DE4042494C2

DE4042494C2 - Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Anzeige von Relativgeschwindigkeiten zu anderen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE4042494C2
Application number: DE4042494A
Authority: DE
Inventors: Joe Scott O'conner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2010-03-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Anzeige von Relativgeschwindigkeiten zu anderen Fahrzeugen.

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. Zum Erzeugen eines Meßwertes für die Geschwindigkeit des überwachten Fahrzeugs über Grund wird von einem Radar-Sender und -Empfänger ein Doppler-Signal erzeugt, 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 Frequenz- Verschiebung unterworfen, derart, daß die der Geschwindigkeit des Überwachungsfahrzeugs entsprechende Frequenz auf einer festen Referenzfrequenz gehalten wird. Die beiden Komponenten werden dann durch Filter getrennt. Nach einer Frequenz-Rückverschiebung werden die so getrennten Frequenzen als Geschwindigkeits- Meßwerte angezeigt.

Es sind ferner zur Verkehrsüberwachung stationäre Radargeräte bekannt.

Es ist weiterhin bekannt, durch Radar die Entfernung zu einem Hindernis zu bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach und preisgünstig aus weitgehend handelsüblich erhältlichen Bauteilen aufgebautes Gerät in einem Fahrzeug zu schaffen, welches in übersichtlicher Form die Relativgeschwindigkeiten zu anderen Fahrzeugen signalisiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Anzeige von Relativgeschwindigkeiten zu anderen Fahrzeugen,

- mit einem Dopplerradarmodul, das Inphase- und Quadraturphase-Empfangssignale erzeugt,
- mit einem FFT-Prozessor, welcher aus den Empfangssignalen ein diskretes Fourier-Frequenzspektrum erzeugt,
- mit einer richtungsbestimmenden Schaltung, auf welche die Empfangssignale aufgeschaltet sind, und welche ein Richtungssignal für das Annähern und Entfernen der anderen Fahrzeuge liefert,
- mit einer Logikschaltung, auf welche die Daten des diskreten Fourier- Frequenzspektrums und das Richtungssignal aufgeschaltet sind, und
- mit einer von der Logikschaltung angesteuerten Anzeigevorrichtung mit einer Folge von diskreten Anzeigegliedern zur Anzeige von aus dem Fourier- Frequenzspektrum abgeleiteten Relativgeschwindigkeiten, einschließlich der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs als Relativgeschwindigkeit gegen Grund.

Aus dem Empfangssignal wird durch den FFT-Prozessor ein diskretes Frequenzspektrum erzeugt. Jede "Linie" dieses Frequenzspektrums entspricht einer Relativgeschwindigkeit zum Untergrund oder zu einem anderen Fahrzeug. Aus den Inphase- und Quadraturphase-Empfangssignalen wird durch die richtungsbestimmende Schaltung ermittelt, ob das andere Fahrzeug sich mit einer durch den FFT-Prozessor bestimmten Relativgeschwindigkeit nähert oder entfernt. Die so bestimmten Relativgeschwindigkeiten werden an der Folge von diskreten Anzeigegliedern angezeigt. Der Fahrer des Fahrzeugs siht dann eine Geschwindigkeitsanzeige, die ständig vorhanden ist und sich nur langsam ändert. Das ist die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs, die durch die Relativgeschwindigkeit zum Untergrund hervorgerufen wird. Daneben werden andere Relativgeschwindigkeiten angezeigt, die von in gleicher oder entgegengesetzter Richtung fahrenden anderen Fahrzeugen herrühren. Aus solchen Anzeigen können Gefahrensituationen erkannt werden. Über die gleichzeitig bestimmte Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs über Grund kann auch die Absolutgeschwindigkeit (über Grund) der anderen erfaßten Fahrzeuge bestimmt werden. Ferner können bei Vorgabe eines Relativgeschwindigkeits-Bereiches auch der Abstand zu einem ausgewählten anderen erfaßten Fahrzeug im wesentlichen konstant gehalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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 Blockdagramm eines FFT- Prozessors bei der Vorrichtung nach Fig. 2

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 und einem Mischer ist mit dem Gunn-Oszillator 10 verbunden. Die Schottky- Diode sendet und empfängt Radarstrahlen. Die ausgesandten Radarstrahlen werden durch ein Horn 14 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 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 Δ f 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.

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 Relativgeschwindigkeit 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 Veränderung 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.

Das Radar-Modul 16 als Doppler-Signalgeber 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) gegeben. 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 Steureinheit 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. Die 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 Detect), welcher auf die gegenseitigen Phasenbeziehungen der beiden Signale A und B anspricht und daraus an einem Ausgang 68 ein duales Signal liefert, welches 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 abgebremst wird.

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

Claims

1. Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Anzeige von Relativgeschwindigkeiten zu anderen Fahrzeugen,

1. mit einem Dopplerradarmodul (34), das Inphase- und Quadraturphase- Empfangssignale (A, B) erzeugt,
2. mit einem FFT-Prozessor (42, 46, 52), welcher aus den Empfangssignalen ein diskretes Fourier-Frequenzspektrum erzeugt,
3. mit einer richtungsbestimmenden Schaltung (62), auf welche die Empfangssignale (A, B) aufgeschaltet sind, und welche ein Richtungssignal für das Annähern und Entfernen der anderen Fahrzeuge liefert,
4. mit einer Logikschaltung (72), auf welche die Daten des diskreten Fourier- Frequenzspektrums und das Richtungssignal aufgeschaltet sind, und
5. mit einer von der Logikschaltung (72) angesteuerten Anzeigevorrichtung mit einer Folge von diskreten Anzeigegliedern zur Anzeige von aus dem Fourier- Frequenzspektrum abgeleiteten Relativgeschwindigkeiten, einschließlich der Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs als Relativgeschwindigkeit gegen Grund.