DE3835510A1 - Nach dem doppler-prinzip arbeitende vorrichtung zur ermittlung der von einem fahrzeug zurueckgelegten wegstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die üblicherweise verwendeten Fahrzeugtachometer haben den Nachteil, daß ihre Anzeige von verschiedenen unvermeidbaren Einflußgrößen abhängig ist, beispielsweise dem Radschlupf und durch unterschiedliche Reifen und Reifenluftdrücke hervorgerufenen variablen Übersetzungsverhältnissen. Außerdem erfordern verschiedene Fahrzeugtypen auch unterschiedlich ausgelegte Tachometer.

In der EP 00 03 606 A2, G 01 C 22/02, ist auf die Möglichkeit der Verwendung von nach dem Doppler-Prinzip betriebenen Radaranlagen, wie sie zur Geschwindigkeitsüberwachung im Straßenverkehr üblich seien, zur Wegstreckenmessung hingewiesen, ohne daß einzelne technische Angaben gemacht sind. Eine das Doppler-Prinzip ausnutzende Vorrichtung besitzt infolge der bei ihr vorliegenden Erfassung der Wegstrecke direkt über Grund den Vorteil, daß die oben angeführten negativen Einflußfaktoren in Fortfall kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Hinblick auf Genauigkeit der Anzeige, Zuverlässigkeit und einfachen Aufbau besonders günstige Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise das von der einen bekannten und daher nicht zu beschreibenden Aufbau besitzenden PLL-Schaltung gelieferte Impulssignal aus, um unter Verwendung der einzelnen Impulse als Weginkremente im Wege einer Integration auch ein Signal für die jeweils zurückgelegte Wegstrecke zu erzeugen. Bereits hieraus wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil bietet, daß sie nicht nur ein Signal für die zurückgelegte Wegstrecke, sondern auch für die jeweilige Fahrgeschwindigkeit liefert.

Ein Fehlereinfluß ist die Abhängigkeit der ermittelten Differenzfrequenz, also der Dopplerfrequenz, von dem Winkel, unter dem die Strahlung gebündelt in Richtung auf den Boden, das heißt bei einem Straßenfahrzeug die Fahrbahn, abgestrahlt wird. Dieser Fehler kann in einfacher Weise gemäß Patentanspruch 2 durch Verwendung von zwei Antennen in Janus-Anordnung ausgemittelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt eine Wegstreckenmessung mit hoher Genauigkeit zu. Verwendet man für die von der Antenne emittierte Strahlung eine Frequenz von 24,125 GHz und ordnet man die Antenne so an, daß der Strahl unter einem Neigungswinkel von 45° emittiert wird, so ergibt sich die hohe Auflösung von 8,8 mm/Impuls. Dies ist ein Wert, der zur Wegstreckenmessung bei Fahrzeugen vollkommen ausreicht.

Der über einen Abstimmoszillator so angesteuerte Bandpaß, daß er mit seiner unteren Grenzfrequenz der Differenzfrequenz, also der Dopplerfrequenz, nachläuft, dient dazu, tieffrequente Störungen zu eliminieren. Hier ist es zweckmäßig darauf zu achten, daß die untere Grenzfrequenz des gesamten Signalübertragungsweges, also sowohl des Bandpasses als auch von kapazitiv gekoppelten Verstärkerstufen, möglichst niedrig gelegt wird, damit beim Anfahren und Abbremsen des Fahrzeugs, also sehr niedrigen Geschwindigkeiten desselben, die Differenzfrequenz möglichst nicht oder allenfalls kurzzeitig ausfällt.

Im übrigen ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin zu sehen, daß bei entsprechender Schaltung der Zähler auch die jeweilige Fahrtrichtung vorzeichenrichtig berücksichtigen kann, also eine im Rückwärtsgang zurückgelegte Wegstrecke von der durch Vorwärtsfahren zurückgelegten Wegstrecke subtrahiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 von der Seite her schematisch die Lagebeziehung zwischen Mikrowellen- Modul einerseits und Fahrbahn andererseits,

Fig. 2 das Blockschaltbild für eine Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 3 eine janusförmige Antennenanordnung und

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Ausführung mit Berücksichtigung der Fahrtrichtung (vorwärts/rückwärts).

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so bewegt sich das im einzelnen nicht dargestellte Kraftfahrzeug mit der Geschwindigkeit v von rechts nach links über der Fahrbahn 1. Der Mikrowellen-Modul nebst Antenne 2 sendet eine gebündelte Strahlung in Richtung auf die Fahrbahn 1 aus, die eine reflektierte Strahlung 3 unter dem Neigungswinkel R zur Folge hat. Wie bekannt, erzeugt eine Empfangsdiode im Modul 2 eine Differenz- oder Dopplerfrequenz f _D gemäß der Beziehung

In dieser bedeuten λ₀ die Wellenlänge der Trägerschwingung, v die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit und R den Neigungswinkel der Antenne.

Die Auswertung der Ausgangsspannung des Mikrowellen-Moduls, also der Differenzfrequenz, erfolgt gemäß Fig. 2 in der Weise, daß diese Spannung über den Vorverstärker 4 dem Bandpaß 5 zur Unterdrückung tieffrequenter Störsignale zugeführt wird, der über den Abstimmoszillator 6 so gesteuert wird, daß seine untere Grenzfrequenz der jeweiligen Doppler-Frequenz nachläuft. Über den zweiten Verstärker 7 gelangen die Ausgangssignale des Bandpasses zu dem Komparator 8, dem die Phase-Locked-Loop-Schaltung 9 nachgeschaltet ist. Sie wird durch das ihr zugeführte Digitalsignal synchronisiert und schwingt um den Schwerpunkt des Frequenzspektrums dieses Signals. Durch die Nachlaufträgheit der PLL-Schaltung wird das Frequenzspektrum, das an sich die Form einer Gaußschen Glocke besitzt, zu einem Frequenzband verschmälert; außerdem bewirkt die PLL nach Art eines Schwungrades die Überbrückung von systembedingten Impulsausfällen in dem vom Komparator 8 kommenden Signal.

Am Digitalausgang 10 der PLL steht ein Signal mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenz, dagegen am Analogausgang 13 eine geschwindigkeitsproportionale Analogspannung zur Verfügung.

Die Analogspannung dient zur Ansteuerung des Abstimmoszillators 6, der, wie oben beschrieben, die untere Grenzfrequenz des Bandpasses 5 der jeweiligen Dopplerfrequenz nachlaufen läßt.

Der Digitalausgang 10 der PLL ist mit dem Eingang des Zählers 11 verbunden, der unter Ausnutzung der einzelnen Impulse des digitalen Ausgangssignals der PLL als Weginkremente die Impulse summiert und damit ausgangsseitig als jeweiligen Zählerstand ein Signal an die Anzeigeeinheit 12 abgibt, das ein Maß für die jeweils zurückgelegte Wegstrecke ist. Die Anzeigeeinheit kann dabei ein übliches Display sein; die ihr zugeführten Signale können jedoch auch zur Gewinnung von Hinweisen auf die Notwendigkeit eines Ölwechsels oder einer Inspektion herangezogen werden.

Damit toleranzbedingte oder auf im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Fahrzeugneigungen beruhende Abweichungen des Neigungswinkels der Strahlung von seinem vorgegebenen Wert keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben, können gemäß Fig. 3 zwei Mikrowellen-Module 20 und 21 in Janus-Anordnung Verwendung finden, von denen der erstgenannte eine Strahlung in Richtung schräg nach vorn, dagegen der zuletzt genannte eine Strahlung schräg nach hinten auf die Fahrbahn 22 abstrahlt. Die reflektierten Strahlungen sind bei 23 und 24 angedeutet; sie schließen einen Winkel von 90° ein. Jede Änderung der Fahrzeugneigung hat gegenläufige Änderungen der Neigungswinkel der beiden Strahlungen zur Folge, so daß durch Mittelwertbildung die dadurch auf die in den Modulen 20 und 21 erzeugten Differenzfrequenzen ausgeübten Einflüsse eliminiert werden können.

In der Ausführung nach Fig. 4 enthält der Mikrowellen-Modul 30 außer der Sendediode 31 zwei Empfangsdioden 32 und 33 in einem Abstand a, der einem Viertel der Wellenlänge λ₀ entspricht. Jeder Empfangsdiode ist eine Elektronik 34 bzw. 35 nachgeschaltet, die beide analog zu der in Fig. 2 durch eine Umrandung hervorgehobenen Elektronik 14 aufgebaut sind. Die Baugruppen 34 und 35 geben demgemäß um 90° gegeneinander phasenversetzte Impulse an getrennte Eingänge des Vorwärts-Rückwärts-Diskriminators 36 ab, dessen Ausgangssignale den elektronischen Umschalter 37 und damit den Ausgang der Elektronik 35 entsprechend auf den Vorwärtseingang 38 oder den Rückwärtseingang 39 des Zählers 40 legen.

Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der von einem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke geschaffen, die bei einfachem, robusten Aufbau zugleich zur Geschwindigkeitsmessung ausgenutzt werden kann.

Claims (3)

1. Nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Vorrichtung zur Ermittlung der von einem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, enthaltend einen Mikrowellen-Modul mit einem Sender zur Erzeugung einer Strahlung, die gebündelt mittels einer fahrzeugfesten Antennenanordnung unter einem vorgegebenen Neigungswinkel auf den Boden (Fahrbahn) abgestrahlt wird, und mit einer die reflektierte Strahlung empfangenden Einrichtung, die die Differenzfrequenz zwischen den Frequenzen von abgestrahlter und reflektierter Strahlung bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit seiner unteren Grenzfrequenz der Differenzfrequenz nachlaufender Bandpaß und ein diesem nachgeschalteter Komparator (8) zur Erzeugung eines Synchronisiersignals für eine Phase- Locked-Loop-Schaltung (PLL) vorhanden sind, die eine Impulsfolge mit fahrgeschwindigkeitsabhängiger Frequenz liefert und der ein die von ihr erzeugten Impulse als Weginkremente verwendender Zähler (11) nachgeschaltet ist, der mit einer Anzeigeeinheit (12) für den Zählerstand verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnung zumindest zwei Antennen in Janusanordnung sowie eine Einrichtung zur Mittelwertbildung der von den Antennen gelieferten Differenzfrequenzen enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung zwei um eine Viertel Wellenlänge versetzt angeordnete Empfangsdioden (32, 33) enthält, denen jeweils eine Elektronik (34, 35) mit einem Bandpaß, einem Komparator und einer PLL nachgeschaltet ist, deren um 90° phasenversetzte Ausgangsimpulse einen Vorwärts-Rückwärts-Diskriminator (36) für einen Umschalter (37) ansteuern, der seinerseits die von einer Elektronik (35) erzeugten Impulse auf den Vorwärts- oder den Rückwärtseingang (38, 39) des Zählers (40) leitet.