DE4040599C2 - Geschwindigkeits-Wegstreckensensor für Kraftfahrzeuganwendungen - Google Patents
Geschwindigkeits-Wegstreckensensor für KraftfahrzeuganwendungenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Geschwindigkeits-Wegstrec
kensensor nach dem Dopplerprinzip, insbesondere für
Kraftfahrzeuganwendungen gemäß dem Oberbegriff des Pa
tentanspruches 1.
Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem Doppler-Radarge
rät auszustatten, wobei die Antenne dieses Radargerätes
einen Sendestrahl schräg auf das zu überfahrende Gelän
de richtet. Die reflektierten Empfangssignale haben
eine von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängige
Doppler-Verschiebung, die in entsprechenden Auswerte
schaltungen ausgefiltert und durch Frequenzmessung be
stimmt werden kann.
Weiterhin ist aus der DE-OS 38 21 215 bekannt, daß ein
solcher Geschwindigkeits-Wegstreckensensor zwei Anten
nen aufweisen kann, von denen eine unter einem bestimm
ten Winkel in die Fahrtrichtung strahlend geneigt und
die zweite unter einem Winkel gegen die Fahrtrichtung
strahlend geneigt angeordnet ist und beide in einem
flachen Trägerkörper zusammen mit der Auswerteelektro
nik integriert sind. Bei dieser Anordnung der beiden
Antennen bilden deren beiden Strahlungskegel einen zum
Untergrund gerichteten Trichter. Durch die Verwendung
zweier Antennen ergibt sich eine Kompensation von Fehlern,
welche durch eine Veränderung des Anstellwinkels
während des Fahrbetriebs hervorgerufen werden. Da bei
einer Schrägstellung das den Sensor tragenden Fahrzeu
ges der eine Anstellwinkel vergrößert und der andere
Anstellwinkel verkleinert wird, erhält man durch die
Mittelwertbildung eine weitgehende Eliminierung der so
auftretenden Fehler, so daß die über lange Zeit gemes
sene Doppler-Frequenz weitgehend unabhängig von dieser
Schrägstellung des Fahrzeuges ist. Bei diesen bekannten
Geschwindigkeits-Wegstreckensensoren wird nur ein ge
ringer Strahlungsanteil des gesendeten Signals am Un
tergrund zur Antenne zurückreflektiert, wobei jedoch
der größere Anteil des reflektierten Signales verloren
geht. Die Intensität des reflektierten Anteils des
Signales hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des
vom Kraftfahrzeug überfahrenden Untergrundes ab. Insbe
sondere bei spiegelnden Oberflächen, wie beispielsweise
Wasser oder Glatteis, wird nahezu das gesamte Signal
ohne Streureflexion auf die Antenne an diesen Oberflä
chen reflektiert, infolgedessen über die Antenne kein
hinreichend großes Auswertesignal detektierbar ist.
Des weiteren besteht bei diesem bekannten Geschwindig
keits-Wegstreckensensor der Nachteil, daß der Sende-
und Empfangsteil aufwendig aufgebaut ist, da er manche
Elemente in zweifacher Ausführung wie beispielsweise
Verstärker und Mischstufen enthält.
Schließlich ist aus der US 4 050 071 ein weiterer Ge
schwindigkeitssensor mit drei Antennen bekannt, wobei
eine Sendeantenne und eine erste Empfangsantenne in
Fahrtrichtung des Fahrzeuges gegen den Untergrund ge
neigt sind und eine zweite Empfangsantenne mit dem
gleichen Neigungswinkel wie die zuvor genannten Anten
nen in Rückwärtsrichtung so gegen den Untergrund ge
neigt ist, daß sich die Strahlungskeulen auf dem Unter
grund überschneiden. Die in Vorwärtsrichtung geneigte
Sendeantenne strahlt ein Sendesignal ab, das durch Re
flexion am Untergrund einerseits auf die in Rückwärts
richtung geneigte zweite Empfangsantenne und anderer
seits auf die erste Empfangsantenne auftrifft. Die Aus
werteelektronik für die drei Antennen dieses bekannten
Sensors erfordert einen hohen Aufwand an Bauelementen,
da u. a. die Signalerzeugung als auch die Verarbeitung
der Empfangssignale in jeweils eigenen Schaltungszwei
gen erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Geschwindigkeits-Wegstreckensensor der eingangs genann
ten Art anzugeben, der die oben genannten Nachteile
vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 angegeben.
Das Wesen der Erfindung besteht demnach darin, zwei An
tennen in einem bestimmten Abstand zueinander anzuord
nen, wobei die Antennen so ausgebildet sind, daß das
von jeder Antenne abgestrahlte und am Untergrund re
flektierte Signal nicht nur von der dieses Signal sen
denden Antenne selbst, sondern auch von der anderen An
tenne empfangen wird. Somit kann jede Antenne das von
der anderen Antenne abgestrahlte Signal direkt empfan
gen. Unabhängig von den Reflexionsverhältnissen der
Oberfläche des Untergrundes erhält jede Antenne wenig
stens das von der anderen Antenne abgestrahlte Signal
oder - bei entsprechenden Reflexionsverhältnisse der
Oberfläche des Untergrundes - auch das rückreflektierte
Signal. Ebenfalls kann bei diesem erfindungsgemäßen
Sensor der durch eine Schrägstellung des den Sensor
tragenden Fahrzeuges hervorgerufene Fehler kompensiert
werden.
Schließlich ist es vorteilhaft, daß beiden Antennen nur
ein einziger Sende- und Empfangsteil zugeordnet ist.
Das von einem solchen Sende- und Empfangsteil empfange
ne Signal setzt sich daher aus vier verschiedenen Si
gnalen zusammen: einmal aus dem von der Antenne 1 zu
der Antenne 2 bzw. von der Antenne 2 zu der Antenne 1
reflektierten Signal und zum anderen aus dem an der An
tenne 1 bzw. an der Antenne 2 zurückgestreuten Signal.
Hieraus ergibt sich ein besonders einfacher und kosten
günstiger Aufbau des erfindungsgemäßen Geschwindig
keits-Wegstreckensensors.
Vorzugsweise können die Winkel der Hauptstrahlrichtun
gen der beiden Antennen übereinstimmen.
Weiterhin können bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung die beiden Antennen als Richtantennen
ausgebildet werden, wobei diese Richtantennen mit den
geforderten Winkeln der Hauptstrahlrichtung geneigt an
geordnet werden müssen.
Ferner ergibt sich bei einer anderen bevorzugten Aus
führungsform der Erfindung durch die Verwendung von
Planarantennen eine besonders flache Bauform des Ge
schwindigkeits-Wegstreckensensors. Hierbei sind die
Planarantennen so ausgebildet, daß deren Hauptstrahl
richtungen die geforderte Neigung aufweisen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfüh
rungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren darge
stellt und erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung des Prinzips der Erfindung
und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausfüh
rungsbeispieles der Erfindung.
In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Nach Fig. 1 ist eine erste Antenne A1 und eine zweite
Antenne A2 über entsprechende Sende- und Empfangslei
tungen auf einen Knoten 7 zusammengeführt. Eine Sende-
und Empfangseinheit 4 ist über eine weitere Leitung mit
diesem Knotenpunkt 7 verbunden, über den sowohl die
Sende- als auch Empfangssignale geführt werden. Die
beiden Antennen A1 bzw. A2 haben von diesem Schaltungs
knoten 7 jeweils einen Abstand l1 bzw. l2.
Die Antenne A1 bzw. A2 erzeugt einen zu einem Unter
grund 3 gerichteten Strahlungskegel 1α bzw. 2α mit ei
ner Hauptstrahlrichtung 1 bzw. 2. Das besondere hierbei
ist jedoch, daß diese Strahlungskegel 1α und 2α so zu
einander geneigt sind, daß ein Signal in Hauptstrahl
richtung von der Antenne A1 zur Antenne A2 bzw. umge
kehrt von Antenne A2 zu Antenne A1 reflektiert wird.
Somit kann jede Antenne das von der anderen Antenne ge
sendete Signal empfangen.
Das Sende- und Empfangsteil 4 enthält einen Oszilla
tor Osz, der sowohl als Sender und als lokaler Oszilla
tor für eine Mischerstufe M dient. Das von dem Oszilla
tor Osz erzeugte Sendesignal wird über einen Koppler K
über den Schaltungsknoten 7 auf die beiden Antennen A1
und A2 geführt, während das LO- und das Empfangssignal
der beiden Antennen A1 und A2 dem Mischer M zugeführt
werden. Am Mischerausgang steht das Doppler-Signal als
ZF-Signal zur Verfügung, das einer Auswerteeinheit 5
zugeführt wird.
Um die Phasenlage der beiden von den Antennen empfange
nen Signale zu optimieren, ist eine Anpassung der Ab
stände l1 und l2 der Antennen A1 und A2 vom Knotenpunkt
7 notwendig.
Eine flache Bauform des erfindungsgemäßen Geschwindig
keits-Wegstreckensensors wird durch die Verwendung von
planaren Antennen A1 und A2 erzielt. Ein solcher Ge
schwindigkeits-Wegstreckensensor ist nach Fig. 2 mit
dem Bezugszeichen 6 versehen, wobei dort die beiden An
tennen A1 und A2 in einem Abstand l zueinander angeord
net sind. Der Abstand dieses Geschwindigkeits-Weg
streckensensors 6 zum Untergrund 3 ist mit d bezeich
net. Hierbei sind die beiden Neigungswinkel der beiden
Hauptstrahlrichtungen 1 und 2 α1 und α2, die vorzugs
weise gleich sind. Die Winkel α1 und α2 sollten so ge
wählt werden, daß die Länge 1 des Geschwindigkeits-
Wegstreckensensors 6 noch akzeptabel bleibt. Schließ
lich können eventuelle Fehler, die durch eine Änderung
des Abstandes d verursacht werden, durch eine starke
Bündelung der Strahlungskegel der beiden Antennen A1
und A2 reduziert werden.
Die Antennen A1 und A2 können in Mikrostreifen-Bauweise
ausgebildet werden, wodurch sich der Vorteil ergibt,
daß sich durch entsprechende Ausbildung und Anordnung
der einzelnen Mikrostreifen-Elemente jede gewünschte
Antennencharakteristik auf einfache Weise erzielen
läßt.
Ferner kann der Sende- und Empfangsteil 4 als inte
grierter GaAs-Schaltkreis aufgebaut werden, und kann in
der flachen Bauweise des Geschwindigkeits-Wegstrecken
sensors 6 nach Fig. 2 integriert werden. Ein solcher
Sende- und Empfangsteil kann im 24 GHz-Bereich arbei
ten. Für eine ausreichende Bündelung der Strahlungske
gel ist jedoch eine Frequenz von wenigstens 10 GHz not
wendig.
Claims (4)
1. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach dem Doppler-
Prinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, wo
bei der Sensor zwei auf einem Trägerkörper (6) zusammen
mit einem Sende- und Empfangsteil (4) integrierte An
tennen (A1, A2) aufweist, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- a) die erste Antenne (A1) ist so ausgebildet, daß die Hauptstrahlrichtung (1) ihres Sendesignals unter einem solchen Winkel (α1) gegen die Fahrtrichtung des Sensors geneigt ist, daß das reflektierte Sen designal von der zweiten Antenne (A2) als erstes Empfangssignal empfangen wird,
- b) die zweite Antenne ist so ausgebildet, daß die Hauptstrahlrichtung (2) ihres Sendesignals unter einem solchen Winkel (α2) gegen die Fahrtrichtung des Sensors geneigt ist, daß das reflektierte Sen designal von der ersten Antenne (A1) als erstes Empfangssignal empfangen wird,
- c) jede Antenne (A1, A2) empfängt neben ihrem ersten Empfangssignal auch ein zweites Empfangssignal, das jeweils durch ihr eigenes, rückreflektiertes Sendesignal erzeugt wird,
- d) das Sende- und Empfangsteil (4) versorgt einer seits gleichzeitig beide Antennen mit einem Sende signal und bekommt andererseits gleichzeitig die vier Empfangssignale der beiden Antennen (A1, A2) zugeführt und
- e) das Sende- und Empfangsteil (4) enthält einen ein zigen Oszillator (OSZ) und eine einzige Mischer- Stufe (M), wobei der Oszillator (OSZ) gleichzeitig als Sender und als lokaler Oszillator dient und der lokale Oszillator zusammen mit der Mischerstu fe (M) ein Zf-Signal erzeugt.
2. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α1, α2) der
Hauptstrahlrichtungen (1, 2) der beiden Antennen (A1,
A2) übereinstimmen.
3. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen
(A1, A2) als Richtantennen ausgebildet sind, die mit
den entsprechenden Winkeln (α1, α2) der Hauptstrahl
richtung (1, 2) geneigt sind.
4. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen
(A1, A2) als Planarantennen so ausgebildet sind, daß
deren Hauptstrahlrichtungen (1, 2) die geforderte Nei
gung zum Untergrund (3) aufweisen.
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