DE2408596C2

DE2408596C2 - Einrichtung zum Ermitteln der Differenzgeschwindigkeit zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt

Info

Publication number: DE2408596C2
Application number: DE2408596A
Authority: DE
Inventors: Heinz 6370 Oberursel Allerdist; Günter 6239 Kriftel Hahlganß
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2408596A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Ermitteln der Differenzgeschwindigkeit und gegebenenfalls des Abstandes 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 Taktgenerator angesteuert Signalimpulse aussendet, einer Empfangsstufe, die die empfangenen Signalimpulse in Zwischenfrequenzimpulse umsetzt, und einer daran angeschlossenen Auswertungsschaltung, die Mittel zum Erzeugen von Abstandssignalen mit einer der ίο jeweiligen Zeitdifferenz zwischen einem Zwischenfrequenzimpuls und dem diesem zugeordneten Taktimpuls proportionalen Amplitude und eine Differenzierstufe zur Gewinnung eines Differenzgeschwindigkeitssignals aus den Abstandssignalen enthält

Bei einer derartigen Einrichtung, die nach dem Radarprinzip arbeitet werden von der Sendestufe eines Fahrzeugs hochfrequente Signalimpulse ausgesendet die nach Reflexion beispielsweise an einem vorausfahrenden Fahrzeug von der Empfangsstufe wieder

μ aufgenommen werden. Aus der Laufzeit der einzelnen Signalimpulse von der Sendestufe zum Objekt und zurück zur Empfangsstufe kann die Entfernung und durch Differentiation des Entfernungs- bzw. Abstandssignals die Differenzgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Objekt ermittelt werden.

Diese Einrichtungen dienen dem Zweck, den Fahrzeugführer insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen, wie beispielsweise bei Nebel, starkem Regen oder bei Dunkelheit, rechtzeitig vor einem in Fahrtrichtung seines Fahrzeugs auftauchenden Objekt wie einem vorausfahrenden, entgegenkommenden oder stehenden Fahrzeug oder einem anderen Hindernis zu warnen, so daß er entsprechende Maßnahmen zur Verhinderung eines Unfalls ergreifen kann. Obwohl derartige 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 diesen Einrichtungen, die im allgemeinen für eine Reichweite von 100 bis 150 Metern konzipiert sind, kann es geschehen, daß bei einem plötzlichen seitlichen Eintritt eines beispielsweise außerhalb des Fahrbahnrandes ruhenden Objekts in das Radarstrahlenbündel in einer zur Reichweite vergleichsweise geringeren Entfernung die Auswertungsschaltung zu Beginn der Objekterfassung kurzzeitig eine stark überhöhte Differenzgeschwindigkeit ermittelt. Die Auswertungsschaltung geht hierbei, zumindest bei der Auswertung des ersten vom Objekt reflektierten Signalimpulses davon aus, daß das Objekt zwischen zwei Sendeimpulsen von außerhalb des Reichweitegebiets entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs bis zu der Stelle gelangt ist wo es zum ersten Mal erfaßt wird, also von einer sehr hohen Eigengeschwindigkeit des Objekts, die in der Größenordnung von mehreren hundert Kilometern pro Stunden liegen kann. Hierdurch können, wenn auch nur kurzzeitig, Fehlwarnungen entstehen, die den Fahrzeugführer irritieren und ihn zu einer falschen Handlungsweise verleiten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, bei der solche Fehlwarnungen mit möglichst geringem Aufwand wirksam unterdrückt werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Auswertungsschaltung parallel zur genannten Differenzierstufe eine weitere Differenzierstufe und ein dieser nachgeschalteter

Schwellwertschalter vorgesehen ist, der bei Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Amplitudenwertes des Ausgangssignals der weiteren Differenzierstufe die Differenzierstufe zur Gewinnung des Differenzgeschwindigkeitssignals unwirksam schalte i.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei Ermittlung einer Differenzgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt die höher als ein bestimmter, wählbar vorgegebener Wert ist, die Ermittlung der Differenzgeschwindigkeit abgebrochen ι ο wird, bis sich normale bzw. zulässige Verhältnisse eingestellt haben. Fehlwarnungen der oben beschriebenen Art können somit nicht mehr auftreten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Schwellwertschalter ein Komparator vorgesehen, der die Amplitude des Ausgangssignals der weiteren Differenzierstufe mit der eines bestimmten vorgegebenen Signals vergleicht Sobald die Amplitude des Ausgangssignals der weiteren Differenzierstufe die des vorgegebenen konstanten Signals übersteigt, gibt der Komparator ein Steuersignal ab, das die Differenzierstufe zur Gewinnung des Differenzgeschwindigkeitssignals unwirksam schaltet

Die Differenzierstufen können an und für sich nahezu beliebig aufgebaut sein. Es hat sich jedoch im Hinblick auf das zu differenzierende Signal als zweckmäßig erwiesen, jede Differenzierstufe aus einem Kondensator und einem diesem nachgeschalteten Operationsverstärker aufzubauen.

Die Ansteuerung der Differenzierstufe zur Gewinnung des Differenzgeschwindigkeitssignals durch den Komparator erfolgt am zweckmäßigsten dadurch, daß der Komparatorausgang mit dem Gate eines Feldeffekttransistors verbunden ist dessen Drain-Source-Strecke dem Gegenkopplungswiderstand des Operationsverstärkers der Differenzierstufe parallel geschaltet ist. Hierbei wird das Unwirksamschalten der Differenzierstufe durch Überbrücken des Gegenkopplungswiderstandes mit der im angesteuerten Zustand niederohmiger. Drain-Source-Strecke erreicht was eine starke Herabsetzung der Verstärkung des Operationsverstärkers und damit eine Unterdrückung eines unzulässig hohen Differenzgeschwindigkeitssignals zur Folge hat

Für eine einwandfreie Differenzierung des Abstandssignals, die für eine wirksame Fehlwarnungsunterdrükkung der oben beschriebenen Art mit entscheidend ist, ist die Erzeugung eines einwandfreien Abstandssignals von wesentlicher Bedeutung. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Erzeugung derartiger Abstandssignale dadurch sichergestellt, daß ein Flipflop vorgesehen ist, dessen Setzeingang mit dem Taktgenerator und dessen Reset-Eingang mit dem Ausgang der Empfangsstufe in Verbindung steht und dessen Ausgang mit einem Digital-Analog-Wandler verbunden ist Hierbei werden durch das Flipflop Impulse und einer der Zeitdifferenz zwischen einem Zwischenfrequenzimpuls und dem diesem zugeordneten Taktimpuls entsprechenden Impulsdauer geliefert, von denen jeder in dem Digital-Analog-Wandler in eine Spannung mit einer der Impulslänge proportionalen Amplitude umgewandelt wird. Der Digital-Analog-Wandler enthält zu diesem Zweck einen kapazitiven Kreis mit einer großen Lade- und einer kleinen Entladezeitkonstante.

Um sicherzustellen, daß das Flipflop sich bei jedem ^ eintreffenden Taktimpuls wieder in seiner Ausgangslage befindet, empfiehlt es sich, den zweiten Reset-Eingang des Flipflops mit dem Ausgang eines vom Taktgenerator angesteuerten Monoflops zu verbinden.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel enthält näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung und

F i g. 2 ein Schaltbild eines Teils der Auswerteschaltung.

Die Einrichtung umfaßt, wie aus F i g. 1 hervorgeht eine Sendestufe 1, eine Empfangsstufe 2, eine Auswertungsschaltung 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 afs Hornantenne ausgebildet ist Der Diodenschalter 9 ist von einem pseudostatistischen Taktgeber 11 angesteuert so daß über die Antenne 10 eine Vielzahl kurzer Signalimpuise pro Zeiteinheit deren zeitlicher Abstand zueinander dauernd variiert abgegeben wird. Die am Diodenschalter 9 unter Umständen auftretenden 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 Empfangsantenne 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 MHz umsetzt.

Das dazu benötigte Überlagerungsfrequenzsignal 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 Frequenzregelkreis 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 Mischer 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-Oszillators 14, beispielsweise einer im Schwingkreis des Oszillators befindlichen Kapazitätsdiode, zugeführt wird.

Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers 15 ist über ein in sich geschlossenes, taktbares Laufzeitsystem 22, das der Ausschaltung von Fehlwarnungen durch Fremdsignalimpulse dient, und eine Nahzieldämpfungsstufe 23 - Baugruppen, die in weiteren Patentanmeldungen der Anmelderin beschrieben sind — oder auch unmittelbar mit der Auswertungsschaltung 3 verbunden, in der unter anderem die Entfernung und die

Differenzgeschwindigkeit zwischem dem Fahrzeug und einem im Radarstrahlenbündel befindlichen Objekt ermittelt wird.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, befindet sich in der Auswertungsschaltung 3 eine ein Entfernungs- bzw. Abstandssignal erzeugende Einheit 24 und eine ein Differenzgeschwindigkeitssignal von dem Abstandssignal ableitende Einheit 25.

Die Einheit 24 umfaßt ein Flipflop 26, dessen Setzeingang mit dem Taktgenerator 11 und dessen einer Reset-Eingang mit der Nahzieldämpfungsstufe 23 bzw. der Empfangsstufe 2 in Verbindung steht. Dieser Reset-Eingang wird somit von den Echoimpulsen beaufschlagt. Der zweite Reseteingang des Flipflops 26 ist an den Ausgang eines Monoflops 27 angeschlossen, das ebenfalls vom Taktgenerator !! gesetzt wird. Die Verweilzeit des Monoflops 27 in seiner gekippten Stellung ist kleiner als die Zeitdauer zwischen zwei Taktimpulsen gewählt.

Bei Eintreffen eines Taktimpulses kippt das Flipflop 26 aus seiner Ruhelage, so daß in dem mit dem Digital-Analog-Wandler 28 verbundenen Ausgang ein »1 «-Signal erscheint. Dieses bleibt so lange bestehen, bis der beim Auftreten des Taktimpulses vom Sender ausgesendete, an einem Objekt reflektierte und in der Empfangsstufe 2 aufbereitete Signalimpuls am Reset-Eingang erscheint und das Flipflop 26 zurückkippt. Der so entstandene Impuls im Ausgang des Flipflops 26 besitzt eine Impulsdauer, die proportional der Laufzeit des ausgesendeten und reflektierten Signalimpulses und somit proportional der Entfernung zwischen Fahrzeug und Objekt ist Dieser und die folgenden Impulse werden im Digital-Analog-Wandler 28 in eine Analogspannung mit einer der Impulsdauer und damit der Entfernung zwischen Fahrzeug und Objekt proportionalen Amplitude umgewandelt. Das am Ausgang des Wandlers 28 erscheinende Abstandssignal kann über die Leitung 29 einem Anzeigeinstrument zugeführt werden.

Zur Erzeugung eines Differenzgeschwindigkeitssignals wird das Abstandssignal einer Differenzierstufe 30 zugeführt, die einen Kondensator 31 und einen Operationsverstärker 32 mit einem Gegenkopplungswiderstand 33 enthält. Zur Unterdrückung unzulässig

ίο hoher Differenzgeschwindigkeiten ist eine zweite Differenzierstufe 34 vorgesehen, die ebenfalls einen Kondensator 35 und einen gegengekoppelten Operationsverstärker 36 enthält. Der Ausgang der Differenzierstufe 34 ist mit einem Komparator 37 verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer durch einen Spannungsteiler 38 erzeugten Referenzspannung beaufschlagt ist. An dem Ausgang des (Comparators 37 ist das Gate eines Feldeffekttransistors 39 angeschlossen, dessen Drain-Source-Strecke dem Gegenkopplungswiderstand 33 parallel geschaltet ist

Sobald beim Differenzieren des Abstandssignals ein unzulässig hohes Differenzgeschwindigkeitssignal entsteht, gibt der Komparator 37 ein Ausgangssignal ab und der normalerweise im Sperrzustand befindliche Feldeffekttransistor 39 wird leitend. Dadurch wird der Gegenkopplungswiderstand 33 niederohmig überbrückt und die Differenzierstufe 30 in einen unwirksamen Zustand gesteuert Wenn das Differenziergeschwindigkeitssignal wieder in den zulässigen Bereich gelangt verschwindet das Ausgangssignal am Komparator 37 und der Feldeffekttransistor 39 geht wieder in seinen Sperrzustand. Infolgedessen erscheint auf der Ausgangsleitung 40 der Differenzierstufe 30 wieder ein Signal, das weiterverarbeitet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Ermitteln der Differenzgeschwindigkeit und gegebenenfalls des Abstands 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 Taktgenerator angesteuert Signalimpulse aussendet, einer Empfangsstufe, die die empfangenen Signalimpulse in Zwischenfrequenzimpulse umsetzt, und einer daran angeschlossenen Auswertungsschaltung, die Mittel zum Erzeugen von Abstandssignalen mit einer der jeweiligen Zeitdifferenz zwichen einem Zwischenfrequenzimpuls und dem diesem zugeordneten Tcktimpuls proportionalen Amplitude und eine Differenzierstufe zur Gewinnung eines Differenzgeschwindigkeitssignals aus den Abstandssignalen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswertungsschaltung (3) parallel zur genannten Differenzierstufe (30) eine weitere Differenzierstufe (34) und ein dieser nachgeschalteter Schwellwertschalter (37) vorgesehen ist, der bei Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Amplitudenwertes des Ausgangssignals der weiteren Differenzierstufe (34) die Differenzierstufe (30) zur Gewinnung des Differenzgeschwindigkeitssignals unwirksam schaltet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertschalter ein Komparator (37) vorgesehen ist, der die Amplitude des Ausgangssignals der weiteren Differenzierstufe (34) mit der eines vorgegebenen konstanten Signals vergleicht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Differenzierstufe (30, 34) einen Kondensator (31, 35) und einen diesem nachgeschalteten Operationsverstärker (32, 36) enthält.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparatorausgang mit dem Gate eines Feldeffekttransistors (39) verbunden ist, dessen Drain-Source-Strecke dem Gegenkopplungswiderstand (33) des Operationsverstärkers (32) der Differenzierstufe (30) zur Gewinnung des Differenzgeschwindigkeitssignais parallel geschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Erzeugen von Abstandssignalen ein Flipflop (26) vorgesehen ist, dessen Setzeingang mit dem Taktgenerator (11) und dessen Reset-Eingang mit dem Ausgang der Empfangsstufe (2) in Verbindung steht und dessen Ausgang mit einem Digital-Analog-Wandler (28) verbunden ist

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reset-Eingang des Füpflops (26) mit dem Ausgang eines vom Taktgenerator (11) angesteuerten Monoflops (27) verbunden ist.