DE3022048C2

DE3022048C2 - Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler mit Betriebsprüfeinrichtung

Info

Publication number: DE3022048C2
Application number: DE3022048A
Authority: DE
Inventors: Akira Katsuta Endo; Akira Yokosuka Matsumura; Kenji Tokyo Sekine
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1982-04-22
Also published as: GB2052204A; DE3022048A1; JPS6248195B2; JPS56665A; US4316173A; GB2052204B

Description

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Die F-.rfindung betrifft einen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler mit einer Betriebsprüfeinrichtung, mit einer Doppler-Radareinheit an dem Fahrzeug zum Richten Von Hochfrequenzenergie zu einer Fahrbahn, über die das Fahrzeug fährt, und zum Empfang reflektierter Hochfrequenzenergie von der Fahrbahn zur Erzeugung tines mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in Verbindung Stehenden Doppler-Signals, wobei die Radareinheit eine Schaltung aufweist zum Erzeugen eines Geschwiridig* keitssignals aus dem Doppler-Signal enthält

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung dieser Art so auszubilden, daß eine sichere Alarmgabe möglich ist.

Gemäß der Erfindung weist die Betriebsprüfeinrichtung des Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers eine Extra hiereinrichtung auf, die mit der Radareinheit verbunden ist, um aus den niederfrequenten Komponenten des Doppler-Signals diejenigen Frequenzen zu extrahieren, die niedriger als die Frequenz eines einer minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Doppler-Signals sind, wobei die niederfrequenten Komponenten eine Fahrzeugbewegung in einer Richtung wiedergeben, die im wesentlichen vertikal zur Fahrzeug-Fahrbahn ist, und

eine Sicherheitseinrichtung, die mit der Extrahiereinrichtung verbunden ist, zum Erzeugen eines Betriebsprüfsignals.

Der Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler gemäß der Erfindung kann wirksam bei solchen Vorrichtungen verwendet werden, die eine Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation erfordern, wie ein Blockierschutz (Bremsschlupfregler), eine elektronische Steuereinrichtung für Schaltmechanismen und Überdrehzahl-Alarmvorrichtungen sowie auch für im Fahrgastraum angeordnete Tachometer bzw. Fahrtmesser.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird der Betrieb eines Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers, der eine Doppler-Radareinheit aufweist, durch die Erfassung niederfrequenter Komponenten geprüft, die im Ausgangssignal der Doppler-Radareinheit enthalten sind und die sich von dem Doppler-Signal unterscheiden, das die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt. Dies beruht auf der Erkenntnis der Erfinder, daß der an einem Fahrzeug befestigte Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler im Normalbetrieb ein Ausgangssignal der Doppler-Radaremheit erreicht, das die erwähnten niederfrequenten Komponenten bei etwa 10 Hz enthält aufgrund der Vertikalbewegung des Fahrzeugs (im wesentlichen senkrecht zur Straßen- bzw. Fahrbahnoberfläche), wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist oder fährt. Daher ist es möglich, mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler den Betrieb der Vorrichtung zu prüfen, während die Fahrzeugmaschine im Leerlauf arbeitet oder das Fahrzeug fährt.

Die Erfindung gibt also einen Paiirzeuggeschwindigkeitsfühler mit einer Betriebsprüfeinrichtung an, die eine Doppler-Radareinheit zum Erzeugen eines Doppler-Signals, das mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in Verbindung steht, und zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals aus dem Doppler-Signal, einen ersten Abschnitt zum Extrahieren niederfrequenter Komponenten in dem Doppler-Signal und einen zweiten Abschnitt enthält, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und zum Erzeugen eines Betriebsprüfsignals.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Beispiel der Anordnung eines Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers mit einer Doppler-Radareinheit, der an einem Fahrzeug befestigt ist,

F i g. 2 die Ausbreitungsrichtungen von Mikrowellensignalen, die von der Doppler-Radareinheit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 gesendet und empfangen werden,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.4 ein Blockschaltbild eines weiteren AusfÜhrungsbeispiels der Erfindung,

Fi g. 5 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4,

Fig,6 die Frequenzcharakteristik einiger der Ver* stärker gemäß F i g. 5,

F i g. 7 und 8 Schaltbilder von Tiefpaßfiltern, die bei der Erfindung verwendbar sind,

Fig.9 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler mit einer Dopp- |er-Radareinheit erfaßt die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs durch Senden von Wellen von einer Radarantenne am Fahrzeug zu einer Fahrbahn und durch Empfang von Doppler-verschobenen Wellen, die von der Fahruahn zur gleichen Antenne reflektiert sind. Der Betrieb eines solchen Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers kann durch Prüfen von Doppler-Signalen überprüft werden, die während des Fahrens erhalten werden. Es ist jedoch häufig erforderlich, daß der Betrieb der Vorrichtung bzw. des Fühlers vor dem Fahren eines Fahrzeugs geprüft wird, und zwar aus Sicherheitsgründen, wenn der Fühler bzw. die Vorrichtung beispielsweise als Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler für einen Blockierschutz (Bremsschlupfregler) verwendet wird.

Herkömmliche Vorrichtungen, die diese Bedingungen erfüllen sollen, besitzen einen Aufbau, derrrt, daß ein Verstärker einer ersten Stufe durch einen Strom vorgespannt wird, der durch eine Mischerdiotfe in einem Mischerabschnitt für das Mischen eines Teils der gesendeten Wellen mit reflektierten Wellen zum Erzeugen eines Doppler-Signals erzeugt wird, wobei dann, wenn eine Hochfrequenzschaltung, die den Sendeabschnitt und den Mischerabschnitt enthält, der gleichen Beeinträchtigung unterliegt, dessen Verstärkerabschnitt nicht arbeitet (vgl. GB-PS 14 02 408).

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kanr der erfindungsgemäße Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler einen Abfall in der Arbeitsleistung des Radarsystems in der Vorrichtung bzw. dem Fühler erfassen, aufgrund von beispielsweise einem Füllen der Antenne mit Schmutz, wodurch die Erfassung reflektierter Wellen unmöglich wird oder erreicht wird, daß die Schwingungsfrequenz der gesendeten Wellen abweicht, wodurch die Empfangsempfindlichkeit der reflektierten Wellen herabgesetzt wird.

F i g. 1 zeigt die Anordnung eines an einem Fahrzeug I befestigten Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers 3, während F i g. 2 die Ausbreitungsrichtung von Wellen zeigt, die von einer Welle 4 der Vorrichtung bzw. des Fühlers gesendet bzw. an dieser empfangen sind. In F i g. 2 werden von der Antenne 4 des Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers 3 am fahrenden Fahrzeug 1 unter einem festen Winkel gegenüber der Fahrbahn 2 abgegebene Mikrowellen an der Fahrbahn 2 gestreut und durch die Antenne 4 als reflektierte Wellen empfangen, wobei sie in der Frequenz Doppler-verschoben sind aufgrund der Relativbewegung des Fahrzeugs 1 gegenüber der Fahrbahn 2. Die Doppier-Frequenz fd (Hz) der reflektierten WtHe ergibt sich mit Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V(m/s), den Winkele und die Wellenlänge λ (m) der Mikrowellen zu:

L =

2 V

cos Θ

Der Winkel Θ beträgt üblicherweise etwa 45° für das Fahrzeuggeschwindigkeits-Radar, weshalb die Antenne 4 so gerichtet ist, daß deren Sendeleistung P₁ bei diesem Winkel maximal *_ävird. in diesem Fall erfolgt eine gewisse Abstrahlung einer Leistung Pt in der Richtung 6 = 90°, wobei diese Leistung nicht verwendbar ist zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit und im Vergleich zur Sendeleistung P, im Betrag kleiner ist. Gemäß Gleichung (1) ist die Doppler-Frequenzkomponeme f/ in der Fahrrichtung des Fahrzeugs 1, die der Ί Sendeleistung P₁' und der reflektierten Leistung P,' zuzuordnen ist, Null. Andererseits werden, da das Fahrzeug während des Leerlaufs und während des Fahrens einer geringen vertikalen Schwingungsbewegung unterliegt, wobei die Bewegung im wesentlichen

hi senkrecht zur Fahrbahn ist und in der gleichen Richtung ist, wie die Ausbreitungsrichtung der obigen Leistung P,' bei 0 = 90°, die aus der Sendeleistung P₁' und der reflektierten Leistung P/ entstehenden Wellen wegen der Vertikalbewegung Doppler-verschoben. Daher

Ii enthält das von dem Fahrzeuggesrhwindigkeitsfühler erzeugte Doppler-Signal diejenigen Frequenzkomponenten des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, die der Bewegung des Fahrzeugs im wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn entsprechen. In F i g. 2 ist weiter die

.'(ι reflektierte Leistung P_r dargestellt, die vor· der Sendeleistung P₁ stammt, die untei iem Strahlungswinkel Θ abgegeben vird.

Anhand F i g. 3 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsfuh-

>> ler enthält eine Doppler-Radareinheit 30, eine Extrahiersc.altung 40 zum Extrahieren niederfrequenter Komponenten und eine Sicherheitseinrichtung 50. Ein Koppler 6, ein Oszillator 7 und ein Mischer 8 bilden eine Hochfrequenzschaltung 5 (Fig. 2). Der Koppler 6 ist

jn vorgesehen, damit eine Antenne 4 für das Senden und das Empfangen von Wellen vtrwendbar ist. Der Mischer 8 empfängt simultan einen Teil der gesendeten Wellen vom Oszillator 7 und reflektierte Wellen über den Koppler 6. wjdurch sich ein Überlagerungs- oder

r> Schwebungssigna! aus der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Wellen ergibt. Das Schwebungssignal wird durch einen Verstärker 9 verstärkt und von ditsem als Doppler-Signal abgegeben. Beim Senden eines Mikrowellensignals mit einer Frequenz von 24 GHz. oas unter einem Winkel von Θ =45° abgegeben wird, und einer Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich zwischen i0 und \M km/h ergibt sich die Frequenz des Doppler-Signals fd, das am Ausgang des Verstärkers 9 auftritt und die Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt, in einem Bereich von 300 Hz bis 4,5 kHz, während die Frequen^komponenten, die in dem Doppler-Signal enthalten sind und auf den Vertikalbewegungen des Fahrzeugs beruhen, nicht höher als 10 Hz sind.
Das Doppler-Signal /jwird über ein Bandpaßfilter 10 und eine Wellenformerschaltung 11 geführt zum Extrahieren einer Komponente, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, d. h., die Komponente ν :rd vom Ausgang der Welienformerschaltung 11 als Signal S\ a'jgageben, das proportional der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Das Doppler-Signal fd wird weiter einer Extrahierschaltung 40 für niederfrequente Komponenten zum Erfassen niederfrequenter Komponenten in dem Doppler-Signal aufgrund der Vertikalbewegung des Fahrzeugs zugeführt. Die Extrahierschaltung 40 ist (1) Wi so ausgebildet, daß sie unterschiedliche Ausgangssignale erzeugt abhängig vom Vorhandensein oder Niehtvorhandensein solcher niederfrequenter Komponenten in den Doppler-Signalen. Die Sicherheitseinrichtung 50 arbeitet abhängig vom Ausgangssignal der Extrahierschaltung 40 zur Erzeugung eines Alarmsignals S2 jedesmal, wenn die Extrahierschaltung 40 keine derartigen niederfrequenten Komponenten im Doppler-Signal erfaßt, die vorhanden sein müßten, und die so

lange erfaßt werden, solange der Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler im Normalbetriebszustand ist.

Anhand der Fig.4 und 5 wird im folgenden ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Bauteile, die ähnlich denen in Fig. 3 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Doppler-Radareinheit 30 besitzt den gleichen Aufbau wie die gemäß Fig. 3. Eine Extrahierschaltung 40 für niederfrequente Komponenten weist ein Tiefpaßfilter 12 und einen Vergleicher 13 auf. Eine Alarmeinrichtung 16, die mit dem Vergleicher 13 verbunden ist, bildet die Sicherheitseinrichtung 50. Ein Teil des Doppler-Signals /k das als Ausgangssignal des Verstärkers 9 auftritt, wird dem Tiefpaßfilter 12 zugeführt, dessen Ausgangssignal durch den Vergleicher 13 mit einem Bezugswert verglichen wird. Abhängig vom Ergebnis des Vergleiches werden unterschiedliche Signale erzeugt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 13 kann die Alarmeinrichtung 16 zum Erzeugen eines Alarmsignals S2 ansteuern. Zum leichteren Verständnis sind Signalverläufe der an den Ausgängen des Verstärkers 9, des Bandpaßfilters 10. der Wellenformerschaltung 11 und des Tiefpaßfilters 12 auftretenden Signale schematisch dargestellt.

Anhand Fig. 5 werden Einzelheiten der Anordnung gemäß F i g. 4 erläutert.

Mittels der Antenne 4 und der Hochfrequenzschaltung 5 erzeugte Doppler-Signale werden einem breitbandigen Verstärker 9. der Transistoren Γι - 7") enthält, über einen Kondensator zugeführt. Das so verstärkte Doppler-Signal wird sowohl einem Bandpaßfilter 10, das einen Operationsverstärker OPt enthält, als auch einem Tiefpaßfilter 12. das einen Operationsverstärker OP? enthält, zugeführt. Die Frequenzcharakteristiken der Verstärker und der Filter sind in Fig. 6 beispielhaft für einen Fall dargestellt, bei dem die Frequenz der gesendeten Signale 24 GHz und der Winkel 0 45° betragen. In F i g. 6 sind die charakteristische Kurve Ci des breitbandigen Verstärkers 9. die charakteristische Kurve G? des Bandpaßfilters 10 und die charakteristische Kurve Gj des Tiefpaßfilters 12 dargestellt. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 10 wird weiter zu einer Wellenformerschaltung 11 übertragen (ein einen Operationsverstärker OPi aufweisender Vergleicher mit Hysterese), in der das Signal zu einem Rechteckwellensignal gleicher Frequenz wie die Doppler-Signalkomponente wellengeformt wird zur Verwendung bei der Erzeugung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 12 v/ird dem Vergleicher 13 zugeführt, der eine Diode D, einen Kondensator Ct, Widerstände R20. /?ü und Ä22 und einen Operationsverstärker OPt enthält, wobei in dem Vergleicher 13 das Signal in eine Gleichspannung umgeformt wird, die proportional der Amplitude eines niederfrequenten Doppler-Signals ist (d. h. proportional niederfrequenten Komponenten des Doppler-Signals ist), zum Vergleich am Operationsverstärker OP* mit einem Bezugswert, der durch die Widerstände /?2i und Rn eingestellt ist Daher kann der Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler unter Berücksichtigung dessen Eigenheiten geprüft werden unter Kenntnisnahme des Ausgangssignals des Vergleichers 13, wobei dieses Signal zum Ansteuern einer Alarmeinrichlung 16 verwendet s wird, die einen Alarm abgibt, wie ein Summer oder eine Lampe.

Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die Prüfung des Betriebs des Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers mit einer Döppler-Radareinheil lediglich dadurch möglich ist, daß eine einfache Schaltung hinzugefügt wird. Eine solche Prüfung kann vorteilhaft durchgeführt werden, ohne daß auf irgendeine externe Prüfeinrichtung Bezug genommen werden müßte.
Die Fig. 7 und 8 zeigen einen anderen Aufbau des Tiefpaßfilters 12. der bei der Erfindung anwendbar ist. Der Aufbau gemäß Fig. 7 zeigt ein Tiefpaßfilter unendlicher Verstärkung und mit mehrfacher Rückkopplung, und das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 zeigt ein biquadratisches Tiefpaßfilter. Da der Verlauf der Frequenzcharakteristik des Filters 12 steil sein muß. können diese Filter, eine Kaskadenschaltung dieser Filter, ein Bandpaßfilter und ein Digitalfilter ebenso verwendet werden.

F i g. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Betriebsprüfung eines an einem Fahrzeug befestigten Fahrzeuggeschwindigkeitsfühlers während des Leerlaufs des Fahrzeugmotors möglich ist. Diejenigen Bauteile, die mit denen identisch sind, die bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen erläutert worden sind, weisen die gleichen Bezugszeichen auf.

Die Sicherheitseinrichtung 50 (Fig. 3) enthält eine Diskriminatorschaltung 15 und eine Alarmeinrichtung 16. Der Vergleicher 13 der Extrahierschaltung 40 für niederfrequente Komponenten (Fig. 3) ist so ausgebildet, daß ein niederpegeliges Ausgangssignal erzeugt wird, wenn das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 12 nicht das Vorhandensein niederfrequenter Komponenten im Doppler-Signal anzeigt, die von einer Vertikalbewegung des Fahrzeugs stammen. Die Diskriminatorschaltung 15 enthält ein NOR-Glied NOR, das an einem Eingangsanschluß das Ausgangssignal des Vergleichers 13 empfängt, und einen Inverter INV. der abhängig von der Betätigung eines Starterschalters 14' einer Starterschaltung 14 betätigbar ist. Das Ausgangssignal des

■15 Vergleichers 13 und das Ausgangssignal des Inverters INV werden dem NOR-Glied NOR zum Ansteuern der Alarmeinrichtung 16 zugeführt, wobei das letztere Ausgangssignal nur niedrig ist. wenn die Starterschaltung 14 durch den Starterschalter 14' in Betrieb gesetzt ist. Daher wird eine Fehlfunktion des Doppler-Radars aufgrund von daran anhaftendem Schmutz durch die Alarmeinrichtung angezeigt, wobei das Ausgang signal des Vergleichers 13 dann auf niedrigem Pegel ist, selbst wenn der Starterschalter 14' betätigt ist

Selbstverständlich können auch zwei und mehr Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler gemäß der Erfindung wirksam bei einem Fahrzeug verwendet werden.

Hierzu 5 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fahrzeuggeschwindigkeitsfühler mit einer Betriebsprüfeinrichtung, mit einer Doppler-Radareinheit an dem Fahrzeug zum Richten von Hochfrequenzenergie auf eine Oberfläche, über die das Fahrzeug fährt, und zum Empfang reflektierter Hochfrequenzenergie von der Oberfläche zum Erzeugen eines mit der Fahrzeuggeschwindigkeit in Beziehung stehenden Doppler-Signals, wobei die Radareinheit eine Schaltung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals aus dem Doppier-Signal enthält, gekennzeichnet durch :5 eine mit der Radareinheit (30) verbundene Extrahiereinrichtung (40), um aus den niederfrequenten Komponenten des Doppler-Signals die Frequenzen zu extrahieren, die niedriger als die Frequenz eines solchen Doppler-Signals sind, das der minimalen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, wobei die niederfrequenten Komponenten eine hahrzeugbewegung wiedergeben in einer Richtung, die im wesentlichen vertikal zur Fahrzeug-Fahrbahn (2) ist, und eine Sicherheitseinrichtung (50), die mit der Extrahiereinrichtung (40) verbunden ist zum Erzeugen eines Betriebsprüfsignais.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Extrahiereinrichtung (40) ein Tiefpaßfilter (12) und einen mit dem Ausgang des Tiefpaßfilt-.-s (12) verbundenen Vergleicher (13) enthält.

3. Vorrichtung nacb Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichr-heitseinrichtung (50) » eine Alarmeinrichtung (16) enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, •dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (1) eine Starterschaltung (14), die beim Fahrzeugstart betätigbar ist, aufweist, und daß die Sicherheitseinrichtung (50) eine Diskriminatorschaltung (15) aufweist, die so ausgebildet ist. daß sie das Ausgangssignal der Extrahierschaltung (40) und das Ausgangssignal Jer Starterschaltung (14) empfängt zum Erzeugen eines Ausgangssignals abhängig vom Ausgangssignal der Extrahierschaltung (40), wobei eine Alarmeinrichtung (16) abhängig vom Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung (15) einen Alarm abgibt.