DE4007249A1 - Vorrichtung zur relativgeschwindigkeitserfassung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen nach Maßgabe der Relativgeschwindigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten Einheit, die sich beide gegenüber einem Untergrund bewegen, mittels eines an der ersten Einheit angebrachten, die zweite Einheit erfassenden Dopplersignalgebers und einer von dem Dopplersignal beaufschlagten Auswerteschaltung.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist und ein Signal abgibt, wenn sich der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug mit einer kritischen Relativgeschwindigkeit verringert.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Relativgeschwindigkeiten können mittels eines Dopplerradars bestimmt werden. Ausgesandte Radarwellen werden an dem zu messenden Objekt reflektiert. Die gemessene Frequenz der reflektierten Radarwelle weicht infolge des Dopplereffektes von der Frequenz der ausgesandten Radarwellen ab. Diese Abweichung ist proportional der Relativgeschwindigkeit zwischen der die Radarwellen aussendenden und empfangenden Einheit und dem zu messenden, die Radarwellen reflektierenden Objekt. Durch Mischen der ausgesandten und der reflektierten Signale wird die Frequenzänderung als Schwebungsfrequenz erhalten. Man bezeichnet diese Frequenz als "Dopplerfrequenz". Statt mit Radar kann auch mit einem Laser gearbeitet werden. Auch damit wird in ähnlicher Weise eine von der Relativgeschwindigkeit anhängige Dopplerfrequenz erhalten. Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Relativgeschwindigkeiten besteht in der Messung der Dopplerfrequenz von Schallwellen, die von einem akustischen Sender ausgesandt werden.

"Doppler Module" sind handelsüblich erhältliche Bauteile und z. B. beschrieben in einer Firmendruckschrift PS 6043 Issue 1 10 80 "Plessey Oscillators and Doppler Modules for Industrial and Commercial Use" der Plessey Optoelectronics and Microwave Ltd.

In der genannten Druckschrift sind auch verschiedene Anordnungen solcher Doppler Module zur Raumüberwachung als "Lichtschranken" oder zur automatischen Steuerung von Toren beschrieben. Weiterhin beschreibt diese Druckschrift auch die Verwendung eines solchen Doppler Moduls zur Geschwindigkeitsmessung.

Die vorgenannte Plessey-Druckschrift beschreibt weiterhin ein Doppler Modul mit zwei Mischerdioden, die Dopplersignale mit 90° Phasenverschiebung liefern. Aus diesen Dopplersignalen kann nicht nur die Geschwindigkeit eines reflektierenden Objekts relativ zu dem Doppler Modul bestimmt werden, sondern auch die Bewegungsrichtung. Es kann also unterschieden werden zwischen näherkommenden und sich entfernenden Objekten.

Mit Radar arbeitende Doppler-Module werden zur Überwachung des Straßenverkehrs eingesetzt, um Überschreitungen einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit festzustellen (CH-PS 6 62 660).

Bei diesen Anwendungen ist das Doppler-Modul stationär angeordnet. Der Unter- und Hintergrund bringt keine Dopplerfrequenz. Die Dopplerfrequenz rührt ausschließlich von bewegten Objekten, z. B. den zu überwachenden Kraftfahrzeugen her.

Durch "Funkschau" 1974, Heft 5, 1955-1956, ist ein Gerät bekannt, welches Zusammenstöße von Straßenfahrzeugen mit einem Hindernis mit Hilfe eines Radargerätes und einer Auswerterschaltung verhindern soll. Bei diesem bekannten Gerät werden der Abstand des Fahrzeuges von dem Hindernis und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zu dem Hindernis und zur Straße mittels des Radargerätes gemessen. Mit Hilfe einer Entscheidungsschaltung wird in Abhängigkeit von gespeicherten Bedingungsgrößen, die den angenommenen Straßenzustand betreffen, ein Kriterium dafür gebildet, daß sich das Fahrzeug dem Hindernis mit gefährlich hoher Geschwindigkeit nähert.

Dabei ist es erforderlich, daß das Radargerät praktisch nur ein solches Hindernis erfaßt und nicht den sonstigen stationären Unter- und Hintergrund. Das schließt wiederum eine große Reichweite des Radarstrahls aus. Auch bei einem eng gebündelten Radarstrahl wird ein falscher Alarm ausgelöst, wenn das Fahrzeug durch eine Kurve fährt, in der entlang der Straßenführung Objekte stehen, die das Radarsignal reflektieren, etwa Bäume, Häuser, Pfosten von Hinweistafeln, Lampenmasten oder Straßenleitplanken.

Durch die DE-PS 26 54 660 ist ein Verfahren zur Verhinderung von Zusammenstößen von Straßenfahrzeugen mit einem Hindernis bekannt, bei welchem zur Vermeidung solcher Fehlalarme zusätzlich die Lenkradstellung des Fahrzeug-Lenkrades abgegriffen wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Lenkradstellung bilden Adressen und definieren einen Speicherort einer nach Zeilen und Spalten unterteilten Speichereinrichtung. An diesem Speicherort ist ein Satz von Eingangsvariablen gespeichert. Ein Komparator vergleicht den durch das Radargerät erfaßten Abstand mit einem aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Mindestabstand. Eine solche Anordnung ist kompliziert. Sie erfordert eine Radar-Abstandsmessung. Sie erfaßt z. B. nicht den Fall, daß das Fahrzeug geradlinig auf eine Kurve zufährt, ohne daß zunächst das Fahrzeug-Lenkrad eingeschlagen ist. Auch hier wird vorausgesetzt, daß im Normalfall das Radargerät nur ein eventuelles Hindernis erfaßt, nicht aber den übrigen Hinter- und Untergrund z. B. die Straßendecke oder Chausseebäume.

Die DE-OS 25 58 144 (JP-OS 50-1561) betrifft ein Verfahren zum Ausschneiden unerwünschter Echosignale, die von falschen Targets in einer kontrollierten Zone bei Aussendung eines Radarstrahls von einem Kraftfahrzeug beim Passieren der kontrollierten Zone reflektiert werden. Zu diesem Zweck sind am Eingang und am Ausgang der kontrollierten Zone Markierungen angebracht. Die Markierung am Eingang wird beim Einfahren des Kraftfahrzeugs in die kontrollierte Zone abgetastet. Durch diese Abtastung wird der Abtastbereich der von stationären Gegenständen in der kontrollierten Zone reflektierten Signale reduziert. Beim Ausfahren des Kraftfahrzeuges aus der kontrollierten Zone wird die Markierung am Ausgang abgetastet. Dadurch wird der Abtastbereich wieder auf den normalen Wert gebracht.

Auch dieses Verfahren bezieht sich auf die Verkehrsüberwachung mit einem stationären Radargerät.

Durch die Firmendruckschrift MAX 280/LTC 1062 der SE Spezial-Electronic KG, Kreuzbreite 14, D-3062 Bückeburg, ist ein Tiefpaßfilter fünfter Ordnung ohne Offsetspannung in Form eines Chips bekannt. Die Grenzfrequenz dieses Filters wird durch einen internen Takt bestimmt, der durch einen externen Takt übersteuert werden kann. Ein solches Tiefpaßfilter gestattet es, die Grenzfrequenz des Filters in Abhängigkeit von einem externen Signal zu verändern.

Durch einen Katalog von Motorola ist unter Nr. MC 14 046 B eine als integrierte Schaltung aufgebaute Phasenregelschaltung (Phase Locked Loop) bekannt. Eine solche Phasenregelschaltung enthält zwei Phasenkomparatoren, einen spannungsgesteuerten Oszillator, einen Stromquellenfolger (Source Follower) und eine Zenerdiode. Die Phasenkomparatoren vergleichen zwei Signaleingänge in Form von Frequenzen. Der erste Phasenkomparator, ein Exklusiv-ODER-Glied, liefert ein digitales Regelabweichungssignal und hält eine 90°-Phasenverschiebung bei der Mittelfrequenz zwischen den beiden Signaleingängen aufrecht. Der zweite Phasenkomparator, mit einer auf die Vorderflanke ansprechenden Logik, liefert komplementäre digitale Regelabweichungssignale und hält eine 0°-Phasenverschiebung zwischen den Signalen und den beiden Signaleingängen aufrecht. Der lineare, spannungsgesteuerte Oszillator erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Frequenz von einer angelegten Spannung bestimmt wird.

Durch eine Firmendruckschrift "TMC 2310" der TRW LSI Products Inc ist ein Prozessor bekannt, durch welchen schnell eine Fouriertransformierte eines eingegebenen Signalverlaufs ermittelt und gespeichert werden kann (FFT=Fast Fourier Transform).

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen nach Maßgabe der Relativgeschwindigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten Einheit, die sich beide gegenüber einem Untergrund bewegen, auf einfache Weise so auszubilden, daß keine störenden oder falschen Signale durch die Relativgeschwindigkeit zwischen der ersten Einheit und dem Untergrund erzeugt werden.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ohne solche Störsignale die Reichweite einer Vorrichtung der genannten Art zu verbessern.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und preisgünstige Warnvorrichtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die ein Signal liefert, wenn sich das Kraftfahrzeug mit einer bestimmten, gefährlichen Geschwindigkeit einem vor ihm fahrenden Fahrzeug nähert.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Auswerteschaltung zur Analyse des Frequenzspektrums des Dopplersignals und zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen aus Frequenzen dieses Frequenzspektrums eingerichtet ist, die außerhalb des Bereiches derjenigen Frequenz liegen, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht.

Die Auswerterschaltung ist so ausgebildet, daß sie eine Analyse des Frequenzspektrums der Dopplersignale vornimmt. Jede Frequenz entspricht dabei einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Dopplersignalgeber, z. B. dem Radar-Modul, auf der ersten Einheit, z. B. einem Kraftfahrzeug. Dabei treten Dopplersignale auf, die z. B. von der zweiten Einheit von einem vorherfahrenden, also bewegten Fahrzeug, herrührt. Es treten aber auch Dopplersignale auf, die von dem Hinter- und Untergrund, z. B. Straßenbäumen, der Fahrbahndecke, Häusern usw. reflektiert werden. Dieser Hinter- und Untergrund ist zwar stillstehend, da sich aber die erste Einheit relativ dazu bewegt, tritt ebenfalls ein Dopplereffekt auf, der zu einer Dopplerfrequenz führt. Diese letztere Dopplerfrequenz ist jedoch höher als die Dopplerfrequenz, die durch eine sich in gleicher Richtung wie die erste Einheit bewegende zweite Einheit hervorgerufen wird, zumindest bei einer Annäherung der ersten Einheit an die zweite. Die Relativgeschwindigkeit der ersten und der zweiten, in gleicher Richtung fahrenden Einheit ist die Differenz der beiden Geschwindigkeiten. Das wird erfindungsgemäß zur Unterdrückung des Hinter- und Untergrundes ausgenutzt, indem die Geschwindigkeitssignale aus Frequenzen des Frequenzspektrums gebildet werden, die außerhalb des Bereiches der durch den Untergrund hervorgerufenen Dopplerfrequenz liegen. Der Abstand zu der zweiten Einheit wird bei der Erfindung nicht gemessen.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung mit einem Blockdiagramm einer auf die Annäherung an ein vorherfahrendes Fahrzeug ansprechenden Vorrichtung, die mit einer schnellen Fouriertransformation (FFT) der Dopplersignale zur Erzeugung eines Frequenz- bzw. Geschwindigkeitsspektrums arbeitet.

Fig. 2 ist eine stärker detaillierte Darstellung der Vorrichtung von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines FFT-Prozessors bei der Vorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt als Blockdiagramm eine zweite Ausführung einer auf Relativgeschwindigkeit ansprechenden Vorrichtung, die mit programmierbaren Filtern arbeitet.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines programmierbaren Filters bei der Vorrichtung von Fig. 4.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer dritten Ausführung einer auf Relativgeschwindigkeiten ansprechenden Vorrichtung, die ähnlich wie die Vorrichtung von Fig. 4 mit programmierbaren Filtern und zusätzlich mit Phasenregelschaltungen (Phase Locked Loops) arbeitet.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Phasenregelschaltung bei einer Vorrichtung nach Fig. 6.

Fig. 8 zeigt die Zusammenschaltung einer Phasenregelschaltung nach Fig. 7 mit einem Spannungs- Frequenz-Wandler im Rückführkreis einer Ausgangsspannung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Gunn-Oszillator bezeichnet, der elektromagnetische Schwingungen mit einer Frequenz von 24 Gigahertz erzeugt. Ein Hohlraum mit Schottky- Dioden einem Mischer 12 ist mit dem Gunn-Oszillator verbunden. Die Schottky-Diode sendet und empfängt Radarstrahlen. Die ausgesandten Radarstrahlen werden durch ein Horn 14 gebündelt. Die Teile 10, 12 und 14 bilden ein Radar-Modul 16, wie es in der oben schon erwähnten Plessey-Druckschrift beschrieben ist. Ein solches Doppler-Modul ist handelsüblich erhältlich unter der Typenbezeichnung GDSM von der Plessey Optoelectronics and Microwave Ltd., Wood Burcote Way, Towcester, Northamptonshire, NN 12 7JN.UK.

Das Doppler-Modul 16 ist auf einer (nicht dargestellten) ersten gegenüber einem Untergrund bewegten Einheit montiert, nämlich auf einem über Grund bewegten Kraftfahrzeug. Der ausgesandte Radarstrahl 18 trifft auf eine zweite gegenüber dem Untergrund bewegte Einheit 20. Das ist ein zweites Kraftfahrzeug, das sich in der gleichen Richtung wie das erste Kraftfahrzeug über Grund bewegt. Der Radarstrahl 18 wird von der zweiten Einheit 20 reflektiert und teilweise wieder von dem Radar-Modul 16 empfangen. Infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen der ersten und der zweiten Einheit erfährt das reflektierte Radarbündel eine Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt. Diese Doppler-Frequenzverschiebung ist

wobei Δf die Doppler-Frequenzverschiebung, v die Relativgeschwindigkeit der beiden Einheiten, F die Frequenz der Radarwelle und C die Lichtgeschwindigkeit ist. Bei einer erprobten Anordnung beträgt diese Doppler-Frequenzverschiebung 46 Hertz pro km/h. Durch den Mischer wird in bekannter Weise diese Doppler-Frequenzverschiebung als Schwebungsfrequenz, die "Dopplerfrequenz" in einem "Dopplersignal" erhalten. Werden gleichzeitig mehrere unterschiedlich bewegte Objekte von dem Radarstrahl erfaßt, dann treten von den verschieden reflektierten Radarstrahlen Dopplersignale mit unterschiedlichen Dopplerfrequenzen auf.

Die erhaltenen Dopplersignale werden bei der Ausführung nach Fig. 1 auf Fouriertransformationsmittel in Form eines FFT-Prozessors 22 (FFT=Fast Fourier Transform) gegeben. Ein solcher FFT-Prozessor 22 liefert und speichert ein Frequenzspektrum, nämlich die Fouriertransformierte, der empfangenen Dopplersignale. Infolge der oben angegebenen Formel ist jeder Frequenz eine Relativgeschwindigkeit zugeordnet. Das Frequenzspektrum, das in Fig. 1 in Block 24 angedeutet ist, stellt daher auch ein Spektrum der Relativgeschwindigkeiten dar. Aus diesem Frequenz- oder Geschwindigkeitsspektrum wird nun zur Erzeugung von Warnsignalen ein Frequenzbereich ausgewählt, der die der Geschwindigkeit der ersten Einheit (des ersten Fahrzeuges) über Grund entsprechende Frequenz nicht enthält. Das wird im Zusammenhang mit Fig. 2 noch näher beschrieben.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 ist eine Schaltung 26 vorgesehen, auf welche das Frequenzspektrum aufgeschaltet ist und welche Veränderungen dieses Frequenzspektrums erfaßt. Solche Veränderungen bedeuten ja eine Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen der ersten und der zweiten Einheit, also eine Beschleunigung. Wenn die Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges mit dem Radar-Modul 16 an das vorherfahrende Fahrzeug 20 steigt, dann bedeutet das, daß das Fahrzeug 20 abbremst. In einem solchen Fall löst die Schaltung 26 eine Anzeige oder einen Alarm an einer Anzeige- oder Alarmvorrichtung 28 aus.

In Fig. 2 ist die Anordnung ausführlicher dargestellt.

Der Radar-Modul 16 als Dopplersignalgeber enthält, wie in der oben erwähnten Plessey-Druckschrift beschrieben ist, zwei Mischer-Dioden, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Ausgangssignale liefern. Diese beiden mit SIN und COS bezeichneten Signale werden durch Verstärker 30 und 32 in einer Schaltung 34 verstärkt und durch Tiefpaßfilter 36 bzw. 38 in einer Filterschaltung 40 gefiltert. Auf diese Weise werden zwei Ausgangssignale A und B erhalten.

Das Ausgangssignal A wird über einen Analog-Digital- Wandler 42 mit Puffer über eine 12 Bit-Datenleitung 44 auf einen Direktzugriffspeicher 46 mit zwei Anschlüssen (Dual Port RAM). Der Direktzugriffspeicher 46 ist über eine Datenleitung 50 mit einem FFT-Prozessor 52 zur Frequenzanalyse der Dopplersignale verbunden. Über eine zweite Datenleitung 54 ist der Direktzugriffspeicher mit einer Zeitgabe- und Steuereinheit (Timing and Control) 56 verbunden. Die Zeitgabe- und Steuereinheit 56 ist auch über eine Datenleitung 58 mit dem Analog-Digital-Wandler 42 verbunden.

Die als Funktion der Zeit erscheinenden Dopplersignale werden durch den Analog-Digital-Wandler 42 mit einem von der Zeitgabe- und Steuereinheit bestimmten Takt digitalisiert und mit diesem Takt aus dem Puffer in den Direktzugriffspeicher übernommen. Der FFT-Prozessor 52 erhält über die Datenleitung 50 den digital gespeicherten Zeitverlauf der Dopplersignale und bildet daraus die Fouriertransformierte, also das Frequenzspektrum. Diese Fouriertransformierte wird als Datensatz, jetzt als Funktion Amplitude über Frequenz, über die Datenleitung 50 wieder in den Direktzugriffspeicher 46 eingelesen. Über einen Datenausgang 60 des Direktzugriffspeichers 46 werden diese Daten seriell ausgegeben.

Der FFT-Prozessor 52 ist ein an sich bekannter Bauteil. Ein FFT-Prozessor ist in der oben genannten Firmendruckschrift der TRW LSI Products beschrieben und ist von dieser Firma unter der Produktnummer TMC 2310 erhältlich. Der FFT-Prozessor ist in Fig. 3 als Blockdiagramm dargestellt.

Die beiden gefilterten Ausgangssignale A und B, praktisch die geschwindigkeitsabhängigen Dopplersignale mit den Schwebungsfrequenzen, sind auf eine richtungsbestimmende Schaltung 62 aufgeschaltet. Die Schaltung 62 enthält Verstärker 64 und 66 für jedes der Signale sowie einen Phasendetektor 67 (Quadrature Φ Detect), welcher auf die gegenseitigen Phasenbeziehungen der beiden Signale A und B anspricht und daraus die Richtung der Relativgeschwindigkeit anzeigt, also anzeigt, ob sich die erste Einheit (hinteres Fahrzeug) an die zweite Einheit (vorherfahrendes Fahrzeug) annähert oder ob sich die zweite Einheit von der ersten Einheit entfernt. Nur der erste Fall ist kritisch. Dieses Signal ist über eine Leitung 70 auf eine Demultiplexer- und Logikschaltung 72 aufgeschaltet.

Die Demultiplexer- und Logikschaltung 72 erhält seriell die Daten von dem Datenausgang 60. Die Demultiplexer- und Logikschaltung 72 erhält weiterhin Adressen von einem Adressengenerator 74, ferner das gefilterte Ausgangssignal A. Der Adressengenerator 74 ist über eine Leitung 76 von der Zeitgabe- und Steuereinheit 56 gesteuert. An einem Datenausgang 78 liefert die Demultiplexer- und Logikschaltung Daten über die in den verschiedenen Frequenzbereichen auftretende Energie der Dopplersignale. Diese wird mittels einer Flüssigkristall- oder Leuchtdiodenanzeige als Funktion der Frequenz (oder Geschwindigkeit) angezeigt. Dabei werden nur diejenigen Dopplerfrequenzen angezeigt, die einer Annäherung der ersten Einheit an die zweite entsprechen.

Die Demultiplexer- und Logikschaltung 72 liefert auch ein Ausgangssignal auf einer Leitung 80, welches anzeigt, wenn sich eine Dopplerfrequenz des Frequenzspektrums wesentlich ändert, wenn also eine Relativbeschleunigung zwischen der ersten und der zweiten Einheit festgestellt wird. Von dem Signal an dem Ausgang 68 der richtungsbestimmenden Schaltung 62 kann abgeleitet werden, ob sich die zweite Einheit in der gleichen Richtung bewegt, wie die erste Einheit. Eine Schaltung 82 erhält über die Leitung 80 das Ausgangssignal von der Demultiplexer- und Logikschaltung und über eine Leitung 84 das Signal vom Ausgang 68 der Schaltung 62. An einem Eingang 86 liegt außerdem ein Zeitgabesignal von einem Ausgang 88 der Zeitgabe- und Steuereinheit 56. Die Schaltung 82 steuert eine Signaleinrichtung 90, z. B. eine Warnleuchte an, wenn die Annäherungsgeschwindigkeit an ein vorherfahrendes Fahrzeug sich ändert, wenn also eine Änderung der Relativgeschwindigkeit eintritt (Leitung 80) und die Relativgeschwindigkeit einer Annäherung entspricht. Es wird somit ein Signal ausgelöst, wenn das voranfahrende Fahrzeug bremst, nicht aber, wenn das voranfahrende Fahrzeug beschleunigt oder das eigene Fahrzeug angebremst wird.

Der FFT-Prozessor ist in Fig. 3 als Blockdiagramm dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, die mit programmierbaren Filtern arbeitet.

Ein Radar-Modul 120 liefert ähnlich wie bei der Vorrichtung von Fig. 1 und 2 zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale, die mit SIN und COS bezeichnet sind. Die Dopplersignale SIN und COS werden durch Verstärker 122 bzw. 124 verstärkt und auf programmierbare Tiefpaßfilter 126 bzw. 128 geschaltet. Außerdem wird das eine der Dopplersignale COS nach Verstärkung im Verstärker 124 über Leitung 130 auf geschwindigkeitsbestimmende Mittel 132 in Form eines Auswertemoduls geschaltet. Der Auswertemodul wird unten noch im einzelnen beschrieben. Der Auswertemodul liefert eine Ausgangsfrequenz auf einer Leitung 134. Diese Ausgangsfrequenz liegt an Steuereingängen 136 und 138 der programmierbaren Filter 126 bzw. 128 an.

Die programmierbaren Filter 126 und 128 sind an sich bekannte Bauteile. Die Filter sind in der oben erwähnten Firmendruckschrift der Spezial-Electronic KG beschrieben. Sie sind handelsüblich unter der Typenbezeichnung MAX 280/LTC 1062 von der Firma Spezial-Electronic KG, Kreuzbreite 14, D-3062 Bückeburg, erhältlich. Der Aufbau eines solchen Filters ist in Fig. 5 als Blockdiagramm dargestellt und wird weiter unten beschrieben.

Die Filter 126 und 128 sind Tiefpaßfilter fünfter Ordnung. Die Grenzfrequenz dieser Tiefpaßfilter wird durch die Ausgangsfrequenz des Auswertemoduls bestimmt, die über Leitung 134 an den Steuereingängen 136 und 138 anliegen. Die programmierbaren Filter 126 und 128 werden so gesteuert, daß die Grenzfrequenz kleiner ist als die Dopplerfrequenz, welche der Geschwindigkeit des hinteren Fahrzeugs gegenüber Grund entspricht. Dadurch werden die Dopplersignale unterdrückt, die von der Bewegung des Radar-Moduls mit dem hinteren Fahrzeug, d. h. der "ersten Einheit", gegenüber Grund und stillstehenden Objekten, wie Straßenbäumen, hervorgerufen wird. Die von den Filtern 126, 128 durchgelassenen Dopplersignale rühren daher nur von bewegten Gegenständen her.

Die beiden um 90° gegeneinander phasenverschobenen Dopplersignale von den beiden Filtern 126 und 128 sind auf einen Phasendetektor 140 geschaltet. Der Phasendetektor 140 entspricht im wesentlichen dem Phasendetektor 67 von Fig. 2. Der Phasendetektor 140 enthält ein Flipflop, das in den einen oder den anderen Schaltzustand geht, je nachdem die Relativgeschwindigkeit durch eine Änderung an dem vorausfahrenden Fahrzeug oder eine Vergrößerung des Abstandes hervorgerufen wird. Im ersteren Fall ist die in Fig. 2 untere Ausgangsklemme 142 des Phasendetektors 140 im Zustand H (high) und die obere Ausgangsklemme 144 im Zustand L (low). Im Fall einer Vergrößerung des Abstandes ist die untere Ausgangsklemme 142 des Phasendetektors 140 im Zustand L und die obere Ausgangsklemme im Zustand H.

Der Auswertemodul 132 liefert weiter ein Ausgangssignal an einem Ausgang 146, welches ein Maß für die in dem interessierenden Frequenzband vorhandene Energie des Dopplersignals ist. Eine Schwellwertschaltung 148 ist von diesem Ausgangssignal beaufschlagt. Die Schwellwertschaltung 148 erzeugt an einem Ausgang 150 ein logisches Signal H, wenn das Ausgangssignal des Auswertemoduls 132 den Schwellwert überschreitet. Das Signal am Ausgang 150 (H oder L) ist in Fig. 4 mit "C" bezeichnet.

Das Signal "C" und die logischen Ausgangssignale an den beiden Ausgängen 142 und 144 liegen an einer Logikschaltung 152 an. Die Logikschaltung steuert zwei Signallampen 154 und 156. Die Signallampe 154 ist grün und zeigt an, daß sich der Abstand zu dem vorherfahrenden Fahrzeug vergrößert. Die Signallampe 156 ist rot und zeigt an, daß sich der Abstand zu dem vorherfahrenden Fahrzeug verringert. Die Logikschaltung 152 enthält ein erstes NAND-Glied 158. An einem Eingang des ersten NAND-Gliedes 158 liegt der "obere" Ausgang 144 des Phasendetektors 140 an. An dem anderen Eingang des ersten NAND-Gliedes liegt das Signal "C" vom Ausgang 150 der Schwellwertschaltung 148. Am Ausgang des NAND-Gliedes 158 liegt eine Klemme der grünen Signallampe 154. Die andere Klemme der Signallampe 154 liegt über einen Vorwiderstand 160 an einer Spannung von +5 Volt. Diese Spannung entspricht dem Zustand "H". Die Logikschaltung 152 enthält weiterhin ein zweites NAND-Glied 162. An einem Eingang des zweiten NAND-Gliedes 162 liegt der "untere" Ausgang 142 des Phasendetektors 140. An dem anderen Eingang des zweiten NAND-Gliedes 162 liegt ebenfalls das Signal "C" vom Ausgang 150 der Schwellwertschaltung 148. Am Ausgang des NAND-Gliedes 162 liegt eine Klemme der roten Signallampe 156. Die andere Klemme der Signallampe 156 liegt über einen Vorwiderstand 164 ebenfalls an einer Spannung von +5 Volt.

Wenn der obere Ausgang 144 des Phasendetektors 140 im Zustand H ist und der untere Ausgang 142 im Zustand L, und wenn weiterhin das Signal "C" im Zustand H ist, also ein Objekt erfaßt wird, dann ist der Ausgang des NAND-Gliedes 158 im Zustand L, also z. B. Erde. In diesem Fall liegt an der Signallampe 154 und dem Vorwiderstand 160 eine Spannung von 5 Volt. Die grüne Signallampe leuchtet auf. An dem "unteren" Eingang des zweiten NAND-Gliedes 162 liegt der Zustand "L" vom unteren Ausgang des Phasendetektors 140. Der Ausgang des NAND-Gliedes 162 ist daher "H", also auf +5 Volt. An der roten Signalleuchte 156 und dem Vorwiderstand 165 liegt daher keine Potentialdifferenz an. Die rote Signalleuchte 156 bleibt dunkel. Umgekehrt ist es, wenn der "obere" Ausgang 144 des Phasendetektors 140 im Zustand H und der "untere" Ausgang 142 im Zustand L ist. In diesem Falle leuchtet die rote Signalleuchte 156 auf. Die grüne Signalleuchte bleibt dunkel.

Das Dopplersignal vom Ausgang des programmierbaren Filters 128 ist weiterhin über Leitung 166 und einen Verstärker 168 auf einen Frequenz-Spannungs-Wandler 170 geschaltet. Der Frequenz-Spannungs-Wandler 170 liefert eine der Dopplerfrequenz und damit der Realtivgeschwindigkeit proportionale Spannung. Diese Spannung liegt über einen Verstärker 172 an einer Anzeigevorrichtung 174 an. Die Anzeigevorrichtung 174 liefert damit eine Anzeige der Relativgeschwindigkeit zwischen dem vorherfahrenden Fahrzeug und dem nachfolgenden Fahrzeug (zweiter Einheit und erster Einheit). Es sollte jedoch nur die Annäherungsgeschwindigkeit erfaßt werden, nicht die Geschwindigkeit, mit welcher sich das vorausfahrende Fahrzeug entfernt. Aus diesem Grunde enthält die Logikschaltung 152 einen Inverter 176. An dem Inverter 176 liegt der Ausgang des NAND-Gliedes 158. Wenn der Ausgang des NAND-Gliedes 158 im Zustand L ist, also die grüne Signallampe aufleuchtet, erzeugt der Inverter 176 an seinem Ausgang ein Signal H. Dieses Signal schaltet über eine Leitung 178 die Anzeigevorrichtung 174 aus.

Das programmierbare Filter 126 oder 128 ist in Fig. 5 in einem Blockdiagramm dargestellt. Das programmierbare Tiefpaßfilter 126 enthält ein geschaltetes Kondensatornetzwerk 180. Ein Eingang 182 des Kondensatornetzwerkes 180 ist über einen Widerstand 184 und einen Kondensator 186 mit einem Filtereingang 188 verbunden. Zwischen dem Widerstand 184 und dem Kondensator 186 wird eine offsetfreie Ausgangsspannung abgegriffen. Diese Ausgangsspannung liegt an einem Filterausgang 190 an. Die Ausgangsspannung liegt über einen Verstärker 192 mit dem Verstärkungsgrad "1" an einem Eingang 194. Der Ausgang des Verstärkers 192 ist weiterhin mit einem gepufferten Filterausgang 196 verbunden.

Das geschaltete Kondensatornetzwerk 180 ist von einem Taktoszillator 198 gesteuert. Die Frequenz dieses Taktoszillators 198 kann durch Anlegen einer Spannung von +V, 0 oder -V an einen Eingang 200 um Faktoren 1, 2 oder 4 verändert werden.

Die Grenzfrequenz dieses Filters wird durch den internen Takt bestimmt, der durch geeignete Beschaltung des Taktoszillators 198 an einem Eingang 202 abgeglichen werden kann. Der interne Taktoszillator 198 kann aber auch mit einem externen Takt übersteuert werden. In dieser Form wird das programmierbare Filter im vorliegenden Fall benutzt.

Der Auswertemodul 132 enthält einen Phasenregler (Phase Locked Device) mit einem Spannungs-Frequenz-Wandler im Rückführkreis, wodurch eine einer Eingangsfrequenz proportionale Ausgangsspannung erhalten wird. Diese Ausgangsspannung wird wieder durch einen Spannungs- Frequenz-Wandler in eine Frequenz umgesetzt, mit welcher die programmierbaren Filter 126 und 128 angesteuert werden.

Der Phasenregler ist ein von der Firma Motorola unter der Typenbezeichnung MC 14 046 B "Phase Locked Loop" handelsüblich erhältlicher Baustein. Die Spannungs- Frequenz-Wandler sind Bausteine, die von der Firma Analog Devices unter den Typenbezeichnungen AD 654 bzw. AD 537 handelsüblich erhältlich sind.

In Fig. 7 ist der Aufbau eines Phasenreglers (Phase Locked Device) der hier verwendeten Art als Blockschaltbild dargestellt.

Der Phasenregler-Baustein 204 enthält einen ersten Phasenkomparator 206 und einen zweiten Phasenkomparator 208. Der erste Phasenkomparator 206 ist ein Exklusiv-ODER- Glied. Weiterhin enthält der Phasenregler-Baustein 204 einen spannungsgesteuerten Oszillator 210 und einen Source-Follower 212. Eine Zenerdiode 214 unterstützt die Regelung der Stromversorgung. Eine Abgleichschaltung 214 (Self Bias Circuit) justiert kleine Spannungssignale in den mittleren Bereich des Verstärkers.

Die Phasenkomparatoren 206 und 208 haben zwei gemeinsame Signaleingänge 216 und 218. Jeder dieser Signaleingänge 216 und 218 ist mit je einem Eingang 220 und 222 bzw. 224 und 226 der beiden Phasenkomparatoren 206 und 208 verbunden.

Der erste Phasenkomparator 206 liefert ein digitales Reglerausgangssignal an einem Ausgang 228 und hält eine 90° Phasenverschiebung bei der Mittelfrequenz zwischen den Signalen an den Eingängen 216 und 218 aufrecht. Der Phasenkomparator 208 mit einer Logik zum Erfassen der Vorderflanke liefert digitale Regelabweichungssignale an Ausgängen 230 und 232, derart, daß eine 0°-Phasenverschiebung zwischen den Signalen an den Eingängen 216 und 218 aufrechterhalten wird.

Der lineare, spannungsgesteuerte Oszillator 210 erzeugt ein Ausgangssignal an einem Ausgang 234, dessen Frequenz von einer Spannung an einem Eingang 236 sowie den Kondensatoren und Widerständen bestimmt ist, mit denen der Baustein 204 an Klemmen oder Stiften 238 und 240 bzw. 242 und 244 beschaltet ist. Der Source-Follower 212 wird benötigt, wenn das Signal am Eingang 236 benötigt wird aber die Signalquelle nicht belastet werden kann. Ein Sperreingang 246 gestattet die Abschaltung des Oszillators 210 und des Source-Followers 212 zur Verringerung des Stromverbrauchs.

In dem Auswertemodul 132 ist ein solcher Phasenregler in der in Fig. 8 dargestellten Weise mit einem Spannungs- Frequenz-Wandler 248 zusammengeschaltet. Der Spannungs- Frequenz-Wandler 248 ist ein Baustein der Firma Analog Devices mit der Typenbezeichnung AD 654.

Es wird zunächst eine Eingangsfrequenz, nämlich die ungefilterte Dopplerfrequenz vom Verstärker 124 (Fig. 4) über einen Kondensator 250 auf den Eingang 216 des Phasenreglers 204 geschaltet. Auf den Eingang 218 des Phasenreglers 204 ist die Ausgangsfrequenz des Spannungs-Frequenz-Wandlers 248 vom Ausgang 252 über eine Verbindung 254 geschaltet. Der Ausgang 230 des Phasenreglers 204 liefert ein Ausgangssignal, welches sucht, die Ausgangsspannung des Spannungs-Frequenz- Wandlers 248 phasenstarr an die Eingangsfrequenz am Eingang 216 zu koppeln. Dieses - digitale - Ausgangssignal ist über ein RC-Glied mit einem Widerstand 256 und einem Kondensator 258 auf den Eingang 260 des Spannungs- Frequenz-Wandlers 248 aufgeschaltet. Auf diese Weise tritt ein Regelspiel auf derart, daß die an dem Kondensator 258 im Gleichgewichtszustand anliegende Spannung eine der Eingangsfrequenz am Eingang 216 gleiche Ausgangsfrequenz des Spannungs-Frequenz-Wandlers 248 an dessen Ausgang 252 hervorruft. Diese Spannung wird als frequenzproportionale Spannung an einer Klemme 262 angegriffen.

Da die Eingangssignale am Eingang 216 die noch ungefilterten Dopplersignale vom Verstärker 124 sind, enthalten diese Signale noch diejenige Frequenz, die durch die Bewegung des Fahrzeuges gegenüber Grund und Hintergrund hervorgerufen wird. Nach Maßgabe dieser Frequenz stellt sich die Spannung an der Klemme 262 ein.

Diese Spannung an der Klemme 262 wird nun durch einen weiteren Spannungs-Frequenz-Wandler in eine Frequenz umgesetzt, welche die Grenzfrequenz der programmierbaren Filter 126 und 128 bestimmt. Diese Grenzfrequenz wird dabei um einen bestimmten Prozentsatz kleiner als die der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund entsprechende Dopplerfrequenz gewählt. Diese durch den Grund und Hintergrund bedingte Dopplerfrequenz wird daher durch diese Filter 126 und 128 eliminiert.

In gleicher Weise, wie es im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben ist, arbeitet auch der Frequenz-Spannungs- Wandler 170. Auch dieser enthält einen Phasenregler (Phase Locked Loop) MC 14 046 B in Verbindung mit einem Spannungs-Frequenz-Wandler AD 654.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 liefert der Radar-Modul 266 wieder zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Dopplersignale SIN und COS. Diese Dopplersignale werden durch Verstärker 268 bzw. 270 verstärkt und auf programmierbare Filter 272 bzw. 274 aufgeschaltet. Die programmierbaren Filter 272 und 274 sind wieder Tiefpaßfilter fünfter Ordnung vom Typ MAX 280/LTC 1062, wie sie oben in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurde. Die programmierbaren Filter 272 und 274 sind von einem Auswertemodul 276 gesteuert, welche von dem ungefilterten Dopplersignal beaufschlagt ist und ähnlich aufgebaut ist, wie der Auswertemodul 132 von Fig. 4, der vorstehend beschrieben wurde.

Das ungefilterte Dopplersignal vom Ausgang des Verstärkers 270 ist weiterhin auf ein Bandpaßfilter 278 geschaltet. Das Bandpaßfilter 278 ist ebenfalls ein integrierter Bauteil MAX 280/LTC 1062 der als Bandpaßfilter beschaltet ist. Eine Schwellwertschaltung 280 liefert ein logisches Signal "D" an einem Ausgang 282, welches anzeigt, ob in dem durchgelassenen Frequenzband ein Dopplersignal ausreichender Amplitude auftritt.

Die gefilterten Dopplersignale von den programmierbaren Filtern 272 und 274 sind, ähnlich wie in Fig. 4, auf einen Phasendetektor 284 geschaltet. Der Phasendetektor 284 liefert an einem Ausgang 286 ein Signal, wenn sich die erste Einheit der zweiten Einheit nähert.

Das Signal "D" von der Schwellwertschaltung 280 liegt an einem Eingang eines NAND-Gliedes 288 an. An dem anderen Eingang des NAND-Gliedes 288 liegt das "Annäherungs"-Signal vom Ausgang 286 des Phasendetektors 284. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 288 wird durch einen Inverter 290 invertiert. Der Inverter 290 liefert ein Signal "E". Dieses Signal "E" ist im Zustand H, wenn ein ausreichendes Dopplersignal in den interessierenden Frequenzbereich vorhanden ist und dieses Dopplersignal eine Annäherung der ersten Einheit an die zweite Einheit signalisiert.

Das gefilterte Dopplersignal vom Ausgang des programmierbaren Filters 274 liegt über einem Verstärker 292 parallel an drei Phasenreglern 294, 296 und 298.

Die Phasenregler (Phase Lockes Loops) 294, 296 und 298 sind Bauteile MC 14 046 B der schon im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Art. Die spannungsgesteuerten Oszillatoren 210 der verschiedenen Phasenregler 294, 296, 298 sind so beschaltet, daß sie an dem Ausgang 234 unterschiedliche Referenzfrequenzen liefern. Diese Referenzfrequenzen sind auf den jeweiligen Eingang 218 geschaltet. An den Eingängen 216 liegen die Dopplersignale von dem Filter 274. Die Referenzfrequenzen sind auf Werte eingestellt, die einer geringeren, einer mittleren und einer hohen Annäherungsgeschwindigkeit entsprechen. Dementsprechend erscheint an den Ausgängen 230 (Fig. 7) der Phasenregler 294, 296 und 298 Ausgangssignale, wenn sich die empfangenen Dopplerfrequenzen in einem unteren, einem mittleren bzw. einem oberen Frequenzbereich befinden. Die Ausgangssignale der Phasenregler 294, 296, 298 liegen an ersten Eingängen je eines NAND-Gliedes 300, 302 bzw. 304 an. An den zweiten Eingängen der NAND-Glied 300, 302 und 304 liegt jeweils das Signal "E" vom Ausgang des Inverters 290. Die Ausgangssignale der NAND-Glieder 300, 302, 304 werden durch Inverter 306, 308 bzw. 310 invertiert und steuern eine Anzeigevorrichtung 312, welche die Annäherungsgeschwindigkeit klassiert anzeigt.

Das Ausgangssignal des Phasendetektors 284 ist weiterhin über einen Inverter 314 auf einen ersten Eingang eines NAND-Gliedes 316 geschaltet. Auf den zweiten Eingang des NAND-Gliedes ist das Signal "D" vom Ausgang 282 der Schwellwertschaltung 280 geschaltet. Von dem Ausgang des NAND-Gliedes ist über Verbindung 318 die Anzeigevorrichtung 312 abschaltbar.

Ein Gerät der beschriebenen Art ist besonders vorteilhaft für Fahrzeuge, die in einer Kolonne fahren. Bei der Fahrt in einer Kolonne ist die Gefahr von Auffahrunfällen besonders groß. Der Einsatz eines Annäherungs-Warngerätes gestattet es, dieses Risiko zu vermindern und ggf. in der Kolonne mit höherer Geschwindigkeit und/oder geringerem Abstand der Fahrzeuge zu fahren. Das Gerät kann so angeordnet werden, daß es Dopplersignale nicht nur von dem unmittelbar vorherfahrenden Fahrzeug, sondern auch von weiter vorn fahrenden Fahrzeugen erhält.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen nach Maßgabe der Relativgeschwindigkeit zwischen einer ersten und einer zweiten Einheit, die sich beide gegenüber einem Untergrund bewegen, mittels eines an der ersten Einheit angebrachten, die zweite Einheit erfassenden Dopplersignalgebers und einer von dem Dopplersignal beaufschlagten Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung

• - zur Analyse des Frequenzspektrums des Dopplersignals und
• - zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen aus Frequenzen dieses Frequenzspektrums eingerichtet ist, die außerhalb des Bereiches derjenigen Frequenz liegen, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dopplersignalgeber und die Auswerteschaltung richtungsempfindliche Mittel aufweist, durch welche Ausgangssignale erzeugt werden, die anzeigen, ob sich die erfaßte zweite Einheit der ersten Einheit nähert oder sich von der ersten Einheit entfernt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerteschaltung nur Frequenzen des Dopplersignals zur Bildung von Geschwindigkeitssignalen verarbeitbar sind, die unterhalb des Bereiches derjenigen Frequenzen liegen, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung

• a) Fouriertransformationsmittel zur Bildung und Speicherung des Frequenzspektrums des Dopplersignals enthalten sowie
• b) Mittel, welche auf Energie des Dopplersignals in einem Frequenzbereich ansprechen, der außerhalb des Bereiches derjenigen Frequenz liegt, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung weiterhin Mittel aufweist, die Änderungen der Frequenz der Energie des besagten Dopplersignals in dem besagten Frequenzbereich ansprechen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung Filtermittel enthält, auf welche die Dopplersignale aufgeschaltet sind und welche Signale nur bis zu einer Grenzfrequenz durchlassen, die unterhalb derjenigen Dopplerfrequenz liegen, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Filtermittel programmierbare Filtermittel mit veränderbarer Grenzfrequenz sind,
• b) die Auswertemittel weiterhin geschwindigkeitsbestimmende Mittel enthält, die ein von der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber Grund abhängiges Signal liefern, und
• c) die Grenzfrequenz der Filtermittel von diesem Signal gesteuert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die geschwindigkeitsbestimmenden Mittel von Dopplersignalen beaufschlagt sind und daraus das von der Geschwindigkeit gegenüber Grund abhängige Signal liefern.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Auswerteschaltung eine Mehrzahl von auf unterschiedliche Frequenzen ansprechende Frequenzvergleichsmittel aufweist, wobei diese unterschiedlichen Frequenzen unterhalb der Frequenz liegen, welche der Geschwindigkeit der ersten Einheit gegenüber dem Untergrund entspricht, und
• b) eine Anzeigeeinrichtung von den Ausgangssignalen der Frequenzvergleichsmittel ansteuerbar ist zur Anzeige des Bereichs der Dopplerfrequenz und damit zur Klassierung der Annäherungsgeschwindigkeit der ersten Einheit an die zweite Einheit.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvergleichsmittel Phasenregelschaltungen (Phase Locked Loop) sind.