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Meß- und Regeleinrichtung für Fahrzeuge zur Verhinderung von Auf
f ahrunfällen Gegenstand der Erfindung ist eine Meß- und Regeleinricht-ung für Fahrzeuge
zur Vermeidung von Auffahrunfällen durch laufende Kontrolle des Abstandes des Fahrzeuges
von einem sich nähernden Gegenstand und Auswertung des Überwachungsergebnisses zur
Regelung bzw. Drosselung der Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges Die Überwachung
der bnfernung zu einem sich möglicherweise nähernden Gegenstand erfolgt dabei mit
Hilfe eines Ultraschall-Wandlers, der an der Vorder front des Fahrzeuges angebracht
ist und durch Aussendung von Ultraschall und Registrierung des Auftreffens des ausgesendeten
Ultraschalles auf einen Gegenstand die Entfernung bzw. die laufende Entfernungsänderung
zwischen Fahrzeug und Gegenstand feststellt und in entsprechende Ausgangs signale
umsetzt Die bisher bereits bekanntgewordenen Einrichtungen zur Verhütung von Auffahrunfällen
konnten bisher in der Praxis noch nicht zum Tragen kommend weil sie einmal durch
ihren Aufwand eine wirtschaftliche Verwertung ausschließen und zum andern zu wenig
die sich laufend ändernden klimatischen und geschwindigkeitsbedingten Voraussetzungen
Su die Erfassung von Neß und Regel größen berücksichtigen und deshalb nicht den
ge wünschen Errfolg einer einwandfrei sicheren Verhütung von Auffahrunfällen sicherstellen
konnten.
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Ziel der Erfindung ist es daher, eine solche Einrichtung fur Fahrzeuge
zu schaffen, die praxisbezogen auf wirtschaftliche Weise die klimatischen. Bedingungen
berücksichtigt und mit auf dem Reglergebiet bekannten Regeleinrichtungen und Regelgeräten
eine sichere Beherrschung
der Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Ziel
einer Verhütung von Auffahrunfällen sicherstellt.
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Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß zur Erzielung einer von den
sich ändernden klimatischen Bedingungen und den Schwankungen des Fahrtwindes möglichst
unabhängigen, in einer festgelegten Entfernung vom Schall sender stets gleichen
Halbwertgröße des Schalldruckes, temperatur- und feuchtigkeitsabhängige Widerstände
Bestandteile einer Widerstandineßbrücke bilden, deren Diagonalspazmung die die Frequenz
des Ultraschall-Senders bestimmenden Schaltmittel eines Schwingkreises in einem
die Frequenz dieses Kreises stabilisierenden Sinne beeinflußt und daß dem Ultraschall-Sender
außerdem die Ausgangs spannung eines den Fahrtwind überwachenden Gegendruck-Staumeßgerätes
zur Beeinflußung der Ausformung der einzelnen Halbwellen des Ultraschalles in der
Weise zugeführt wird, daß mit steigendem Gegendruck auch eine stärkere Ausformung
von Rechteckimpulsen erfolgt. Es wird außerdem vorgeschlagen, daß in zwei beanchbarten
Zweigen einer Brückenschaltung äe ein Ultraschall-Wandler vorgesehen ist, von denen
der eine zur Schallaussendung und Registrierung des auf einen Gegenstand auftreffenden
Ultraschalles und der andere zur Kompensation der durch den Fahrtwind verursachten
Stauung der Ultraschallwellen und damit zur Ermöglichung einer Nullpllnkteinstellung
des Entfernungsmeßsystems dient wobei der einen Brückendiagonale über einen Impulstransformator
die Ausgangsspannung eines Schwingkreises zugeführt und von der anderen Brückendiagonalen
eine der Entfernung des Gegenstandes vom Fahrzeug proportionale Ausgangsspannung
des Ultraschall-wzndlersystems abgenommen werden.
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Eine besondere zweckmäßige Ausformung des Reglersystems ergibt sich
dadurch daß die mittels Ultraschall laufend überwachte und du:"eh einen Meßwert-Wandler
in ein
Analogsignal umgewandelte Entfernung des Fahrzeuges zu einem
Gegenstand mit einem die jeweilige Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges anzeigenden
Signal zu einem die Anderungstendenz des Entfernungs-IsT-Wertes darstellenden Signal
kombiniert wird und dieses Signal zusammen mit dem die jeweilige Entfernung angebenden
Signal einem diese Signale vergleichenden und unter Berücksichtigung eines einstellbaren,
den jeweiligen Fahrzeugtyp berücksichtigenden Sicherheitsabstandes zu einem,die
für die betreffende Geschwindigkeit des Fahrzeuges maßgebende Soll-Entfernung darstellenden
Ausgangssignal bildenden Verhältnisregler zugeführt wird, dessen Ausgangssignal
zusammen mit eie die tatsächliche IST-Entfernung darstellenden Signal einem Folgeregler
zur Bildung eines Stellsignals fiir Antrieb und Bremst des betreffenden Fahrzeuges
zugeleitet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen Fig.l die Meß- und Regeleinrichtung zur Verhütung von Auffahrunfällen
in Form eines Blockschaltbildes und Fig. 2 die für die Berücksichtigung der Störeinflüsse
vorgesehene Schaltungsanordnung zur Speisung des Ultraschall-Senders.
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In Fig. 1 ist die Ultraschallsende- und-meßeinrichtung mit 6 bezeichnet,
wobei eine solche Einstellung des Ultraschallsenders erfolgt, daß sich das in Fig.
1 dargestellte Schalldiagramm ergibt, wobei der Halbwert des ausgesendeten Schalldruckes
in 100 m angenommen ist. Für die seitlichen Komponenten, die rechts und links von--der
Fahrbahn befindliche Gegenstände erfassen sollen, ist eine entsprechender Halbwert
von 60 m angenommen bei einer Streubreite von 3 m.
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Die Speisung des Ultraschall-Senders 6 erfolgt mit Hilfe einer in
dem Block 5 zusammengefaßten Sende- und Meßeinrichtung, der die einzelnen Störgrößen
berücksichtigende Signale zugeführt werden. Dies erfolgt einmal mit Hilfe des Staudruckmeßgerätes
1 mit dem nachgeschalteten MeBverstärker 2 sowie einer mit 4 bezeichneten MeBbr-ücke,
die Mittel zur Erfassung der Temperatur und der Feuchte der umgebenden Luft enthält.
Auch diese Signale werden über einen Meßverstärker 3 der Einrichtung 5 zugeführt.
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Mit 10 ist eine Multiplikationseinheit bezeichnet, der einerseits
ein analoges Meßsignal von der Einrichtung 5 zugeführt wird, das aufgrund des ausgesendeten
und auf den Schall-Wandler zurückwirkenden Ultraschalles die Entfernung des Fahrzeuges
zu einem Gegenstand kennzeichnet. Außerdem liegt die Multiplikationseinheit 10 am
Ausgang eines Geschwindigkeitsanzeigers 7, der mit dem Drehzilmesser 8 des Fahrzeuges
verbunden ist. Der Geschwindigkeitsanzeiger 7 hat dabei sowohl einen digitalen als
auch einen analogen Ausgang, wobei der digitale Ausgang einmal zur Multiplikationseinheit
10 und zum andern zum Geschwindigkeitsanzeiger 9 führt. Der den Analogwertder jeweiligen
Geschwindigkeit anzeigende Ausgang der Einrichtung 7 führt zu einem Führungsregler
11, in dem ein bestimmter Mindestabstand zu einem Gegenstand eingespeichert ist.
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Dies ist in Fig. 1 durch den eingezeichneten Regelwiderstand dargestellt.
Außerdem steht dieser Führungsregler mit dem Ausgang der Multiplikationseinheit
10 in Verbindung und erhält'von diesem aufgrund der durchgeführten Multiplikation
ein Signal, das die Änderungstendenz der Entfernung anzeigt.
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Das Ausgangssignal des Führungsreglers 11 und ein die Jeweilige IST-Entfernung
anzeigendes Analogsignal der Einrichtung 5 gelangen zum Folgeregler 12, der ein
entsprechendes Stellsignal einem elektro-ydrauiischea Wandler 13 übermittelt, um
über die Hydraulik des Kraftfahrzeuges entsprechende Eingriffe in das Brems-und
Antriebssystem vorzunehmen. Das Stellglied für das Bremssignal ist dabei mit 14
und das Stellglied fur den Energiegeber,also etwa das Einrichtung Gaspedal,mit 15
bezeichnet. Die ia 16 symbolisiert eine Kippstufe zur Steuerung eines Magnetventiles
17, das das Stellglied 14 immer wieder entlastet und damit eine Bloekierung der
Bremse verhindert.
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Mit dem Regelglied 18 kann eine hydraulische Dämpfung des'Systems
vorgenommen werden.
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In Fig. 2 sind mit 4a und 4b die in den Zweigen einer Wechselstrombrücke
liegenden temperatur- und feuchtigkeitsabhängigen Widerstände bezeichnet, um den
Einfluß von Temperatur und Feuchtigkeit auf die Schalldruckaussendung voraus- zu-regulieren.
Der Schall-Sender selbst wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Uni-Junction -Transistors
5b gesteuert, der mit Hilfe eines Schwingkreises mit den Kondensatoren 5e und 5d
sowie der Primärwicklung eines Impulstransformators 5f, die an den Klemmen w und
z auftretende Ultraschall-Frequenz bildet. Diese Ultraschall-Frequenz wird außerdem
durch die Ausgangsspannung eines Staudruckmeßgerätes beeinflußt, die durch einen
druckempfindlichen Transistor 1 erfaßt und über einen Meßverstärker 2 den Klemmen
x und y einer Gitchrichterbrücke deszugeführt lfirden, über die die Ausgangsspannung
pen Eni-Jusnctions-Uransistor 5 b enthaltenden Schwingkreises beeinflußbar ist0
Die Be- -einflußung erfolgt dabei in dem Sinne, daß mit einer
höheren
Eingangsspannung an den Klemmen x und y eine stärkere Ausformung von Rechteckimpulsen
an den Klemmen w und z erfolgt, da die Durchsetzkraft von Ultraschall-Impulsen mit
stärkerer Ausformung der Rechteckimpulse bekanntlich steigt.
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In Fig. 2 sind außerdem zwei Ultraschall-Wßndler 6a und 6b in an sich
bekannter Bruckenschaltung dargestellt, wobei die Speisung der Brücke über die Klemmen
w und z seitens des Impulstransformators 5 f erfolgt. Der eine Ultraschall-Wandler
6a dient dabei zur Ultraschall-Aussendung und registriert infolge seiner Empfindlichkeit
auf Schalldruckschwankungen auch das Auftreffen des Ultra-Er schalles auf einen
Gegenstand. ermöglicht damit in bekannter Weise, die Entfernung des Fahrzeuges zu
einem Gegenstand, der sich in der Fahrspur befindet, festzuhalten. Der andere Ultraschall-Wandler
6 b dient zur Ed¢ensation der durch den jeweiligen Fahrtwind bedingten Schalldruckänder
mgen, da er diese Änderungen registriert und damit eine Kompensation der Änderungen
im eigentlichen Sende- und Meßwandler 6a mit Hilfe der Brückenschaltung ermöglicht.
Uber einen Meßverstärker 5c kann dann die jeweilige IST-Entternung an Klemmen k
und 1. abgenommen und in der anhand der Fig.1 beschriebenen Weise zur Steuerung
des Antriebs- und Bremssystems des betreffenden Fahrzeuges ausgewertet werden.
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Als Ultraschallgeber 6a in Fig. 2 wird ein Wandler aus piezoelektrischer
Reramik benutzt. Durch seinen einfachen Aufbau und die große mechanische Robustheit
ist er geeignet, an der Vorderfront eines Kraftfahrzeuges angebracht zu werden,
wobei d£ch entsprechende Konstruktion und Auslegung seiner Auflagefläe,hen die in
Fig. 1 dargestellte Charakteristik der Ausbreitungsverhältnisse
des
Ultraschalles einzustellbar ist.
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Datit zunehmender Frequenz die Absorption von Ultraschall in der Luft
immer größer wird, ist die die Frequenz bestimmende Schaltung so einzurichten, daß
sich eine starke Frequenzkonstanz ergibt. Zur Erzielung der in Fig. 1 angegebenen
Halbwertentfernung des Schalldruckes von 100 m ist eine Frequenz von 20 khz erforderlich.
Dies gilt jedoch nur unter entsprechenden günstigen klimatischen Bedingungen und
da sich diese laufend ändern, sind Vorkehrungen getroffen worden, um Temperatur,
Feuchtigkeit und Gegenwind so zu erfassen, daß die gewünschte Halbwertentfernung
des Schalldruckes immer gewahrleistet ist. Wie erwähnt dient als Frequenzgeber ein
Uni-Junction-transistor 5b mit einem Impulstransformator 5 f, dtr über die wechselstromgespeiste
Brücke 4 mit einem Nickelwiderstand 4a zur Temperaturkorrektur und einem L um-Chlorid-Goldkamm
4b für die Feuchte Messung ausgestattet ist, dadurch wird die Frequenz immer so
beeinflußt, daß unabhängig von der Witterung, d.h. von der-Temperatur und Feuchtigkeit
eine Schalldruck-Halbwertsentfernung von 100 m sichergestellt ist.
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weitere Eine/Störwertaufschaltung erfolgt über die Klemmen x und
y, die an den entsprechend bezeichneten Ausgängen eines Staudruckmessers 1 mit einem
nachgeschalteten Meßverstärker 2 liegen. Vber diese Hemmen x und y erfolgt bei stärkerem
Gegendruck des Bahrtwindes eine Spannungserhöhung und damit eine stärkere Ausformung
der Rechteckimpulse des Ultraschall-Erzeugers 5 (Fig. 1;Als Staudruckmeßgarät dient
dabei ein Piezo-Transistor 1.
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In Umkehrung des piezoelektrischen Effektes der Ultraschall-Wandler,
der Verdickung und damit der Durchbiegung des Keramikblättchens beim Anlegen einer
Spannung, wird durch Beaufschlagung mit Ultraschall im Wandler eine EMK erzeugt.
Die EMK des im Gehäuse eingebauten Wandlers 6 b bleibt annähernd konstant und wird
nur durch den Fahrtwind beeinflußt.
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Im Wandler 6a wird sich somit so lange keine EMK einstellen wie die
Fahrspur von Hindernissen freibleibt.
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Erst beim Auftauchen von Hindernissen wird sich die EMK soweit erhöhen
bis sie den Wert der den jeweiligen Nullpunkt einstellenden Vergleichsstelle 6 b
einnimmt. Ermöglicht wird diese Empfindlichkeit der Wandler durch geeignete Abschlußwiderstände
und eine spezielle, an sich bekannte Brückenschaltung. Die sich aus den Brückendiagonalen
ergebenden Spannungen werden über einen Gleichrichter und Verstärker mit PI-Verhalten
5 c an die Multiplikationseinheit 10 und den Folgeregler 12 (Fig. 2) weitergegeben.
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Die sich aus dem Doppler-Effekt ergebende Störungen könne ernachlässigt
werden, da sie die Tendenz der gesamten Einrichtung unterstützen und bei gleichbleibendem
Abstand vom vorausfahrenden Fahrzeug nicht in Erscheinung treten.
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Um den akuten Zustand der jeweiligen Verkehrssituation zu erfassen,
werden das analoge Ausgangssignal der Ultraschall-Meßung (Fig. 5, Fig. 1) mit dem
digitalen Signal der Drehzahlmeßung 7 in dem Multiplizierer 10 zusammengefaßt, so
daß sich aus der Zusammenfassung dieser beiden Signale eine die Änderungstendenz
des IST-Wertes anzeigendes Signal ergibt. Dies wird dem nachgeschalteten Verhältnis-Führungs-Regler
11 zugeführt, in dem mit einem Brückenpotentiometer der vorgesehene Sicherheitsabstand
unter Bezugnahme
auf Fahrzeugtyp und Bremsweg einstellbar ist.
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Außerdem erhält der Regelverstärker 11 das analoge Ausgangssignal
der Drehzahl-bzw. Geschwindigkeitsmessung 7 in Form eines sich ändernden Soll-Wertes,
so S aus diesen Signalen mit Hilfe des Folgereglers 12 minen Soll-Wert darstellendes
Signal gebildet werden kEnnt um die Soll-Entfernung des Fahrzeuges vom Gegenstand
darzustellen. Diese Soll-Entfernung wird mit dem IS?-Wert des tatsächlichen Abstandes
zum Hindernis im Folgeregler 12 verglichen und damit die Bildung eines elektrischen
Stellsignals für das Antriebssystem des Fahrzeugess ermöglicht. Dieses Stellsignal
wird in ein entsprechendes hydraulisches Signalj mit Hilfe des elektro-hydraulischen
Wandlers 13 umgewandelt.
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Das hydraulische System ist so ausgelegt A daß es zwei beidseitig
beauf.schlagte Kolben 14., 1-5 im "splite-Range" Verfahren kontinuierlich in jede
dem analogen Eingangssignal proportionale Stellung bringen kann.
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Der Kolben 15 spricht zuerst an und reagiert auf das Regelsignal in
einem bestimmten Anfangsbereich bis zum Endanschlag, so daß je nach Kraftfahrzeugausführung
entweder die Gasklappe oder bei Automatiktypen über das Pedal dem Fahrzeug die Antriebsenergie
genommen wird Im weiteren Bereich des analogen Signals setzt dann der zweite Kolben
14 ein und betätigt das remsz pedal, so daß das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert
bzw. zum Stehen kommt. Um ein Blockieren der Bremsen und ein dadurch evtl, verursachtes
Schleudern des Fahrzeuges zu vermeiden, wird in einem ip Pass zum Kolben 14 zwischen
beide Steuerleitungen ein Magnetventil 17 eingebaut, das über eine Kippstufe 16
impulsmsäßig im Verhältnis zum Regelsignal betätigt wird und damit eine wechselzeitige
Betätigung der Bremsen In einem ton der akuten Verkehrssituation be dingten Takt
ermöglicht.
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Beide Kolben 14 und 15 sind so konstruiert, daß über die Wirkung einer
Gegenfeder der jeweils verlangte "splite-range" eingestellt werden kann.
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Die Führung der Kraftfahrzeuge können die Wirksamkeit der von der
Regelung eingeleitete Maßnahme durch entsprechendes Verhalten noch erhöhen, jedoch
keinesfalls verhindern, so lange die Meß- und Regeleinrichtungen eingeschaltet sind.
Für Uberholvorgänge kann das Ausgangssignal des itolgereglers 12 über ein mit der
Blinkerbetätigung verbundenes Relais so lange unterbrochen werden, als eine Betätigung
des Blinkers erfolgt. Akustische Signale und die Elinksignale übernehmen während
der Abschaltung der Regeleinrichtung die Unterrichtung des Fahrers über Hindernisfreiheit
der von ihm angesteuerten Fahrzeugspur.
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Der Schalldruckgeber 6 a wird zweckmäßig in der Weise mit der Lenkung
des Fahrzeuges gekuppelt,daß die jeweilige Schallrichtung unwesentlich mit der von
den gelenkten Rädern eingeschlagenen Bahrtrichtung übereinstimmt. Diese Kupplung
kann sowohl elektrisch, hydraulisch oder mechanisch erfolgen.