HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft einen
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor bzw. eine
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung, die eine Technik zur Verbesserung der Genauigkeit der
Geschwindigkeitsmessung in bezug auf den Boden anwendet.
Beschreibung des Stands der Technik
-
Eine herkömmliche Geschwindigkeitssensorvorrichtung ist in
der japanischen Veröffentlichung Nr. 63-64 861 offenbart und
weist (a) eine an einem Aufbau des Fahrzeugs angebrachte
Sendeeinrichtung auf, die eine Erfassungswelle in Richtung einer
Straßenoberfläche in einer vorbestimmten Ausbreitungsrichtung
aussendet, (b) eine an dem Fahrzeugaufbau angebrachte, einen
Teil der von der Straßenoberfläche ungleichmäßig
reflektierten Welle empfangene Empfangseinrichtung und (c) eine
Signalverarbeitungseinrichtung auf, die ein die
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden darstellendes Ausgangssignal
auf der Grundlage der Frequenz der durch die Sendeeinrichtung
übertragenen Welle und der Frequenz des Teils der von der
Empfangseinrichtung empfangenen Welle erzeugt.
-
Die optische Achse der bekannten
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung wird in eine der entgegengesetzten
Fahrtrichtungen des Fahrzeugs geneigt, nämlich entweder in
die Vorwärtsfahrtrichtung oder in die entgegengesetzte oder
Rückwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs.
-
Darüberhinaus offenbart die DE-A-3 825 639 ein
Anti-Schleudersystem für Fahrzeuge, bei dem eine schräg auf den Boden
gerichtete Dopplereffekt-Sensorvorrichtung angewandt wird.
-
Eine Steuereinheit bestimmt aus der Dopplerfrequenz und durch
Unterstützung von aus weiteren auf die Fahrzeugfahrbedingung
bezogenen Sensoren abgeleiteten Signalen ein seitliches
Schleudern, ein Radschleudern usw. des Fahrzeugs und führt
einem Servosystem entsprechend gegenwirkende Signale zu.
-
Die bekannten Bodensensoren dieser Art sind derart
eingerichtet, daß die optischen Achsen sowohl der Sendeeinrichtung als
auch der Empfangseinrichtung miteinander fluchten und
parallel zu der Richtung verlaufen, die senkrecht zu der
Fahrtrichtung des Fahrzeugs verläuft. Diese Sensoren werden,
wenn die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf
den Boden mehr als etwa 100 km/h beträgt, durch eine große
Ausgangssignalabweichung beeinträchtigt, die sich bei
derartigen Fahrzeuggeschwindigkeiten aus einer geringeren
Intensität der durch die Empfangseinrichtung empfangenen Welle
ergibt und die zu einer verringerten Erfassungsgenauigkeit der
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden führt.
-
Der vorstehend beschriebene Nachteil der herkömmlichen
Sensoren folgt aus der Tatsache, daß die Geschwindigkeit eines
Luftstroms zwischen der Sendeeinrichtung und der
Straßenoberfläche bei einem Anstieg der Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs ansteigt, und daß die Tendenz zur Streuung der
Wellenausbreitung durch den Luftstrom mit einem Anstieg der
Luftströmungsgeschwindigkeit ansteigt, wodurch die Intensität der
durch die Empfangseinrichtung empfangenen Welle mit der
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs sinkt.
-
Weiterhin folgt der vorstehend erwähnte Nachteil außerdem aus
der Tatsache, daß die Bewegung der Empfangseinrichtung mit
dem Fahrzeug eine Absenkung der Intensität der empfangenen
Welle verursacht, wenn die Sensorachse in die umgekehrte oder
Rückwärtsrichtung geneigt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung zu schaffen, die
die Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden im
wesentlichen frei von dem Einfluß der Geschwindigkeit des
Luftstroms zwischen dem Sensor und der Straßenoberfläche und dem
Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale einer
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung wie in
Patentanspruch 1 dargelegt gelöst.
-
Alternativ dazu wird diese Aufgabe durch die Merkmale einer
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung wie in
Patentanspruch 2 dargelegt gelöst.
-
Somit ist erfindungsgemäß die Empfangseinrichtung der
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung von deren
Sendeeinrichtung in einer der entgegengesetzten Fahrtrichtungen
des Fahrzeugs beabstandet, in denen die Ausbreitungsrichtung
der Erfassungswelle von der Sendeeinrichtung zu der
Straßenoberfläche in bezug auf die Abwärtsrichtung senkrecht zu den
Fahrtrichtungen geneigt ist. Das heißt, daß, falls die
Ausbreitungsrichtung der Welle in die Vorwärtsfahrtrichtung
geneigt ist, die Empfangseinrichtung in der
Vorwärtsfahrtrichtung von der Sendeeinrichtung beabstandet ist. Falls die
Ausbreitungsrichtung der Welle in die Rückwärtsfahrtrichtung ge
neigt ist, ist die Empfangseinrichtung in der
Rückwärtsfahrtrichtung von der Sendeeinrichtung beabstandet.
-
Die vorstehend beschriebene Anordnung der erfindungsgemäßen
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung ist gegenüber
den herkömmlichen Sensoren dahingehend vorteilhaft, daß die
ungleichmäßig reflektierte, durch die Empfangseinrichtung
empfangene Welle der durch die Straßenoberfläche regelmäßig
reflektierten Welle ähnlicher als bei dem bekannten Sensor
ist. Anders ausgedrückt ist die Intensität der ungleichmäßig
reflektierten, durch die Empfangseinrichtung des
erfindungsgemäßen Sensors empfangene Welle höher als die durch die
Empfangseinrichtung des bekannten Sensors. Somit stellt die
Frequenz der durch die Empfangseinrichtung des erfindungsgemäßen
Sensors empfangene Welle die Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeugs genauer dar. Das heißt, daß das Ausgangssignal der
Empfangseinrichtung weniger wahrscheinlich der Beeinträchtigung
unterzogen wird, daß die Intensität der empfangenen Welle mit
einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit absinkt.
Dementsprechend wird der Fehler bei dem Ausgangssignal der
Empfangseinrichtung verringert, wodurch folglich der Fehler oder
die Abweichung des Frequenzausgangssignals der
Signalverarbeitungseinrichtung verringert wird, wobei ein verringerter
Fehlerwert bei der durch den Geschwindigkeitssensor erfaßten
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden sichergestellt
wird.
-
Die voneinander beabstandete Anordnung der
Empfangseinrichtung relativ zu der Sendeeinrichtung entsprechend der
erfindungsgemäßen Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensorvorrichtung
ist im wesentlichen frei von dem Einfluß der Geschwindigkeit
des Luftstroms zwischen dem Sensor und der Straßenoberfläche
sowie dem Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
-
Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht, die schematisch einen
Ultraschall-Geschwindigkeitssensor gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
-
Fig. 2 eine Seiten-Schnittansicht, die die relative Position
zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung des
Geschwindigkeitssensors gemäß Fig. 1 darstellt, und
Fig. 3 einen Graphen, der Abweichungsbeträge bei den durch
den Sensor gemäß Fig. 1 und einen herkömmlichen Sensor
erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeiten in bezug auf den Boden
darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Fig. 1 zeigt einen Geschwindigkeitssensor 8, der zur
Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit U in bezug auf den Boden,
nämlich einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in bezug auf
die Straßenoberfläche in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs
verwendet wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem
Geschwindigkeitssensor 8 um eine Dopplereffekt-Bauart, die den
Dopplereffekt einer Ultraschallwelle ausnutzt. Für eine
verbesserte Erfassungsgenauigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit U in
bezug auf den Boden handelt es sich bei dem
Geschwindigkeitssensor 8 vorzugsweise um eine gemäß Fig. 1 und 2 aufgebaute
Dopplereffekt-Bauart.
-
Der Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor 8 gemäß Fig. 1 und 2
weist eine Sendeeinrichtung 110, die wie in Fig. 2 gezeigt
eine Ultraschallwelle auf die Straßenoberfläche bei einem
vorbestimmten Auftreffwinkel in bezug auf die
Straßenoberfläche sendet, und eine Empfangseinrichtung 112 auf, die einen
Teil der durch die Straßenoberfläche ungleichmäßig
reflektierten Ultraschallwelle empfängt und ein Ausgangssignal als
Sinuswelle erzeugt, die eine Schalldruckveränderung der
empfangenen Welle darstellt.
-
Die Sendeeinrichtung 110 und die Empfangseinrichtung 112 sind
am rückwärtigen Endabschnitt an der Unterseite des Aufbaus
des Fahrzeugs derart angebracht, daß wie in Fig. 2 gezeigt
die Empfangseinrichtung 112 von der Sendeeinrichtung 110 in
Rückwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs um einen Abstand L
beabstandet ist. Die optischen Achsen der Sendeeinrichtung und
Empfangseinrichtung 110 und 112 sind in der Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs um den gleichen Winkel Θ in bezug auf die
Straßenoberfläche geneigt.
-
Der Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor 8 weist außerdem
eine mit der Empfangseinrichtung 112 elektrisch verbundene
Signalverarbeitungseinrichtung 114 auf. Die
Signalverarbeitungseinrichtung 114 empfängt ein Ausgangssignal der
Empfangseinrichtung 112 und berechnet anhand des empfangenen
Ausgangssignals aus der Empfangseinrichtung 112 die Frequenz
der von der Empfangseinrichtung 112 empfangenen Welle.
Genauer gesagt erzeugt die Signalverarbeitungseinrichtung 114
Impulse, die den einen Schwellwert überschreitenden
Spitzenwerten der von der Empfangseinrichtung 112 dargestellten
Sinuswelle entsprechen. Die Frequenz der durch die
Empfangseinrichtung 112 empfangenen Welle wird auf der Grundlage der
Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit berechnet.
-
Die Signalverarbeitungseinrichtung 114 dient außerdem zur
Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden
entsprechend der nachstehend beschriebenen Gleichung gemäß
der Annahme, daß der Auftreffwinkel der Ultraschallwelle aus
der Sendeeinrichtung 110 auf die Straßenoberfläche und der
Ausbreitungswinkel der reflektierten Welle von der
Straßenoberfläche in bezug auf die Straßenoberfläche beide annähernd
gleich dem Neigungswinkel Θ der optischen Achsen der
Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung 110 und 112 sind.
-
U = C*(Ft - Fr)/{(Ft + Fr)*cosΘ}
-
wobei C: die Schallgeschwindigkeit der gesendeten
Ultraschallwelle,
-
Ft: die Frequenz der gesendeten Ultraschallwelle
und
-
Fr: die Frequenz der empfangenen Ultraschallwelle
darstellen.
-
Ein bekannter Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor wird wie
in Fig. 3 durch eine durchgezogene Linie dargestellt durch
einen beträchtlichen Anstieg bei dem Fehler oder der
Abweichung
in der erfaßten Geschwindigkeit U in bezug auf den
Boden beeinträchtigt, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit in
bezug auf den Boden 100 km/h überschreitet. Dieser Anstieg
bei der Ausgangssignalabweichung scheint aus einem Absinken
der Intensität der durch die Empfangseinrichtung 112
empfangene Welle bei einem Anstieg der tatsächlichen
Geschwindigkeit U in bezug auf den Boden hervorzugehen. Das heißt, daß,
wenn die tatsächliche Geschwindigkeit U in bezug auf den
Boden relativ hoch ist, die Anzahl der Spitzenwerte der durch
das Ausgangssignal der Empfangseinrichtung 112 dargestellten
Sinuswelle, die den Schwellwert überschreiten, zu einem
Absinken tendiert, was zu einer Verringerung der Anzahl der
entsprechenden Impulse führt, aus denen die Frequenz Fr der
durch die Empfangseinrichtung 112 empfangenen Welle berechnet
wird. Dementsprechend tendiert die durch die
Signalverarbeitungseinrichtung 114 berechnete Frequenz Fr dazu, niedriger
als die tatsächliche Frequenz der empfangene Welle zu sein.
-
Bei dem Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor 8 ist die
Empfangseinrichtung 112 von der Empfangseinrichtung 110 in der
Rückwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs derart um den
vorbestimmten Abstand L beabstandet, daß die ungleichmäßig
reflektierte, von der Empfangseinrichtung 112 empfangene Welle der
von der Straßenoberfläche gleichmäßig reflektierten Welle
ähnlicher als bei dem bekannten Sensor ist.
-
Wie durch die gestrichtelte Linie in Fig. 3 dargestellt
sichert die vorstehend beschriebene Anordnung der
Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung 110 und 112 eine deutliche
Verringerung bei dem Betrag des Anstiegs der
Ausgangssignalabweicheung, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit U in bezug
auf den Boden etwa 100 km/h überschreitet. Folglich wird die
Gesamt-Ausgangssignalabweichung über dem gesamten Bereich der
Fahrzeuggeschwindigkeit deutlich verringert. Anders
ausgedrückt kann der durch den Sensor genau erfaßbare Bereich der
Fahrzeuggeschwindigkeit U in bezug auf den Boden verbreitert
werden.
-
Die durch die gestrichelte Linie in dem in Fig. 3 gezeigten
Graphen dargestellte Kurve wurde unter den nachstehenden
Bedingungen oder Parametern erhalten:
-
Neigungswinkel Θ ....................................40º
-
Höhe der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung
110 und 112 über der Straßenoberfläche:........300 mm
-
Schallgeschwindigkeit C .........................350 m/s
-
Abstand L .........................................80 mm
-
Obwohl gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der
Abstand L 80 mm beträgt, ist dieser Abstand gleich einem
Abstand in der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugaufbaus (und
deshalb der Empfangseinrichtung 112) bei einer
Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 100 km/h, während die durch die
Sendeeinrichtung 110 erzeugte Ultraschallwelle durch die
Straßenoberfläche reflektiert und von der Empfangseinrichtung 112
empfangen wird. Der Abstand L von 80 mm, um der die
Empfangseinrichtung 112 von der Sendeeinrichtung in Rückwärtsrichtung
beabstandet ist, ermöglicht der Empfangseinrichtung 112, die
ungleichmäßig von der Straßenoberfläche reflektierte Welle
bei demselben Winkel zu empfangen wie die ungleichmäßig
reflektierte Welle, die von der Empfangseinrichtung des
bekannten Geschwindigkeitssensors zu empfangen ist, wenn das
Fahrzeug angehalten wurde. Anders ausgedrückt, ermöglicht der
Abstand L, daß die Empfangseinrichtung 112 die ungleichmäßig
reflektierte Welle empfängt, deren Intensität dieselbe wie
die der durch die Empfangseinrichtung des bekannten Sensors
empfangenen, ungleichmäßig reflektierten Welle ist, wenn das
Fahrzeug angehalten worden ist. Somit ermöglicht der Abstand
L eine Verringerung des Betrags des Anstiegs bei der
Ausgangssignalabweichung oder dem Fehler des Sensors, wenn die
tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit mehr als 100 km/h
beträgt.
-
Der in Fig. 1 und 2 gezeigt
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor weist einen weiteren Vorteil auf, wenn das
Ausgangssignal des Sensors in einer gegebenen Zeitdauer gemittelt wird,
bevor es beispielsweise bei einem
Anti-Blockier-Drucksteuervorgang verwendet wird. Das heißt, daß die verringerte
Ausgangssignalabweichung des Geschwindigkeitssensors es
ermöglicht, die zur Ausgangssignalmittelung erforderliche Zeit zu
verringern und dadurch das Ansprechen des gemittelten
Sensorausgangssignals auf die Veränderung der tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Boden zu verbessern,
wodurch dementsprechend das Ansprechen einer Anti-Blockier-
Bremssteuervorrichtung verbessert wird.
-
Bei dem veranschaulichten
Dopplereffekt-Geschwindigkeitssensor gemäß Fig. 1 und 2 berechnet die
Signalverarbeitungsschaltung 114 die Fahrzeuggeschwindigkeit U in bezug auf den
Boden aufgrund der Annahme, daß wie vorstehend beschrieben
der Auftreffwinkel der gesendeten Ultraschallwelle auf die
Straßenoberfläche und der Streuungswinkel der von der Straße
auf die Empfangseinrichtung 112 reflektierten Welle annähernd
gleich dem Neigungswinkel Θ der optischen Achsen der
Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung 110 und 112 ist.
Jedoch kann der Auftreffwinkel der gesendeten Welle und der
Streuungswinkel der reflektierten Welle tatsächlich erfaßt
werden, damit die Geschwindigkeit in bezug auf den Boden auf
der Grundlage der erfaßten Winkel berechnet wird.
-
Falls die optischen Achsen der Sendeeinrichtung und der
Empfangseinrichtung 110 und 112 in die Vorwärtsfahrtrichtung des
Fahrzeugs in bezug auf die vertikale Richtung (zu den
Fahrtrichtungen senkrechte Richtung) geneigt werden, wird die
Empfangseinrichtung 112 in die Vorwärtsfahrtrichtung von der
Sendeeinrichtung 110 beabstandet angeordnet.