenn dies gewünscht wird, beides vorsehen. Ein sehr effektives
■■" Warnsystem verwendet die Rückspiegel in Verbindung
mit einem eingebauten Leuchtsystem, welches den Umfang eines Spiegels oder die gesamte Spiegelfläche
erleuchtet. Dies ist ein sehr günstiges System für einen Fahrer, da natürlicherweise ein Fahrer seinen Rückspie-
■"· gel oder Rückspiegelsystem beim Durchführen von
Manövern benutzt Ein anderes wirkungsvolles System umfaßt die Betätigung und Abschaltung der Warnvorrichtung
bei Bewegung des Blinkerhebels, um die Richtungsanzeigelampen oder Blinklampen zu betäti-
Vi gen und abzuschalten. Auch dies entspricht der
natürlichen Gegebenheit bzw. Technik, da dei "ihrer normalerweise die Richtung anzeigt, in welcher er die
Fahrbahn oder Fahrbahnen wechseln will, wobei er die Blinkanlage betätigt Wie bereits erwähnt wurde, kann
ϊϊ diese Technik auch dazu verwendet werden, das
Radargerät zwischen zwei Antennen an und abzuschalten, die am Fahrzeug angeordnet sind, wenn in dem
System zwei Antennen verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Dopplerradargerät zum Erfassen von Ortungsobjekten innerhalb eines ausgewählten Bereiches,
welches hinten an einem sich vorwärtsbewegenden Fahrzeug derart angeordnet ist, daß es den toten
Winkelbereich des herkömmlichen Rückspiegelsystems des Fahrzeuges abdeckt und den Fahrer des
Fahrzeugs darüber informiert, ob ein sicherer Fahrbahnwechsel möglich ist, dadurch ge-io
kennzeichnet, daß das Gerät folgende Einrichtungen und Merkmale enthält: Ein am Fahrzeug (10)
derart angeordnetes Antennensystem (16), daß es in einen Winkelbereich hinter das Fahrzeug Energie
senden kann und die von innerhalb des Entfernungsbereiches und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug
(10) befindlichen Ortungsobjekten reflektierte Energie auffangen kann; eine Dopplerradarvorrichtung
(17—25) zum Erregen des Antennensystems (16) und zum Empfangen der reflektierten Energie, wobei die
Dopplerradirvorrichtung (17—25) aus der reflektierten
Energie erste und zweite Dopplerfrequenzsignale
erzeugt, deren Phasenbeziehung die Entfernung zu den Ortungsobjekten und deren Voreil-Nacheil-Beziehung
eine Abstandsverkleinerung und Abstandsvergrößerung zwischen Fahrzeug (10) und
den Ortungsobjekten wiederholt; eine Warnanlage (27) und Mittel (26) zum Ableiten eines Warnsignals
für die Warnanlage, welches kennzeichnend für die Phasenbeziehung ist, wobei die Mittel (26) zum
Ableiten des Warnsignals auf die Polarität und Amplitude r.^nss Signals derart ansprechen, daß
lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende Ürtungsobjekte innerhalb des
ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug (10) wiedei geben, die Warnanlage
(27) betätigen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem (16) aus zwei Antennen
besteht, die ähnliche Eigenschaften bzw. Kennlinien besitzen und auf sich gegenüberliegenden Seiten des
Fahrzeugs (10) angeordnet sind.
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