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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erkennung der
Bewegungsrichtung eines Fahrzeuges auf induktivem Wege.
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Im Folgenden soll der Begriff Fahrzeug sowohl Kraftfahrzeuge im Straßenverkehr
als auch Fahrzeuge in Transport-bzw. Zählsteuersystemen einschließlich Schienenfahrzeuge
umfassen.
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Im Straßenverkehr kann eine Bewegungs- bzw. Fahrtrichtungserkennung
zur richtungsgetrennten Fahrzeugerfassung auf schmalen Straßen oder in Baustellenbereichen,
jedoch auch zur Erkennung von Falschfahrern in Bereichen von Autobahnausfahrten
und Zubringern erforderlich sein. Eine weitere Anwendung ist der Einsatz auf besonders
gefährdeten Streckenabschnitten wie Tunnel, Paßstraßen u.a. bei denen eine Warnung
von entgegenkommenden Fahrzeugen zur Veranlassung des Ausweichens in Ausweichstellen
erfolgen soll.
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Zur Erfassung, z.B. Zählung von Fahrzeugen auf induktivem Wege ist
es bekannt, in die Fahrbahn einen mit einem Wechselstrom höherer Frequenz gespeiste
Leiterschleife einzulassen, an deren Enden eine Detektorschaltung angeschlossen
ist ("Die Straße", Heft 6, 1968, Seiten 264 bis 266). Passiert ein Fahrzeug die
Leiterschleife, so erzeugt die dadurch hervorgerufene Induktivitätsänderung in der
Detektorschaltung ein Verstimmungssignal, das zur Erfassung von Fahrzeugen benutzt
wird.
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Um die Fahrtrichtung von Fahrzeugen festzustellen, ist es bekannt
(DE-PS 15 74 139) in Fahrtrichtung hintereinander zwei Leiterschleifen mit jeweils
einem Detektor anzuordnen, die Relais in Ruhestromschaltung enthalten. Beim Überfahren
einer der beiden Schleifen wird deren zugeordneter Ruhestromkreis unterbrochen und
eine Anzeigelampe an eine Spannungsquelle geschaltet. Diese Einrichtung ist vereinfacht,
Jenötigt aber zur Erkennung ider Bewegungsrichtung eines Fahrzeuges zwei Leiterschleifen
und zwei daranangeschlossene Detektoren, wodurch im Straßenverkehr beispielsweise
im Erreichen von Autobahnkreuzen die Kosten für die Schleifenverlegung in die Fahrbahn
wegen der damit verbundenen Bauarbeiten beträchtlich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erkennung
der Bewegungsrichtung eines Fahrzeuges anzugeben, bei dessen Anwendung der Aufwand
bei der Schleifenverlegung und hinsichtlich der Anzahl der zu verwendenden Dedektoren
gering gehalten wird.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen
erläutert. Es zeigen: Figurl Ausschnitte aus Fahrbahnen mit versc edenen Induktionsschleifenformen,
Figur 2 den zeitlichen Verlauf des Verstimmungssignals a) bei Fahrt in Pfeilrichtung
a in Figur 1, b) bei Fahrt in Pfeilrichtung b in Figur 1,
Figur
3 einen Impuls, wie er an den Bausteinen der Vorrichtung nach Figur 4 erscheint,
Figur 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erkennung der Bewegungsrichtung
eines Fahrzeuges sowie Figur 5 den zeitlichen Verlauf des Verstimmungssignals und
des Vergleichers bei Fahrt eines Lastkraftzuges in Pfeilrichtung a.
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In der Figur 1 sind zwei Ausschnitte aus Fahrbahnen gezeigt, in denen
längs der Fahrbahn jeweils eine unsymmetrische Induktionsschleife, beispielsweise
von der dargestellten Form angeordnet ist. An jede Induktionsschleife ist eine Detektorschaltung
angeschlossen, die in Figur 1 nicht mit dargestellt ist. Der Pfeil gibt einander
entgegengesetzte Fahrtrichtungen a bzw. b des Fahrzeuges an.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei dem zur Fahrtrichtungserkennung
also nur eine Schleife und ein Detektor verwendet wird, beruht darauf, daß eine
Mit- oder Gegenfahrtrichtung unsymmetrische Schleife eine asymmetrische Abbildung
der im Einflußbereich der Schleife befindlichen Fläche des Fahrzeugbodens liefert.
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Es sind in Figur 1 zwei unterschiedliche Arten von unsymmetrischen
Induktionsschleifen dargestellt. In beiden Fällen ist das Produkt der von der Schleife
beim Ein- bzw.
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Ausfahren eines Fahrzeugs erfaßten Bodenfläche des Fahrzeugs und der
dabei beteiligten Windungszahl unterschiedlich. In der Darstellung links ist ein
Teilbereich der
Schleife - bezogen auf die Fahrtrichtung - von mehr
Windungen umgeben, während in der Darstellung rechts eine Schleife sich in einer
Richtung bezüglich der erfaßten Fahrbahnbreite verjüngt und vorzugsweise spitzwinklig
ausläuft. Es sind auch Kombinationen beider Ausführungen denkbar.
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Es wird damit ausgenutzt, daß 1. das Verstimmungssignal direkt abhängig
ist von der Schleifenüberdeckung (bzw. der bei der Überdeckung betroffenen Windungszahl)
und 2. die Feldstäre bei konstantem Abstand von der Schleife ebenfalls unsymmetrisch
verläuft.
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Ein die Induktionsschleife Überfahrendes Fahrzeug erzeugt im Detektor
ein Vqrstimmungssignal, das je nach Fahrtrichtung die in Figur 2 dargestellten Verläufe
hat. Da die Metallmasse des Fahrzeuges beim Passieren der Induktionsschleife eine
Verringerung deren Índuktivität bewirkt, ist die Verstimmung ii negativen Bereich
des Diagramms dargestellt.
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Fährt das Fahrzeug in Pfeilrichtung a in den breiten Teil bzw. in
den aus mehreren Windungen bestehenden Teil der Induktionsschleife (Figur 1), entsteht
durch r < egroße Feldstärke in diesem Teil und das schnell zunehmende Produkt
aus Überdeckung und beteiligter Schleifenwindungszahl ein steiler Anstieg des Verstimmungssignals
(Figur 2a). Ist die Schleife vom Fahrzeug ganz überdeckt, wird
das
Maximum der Verstimmung erreicht. Fährt das Fahrzeug aus der Schleife heraus, wird
durch die durch die Asymmetrie hervorgerufene verzögerte Verminderung der Überdeckung
und die Abnahme der Feldstärke einen assymmetrischen Verlauf hat (siehe Figur 2a).
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Fährt das Fahrzeug in Pfeilrichtung b über eine der Schleifen der
Figur 1, entsteht die gleiche verzerrte Kurve des Verstimmungssignals (Figur 2b),
die jedoch im Einfahrbereich flach ansteigt und im Ausfahrbereich steil abfällt.
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Wird nun das Verstimmungssignal mit zwei Schwellspannungen unterschiedlicher
Größe S1 und S2 verglichen, kann vom Unterschreiten des Verstimmungssignals unter
die Schwellspannung S1 bis zum Unterschreiten des Verstimmungssignals unter die
Schwellspannung S2 eine Zeit tl (Figur 2a) ermittelt werden, wenn das Fahrzeug in
Fahrtrichtung a fährt. Fährt das Fahrzeug in Fahrtrichtung b, ist diese Zeit tl'
(Figur 2b). Ebenso wird für die Fahrtrichtung a eine Zeit t2 bzw. für die Fahrtrichtung
b eine Zeit t2' ermittelt, die vom Überschreiten des Verstimmungssignals über die
Schwellspannung S2 bis zum überschreiten des Verstimmungssignals über die Schwellspannung
S1 zählt. Beide Zeiten, d.h. tl und t2 bzw. tl' und t2' werden ins Verhältnis gesetzt.
Für die Fahrtrichtung a ergibt sich danach ein Wert kleiner als eins, für die Fahrtrichtung
b ein Wert größer als eins. Damit ist eine Erkennung der Bewegungsrichtung eines
Fahrzeuges möglich. Je nachdem, welche Fahrtrichtung a oder b als erlaubt angenommen
wird, ist die jeweils andere Fahrtrichtung als Falsch fahrt zu werten.
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Im Folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
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In der Figur 4 sind an eine Klemme c, der das Verstimmungssignal des
Detektors zugeführt wird, die negativen Eingänge je eines Komparators 1 und 2 angeschlossen,
an deren positiven Eingängen unterschiedliche Schwellwertspannungen S1 und S2 liegen.
Der Ausgang des Komparators 1 führt über ein Differenzierglied 6 aus dem Setzeingang
eines Flip-Flops 9 und über ein Negationsglied 3 und ein Differenzierglied 5 auf
den Setzeingang eines Flip-Flop 10. An den Ausgang des Differenziergliedes 5 ist
außerdem der Eingang eines Mono-Flop 22 angeschlossen. Der Ausgang des Komparators
2 führt über ein Differenzierglied 8 auf den Rücksitzeingang des Flip-Flop 9 und
über ein Negationsglied 4 und ein Differenzierglied 7 auf den Rücksetzeingang des
Flip-Flop 10 und auf den Eingang eines Mono-Flops 21. Der Ausgang des Flip-Flop
9 ist mit einem Eingang eines UND-Gliedes 12, der Ausgang des Flip-Flop 10 mit einem
Eingang eines UND-Gliedes 13 verbunden. An den Ausgang eines Generators 11 ist je
ein weiterer Eingang der UND-Glieder 12 und 13 angeschlossen. Die Ausgänge der UND-Glieder
12 und 13 führen auf je eine Fehlerschaltung 14, 15 an die eine Vergleichsschaltung
16 angeschlossen ist. Sie kann sowohl digital durch einen Vorwärts-Rückwärtszähler
oder durch Substraktion oder Division der Zählergebnisse zweier Einzelzähler als
auch ar log durch Auf-undEntladung von Kapazitäten realisiert werden.
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Ein Ausgang der Vergleichsschaltung liefert das Signal x - 1 mit einer
Former- und Treiberstufe 18 verbunden, das
Fahrtrichtungssignal
abgenommen werden kann. Ein zweiter Ausgang der Vergleichsschaltung 16 liefert das
Signal - 1, dieser ist mit einer Former- und Treiberstufe 17 verbunden, an der das
Fahrtrichtungssignal b abgelesen werden kann. An den Ausgang des Mono-Flops 22 ist
ein Aktivierungseingang des Vergleichers 16 angeschlossen, dessen zwei Ausgänge
außerdem mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 19 verbunden sind. Der Ausgang des
ODER-Gliedes 19 führt einen Rücksetzeingang der Zählerschaltung 14 und einen Eingang
eines UND-Gliedes 20, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Mono-Flop 21 verbunden
ist. An den Ausgang des ODER-Gliedes 20 ist ein Rücksetzeingang der Zählerschaltung
15 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Fährt ein Fahrzeug
in Richtung a oder b in die Schleife ein, wird zunächst der Schwellwert Sl unterschritten.
Der Komparator 1 liefert einen negativen Impuls (Figur 3a), der über das Differenzierglied
6 das Flip-Flop 9 setzt.
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Wird danach der Schwellwert S2 unterschritten, gibt der Komparator
2 einen negativen Impuls (Figur 3b) ab, der über das Differenzierglied 8 das Flip-Flop
9 zurücksetzt.
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Dieses ist somit nur während der Zeit tl gesetzt (Figur 3c). In analoger
Weise wird das Flip-Flop 10 über die Negationsglieder 3 und 4 und die Differenzierglieder
5 und 7 beim Überschreiten der Schwellwerte Sl und S2 gesetzt und zurückgesetzt.
Mit dem Flip-Flop 10 wird somit die Zeit t2 ermittelt (Figur 3d). Die Ausgangsimpulse
der Flip-Flop 9 und 10 werden den UND-Gattern 12 und 13 zugeführt und ermöglichen
ein Einzählen der vom Generator 11
erzeugten Impulse in die Zählerschaltung
14 und 15. Der Zähler 14 zählt dabei die Pulse während der Zeit tl, der Zähler 15
die Pulse während der Zeit t2. Die Zählerstände werden in die Vergleichsschaltung
16 eingegeben, die durch das MonoFlop 22 beim Uberschreiten des Schwellwertes S1
aktiviert wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Veryleichssv ltung digitaler Art,
d.h. sie besteht aus einem Vor-Rückwärtszähler bzw. aus einer logischen Schaltung,
die den Quotienten aus den Zählerständen der Zählerschaltungen 14 und 15 bildet.
Für einen Wert der - 1 ist, liefert der Ausgang des Vergleichers 16 ein Signal (Figur
3e), der mit der Former- bzw. Treiberstufe 18 verbunden ist und der als Fahrtrichtung
a angezeigt wird (Figur 3f). Eür einen Wert - 1 liefert der andere Ausgang des Vergleichers
ein Signal, der mit der Former- und Treiberstufe 17 ist und der als Fahrtrichtung
b angezeigt wird. Außerdem werden durch eines der Ausgangssignale des Vergleichers
16 die Zählerschaltungen 14 und 15 zurückgestellt.
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Lastkraftzüge erzeugen aufgrund ihrer Verteilung der Metallmassen,
wie Figur 5a zeigt, ein Verstimmungssignal mit einer Einsattelung. Die Verstimmungskurve
weist nach ihrem Maximum ein kurzzeitiges Unterschreiten des Schwellwertes S2 aus,
um nach einem Minimum den Schwellwert erneut zu überschreiten und nach einem kleineren
Maximum auf Null zu gehen. Damit auch für diesen Fall die Zeit t2 richtig ermittelt
wird, ist entweder beim Unterschreiten oder Überschreiten des Schwellwertes S2 der
Zähler 15 für die Zeit t2 zurückzustellen. Letzteres wird beim Ausführungsbeispiel
angewendet, indem ein Impuls des Mono-Flop 21 beim
Überschreiten
des Schwellwertes S2 den Zähler 15 zurücksetzt (Zeitpunkt t* in Figur 5).