DE2261948A1 - Abstandsregelanlage fuer fahrzeuge - Google Patents
Abstandsregelanlage fuer fahrzeugeInfo
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Description
Patentanwalt Patentanwälte
Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel
. D-757 Baden-Böden Balg Dipl. -I ng. Ralf M. Kern
Waidgasse20 Dr rpr nat Lothar Feller
Eduard-Sdunld-Str. 2
j- -j Tel.: (0811) 663197
,T 3 . % · . . we«: 5298Q2_hrjLkl d
Joseph Lucas (Industries) Limited '
Birmingham, England
L J
Abstandsregelanlage für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Regelanlage für Fahrzeuge, insbesondere
Kraftfahrzeuge, durch die sich ein vorbestimmter Mindestabstand zwischen dem die Anlage verwendenden Fahrzeug
und einem vorausfahrenden Fahrzeug zwangsweise aufrechterhalten
lässt.
Es ist bereits ein Dlplexsystem unter Verwendung eines einzigen Senders bekannt, der mit einem Empfänger zusammengeschaltet
ist, um die Ergebnisse von unabhängigen Sendern und Empfängern zu simulieren, die zwei dicht beieinander liegende Mikrowellensignale'
aussenden bzw, empfangen, die jeweils bei Reflexion von einem sieh bewegenden Ortungsobjekt, in diesem Fall vom
vorausfahrenden Fahrzeug, ein entsprechendes Dopplersignal erzeugen.
Diese Dopplersignale sind mit Ausnahme einer Phasenverschiebung des einen gegenüber dem anderen innerhalb eines vorbestimmten
Bereichsintervalls nahezu identisch. Für einen vorgegebenen
Frequenzunterschied der Sender hängt der Phasenunterschied linear vom Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug ab.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, solche Abstandsregelanlagen hinsichtlich ihrer betrieblichen
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Funktion und Betriebssicherheit bei vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand wesentlich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Abstandsregelanlage der vorstehend umrissenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Radargerät
mit einer frequenzmodulierten ungedämpften Welle mit einer Quellenfrequenz von mehr als 26 GHz arbeitet.
Vorzugsweise liegt die Quellen- bzw. Senderfrequenz im Q-Band»
Die spezielle Wahl eines Radarsystems bietet den grossen Vorteil,
dass das vom Empfänger empfangene Signal aus zwei Komponenten besteht, von denen die eine den Abstand zwischen dem
Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug und die andere die
Relativgeschwindigkeit zwischen beiden Fahrzeugen darstellt. Das kombinierte Signal kann in Verbindung mit einem weiteren
Signal benutzt werden, welches die Geschwindigkeit des mit der Anlage versehenen Fahrzeugs angibt, um eine genaue Steuerung
bzw. Regelung zu gewährleisten.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Abstandsregelanlage mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bei der Abstandsregelanlage verwendeten Modulators,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Form der ausgestrahlten
und empfangenen Wellen und
Flg. 4 eine Detaildarsfcellung des Signals nach Fig. j3·
Erfindungsgemäss ist ein Fahrzeug mit einem Radargerät 11 nebst zugeordnetem Modulator 12. ausgerüstet. Das Radargerät erzeugt
3 () i) B 2 5 / 0 3 9 9
eine frequenzmodulierte ungedämpfte Welle mit einer Quellenbzw. Grundfrequenz im Q-Band, d.h. im Bereich von 26 - 40 GHz.
Dies wird später noch näher erläutert. Das Ausgangssignal des
Radargeräts 11 stellt eine Kombination des Abstands zwischen dem das Radargerät aufweisenden Fahrzeug und dem vorausfahrenden
Fahrzeug sowie der Relativgeschwindigkeit beider Fahrzeuge dar. Dieses Ausgangssignal wird über einen Verstärker und einen
monostabilen Impulsgenerator 13 einem. Impulszähler 14 eingegeben,
der ausserdem ein Signal von einem Nachstell-Regler (Update-Regler) 15 empfängt, welcher seinerseits durch den
Modulator 12 gesteuert wird. Der Regler 15 stellt den Impulszähler 14 synchron zum Arbeitstakt des Modulators 12 zurück,
so dass der Impulszähler 14 ein digitales Ausgangssignal erzeugt,
das in jedem vorgegebenen Augenblick sowohl den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug als
auch die Relativgeschwindigkeit beider Fahrzeuge darstellt.
Das Ausgangssignal vom Impulszähler 14 wird über einen Digital/
Analogwandler 16 einem Funktionsgenerator 17 eingespeist, dessen Ausgangssignal einem Fehlerverstärker 18 aufgeprägt wird.
Ausserdem weist das Fahrzeug einen Geschwindigkeitsfühler 21 auf, der im Zusammenwirken mit dem Differential 22 an der Hinterachse
ein die Fahrzeuggeschwindigkeit angebendes Signal erzeugt, das über einen Verstärker und einen monostabilen Impulsgenerator
23 einem weiteren Impulszähler 24 eingegeben wird, der ebenfalls unter der Steuerung des Nachstell-Reglers 15 in
Synchronismus mit dem Modulator 12 arbeitet. Das die Fahrzeuggeschwindigkeit
darstellende Ausgangssignal des Impulszählers 24 wird über einen weiteren Digital/Analogwandler 25 und einen
Funktionsgenerator 26 dem Fehlerverstärker 18 eingespeist. Die Aufgabe der Funktionsgeneratoren 17 und 26 besteht darin, die
empfangenen Signale vor dem Vergleich maßstäblich zu bewerten und Betriebsgrenzen für die Anlage festzulegen. Im Funktionsgenerator
17 hält ein einstellbarer Begrenzer die Ausgangsspannung auf einem vorbestimmten Wert. Im Gesamtsystem bewirkt dies
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eine Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit dos geregelten Fahrzeugs.
Auf ähnliche Weise .sind im Funktionsgenerator 20 Vorkehrungen
zur Begrenzung der Mindestausgangsspanriung getroffen,
so dass ein Mindestabstand voreingestellt werden kann.
Der Fehlervcrstärker Io erzeugt ein Ausgangssignal zu einem
Drosselklappenregler 28, wenn das ihm vorn Funktionsgenerator iy
eingespeiste Signal das Signal vom Funktionsgenerator 2.C übersteigt,
und erzeugt ein Ausgangssignal ;;u einem Bremsonreglor
29» wenn das .Jignal vom Funktionsgenerator 26 dasjenige you
Funktionsgenerator 17 übersteigt. Eine variable Besugssir;nalquelle
2J ermöglicht eine Einstellung des Wechsel- bzw. Umöchaltpunkts
zwischen Bremsen- und Drosselklappenbetätigung. Auf diene Vlcise wird die Fahrzeuggesehwindigkeit zur Aufrechterhaltung
des erforderlichen Sicherheitsabstands automatisch erhöht oder verringert.
Krsichtlicherweise wird das Ausgangssignal vom Fehlerverstärker
l8 den Reglern 28 und 29 über einen Relaiskontakt 31 eingespeist,
der durch eine Relaisspule 32 betätigbar ist. Die Relaisspule
j52 kann von der Fahrzeugbatterie aus über vier Sicherheitsschalter
33, 34, 35 und 36 an Spannung gelegt werden, die sämtlich
geschlossen sein müssen, bevor die Relaisspule 32 an Spannung
gelegt wird. Der Schalter 33 ist durch eine Steuerung 3?
bei nicht vorhandenem Signal vom Impulszähler 14 betätigbar. Die Schalter 3^ und 35 sind durch Bremspedal bzw. Gaspedal des
Fahrzeugs betätigbar, während der Schalter 36 ein von Hand betätigbarer
Schalter ist. Beim öffnen eines dieser Schalter durch den Fahrzeugführer wird das Fahrzeug automatisch wieder
auf Handregelung zurückgeschaltet.
Gemäss Fig. 2 weist der Modulator 12 zweckmässig einen Gunn-Diodenoszillator
41 auf, der durch mechanische Änderung der Länge seines Oszillator-Hohlraums froqucnzmodulierbar ist.
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lütt Chopper oder Zerhacker 42 wird von einem Sägezahngenerator
43 angesteuert* der eine .Perlöde von etwa 20 Millisekunden und
eine so hohe Amplitude besitzt* dass eine Frequenzmodulation
des Oszillators von ungefähr* 250 MHz gewährleistet wird*
Me Aüsgangswelle wird über einen 3 dB*-Koppier 44 geleitet, ■
bevor sie eine Sendeantenne 4^ erreicht t so dass ein feil der'
Üszillatorleistung einer abgeglichenen Misohstufe 46 einge-\
speist wird, die auch das an einer Empfangs an tenne 47 empfange«
he Signal aufnimmt» Die Differensfreqxienz zvjiöohe'n den ausgestrahlten
und den empfangenen Signalen wif'd von der abgeglichenen Mischstufe 46 ausgewer'tet. Das von der Misöhstufe 46 aUsgevjertete
Signal ist ein /VUdiö-· bzvi« Horfrequenzsigriäl^ das
durch den Ver'stMrkei* I^ verstärkt und mit einem gewissen
ifystefesegräd üfaef eiheh riioht dargestellten Spähmtngkömparciter·
geleitet viird* Dies beseitigt StBr-* oder Raüsöhsignäle untereinen
vorbestimmten Wert und dient zur Verhindefung von zu»
flilligen uignälen>
welche die Regelanlage erreichen/ wenn das
Fr iiTEeüg auf freier öträsse ohne vöräüöfährenae fahrzeuge
führt« Auf diese V/eise v/efden nui* ver'gieiöhsweise grosse Signale verarbeitet* Üntei1 Mormälbedingungeni wenn siöh Vor1 dem die
Anlage äufvieisenden Fahrzeug ein anderes Fahrzeug befindet*
ist das Aus gangs signal vom Radargerät eine iieöhteckwelle
variierender Frequenz*
Die ausgestrahlte Primar4-Jelle ist in Fig« 'β dargestellt j in
welcher die Frequenz in Abhängigkeit von der zeitvfränsshau«
licht kit» Die öenderj/elle erhöht sieh bezüglich der Frequenz"
linear vsn einem Mindert- auf einen Hochstwert und kehrt dann
auf den {■lindöstwer't zurüoks In Fig« J ist die Mödüläti-onspörie»
cie mit 'Sm und der froquenähüb mit 4f bezeichnete Fig# t>
zeigt auch die vom Radargerät empfangene Wellenform*
30382S/Ö3&8
ORIGINAL INSPECTED
2281948
Fig« 4 zeigt einen Toil der Wellenform gemäßS Flg<
J, unter
der Voraussetzung, dass die Zeit zwischen Ausstrahlung und
Empfang gleich t und der Frequenzunterschied gv/iööhert de«
ausgestrahlten und dem empfangenen Signal gleich f« lute, gilt folgende Beziehung
fH Δ f
TfS
Wenn der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem νöt*äüöfahrenden
Fahrzeug h und die Auobreitungsgeschv/indigkeit ö iot# gilt
ersieht lie hervje ie e
. 2 h ,so dass sich ergibt»
, . 2h Af
R " öffn
Diese Darstellungen goinäos Fig« 3 und 4 berücksichtigen nicht
die aich auo der Helativgeoöhwitidigkeit zwiaöhen den
gen ergebende Doppler-PrequenzversohiebUiigi Diese
Schiebung ergibt pine verringerte Hückiäuffrtquena bei
vergrööoernder und eine erhöhte Rücklauffrequenz bei
der Entfernung« Wenn di§ Deppierfrequeria beiöpliiäwuiße
(po£?itlv oder negativ) ist, lässt oioh die gesamte
verächlebufig f« durch fölgendi Gleichung auä-dpüokenf
rt
&n Bk ι ,p
Ersiöhtlicherweiö§ b§üitsfc dieoer Ausdruck die Perm, h *
wöbe! k dtiPöh daß Verhäitnlö gviiisöheii den Fri4u§fia#fi fB untl f|4
bestinfflit wird* üei einei* öpeüieiltn [i*r@q«inii Im Q«flafld νAi1Ileft
die Frequenz fß in Abhftigigkeil v©n dir ittlativgiaöhwifldigkiit
309826/03
d"p beiden Fahrzeuge in unveränderbarer Weise, und der Viert
von k kann durch Änderung der f., bestimmenden Parameter eingestellt
werden. Beispielsweise wird durch eine Erhöhung des rivviuenzhubs ^ f die Bereichefrequenz fT, erhöht und der Wert
von k verkleinert, wodurch der Ausdruck für die Relativgeschwindi,;;keit
weniger bedeutsam wird. Umgekehrt wird durch eine Er- ■
ho hu ng der Hodulationsperiode Tm der Wert fr, verkleinert und
der "Wert k erhöht, so dass der Entfernungsausdruck weniger bedeutsam
wird. Bei einer speziellen Anlage kann die relative nedeutung dieser beiden Ausdrücke durch den Konstrukteur zur
Gewährleistung der gewünschten Wirkung entsprechend^ eingestellt werden. Bei Verwendung der Anordnung gernäss Fig. 2 können die
Parameter Δ f und Tm ohne weiteres durch Änderung der Amplitude
und Periode der an die Induktivität bzw. den Oszillator 41 angelegten modulierenden Wellenform eingestellt werden.
Der Betrieb im Q-Frequenzband bietet auch die vorteilhaften
Liebenwirkungen, dass das Radargerät klein ist und sich leicht an einem Fahrzeug anbringen lässt. Im Hinblick auf die vergleichsweise
kurze erforderliche Meßstrecke (von etwa ^5 m) kann die Dämpfung infolge von Atmosphären- und Niederschlagseinfluss
als gering angesehen werden, und zwar selbst bei starkem Hegen, der eine Dämpfung von 10.dB/km verursachen würde.
Antennen mit schmaler Strahlbreite sind ohne weiteres mit kleinen Abmess\mgen erhältlich, und unter Berücksichtigung der
Strassengeometrie, der Fahrbahnbreiten, der Brückenhöhen usw.
ergibt sich, dass eine Strahlbreite von 5° erforderlich ist. Bei Anwendung einer solchen schmalen Strahlbreite, Beschränkung
des Betriebs auf Schnellstrassen und dergleichen sowie erforderlichenfalls
Anbringung von Eckreflektoren am führenden bzw, am ,jeweils voraus fahr end en Fahrzeug kann mit dem Radargerät
ein Single-Target-Betrieb erreicht werden. Dies führt zu einem vergleichsweise einfachen Radarsystem, das sich ideal zur Verwendung-
bei Fahrzeugen eignet.
30982 5/0399
BAD
Claims (1)
- Joseph Lucas (Industries) Limited
Birmingham, EnglandPatentansprüche(J,s Abstandsregelanlage mit einem an einem Fahrzeug angebrachten Radargerät mit Sender und Empfänger sowie mit einer durch den Empfänger betätigbaren Einrichtung zur Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeitj insbesondere zur Einhaltung eines vorbestimmten Sicherheitsabstands, dadurch gekennzeichnet, dass das Radargerät (11) mit einer frequenzmodulierten ungedämpften Welle mit einer Quellenfrequenz von mehr als 26 GHz arbeitet.2. Anlage nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Quellenfrequenz im Q-Band liegt.3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender einen Gunn-Diodenoszillator (41) und einen Zerhacker (42) aufweist, der zur Änderung der Länge des Oszillatorhohlraums durch einen Sägezahngenerator (4j) ansteuerbar ist, und dass das Oszillator-Aus gangs signal im Betrieb einer Sendeantenne (45) zufUhrbar ist.4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e η nzeichnet durch einen Zähler (14) zur Lieferung eines Digitalsignals, das den Frequenzunterschied zwischen dem ausgestrahlten und dem empfangenen Signal des Radargeräts (11) darstellt und aus zwei Komponenten besteht,309825/0399von denen die eine den Abstand zwischen dem das Radargerät aufweisenden Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug und die andere die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fahrzeugen darstellt.5. Anlage nach Anspruch 4, gekenn ζ e ic hnet durch einen Digital/Analogwandler (16) zur Umwandlung des Digital· signals in ein Analogsignal.6. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine geschwindigkeitsmessende Anordnung (21, 22) zur Erzeugung eines Signals, welches die Geschwindigkeit des die Anlage tragenden Fahrzeugs angibt.7. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Fehlersignalverstärker (l8) zum Vergleichen des Signals, welches die Geschwindigkeit des die Anlage tragenden Fahrzeugs angibt, mit einem Signal, das von den ausgestrahlten und empfangenen Signalen des Radargeräts (ll·) erhalten wird und aus zwei Komponenten besteht, von denen die eine den Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug und die andere die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fahrzeugen darstellt.8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Funktionsgeneratoren (z.B. 17) zur Bewertung der beiden zu vergleichenden Signale vor dem Vergleich und zur Festlegung von Betriebsgrenzen für die Anlage.9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsgenerator (I7) die Höehntgeschwindigkeit des die Anlage tragenden Fahrzeugs- 10 -309825/0399- ίο -begrenzt, wenn das Fahrzeug unter der Steuerung durch die Anlage steht.10. Anlage nach Anspruch 9,dadurch geke η η-zeichnet, dass ein weiterer Funktionsgenerator (26) den Mindestabstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug bestimmt, wenn ersteres unter Steuerung der Anlage steht.11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch einen Drosselklappenregler (28) und einen Bremsenregler (29), die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal vom Fehlerverstärker (18) betätigbar sind.12. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung, die eine Verbindung zwischen dem Fehlerverstärker (18) einerseits und dem Drosselklappenregler (28) sowie dem Bremsenregler (29) andererseits herzustellen oder zu unterbrechen vermag.15. Anlage nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Schalter (33) aufweist, der in Abhängigkeit von einem Signalausfall vom Radargerät (11) betätigbar ist.14. Anlage nach Anspruch 12 oder I3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen zweiten Schalter (34) aufweist, der mit dem Bremspedal des Fahrzeugs in Wirkverbindung steht.- 11 -309825/039 915. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch' gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen dritten Schalter (35) aufweist, der betrieblich mit dem Drosselklappen-bzw. Gaspedal des Fahrzeugs verbunden;Lst. . ■.16. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15* d a d u r c h gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen von Hand betätigbaren Schalter (36) aufweist.309825/0399Leerseite
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
|
8130 | Withdrawal |