DE2364519A1

DE2364519A1 - Einrichtung zum emitteln der entfernung und/oder der differenzgeschwindigkeit zwischen einem fahrzeug und einem objekt

Info

Publication number: DE2364519A1
Application number: DE2364519A
Authority: DE
Inventors: Guenter Hahlganss
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1973-12-24
Filing date: 1973-12-24
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2364519C2

Description

VDO * 5 FRANKFURT/MAIN 90

ADOLF SCHINDLING GMBH GRÄFSTRASSE 103

Einrichtung zum Ermitteln der Entfernung und/oder der Differenzgeschwindigkeit zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt. _____

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ermitteln der Entfernung und/oder der Differenzgeschv/indigkeit zwischen einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, und einem in Fahrtrichtung vor diesem befindlichen Objekt, mit einer Sendestufe, die ein Signal mit einer im Zentimeterwellenbereich liegenden Wellenlänge erzeugt und .von einem pseudostatistischen Taktgenerator angesteuert Signalimpulse aussendet, einer Empfangsstufe mit einem Frequenzumsetzer, der die Frequenz der empfangenen Signalimpulse in. eine Zwischenfrequenz umsetzt, und einem diesem nachgeschalteten Zwischenfrequenzverstärker, der gleichgerichtete Zwischenfis}uenzimpulse abgibt, und mit einer Auswertungsstufe, die mit dem Taktgenerator und dem Verstärker in Verbindung steht.

Bei diesen Einrichtungen, die nach dem Radarprinzip arbeiten, werden von der Sendestufe eines Fahrzeugs hochfrequente Signalimpulse ausgesendet, die, wenn sie beispielsweise auf ein vorausfahrendes Fahrzeug treffen, an diesem reflektiert werden und von der Empfangs stufe' aufgenommen v/erden können. Aus der Laufzeit der einzelnen Signalimpulse von der Sendestufe zum Objekt und zurück zur Empfangsstufe kann die Entfernung und gegebenenfalls die Differenzgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Objekt ermittelt werden.

Diese Einrichtungen haben hauptsächlich die Aufgabe, den Fahrzeugführer insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen, wie beispielsweise bei Nebel, starkem Regen oder bei Dunkelheit, rechtzeitig vor in der Fahrtrichtung seines Fahrzeugs auftauchenden Objekten, wie vorausfahrenden, entgegenkommenden oder stehenden Fahrzeugen oder anderen Hindernissen zu warnen, so d?ß er

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entsprechende Maßnahmen zur Verhinderung eines Unfalls ergreifen kann. Obwohl die Einrichtungen bevorzugt in Kraftfahrzeugen Verwendung finden sollen, eignen sie sich auch für schienengebundene Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge, wie Hubschrauber und senkrecht startende und landende Flugzeuge.

Bei Ausrüstung einer Vielzahl von Fahrzeugen mit diesen Einrichtungen kann es insbesondere bei straßen- und schienengebundenen Fahrzeugen geschehen, daß die Einrichtungen der einzelnen Fahrzeuge sich gegenseitig stören, also beispielsweise die von einer Sendestufe eines Fahrzeugs abgegebenen Signalimpulse von der Empfangsstufe eines anderen Fahrzeugs aufgenommen und als Echoimpulse verarbeitet werden. Die Folge ist, daß Fehlwarnungen auftreten, die den Nutzen einer derartigen Einrichtung erheblich mindern.

Bei einer bekannten Einrichtung v/erden diese Fehlwarnungen durch einen pseudostatistischen Taktgenerator und mehrere aufeinanderfolgenden Abstahdsbereichen entsprechende Entfernungstore ausgeschaltet, von denen jedes mit einem Referenzsignal und den empfangenen Signalimpulsen beaufschlagt ist und jedem ein Korrelator zugeordnet ist, der erst nach mehrmaligem Durchschalten eines Entfernungstores ein Signal an das mit diesem verbundene Anzeigegerät abgibt. Die Verwendung eines pseudostatistischen Taktgenera^tors hat zur Folge, daß sich der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender ausgesendeter Signalimpulse in bestimmten Grenzen dauernd willkürlich ändert und infolgedessen die an einem Objekt reflektierten und empfangenen Signalimpulse einen zeitlich konstanten Abstand zu den Taktgeneratorimpulsen besitzen, während der zeitliche Abstand der Signalimpulse von anderen Fahrzeugen zu den Taktgeneratorimpulsen sich dauernd ändert. Durch diesen zeitlichen Synchronismus zwischen den reflektierten und empfangenen Signalimpulsen

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einerseits und den Taktimpulsen andererseits gelangen erstere immer zum gleichen Entfernungstor, wodurch dies mehrmals durchgeschaltet wird und ein Signal an das Anzeigegerät abgibt. Voraussetzung ist allerdings, daß die Zahl der ausgesendeten Signalimpulse pro Zeiteinheit so groß ist, daß für eine bestimmte Anzahl von Signalimpulsen der sich ändernde Abstand zwischen Fahrzeug und Objekt als konstant angesehen werden kann, mit anderen Worten, die Abstandsänderung zwischen Fahrzeug und Objekt den Synchronismus nicht meßbar beeinflußt. Dies läßt sich ohne Schwierigkeiten realisieren.

Diese bekannten Maßnahmen zur Ausschaltung von Fehlwarnungen durch Fremdsignalimpulse haben den Nachteil, daß sie nur mit erheblichem Aufwand an Bauteilen realisierbar sind. So ist für jeden Abstandsbereich ein UND-Gatter und ein Integrierglied erforderlich. Bei einer Entfernungsauflösung von 10 Metern und einer üblichen Reichweite der Einrichtung von 150 - 200 Metern werden also 15 bis 20 UND-Gatter und ebensoviele Integrierglieder benötigt. Wird eine höhere Auflösung, beispielsweise von 5 Metern gefordert, so verdoppelt sich die angegebene Zahl der UND-Gatter und Integrierglieder. Hinzu kommt, daß es erhebliche Schwierigkeiten bereitet, aus dem vom Korrelator abgegebenen Signal eine Analogspannung zu gewinnen, wie sie beispielsweise für die Weiterverarbeitung in einem Analogrechner benötigt wird. Solche Analogrechner sind insbesondere erforderlich, wenn die Einrichtung zum Steuern bestimmter Vorgänge im Fahrzeug verwendet werden soll.

Diese Schwierigkeiten und Nachteile sollen durch die Erfindung überwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Ausschaltung von Fehlwarnungen durch Fremdsignalimpulse zu treffen, die insbesondere auch bei hoher EntfernungεaufIosung mit einem möglichst geringen ,Aufwand an Bauteilen realisierbar sind.

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Ausgehend von der eingangs beschriebenen Einrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ,zwischen dem Verstärker und,der Auswertungsstufe ein in sich geschlossenes, taktbares Laufzeitsystem vorgesehen ist, das durch jeden Taktimpuls des Taktgenerators in Betrieb setzbar ist und nach einem vollständigen Umlauf, dessen Zeitdauer höchstens gleich dem kürzesten Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen ist, stillgesetzt ist, und Mittel vorgesehen sind, die die im gleichen zeitlichen Abstand zum jeweiligen Taktimpuls in das Laufzeitsystem eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse erfassen.

Durch das jeweilige Inbetriebsetzen des in sich geschlossenen und taktbaren Laufzeitsystems durch die einzelnen; Taktimpulse . gelangen die von einem Objekt reflektierten Signalimpulse,, die ja unter obiger Voraussetzung einen zeitlich konstanten Abstand^ zu den Taktimpulsen besitzen, bezogen auf den Umlaufbeginn immer zum gleichen Zeitpunkt in das Laufzeitsystem, so daß sie sich, aufsummieren. Die Fremsignalimpulse dagegen gelangen bezogen ._; auf den Umlaufbeginn zu unterschiedlichen Zeitpunkten in das Laufzeitsystem und summieren sich somit nicht. Infolgedessen . bildet sich nach einigen Umläufen des Laufzeitsystems ein Impuls mit einer die Amplitude aller anderen Impulse überragenden Amplitude aus, der durch die vorgesehenen Mittel erfaßt wird. Die Zeitlage dieses Impulses bezogen auf den Umlaufbeginn bzw. den vorausgegangenen Taktimpuls kann, dann zur Ermittlung des Abstandes von Fahrzeug und Objekt herangezogen werden. Ebenso ist aber auch eine Ermittlung des_fAbStandes durch Auswertung der Amplitude möglich.

Da das Laufzeitsystem mit einer Dämpfung behaftet ist, vermindert sich die Amplitude der in das Laufzeitsystem eingegebenen Impulse bei jedem Umlauf um einen bestimmten Betrag, so daß nach einer

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gewissen Zahl von Umläufen die Fremdsignalimpulse und nach einer weiteren Zahl von Umläufen auch die Summenimpulse vollständig gelöscht sind. Unter Umständen kann diese auf der Eigendämpfung des Laufzeitsystems beruhende Amplitudenverminderung der Impulse zu gering sein, so daß dieses nach einige?Zeit mit einer nahezu konstanten Spannung belegt wäre, die ein Erfassen des Summenimpulses unterbinden würde. Um dies zu verhindern, sind am zweckmäßigsten Mittel zum Löschen aller in das Laufzeitsystem eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dies dadurch realisiert, daß in das in sich geschlossene Laufzeitsystem mindestens ein Dämpfungsglied oder ein Teiler eingeschaltet ist, das bzw. der bei jedem Umlauf der Zwischenfrequenzimpulse die Amplitude derselben um einen Teilbetrag mindert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist als Laufzeitsystem eine taktbare ladungsgekoppelte Laufzeitkette vorgesehen, deren Ausgang mit ihrem Eingang in Verbindung steht. Bei dieser als Eimer-Ketten-Schaltung bzw. chargecoupled device bekannten- Laufzeitkette handelt es sich um ein handelsübliches Bauteil, was sich günstig auf die Fertigung der Einrichtung auswirkt. Anstatt einer derartigen Laufzeitkette kann auch ein Laufzeitsystem Verwendung finden, das aus einem'Analog-Digital-Wandler, einem diesem nachgeschalteten Schieberegister und einem an dessen Ausgang angeschlossenen Digital-Analog-Wandler aufgebaut ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers in Verbindung steht.

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Zum Erfassen der im gleichen zeitlichen Abstand zum jeweiligen Taktimpuls in das Laufzeitsystem eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse ist am zweckmäßigsten ein Komparator vorgesehen, der die Zwischenfrequenzimpulse mit einem vorgegebenen Referenzsignal vergleicht.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild enthält, näher erläutert.

Die Einrichtung umfaßt eine Sendestufe 1, eine Empfangsstufe 2, eine Auswertungsstufe 3 und eine akustische und/oder optische Anzeigestufe 4.

Die Sendestufe 1 enthält einen Gunn-Oszillator 5, der ein Signal mit einer Frequenz von 9.26 GHz erzeugt. Dieses Signal gelangt über einen Richtkoppler 6, in dem ein Teil der Signalenergie für einen Frequenzregelkreis 7 ausgekoppelt wird, und einen Isolator 8 zu einem Diodenschalter 9 und von dort zur Sendeantenne 10, die als Hornantenne ausgebildet ist. Der Diodenschalter 9 ist von einem pseudostatistischen Taktgeber 11 angesteuert, so daß über die Antenne eine Vielzahl kurzer Signalimpulse pro Zeiteinheit, deren zeitlicher Abstand zueinander dauerndvariiert, abgegeben wird. Die am Diodenschalter 9 unter Umständen auft-retenden Signalreflexionen, die auf den Oszillator 5 zurückwirken können, werden im Isolator 8 auf ein unwirksames Maß gedämpft.

Die von einem Objekt reflektierten Signalimpulse sowie andere, unreflektierte Signalimpulse anderer Fahrzeuge werden von einer Empfangantenne 12, die ebenfalls als Hornantenne ausgebildet ist, aufgenommen und einem Frequenzumsetzer, in vorliegendem Fall einem Mischer 13, zugeleitet, der die Frequenz der empfangenen Signalimpulse in eine Zwischenfrequenz von ungefähr 160 MBIz umsetzt. Das dazu benötigte Überlage-rungs-

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frequenzsignal liefert ein weiterer Gunn-Oszillator 14, der auf einer Frequenz von 9,42 GHz arbeitet. Das Ausgangssignal des Mischers 13 wird einem logarithmischen Verstärker 15 ' zugeführt, der verstärkte und gleichgerichtete Zwischenfrequenzimpulse abgibt. Um sicherzustellen, daß die Zwischenfrequenz stets innerhalb der Frequenzbandbreite des logarithmischen Verstärkers 15 liegt, ist ein Frequenzregelkreis 7 für den Gunn-Oszillator 14 vorgesehen.

Der Frequenzkreis 7 umfaßt einen Mischer 16, dessen einer Eingang über den Richtkoppler 6 mit dem Sendeoszillator 5 und dessen anderer Eingang über einen Leistungsteiler 17 mit dem Überlagerungsoszillator 14 verbunden ist. Um eine Überkopplung des vom Sendeoszillator erzeugten Signals auf den an die Empfangsantenne 12 angeschlossenen Mischers 13 zu verhindern, befindet sich zwischen dem Mischer 16 und dem Leistungsteiler 17 ein Isolator 18. Das von dem Mischer 16 gebildete Zwischenfrequenzsignal gelangt über einen Verstärker 19 zu einem Frequenz-Spannungs-Wandler 20. Dieser erzeugt bei einer Frequenzabweichung eine dieser proportionale Ausgangsspannung, die über einen Verstärker 21 dem Steuerelement des Gunn-Oszillator 14, beispielsweise einer im Schwingkreis des Oszillators befindlichen Kapazitätsdiode, zugeführt wird.

Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 15 ist mit einer ladungsgekoppelten Laufzeitkette 22 verbunden, die, durch Zurückführen ihres Ausgangs auf den Eingang in sich geschlossen ist. Die Laufzeitkette 22'ist von einem Taktgenerator 23 angesteuert, dessen Impulsfolgefrequenz so gewählt ist, daß die für einen vollständigen Umlauf benötigte Zeitdauer höchstens gleich dem kürzesten Zeitinterval3]fzv/i sehen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpuls en des Taktgeherators 11 ist. Die Ansteuerung der aus Laufzeitkette 22 und Taktgenerator 23 bestehenden Baugruppe erfolgt durch den Taktgenerator 11 über

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ein Monoflop 24 und ein UND-Gatter 25 derart, daß der Umlauf der in der Laufzeitkette 22 befindlichen Zwischenfrequenzimpulse bei jedem Taktimpuls beginnt und nach einer durch das Monoflop 24 vorgegebenen Zeit, in der ein vollständiger Umlauf stattgefunden hat, endet.

Aufgrund dessen und unter der Voraussetzung, daß die Zahl der pro Zeiteinheit ausgesendeten Signalimpulse groß ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel gibt der Taktgenerator Impulse mit einer mittleren Folgefrequenz von 30 KHz ab -, summieren sich die Zwischenfrequenzimpulse, die von einem an einem Objekt reflektierten Sighalimpuls herrühren, auf, da sie bezogen auf den Umlaufbeginn der Laufzeitkette 22 immer zum gleichen Zeitpunkt in die Laufzeitkette 22 gelangen, während die anderen Zwischenfrequenzimpulse, die beispielsweise von Signalimpulsen anderer Fahrzeuge herrühren, zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Eingang der Laufzeitkette*22 eintreffen und sich infolgedessen nicht addieren. Die Amplituden der sich aus mehreren Zwischenfrequenzimpulsen zusammensetzenden Impulse werden bei jedem Umlauf in einen Komparator 26 mit einer vorgegebenen Referenzspannung verglichen. Sobald die Amplitude eines dieser Impulse die Referenzspannung erreicht oder überschreitet, gibt der Komparator 26 ein Signal an die Auswertungsstufe 3. Der zeitliche Abstand zwischen diesem Signal und dem vorhergehenden Taktimpuls des Taktimpulsgebers 11-, der ebenfalls an die Auswertungsstufe 3 angeschlossen ist, ist ein Maß für die Entfernung des Fahrzeugs von einem Objekt und die Änderung des zeitlichen Abstandes pro Zeiteinheit ein Maß für die Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt.

Zur Sicherstellung einer vollständigen Löschung der in die Laufzeitkette 22 eingegebenen Fremdimpulse und aufsummierten

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Impulse nach einer Zahl von Umläufen, kann, wenn die Eigendämpfung der Laufzeitkette 22 pro Umlauf zu gering ist, in die Rückführungsleitung ein Dämpfungsglied 27 eingeschaltet sein.

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Claims

Patentansprüche.

Einrichtung zum Ermitteln der Entfernung und/oder der Differenzgeschwindigkeit zwischen einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, und einem in Fahrtrichtung vor diesem befindlichen Objekt, mit einer Sendestufe, die ein Signal mit einer im Zentimeterwellenbereich liegenden Wellenlänge erzeugt und von einem pseudostatistischen Taktgenerator angesteuert Signalinipulse aussendet, einer Empfangsstufe mit einem Frequenzumsetzer, der die Frequenz der empfangenen Signalimpulse in eine Zwischenfrequenz umsetzt, und einem diesem nachgeschalteten Zwischenfrequenzverstärker, der gleichgerichtete Zwischenfrequenzimpulse abgibt, und mit einer Auswertungsstufe, die mit dem Taktgenerator und dem Verstärker in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verstärker (15) und der Auswertungsstufe (3) ein in sich geschlossenes, taktbares Laufzeitsystem (22) vorgesehen ist, das durch ,jeden Taktimpuls des Taktgenerators (11) in Betrieb setzbar ist und nach einem vollständigen Umlauf, dessen Zeitdauer höchstens gleich dem kürzesten Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen ist, stillgesetzt ist, und Mittel (26) vorgesehen sind, die die im gleichen zeitlichen Abstand zum jeweiligen Taktimpuls in das Laufzeit-. system (22) eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse erfassen.
2./ Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Laufzeitsystem eine taktbare ladungsgekoppelte Laufzeitkette (22) vorgesehen ist, deren Ausgang mit ihrem Eingang in Verbindung steht.

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3'./ Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufzeitsystem aus einem Analog-Digital-Wandler, einem diesem nachgeschalteten Schieberegister und einem an dessen Ausgang angeschlossenen Digital-Analog-Wandler besteht, dessen Ausgang mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers in Verbindung steht.
4./ Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (27) zum Löschen aller in das Laufzeitsystern (22) eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse vorgesehen sind.
5./ Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das in sich geschlossene Laufzeitsystem (22) mindestens ein Dämpfungsglied (27) oder ein Teiler eingeschaltet ist, das bzw. der bei jedem Umlauf der Zwischenfrequenzimpulse die Amplitude derselben um einen Teilbetrag mindert.
6./ Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der im gleichen zeitlichen Abstand zum jeweiligen Taktimpuls in das Laufzeitsystem (22) eingegebenen Zwischenfrequenzimpulse ein Komparator (26) vorgesehen ist, der die Zwischenfrequenzimpulse mit einem vorgegebenen Referenzsignal vergleicht.

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