EP0004088B1 - Zielführungssystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents

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EP0004088B1
EP0004088B1 EP19790100732 EP79100732A EP0004088B1 EP 0004088 B1 EP0004088 B1 EP 0004088B1 EP 19790100732 EP19790100732 EP 19790100732 EP 79100732 A EP79100732 A EP 79100732A EP 0004088 B1 EP0004088 B1 EP 0004088B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
vehicle
induction loop
signals
inductance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP19790100732
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0004088A3 (en
EP0004088A2 (de
Inventor
Bernd Eschke
Wilfried Rörup
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Blaupunkt Werke GmbH
Original Assignee
Blaupunkt Werke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blaupunkt Werke GmbH filed Critical Blaupunkt Werke GmbH
Publication of EP0004088A2 publication Critical patent/EP0004088A2/de
Publication of EP0004088A3 publication Critical patent/EP0004088A3/xx
Application granted granted Critical
Publication of EP0004088B1 publication Critical patent/EP0004088B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/09—Arrangements for giving variable traffic instructions
    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
    • G08G1/0968—Systems involving transmission of navigation instructions to the vehicle

Definitions

  • the invention relates to a route guidance system for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
  • route guidance system is described for example in DE-OS 2515660.
  • every road user with a suitably equipped vehicle can be given information tailored to their destination, such as directions, road conditions, traffic density, directional speeds or the like.
  • the aim of the present invention is to obtain further, previously unrecorded data about the traffic flow in the known system. These data include the speed and length of the individual vehicles.
  • the signal triggered at the end of passive traffic data acquisition switches on the road device for sending call signals.
  • the determined traffic data may also be available for inclusion in the information exchange with the vehicle, e.g. B. for an indication of a possible speed limit or for different directions for cars and trucks.
  • the transmission path of which essentially consists of a programmable frequency divider 12, a converter 14 possibly combined therewith and an output stage 16, while the reception path has a bandpass 18, an amplifier 20, a limiter 22 and a digital filter 24 as essential components.
  • an assembly 26 which comprises a detector and evaluation circuit, is connected to the induction loop 10.
  • the transmission path, the reception path and the detector and evaluation module 26 are linked via a switchover device 28, which here consists, for example, of a switch with two schematically indicated electronic switches 30, 32.
  • the transmission device and the detector circuit are connected via digital connecting switching elements 34, 36 and 38 to a microprocessor 40 which is provided as a central or control unit of the road device and includes memory.
  • the line connections also referred to as the data bus, for the flow of information during data exchange and data acquisition, and the test and control lines, are complete schematically indicated, arrowed lines or bundles of lines.
  • control unit 42 which also consists of a microprocessor circuit.
  • a road device is connected to the data bus for the exchange of information and to the test and control lines via a digital connection circuit 44 for data input and output.
  • the data bus and the test and control lines to the control unit 42 can also be connected via a further digital connection circuit 46, a modulator / demodulator circuit 48 and preferably connection lines 50 and 52 consisting of conventional telephone cables to a central traffic computer with which the in the control unit 42 and information stored in the computer 40 of the road device can be influenced or changed.
  • a in Fig. 2 vehicle device shown as a simplified block circuit has a ferrite rod 70 as an antenna for the exchange of information with a road device.
  • a reception path of the vehicle device has a bandpass 72, an amplifier 74, a circuit part 76 with a limiter 78 and an inverted AND circuit 80, a digital filter 82 and a logic connection circuit 84 for the input and output of the data.
  • This reception path is connected to a microprocessor circuit 86 forming the central unit of the vehicle device via the data bus and connection lines for the respective operating state, representing status codes, addresses and test characters.
  • a transmission branch having a programmable frequency divider 88 and a sine converter 90 connected to a coil of the ferrite rod is connected to the microprocessor circuit 86 via a digital logic circuit 92.
  • a test circuit 94 is also connected to the microprocessor circuit 86.
  • An input device 98 for keying in the destination information and a display device 100 for received destination information are connected by means of further input / output elements 102-108, further external input or output devices being connected via the data bus and the address or telegram instructions of this circuit section of the vehicle device can be, for example, distance sensors which sense the vehicle movement.
  • the route guidance and data acquisition system now works in such a way that the detector 26 of the road device in the idle state of the system, during which there is no data exchange between the road device and the vehicle device, is switched on via the switch 28 consisting, for example, of two electronic switches.
  • a pulse is emitted by the detector circuit 26, the width of which is inversely proportional to the vehicle speed.
  • This pulse-width-variable signal is fed to the microprocessor circuit 40 of the road device and, as will be explained in more detail later, is recognized as a representation of a speed.
  • the trailing edge of the speed pulse triggers the switchover of the switch 28 by a control command from the microprocessor 40 for a possible data exchange between the road device and a vehicle device accommodated in the motor vehicle which is still located above the induction loop.
  • the road device sends so-called call steps as callsigns for a vehicle device based on a control command from the microprocessor 40 via the transmission path with the programmable frequency divider 12, the converter 14 and the output stage 16.
  • These call steps are waveforms that consist of successive blocks of a higher and a lower frequency.
  • this vehicle device answers the received call step by sending out a destination address which a driver entered via the key-in device when starting the journey.
  • the road device concludes that the vehicle is not equipped and terminates the data exchange.
  • the detector is switched on again. From the voltage curve occurring at the detector output, which represents the change in the loop inductance that is reduced when a vehicle passes through, the speed and length of the vehicle are then determined in the microprocessor 40, as will be explained later.
  • An essential part of the additional device is a detector circuit 26 arranged in the street device for measuring an inductance change of the connected induction loop 10.
  • This induction loop which is provided anyway for the exchange of information between the street device and a vehicle device, is also used for the detection and measurement of the speed of a motor vehicle, the speed at which the vehicle is driven over a motor vehicle occurring change of Loop inductance is evaluated.
  • the use of only one induction loop is a further advantage of the invention, since previously, as already explained, two loops were required for speed measurements alone.
  • the detector circuit in the assembly 26 (see FIG. 1) for measuring the change in inductance, according to the basic circuit shown in FIG. 3, consists of an RF transmitter 140 and a receiver 142.
  • the change in inductance of the induction loop 10 makes the RF transmitter in its Phase and amplitude modulated.
  • the transmitter 140 basically consists of an RF oscillator 144 and a modulator 146, while a demodulator 148 and a control unit 150 form the basic components of the receiver 142.
  • phase modulation of the transmission signal for the detection of a motor vehicle is evaluated in the receiver.
  • This demodulation can be carried out using a phase comparator and a low-pass filter, see FIG. 4.
  • the transmitter 140 consists of a voltage-controlled oscillator (VCO) 152, an output amplifier 154 and the modulator 146.
  • the induction loop is a circuit component of the modulator.
  • a Colpits oscillator is provided as the voltage-controlled oscillator, the frequency of which can be varied via capacitance diodes.
  • the output amplifier 154 forms a fast operational amplifier (for example SN 52702) with an additional output stage made of bipolar transistors, by means of which the low output resistance required to control the modulator is achieved.
  • the modulator 146 consists of a passive circuit, namely a series resonant circuit with the induction loop as inductance, see the equivalent circuit diagram of the modulator and the associated explanations in FIG. 5. This equivalent circuit diagram applies to short leads to the induction loop and for frequencies in a range around 100 kHz.
  • the operating point of the modulator is placed in the turning point of the characteristic curve in order to achieve a maximum phase shift with small changes in the inductance of the induction loop.
  • the operating point is set via the oscillation frequency of the voltage-controlled oscillator 152 and can be regulated by the receiver via the control line.
  • the receiver consists of the demodulator 148 with phase comparator 158 and low-pass filter 160, a differential amplifier 162 and the regulating and control unit 150 with a reference voltage source 164, a differential integrator 166 and a sample and hold element 168.
  • the unmodulated transmission signal is also transmitted from the transmitter to the receiver via a connection line 153. Furthermore, a control signal is transmitted from the receiver to the transmitter via a connection 156. This control signal is used to compensate for long-term changes in the inductance of the induction loop caused, for example, by temperature changes. It also ensures automatic adjustment of the detector circuit to adapt the different inductances in different induction loops.
  • the phase comparator produces a pulse-width-modulated signal from the phase-modulated transmission signal, which results in the demodulated transmission signal via the low-pass filter. Changes in the inductance of the induction loop are shown as changes in voltage.
  • the phase comparator 158 contains an exclusive-OR circuit and the low-pass filter 160 consists of an active second-order filter with a Butterworth characteristic.
  • the differential amplifier is a negative feedback operational amplifier.
  • the most important component of the regulating and control unit is the differential integrator 166.
  • the operating point of the modulator 146 is compared with the operating point specified by the reference voltage 164. Deviations are communicated to the transmitter via control line 156 and corrected. From Fig. 4 it can also be seen that the transmitter and receiver are interconnected to form a control loop.
  • the sample and hold circuit 168 interrupts the control loop when a vehicle is detected.
  • a positive change in the demodulated transmission signal at the output of differential amplifier 162 serves as the switching criterion.
  • the differential integrator is, for example, a bi-fet operational amplifier, so that this stage also serves as a holding element.
  • a field effect transistor is provided as a switch in the sample and hold stage 168.
  • An evaluation module is connected to the detector circuit shown in FIG. 4, which according to FIG. 6 has a differentiating element 170, two trigger circuits 172 and 174 and an evaluation logic 176.
  • the pulse signals T v and T L occurring at the outputs of the evaluation logic 176 represent the speed or the length of a vehicle and are fed to the microprocessor 40 of the road device for further processing.
  • the connecting lines of the evaluation module with the detector, see FIG. 4, are designated 1, 2 and 3.
  • Another connecting line 4 leads from the logic circuit 176 to the switchable switch 28 and to the data transmitter of the road device, see FIG. 1.
  • FIG. 7 A preferred construction of the logic circuit 176 according to the invention of the evaluation module shown in FIG. 7 is shown in FIG. 7.
  • the essential circuit parts are two flip-flop circuits FF1 and FF2 and a monostable multivibrator MF1.
  • a pulse shaper stage 180 is located between the trigger 174, see FIG. 6, and the flip-flop FF1.
  • a level converter 182 of a type known per se is connected to the mono-flop circuit MF1.
  • So-called line driver stages 184 and 186 are provided in the output lines leading to the microprocessor 40 of the road device for amplifying the signals T v and T L.
  • FIG. 8 shows a voltage profile U of the demodulated transmission signal occurring at the output of the detector when a motor vehicle drives over the induction loop.
  • the vehicle is immediately in front of the induction loop.
  • the time t 1 marks the complete coverage of the loop by the motor vehicle
  • the motor vehicle leaves the loop and at the time t 3 the loop lies exactly behind the vehicle.
  • the motor vehicle covered the distance corresponding to the length l o of the loop measured in the direction of travel.
  • the speed v of the vehicle is therefore:
  • the period t 1 -to is therefore inversely proportional to the speed.
  • the period t 3 -t 1 is therefore proportional to the vehicle length according to this equation.
  • the times t o to t 3 are recognized in the circuit according to FIG. 6 with the trigger circuits 172 and 174.
  • a differential element 170 is also inserted in the signal path from the output signal of the detector to a trigger 172.
  • the zero crossings of the differentiator 170 form the decision criterion for the subsequent trigger 172.
  • These pulse-modulated signals are further processed by the microprocessor circuit 40 of the road device.
  • the change in loop inductance available as a voltage change at the detector output is thus evaluated according to the invention in such a way that pulse-length-modulated signals T v and T L appear at the outputs of the evaluation logic 176 of the module, from which the speed and the length of the motor vehicle can be easily determined.
  • a square-wave signal coming from the trigger 174 at the time t o sets the flip-flop FF1, which thus characterizes the start of the speed pulse T v .
  • the flip-flop FF1 is reset by a pulse triggered by the differentiator 170 and coming from the trigger 172, and thereby the end of the Speed pulse T v marked.
  • the flip-flop FF2 is set at the same time, the length pulse T L begins and the mono-flop MF1 is released.
  • a second pulse coming from trigger 172 at time t 2 sets mono-flop MF1, from which a pulse is then sent to data transmission device via level converter 182, which switches switch 28, see FIG. 1, for data exchange.
  • the end of the second pulse coming from trigger 174 ends the length pulse T L at time t 3 and resets the evaluation logic to the initial state.
  • the data exchange with a motor vehicle device is thus initiated by the pulse given to the data transmission device at time t 2 , which starts the process of data exchange.
  • the rear of the vehicle is above the induction loop.
  • the induction loop is switched via the switch 28 - preferably electronically - to the transceiver 12-24 of the road device, see FIG. 1. Since short switchover times are required, MOS power transistors are used as switches.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Zielführungssystem für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiges Zielführungssystem ist beispielsweise in der DE-OS 2515660 beschrieben. Mit diesem Zielführungssystem können jedem Verkehrsteilnehmer mit einem entsprechend ausgerüsteten Fahrzeug individuell auf sein Fahrziel zugeschnittene Informationen wie Richtungshinweise, Straßenzustand, Verkehrsdichte, Richtgeschwindigkeiten oder dergleichen gegeben werden.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in dem bekannten System weitere, bisher nicht erfaßte Daten über den Verkehrsablauf zu gewinnen. Zu diesen Daten gehören Geschwindigkeit und Länge der einzelnen Fahrzeuge.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wird in dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gesehen.
  • Zur Erfassung von Länge und Geschwindigkeit von Fahrzeugen sind bisher nur Einrichtungen bekannt, die mit zwei getrennten Schleifen arbeiten. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung wurde es bisher auch für vorteilhaft gehalten, die Fahrzeuglänge und -geschwindigkeit mittels an die beiden in der Fahrbahn hintereinander eingebetteten Induktionsschleifen angeschlossene analoge Rechenschaltungen zu erfassen (s. Siemens-Zeitschrift 44 [1970]).
  • Überfährt ein Fahrzeug die einzige, bisher lediglich dem Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Straßengerät dienende Induktionsschleife des bekannten Zielführungssystem, so wird der dadurch hervorgerufene Verlauf der Induktivitätsänderung erfindungsgemäß analog erfaßt und aus dem Änderungsverlauf werden in der nachgeschalteten Auswerteschaltung charakteristische digitale Signale gewonnen. Dieser Vorgang wird im folgenden auch als passive Verkehrsdatenerfassung bezeichnet und noch näher erläutert.
  • Zu dem an sich bekannten Informationsaustausch schaltet das am Ende der passiven Verkehrsdatenerfassung ausgelöste Signal das Straßengerät für das Aussenden von Anrufzeichen ein. Ein derartiger Ablauf bietet den Vorteil, daß die ermittelten Verkehrsdaten ggf. auch für die Aufnahme in den Informationsaustausch mit dem Fahrzeug bereitstehen, z. B. für einen Hinweis auf eine ggf. vorliegende Geschwindigkeitsüberschreitung oder für unterschiedliche Richtungshinweise für Pkw und Lkw.
  • Bei bisher bekanntgewordenen Einschleifendetektoren wird die Induktivitätsänderung in der Schleife nur zur Zählung der Anzahl der Fahrzeuge oder zur Auslösung von Schaltbefehlen für Ampeln und dergleichen eingesetzt. Die Änderung der Schleifeninduktivität als alleiniges Kriterium hielt man wegen der Verwendung von analogen Rechenschaltungen nicht für aussagefähig.
  • Auch war es bisher unbekannt, den charakteristischen Verlauf der Induktivitätsänderung für Hinweise an den Fahrer des diesen Verlauf hervorrufenden Kraftfahrzeugs auszunutzen.
  • Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung anhand schematisch vereinfachter Prinzipschaltungen beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigt
    • Fig. 1 ein Blockschaltbild eines als Unterzentrale vorgesehenen Straßengerätes,
    • Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggerätes,
    • Fig. 3 eine vereinfachte Prinzipschaltung eines erfindungsgemäßen Detektors,
    • Fig. 4 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Detektors,
    • Fig. 5 ein Ersatzschaltbild eines im Detektor nach Fig. 4 vorgesehenen Modulators,
    • Fig. 6 ein Blockschaltbild einer an einen Detektor nach Fig. 4 angeschlossenen Auswerte-Baugruppe,
    • Fig. 7 eine in der Auswerte-Baugruppe nach Fig. 6 vorgesehene Logikschaltung,
    • Fig. 8 ein Diagramm des Spannungsverlaufs eines demodulierten Sendesignals beim Überfahren einer Induktionsschleife.
  • Ein Straßengerät nach Fig.1 besitzt eine Induktionsschleife 10, an welche über einen Symmetrieübertrager 11 zur Anpassung an eine Kabelverbindung eine Übertragungseinrichtung angeschlossen ist, deren Sendeweg im wesentlichen aus einem programmierbaren Frequenzteiler 12, einem ggf. damit zusammengefaßten Wandler 14 und einer Endstufe 16 besteht, während der Empfangsweg als wesentliche Baugruppen einen Bandpaß 18, einen Verstärker 20, einen Begrenzer 22 und ein Digitalfilter 24 aufweist.
  • In einem weiteren Schaltungszweig ist eine Baugruppe 26, die eine Detektor- und Auswerteschaltung umfaßt, mit der Induktionsschleife 10 verbunden.
  • Der Sendeweg, der Empfangsweg und die Detektor- und Auswerte-Baugruppe 26 sind über eine Umschaltvorrichtung 28 verknüpft, die hier beispielsweise aus einer Weiche mit zwei schematisch vereinfacht angedeuteten elektronischen Schaltern 30, 32 besteht.
  • Die Übertragungseinrichtung und die Detektorschaltung stehen über digitale Verbindungsschaltglieder 34, 36 und 38 mit einem als Zentral- oder Steuereinheit des Straßengerätes vorgesehenen, Speicher einschließenden Mikroprozessor40 in Verbindung.
  • Die auch als Daten-Bus bezeichneten Leitungsverbindungen für den Informationsfluß beim Datenaustausch und bei der Datenerfassung sowie die Prüf- und Steuerleitungen sind durch schematisch angedeutete, mit Pfeilen versehene Leitungen bzw. Leitungsbündel angedeutet.
  • Mehrere dieser Straßengeräte können an eine ebenfalls aus einer Mikroprozessorschaltung bestehende Steuereinheit 42 angeschlossen sein. Die Anschaltung eines Straßengerätes an den Daten-Bus für den Informationsaustausch sowie an die Prüf- und Steuerleitungen erfolgt über eine digitale Verbindungsschaltung 44 zur Dateneingabe und -ausgabe.
  • Der Daten-Bus und die Prüf- und Steuerleitungen zur Steuereinehit 42 können ferner über eine weitere digitale Verbindungsschaltung 46, eine Modulator/Demodulator-Schaltung 48 sowie vorzugsweise aus üblichen Telefonkabeln bestehende Verbindungsleitungen 50 und 52 an einen zentralen Verkehrsrechner angeschlossen sein, mit welchem die in der Steuereinheit 42 und im Rechner 40 des Straßengerätes gespeicherten Informationen beeinflußt oder verändert werden können.
  • Ein in F i g. 2 als vereinfachte Blockschaltung dargestelltes Fahrzeuggerät besitzt einen Ferritstab 70 als Antenne für den Informationsaustausch mit einem Straßengerät.
  • Ein Empfangsweg des Fahrzeuggerätes weist einen Bandpaß 72, einen Verstärker 74, einen Schaltungsteil 76 mit einem Begrenzer 78 und einer invertierten UND-Schaltung 80, ein digitales Filter 82 und eine logische Verbindungsschaltung 84 für die Ein- und Ausgabe der Daten auf. Dieser Empfangsweg ist über den Daten-Bus sowie Verbindungsleitungen für den jeweiligen Betriebszustand darstellende Zustands-Codes, Adressen und Prüfzeichen an eine die Zentraleinheit des Fahrzeuggerätes bildende Mikroprozessorschaltung 86 angeschlossen.
  • Ferner ist ein Sendezweig mit einem programmierbaren Frequenzteiler 88 und einem mit einer Spule des Ferritstabes verbundenen Sinuswandler 90 über eine digitale Verknüpfungsschaltung 92 an die Mikroprozessorschaltung 86 angeschlossen. Zur Überprüfung des Gerätes ist außerdem eine Testschaltung 94 mit der Mikroprozessorschaltung 86 verbunden.
  • Eine Eingabevorrichtung 98 zum Eintasten der Zielangabe sowie eine Anzeigevorrichtung 100 für empfangene Zielerreichungshinweise sind mittels weiterer Ein-Ausgabeglieder 102-108 angeschaltet, wobei über den Daten-Bus und die Adressen- bzw. Telegrammanleitungen dieses Schaltungsabschnittes des Fahrzeuggerätes noch weitere äußere Ein- oder Ausgabevorrichtungen angeschlossen werden können, beispielsweise die Fahrzeugbewegung abtastende Wegstreckengeber.
  • Das erfindungsgemäße Zielführungs- und Datenerfassungssystem arbeitet nun in der Weise, daß der Detektor 26 des Straßengerätes im Ruhezustand des Systems, während dessen kein Datenaustausch zwischen Straßengerät und Fahrzeuggerät stattfindet, über die beispielsweise aus zwei elektronischen Schaltern bestehende Weiche 28 eingeschaltet ist.
  • Überfährt nun ein Fahrzeug die Induktionsschleife 10, wird von der Detektorschaltung 26 ein Impuls abgegeben, dessen Breite der Fahrzeuggeschwindigkeit umgekehrt proportional ist. Dieses pulsbreitenveränderliche Signal wird der Mikroprozessorschaltung 40 des Straßengerätes zugeführt und, wie später noch näher erläutert wird, als Darstellung einer Geschwindigkeit erkannt.
  • Die Rückflanke des Geschwindigkeitsimpulses löst die Umschaltung der Weiche 28 durch einen Steuerbefehl des Mikroprozessors 40 aus für einen möglichen Datenaustausch zwischen dem Straßengerät und einem in dem immer noch über der Induktionsschleife befindlichen Kraftfahrzeug untergebrachten Fahrzeuggerät.
  • Zur Einleitung eines Informationsaustausches sendet das Straßengerät aufgrund eines Steuerbefehls des Mikroprozessors 40 über den Sendeweg mit dem programmierbaren Frequenzteiler 12, dem Wandler 14 und der Endstufe 16 sogenannte Anrufschritte als Rufzeichen für ein Fahrzeuggerät aus.
  • Diese Anrufschritte sind Schwingungszüge, die aus aufeinander folgenden Blöcken einer höheren und einer tieferen Frequenz bestehen.
  • Nach dem Aussenden der beispielsweise ungefähr 200 ILs langen Anrufschritte folgt eine Pause gleicher Länge, in welcher der Empfängerweg des Straßengerätes mit dem Bandpaß 18, dem Verstärker 20, dem Begrenzer 22 und dem digitalen Filter 24 aufgrund eines Steuerbefehls des Mikroprozessors 40 eingeschaltet ist.
  • Ist nun das angerufene Fahrzeug mit einem Fahrzeuggerät ausgerüstet, beantwortet dieses Fahrzeuggerät den empfangenen Anrufschritt mit dem Aussenden einer Zieladresse, die ein Fahrer beim Antritt der Fahrt über die Eintastvorrichtung eingegeben hat.
  • Erfolgt jedoch nach beispielsweise zehn vom Straßengerät gesendeten Anrufschritten keine Antwort eines Fahrzeuggerätes, schließt das Straßengerät auf ein nicht ausgerüstetes Fahrzeug und bricht den Datenaustausch ab. Der Detektor wird wieder eingeschaltet. Aus dem am Detektorausgang auftretenden Spannungsverlauf, der die Änderung der bei Durchfahrt eines Fahrzeuges verringerten Schleifeninduktivität darstellt, werden dann, wie später noch erläutert, Geschwindigkeit und Länge des Fahrzeuges im Mikroprozessor40 ermittelt.
  • Wesentlicher Teil der Zusatzeinrichtung ist eine im Straßengerät angeordnete Detektorschaltung 26 zur Messung einer Induktivitätsänderung der angeschlossenen Induktionsschleife 10. Diese für den Informationsaustausch zwischen dem Straßengerät und einem Fahrzeuggerät ohnehin vorgesehene Induktionsschleife wird auch zur Erkennung und Messung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges benutzt, wobei die beim Überfahren durch ein Kraftfahrzeug auftretende Änderung der Schleifeninduktivität ausgewertet wird. Der Einsatz nur einer Induktionsschleife ist dabei ein weiterer Vorteil der Erfindung, nachdem bisher, wie bereits erläutert, allein schon für Geschwindigkeitsmessungen zwei Schleifen benötigt werden.
  • Die Detektorschaltung in der Baugruppe 26 (s. Fig. 1) zur Messung der Induktivitätsänderung besteht nach der in Fig. 3 gezeigten Prinzipschaltung aus einem HF-Sender 140 und einem Empfänger 142. Durch die Induktivitätsänderung der Induktionsschleife 10 wird der HF-Sender in seiner Phase und Amplitude moduliert.
  • Der Sender 140 besteht grundsätzlich aus einem HF-Oszillator 144 und einem Modulator 146, während ein Demodulator 148 und eine Regeleinheit 150 die Grundbestandteile des Empfängers 142 bilden.
  • In dem Empfänger wird die Phasenmodulation des Sendesignals zur Detektion eines Kraftfahrzeuges ausgewertet. Diese Demodulation läßt sich mit einem Phasenkomparator und einem Tiefpaßfilter ausführen, siehe Fig. 4.
  • Nach dem Blockschaltbild der Detektorschaltung in Fig. 4 besteht der Sender 140 aus einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 152, einem Ausgangsverstärker 154 und dem Modulator 146. Die Induktionsschleife ist Schaltungsbestandteil des Modulators. Als Spannungsgesteuerter Oszillator ist ein Colpits-Oszillator vorgesehen, dessen Frequenz über Kapazitätsdioden variiert werden kann. Den Ausgangsverstärker 154 bildet ein schneller Operationsverstärker (beispielsweise SN 52702) mit einer zusätzlichen Ausgangsstufe aus bipolaren Transistoren, durch die der zur Ansteuerung des Modulators erforderliche niedrige Ausgangswiderstand erreicht wird.
  • Der Modulator 146 besteht aus einer passiven Schaltung, und zwar aus einem Serienschwingkreis mit der Induktionsschleife als Induktivität, siehe das Ersatzschaltbild des Modulators und die zugehörigen Erläuterungen in Fig. 5. Dieses Ersatzschaltbild gilt für kurze Zuleitungen zur Induktionsschleife und für Frequenzen in einem Bereich um 100 kHz.
  • Aus der Übertragungsfunktion F(jw) des Modulationsnetzwerkes
    Figure imgb0001
    ergibt sich dann die Modulationskennlinie P(L)
    Figure imgb0002
  • Der Arbeitspunkt des Modulators wird in den Wendepunkt der Kennlinie gelegt, um bei kleinen Änderungen der Induktivität der Induktionsschleife einen maximalen Phasenhub zu erreichen. Die Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt über die Schwingfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 152 und kann über die Steuerleitung vom Empfänger geregelt werden.
  • Der Empfänger besteht aus dem Demodulator 148 mit Phasenkomparator 158 und Tiefpaßfilter 160, einem Differenzverstärker 162 und der Regel- und Steuereinheit 150 mit einer Referenzspannungsquelle 164, einem Differenz-Integrator 166 sowie einem Abtast- und Halteglied 168.
  • Zur Bestimmung der absoluten Phasenlage des über eine Verbindung 149 vom Modulator zum Empfänger übertragenen modulierten Sendesignals wird auch das unmodulierte Sendesignal über eine Verbindungsleitung 153 vom Sender zum Empfänger übertragen. Ferner wird über eine Verbindung 156 ein Steuersignal vom Empfänger zum Sender übertragen. Dieses Steuersignal dient zum Ausgleich von beispielsweise durch Temperaturänderungen entstehenden Langzeitänderungen der Induktivität der Induktionsschleife. Außerdem sorgt es für einen automatischen Abgleich der Detektorschaltung zur Anpassung der bei verschiedenen Induktionsschleifen unterschiedlichen Induktivitäten.
  • Im Demodulator werden die Empfangssignale mit Hilfe von Komparatoren in ihrer Amplitude begrenzt. Durch den Phasenkomparator entsteht aus dem phasenmodulierten Sendesignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das über den Tiefpaß das demodulierte Sendesignal ergibt. Änderungen der Induktivität der Induktionsschleife werden als Spannungsänderungen angezeigt. Der Phasenkomparator 158 enthält eine Exklusiv-Oder-Schaltung, und der Tiefpaß 160 besteht aus einem aktiven Filter zweiter Ordnung mit Butterworth-Charakteristik. Der Differenzverstärker ist ein gegengekoppelter Operationsverstärker.
  • Wichtigster Bestandteil der Regel- und Steuereinheit ist der Differenzintegrator 166. Hier wird der Arbeitspunkt des Modulators 146 mit dem durch die Referenzspannung 164 vorgegebenen Arbeitspunkt verglichen. Abweichungen werden über die Steuerleitung 156 dem Sender mitgeteilt und korrigiert. Aus Fig. 4 ist auch zu erkennen, daß Sender und Empfänger zu einem Regelkreis zusammgeschaltet sind.
  • Unterschiedliche Induktivitäten der Induktionsschleife können somit automatisch ausgeglichen werden. Um zu verhindern, daß auch die zur Ermittlung der gewünschten Verkehrsdaten auszuwertenden schnellen Induktivitätsänderungen bei der Schleifenüberfahrt eines Fahrzeugs ausgeregelt werden, unterbricht die Abtast- und Halteschaltung 168 den Regelkreis, wenn ein Fahrzeug erkannt wird. Als Schaltkriterium dient eine positive Änderung des demodulierten Sendesignals am Ausgang des Differenzverstärkers 162.
  • Der Differenzintegrator ist beispielsweise ein Bi-Fet-Operationsverstärker, so daß diese Stufe ebenfalls als Halteglied dient. Als Schalter in der Abtast- und Haltestufe 168 ist ein Feldeffekttransistor vorgesehen.
  • An die in Fig. 4 gezeigte Detektorschaltung ist eine Auswerte-Baugruppe angeknüpft, die gemäß Fig. 6 ein Differenzierglied 170, zwei Triggerschaltungen 172 und 174 und eine Auswerte-Logik 176 aufweist. Die an den Ausgängen der noch erläuterten Auswerte-Logik 176 auftretenden Impulssignale Tv bzw. TL stellen die Geschwindigkeit bzw. die Länge eines Fahrzeuges dar und werden zur Weiterverarbeitung dem Mikroprozessor 40 des Straßengerätes zugeführt. Die Verbindungsleitungen der Auswerte-Baugruppe mit dem Detektor, siehe Fig. 4, sind mit 1, 2 und 3 bezeichnet. Eine weitere Verbindungsleitung 4 führt von der Logikschaltung 176 zu der umschaltbaren Weiche 28 und zum Datensender des Straßengerätes, siehe Fig. 1.
  • Ein erfindungsgemäß bevorzugter Aufbau der Logik-Schaltung 176 der in Fig. darstellenden Auswerte-Baugruppe ist in Fig. 7 gezeigt.
  • Die wesentlichen Schaltungsteile sind zwei Flip-Flop-Schaltungen FF1 und FF2 und eine monostabile Kippschaltung MF1. Zwischen dem Trigger 174, siehe Fig. 6, und dem Flip-Flop FF1 liegt eine Impulsformerstufe 180. An die Mono-Flop-Schaltung MF1 ist ein Pegelkonverter 182 an sich bekannter Bauart angeschlossen. In den zum Mikroprozessor 40 des Straßengerätes führenden Ausgangsleitungen sind zur Verstärkung der Signale Tv bzw. TL sogenannte Leitungstreiber-Stufen 184 bzw. 186 vorgesehen.
  • Die Verbindungen zwischen den genannten Schaltungsteilen und deren Beschaltung sind im einzelnen aus der Zeichnung zu erkennen.
  • Zur Veranschaulichung derArbeitsweise der erfindungsgemäßen Auswerteschaltung ist in Fig. 8 ein am Ausgang des Detektors auftretender Spannungsverlauf U des demodulierten Sendesignals beim Überfahren der Induktionsschleife mit einem Kraftfahrzeug dargestellt.
  • Zum Zeitpunkt to des gezeigten Spannungsverlaufs befindet sich das Fahrzeug unmittelbar vor der Induktionsschleife. Der Zeitpunkt tl kennzeichnet die vollständige Bedeckung der Schleife durch das Kraftfahrzeug, zum Zeitpunkt t2 verläßt das Kraftfahrzeug die Schleife und zum Zeitpunkt t3 liegt die Schleife genau hinter dem Fahrzeug. Während des Zeitraums ti-to hat das Kraftfahrzeug die Strecke zurückgelegt, die der in Fahrtrichtung gemessenen Länge lo der Schleife entspricht. Die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges beträgt demnach:
    Figure imgb0003
  • Der Zeitraum t1-to ist also der Geschwindigkeit umgekehrt proportional.
  • Im Zeitraum t3-ti wird genau die Fahrzeuglänge zurückgelegt (ti vordere Stoßstange am Schleifenende, t3 hintere Stoßstange des Kraftfahrzeuges am Schleifenende). Da die Geschwindigkeit aus der vorstehenden Gleichung bekannt ist, errechnet sich die Länge IF des Fahrzeuges zu:
    Figure imgb0004
  • Der Zeitraum t3-t1 ist also nach dieser Gleichung der Fahrzeuglänge proportional.
  • Die Zeitpunkte to bis t3 werden in der Schaltung nach Fig. 6 mit den Triggerschaltungen 172 und 174 erkannt. Um die Zeitpunkte t1 und t2 zu erhalten, ist in den Signalweg vom Ausgangssignal des Detektors zu einem Trigger 172 noch ein Differenzglied 170 eingefügt. Die Nulldurchgänge des Differenzierers 170 bilden das Entscheidungskriterium für den nachfolgenden Trigger 172. Die Ausgangssignale der Trigger werden mit der Logikschaltung 176 zu einem pulsmodulierten Signal verarbeitet, dessen Einschaltdauer tv=t1-to den Geschwindigkeitsimpuls Tv darstellt, und einem weiteren Signal, dessen Einschaltdauer t1 =t3-t1 den Längenimpuls TL darstellt. Diese pulsmodulierten Signale werden von der Mikroprozessorschaltung 40 des Straßengerätes weiterverarbeitet.
  • Die als Spannungsänderung am Detektorausgang zur Verfügung stehende Änderung der Schleifeninduktivität wird also erfindungsgemäß so ausgewertet, daß an den Ausgängen der Auswertelogik 176 der Baugruppe pulslängenmodulierte Signale Tv bzw. TL erscheinen, aus welchen die Geschwindigkeit und die Länge des Kraftfahrzeuges einfach zu ermitteln sind.
  • Zum Verständnis der Arbeitsweise der Auswertebaugruppe wird hier nochmals auf Fig. 7 Bezug genommen.
  • In dieser Schaltung der Auswertelogik 176 setzt ein zum Zeitpunkt to vom Trigger 174 kommende Rechtecksignal den Flip-Flop FF1, der somit den Beginn des Geschwindigkeitsimpulses Tv kennzeichnet. Zum Zeitpunkt t1 wird der Flip-Flop FF1 durch einen über das Differenzierglied 170 ausgelösten, vom Trigger 172 kommenden Impuls zurückgesetzt und dadurch das Ende des Geschwindigkeitsimpulses Tv gekennzeichnet. Mit der Beendigung des Geschwindigkeitsimpulses wird gleichzeitig der Flip-Flop FF2 gesetzt, der Längenimpuls TL beginnt und der Mono-Flop MF1 wird freigegeben. Ein zweiter, zum Zeitpunkt t2 vom Trigger 172 kommender Impuls setzt den Mono-Flop MF1, von welchem dann über den Pegelkonverter 182 ein Impuls an die Datenübertragungseinrichtung gegeben wird, welcher die Weiche 28, siehe Fig. 1, für den Datenaustausch umschaltet.
  • Das Ende des zweiten vom Trigger 174 kommenden Impulses beendet den Längenimpuls TL im Zeitpunkt t3 und setzt die Auswertelogik in den Ausgangszustand zurück.
  • Der Datenaustausch mit einem Kraftfahrzeuggerät wird also durch den zum Zeitpunkt t2 an die Datenübertragungseinrichtung gegebenen Impuls eingeleitet, der den Ablauf des Datenaustausches startet. Während des folgenden Intervalls, in welchem der Datenaustausch stattfindet, befindet sich das Heck des Fahrzeuges über der Induktionsschleife.
  • Für den Zeitraum der Datenübertragung wird die Induktionsschleife über die Weiche 28 - vorzugsweise elektronisch - an die Sende-Empfangseinrichtung 12-24 des Straßengerätes geschaltet, siehe Fig. 1. Da kurze Umschaltzeiten erforderlich sind, werden MOS-Leistungs-Transistoren als Schalter eingesetzt.

Claims (4)

1. Zielführungssystem für Kraftfahrzeuge mit digitalem Datenaustausch zwischen Fahrzeuggeräten und Straßengeräten, welch letztere mit einer Sendeeinrichtung (12-16) und einer Empfangseinrichtung (18-24) ausgerüstet sind, die an eine einzige in der Fahrbahndecke eingelassene Induktionsschleife (10) angeschlossen sind, gekennzeichnet durch eine wahlweise einsc: altbare, parallel zur Sende- und Empfangseinrichtung an der Induktionsschleife liegende Zusatzeinrichtung (26) im Straßengerät mit einer Detektorschaltung (140-142), in der der in der Induktionsschleife durch das darüberfahrende Fahrzeug abhängig von Fahrzeugtyp und Fahrzeuggeschwindigkeit hervorgerufene, charakteristische Verlauf der Induktivitätsänderung erfaßt wird, und einer nachgeschalteten Auswerteschaltung (170-176) für die Umsetzung in digitale, in den Datenaustausch einbeziehbare Signale.
2. Zielführungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleife (10) mit einer Weiche (28) verbunden ist und daß an einer Endstufe (182) der Ausgangslogik (176) der Auswerteschaltung Steuersignale für die Weiche abgenommen werden, welche das Fahrzeugende anzeigen und die Weiche von der Zusatzeinrichtung (26) auf die Daten-Sende- und -Empfangseinrichtung umschalten.
3. Zielführungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei Endstufen (184, 186) der Ausgangslogik (176) der Auswerteschaltung impulsbreitenmodulierte Signale (Tv; TL) abgenommen werden, wobei die Breite der einen Signale (Tv) der wesentlichen Dauer (ti -to; bzw. t3-t2) der Änderung der Induktivität entspricht und die Breite der zweiten Signale (TL) um die Dauer (t2-ti) des Zustandes in wesentlich maximal geänderter Induktivität größer ist als die der ersten Signale.
4. Zielführungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (126) aus einem Hochfrequenzsender (140) und einem Empfänger (142) besteht, die derart zu einem Regelkreis zusammengeschaltet sind, daß die Einstellung des Arbeitspunktes des die Induktionsschleife (10) einschließenden Modulators (146) des Hochfrequenzsenders (140) vom Empfänger (142) nachgeregelt wird und daß dem Demodulator (148) im Empfänger eine Regeleinheit (150) nachgeschaltet ist, die eine Abtast- und Halteschaltung (168) zur Unterbrechung des Regelkreises während der Schleifenüberfahrt eines Fahrzeuges umfaßt.
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