DE3540426A1

DE3540426A1 - Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE3540426A1
Application number: DE19853540426
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Nishio Aichi Kago; Hiroyuki Hekinan Aichi Sakakibara
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1985-11-14
Publication date: 1986-05-15
Also published as: JPS61118678A; US4689624A

Description

Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser, bei dem insbesondere eine Meßwelle zur laufenden Straßenoberfläche ausgesandt und dann von der Straßenoberfläche reflektiert wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit über den Doppler-Effekt der reflektierten Welle ermittelt wird.

Bei einem derartigen Geschwindigkeitsmesser wird als Meßwelle üblicherweise eine Mikrowelle benutzt und ist eine Sende- und Empfangsantenne unter einem vorbestimmten Winkel zur Straßenoberfläche angebracht, wobei die Meßwelle von der Antenne ausgesandt und von der Straßenoberfläche reflektiert wird und die reflektierte Welle empfangen wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich dabei unter Ausnutzung der Tatsache, daß die Frequenz der reflektierten Welle in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend dem Doppler-Effekt variiert. Ein derartiger Geschwindigkeitsmesser hat den Vorteil, daß ein Fehler aufgrund eines Rutschens der Reifen oder eines Durchdrehens der Räder, verglichen mit den bekannten Tachometern, nicht auftritt,bei denen die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Umwandlung der Drehzahl einer Welle des Fahrzeuges ermittelt wird.

Bei einem Geschwindigkeitsmesser vom Doppler-Typ wird jedoch aufgrund der Schwingung des Fahrzeuges die Sende- und Empfangsantenne vertikal in Richtung der Straßenoberfläche bewegt oder wird der Winkel der Sende- und Empfangsantenne aufgrund von Schwingungen durch Straßenunebenheiten und ahn 1 ichen Schwingungen verändert, wodurch ein Meßfehler hervorgerufen wird.

Mit der Ausschaltung des Meßfehlers aus dem oben genannten

ersten Grund befaßt sich die JP-PS No.59-26912. Bei der aus dieser Druckschrift zu entnehmenden Vorrichtung ist eine Mikrowellensende- und -empfangsantenne unter einem genau bestimmten Winkel bezüglich der Straßenoberfläche an der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeuges angebracht und werden die Empfangssignale der an der Straßenoberfläche reflektierten Wellen, die durch die Sende- und Empfangsantenne erhalten werden, einem Phasenschieber eingegeben und anschliessend zusammengesetzt, um dadurch einen Fehler auszuschließen, der durch die Vertikalbewegung der Sende- und Empfangsantenne hervorgerufen wird. Es ist jedoch noch kein Vorschlag gemacht worden, wie der Fehler ausgeschaltet werden kann, der durch den obigen zuletzt genannten Grund hervorgerufen wird.

Durch die Erfindung soll ein den Doppler-Effekt ausnutzender Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser geschaffen werden, mit dem die Fahrzeuggeschwindigkeit selbst dann genau erhalten werden kann, wenn sich der Winkel des Meßwellensenders und -empfängers bezüglich der Straßenoberfläche aufgrund von Fahrzeugschwingungen ändert.

Dazu umfaßt der erfindungsgemäße Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser

1. eine erste Senae- und Empfangseinrichtung, die am Fahrzeug vorgesehen ist und unter einem vorbestimmten Winkel O₁ bezüglich der Straßenoberfläche auf die Straßenoberfläche gerichtet ist,um eine Meßwelle mit einer Frequenz f₁ zur Straßenoberfläche auszusenden und die von der Straßenoberfläche reflektierte Welle zu empfangen,

2. eine zweite Sende- und Empfangseinrichtung, die in der Nähe der ersten Sende- und Empfangseinrichtung vorgesehen ist und unter einem vorbestimmten Winkel θ^ bezüglich der Straßenoberfläche auf die Straßenoberfläche gerichtet ist, um eine Meßwelle mit einer Frequenz f₂ auf die Straßenoberfläche auszusenden und die von der Straßen-

oberfläche reflektierte Welle zu empfangen.

3. eine Detektoreinrichtung zum Aufnehmen des Frequenzunterschiedes F₁ zwischen der Meßwelle und der reflektierten Welle in der ersten Sende- und Empfangseinrichtung und zum Aufnehmen des Frequenzunterschiedes F₂ zwischen der Meßwelle und der reflektierten Welle in der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung,

4. eine Winkeländerungsberechnungseinrichtung, die unter der Annahme, daß K₁, K₂ die Korrekturkoeffizienten für die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung

sind und daß fi f2 K2
c< = — . — · — ,

F₂ fl Ki

die Änderung ΔΘ des Winkels der ersten und der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung bezüglich der Straßenober· fläche aufgrund von Schwingungen während der Fahrt des Fahrzeuges nach der folgenden Gleichung berechnet:

/ cos 0\ - <d cos Θ2 \

ΔΟ = tan"¹ [ J

sin &i *sinÖ2

cos 0\ - <d cos Θ2

sin i 2 und

eine Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung, die unter der Annahme, daß c die Geschwindigkeit jeder Meßwelle ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit V nach einer der Gleichungen

ν = oder

ν =

	Fl	• Δ	·-	y	C	1
COS	(01 +		θ)		2fi	Kl
	F2	Λ		- X	C	1
COS	(£> +	β)	2fo	Κ2

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berechnet.

Selbst wenn bei dem erfindungsgemäßen Geschwindigkeitsmesser sich der Winkel der Sende- und Empfangseinrichtungen bezüglich der Straßenoberfläche aufgrund von Schwingungen des Fahrzeuges infolge von Straßenunebenheiten oder ähnlichen Schwingungen ändert, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit genau gemessen werden, ohne daß die Messung durch diese Änderung des Winkels der Sende- und Empfangseinrichtungen beeinflußt wird.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin.dung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig . 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Er

findung, wobei diese, eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeuges an der Vorderseite mit der dargestellten Anordnung von Doppler-Sensoren zeigt,

Fig.2 eine auseinan.dergezogene perspektivische

Ansicht des Aufbaus der Doppler-Sensoren,

Fig.3 in einem Blockschaltbild den Aufbau der

Doppler-Sensoren und der Betriebsvorrichtung , und

Fig.4 eine schematische Seitenansicht eines

Fahrzeugs an der Vorderseite mit der Anordnung von Doppler-Sensoren bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig.1 bis 3 beschrieben.

Wie es in Fig.1 dargestellt ist, sind Doppler-Sensoren 1A.1B, die einen ersten Sender und Empfänger und einen zweiten Sender und Empfänger jeweils bilden, an der Unterfläche am vorderen Ende eines Fahrzeuges H angebracht und zur Straßenoberfläche E vor dem Fahrzeug gerichtet. Jeder Doppler-Sensor 1A.1B weist ein zylindrisches Gehäuse mit einer Stirnfläche auf, die zur Straßenoberfläche E gerichtet ist. Eine elektromagnetische Hornantenne, die in der im folgenden beschriebenen Weise Mikrowellen als Meßwellen aussendet und empfängt, ist an der Stirnfläche des Gehäuses angebracht. Die Antenne der Doppler-Sensoren 1A,1B bilden vorbestimmte Winkel θ,, Q~ jeweils zwischen der Axiallinie jeder Antenne und der Straßenoberfläche E.

Von den Doppler-Sensoren 1A,1B werden Mikrowellen ausgesandt, die von der Straßenoberfläche E reflektiert werden und zu den Sensoren 1A.1B zurückkehren. Die Frequenz jeder reflektierten Welle variiert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit nach dem Doppler-Effekt, wobei die Sensoren 1A.1B Doppler-Signale 1a,1b erzeugen, die jeweils eine Frequenz gleich dem Frequenzunterschied zwischen der ausgesandten Mikrowelle und der reflektierten Welle haben, die im folgenden als Doppier-Frequenz bezeichnet wird. Die Doppler-Signale 1a,1b liegen an der Betriebsvorrichtung 2, die die Fahrzeuggeschwindigkeit nach dem im folgenden beschriebenen Verfahren berechnet und anzeigt.

Fig.2 zeigt die Anordnung der Doppler-Sensoren 1A.1B. Die Sensoren 1A,1B sind nebeneinander angeordnet. Die gegenüberliegenden inneren Seitenflächen der Sensoren 1A.1B sind mit Gewindebohrungen 11 versehen, von denen nur die Bohrung des Sensors 1A dargestellt ist. Die beiden Enden von mit einem

Sf ^Ά

Gewinde versehenen Elementen 3 sind in die Gewindebohrungen 11 geschraubt, und die Sensoren 1A.1B sind relativ um die mit einem Gewinde versehenen Elemente 3 drehbar. Die Außenflächen der Sensoren 1A.1B sind mit Gewindebohrungen 12 versehen, von denen nur die des Sensors 1B dargestellt ist. Bolzen 5, die hindurchgehende Löcher 41 in beiden Seitenflächen eines U-förmigen Befestigungsträgers 4 eingesetzt sind, stehen in Schraubineingriffnähme mit den viewin.debohrungen 12, wodurch die Sensorgehäuse fest an dem Träger 4 angebracht sind.

Eine Vielzahl von durchgehenden Löchern 42 ist in regelmäßigen Abständen voneinander an der Außenseite des durchgehenden Loches 41 und konzentrisch dazu vorgesehen,und in der Nähe der Gewindebohrung 12 jedes Doppler-Sensors 1A.1B ist eine Bohrung 13 vorgesehen. Die Sensoren 1A,1B sind drehbar, wobei dann, wenn eines der durchgehenden Löcher 42 mit der Bohrung 13 zusammenfällt, ein Stift 6 in dieses Loch und diese Bohrung eingesetzt wird, um die Sensoren 1A.1B unter dem erforderlichen Drehwinkel festzulegen. Der Träger 4 ist an einem nicht dargestellten Fahrzeugstoßfänger unter Verwendung von Bolzen 7 befestigt, die in ovale Bohrungen 43 eingesetzt sind, die in der oberen Platte des Trägers 4 vorgesehen sind.

Fig.3 zeigt den Aufbau der Doppler-Sensoren 1A.1B und der Betriebsvorrichtung 2. Die Sensoren 1A,1B haben den gleichen Aufbau und umfassen jeweils eine elektromagnetische Hornantenne 14, einen Doppler-Modul 15 mit einer Gunn-Diode und einer Mischdiode, einen Verstärker 16 und eine wellenformende Schaltung 17. Die von der Gunn-Diode im Modul 15 ausgegebene Mikrowelle wird über die Antenne 14 zur Straßenoberfläche E ausgesandt. Die an der Straßenoberfläche E reflektierte Welle wird wieder von der Antenne 14 empfangen und erreicht die Mischdiode, wo die reflektierte Welle mit der ausgesandten Mikrowelle gemischt und der Frequenzdifferenzanteil gebildet wird. Der Frequenzdifferenzanteil wird in impulsförmige Wellenzüge

durch die wellenformende Schaltung 17 umgeformt, und die impulsförmigen Wellenzüge werden als Doppler-Signale 1a,1b ausgegeben.

Die Betriebsvorrichtung 2 umfaßt Frequenzdifferenzdetektorschaltungen 21A,21B, einen Rechner 22 und eine Geschwindigkeitsanzeige 23. Die Detektorschaltungen 21A,21B empfangen und zählen die Doppler-Signale 1a,1b und geben dann die Doppier-Frequenzen F.,Fo aus.

Wenn die Winkel Q^, O₂ zwischen den Doppler-Sensoren 1A,1B und der Straßenoberfläche E sich aufgrund von Schwingungen des Fahrzeuges H um den Winkel Δθ ändern, sind die Frequenzen F^₉F₂ durch die folgenden Gleichungen (1), (2) gegeben.

α _Λ ^2fl Fi = V · cos (σι +4 0) . 'Kl (1)

2f₂
F2 = V · cos (02 +A$) · ; K2 (2)

In den obigen Gleichungen (1) und (2) bezeichnen V die Fahrzeuggeschwindigkeit in m/s, f., fp die Frequenz der von den Doppler-Sensoren 1A.1B ausgesandten Mikrowellen, c die Lichte

geschwindigkeit = 3 χ 10 m/s und K1, K2 die Korrekturkoeffizienten, die durch die Mikrowellenfrequenzen f^.fo und den Zustand der Straßenoberfläche bestimmt sind.

Der Rechner 22 empfängt die Doppler-Frequenzen F₁, F₂ und berechnet dann die Fahrzeuggeschwindigkeit V nach den obigen Gleichungen (1), (2), die simultane Gleichungen sind, die die Fahrzeuggeschwindigkeit V und die Winkeländerung I θ als Variablen verwenden.

Aus den Gleichungen (1), (2) folgt, daß

cos Öi - α ccs Ö2 }

Ao= tan-1 L J (3)

^ sin d\ - o< sin 62 ^

Fi f2 K₂

^F2

Der nach der obigen Gleichung (3) berechnete WinkelΔ0 wird in die Gleichung (1) oder in die Gleichung (2) eingesetzt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit V zu erhalten.

Die berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit V wird an der Anzeige 23 angezeigt.

Fig.4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiei der Erfindung. Wie es in Fig.4 dargestellt ist, ist der Doppler-Sensor 1A zur Vorderseite des Fahrzeuges gerichtet, während der Doppler-Sensor 1B nach hinten gerichtet ist, wobei beide Sensoren den gleichen Winkel θ bezüglich der Straßenoberfläche E bilden. Das zweite Ausführungsbeispiel ist mit der Ausnahme des oben beschriebenen Aufbaus dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich.

Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiei die Doppler-Sensoren 1A, 1B in voneinander entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, tritt selbst dann, wenn Mikrowellen mit der gleichen Frequenz f von den Sensoren 1A.1B ausgesandt werden, eine Interferenz nicht auf, so daß derselbe Korrekturkoeffizient K in beiden Meßsystemen verwandt werden kann. Wenn die Winkeländerung des Sensors 1A aufgrund einer Fahrzeugschwingung Δ 9 beträgt, wird die des Sensors 1B gleich - Δθ.

Aus den Gleichungen (1), (2) beim ersten Ausführungsbeispiel werden beim zweiten Ausführungsbeispiel somit die folgenden Gleichungen (4) und (5):

2f

Fi = V · cos (6+δ6) . — -κ (4)

2f

F2 = V · cos ( Ö-- Δβ) · — - K (5)

Der Rechner 22 der Betriebsvorrichtung 2 berechnet die Winkeländerung Δ θ aus den Gleichungen (4) und (5), wie es in der folgenden Gleichung (6) dargestellt ist, und sie berechnet weiterhin die Fahrzeuggeschwindigkeit V durch Einsetzen der Gleichung (6) in die Gleichung (4) oder (5).

/ 1 F1-F2 > Aß = tan-1 · J

V 4-an A FT + F9

(6)

tan $ Fi + F2

Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel, lediglich wird der Rechenvorgang zum Berechnen der . Fahrzeuggeschwindigkeit V noch einfacher.

Wie es oben beschrieben wurde, kann der erfindungsgemäße Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser die Fahrzeuggeschwindigkeit selbst dann genau messen, wenn sich der Winkel des Doppler-Sensors bezüglich der Straßenoberfläche aufgrund von Fahrzeug· schwingungen ändert.

Vtf

Wenn Schallwellen anstelle von Mikrowellen bei den Ausführungsbeispielen, der Erfindung verwandt werden, werden natürlich ähnliche Wirkungen erzielt.

Claims

Dr. F. Zuryistein sen. - Dr. E. Assmann ,_ _ . _ . _ Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. O O 4 U 4 Z PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 3/Li SK-118-2 NIPPON SOKEN,INC. Aichi-ken, Japan Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser PATENTANSPRÜCHE

1. Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser,
gekennzeichnet durch

1. eine erste Sende- und Empfangseinrichtung, die am Fahrzeug angebracht ist und zur Straßenoberfläche unter einem vorbestimmten Winkel (θ.) bezüglich der Straßenoberfläche gerichtet ist, um eine Meßwelle mit einer Frequenz (f.) zur Straßenoberfläche auszusenden und die von der Straßenoberfläche reflektierte Welle zu empfangen,

2. eine zweite Sende- und Empfangseinrichtung, die in der Nähe der ersten Sende- und Empfangseinrichtung angeord· net und zur Straßenoberfläche unter einem vorbestimmten Winkel (θ₂) bezüglich der Straßenoberflache gerichtet ist, um eine Meßwelle mit einer Frequenz (f₂)

"8.

zur Straßenoberfläche auszusenden und die von der Straßenoberfläche reflektierte Welle zu empfangen, eine Frequenzdifferenzdetektoreinrichtung zum Aufnehmen des Frequenzunterschiedes (F^) zwischen der Meßwelle und der reflektierten Welle in der ersten Sende- und Empfangseinrichtung und zum Aufnehmen des Frequenzunterschiedes (F₂) zwischen der Meßwelle und der reflektierten Welle in der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung,

eine Winkeländerungsberechnungseinrichtung, die unter der Annahme, daß. Kj₁K₂ Korrekturkoeffizienten für die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung sind, und daß _{p f2} ^₂

P2 ^fl ^Kl

die Änderung Δ θ des

Winkels der ersten und zweiten Sende- und Empfangseinrichtung bezüglich der Straßenoberfläche aufgrund von Schwingungen während der Fahrt des Fahrzeuges nach der folgenden Gleichung berechnet:

/ COS &1 - AC(ZO₂ \

ί - j

^ sin 0χ - f* sin $2

tan-1

^ sin 0χ - f* sin

und

5. eine Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung, die unter der Annahme, daß c die Geschwindigkeit jeder Meßwelle ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit V nach einer der folgenden Gleichungen berechnet:

Fi el

V » — · · —

cos (8ι+δ6) 2fi Ki

F2 el

cos

(02 +aO) 2f2 K2

2. Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Sende- und Empfangseinrichtung aus einem Doppler-Sensor mit einem zylindrischen Gehäuse besteht, wobei ein Ende des Gehäuses an der Bodenfläche des Fahrzeuges befestigt ist und eine elektromagnetische Hornantenne zum Aussenden und Empfangen von Mikrowellen am anderen Ende des Gehäuses zur Straßenoberfläche gerichtet angebracht ist.

3. Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung jeweils Winkel 9, ,Q-bezüglich der Straßenoberfläche bilden und beide Einrichtungen vom Fahrzeug nach vorne oder nach hinten gerichtet sind.

4. Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung den gleichen vorbestimmten Winkel 0 bezüglich der Straßenoberfläche bilden, wobei eine Einrichtung vom Fahrzeug nach vorne und die andere Einrichtung vom Fahrzeug nach hinten gerichtet ist, beide Sende- und Empfangseinrichtungen Meßwellen mit der gleichen Frequenz f erzeugen und die Winkeländerungsberechnungseinrichtung die Winkeländerung Αθ nach der folgenden Gleichung berechnet:

- tan-1 / . *

tan θ

während die Geschwindigkeitsberechnungseinrichtung unter der Annahme, daß K der Korrekturkoeffizient für die erste

und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit _%V nach einer der folgenden Gleichungen berechnet:

Pl el

coa {Q + Δΰ) 2f K

F2 el

_v _m — · — · -

cos ( d- AÜ} 2f K