-
-
Kollisionsverhinderungssystem für Fahrzeuge B e s c h r e i b u n
g Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kollisionsverhinderungssystem für
Fahrzeuge, das einen einfachen Schaltungsaufbau hat und trotzdem in genauer Weise
die Gefahr einer Fahrzeugkollision mit anderen Gegenständen bestimmt.
-
In der Vergangenheit wurden bereits verschiedene Typen von Kollisionsverhinderungssystemen
vorgeschlagen, die dazu fähig sind, einen Gegenstand und/oder ein anderes Fahrzeug
(nachfolgend als Objekt bezeichnet) auf der Vorderseite des Fahrzeuges zu erfassen
und den Fahrzeugführer über die drohende Kollisionsgefahr vorzuwarnen.
-
Ein Beispiel eines derartigen Systems ist ein Kollisionsvorhersagesysteni,
das in der japanischen Patentschrift Nr 47-25532 offenbart ist. Die Grundidee dieses
Kollisionsvorhersasystems ist in der Fig. 1 dargestellt, in der das Bezugszeichen
1 einen Oszillator bezeichnet. Die Bezugszeichen 2a und 2b bezeichnen Antennen,
die auf der Vorderseite an jeder Seite des Fahrzeugs befestigt sind.
-
Die Bezugszeichen 3a und 3b bezeichnen Detektoren. Die Bezugszeichen
4a und 4b bezeichnen Vcrstärker. Die Bezugszeichen 5a und 5b bezeichnen Frequenz-Spannungs-Wandler,
während das Bezugszeichen 6 eine Teilerschaltung bezeichnet. In der Fig. 2 bezeichnen
die Bezugszeichen C und D ein Fahrzeug und ein Objekt. Die Schallwellen oder Radiowellen,
die von den Antennen 2a, 2b ausgestrahlt werden, werden durch das Objekt D reflektiert,
wobei die reflektierten Wellensignale durch die Antennen 2a, 2b empfangen werden,
so daß zwei Dopplersignale aufgrund
der Frequenzen der reflektierten
Wellensignale erhalten werden. Die Frequenzen der Dopplersignale sind direkt proportional
zu VR (=vcos OR) und vL (veos GL) wie in Fig. 2 dargestellt ist. Da die Beziehung
zwischen VR und VL in Übereinstimmung mit der Lage und der Richtung der Bewegung
des Objektes D veränderlich ist, wird festgelegt, da. eine.Ko1lisionsgefahr besteht,
wenn das Verhältnis von vR zu vL oder das Verhältnis von einer Dopplerfrequenz zu
der anderen Dopplerfrequenz in einem vorbestimmten Bereich bleibt.
-
Allerdings ist das obige Kollisionsvorhersagesystem im allgemeine-n
dazu bestimmt, in einem Fall angewendet zu werden, bei dem ein Objekt vor dem Fahrzeug
in einer Entfernung von einigen zehn bis einhundert Metern ist, so daß~die Frequenzen
der beiden Dopplersignale sehr nahe aneinanderilegen.
-
Beispielsweise können in dem Fall, in dem die Objekte D1 und D2 jeweils
in einer Entfernung von zehn Metern vor dem Fahrzeug C liegen. und symmetrisch zur
Fahrtrichtung angeordnet sind, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, die jeweiligen
Verhältnisse von vR zu vL bezüglich der Objekte D1 und D2 durch folgende Gleichungen
ausgedrückt werden: D1: vR/vL = cos#R/cos#L = 0.98749 D : VR/vL 01267 In diesem
Fall, -in dem das Verhältnis VR/VL in den Bereich zwischen 0.98749 und 1.01267 fällt,
wird ermittelt, daß eine Kollisionsgefahr vorliegt.
-
Andererseits können in dem Fall, in dem sich das Fahrzeug C den Objekten
D1 und D2 mit jeweiligen Winkeln nähert, bei denen das Objekt D1 um einen Meter
nach links gegenüber der linken Seite des Fahrzeugs C versetzt ist,
die
Verhältnisse VR zu vL bezüglich der Objekte D1 und D2 durch folgende Gleichungen
ausgedrückt werden: D1: VR/VL = cosOR/cosOL = 0.98811 2 VR/VL = 1.01282 In diesem
Fall wird ermittelt, daß eine Gefahr besteht, wenn das Verhältnis vR/vL in den Bereich
zwischen 0.98811 und 1.01282 fällt.
-
In jedem Fall ist es nötig, eine äußerst begrenzte Veränderung des
Wertes von vR/vL zu ermitteln, so daß ein äußerst genaues Erfassungssystem mit einem
Fehler von .1 % oder weniger benötigt wird.
-
Demgemäß wird eine Genauigkeit in der gleichen Größenordnung fiur
die Messung von vR und vL benötigt. Beispielsweise ist die Frequenz des Dopplersignals
O in dem Fall. in dem ein Fahrzeug einem anderen, vor diesem fahrende Fahrzeug mit
gleicher Geschwindigkeit folgt, nämlich dann, wenn die relative Geschwindigkeit
zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt "O" ist, und beträgt 3,7 KHz in einem Fall,
in. dem ein Objekt wie beispielsweise ein Fahrzeug sich dem Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit
von 100 km/h nähert und die Trägerfrequenz des Radars 10 GHz beträgt. Daher ist
es in diesem Fall nötig, eine Genauigkeit von 99 % oder besser für den gesamten
Bereich der Dopplerfrequenz zu erzielen. Daher benötigt man eine komplizierte Schaltungsanordnung,
um die Frequenzen der beiden Dopplersignale mit einer hohen Genauigkeit in kurzer
Zeit zu erhalten.
-
Im Hinblick auf die obige Problematik ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Kollisionsverhinderungssystem für Fahrzeuge zu sc,;ffen, das dazu
fähig ist, die Kollisionsgefahr eines Fahrzeugs mit einem anderen Objekt in einer
abhängigen Art unter Verwendung einer
vereinfachten Schaltungsanordnung
zu ermitteln.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung
eines Kollisionsverhinderungssystems für Fahrzeuge, das dazu fähig ist, die Kollisionsgefahr
mit einer höheren Genauigkeit zu bestimmen.
-
Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
durch Schaffung eines Kollisionsverhinderungssystems für Fahrzeuge erreicht, das
ein Paar von Radarge">ten enthalt, die am Fahrzeug befestigt sind, um eine Entfernung
zwischen dem Fahrzeug und einem Objekt zu ermitteln, und die ausgangsseitig zwei
Dopplersignale in ÜbereinstImmung mit der Bewegung des Objektes bezüglich des Fahrzeuges
erzeugen, und eine Dfferetialeinrichtung zum Differenzieren einer Phasendifferenz
zwischen den Doppiersignalen bezüglich der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und
dem Objekt enthält, und feiner eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Kollisionsgefahr
des Fahrzeugs bezüglich des Objektes als Ergebnis eines Vergleiches des Differentialwertes,
der von der Differentialeinriehtung erzeugt wird, mit einem vorbestimmten Bezugswert,
enthält.
-
Ausführungsbeispiele nach dem Stand der Technik sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig 1 ein Grundschaltdiagramm eines bekannten
Kollisionsvorhersagesystems, das zwei Radargeräte verwendet; Fig. 2 eine Darstellung
des Prinzipes der Erfassung eines Objektes mit zwei Radargeräten; Fig 3A und B Darstellungen
de Prinzipien der Erfassung der Kolllsionsgefallr in Üb einstimmung mit dem bekannten
Kollisionsvorhersagesystem gemäß Fig. 1,.wobei Fig. 3A einen Fall dar-
stellt,
bei dem sich zwei Objekte in symmetrischer Weise einem Fahrzeug von vorne nähern,
und wobei Fig. 3B einen Fall darstellt, in dem sich die beiden Objekte in asymmetrischer
Weise einem Fahrzeug mit jeweiligen Winkeln nähern; Fig. 4 ein Blockdiagramm eines
ersten Ausführungsbeispieles eines Kollisionsverhinderungssystems für Fahrzeuge,
das nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; Fig 5 eine beispielhafte
Darstellung, die zeigt, auf welche Weise die Kollisionsgefahr durch Verwendung von
verschiedenen Werten einer Phasendifferenz zwischen zwei Dopplersignalen gemäß der
vorliegenden Erfindung bestimmt wird; Fig. 5 eln Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung; Fig. 7 eine graphische Darstellung der Änderung des
Bezugswertes bezüglich der Entfernung zwischen eInem Fahrzeug und Objekten in Übereinstimmung
mit dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 dargestellt ist; Fig. 8 ein Blockdiagramm
eines dritten Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig 9 eine
beispielhafte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles, wie es in Fig. 8
dargestellt ist; Fig.10 eine graphische Darstellung einer Veränderung des Bezugswertes
bezüglich des Lenkwinkels; und Fig. 11 eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen der Entfernung von einem Fahrzeug zu den Objekten und dem Bezugswert.
-
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Symbole gleiche oder entsprechende
Teile.
-
Fig. 4 zeigt ein Kollisionsverhinderungssystem für Fahrzeuge in Übereinstimmung
mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur
enthält das System Oszillatoren 11, 21; Pulsmodulatoren 12, 22; Antennen 13, 23;
Übertragungstriggerschaltungen 14, 24; und Empfangerschaltungen 15, r. Diese Elemente
bilden ein Stereo-Pulsdopplerradarsystem mit zwei identisce Pulsdopp'*er.radar 1,
2, die innerhalb der gestrichelten Linie von Fig 4 enthalten sind. Das System enthält
ferner eine Phasenvergleicherschaltung 7, eine Differentialschaltung 8, eine Vergleicherschaltung
9 und eine Alarmschaltung 10.
-
In der obigen Schaltungsanordnung erzeugt das Pulsdoppler radar 1
ein Dopplersignal S1 mit der Frequenz f1, die proportional zur Größe von vR ist,
wie dies in Fig. 2 gezeigt Ist, und ein Signal 5 das der Entfernung zwischen einem
Motorfahrzeug und einem Objekt entspricht.
-
Ebenfalls erzeugt das Pulsdopplerradar 2 ein Dopplersignal 53 mit
einer Frequenz f2, die proportional zur Größe von v, ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt
ist.. Die Phasen-Von VL vergleicherschaltung 7 vergleicht die Phasen der Dopplersignale
5 und S2 miteinander und erzeugt ausgangsseitig ein Signal 54, das einer Phasendifferenz
zwischen den Dopplersignalen S1 und 2 entspricht. Das Phasendifferenzsignal S4 wird
durch die D-,ffererlti.alschaltung 8 bezüglich der Entfernung differenziert, die
durch das Pulsdopplerradar 1 ermittelt wurde. Nachfolgend wird der Differentialwert
analysiert, der durch die Differentialschaltung 8 berechnet wird.
-
Wenn sich gemäß Fig. 5 ein mit dem Bezugszeichen D1 bezeichnetes Objekt
dem Fahrzeug genau von vorne längs einer Mittellinie, die sich durch das Fahrzeug
in Längs-
richtung erstreckt, nähert, dann ist vR gleich vL und
somit f1 gleich f2. Als Ergebnis hiervon bleibt die Phasendifferenz zwischen den
Dopplersignalen S1 und konstant, so daß der Differentialwert, der durch die Differentialschaltung
8 erzeugt wird, gleich null ist.
-
In ähnlicher Weise ist der Differentialwert, der durch die Differentialschaltung
8 erzeugt wird, gleich null, wenn sich ein Objekt dem Fahrzeug längs einer Hyperbel-Linie
L1 nähert, deren Brennpunkte bei den Punkten der Antennen 2a, 2b liegen, wie dies
bei Bezugszeichen D2 gemäß Fig. 5 gezeigt ist.
-
Andererseits ist in dem Fall, in dem sich ein Objekt dem Fahrzeug
quer zu einer Hyperbel-Linie L2 oder L3 nähert, wie dies bei den Bezugszeichen D3
oder D4 gemäß Fig. 5 gezeigt ist, der Differentialwert, der von der Differentlaischaitung
8 erzeugt wird, ungleich null, jedoch propcrtional zum Schnittwinkel, mit dem das
Objekt die 'vyperbel-Linie schneidet. In anderen Worten ist der Differentialwert
für das Objekt D4 größer als derjenige für das Objekt D3, wenn der Schnittwinkel
bei D, größer ist als derjenige bei. D3, wie deutlich in der Fig. 5 dargestellt
ist. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß die Kollisionsmögliehkeit mit dem
Gegenstand Dq niedriger ist als diejenige mit den Gegenständen D1 oder D2, da das
Objekt oder der Gegenstand Dß, der die Hyperbel-Linie L3 mit einem relativ großen
Winkel schneidet, üblicherweise die-Swra.3e vor dem Fahrzeug kreuzt, wobei die Gegenstände
D1 und D2 möglicherweise mit dem Fahrzeug zusammenstoßen, wenn sie sich längs der
in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie des Fahrzeugs oder längs der Hyperbel-Linle
L1 bewegen. Daher ist es möglich, die Kcllisionsgefahr aus dem Differentialwert
der Phasendifferenz zwischen den Dopplersignalen S1 und zu bestimmen.
-
Im Hinblick auf die obige Darlegung vergleicht die Vergleicherschaltung
9 den Differentialwert der Phasendifferenz zwischen den Dopplersignalen S1 und 52
mit einem vorbestimmten Bezugswert R und erzeugt ausgangsseitig ein "1"-Signal,
um die Alarmschaltung 10 zu betätigen, wenn der Differentialwert niedriger als der
Bezugswert R ist. Beispielsweise sei angenommen, daß die Trägerfrequenz des Puls-Doppler-Radars
1, 2 zehn GHz beträgt, daß die Entfernung zwischen den Antennen 13 und 23 1i5 m
sei und die Fahrzeugbreite des Fahrzeugs C 1,7 m sei und daß der Bezugswert R auf
200/m oder dergleichen bei dessen Umwandlung in den Differentialwert der Phasendifferenz
betrage.
-
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Kollisionsterhinderungssystems
für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur haben die Puls-Doppier-Rndcr
dieses Ausführungsbeispiels die gleiche Bauweise w.e die oben beschriebene, wobei
diejenigen Komponenren dieses Ausführungsbeispieles, die denen des ersten '2usführangsbeispieles
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
-
In diesem AusDührungsbeispiel wird eine genauere Entscheidung der
Kcllisionsgefahr durch Verändern des Bezugswertes R ermöglicht, verglichen mit dem
Differentialwert der Phasendifferenz zwischen den beiden Dopplersignalen 1 und S2,
in Übereinstimmung mit der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt oder
Gegenstand.
-
Diesbezüglich arbeitet die Verarbeitungsschaltung 16, um den Bezugswert
R auf der Basis des Entfernungssignals S2 einzustellen, das die durch die Empfängerschaltung
15 des Puls-Doppler-Radars 1 ermittelte Entfernung anzeigt.
-
Im Idealfall soll die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik der Verarbeitungsschaltung
16 sich in einer derartigen Weise ändern, wie dies durch die Linie a in Fig. 7 gezeigt
ist, jedoch kann sie aus Gründen der Einfachheit der Schaltungsanordnung zu einer
geraden Linie b abge-
wandelt werden.
-
Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
bei dem diejenigen Komponenten, die denjenigen der vorhergehenden Beispiele entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie deutlich in Fig. 9 zu sehen
ist, nähert sich, wenn sich das Fahrzeug C geradeaus nach vorne bewegt, ein Objekt
D mit einem Winkel dem Fahrzeug C mit einer relativen Geschwindigkeit v, so daß
anzunehmen ist, daß es die Fahrtrichtung des Fahrzeugs C kreuzt und am Fahrzeug
C ohne Kollision vcrbei fänrt, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 9 angedeutet
ist. Wenn a1'erdingas das Fahrzeug C auf einer gekrümmten Bahn fährt, nähert sich
das Objekt D dem Fahrzeug längs einer Kurve, die durch die durchgezogene Linie oezeichnet
ist, so daß die Gefahr einer Kollision sehr hoch ist Um eine derartige Kollisionsgefahr
zu ver.,eldel,s wird gern%'2 dieses Ausführungsbeispieles vorgeschlagen, den Bezugswert
R im Hinblick auf den Differentialwert in Ubereinstimmung mit dem Verarbeitungsbetrag
oder Lenkwinkel des Fahrzeugs durch Verwendurch eina Lenkwinkelfühlers 17 und einer
Verarbeitungsschaltung 18 zu ändern. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein moglneher
Zusammenhang zwischen dem Bezugswert R, der durch die Verarbeitungsschaltung 18
eingestellt wird, und dem Lenkwinkel, in Fig. 10 dargestellt, wobei der Bezugswert
R proportional zum Lenkwinkel. eingestellt wird.
-
Es sei angemerkt, daß die Funktionen der Differentialschaltung 8,
der Vergleicherschaltung 9 und der Verarbeitungsschaltungen 16 und 18 ebenso unter
Verwendung eines Mikrocomputers ausgeführt werden können. In diesem Fall ist es
möglich, eine Kollisionsvorllc rsage mit hoher Genauigkeit durch theoretisches Berechncn
des Bezugswertes R aufgrund verschiedener Faktoren zu erreichen; wie beispielsweise
aufgrund der Entfernung zwischen dem
Fahrzeug und dem Objekt, aufgrund
des Lenkwinkels und aufgrund der Entfernung zwischen den beiden Antennen.
-
Fig. 11 zeigt charakteristische Kurven, die die Beziehung zwischen
der Entfernung des Fahrzeugs zu den Objekten und dem Bezugswert R darstellen, wobei
der Lenkwinkel als Parameter verwendet wird.
-
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele derart aufgebaut sind, daß
ein Alarm aufgrund der Bestimmung der Tatsache, daß eine Kollisionsgefahr besteht,
erzeugt wird, ist es ebenso möglich, aufgrund einer derartigen Bestimmung oder Erfassung
die Fahrzustände des Fahrzeugs zu steuern, wie beIspielsweise durch Bremsen des
Fahrzeugs oder durch Hindern des Fahrzeugs an einer Fortbewegung.
-
Gemäß obiger Beschreibung werden gemäß der vorliegenden Erfindung
zwei Dopplersignale und ein Entfernungssignal zunächst aufgrund eines Stereo-Radarsystems
erzeugt, das am Fahrzeug befestigt ist, wobei daraufhin die Be-SL1SmUng der Kollisionsgefahr
auf der Basis des Differentiawertes der Phasendifferenz zwischen den beiden Doppl"slDnG
en bezüglich der Entfernung zwischen dem Fahrzeug Tnå einem Objekt ausgeführt wird.
Dies ermögleicht eine genaue Bestimmung einer möglichen Kollisionsgefahr durch Verwendung
einer relativ einfachen Schaltungsanordnung. Darüber hinaus ist es möglich, eine
derartige Bestimmung mit viel höherer Genauigkeit durch Verändern des Bezugswertes
auszuführen, der mit dem obigen Differentialwert verglichen wird, und zwar durch
Andern des Bezugswertes in übereinstimmung mit verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise
der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt und wie beispielsweise dem Lenkwinkel.