DE2810728C2

DE2810728C2 - Einrichtung zur Ermittlung von der Fahrzeuggeschwindigkeit und -Länge proportionaler Signale in einem Zielführungssystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2810728C2
Application number: DE19782810728
Authority: DE
Inventors: Bernd 3202 Bad Salzdetfurth Eschke; Wilfried Dipl.-Ing. 3200 Hildesheim Rörup
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1982-08-12
Also published as: EP0004088A2; EP0004088B1; EP0004088A3; DE2810728A1

Description

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Ein Zielführungssystem ist beispielsweise in der DE-OS 25 15 660 beschrieben. Mit diesem Zielführungssystem können jedem Verkehrsteilnehmer mit einem entsprechend ausgerüsteten Fahrzeug individuell auf sein Fahrziel zugeschnittene Informationen, wie Richtungshinweise, Straßenzustand, Verkehrsdichte, Richtgeschwindigkeit und dergleichen, gegeben werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in dem bekannten System weitere, bisher nicht erfaßte Daten über den Verkehrsablauf zu gewinnen und letztlich in den Informationen zu verarbeiten. Zu diesen Daten gehören Geschwindigkeit und Länge der einzelnen Fahrzeuge.

Zur Erfassung von Länge und Geschwindigkeit von Fahrzeugen sind bisher nur Einrichtungen bekannt, die mit zwei getrennten Schleifen arbeiten. Versuche zur Ermittlung der Geschwindigkeit von Einzelfahrzeugen mit einer Schleife führten nicht zum Erfolg (»Straßen-Verkehrstechnik«, 1967, Heft 9/10, Seiten 112-121). Da in dem Zielführungssystem nur eine Induktionsschleife verfügbar ist, richteten sich die erfinderischen Bemühungen auf eine Einrichtung zur Ermittlung von der Fahrzeuggeschwindigkeit und -länge proportionaler Signale aus dem charakteristischen Verlauf der Änderung der Induktivität einer einzelnen, in die Fahrbahndecke eingelassener Induktivitätsschleife, die mit einer Detektorschaltung erfaßt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung wird in dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gesehen. Weitere Vorzüge und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung anhand schematisch vereinfachter Prinzipschaltungen beispielsweise erläutert und dargestellt ist Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Prinzipschaltung eines Detektors.

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Detektors,

Fig.3 ein Ersatzschaltbild eines im Detektor nach F i g. 2 vorgesehenen Modulators,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer in einem Detektor nach F i g. 2 angeschlossenen Auswerte-Baugruppe,

F i g. 5 eine in der Auswerte- Baugruppe nach F i g. 4 vorgesehene Logikschaltung,

F i g. 6 ein Diagramm des Spannungsverlaufes eines demodulierten Generatorsignals beim Überfahren einer Induktionsschleife.

Ein wesentlicher Teil der Einrichtung ist eine im Straßengerät eines Zielführungssystems angeordnete Detektorschaltung zur Messung einer Induktivitätsänderung der angeschlossenen Induktionsschleife, wobei die beim Überfahren durch ein Kraftfahrzeug auftretende Änderung der Schleifeninduktivität ausgewertet wird.

Die Detektorschaltung zur Messung der Induktivitätsänderung besteht nach der in F i g. 1 gezeigten Prinzipschaltung aus einem HF-Generator 140 und einem Empfänger Ü42, Durch die induktivitätsänderung der Induktionsschleife 10 wird der HF-Generator in seiner Phase und Amplitude moduliert

Der HF-Generator 140 besteht grundsätzlich aus einem HF-Oszillator 144 und einem Modulator 146, während ein Demodulator 148 und eine Regeleinheit 150 die Grundbestandteile des Empfängers 142 bilden.

In dem Empfänger wird die Phasenmodulation des Sendesigniils zur Detektion eines Kraftfahrzeugs ausgewertet. Diese Demodulation läßt sich mit einem Phasenkomparator und einem Tiefpaßfilter ausführen.

Nach dem Blockschaltbild der Detektorschaltung in F i g. 2 besteht der HF-Oszillator 144 des näheren aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 152 und einem Ausgangsverstärker 154, dem der Modulator 146 nachgeschaltet ist Die Induktionsschleife ist Schaltungsbestandteil des Modulators. Als spannungsgesteuerter Oszillator ist ein Colpits-Oszillator vorgesehen, dessen Frequenz über Kapazitätsdioden variiert werden kann. Den Ausgangsverstärker 154 bildet ein schneller Operationsverstärker (beispielsweise SN 52 702) mit einer zusätzlichen Ausgangsstufe aus bipolaren Transistoren, durch die der zur Ansteuerung des Modulators erforderliche niedrige Ausgangswiderstand erreicht wird.

Der Modulator 146 besteht aus einer passiven Schaltung, und zwar aus einem Serienschwingkreis mit der Induktionsschleife als Induktivität, siehe das Ersatzschaltbild des Modulators und die dazugehörigen Erläuterungen in F i g. 3. Dieses Ersatzschaltbild gilt für kurze Zuleitungen zur Induktionsschleife und für Frequenzen in einem Bereich um 100 kHz.

Aus der Übertragungsfunktion F(Jm) des Modulationsnetzwerks

FU) =

R_L +j(aL

R₁

jω C

+ R₁

ergibt sich dann die Modulationskennlinie P(L)

= P(L) = arctan

- arctan

^ω1 ~ 7

Der Arbeitspunkt des Modulators wird in den Wendepunkt der Kennlinie gelegt, um bei kleinen Änderungen der Induktivität der Induktionsschleife

einen maximalen Phasenhub zu erreichen. Die Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt über die Schwingfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 152 und kann über die Steuerleitung vom Empfänger geregelt werden.

Der Empfänger besteht aus dem Demodulator 148 mit Phasenkomparator 158 und Tiefpaßfilter 160, einem Differenzverstärker 162 und der Regel- und Steuereinheit 150 mit einer Referenzspannungsquelle 164, einem Differenz-Integrator 166 sowie einem Abiast- und Halteglied 168.

Zur Bestimmung der absoluten Phasenlage des über eine Verbindung 149 vom HF-Generator zum Empfänger übertragenen modulierten Signals wird auch das unmodulierte Signal vom Ausgang des spannungsge- is steuerten Oszillators 152 über eine Verbindungsleitung 153 zum Empfänger übertragen. Ferner wird über eine Verbindung 156 ein Steuersignal vom Empfänger zum HF-Generator übertragen. Dieses Steuersignal dient zum Ausgleich von beispielsweise durch Temperaturändemngen entstehenden Langzeitänderungen der Induktivität der induktionsschleife. Außerdem sorgt es für einen automatischen Abgleich der Detektorschaltung zur Anpassung der bei verschiedenen Induktionsschleifen unterschiedlichen Induktivitäten.

Im Demodulator werden die Empfangssignale mit Hilfe von Komparatoren in ihrer Amplitude begrenzt. Durch den Phasenkomparator entsteht aus dem phasenmodulierten Generatorsignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das über den Tiefpaß das demodulierte Signal ergibt Änderungen der Induktivität der Induktionsschleife werden als Spannungsänderungen angezeigt Der Phasenkomparator 158 enthält eine Exklusiv-Oder-Schaltung, und der Tiefpaß 160 besteht aus einem aktiven Filter zweiter Ordnung mit Butterworth-Charakteristik. Der Differenzverstärker ist ein gegengekoppelter Operationsverstärker. '

Wichtigster Bestandteil der Regel- und Steuereinheit 150 ist der Differenzintegrator 156. Hier wird der Arbeitspunkt des Modulators 146 mit dem durch die Referenzspannung 164 vorgegebenen Arbeitspunkt verglichen. Abweichungen werden über die Steuerleitung 156 dem HF-Generator mitgeteilt und korrigiert. Aus F i g. 2 ist auch zu erkennen, daß HF-Generator und Empfänger zu einem Regelkreis zusammengeschaltet sind.

Unterschiedliche Induktivitäten der Induktionsschleife können somit automatisch ausgeglichen werden. Um zu verhindern, daß auch die zur Ermittlung der gewünschten Verkehrsdaten auszuwertenden schnellen Induktivitätsänderungen bei der Schleifenüberfahrt eines Fahrzeugs ausgeregelt werden, unterbricht die Abtast- und Halteschaltung 168 den Regelkreis, wenn ein Fahrzeug erkannt wird. Als Schaltkriterium dient eine positive Änderung des demodulierten Generatorsignals am Ausgang des Differenzverstärkers 162

Der Differenzintegrator ist beispielsweise ein Bi-Fet-Operationsverstärker, so daß diese Stufe ebenfalls als Halteglied dient Als Schalter in der Abtast- und Haltestufe 168 ist ein Feldeffekttransistor vorgesehen.

An die in F i g. 2 gezeigte Detektorschaltung ist eine Auswerte-Baugruppe angeknüpft, die gemäß F i g. 4 ein Differenzierglied 170, zwei Triggerschaltungen 172 und 174 und eine Auswerte-Logik 176 aufweist. Die an den Ausgängen der noch erläuterten Auswerte-Logik 176 &5 auftretenden Impulssignale 7V bzw. Tl stellen die Geschwindigkeit bzw. die Länge eines Fahrzeugs dar und werden zur Weiterverarbeitung dem Mikroprozessor 40 des Straöengerä tes zugeführt Die Verbindungsleitungen der Auswerte-Baugruppe mit dem Detektor, siehe F i g. 2, sind mit 1,2 und 3 bezeichnet

Ein bevorzugter Aufbau der Logik-Schaltung 176 der in Fig.4 dargestellten Auswerte-Baugruppe ist in F i g. 5 gezeigt

Die wesentlichen Schaltungsteile sind zwei Flip-Flop-Schaltungen FFl und FF2 und eine monostabile Kippschaltung MFi. Zwischen dem Trigger 174, siehe F i g. 4, und dem Flip-Flop FFl liegt eine impulsformerstufe 180. An die Mono-Flop-Schaltung AfFl ist ein Pegelkonverter 182 an sich bekannter Bauart angeschlossen. In den zum Mikroprozessor 40 des Straßengerätes führenden Ausgangsleitungen sind zur Verstärkung der Signale Tv bzw. Ti Ausgangsstufen 184 bzw. 186 vorgesehen.

Di»; Verbindungen zwischen den genannten Schaltungsteilen und der Beschallung sind im einzelnen aus der Zeichnung zu erkennen.

Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Auswerteschaltung ist in F i g. 6 ein am Ausgang des Detektors auftretender Spannungsveriauf U des demodulierten Generatorsignals beim Überfahren der Induktionsschleife mit einem Kraftfahrzeug dargestellt

Zum Zeitpunkt to des gezeigten Spannungsverlaufs befindet sich das Fahrzeug unmittelbar vor der Induktionsschleife. Der Zeitpunkt ii kennzeichnet die vollständige Bedeckung der Schleife durch das Kraftfahrzeug, zum Zeitpunkt f₂ verläßt das Heck des Kraftfahrzeugs die Schleife, und zum Zeitpunkt h liegt die Schleife genau hinter dem Fahrzeug. Während des Zeitraums fi — Ib hat das Kraftfahrzeug die Strecke zurückgelegt, die der in Fahrtrichtung gemessenen Länge La der Schleife entspricht. Die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs beträgt demnach:

V =

t\ -

Der Zeitraum fi-fo ist also der Geschwindigkeit umgekehrt proportional.

Im Zeitraum i₃-fi wird genau die Fahrzeuglänge zurückgelegt (t\ vordere Stoßstange am Schleifenende, h hintere Stoßstange des Kraftfahrzeugs am Schleifenende). Da die Geschwindigkeit aus der vorstehenden Gleichung bekannt ist, errechnet sich die Länge If des Fahrzeugs zu:

l_F = ν (/₃ - /,)

Der Zeitraum (3 — fi ist also nach dieser Gleichung der Fahrzeuglänge proportional.

Die Zeitpunkte U> bis i₃ werden in der Schaltung nach F i g. 4 mit den Triggerschaltungen 172 und. 174 erkannt Um die Zeitpunkte t\ und t₂ zu erhalten, ist in den Signalweg vom Ausgangssignal des Detektors zu einem Trigger 172 noch ein Differenzierglied 170 eingefügt. Die Nulldurchgänge des Differenzierers 170 bilden das Entscheidungskriterium für den nachfolgenden Trigger.

Die Ausgangssignale der Trigger werden mit der Logikschaltung 176 zu einem pulsmodulierten Signal verarbeitet, dessen Einschaltdauer f_v— fi — to den Geschwindigkeitsimpuls Tv darstellt, und einem weiteren Signal, dessen Einschaltdauer f/= t₃ -1\ den Längenimpuls 7 i. darstellt Diese pulsmodulierten Signale werden von der Mikroprozessorschaltung 40 des Straßengerätes weiterverarbeitet

Die als Spannungsänderung am Detektorausgang zur

Verfügung stehende Änderung der Schleifeninduktivität "wird also erfindungsgemäß so ausgewertet, daß an den Ausgängen der Auswertelogik 176 der Baugruppe pulsdauermodulierte Signale 7Vbzw. Tl erscheinen, aus weichen die Geschwindigkeit und die Länge des Kraftfahrzeugs einfach zu ermitteln sind.

Zum Verständnis der Arbeitsweise der Auswertebaugruppe wird hier nochmals auf F i g. 5 Bezug genommen.

In dieser Schaltung der Auswertelogik 176 setzt ein zum Zeitpunkt fo vom Trigger 174 kommendes Rechtecksignal den Flip-Flop FFl, der somit den Beginn des Geschwindigkeitsimpulses Tv kennzeichnet. Zum Zeitpunkt fi wird der Flip-Flop FFl durch einen über das Differenzierglied 170 ausgelösten, vom Trigger ι ϊ 172 kommenden Impuls zurückgesetzt und dadurch das Ende des Geschwindigkeitsimpulses 7Vgekennzeichnet. Mit der Beendigung des Geschwindigkeitsimpulses wird gleichzeitig der Flip-Flop FF2 gesetzt, der Längenimpuls Tl beginnt, und der Mono-Flop MFi wird freigegeben. Ein zweiter, zum Zeitpunkt ft vom Trigger 172 kommender Impuls setzt den Mono-Flop Λ/Fl, von welchem dann über den Pegelkonverter 182 ein Impuls an die Datenübertragungseinrichtung gegeben wird, welcher die Weiche 28, siehe Fig. 1, für den Datenaustausch umschaltet.

Das Ende des zweiten vom Trigger 174 kommenden Impulses beendet den Längenimpuls Tl im Zeitpunkt t₃ und setzt die Auswertelogik in den Ausgangszustand zurück.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittlung von der Fahrzeuggeschwindigkeit und -länge proportionaler Signale in einem Zielführungssystem für Kraftfahrzeuge aus dem charakteristischen Verlauf der Änderung der Induktivität einer einzelnen in die Fahrbahndecke eingelassenen Induktivitätsschleife, die mit einer Detektorschaltung erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor-Schaltung eine Auswerte-Schaltung nachgeschaltet ist, die pulsdauermodulierte Signale (T_v, Ti) erzeugt, wobei die Dauer der einen Signale (Tv) der wesentlichen Dauer (h — to bzw. ti—12) der Änderung der Induktivität entspricht und die Dauer der zweiten Signale (Tl) um die Dauer (ti — ii) des Zustandes im wesentlich maximal geänderter Induktivität größer ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Schaltung aus einem Hochfrequenzgenerator (140) und einem Empfänger (142) besteht, die zu einem Regelkreis zur selbsttätigen Einstellung des Arbeitspunktes des Hochfrequenzgenerators zusammengeschaltet sind, der eine Abtast- und Halteschaltung (168) zur Unterbrechung des Regelkreises während der Schleifenüberfahrt eines Fahrzeugs umfaßt.