DE4007249C2 - Vorrichtung zur Relativgeschwindigkeitserfassung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen nach Maßgabe der Relativgeschwindigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrzeug, die sich beide gegenüber einem Untergrund bewegen, enthaltend

• - einen an dem ersten Fahrzeug angebrchten, das zweite Fahrzeug erfassenden Doppler-Signalgeber,
• - Signalverarbeitungsmittel mit programmierbaren Filtern, durch welche die von der Bewegung des ersten Fahrzeugs über Grund herrührenden und die von der Relativbewegung zwischen erstem und zweitem Fahrzeug herrührenden Dopplersignale getrennt werden.

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.

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.

Die US-PS 4,335,383 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines überwachten Fahrzeugs aus einem bewegten Überwachungsfahrzeug heraus mittels eines Doppler- Radargerätes. Es muß dort ein Meßwert für die Geschwindigkeit des überwachten Fahrzeugs über Grund gewonnen werden. Dazu wird von einem Radar-Sender und -Empfänger ein einziges Doppler-Signal geliefert, das zwei Komponenten enthält: Eine Komponente stammt von der Reflexion am stillstehenden Untergrund und entspricht der Geschwindigkeit des Überwachungsfahrzeuges. Eine zweite Komponente stammt von der Reflexion an dem überwachten Fahrzeug und entspricht der Relativgeschwindigkeit zwischen den Fahrzeugen. Die beiden Komponenten des Doppler-Signals werden einer Frequenzverschiebung unterworfen, derart, daß die der Geschwindigkeit des Überwachungsfahrzeuges entsprechende Frequenz auf einer festen Referenzfrequenz gehalten wird. Die beiden Komponenten werden dann durch feste Filter getrennt. Nach einer Frequenz-Rückverschiebung werden die so getrennten Frequenzen als Geschwindigkeitsmeßwerte angezeigt.

Die US-PS 4,335,383 erwähnt zum Stand der Technik eine Vorrichtung, bei welcher die Frequenztrennung mittels selektiver Filtersysteme erfolgt. Die selektiven Filtersysteme benutzen Gleichlauffilter, die über den gesamten Bereich der Doppler-Frequenzen durchstimmbar sind. Die Mittelfrequenz dieser Gleichlauffilter wird anfänglich auf die Geschwindigkeit des das Radargerät tragenden Überwachungsfahrzeuges eingestellt und dann während des Meßzyklus ständig nachgestellt. Diese Anordnung erfordert nach Angabe der US-PS 4,335,383 die Anwendung sehr komplizierter und aufwendiger Schaltungsmaßnahmen.

"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 Geschwindigkeits­ messung.

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.

Aus der "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).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach und preisgünstig, weitgehend mit handelsüblich erhältlichen Bauteilen aufgebautes Gerät zu schaffen, welches an einem Kraftfahrzeug angebracht ist und signalisiert, wenn sich der Abstand des Fahrzeuges zu einem in gleicher Fahrtrichtung voranfahrenden Fahrzeug verringert. Dabei sollen Störungen durch Doppler-Signale unterdrückt werden, die sich durch die Eigengeschwindigkeit des mit dem Gerät ausgerüsteten Fahrzeugs gegenüber dem stillstehenden Untergrund ergeben. Ferner soll ohne solche Störsignale die Reichweite einer Vorrichtung der genannten Art verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

• - der Doppler-Signalgeber zwei Mischer-Dioden enthält, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Doppler-Signale liefern,
• - eines der ungefilterten Doppler-Signale der Mischer-Dioden an einem Auswertemodul anliegt, das eine Ausgangsfrequenz liefert, welche unterhalb der sich aus der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs gegenüber dem Untergrund ergebenden Dopplerfrequenz liegt.
• - die beiden Doppler-Signale der Mischer-Dioden weiterhin auf die programmierbaren Filter ausgeschaltet sind, die mit dem Auswertemodul verbunden sind und deren Grenzfrequenz durch die Ausgangsfrequenz des Auswertemoduls bestimmt ist,
• - die beiden Ausgangssignale der programmierbaren Filter auf einen Phasendetektor aufgeschaltet sind, welcher auf die gegenseitigen Phasenbeziehungen der beiden Signale anspricht und daraus an einem Aufgang ein duales Signal liefert, welches anzeigt, ob sich das erste Fahrzeug an das zweite Fahrzeug annähert oder sich das zweite Fahrzeug von dem ersten Fahrzeug entfernt, und
• - ein duales Ausgangssignal des Phasendetektors auf eine Logikschaltung aufgeschaltet ist, welche die Anzeigevorrichtung zur Anzeige einer Annäherung des ersten Fahrzeugs an das zweite steuert.

Das Gerät nach der Erfindung weist einen Doppler-Signalgeber auf, der zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Doppler- Signale liefert. Diese Doppler-Signale gestatten eine Richtungsbestimmung. Doppler-Signalgeber dieser Art sind handelsüblich erhältlich. Von den beiden Doppler-Signalen ist eines ungefiltert auf ein Auswertemodul geschaltet. Das ungefilterte Doppler-Signal enthält eine Komponente mit der Doppler-Frequenz, die von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber dem Untergrund herrührt. Aus dieser Komponente liefert das Auswertemodul eine Ausgangsfrequenz, die unterhalb von der Doppler-Frequenz dieser Komponente liegt. Mit der Ausgangsfrequenz werden zwei programmierbare Filter angesteuert, auf welche die beiden phasenverschobenen Doppler- Signale aufgeschaltet sind. Die Filter liefern nun Doppler- Signale, in denen die "Untergrund"-Komponente unterdrückt ist, die also nur durch die Relativgeschwindigkeit zu dem vorausfahrenden Fahrzeug bestimmt ist. Diese beiden gefilterten Doppler-Signale sind auf einen richtungsbestimmenden Phasendetektor aufgeschaltet. Das Signal des Phasendetektor liegt an einer Logikschaltung die eine Anzeigevorrichtung steuert.

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 Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm eine Ausführung einer auf Relativgeschwindigkeit ansprechenden Vorrichtung, die mit programmierbaren Filtern arbeitet.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines programmierbaren Filters bei der Vorrichtung von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungs einer auf Relativgeschwindigkeiten ansprechenden Vorrichtung, die ähnlich wie die Vorrichtung von Fig. 1 mit programmierbaren Filtern und zusätzlich mit Phasenregelschaltungen arbeitet.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Phasenregelschaltung bei einer Vorrichtung nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt die Zusammenschaltung einer Phasenregelschaltung nach Fig. 4 mit einem Spannungs-Frequenz-Wandler im Rückführkreis einer Ausgangsspannung.

Ein Radar-Modul 120 enthält einen Gunn-Oszillator, der elektromagnetische Schwingungen mit einer Frequenz von 24 Gigahertz erzeugt. Ein Hohlraum mit Schottky-Dioden und einem Mischer ist mit dem Gunn-Oszillator verbunden. Die Schottky- Diode empfängt Radarstrahlen. Die ausgesandten Radarstrahlen werden durch ein Horn gebündelt. Das Radar-Modul ist so aufgebaut, 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 Radar Modul 120 ist auf einem (nicht dargestellten) ersten gegenüber einem Untergrund bewegten Fahrzeug montiert. Der ausgesandte Radarstrahl trifft auf ein zweites gegenüber dem Untergrund bewegtes Fahrzeug, das sich in der gleichen Richtung wie das erste Kraftfahrzeug über Grund bewegt. Der Radarstrahl wird von dem zweiten Fahrzeug reflektiert und teilweise wieder von dem Radar-Modul 120 empfangen. Infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten und der zweiten Fahrzeug erfährt das reflektierte Radarbündel eine Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt. Diese Doppler- Frequenzverschiebung ist

wobei Δf die Doppler-Frequenzverschiebung, v die Relativ­ geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge, 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.

Das Radar-Modul 120 liefert 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. Das 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. 2 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, 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 enthält ein Flipflop, das in den einen oder den anderen Schaltzustand geht, je nachdem ob die Relativgeschwindigkeit durch eine Änderung an dem vorausfahrenden Fahrzeug oder eine Vergrößerung des Abstandes hervorgerufen wird. Im ersteren Fall ist die in Fig. 1 untere Ausgangsklemme 142 des Phasendetektors 140 im Zustand L. Im Fall einer Vergrößerung des Abstandes ist die untere Ausgangsklemme 142 des Phasendetektors 140 im Zustand L und die obere Ausgangsklemme im Zustand H.

Das 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. 1 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. 2 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 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. 4 ist der Aufbau eines Phasenreglers 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 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 Mittenfrequenz 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. 5 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. 1) 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. 5 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. 3 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. 2 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. 1, 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. 1, 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 294, 296 und 298 sind Bauteile MC 14 046 B der schon im Zusammenhang mit Fig. 4 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. 4) 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 (7)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen nach Maßgabe der Relativgeschwindigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrzeug, die sich beide gegenüber einem Untergrund bewegen, enthaltend

• - einen an dem ersten Fahrzeug angebrachten, das zweite Fahrzeug erfassenden Doppler-Signalgeber,
• - Signalverarbeitungsmittel mit programmierbaren Filtern, durch welche die von der Bewegung des ersten Fahrzeugs über Grund herrührenden und die von der Relativbewegung zwischen erstem und zweitem Fahrzeug herrührenden Dopplersignale getrennt werden,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Doppler-Signalgeber (120; 266) zwei Mischer-Dioden enthält, die so angeordnet sind, daß sie zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Doppler-Signale liefern,
• - eines der ungefilterten Doppler-Signale der Mischer-Dioden an einem Auswertemodul (132; 276) anliegt, das eine Ausgangsfrequenz liefert, welche unterhalb der sich aus der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs gegenüber dem Untergrund ergebenden Dopplerfrequenz liegt,
• - die beiden Doppler-Signale der Mischer-Dioden weiterhin auf die programmierbaren Filter (126, 128; 272, 274) aufgeschaltet sind, die mit dem Auswertemodul (132; 276) verbunden sind und deren Grenzfrequenz durch die Ausgangsfrequenz des Auswertemoduls (132; 276) bestimmt ist,
• - die beiden Ausgangssignale der programmierbaren Filter (126, 128; 272, 274) auf einen Phasendetektor (140; 284) aufgeschaltet sind, welcher auf die gegenseitigen Phasenbeziehungen der beiden Signale anspricht und daraus an einem Ausgang ein duales Signal liefert, welches anzeigt, ob sich das erste Fahrzeug an das zweite Fahrzeug annähert oder sich das zweite Fahrzeug von dem ersten Fahrzeug entfernt, und
• - ein duales Ausgangssignal des Phasendetektors (140; 284) auf eine Logikschaltung (152; 314 . . .) aufgeschaltet ist, welche eine Anzeigevorrichtung (154, 156; 312) zur Anzeige einer Annäherung des ersten Fahrzeugs an das zweite steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Auswertemodul einen Phasenregler (204) und einen Spannungs-Frequenz-Wandler (248) in einem Rückführkreis aufweist,
• - an den Eingängen des Phasenreglers (204) die ungefilterten Doppler-Signale der einen Mischer-Diode und die Ausgangsfrequenz des Spannungs-Frequenz-Wandlers (248) anliegen,
• - der Phasenregler (204) eine Ausgangsspannung liefert, die über ein RC-Glied (256, 258) an dem Eingang (160) des Spannungs-Frequenz-Wandlers (248) anliegt und dessen Ausgangsfrequenz steuert, und
• - die an dem Spannungs-Frequenz-Wandler (248) anliegende Ausgangsspannung des Phasenreglers (204) an einem weiteren Spannungs-Frequenz-Wandler anliegt und dessen Frequenz steuert, wobei die Frequenz gegenüber der Frequenz des ersteren Spannungs-Frequenz-Wandlers (248) vermindert ist und die programmierbaren Filter steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Phasenregler (204) einen Phasenkomparator (208) enthält,
• - der Phasenkomparator (208) zwei Signaleingänge (216, 218) aufweist,
• - der Phasenkomparator (208) eine Logikschaltung zu Erfassung der Vorderflanke der Eingangssignale aufweist und an Ausgängen (230, 232) digitale Regler-Ausgangssignale liefert, derart, daß eine 0°-Phasenverschiebung an den Signaleingängen (216, 218) aufrechterhalten wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung zusätzlich von einem binären Signal (C) beaufschlagt ist, das mittels einer Schwellwertschaltung (148) aus dem ungefilterten Doppler- Signal abgeleitet ist und einen ersten Zustand einnimmt, wenn die in dem interessierenden Frequenzband vorhandene Energie einen durch den Schwellwertschalter (148) vorgegebenen Schwellwert überschreitet und einen zweiten Zustand einnimmt, wenn der Schwellwert nicht unterschritten ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein durch das programmierbare Filter (128) gefiltertes Doppler-Signal Anzeigemittel (170, 174) zur Erzeugung einer die Dopplerfrequenz des gefilterten Doppler-Signals wiedergebenden Anzeige ansteuerbar sind und
• - die Anzeigemittel von einem Ausgang der Logikschaltung aktivierbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Anzeigemittel eine Mehrzahl von auf unterschiedliche Frequenzen ansprechenden Frequenzvergleichsmitteln (294, 296, 298) aufweisen, wobei diese unterschiedlichen Frequenzen unterhalb der Frequenz liegen, welche der Geschwindigkeit des ersten Fahrzeugs gegenüber dem Untergrund entspricht, und
• (b) die Anzeigemittel weiterhin Anzeigeglieder (312) aufweist, die von den Ausgangssignalen der Frequenzvergleichsmittel ansteuerbar ist zur Anzeige des Bereichs der Dopplerfrequenz und damit zur Klassierung der Annäherungsgeschwindigkeit des ersten Fahrzeugs an das zweite.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvergleichsmittel Phasenregelschaltungen sind.