DE2265444C2

DE2265444C2 - Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug

Info

Publication number: DE2265444C2
Application number: DE2265444A
Authority: DE
Inventors: Teruo Nagoya Aichi Yamanaka (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1971-09-02
Filing date: 1972-08-31
Publication date: 1981-02-26
Also published as: AU470427B2; AU4618472A; CA1009348A; JPS4833790A; DE2265444B1; DE2242876A1; DE2242876B2; US3823399A; DE2242876C3; JPS5126239B2

Description

I. Es muß ein großer Frequenzhub AS verwendet werden, um die erforderliche, hohe Empfindlichkeit zu erhalten;

2. ein Landfahrzeug, und insbesondere ein Kraftfahrzeug, hat eine sehr komplexe Form mit Vorsprün- gen und Vertiefungen, wie beispielsweise an den Stoßstangen und am Kühlergrill, die zu einer unregelmäßigen Reflexion der Wellen führen;

3. bei Verwendung einer solchen Einrichtung für Kraftfahrzeuge trifft das ausgesandte Signal auf

M) viele Hindernisse, wie beispielsweise Leitplanken, Lichtmasten, Bäume und Häuser, so daß die wieder empfangenen Signale nicht nur an dem Gegenstand, dessen Abstand gemessen werden soll, sondern auch an diesen Hindernissen reflektiert

b5 werden und sich entsprechende Verzerrungen des

empfangenen Signals ergeben;

4. die obere Grenze der Größe der verwendbaren Antenne hängt von der Art des Kraftfahrzeugs ab;

diese obere Grenze kann nicht Oberschritten werden, wodurch ebenfalls die Empfindlichkeit stark begrenzt wird, und

S. der Gegenstand, dessen Abstand bestimmt werden soll, beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug, besteht aus vielen verschiedenen Materialien, wie beispielsweise Eisen, Glas und Kunstharze, die ebenfalls zu unterschiedlichen Reflexionen des ausgesandfii Signals und damit zu Verzerrungen des empfangenen Signals führen.

Die aas diesen verschiedenen Gründen stark verzerrten Signale lassen sich jedoch nur mit großen apparativen Schwierigkeiten in der gewünschten Weise verarbeiten, so daß die Empfindlichkeit eim:r solchen Messung stark beeinflußt wird Dies macht sich insbesondere bei sehr geringen Abständen nachteilig bemerkbar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der auch Abstände vor. weniger als 3 m oh»e wesentliche Beeinflussung durch die obenerwähnten, auf die verschiedenen Reflexionen zurückgehenden Verzerrungen der empfangenen Welle gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß sowohl die negativen als auch die positiven Wellenformen der abgetrennten Doppler-Signale mittels der Vollweggleichrichter gleichgerichtet werden: denn dadurch werden die obenerwähnten Verzerrungen des empfangenen Doppler-Signals beseitigt, so daß das berechnete Intensitätsverhältnis zwischen den beiden, so gewonnenen Gleichstromsignalen genau dem Abstand zu dem Gegenstand entspricht Wie Untersuchungen ergeben '.iahen, können mit dieser Einrichtung auch sehr geringe Abstände zwischen dem Landfahrzeug und dem Gegenstand bestimmt werden, ohne daß sich diese Störungen und Verzerrungen der reflektierten und empfangenen Wellen nachteilig bemerkbar machen. Damit werden also Meßwerte erhalten, die den Abstand von dem Gegenstand auch dann seh.· genau angeben, wenn dieser kleiner als 3 m ist und die empfangenen Signale Bestandteile und Verzerrungen aufweisen, die auf Mehrfachreflexionen, insbesondere auf Reflexionen an den obenerwähnten iündernissen, zurückzuführen sind.

Zur weiteren Verbesserung der Meßgenauigkeit ist eine Anordnung zur Berechnung des Intensitätsverhältnisses im zeitlichen Mittel vorgesehen, wodurch geringe zeitliche Schwankungen des Intensitätsverhältnisses und damit des gemessenen Abstandes zu dem Gegenstand ausgeglichen werden können.

Eine solche Einrichtung liefert also ein Signal, das auch bei sehr geringen Abständen zwischen Landfahr

s zeugen und Gegenstand, weitgehend unbeeinflußt von den oben erwähnten Verzerrungen der Signale, ein Ausgangssignal, das sehr exakt diesem Abstand entspricht Dieses Signal kann also mit großer Zuverlässigkeit für die Betätigung einer Sicherheitsein-

lu richtung im Landfahrzeug, beispielsweise eines Gassacks, herangezogen werden, wenn der Abstand des Landfahrzeugs von dem Gegenstand eine untere Grenze unterschreitet; gerade bei diesem Anwendungsfall ist diese exakte Ermittlung des Abstandes, unbeeinflußt von etwaigen Störungen, wesentlich, damit der Gassack nicht versehentlich betätigt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Kurvendarstellung der Beziehung zwischen der Entfernung zu einem Gegenstand und den Intensitätsverhältnissen von Frequenzkomponenten am Ausgang einer Mischstufe, F i g. 2A bis 2C ein Blockschaltbild eines Teils einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug,

Fig.3 Wellenformen, wie sie an verschiedenen Punkten des in den Fig.2A bis 2C dargestellten

Blockschaltbildes auftreten,

F i g. 4 und 5 Kennlinien von zwei Entfernungsdiskriminatoren,

F i g. 6A bis 6B einen weiteren Teil der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug,

F i g. 7 Wellenformen, wie sie an verschiedenen Punkten der in Fig.6A und 6B dargestellten Einrichtung auftreten, und

Fig.8A bis 8D den Gesamtaufbau einer Ausfüh-

rung-form einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur

Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug. Im folgenden soll das Funktionsprinzip einer Einrich-

tung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug anhand eines Beispiels beschrieben werden, bei dem für die Frequenzmodulation eine sinusförmige Welle verwendet wird. Ein Bezugssignal Ro und ein mittels einer Antenne

5« erhaltenes, reflektiertes Signal, also das Echo 5, werden gemischt, so daß ei.i Signal erhalten wird, das aus niederfrequenten Bestandteilen oder einem Sch wcbungston besteht. Für das dadurch erhaltene Wechsel-Spannungssignal egilt:

c = r cos

If t 2 in, sin

rcos o,_c I/ \j„[m_r) + 2 V (- ]f cos In (,„_mi +

-r sin ι.,, !·· [2Σ(- D" cos j(2« + I) · (o._mt + -⁵^-'-) } Λ.+ι K)] ·

Dabeisind:

r ein Koeffizient, der von dem Reflexionsfaktor des Gegenstandes, den Kennwerten der Mischstufe und ähnlichen Parametern abhängt, >

OJr die Kreisfrequenz der Trägerwelle,

Δ, das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Signal ausgesandt wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem das an dem Ziel reflektierte Signal erhalten wurde, mi

ω*, die Kreisfrequenz der modulierten Welle,

hn die Bessel-Funktion 2n-ter Ordnung erster Art.

m/ der Modulationsindex 2XOfZm_n. und

Beträgt der Abstand zu dem Gegenstand R, dann gilt Δι = 2R/C,

wobei Cdie Geschwindigkeit der ausgestrahlten Welle jn ist.

Das durch die Gleichung (I) angegebene Wechselspannungssignal e wird verstärkt und in Frequenzkomponenten zerlegt, wie beispielsweise

rj„{m_r) cos ei,. I/ .

-2 rJ, (m_r) cos (>;_mt + "ⁿ.— ) sin -■., Ir .

^ ' so

- 2 rj₂ (m_r) cos (<■.„/ + <·>„ If) cos.·., I/.

Die Komponente rjo(m_r) cos ω,Δ t wird die Gleichstromkomponente, wenn sich der Gegenstand in bezug auf die Einrichtung nicht bewegt.

Bewegt sich nämlich der Gegenstand nicht in bezug ίο auf die Einrichtung zur Messung seines Abstandes, so werden die Maximalwerte der Grundwelle und der

VSLTCl WCItC

2 rj_t{m_r) sin <->_t Ir . 2 rJ₂{m_r) cos «,_c If . 2 rjy (m_r| sin ·■>, If usw.

Die Verhältnisse zwischen den Maximalwerten der Harmonischen oder Oberwellen können mittels einer Teilerstufe berechnet werden. Die Verhältnisse zwischen den Maximalwerten der Frequenzkomponente, beispielsweise J-^m^lJ\(mi), )t(m_r)l'}t(m}\ usw. können eindeutig definiert werden, wenn m_r bestimmt ist Mit anderen Worten läßt sich der Modulationsindex m_r eindeutig aus den Verhältnissen der Maximalwerte der Frequenzkomponenten berechnen. Sind Af und <o_ro to vorgegebeben, so ist der Modulationsindex m_r nur eine Funktion von At, das heißt, des Abstandes R zu dem Gegenstand, wie man den Gleichungen (2) und (3) entnehmen kann. In diesem Fall kann der Abstand R aus dem Wert für m_r berechnet werden. Damit läßt sich also b5 das Verhältnis der Maximalwerte der Frequenzkomponenten in ein Ausgangssignal umwandeln, das proportional zu dem Abstand R ist.

Wenn sich der Gegenstand mit einer bestimmten Relativgeschwindigkeit ι/ auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt, dann wird das Verhältnis zwischen der Dopplerfrequenz ω,/= ' · »ν und der FM-Kreisfre-

quenz w_m so gewähll, daß sie der folgenden Bedingung genügt:

lO_m>U)d

Die Maximalwerte der Frequenzkomponenten, wie beispielsweise der Dopplersignal-Komponente, der Grundwellen-Komponente und der Obcrwellcn-Komponente, die ausgefiltert werden, sind also rjofm_r). 2r/t(m_r), 2rh(m_r) usw. Auf diese Weise läßt sich der Abstand R aus den Verhältnissen der Maximalwerte zwei beliebiger I'requenzkomponenten für einen Gegenstand berechnen, der sich in bezug auf die Einrichtung zur Messung des Abstandes nicht bewegt.

Der Verlauf der Maximalwerte der Frequenzkomponenten la(mr)l2J\(nii) und li(m_r)l]\(m_r) ist in F i g. 1 gezeigt, wobei auf der Abszisse der Modulationsindex m_r und auf der Ordinate die Intensitätsverhältnisse in db aufgetragen sind. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist in Fig. 1 das Intensitätsverhältnis /η/2/ι dargestellt, das durch eine Subtraktion von 4 db von dem tatsächlichen Verhältnis erhalten wird. In ähnlicher Weiy: stellt das Verhältnis yh das tatsächliche Verhäl'nis plus 6 db dar.

Selbstverständlich läßt sich dieses Prinzip nicht nur mit Sinuswellen, sondern auch mit anderen Wellenformen verwenden.

Der Abstand des Gegenstandes von dem Landfahrzeug läßt sich jedoch nicht nur aus dem Verhältnis der Maximalamplituden der Doppler-Signale berechnen, wie es oben beschrieben wurde, sondern auch aus zeitlich gemittelten Doppier-Signalen, das heißt, aus Gleichspannungssignalen, die aus den Doppler-Signalen gebildet worden sind.

In beiden Fällen kann das Intensitätsverhältnis aus mindestens zwei gleich- oder gegenphasigen Doppler-Signalen bestimmt werden.

Im folgenden wird zunächst eine Ausführungsform

einer iliririchturi" zur Messer·" dc; Abst" '"·; ei"™;

Gegenstandes von einem Landfahrzeug beschrieben, die eine Vorstufe der erfindungsgemäßen Einrichtung darstellt und zu ihrer Erläuterung erforderlich ist.

Bei dieser Einrichtung wird eine Sinuswelle zur Frequenzmodulation verwendet, wobei sich der Gegenstand in bezug auf die Einrichtung bewegen soll.

Diese Einrichtung weist folgende Einzelteile auf: Einen Frequenzverdoppler 8; einen FM-Modulator 9; einen Oszillator 10; eine Antenne 11 zur Ausstrahlung des Signals für den Empfang des von dem Gegenstand reflektierten Echos; eine Mischstufe 12 zur Mischung des von der Antenne 11 empfangenen, reflektierten Signals mit einem Teil des ausgesendeten Signals, um ein niederfrequentes Signal oder einen Schwebungston zu erhalten; einen Breitbandverstärker zur verzerrungsfreien Verstärkung des Ausgangssignals der Mischstufe 12; einen Tiefpaßfilter 14, der nur das Doppler-Wechselstromsignal durchläßt; einen Bandpaßverstärker 15 zur Verstärkung des unterdrückten AM-Trägersignals, in dem die Grundwelle der FM-WeIIe die Trägerwelle und das Doppler-Signal des Modulationssignals ist; eine Mischstufe 16 zur Mischung des Ausgangssignals des Verstärkers mit der Grundwelle der FM-WeIIe. um das überlagerte Signal des Doppler-Wechselstromsignals und einer Welle mit einer Frequenz zu erhalten, die

nicht niedriger ist als die Grund-FM-Frequenz; ein Tiefpaßfilter 17, das nur die Dopplersignal-Komponente aus dem Ausgangssigtial der Mischstufe 16 durchläßt; einen Bandpaßverstärker 18, der nur das unterdrückte AM-Trägersignal verstärkt, in dem das Trägersignai die zweifache Frequenz der FM-Frequenz hat und das Doppler-Signal das Modulationssignal ist; eine Mischstiife (9 zum Mischen der Ausgangssignale des Verstärkers 18 und des Freqtienzverdopplers 8, um das überlagerte Signal aus dem Dopplersignal und einer Welle mit einer Frequenz zu erhalten, die nicht niedriger ist als die doppelte FM-Frequenz; ein Tiefpaßfilter 20. das nur die Dopplersignalfrequenz von dem Ausgang der Mischstufe 19 durchläßt; eine Teilerstufe 21, um das Intensitätsverhältnis zwischen den Dopplersignalen der Tiefpaßfilter 14 und 17 zu erhalten; einen Entfernungs diskriminator 22. um das zu der Fntfernung zu dem Gegenstand proportionale Ausgangssignal aus dem

Tcilcrstufe 23, um das Intensitätsverhältnis zwischen den Doppler-Signalausgängen der Tiefpaßfilter 17 und 20 zu erhalten; einen F.ntfernungsdiskriminator. um aus dem Aiisgangssignal der Teilerstufe 23 das der Entfernung zu dem Gegenstand proportionale Ausgangssignal zu erhalten; eine das arithmetische Mittel bildende Anordnung 25. die das arithmetische Mittel der Ausgangssignale der Entfcrnungsdiskriminatoren 22 und 24 liefert; eine Anzeigeeinrichtung 26 für die Entfernung zu dem Gegenstand; und einen automatischen Verstärkungsregler 27 zur automatischen Regelung 'es Verstärkungsgrads des Verstärkers 13.

Die Entfernungsdiskriminatoren 22 und 24 sind so ausgelegt, daß sich folgende Funktionsweise ergibt: Werden Signale, die proportional zu den Intensitätsverhältnissen zwischen Dopplersignalen sind, an die Eingänge der Diskriminatoren angelegt, so können die den Modulationsindex m_r darstellenden Ausgangssignale und daraus die Entfernung zu dem Gegenstand erhalten werden, wie in F i g. 1 dargestellt ist.

Der FM-Modulator 9 ist mit dem Modulationseingang des Oszillators 10, der in einigen Fällen keinen Modulationseingang aufweist, und mit dem Eingang des f-requenzverdopplers 9 verbunden. Der Ausgang des Oszillators 10 ist mit der Antenne 11 und mit dem Eingang der Mischstufe 12 zur Zuführung jeweils eines Teils des ausgesendeten Signals verbunden. Die Antenne 11 ist mit dem Ausgang des Oszillators 10 und mit dem Eingang der Mischstufe 12 zur Zuführung des an ihr empfangenen Echos verbunden. Der Ausgang der Mischstufe 12 ist mit dem Eingang des Verstärkers 13 verbunden, dessen Ausgang mit den Eingängen des Tiefpaßfilters 14 und der Verstärker 15 und 18 verbunden ist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 14 ist mit einem der Eingänge der Teilerstufe 12 und mit dem Eingang des automatischen Verstärkungsreglers 27 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 15 ist mit einem Eingang der Mischstufe 16 verbunden, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des FM-Modulators 9 verbunden ist Der Ausgang der Mischstufe 16 ist mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 17 verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Teilerstufe 21 und mit einem der Eingänge der Teilerstufe 13 verbunden ist Der Ausgang des Verstärkers 18 ist mit einem der Eingänge der Mischstufe 19 verbunden, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Frequenzverdopplers 8 verbunden ist Der Ausgang der Mischstufe 19 ist mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 20 verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Teilerstufe 23 verbunden ist. Die Ausgänge der Teilerstufen 21 und 23 sind mit den Eingängen der Entfernungsdiskriminatoren 22 bzw. 24 verbunden, deren Ausgänge mit den Eingängen der das arithmetische Mittel bildenden Anordnung 25 verbunden sind, deren Atisgang wiederum mit dem Eingang der Anzeigeeinrichtung 26 verbunden ist. Der Ausgang des automatischen Verstärkungsreglers 27 ist mit dem Verstärkungsiegelungseingang des Verstärkers 13 verbunden.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der F.inrichtung mit dem oben angegebenen Aufbau beschrieben. Das FM Signal von dem FM-Modulator 9 wird von der Antenne 11 in Richtung zu dem Gegenstand ausgesen det; das an dem Gegenstand reflektierte Signal oder Echo wird von derselben Antenne 11 empfangen. Die Antenne 11 wird also sowohl zum Aussenden als auch zum Empfang verwendet. Das empfangene Signal wird

dem Oszillator 10 gemischt wird. Das Ausgangssignal der Mischstufe 12 wird mittels des Breitbandverstärkers 13 verstärkt, dessen Ausgangssignal durch die Gl. (1) wiedergegeben ist. Das heißt, das Ausgangssignal des Verstärkers 13 besteht aus einer Dopplersignal-Komponente, einer Grundwellen-Komponente und den Oberwellen-Komponenten, die einander überlagert sind. Der Ausgang des Verstärkers 13 wird dem Tiefpaßfilter 14 zugeführt, das ein Bandpaßfilter, ein abgestimmter oder Resonanzverstärker oder ein Tiefpaßverstärker sein kann. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 14 ist so gewählt, daß der Ausgang des Tiefpaßfilters 14 nur aus dem Dopplersignal et> besteht, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Der Verstärker 15, der eine Kombination aus einem Bandpaßfilter und einem Verstärker, nur ein Bandpaßfilter, ein Tiefpaßfilter und ein Hochpaßfilter, ein abgestimmter- oder Resonanzverstärker oder dergleichen sein kann, verstärkt und läßt nur das FM-Signal durch, dessen Träger die Grundwelle der FM-Welle ist. Die Wellenform des Ausgangssignals ei des Verstärkers 15 ist in F i g. 3 dargestellt. Die Mischstufe 16 mischt die Ausgangssignale des Verstärkers 15 und des Modulators 9; das Ausgangssignal der Mischstute 15 wird dem Tiefpaßfilter 17 zugeführt, wobei das Dopplersignal C₃, das in F i g. 3 dargestellt ist erhalten wird. Das heißt, das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 17 besteht nur aus dem Dopplersignal, wie das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 14. In ähnlicher Weise wird das in F i g. 3 dargestellte Ausgangssignal ej von dem Verstärker 18 erhalten; das in Fig.3 dargestellte Ausgangssignal e« wird von dem Tiefpaßfilter 20 erhalten. Hierbei sollte beachtet werden, daß die Maximalamplituden der Ausgangssignale der Tiefpaßfilter 14, 17 und 20 proportional zu rjti(m_r), 2rJ\(m^ bzw. Irj^ml), die in GL (1) wiedergegeben sind, sind.

Mittels der Teilerstufe 21 wird der Ausdruck 2rjx(m_r)/rl<i(mr) und mittels der Teilerstufe 23 der Ausdruck rj^miyr/i(m_r) berechnet Wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 ausgeführt wurde, wird der Modulationsindex m_T eindeutig aus diesen Verhältnissen bestimmt Die Entfernungsdiskriminatoren 22 und 24 sind so ausgelegt, daß bei Zuführung der Ausgangsspanr.ungen oder -ströme der Teilerstufen 21 und 23 zu den Diskriminatoren 22 und 24 die Ausgangsspannungen oder -ströme proportional zu dem Modulationsindex m_r sind und sich damit der gesuchte Abstand ergibt wie in F i g. 4 und 5 dargestellt ist Das heißt die Ausgangsspannungen der Entfernungsdiskriminatoren 22 und 24

stellen die Abstünde zu dem Gegenstand dar. Die Ausgangssignale der Entfernungsdiskriminatoren 22 und 24 werden der den arithmetischen Mittelwert bildenden Anordnung 25 zugeführt, so daß deren Ausgangssignal das arithmetische Mittel des Abstandes zu dem Gegenstand darstellt. Das Ausgangssignal der den arithmetischen Mittelwert bildenden Anordnung 25 wird der Anzeigeeinrichtung 26 zugeführt, die den Abstand zu dem Gegenstand anzeigt. Der automatische Verstärkungsregler 27 ist eine Art automatische Verstärkungsregelungsschaltung, so daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers, der im allgemeinen ein Scheinverstärkungsfaktor ist, abnimmt, wenn die Maximalamplituden des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 14 größer als ein Bezugspegel oder eine -spannung sind, während der Verstärkungsfaktor zunimmt, wenn das Ausgangssignal kleiner als der Bezugspegel ist. Der automatische Verstärkungsregler 27 dient der Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit und der Genauigkeit der Einrichtung, da durch ihn das Ausgangssignal der Tiefpaßfilter 14, 17 bzw. 20 konstant gehalten wird, wenn die Intensität des reflektierten Signals oder Echos sich in Abhängigkeit von der Entfernung zu dem Gegenstand und der Lage des Gegenstandes in einem großen Bereich ändert.

Bei dieser Ausführungsform werden die Maximalamplituden der Dopplersignale erhalten und die Verhältnisse zwischen den Signalen mittels der Teilerstufen 21, 23 berechnet, dies ist ein Beispiel zur Berechnung des zeitlichen Mittels des Intensitätsverhältnisses. Die Maximalamplituden können auch mittels einer Spitzenwert-Halteschaltung und der Verhältnisse zwischen ihnen berechnet werden; dies ist ein weiteres Beispiel rur Berechnung des zeitlichen Mittelwertes des Intensitätsverhältnisses.

In den Fig.6 und 7 ist eine Erweiterung der Einrichtung nach F i g. 2 dargestellt, mit der festgestellt werden kann, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt

Diese Erweiterung unterscheidet sich von der Einrichtung nach Fig.2 durch die Teile, die auf die Tiefpaßfilter 14,17 und 20 folgen. In F i g. 6 sind deshalb nur ouch die Elemente dargestellt, die sich von Jen Elementen der Einrichtung nach F i g. 2 unterscheiden.

Im folgenden sollen nun auch nur noch diese Elemente im einzelnen beschrieben werden.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters 17 ist mit dem Eingang eines Vollweggleichrichters 31 sowie mit dem Eingang eines SättigungsverstSrkers 39 (ein Satz nicht linearer Verstärker) verbunden; der Vollweggleichrichter 31 liefert den Absolutwert der Signalspannung. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 26 ist mit dem Eingang eines weiteren Vollweggleichrichters 32 verbunden. Wenn die Eingangssignale an den Vollweggleichrichtern 31 und 32 negativ sind, bleiben die absoluten Größen der Eingangssignale unverändert, es werden jedoch die Vorzeichen ins Positive umgekehrt Die Ausgänge der Vollweggleichrichter 31 und 32 sind mit den Eingängen eines schnellen Teilers 33 verbunden, der das Verhältnis zwischen den Ausgangssignalen der Vollweggleichrichter 31 und 32 bildet Der Ausgang des schnellen Teilers

33 ist mit dem Eingang eines Entfernungsdiskriminators

34 verbunden, der in Aufbau und Funktionsweise dem in Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Entfernungsdiskriminator 23 der obigen Ausführungsform ähnelt Der Entfemungsdiskriminator bildet also aus dem Ausgangssignal des schnellen Teilers 33 ein Ausgttgssignal, das den Abstand zu dem Gegenstand darstellt Der Ausgang des Entfernungsdiskriminators 34 ist an den Eingang einer Gatterschaltung 35 angekoppelt, deren Steueranschluß mit dem Ausgang eines Pegeldetektors 36 verbunden ist, dessen Eingang wiederum an den Ausgang des Vollweggleichrichters 31 angeschlossen ist. Die Gatterschaltung 35 läßt das Signal nur durch, wenn der Pegel des Ausgangssignal des Pegeldetektors 36 über einem vorbestimmten Pegel liegt. Der Ausgang der Gatterschaltung 35 ist mit einem der Eingänge einer

ι ο Entscheidungsschaltung 37 verbunden.

Der Ausgang des Sättigungsverstärkers 39 ist an den Eingang einer Differenzierschaltung 40 angekoppelt, deren Ausgang wiederum mit einem Eingang einer Diode 41 verbunden ist. Der Ausgang der Diode 41 ist

r> mit dem Eingang einer Verzögerungsschaltung 42, die das Signal verzögern kann, und mit dem Rückstellanschluß eines RS (einstellrückstellbaren) Flip-Flops 44 verbunden.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters 14 ist mit dem Eingang eines Sättigungsverstärkers 38 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang einer Gatterschaltung 43 verbunden ist; deren Steueranschluß ist mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung 42 verbunden. Wenn der Pegel des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung 42 einen vorbestimmten Pegel überschreitet, öffnet die Gatterschaltung 43 und läßt das Signal zu dem Einstelleingang des RS-Flip-Flops 44 durch, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Entscheidungsschaltung 37 verbunden ist.

ίο Bei diesem Momentan-Vergleichssystem kann das Verhältnis durch Bestimmung der Amplituden von mindestens zwei Dopplersignalen der gleichen Phase berechnet werden; hierdurch unterscheidet sich die vorliegende Einrichtung von der obigen Ausführungsform, bei der das Verhältnis anhand eines zeitlichen Mittelwertes berechnet wird.

Als nächstes wird die Betriebsweise beschrieben, wenn sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt. Das in Gl. (1) wiedergegebene und in F i g. 7 dargestellte Ausgangssignal e$ des Tiefpaßfilters 17 ist

rfofmr) cos ωηΔί.

Das in Gl. (1) wiedergegebene und in F i g. 7 dargestellte 4> Ausgangssignal es des Tiefpaßfilters 20 ist

— 2rh(mi) cos 6)od t.

Da die negativen Signale in ihrer Polarität mittels der Vollweggleichrichter 31 und 32 umgekehrt werden, werden von den Vollweggleichrichtern 31 und 32 die in F i g. 7 dargestellten Ausgangssignalwellenformen ei und es erhalten. Der schnelle Teiler 33 berechnet das Verhältnis zwischen den Ausgangssignalen der Vollweggleichrichter 31 und 32 Der Ausgang des schnellen Teilers ist proportional zu dem Ausdruck

rjo(m_r) cos (OcAülrJ-tfmi) cos Ot₀A t

In ähnlicher Weise, wie es in Verbindung mit der obigen Ausführungsform beschrieben ist, bildet der Entfernungsdiskriminator 34 das Ausgangssignal, das die Entfernung zu dem Gegenstand darstellt

In dem Bezugsdetektor 36 wird das Ausgangssignal des Vollweggleichrichters 31, das heißt

rjo(m_r) I cos ω^Λ t \

mit einem Bezugspegel verglichen. Wenn das Ausgangssignal den Bezugspegel überschreitet, gibt der Pegelde-

Il

tcktor 36 ein Ausgangssignal an die Gatterschaltung 35 ab. Die Gatterschaltung 35 läßt daher das Ausgangssignal des Etvfernungsdiskriminators 34 nur dann zu der Entscheidungsschaltung 36 durch, wenn das Ausgangssignal des Pegeldetektors der Gatterschaltung 35 zugeführt ist, das heißt, der Ausgangspegel des Vollweggleichrichters 31 über dem Bezugspegel liegt. Der in dem schnellen Teiler 33 verursachte Fehler kann, wenn der Pegel des Ausgangssignals

rjofnir) I cos Ui₁At \

nahe Null ist, beseitigt werden. Auf diese Weise kann dann die Entfernung zu dem Gegenstand gemessen werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise beschrieben, wenn festgestellt werden soll, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt. Das in Gl.(1) wiedergegebene und in Fig. 7 dargestellte Ausgangssignal ei? des Tiefpaßfilters 17 ist

— 2r/\ (mi) sin tu^l t.

Das sinusförmige Eingangssignal wird mittels des Sättigungsverstärkers 38 in die in Fig. 7 dargestellte Rechteckwellenform eu umgeformt. Wenn sich der Gegenstand in entgegengesetzter Richtung bewegt, wird die in F i g. 7 dargestellte Wellenform e_M erhalten, die um 180° gegenüber der Wellenform e₎₃ in der Phase verschoben ist. Das sinusförmige Eingangssignal des Tiefpaßfilters 28 wird durch den Sättigungsverstärker 39 ebenfalls in die in F i g. 7 dargestellte Rechteckwellenform eq umgeformt; das Ausgangssignal des Sättigungsverstärkers 39 wird mittels der Differenzierschaltung 40 differenziert, so daß daß die in Fig. 7 dargestellten, abwechselnd positiven und negativen Impulse eio erhalten werden. Die Diode 41 läßt nur die positiven Impulse durch, so daß das in F i g. 7 dargestellte Ausgangssignal c_u der Diode 41 erhalten wird.

Bei Anliegen des Signals von der Verzögerungsschaltung 42 läßt die Gatterschaltung 43 das Ausgangssignal des Verzögerungsverstärkers 38 τ sek. nach dem Zeitpunkt durch, in dem der Eingangsimpuls an die Vcr/ügciung^uhaiiung angelegt wirii. tvtii anderen Worten wird das Ausgangssignal des Sättigungsverstärkers 38 an den Einstelleingang des Flip-Flops 44 r sek. nach dem Zeitpunkt angelegt, in dem der Eingangsimpuls an der Verzögerungsschaltung angelegt wird, und wird in dem Flip-Flop 44 gespeichert. Der Eingangsimpuls an der Verzögerungsschaltung 42 wird auch dem Rückstelleingang des Flip-Flops 44 zugeführt so daß dieser jeweils τ stk vorher zurückgestellt ist, bevor das Ausgangssigna] des Sättigungsverstärkers an den Einstelleingang des Flip-Flops 44 angelegt wird. Die Periode 7ddes Dopple>*signals ist so gewählt, daß sie der Bedingung

genügt, so daß der Flip-Flop 44 das digitale Ausgangssignal des Verstärkers 38 hält, wenn der Ausgapgsimpuls der Verzögerungsschaltung 42 erscheint Die digitalen Signale »0« und »1« des AusgangssignaJs en des Sättigungsverstärkers 38 sind in F i g. 7 dargestellt

Es kann festgestellt werden, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt indem die digitalen Signale der in F i g. 7 dargestellten Signale es, Cm und en bestimmt werden, die um 90° in der Phase verschoben sind. Das heifit das in Fig.7 dargestellte Signal ej wird als Bezugssignal verwendet Wenn sich der Gegenstand von der Einrichtung weg bewegt, wird das in Fig. 7 dargestellte Signal en erhalten, während das in F i g. 7 dargestellte Signal e» erhalten wird, wenn sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu bewegt. Das digitale Signal am Ausgang des Flip-Flops 44 ist also »0«, wenn sich der Gegenstand von der Einrichtung weg bewegt, und ist »1«, wenn sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu bewegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 44 wird an einen Eingang der Entscheidungs-

iii schaltung 37 angelegt und wird eines der Sensorsignale der Entscheidungsschaitung 37.

Im Unterschied zu der obigen, anhand von F i g. 2 beschriebenen Ausführungsforrn ist bei dieser Ausführungsform die das arithmetische Mittel bildende

ι > Anordnung nicht vorgesehen, so daß die Empfindlichkeit beträchtlich gesteigert und festgestellt werden kann, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von ihr weg bewegt.

Die hier beschriebene Ausführungsform der erfin-

-'<> dungsgemäßen Einrichtung ist nicht auf die Messung des ruhenden Gegenstandes gerichtet; es ist jedoch auch möglich, die Entfernung zu messen, wenn sich der Gegenstand it» Ruhe befindet, das heißt, wenn COSWc^If=O ist, indem beispielsweise ein Phasenschie-

-'i ber in das Übertragungssystem eingesetzt wird, so daß die Phase des zu übertragenden Signals geändert werden kann; dieses Verfahren ist bereits bekannt.

Bei dieser Ausführungsform befinden sich, so wie es bisher beschrieben worden ist, die Ausgangssignale der

)o Tiefpaßfilter 17 und 20 in dem Momentanvergleichssystem in Phase; selbstverständlich ist aber auch eine Entfernungsmessung möglich, wenn die Ausgangssignale um 180° in der Phase verschoben sind. Für die Feststellung, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung

3i zu oder von dieser « eg bewegt, wurden Doppler-Signa-Ie verwendet, die um 90° in der Phase verschoben waren; diese Signale wurden aber nur verwendet, um die Verarbeitung der Signale zu erleichtern. Demnach können Doppler-Signale verwendet werden, die um irgendeinen Winkel, ausgenummen 180°, in der Phase verschoben sind.

Sowohl das Momentanvergleichssystem als auch die Schaltung zur Bestimmung, ob sich der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von dieser weg bewegt,'. rid in dieser Ausführungsform vorgesehen; sie können aber selbstverständlich bei Bedarf auch einzeln verwendet werden. Das Momentanvergleichssystem ist insbesondere dort vorteilhaft, wo ein sehr schnelles Ansprechen erforderlich ist; die Schaltung zur Feststellung, ob sich

λ der Gegenstand auf die Einrichtung zu oder von dieser weg bewegt, kann bei Bedarf zwischengeschaltet werden. Wenn sie beispielsweise in die obige Ausführungsform eingebaut wird, bei der die das arithmetische Mittel bildende Anordnung verwendet ist kann nicht nur die Entfernung zu dem Gegenstand mit einem höheren Grad an Genauigkeit gemessen werden, sondern es kann auch bestimmt werden, ob sich der Gegenstand von der Einrichtung weg oder auf diese zu bewegt Wenn die Schaltung in einem Gerät verwendet wird, mit dem festgestellt wird, ob sich ein Ziel nur in einer Richtung bewegt sind in der Praxis keine Betriebsfehler mehr möglich.

Eine Ausführungsform einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig.8 und die Tabelle 1 erläutert; diese Einrichtung kann als Fühler für die Auslösung eines Gassacks in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.

Mit dieser Ausführungsform der erfi'.idungsgemäBen Einrichtung kann sowohl der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Gegenstand als auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen werden, um bei Unterschreitui\f eines Mindestabstandes ein Signal für die Auslösung des Gassacks zu erhalten.

Da diese Einrichtung den bereits in Fig.2 zu erkennenden Teil enthält, sollen nur noch die Stufen beschrieben werden, die sich von der Einrichtung nach F i g. 2 unterscheiden.

Ein Vergleichsoszillator 45 schwingt mit einer Frequenz, die gleich der zweifachen FM-Frequenz ist; der Ausgang des Vergleichsoszillators 45 ist mit dem Eingang eines Frequenzteilers 46 und mit einem Eingang einer Mischstufe 19 verbunden, wie im einzelnen noch beschrieben werden soll.

Der Ausgang des Frequenzteilers 46 ist mit dem Eingang eines Mikrowellen-Oszillators 47 und mit einem Eingang einer Mischstufe 16 verbunden, wie ebenfalls noch im einzelnen erläutert werden soll. Der Ausgang des Mikroweiienosziiiators 47 ist mit einem ersten Anschluß c\ eines Zirkulator* 48 verbunden, dessen zweiter Anschluß es mit der Antenne 11 und dessen dritter Anschluß cj mit einer Mischstufe 12 verbunden sind; in der Mischstufe 12 wird das von der Antenne 11 empfangene, reflektierte Signal mit einem Teil des von dem Zirkulator 48 zugeführten Signals gemischt, um ein niederfrequentes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal der Mischstufe 12 wird einem Dämpfungsglied 51 zugeführt, welches das Eingangssignal selbsttätig in Abhängigkeit von der Intensität des empfangenen Echos dämpft. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 51 ist mit dem Eingang eines Breitbandverstärkers 13 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit den Eingängen eines Tiefpaßfilters 14 und Bandpaßverstärkern 15 und 16 verbunden ist.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters 14 ist mit den Eingängen eines Wechsel-Gleichspannungs-Umsetzers 65 und eines Frequenz/Spannungs- Umsetzers 60 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 15 ist mit einem weiteren Eingang der Mischstufe 16 verbunden, deren Ausgang auf ein Tiefpaßfilter 17 gegeben wird. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 17 ist mit den Eingängen eines Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzers 66 und eines Frequenz/Spannungs-Umsetzers 61 verbunden. Entsprechend ist der Ausgang des Verstärkers 18 mit dem anderen Eingang der Mischstufe 19 verbunden, deren Ausgangssigna! dem Eingang eines Tiefpaßfilters 20 zugeführt wird Der Ausgang des Tiefpaßfilters 20 ist mit den Eingangen eines Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzers 67 eines Frequenz/Spannungs-Umsetzers 63 verbunden.

Die Ausgänge der Frequenz/Spannungs· Umsetzer 60 und 61 sind mit den Eingängen eines Vergleichers 62 verbunden, wahrend die Ausgange der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 61 und 63 mit den Eingängen eines Vergleichers 64 verbunden sind. Die Ausgange der Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzer 65 und 66 sind mit den Eingangen einer logarithmischen Teilungsstufe 68 verbunden. Die Ausgange der Wechsel/Gleichspan nungs-Umsetzer 66 und 67 sind mit den Eingängen der logarithmischen Teilerstufe 69 verbunden.

Der Ausgang der logarithmischen Teilerstufe 68 ist über einen Entfernungsdiskriminator 22 mit einem ersten Eingang eines das arithmetische Mittel bildenden Generators 25 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Ausgang der logarithmischen Teilerstufc 69 über einen Enlfernungsdiskriminator 24 mit einem zweiten Ein

gang des das arithmetische Mittel bildenden Generators 25 verbunden. Die Ausgänge der Vergleicher 62 und 64 sind mit den dritten und vierten Eingängen des das arithmetische Mittel bildenden Generators 72 verbunden, dessen Ausgangssigna] auf einen ersten Eingang einer Entscheidungsschaltung 37 geführt wird; der zweite Eingang der Entscheidungsschaltung 37 ist mit dem Ausgang des Frequenz/Spannungs-Umsetzers 61 verbunden. Der Ausgang des Wechsel/GIeichspannungs-Umsetzers 66 ist mit dem Eingang eines automatischen Verstärkungsreglers 74 verbunden, der an das Dämpfungsglied 51 angeschlossen ist. um es zu steuern.

Im folgenden soll die Funktionsweise dieser Ausführungsform beschrieben werden. Das Ausgangssignal des Vergleichsoszillators 45 ist eine Sinuswelle mit einer Frequenz 2 /J_n, die durch den Frequenzteiler 46 in eine Sinuswelle mit der Frequenz f_m geteilt und dem Mikrowellenoszillator 47 zugeführt wird Das FM-Si gnal wird über den Zirkulator 48 von der Antenne 11 her übertragen. Der Mikroweiienosziiiator 47 besteht aus einem Festkörper-Mikrowellenoszillator. Der Zirkulator 48 ist mit der Antenne 11, der Mischstufe 12 und dem Mikrowellenoszillator 47 in der Weise verbunden, daß ein Signal von dem Mikrowellenoszillator 47 zu der Antenne Il übertragen werden kann, ohne daß es gedämpft wird; das von der Antenne 11 aufgenommene Echo kann der Mischstufe 12 zugeführt werden, ohne daß es gedämpft wird Der Zirkulator 48 kann ein Teil des Signals des Mikrowellenoszillators 47 (ungefähr - 20 db) der Mischstufe 12 zuführen. Dieses Signal wird mit dem von der Antenne 11 empfangenen Echo so gemischt, daß das niederfrequente Signal an dem Ausgang der Mischstufe 12 erhalten wird. Das Ausgangssignal an der Mischstufe 12 wird über das Dämpfungsglied 51 dem Verstärker 13 zugeführt. Der automatische Verstärkungsregler 74 vergleicht das Ausgangssignal von dem Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzer 66 mit einem Bezugssignal einer Spannung, so daß das Ausgangssignal von der Mischstufe 12 entsprechend dem von dem automatischen Verstärkungsregler 74 erhaltenen Steuersignal gedämpft werden kann, je höher also die Ausgangsspannung an dem Wechsel/Gleichspannungs Umsetzer 66 ist, um so starker wird das Ausgangssignal der Mischstufe 12 durch das Dämpfungsglied 51 gedämpft und umgekehrt. Die Änderung der Ausgangssignale der Wechsel/ Gleichspannungs-Umsetzer 65,66,67 kann daher selbst dann auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn sich das Ausgangssignal der Mischstufe 12 ändert

Das Tiefpaßfilter 14. die Bandpaßverstärker 15 und 16. die Mischstufen 16 und 19 sowie die Tiefpaßfilter 17 und 20 und ihre Funktionsweise wurden bereits oben unter Bezugnahme auf F i g. 2 naher erläutert, so daß sie nicht nochmals erörtert werden sollen.

Die in F i g. 8 eingetragenen Signalwellenformen e 15 bis e 19 ahnein den in F ι g 3 dargestellten Wellenfor men eO bis e4 Da die Relativgeschwindigkeit des Gegenstandes bei dieser Ausfuhrungsform nicht Null ist. haben die Ausgangswellenformen c 15. e 18 und e 19 der Tiefpaßfilter 14, 17 und 20 niederfrequente Wellenformen, die nur die Dopplersignalkomponenten, wie die in Fig. 3 dargestellten Wellenformen eO, e3 und c4 enthalten.

Das Ausgangssignal des Frequcnz/Spannungs-Umsetzers 60 ist die Spannung, die der Frequenz des Eingangssignals an dem Frequenz/Spannungs-Umseizer 60 proportional ist, d. h., die Frequenz des

Ausgangssignals des Tiefpaßfilters 14. Da die Frequenz des Dopplersignals proportional zur Relativgeschwindigkeit u des sich bewegenden Zieles ist, wird die Ausgangsspannung des Frequenz/Spannungs-Umsetzers 60 proportional zu der Relativgeschwindigkeit u. Entsprechend sind die Ausgangsspannungen der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 61 und 63 proportional zu der Relativgeschwindigkeit u. Die beiden Ausgangsspannungen der Frequenz/Spannungsumsetzer 60 und 61 werden in dem Vergleicher 62 miteinander verglichen, so daß der Vergleicher 62 ein Ausgangssignal Vi von »1« hat, wenn die Differenz zwischen den beiden Ausgangssignalen größer als ein vorgegebener Wert ist während das Ausgangssignal V_x den Wert »0« hat, wenn die Differenz kleiner als ein vorgegebener Wert ist

In ähnlicher Weise werden die Ausgangsspannungen der Frequenz/Spannungs-Umsetzer 61 und 63 in dem Vergleicher 64 miteinander verglichen, so daß der Vergleicher 61 in Abhängigkeit davon, ob die Differenz der Ausgangssignaie der Frequenz/Spannungs-Umseizer 61 und 63 höher oder niedriger als ein vorgegebener Wert ist ein Ausgangssignal V₂ von »1« oder »0« hat Ob die Differenz zwischen jeweils zwei Dopplersignalen an den Tiefpaßfilter 14, 17 und 20 innerhalb vorgegebener Werte liegen oder nicht, wird anhand der Ausgangssignale V, und V₂ der Vergleicher 62 und 64 festgestellt

Der Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzer 65 wandelt das Ausgangs-Wechselsignal des Tiefpaßfilters 14 in jo eine Gleichspannung um. Das heißt also, daß das Ausgangssignal V₃ des Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzers 65 eine Spannung ist die dem Ausdruck Jofm_r) proportional ist. wie man aus Gleichung (1) erkennen kann. In entsprechender Weise ist das Ausgangssignal Vt des Wechsel/Gleichspannungs-Umsetzers 66 die Ausgangsspannung, die dem Ausdruck rj\(mi) proportional ist; das Ausgangssignal V₅ des Wechsel Gleichstrom-Umsetzers 67 ist dem Ausdruck rjj(m_r) proportional. In der logarithmischen Teilerstufe 68 wird der Logarithmus von VJ Vj, d. h„ von l\(m_r)lJofm_r) erhalten. In ähnlicher Weise wird in der logarithmischen Teilerstufe 69 der Logarithmus von h(m_r)ll\(m,) erhalten. Die Ausgangsspannungen V₆ und V₇ der logarithmischen Teilerstufen 68 und 69 sind infolgedes- 4i sen proportional zu log. (J\(m,)l I₀(Wr)) bzw. log (Ji(mr)/h(m_r)).

Die Ausgangssignale V₈ und tyderEntfernungsdiskriminatoren 22 und 24 sind proportional dem Abstand zu dem Gegenstand. Der das arithmetische Mittel bildende '■« Generator 72 ist so ausgelegt daß sein Ausgangssigia! Vm in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen V₁ und V der Vergleicher 62 und 64 einen der in Tabelle I angegebenen Werte haben kann. Der das arithmetische Mittel bildende Generator 62 gibt al<o aas Signal, dj* ü den Abstand zu dem Gegenstand darstellt, nur dann ab. wenn die Differenz zwischen mindestens zwei Doppler Signalen von den Tiefpaßfiltern 14, 17 und 20 kle>nT als ein vorgegebener Wert ist

Wenn die Differenz zwischen zwei Dopplersignalrn «> von den Tiefpaßfiltern 14, 17 und 20 kleiner als dieser Wert ist, liefert der Generator 72 ein Signal, welches das arithmetische Mittel von zwei unabhängig voneinander gemessenen Abständen ist.

Aus Fig. I ist folgendes zu erkennen: Wenn der *>'■> Modulationsindex m_rklein ist.d. h.. wenn der Abstand zu dem Gegenstand gering ist, wird der Ausdruck li(m_r). verglichen mit den Werten /o/Vn-) und l\(m_r), sehr klein.

so daß der durch das Ausgangssignal Vg dargestellte Abstand zu dem Gegenstand zuverlässiger und exakter ist als der durch das Ausgangssignal V₉ dargestellte Abstand. Wenn der Modulationsindex rorgroß ist, ist der durch das Ausgangssignal V₉ dargestellte Abstand zu dem Gegenstand zuverlässiger und genauer als der durch das Ausgangssignal Vg dargestellte Abstand. Da jedoch die Größen Jofw_r), h(m_r) und Jifnir) aus den Störungen der Dopplenrignale bestimmt werden, die an den Tiefpaßfiltern 14,17 und 20 erhalten werden, ist in jedem Fall das den Abstand zu dem Gegenstand darstellende Ausgangssignal Vjo sehr zuverlässig und exakt

Die Entscheidungsschaltung 37 ist so ausgelegt daß das Betätigungssignal für den Gassack nur erhalten wird, wenn die Relativgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert übersteigt wenn gleichzeitig j-*r Quotient der durch Teilen der von dem Frequenz/Spannungsumsetzer 61 erhaltenen Ausgangsspannung durch das Ausgangssignal V₁₀ erhalten wird, einen vorgegebenen Wert übersteigt und der Ausgangswert Vjo nicht 0 ist Der Gassack wird also nur unmittelbar vor dem Zusammenstoß des Fahrzeugs mit dem Gegenstand ausgelöst und aufgeblasen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden durch Umwandlung der Dopplersignale erhaltene Gleichspannungssignale zur Berechnung des Intensitätsverhältnisses verwendet; dabei wird beispielsweise der zeitliche Mittelwert der Intensitätsverhältnisse berechnet

Bei dieser Ausführungsform kann ein zwischen 1 und 3 m liegender Abstand eines Gegenstandes von einem Fahrzeug mit einer Genauigkeit von ± 20% gemessen werden, wenn der Frequenzhub 4/= 10 MHz ist Bei den bekannten Einrichtungen liegt der Systemfehler AR in der Größenordnung von 4 m, so daß eine solche Einrichtung bei den oben erwähnten, kurzen Abständen nicht mit der erforderlichen Genauigkeit messen kann. Aus diesem Grunde kann die bekannte Einrichtung nicht als Fühler für die Auslösung des Gassacks in einem Fahrzeug verwendet werden, das hauptsächlich im Stadtverkehr benutzt wird.

Außerdem wird der Gassack nur dann betätigt wenn sich das Fahrzeug auf den Gegenstand zu bewegt Wenn das Fahrzeug an dem Gegenstand vorbeifährt oder wenn sich der Gegenstand quer zum Fahrzeug bewegt, erfolgt keine Betätigung des Gassacks.

Wie bereits oben angedeutet wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Abstand zu dem Gegenstand aus den Intensitätsverhaltnissen von Dopplersignalen und nicht durch direkte Bestimmung der Frequenz des Ausgangssignals der Mischstufe gemessen, so daß diese Einrichtung keinen Systemfehler hat und nicht auf einen Mindestab'tand von dem Gegenstand begrenzt im Bei den bekannten Einrichtungen nimmt der Fehler zj. wenn nicht Δΐ> ist; bei der

Einrichtung nach der Erfindung kann die durch utm bedingte (irenze durch Änderungen der Kenndaten der Entfernungsdiskriminaioren verringert werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet mit einem Amplitudenvergleich, so daß die Abstandsmessung nicht nachteilig durch eine Intensitätsänderung des Echos beeinflußt wird. Weiterhin werden die Dopplersignale unabhängig davon bestimmt, ob die Relativgeschwindigkeit des Gegenstandes oder der Abstand zu dem Gegenstand gemessen und miteinander verglichen werden, so daß sich die Relativgeschwindigkeit sehr

exakt bestimmen läßt Weiterhin ist aus den Kenndaten der Entfernimgsdiskrirainatoren 22 und 24 (siebe F i g. 4 und 5) zu erkennen, daß kürzere Abstände sogar mit einem höheren Grad an Genauigkeit gemessen werden können. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Oberwellen bis zur zweiten Oberwelle verwendet; selbstverständlich kann aber auch mit höhereren Oberwellen gearbeitet werden, wodurch sich die Relativgeschwindigkeit des Gegenstandes und der Abstand zwischen Fahrzeug und Gegenstand noch exakter ermitteln läßt

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug mittels ausgesandter und reflektierter, frequenzmodulierter, kontinuierlicher Wellen mit einer Anordnung zur Abtrennung eines Doppler-Signals von einer durch Mischen der ausgesandten und reflektierten Welle erhaltenen niederfrequenten Welle und zur Abtrennung einer Grundwelle und von Oberwellen der Modulationsfrequenz sowie zur Ableitung von Doppler-Signalen aus den beiden letzteren, weiterhin mit einer Anordnung zur Gleichrichtung der abgetrennten bzw. abgeleiteten Doppler-Signale, mit einer Anordnung zur Berechnung des Intensitätsverhältnisses zwischen wenigstens zwei der so gewonnenen Gleichstromsignale sowie mit einer Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zu dem Gegenstand aus dem berechneten Verhältnis, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die Anordnung zur Gleichrichtung ist als Vollweggleichrichter (31, 32; 65, 66, 67) ausgebildet, und

b) es ist eine Anordnung (65, 66, 67, 68, 69) zur Berechnung des Intensitätsverhältnisses im zeitlichen Mittel vorgesehen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anordnung (72) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes <·οη mindestens zwei Intensitätsverhältnissen.

3. Einrichtung nach einen: der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Bestimmung der Richtung der Relativbewegung des Gegenstandes in bezug auf das Landfahrzeug ein erstes Tiefpaßfilter (29) für eines der Doppler-Signale, einen ersten Sättigungsverstärker (38) zur Umformung des Ausgangssignals des ersten Tiefpaßfilters (29) in eine Rechteckwelle, ein zweites Tiefpaßfilter (2·) für ein weiteres Doppler-Signa*. einen zweiten Sättigungsverstärker (39) zur Umformung des Ausgangssignals des zweiten Tiefpaßfilters (28) in eine Rechteckwelle, eine Differenzierschaltung (40) für das Ausgangssignal des zweiten Sättigungsverstärkers (39), eine nur die positive Komponente des differenzierten Signals durchlassende Diode (41), eine Verzögerungsschaltung (42) für das positive, differenzierte Signal, ein Verknüpfungsglied (43), welches die Rechteckwelle vom ersten Sättigungsverstärker (38) nur dann durchläßt, wenn der Pegel des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung (42) über einem vorgegebenen Wert liegt, und ein RS-Flip-Flop (44) aufweist, das in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Ver knüpfungsgliedes (43) gesetzt und der Diode (41) zurückgesetzt wird und ein Signal erzeugt, wenn sich der Gegenstand auf das Landfahrzeug zu bewegt

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine die Frequenz mindestens eines der Doppler-Signale bestimmende Anordnung (60, 61, 62, 63, 64) zur Feststellung der Relativgeschwindigkeit des Gegenstandes in bezug auf das Landfahrzeug.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug mittels ausgesandter und reflektierter, frequenzmodulierter, kontinuierlicher Wellen der im

5 Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die Grundlagen der Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe des elektromagnetischen Doppler-Effektes werden in »ATM I960«, Lieferung 293 (Juni), V 143-4 (Seiten 109 -112) erläutert

ίο Dabei wird auch ein richtungsempfindliches Doppler-Verfahren beschrieben, bei dem der Richtungssinn der Bewegung ermittelt werden kann (s. Bild 6).

Es ist weiterhin bekannt den Mittelwert von mehreren Entfernungs-Meßergebnissen zu bilden, die mit einer mit ausgesandten und reflektierten modulierten kontinuierlichen Wellen arbeitenden Abstandsmeßeinrichtung gewonnen wurden (Zi. V. 1968, 11 S. 439-445; Japan Electronic Engineering 1971,56 (Juli) 30-32 und 34-36). Dabei werden beispielsweise 1000 Entfernungsmessungen durchgeführt und die Ergebnisse gemittelt, wodurch eine Genauigkeit von ± 1 cm garantiert werden kann.

Eine Einrichtung zur Messung des Abstandes eines Gegenstandes von einem Landfahrzeug der angegebe nen Gattung ist aus der US-PS 31 82 323 bekannt Dabei können jedoch offensichtlich nur Abstände gemessen werden, die weit über 10 m liegen, wobei ausdrücklich Geschwindigkeiten von ca. 170 km/h und maximale Abstände von ca. 150 m erwähnt werden. Als Beispiel wird aus einem üblichen, erhaltenen Signal ein Abstand von ca. 50 m berechnet

Eine solche Einrichtung sollte jedoch auch in der Lage sein, die relativ geringen Abstände, wie sie beispielsweise im Stadtverkehr auftreten, genau zu messen und ggf.

ein Warnsignal auszulösen, wenn eine untere Grenze des Abstandes unterschritten wird.

Im Stadtverkehr treten jedoch Abstände zwischen Kraftfahrzeugen auf, die im allgemeinen weniger als 3 m betragen, so daß die bekannte EinrioL'ung nicht für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen im Stadtverkehr geeignet ist

Ein weiteres Problem bei der Messung des Abstandes von Landfahrzeugen zu einem Gegenstand liegt darin, daß die reflektierten und wieder empfangenen Wellen nicht die nahezu uleale Wellenform der ausgesandten Wellen haben, sondern relativ stark verzerrt sind. Diese Verzerrungen lassen sich auf folgende Ursachen zurückfuhren: