DE3821215A1 - Geschwindigkeits-wegstreckensensor fuer kraftfahrzeuganordnungen - Google Patents

Geschwindigkeits-wegstreckensensor fuer kraftfahrzeuganordnungen

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Description

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach dem Doppler-Prinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, bestehend aus einem Sende- und Empfangsteil, einem Antennensystem und einer Auswerte- und Versorgungselektronik für den Sende- und Em­ pfangsteil.
Mit Hilfe des Doppler-Effektes lassen sich Geschwindigkeitsmessungen ohne mechanisch bewegte Teile durchführen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Geschwindigkeits-Weg­ strecken-Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der insbeson­ dere für Kraftfahrzeuganwendungen geeignet und kostengünstig her­ stellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein flacher, isolierender Trägerkörper auf einer großflächigen Oberflächenseite das Antennensystem trägt, daß der Sende- und Empfangsteil auf dem Trägerkörper angeordnet ist, daß auf der gegenüberliegenden Oberflä­ chenseite des Trägerkörpers die Auswerte- und Versorgungselektronik angeordnet ist.
Diese erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch eine flache Ausführung aus, die bei einer ersten bevorzugten Ausbildung der Er­ findung durch ein aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten An­ tennen bestehendes Antennensystem erzielt wird, wobei der Sende- und Empfangsteil zwischen den beiden Antennen und die Auswerte- und Ver­ sorungselektronik in einer Aussparung des Trägerkörpers angeordnet ist.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die flache Form des Sensors durch die Verwendung von planaren Antennen weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung führt der Einsatz von dielektrischen Linsen in Kombination mit planaren An­ tennen zu einer kostengünstigeren Ausführung des Sensors, die jedoch nicht mehr so flach ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sende- und Empfangsteil als integrierter GaAs-Schaltkreis aufge­ baut, wobei gemäß einer weiteren günstigen Ausführungsform der Er­ findung dieser Schaltkreis im 24 GHz-Bereich arbeitet.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen entnehmbar.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b die schematische Darstellung einer Modul-Aus­ führung eines erfindungsgemäßen Geschwindig­ keits-Wegstrecken-Sensors in einer Drauf- bzw. Schnittansicht,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Sende- und Empfangs­ teils des erfindungsgemäßen Geschwindigkeits- Wegstrecken-Sensors gemäß der Fig. 1a und 1b,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Auswerte- und Ver­ sorgungsteils des erfindungsgemäßen Geschwin­ digkeits-Wegstrecken-Sensors gemäß den Fig. 1a und 1b, und
Fig. 4 die schematische Darstellung einer Modul-Aus­ führung eines weiteren erfindungsgemäßen Ge­ schwindigkeits-Wegstrecken-Sensors in einer Schnittansicht.
Die Modul-Ausführung des Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensors nach den Fig. 1a und 1b umfaßt einen rechteckförmigen und flachen Trä­ gerkörper 4 aus Kunststoff. Im Kreuzungspunkt der beiden Flächendia­ gonalen der Oberflächenseite 5 des Trägerkörpers 4 ist der auf einer Metallplatte 11 befestigte Sende- und Empfangsteil 1 als GaAs-MMIC (Monolitic Microwave Integrated Circuit) angeordnet, wobei die streifenförmig ausgebildete Metallplatte 11, beispielsweise aus Mes­ sing, oberflächenbündig in den Trägerkörper 4 eingelassen ist und in Richtung der die Länge des Trägerkörpers 4 teilenden Symmetrielinie 18 die Oberflächenseite 5 außerhalb der Metallplatte 11 in zwei identische Bereiche 15 a und 15 b teilt, in die jeweils planare Anten­ nen 2 a und 2 b symmetrisch zueinander angeordnet sind und von dem Hochfrequenzteil der Sende- und Empfangselektronik 1 über jeweils eine Streifenleitung 12 a und 12 b gespeist werden können. Jede Anten­ ne 2 a bzw. 2 b besteht aus vier über einen Steg 16 a bzw. 16 b zusam­ mengefaßten Antennenästen 17 a bzw. 17 b. Die Antennen bestehen aus einem Kunststoff mit einer hohen Dielektrizitätszahl, beispielsweise aus RT-Duroid, wobei die Rückseiten der Antennen in den Bereichen 15 a und 15 b ganzflächig metallisiert sind.
Auf der zweiten Oberflächenseite 7 des Trägerkörpers 4 ist symme­ trisch zur Symmetrielinie 18 eine Aussparung 6 ausgebildet, die eine Leiterplatte 8 mit der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 auf­ nimmt. Eine Leitung 14 führt von dem Sende- und Empfangsteil 1 als auch von der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 senkrecht zur langen Stirnseite auf eine mittig an dieser Seite des Trägerkörpers 4 angeordnete Steckerleiste 13 zum Anschluß an ein Kraftfahrzeug- Bussystem.
Zwei Deckplatten 9 a und 9 b aus Kunststoff, die deckungsgleich zu den Seitenflächen 5 und 7 ausgebildet sind und dieselben dicht abdecken bilden zusammen mit dem Trägerkörper 4 das Gehäuse des Sensors. Die Deckplatte 9 b ist im Bereich der Antennen 2 a und 2 b jeweils mit ei­ nem Schutzfenster 10 versehen, dessen Material eine niedrige Absorp­ tion im angewandten Frequenzbereich aufweist. Für den Frequenzbereich von 24 GHz wird beispielsweise Polyethylen eingesetzt.
Die Modul-Ausführung gemäß den Fig. 1a und 1b weist eine Länge l 1 von ca. 180 mm, eine Breite l 2 von ca. 60 mm und eine Höhe l 3 von ca. 15 mm auf. Bei dieser flachen Ausführung des Sensors sind die beiden Antennen so ausgebildet, daß deren Strahlen jeweils einen Neigungswinkel von ca. 45° aufweisen und einen Antennenöffnungs­ winkel von 10° bis 15° haben. Die Doppelstrahlanordnung, die durch die beiden Antennen gegeben ist, wird zur Kompensation des Nickwin­ kels des Kraftfahrzeuges benötigt. Es ist jedoch eine Einfachanten­ nenausführung möglich, bei der eine Einsparung an verschiedenen Elektronikbausteinen erzielbar ist sowie eine Verkleinerung der ge­ samten Anordnung möglich ist.
Dieser Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor ist geeignet, die Fahr­ zeuggeschwindigkeit über Grund unter Ausnutzung des Doppler-Effektes mit Mikrowellen-Strahlung bei einer Frequenz von 24,125 GHz zu messen. Die Integration der Geschwindigkeitsmessung ergibt die Weg­ streckeninformation, wobei ein Meßbereich von 2,5 km/h bis 200 km/h zu einer Zwischenfrequenz von 75 Hz bis 6 kHz führt.
Der Sende- und Empfangsteil 1 gemäß Fig. 2 enthält einen dielek­ trisch stabilisierten Oszillator Osz 1, der auf MESFET-Basis herge­ stellt und für eine Ausgangsleistung von 7-10 dBm ausgelegt ist. Dieser Oszillator Osz 1 dient als Sender und als lokaler Oszillator (LO) für die Mischerstufen M 1a und M 1b . Das Oszillatorsignal mit ei­ ner Frequenz von 24,125 GHz wird geteilt und mit den beiden MESFET- Verstärkern V 1a und V 1b mit 6 dB nachverstärkt. Anschließend wird das Sendesignal jeweils über einen 3 dB-Hybridringkoppler K 1a und K 1b auf die Antennen A 1 und A 2 geleitet, während das LO- und das Em­ pfangssignal auf die als Schottky-Diodenmischen ausgebildeten Mi­ scherstufen M 1a und M 1b geführt werden, wobei deren Ausgangssignale mit einer Zwischenfrequenz von 75 Hz bis 6 kHz auf Kanal 1 und Kanal 2 der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 zugeführt werden.
Gemäß Fig. 3 werden die beiden Zwischenfrequenzsignale jeweils über Kanal 1 bzw. 2 aufbereitet, wobei diese beiden Kanäle identisch aufgebaut sind. Die Zwischenfrequenzsignale werden jeweils einem Zwischenfrequenzvorverstärker V 2a bzw. V 2b , anschließend jeweils ei­ nem elektrisch abstimmbaren Filter F 1a bzw. F 1b , und schließlich je­ weils einem Komparator K 2a bzw. K 2b zur Wandlung der analogen Dopp­ ler-Signale in Digitalsignale zugeführt. Diese Funktionen sind zu­ sammen mit einem Prüfoszillator Osz 2 und einer Modul-Überwachungs­ einheit Mod, die jeweils mit den beiden Kanälen 1 und 2 verbunden sind, auf einem integrierten Schaltkreis IC 1 realisiert. Über die Test- und Kontrollanschlüsse des Prüfoszillators Osz 2 und der Modul-Überwachungseinheit Mod ist eine Überprüfung des Sende- und Empfangsteils 1 sowie der Auswerteelektronik möglich. Die beiden Ausgänge der Komparatoren K 2a und K 2b sind mit einem weiteren, einen Mikroprozessor enthaltenden integrierten Schaltkreis IC 2 verbunden, der die Mittelwertbildung der beiden Dopplerfrequenzen und die Daten- und Signalaufbereitung durchführt. Am Ausgang des integrierten Schaltkreises IC 2 steht ein Signal mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenz zur Verfügung. Dieses Signal kann auf eine Schnittstelle eines Bus-Systems geführt werden. Schließlich enthält die Auswerte­ und Versorgungselektronik 3 eine Versorgungsspannungseinheit Sp, die die Aufbereitung der Versorgungsspannungen für den Sende- und Em­ pfangsteil 1 vornimmt.
Der Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Fig. 4 weist zwei di­ elektrische Linsen 19 a und 19 b auf, die auf der Oberflächenseite 5 des Trägerkörpers 4 symmetrisch so angeordnet sind, daß ihre optische Achsen jeweils senkrecht auf den zu der Oberflächenseite 5 um 45° ge­ neigten Antennen 2 a und 2 b stehen. Die aus Keramik oder Quarzglas hergestellten Antennen 2 a und 2 b sind planar entsprechend denjenigen nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgeführt, wobei in der Ebene dieser beiden Antennen 2 a und 2 b die beiden Sende- und Em­ pfangsteile 1 a und 1 b angeordnet sind. Auf der anderen Oberflächen­ seite 7 des Trägerkörpers 4 befinden sich sowohl in einer Aussparung 6 des Trägerkörpers 4 die Auswerte- und Versorgungselektronik 3 als auch eine Steckerleiste 13. Eine Deckplatte 9 deckt die Oberflächen­ seite 7 dicht ab und bildet zusammen mit dem Trägerkörper und den dielektrischen Linsen 19 a und 19 b das Gehäuse des Sensors.

Claims (23)

1. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach dem Doppler-Prinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, bestehend aus einem Sen­ de- und Empfangsteil (1), einem Antennensystem (2) und einer Auswer­ te- und Versorgungselektronik (3) für den Sende- und Empfangsteil (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein flacher, isolierender Träger­ körper (4) auf einer großflächigen Oberflächenseite (5) das Anten­ nensystem trägt, daß der Sende- und Empfangsteil (1) auf dem Träger­ körper (4) angeordnet ist, daß auf der gegenüberliegenden Oberflä­ chenseite (7) des Trägerkörpers (4) die Auswerte- und Versorgungs­ elektronik (3) angeordnet ist.
2. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Antennensystem (2) aus zwei symmetrisch zuein­ ander angeordneten Antennen (2 a, 2 b) besteht, daß der Sende- und Em­ pfangsteil (1) zwischen den beiden Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist, und daß die Auswerte- und Versorgungselektronik (3) in einer Ausspa­ rung (6) des Trägerkörpers angeordnet ist.
3. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Abdeckungen (9 a, 9 b) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Trägerkörper (4) das Gehäuse des Sensors bilden.
4. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckungen (9 a, 9 b) und der Trägerkörper (4) aus Kunststoff bestehen.
5. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (4) recht­ eckförmig ausgebildet ist.
6. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sende- und Empfangsteil (1) im Schnittpunkt der beiden Flächendiagonalen der Trägerfläche (5) für die Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist.
7. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (6) symmetrisch zur Symmetrielinie (18) der Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist.
8. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (2 a, 2 b) pla­ nar ausgebildet sind.
9. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede planare Antenne (2 a, 2 b) mehrere Antennenäste (17 a, 17 b) aufweist.
10. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der beiden Antennen (2 a, 2 b) jeweils dielektrische Linsen angeordnet sind.
11. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (9 a) im Bereich der Antennen (2 a, 2 b) ein Schutzfenster (10) aufweist.
12. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Schutzfensters (10) eine nied­ rige Absorption in dem angewandten Frequenz-Bereich aufweist.
13. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Polyethylen besteht.
14. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der beiden Antennen jeweils einen Neigungswinkel von 45° aufweisen.
15. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der beiden Antennen jeweils einen Öffnungswinkel von ca. 10° bis 15° aufweisen.
16. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangs­ teil (1) als integrierter GaAs-Schaltkreis ausgebildet ist und in der gleichen Ebene wie die Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist.
17. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangs­ teil (1) über eine Streifenleitung (12 a, 12 b) mit den beiden Anten­ nen (2 a, 2 b) verbunden ist.
18. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Versor­ gungselektronik (3) auf einer Leiterplatte (8) angeordnet ist.
19. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Versor­ gungselektronik (3) als integrierter Si-Schaltkreis ausgebildet ist.
20. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenmaterial aus einem Kunststoff mit hoher Dielektrizitätszahl besteht.
21. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Länge (l 1) von ca. 180 mm, eine Breite (l 2) von ca. 60 mm und eine Höhe (l 3) von ca. 15 mm.
22. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und Empfangsteil (1) im 24 GHz-Bereich arbeitet.
23. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittig an der langen Stirnseite des Trägerkörpers (4) ein Stecker (13) zum Anschluß an ein Bus-System vorgesehen ist.
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