DE3209377C2

DE3209377C2 - Verfahren zur Geschwindigkeitsermittlung im Straßenverkehr

Info

Publication number: DE3209377C2
Application number: DE19823209377
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8000 München Drebinger; Reinhard Dipl.-Ing. Weiß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1990-08-02
Also published as: EP0089030A2; EP0089030A3; DE3209377A1

Abstract

Von dem beim Überfahren einer Induktionsschleife durch ein Fahrzeug auftretenden Induktivitätsverlauf wird die größte sich beim Einfahren des Fahrzeugs in den Schleifenbereich ergebende Induktivitätsänderungsgeschwindigkeit und das erste auftretende Induktivitäts-Minimum festgestellt und zur Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewertet, wobei der Betrag der maximalen Induktivitätsänderung und die Welligkeit des Induktivitätsverlaufs zur Klassierung des Fahrzeugs herangezogen werden.

Description

Verstimmung ist aber proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs, das die Schleifenverstimmung verursacht. Berücksichtigt man hierbei noch die beim überfahren der Schleife durch ein Fahrzeug auftretende maximale Schleifenverstimmung L_max. so gilt:

L₂-L₁

V ~ h-

oder V

wobei L₀ die Induktivität der Schleife im Ruhezustand ist, L_max die beim Überfahren der Schleife durch ein Fahrzeug auftretende niedrigste Induktivität ist (ein in den Schleifenbereich einfahrendes Fahrzeug senkt die Induktivität der Schleife und erhöht die Frequenz des Schleifenoszillators), L₁, L₂ die Werte der Schleifeninduktivität zu den Zeitpunkten h und I₂ sind und /, und I₂ diejenigen Abtastzeitpunkte sind, zwischen denen die größte Änderung der Schleifenverstimmung festgestellt wird. Unter Zuhilfenahme, eines Proportionalitätsfaktors K, der z. B. mit Hilfe eines Experiments ermittelt werden kann, und für Fahrzeuge verschiedener Bauart (PKW, LKW) unterschiedliche Werte hat, läßt sich dann die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges, das über die Schleife hinwegfährt, mit genügender Genauigkeit berechnen. Dies kann z. B. mit Hilfe eines Mikrocomputers erfolgen, der ggf. unter Verwendung einer geeigneten Interface-Schaltung mit dem Schleifenoszillator verbunden ist (der Referenzoszillator kann dabei Bestandteil des Mikrocomputers sein) und die Frequenzabweichung des Schleifenoszillators zu bestimmten, regelmäßig wiederkehrenden Zeitpunkten ermittelt. Dabei werden aber im Gegensatz zu dem, was aus der EU-OS 00 35 960 bekannt ist, keine Zeitpunkte ermittelt, zu denen bestimmte Verstimmungswerte, z. B. der maximale Verstimmungswert, auftreten, was nicht einfach 1st, da die Verstimmungskurve im allgemeinen keine ausgeprägten Spitzen aufweist.

Dagegen 1st es, z. B. mit Hilfe moderner Mikrocomputer, relativ einfach möglich, die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Verstimmung der Schleife festzustellen. Hierzu wird zu regelmäßigen Zeitpunkten, deren zeitlicher Abstand klein gegenüber der Gesamtdauer einer Verstimmungskurve 1st, die jeweils beim Überfahren einer Schleife durch ein Fahrzeug verursacht wird, der jeweils ermittelte Verstimmungswert mit dem vorhergehenden Verstimmungswert verglichen, der hierbei ermittelte Differenzwert mit einem zuvor auf dieselbe Weise ermittelten und in einem Speicher abgelegten Differenzwert verglichen, und derjenige Wert neu eingespeichert, der von beiden größer ist. Zugleich kann zu jedem Zeitpunkt I_n, also zu jedem Zeitpunkt einer Abfrage der Schleifenverstimmung, der jeweils ermittelte Verstimmungswert auf die gleiche Welse (vgl. hierzu US-PS 41 31 848) mit dem Schleifenruhewert L₀ verglichen werden. Ein hierbei ermittelter und in einem weiteren Speicher festgehaltener Maximalwert entspricht der maximalen Schleifenverstimmung Z.„,_ol.

Die Verstimmungskurven bestimmter Fahrzeuggruppen (PKW, LKW, Busse) sind jeweils für diese Fahrzeuggruppen charakteristisch und ergeben daher z. B. über die Anzahl der vorhandenen Maxima die Möglichkeit, die Fahrzeuge zu klassleren und entsprechend dieser Klassierung die im Microcomputer gespeicherten Proportionalitätsfaktoren, die den einzelnen Fahrzeugarten zugeordnet sind, zur Geschwindigkeitserrechnung abzurufen. Die Anzahl der Maxima-Höcker sind z. B. bei einer Schleife mit ca. je zwei Meter Länge und s Breite bei einem PKW gleich 1, bei einem LKW gleich 2, bei einem LKW mit Anhänger _S_3 und bei einem Bus ebenfalls 2.3.

Zur Verbesserung der Maxima bzw. Minima-Gewin-

iiung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß lediglich solche Maxima oder Minima gezählt werden, deren Absolutwert sich von einem vorhergehenden Minimum- oder Maximum-Wert wenigstens um einen bestimmten Wert (Schwellwert) unterscheidet, wobei dieser Schwellwert von der jeweiligen maximalen Verstimmung abhängig gemacht werden kann, also z. B. mit der Größe der Verstimmung ansteigt. Auf diese Weise werden nur solche Maxima bzw. Minima festgehalten und gezählt, die sich um einen bestimmten Mindestverstimmungswert von einem vorhergehenden Minimum, dies gilt für die Maxima bzw. von einem vorhergehenden Maximum, dies gilt für die Minima, unterscheiden.

Zur weiteren Verbesserung der Fahrzeugklassierung ist es vorteilhaft, daß zusätzlich der Betrag der maximalen Verstimmung zur Fahrzeugklassierung herangezogen wird, so daß z. B. auch LKW mit Anhänger von Bussen unterschieden werden können, weil z. B. die maximal auftretende Schleifenverstimmung bei einem Bus größer ist.

Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend anhand von sechs Figuren noch näher erläutert.

Dabei zeigt Fig. 1 die beim Überfahren einer Schleife durch einen PKW auftretende Kurve der Schleifenverstimmung,

Fig. 2 zeigt eine Verstimmungskurve, die von einem LKW verursacht worden ist, und die

Fig. 3 bis 6 zeigen in Gegenüberstellung die von verschiedenen Fahrzeugarten (PKW, LKW, LKW mit Anhänger, Bus) verursachten Versilmmungskurven.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind moderne Mikrocomputer besonders geeignet, [da] dle[se] schon einen Oszillator enthalten, der einen in der Größenordnung von einigen MHz liegenden Signaltakt abgibt. Es Ist daher ohne weiteres möglich, diesen Oszillator als Referenzoszillator zu verwenden, so daß z. B. während einer bestimmten Anzahl von Schwingungen des Schleifenoszillators die Taktimpulse des Taktgenerators gezählt werden. Der Zeitunterschied zwischen zwei Zeitpunkten t„ (Fig. 1), insbesondere auch der Zeitunterschied zwischen den Zeltpunkten /, und t₂ (dieser liegt beispielsweise bei 6ms), ergibt sich dann jeweils durch die Dauer einer solchen Zählung zuzüglich der Auswertezelt. Die auf diese Weise zu den Zeitpunkten I_n festgestellte Anzahl von Taktimpulsen ist dann proportional zur jeweiligen Frequenz des Schleifenoszillators und eine Maß für die jeweils zu diesem Zeitpunkt vorhandene Induktivität der Schleife. Ist die Schleife unbeeinflußt, dann weist die Schleife den Induktivilätswert L₀ auf. Diesem Induktivitätswert W ist eine bestimmte Ruhefrequenz des Schleifenoszillators zugeordnet.

Der zwischen zwei Frequenzfeststellungen zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten /„ ermittelte Frequenzuntersciiled wird in einem Speicher des Mikrocomputers festgehalten, mit der nächsten ermittelten Frequenzdifferenz verglichen und der größere der beiden Werte für weitere Vergleiche im Speicher fixiert. Dadurch wird der Im ansteigenden Ast der Verstimmungskurve auf-

tretende maximale Verstimmungsänderungswert ermittelt, da ja demgegenüber niedrigere Werte nicht Im Speicher festgehalten werden.

Durch einen jeweils zu den Zeltpunkten i„ stattfindenden weiteren Vergleich der Schleifenruhefrequenz mit der zu einem Zeltpunkt i„ vorhandenen Frequenz, Speicherung des dabei ermittelten Differenzwertes und eines Vergleichs des gespeicherten Differenzwertes mit einem zum nächstfolgenden Zeltpunkt /„ ermittelten Differenzwert mit nachfolgender Speicherung des jeweils größeren der beiden Werte kann außerdem unkompliziert der einer maximalen Schleifenverstimmung entsprechende Wert In einem weiteren Speicher festgehalten und außerdem das Ende der Anstiegsflanke der Verstimmungskurve ermittelt werden. '.5

Wenn bei einem solchen Vergleich der Differenzwert wieder kleiner als ein vorgegebener Schwellwert wird, so zeigt dies, daß das Fahrzeug die Schleife wieder verlassen hat.

Auf diese Weise wird durch den Mikrocomputer die im ansteigenden Ast der Verstimmungskurve auftretende maximale Verstimmungsänderung zwischen zwei Zeitpunkten t„ festgehalten, Beginn und Ende einer Schleifenverstimmung durch ein Fahrzeug ermittelt und außerdem der Betrag der maximalen Schlelfenverstimmung festgestellt.

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportional zu der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten /„ festgestellten maximalen differentiellen

Schleifenverstimmung

L₂-L,

[%](inFig. 1 sind die

beiden Zeitpunkte t_m zwischen denen die maximale Verstimmung auftritt, als /i und ti bezeichnet) und umgekehrt proportional zur maximalen relativen werte fest und zählt das erste Maximum sowie alle folgenden Maxima, die sich von einem vorhergehenden Minlmum-Verstlmmungswert um einen Mindestdifferenzbetrag unterscheiden, so kann die auf diese Weise erhaltene Zahl der Maxima zur Klassierung und zum Abruf eines entsprechenden eingespeicherten Proportionalitätsfaktors verwendet werden.

Fig. 3 zeigt z.B., daß beim Überfahren der Schleife durch einen PKW nur ein Maximum auftritt. Flg. 4 zeigt, daß beim Überfahren der Schleife durch einen LKW zwei Maxima registriert werden. Flg. 5 zeigt, daß beim Überfahren der Schleife durch einen LKW mit Anhänger drei Maxima auftreten. Flg. 6 zeigt, daß beim Überfahren der Schleife durch einen Bus ebenfalls wenigstens drei Maxima auftreten.

Da man davon ausgehen kann, daß bei einer Mehrzahl von Schlelfenüberquerungen, die relativ dicht hintereinander erfolgen, die Geschwindigkeit der Fahrzeuge annähernd übereinstimmt, ist es möglich, den jeweils bei einem Fahrzeug ermittelten Geschwindigkeitswert mit den anderen ermittelten Geschwindigkeitswerten zu vergleichen und, wenn diese in einem bestimmten Geschwlndlgkettsfeld liegen, einen mittleren Geschwindigkeitswert durch den Mikrocomputer ausgeben zu lassen. Dieser mittlere Geschwindigkeitswert kann dann zusammen mit der Ausgabe der Zahl der Schlelfenüberquerungen innerhalb bestimmter festgelegter Zeiträume zu einer Aussage über den jeweiligen aktuellen Verkehrsablauf Im Zuge der von der Schleife überwachten Fahrbahn ausgewertet werden, z. B. zur entsprechenden Steuerung von Verkehrssignalanlagen, die den Verkehr auf dieser Fahrbahn beeinflussen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Schleifenverstimmung

x M)

L₀

[%] ist.

Für die Ermittlung der Geschwindigkeit ist es aber noch erforderlich, einen der entsprechenden Fahrzeuggruppe mit gleichartigen oder zumindest weltgehend gleichartigen Konstruktionsmerkmalen zugeordneten Proportionalitätsfaktor zu verwenden.

Diese Proportionalitätsfaktoren sind einerseits von der Art der Schleife, andererseits von dem jeweiligen Fahrzeugtyp abhängig und können z. B. durch ein Experiment, also durch ein probeweises Überfahren einer eingebauten Schleife, ermittelt werden.

Diese Proportionalitätsfaktoren sind dann in entspreihenden Speichern des mikföCönipUicfS festgehalten.

Um sie für die Geschwindigkeitsrechnung abrufen zu können, benötigt der Mikrocomputer in jedem aktuellen Fall eine Aussage über den gerade auftretenden Fahrzeugtypus.

Hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor (vgl. hierzu insbesondere Fig. 2), vorzugsweise die Anzahl der innerhalb einer Verstimmungskurve auftretenden Maxima zu ermitteln.

Eine solche Maximaermlttlung kann durch den Mikrocomputer z. B. dadurch auf einfache Weise bewerkstelligt werden, daß jeweils derjenige Verstimmungswert in einem Speicher festgehalten wird, der zu einem Zeltpunkt t„ festgestellt wird, wenn sowohl der zu einem vorhergehenden Zeitpunkt t„ als auch der zu einem nachfolgenden Zeitpunkt /„ festgestellte Verstimmungswert kleiner als dieser 1st.

Hält man in entSDrechender Weise auch die Minima-

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Geschwindigkeitsermittlung im Straßenverkehr, mittels einer von Fahrzeugen beeinnußbar angeordneten Induktionsschleife, bei dem der Induktivitätswert der Induktionsschleife fortlaufend zu diskreten Zeitpunkten, die durch Ihren zeltlichen Abstand voneinander Zeltspannen festlegen, gemessen, mit dem jeweils zuvor gemessenen Wert verglichen und ein hierbei festgestellter Differenzwert ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von den wahrend eines von einem Fahrzeug verursachten Verstimmungsverlaufs ermittelten Differenzwerten [Li-L₁), der während der is Anstlegsfianke der Verstimmungskurve auftretende größte und außerdem der Wert der die Ar,stlegsflanke beendenden maximalen Schleifenverstimmung (L_max) fastgestellt wird, und daß diese beiden Werte unter Berücksichtigung der verwendeten Zeltspanne (/2-/1) und einer zur Festlegung eines Faktors K ausgewerteten Zahl von Maxima und/oder Minima des beim Überfahren der Schleife durch das Fahrzeug verursachten, hinsichtlich der Zahl der auftretenden Maxima und/oder Minima abgetasteten Verstimmungsverlaufs nach der Formel

Vss. K χ U(It-U) χ (L₁-L₁)Z(L^_11x-L₀)

ausgewertet werden, wobei V die Geschwindigkeit des Fahrzeuges bedeutet und L₀ die Ruhelnduktlvltät der Schleife 1st.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich solche Maxima oder Minima gezahlt werden, deren Absolutwert sich von einem vorhergehenden Minimum- oder Maximumwert wenigstens um einen bestimmten Wert (Schwellwert) unterscheidet.

40

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Geschwindigkeitsermittlung im Straßenverkehr entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 (europäische Patentanmeldung 00 35 960).

Schon aus der US-PS 41 31 848 1st ein Verfahren zur Fahrzeugdetektion bekannt, bei dem eine von einem zu detektlerenden Fahrzeug beeinflußbar angeordnete Induktionsschleife vorgesehen ist. Diese Schleife ist Bestandteil eines Oszillators, dessen Frequenz von der Schleifeninduktivität beeinflußt wird. Fährt ein Fahrzeug In den Schleifenbereich ein, so sinkt dadurch die Induktivität der Schleife. Dies hat zur Folge, daß die Frequenz des Schleifenoszillators ansteigt. Ein weiterer 5s Oszillator schwingt mit einer festen Frequenz. Zu bestimmten Zeltpunkten wird eine festgelegte Zahl von Schwingungen des Schleifenoszillators abgezählt. Für die Zeitspanne des Abzähiens werden die Schwingungen des festen Oszillators einem Akkumulator zügeführt. Der Stand des Akkumulators am Ende eines solchen Zählintervalls wird dann mit dem Inhalt eines Speichers verglichen, der den bei einer vorhergehenden Zählung erreichten Akkumulatorstand enthält. Überschreitet bei einem solchen Vergleich die festgestellte Differenz einen bestimmten Schwellwert, so wird ein Signal abgegeben, das das Einfahren eines Fahrzeuges In den Schleifenbereich anzeigt.

Mit einem solchen Verfahren 1st es zwar möglich, die Fahrzeuge, die sich über eine Schleife bewegen, zu zahlen. Neuerdings ist es jedoch erwünscht, neben der bloßen Registrierung von Fahizeugen auch noch Anhaltspunkte über deren Geschwindigkeit zu gewinnen und/oder diese Fahrzeuge zu klassieren, d. h. bestimmten Fahrzeuggruppen zuzuordnen, insbesondere festzustellen, ob das jeweilige Fahrzeug ein PKW oder ein LKW bzw. ein Bus Ist.

Zwar 1st aus der offengeiegten europäischen Patentanmeldung 00 35 960 bereits ein Verfahren zur Unterscheidung von Fahrzeugen unterschiedlicher Bauart im Straßenverkehr bekannt, das zur Klassierung der Fahrzeuge die zeitliche Lage des beim Passieren einer Induktionsschleife durch ein Fahrzeug erreichten ersten Maximums der Schleifenverstimmung innerhalb der Gesamtdauer des Überschreitens von vorgegebenen Ansprechwerten durch die jeweils aktuellen Schleifenverstimmungswerte verwendet und bei dem zur Geschwindigkeitsermittlung eine feste Längenbezugsgröße mit der Zelt vom Überschreiten des vorgegebenen Ansprechwertes bis zum ersten Maximum der Schielfenverstimmung Ins Verhältnis gesetzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren ist es aber erforderlich, bestimmten Verstimmungswerten zugeordnete Zeltpunkte zu ermitteln. Die Zuordnung des ersten Maximums der Schleifenverstimmung zu einem bestimmten Zeltpunkt ist aber Infolge des meist relativ flachen Verstlrrmungsverlaufs mit der wünschenswerten Genauigkeit nicht ohnes weiteres möglich.

Außerdem Ist es aus der DE-As 28 17 672 bereits bekannt. Fahrzeuge mit Hilfe einer von den Fahrzeugen beeinflußbar angeordneten Induktionsschleife zu klassleren, indem vom durch das entsprechende Fahrzeug verursachten Induktlvltäts-Verstlmmungsverlauf Schwellwerte über- bzw. unterschritten werden, wodurch Zeitpunkte bestimmt werden, deren zeltlicher Abstand eine Zeitspanne definiert. Diese Zeitspanne wird unter Heranziehung der anderweitig ermittelten Fahrzeuggeschwlndlgkelt zur Klassierung des Fahrzeugs ausgewertet. Somit wird aber bei diesem Verfahren zusätzlich eine auf andere Welse erfolgende Geschwindlgkeltsermlttlung benötigt.

Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Ermittlung der Geschwindigkeit mit genügender Genauigkeit und bei Verwendung nur einer Schleife ohne die Zuordnung von bestimmten Verstimmungswerten zu bestimmten Zeitpunkten vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß ergibt sich die Lösung dieser Aufgabe durch eine den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens.

Während also bei dem, was der US-PS 41 31 848 entnommen werden kann, die Überprüfung der Frequenz des Schleifenoszillators In regelmäßig aufeinanderfolgenden Zeltpunkten nur dazu dient, um bei einer Schleifenverstimmung, die einen bestimmten Schwellwert überschreitet, das Einfahren eines Fahrzeugs In den Schleifenbereich anzuzeigen, ist es eine im Rahmen vorliegender Erfindung liegende Erkenntnis, daß mit Hilfe einer derartigen Abtastung der Schleifenverstimmung zu diskreten, In regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgenden Zeltpunkten und durch einen Vergleich der hierbei ermittelten Werte die maximal auftretende Verstimmungsänderung herausgefunden werden kann. Die maximale Änderung der Schleifen-