DE3835510C2 - Nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Vorrichtung zur Ermittlung der von einem Fahrzeug zurückgelegten 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 0 003 606 A2 ist auf die Möglichkeit der Verwendung von nach dem Doppler- Prinzip betriebenen Radaranlagen, wie sie zur Geschwindigkeitsüberwachung im Straßenverkehr üblich sind, zur Wegstreckenmessung hingewiesen, ohne daß einzelne technische Angaben gemacht werden.

Aus der US-Patentschrift US 4,012,736 ist eine nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Vorrichtung zur Ermittlung der von einem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke bekannt, bei der eine geschwindigkeitsabhängige Impulsfolge auf einen binären Zähler gegeben wird und so die vom Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke ermittelt wird.

In der US-Patentschrift US 4,635,059 ist weiterhin ein Doppler-Radarsystem zur Messung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Zur Eliminierung von Fehlereinflüssen, die aufgrund der Abhängigkeit der ermittelten Doppler-Frequenz von dem Winkel, unter dem die Strahlung auf die Fahrbahn abgestrahlt wird, entstehen, ist hier eine sogenannte Janus-Anordnung von 2 Antennen vorgesehen.

Desweiteren sind aus den US-Patentschriften US 4,052,722, US 4,231,039 und US 4,359,734 Doppler-Radarsysteme bekannt, bei denen zur Filterung von der Doppler- Frequenz überlagerten Störungen Phase-Locked-Loop-Schaltungen verwendet werden.

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 Merkmalen des Patentanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung ist einer Phase-Locked-Loop-Schaltung ein mit seiner unteren Grenzfrequenz der Differenzfrequenz nachlaufender Bandpaß und ein diesem nachgeschalteter Komperator zur Erzeugung eines Synchronisiersignals für die Phase- Locked-Loop-Schaltung vorgeschaltet. Die Phase-Locked-Loop-Schaltung liefert eine geschwindigkeitsproportionale Analogspannung, über die zusätzlich ein Abstimmoszillator zur Nachlaufsteuerung der unteren Grenzfrequenz des Bandpasses ansteuerbar ist, und an ihrem Digitalausgang eine Impulsfolge mit fahrgeschwindigkeitsabhäniger Frequenz. Dem Digitalausgang der Phase-Locked-Loop-Schaltung ist ein die von ihr erzeugte Impulsfolge als Weginkremente verwendender Zähler nachgeschaltet, der wiederum mit einer Anzeigeeinheit für den Zählerstand verbunden ist.

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 Neigungs­ winkel 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 Band­ passes als auch von kapazitiv gekoppelten Verstärkerstufen, möglichst niedrig gelegt wird, damit beim Anfahren und Abbremsen des Fahrzeugs, also sehr niedrigen Geschwin­ digkeiten 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 vorzei­ chenrichtig 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 zeigen:

Fig. 1 von der Seite her schematisch die Lagebeziehung zwischen Mikro­ wellen-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 θ 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 Fahrzeug­ geschwindigkeit und θ den Neigungswinkel der Antenne.

Die Auswertung der Ausgangsspannung des Mikrowellen-Moduls, also der Differenzfre­ quenz, 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 jeweili­ gen Doppler-Frequenz nachläuft. Über den zweiten Verstärker 7 gelangen die Ausgangs­ signale 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 Nach­ laufträgheit 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 Impulsaus­ fällen in dem vom Komporator 8 kommenden Signal.

Am Digitalausgang 10 der PLL steht ein Signal mit geschwindigkeitsproportionaler Fre­ quenz, 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 Dopplerfre­ quenz 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 Zähler­ stand ein Signal an die Anzeigeeinheit 12 abgibt, das ein Maß für die jeweils zurück­ gelegte 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 Fahrzeug­ neigungen beruhende Abweichungen des Neigungswinkels der Strahlung von seinem vor­ gegebenen 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 vorne, dagegen der zuletzt ge­ nannte eine Strahlung schräg nach hinten auf die Fahrbahn 22 abstrahlt. Die reflektier­ ten 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 elimi­ niert 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 Wellen­ länge λ₀ entspricht. Jeder Empfangsdiode ist eine Elektronik 34 bzw. 35 nachgeschal­ tet, die beide analog zu der in Fig. 2 durch eine Umrandung hervorgehobenen Elek­ tronik 14 aufgebaut sind. Die Baugruppen 34 und 35 geben demgemäß um 90° gegenein­ ander phasenversetzte Impulse an getrennte Eingänge des Vorwärts-Rückwärts-Diskri­ minators 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 nach­ laufender Bandpass (5) und ein diesem nachgeschalteter Komparator (8) zur Erzeugung eines Synchronisiersignals für eine Phase-Locked-Loop-Schaltung (9) vorhanden sind, die eine geschwindigkeitsproportionale Analogspannung und an ihren Digitalausgang (10) eine Impulsfolge mit fahrgeschwindigkeitsabhängiger Frequenz liefert und an deren Digitalaus­ gang (10) ein die von ihr erzeugte Impulsfolge als Weginkremente verwendender Zähler (11) nachgeschaltet ist, der mit einer Anzeigeeinheit (12) für den Zählerstand verbunden ist, und ein über die geschwindigkeitsproportionale Analogspannung der Phase-Locked-Loop- Schaltung (9) ansteuerbaren Abstimmoszillator (6) zur Nachlaufsteuerung der unteren Grenzfrequenz des Bandpasses (5) vorgesehen ist.

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

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