DE4317832C1

DE4317832C1 - Anordnung von Doppler-Sensoren

Info

Publication number: DE4317832C1
Application number: DE19934317832
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Phys Hartlieb; Ronald Dipl Ing Heuthe; Wilfried Dipl Ing Bullinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2013-05-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Doppler-Sensoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE 35 40 426 A1 als bekannt hervorgeht.

Darin wird beschrieben, wie durch eine Anordnung von zwei Dopp lersensoren nach Art eines Januskopfes aus den erhaltenen Meß werten der durch die Schwingungen des Fahrzeugaufbaus in Meß richtung verursachte systematische Fehler rechnerisch elimi niert werden kann.

Zusätzlich ist aus der US-PS 3 910 647 eine Anordnung von zwei Doppler-Sensoren bekannt, deren Meßrichtungen beidseitig der Fahrzeuglängsachse liegen und einen bestimmten Winkel zur Fahr zeuglängsachse aufweisen. Dadurch wird es ermöglicht, die Ge schwindigkeit des Fahrzeugs sowohl in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Querrichtung zu messen.

Bei beiden Anordnungen ist die Meßfläche auf der Fahrbahn, be züglich der die Geschwindigkeit bestimmt wird, für jeden der beiden Doppler-Sensoren eine andere. Durch die unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit der Meßflächen und das dadurch be dingte unterschiedliche Rückstreuverhalten wird ein systemati scher Meßfehler erzeugt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundegelegte Anordnung dahingehend zu verbessern, daß die durch die Ober flächenbeschaffenheit der Meßflächen bedingten Meßfehler ver ringert werden.

Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen Anord nung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Messung der Geschwindigkeit werden von den Empfängern Signale empfangen, die, wegen der Divergenz der vom Sender aus gesandten Meßwellen, unter verschiedenen Winkeln auf die Meß fläche einfallen und die, wegen der Empfindlichkeit des Empfängers in einem bestimmten Raumwinkel, unter verschiedenen Winkeln von der Meßfläche in den Empfänger gelangen. Da die Frequenzverschiebung vom Winkel zwischen Meßstrahl und Fahr bahnoberfläche abhängig ist, wird in jedem Doppler-Sensor die Geschwindigkeit in einem bestimmten Intervall um den der rech nerischen Frequenzverschiebung entsprechenden Wert gemessen. Die Form dieses Intervalls ist, abgesehen von den Eigenschaften des Doppler-Sensors, in erster Linie von der Oberflächenbe schaffenheit der Meßfläche abhängig. Da bei einer Geschwindig keitsbestimmung in Meßrichtung und einer Messung entgegen der Meßrichtung, die Frequenzverschiebungen der als Signal gemesse nen Wellen bezüglich der vom Sender ausgesandten Meßwellen be tragsgleich aber in entgegengesetzter Richtung erfolgen. Dies gilt auch für die durch die Oberflächenbeschaffenheit der Meß fläche bedingten Meßfehler.

Alle Doppler-Sensoren beaufschlagen die selbe Meßfläche. Da durch ist das Rückstreuverhalten der Meßflächen für alle Dopp ler-Sensoren das selbe. Dies wird dazu genutzt, daß die Streu ung der erhaltenen Geschwindigkeitswerte in die selbe Bewe gungsrichtung als durch das Rückstreuverhalten der Fahrbahn oberfläche bedingt gesehen wird. Aus den zumindest aus zwei unterschiedlichen Richtungen gemessenen Geschwindigkeitswerten für eine Bewegungsrichtung wird der Meßfehler durch eine Mit telwertbildung aus den Meßwerten verringert. Bei dieser Mittelwertbildung wird zugleich der durch Wanken und Nicken des Fahrzeugs bedingte systematische Meßfehler kompensiert.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Im übrigen ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des Strahlenganges zwischen Doppler-Sensor und Fahrbahn,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Messung der Längs- und Quergeschwindigkeit eines Fahrzeuges mit vier Doppler-Sensoren.

Die Fig. 1 zeigt den Strahlenverlauf zwischen einem an dem Fahrzeug 10 angeordneten Doppler-Sensor 1 und der Fahrbahn oberfläche 11. Der im Doppler-Sensor 1 integrierte Sender S strahlt in Abstrahlrichtung SR ein divergierendes Strahlen bündel 3 in Richtung der Fahrbahnoberfläche 11 ab. Der von dem Strahlenbündel 3 beaufschlagte Bereich der Fahrbahnoberfläche, die Meßfläche 12, streut einen Teil des Strahlenbündels. Ein Teil 4 des Streulichts gelangt in den Empfänger E, der die Signale in einem bestimmten Raumwinkel um die Empfangsrichtung ER empfängt.

In der Auswertevorrichtung 2 wird der Frequenzunterschied DF zwischen der Frequenz f der vom Sender ausgesandten elektro magnetischen Wellen und der als Signal empfangenen Wellen be stimmt. Daraus wird dann die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Meßrichtung MR berechnet. Stimmt die Meßrichtung MR mit der Abstrahlrichtung SR und Empfangsrichtung ER überein, so be rechnet sich die Bewegungsgeschwindigkeit v in Meßrichtung MR nach der Gleichung

wobei Φ der Winkel zwischen Fahrbahnoberfläche und Abstrahl richtung SR, DF der Betrag der Differenz zwischen der Frequenz des vom Empfänger erhaltenen Signals und der Frequenz f und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Entspricht die Empfangsrichtung ER nicht der Meßrichtung MR, in der die Geschwindigkeit bestimmt werden soll, so muß eine entsprechende Komponentenzer legung zwischen dem Geschwindigkeitsvektor in Empfangsrichtung ER und dem Geschwindigkeitsvektor in Meßrichtung MR vorgenommen werden. Die Frequenz f der vom Sender ausgesandten elektromag netischen Wellen liegt dabei beispielsweise in einem Bereich von 10 bis 80 GHz. Bei Straßenfahrzeugen ergibt sich eine Fre quenzverschiebung bis zu ca. 25 kHz. Werden an einem Fahrzeug mehrere Doppler-Sensoren 1 mit mehreren Sendern S angeordnet, so empfiehlt es sich, Sender auszuwählen, deren Frequenzen f so weit auseinanderliegen, daß keine Überschneidungen zwischen den möglichen Frequenzen f′ der vom Empfänger E erhaltenen Signale entstehen können.

Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, die es er laubt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in zwei Bewegungs richtungen, beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung und Fahr zeugquerrichtung, zu messen. An der Unterseite des Fahrzeugs sind zwei Paar von je zwei Doppler-Sensoren 1 mit den Sendern S1, S3 und S2, S4 sowie den dazugehörigen Empfängern E1, E3 und E2, E4 angeordnet. Die Abstrahlrichtungen SR1, SR3 und SR2,SR4 der Doppler-Sensoren 1 eines Paares sind in Abstrahlrichtung SR3, SR1 und SR4, SR2 des jeweils anderen Doppler-Sensors 1 des Paares ausgerichtet. Der Winkel α zwischen der Abstrahlrichtung SR1, SR3 und SR2, SR4 eines Doppler-Sensors 1 eines Paares und der Abstrahlrichtung SR2, SR4 und SR1, SR3 eines Doppler-Sensors 1 des anderen Paaren beträgt 90°. Der kleinste Winkel β zwi schen einer Meßrichtung MR1, MR2 und Abstrahlrichtung SR1, SR2, SR3, SR4 eines Doppler-Sensors 1 beträgt 45°. Die Auswertung erfolgt in der Auswertevorrichtung 2, die zumindest ein Rechen werk und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dopplerfrequenz jedes Sensors aufweist.

Bei einer solchen Vorrichtung berechnen sich die Bewegungsge schwindigkeiten v1, v2 in die entsprechende Meßrichtung MR1, MR2 nach den Gleichungen:

wobei DF1, . . ., DF4 jeweils der Betrag der Differenz der in dem jeweiligen Empfänger E1, . . . ,E4 gemessenen Frequenz und der von dem jeweiligen Sender S1, . . ., S4 ausgesandten Frequenz f1, . . ., f4 ist, sofern die Abstrahlrichtungen SR1, . . . SR4 einen Depressions winkel Φ = 45° zur Fahrbahnoberfläche 11 aufweisen. Dabei schnei den sich die Abstrahlrichtungen SR1, SR2, SR3, SR4 im Zentrum der Meßfläche 12. Die Gleichungen 101 und 102 sind aus der Glei chung 100 durch einfache Überlegungen der Vektoraddition ab leitbar. Bei der Geschwindigkeitsberechnung werden systemati sche Meßfehler, die durch Taumelbewegungen, wie Wanken und Nicken des Fahrzeuges entstehen, automatisch kompensiert. Befindet sich das Zentrum der Meßfläche 12 in der Vertikalen des Fahrzeugschwerpunkts, so sind die gemessenen Geschwindig keiten von Gierbewegungseinflüssen unabhängig.

Claims

1. Anordnung von zumindest zwei Doppler-Sensoren (1) an der Unterseite eines Fahrzeugs (10) zur Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit relativ zu einer Fahrbahnoberfläche (11) in zumindest einer Meßrichtung (MR),

- wobei jeder Doppler-Sensor (1) einen Empfänger (E) und einen Sender (S) aufweist,
- wobei der Sender (S) jedes Doppler-Sensors (1) elektromagnetische Wellen bestimmter Frequenz (f) und bestimmter Abstrahlrichtung (SR) in einem bestimmten Winkel zur Fahrbahnoberfläche (11) auf eine begrenzte Meßfläche (12) abstrahlt,
- wobei für jede Meßrichtung (HR), zumindest ein Doppler-Sensor (1) mit einer Komponente der horizontalen Abstrahlrichtung (SR) in Meßrichtung (MR) und zumindest ein Doppler-Sensor (1) mit einer Komponente der horizontalen Abstrahlrichtung (SR) entgegen der Meßrichtung (HR) vorhanden ist,
- wobei jeder Empfänger (E) als Signal zurückgestreute Wellen des Senders (S) des selben Doppler-Sensors (1) empfängt,
- wobei in einer Auswertevorrichtung für jeden Doppler-Sensor (1) der Frequenzunterschied (DF) zwischen den vom Sender (S) abgestrahlten und den als Signal vom Empfänger (E) empfangenen Wellen ermittelt wird,
- und wobei aus den ermittelten Frequenzunterschieden (DF) die Bewegungsgeschwindigkeit (v) in Meßrichtung (MR) ermittelt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Doppler-Sensoren (1) so angeordnet sind, daß sich deren Meßflächen (12) vollständig überdecken und daß ein Mittelwert der aus den Frequenzunterschieden (DF) ermittelten Bewegungsgeschwin digkeiten (v) gebildet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrichtung (MR) in Fahrzeuglängsrichtung und/oder in Fahrzeugquerrichtung verläuft.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Doppler-Sensoren (1) so angeordnet sind, daß sie in der Abstrahlrichtung (SR) des jeweils anderen Doppler-Sensors (1) angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Fahrzeugs zwei Paar von je zwei Doppler-Sensoren (1) angeordnet sind, wobei die Doppler-Sensoren (1) jedes Paares in Abstrahlrichtung (SR) des jeweils anderen Doppler-Sensors (1) des Paares liegen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen der Abstrahlrichtung (SR) eines Doppler-Sensors (1) eines Paares und der Abstrahlrichtung (SR) eines Doppler-Sensors (1) des anderen Paaren 90° beträgt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Winkel (β) zwischen Meßrichtung (MR) und Abstrahlrichtung (SR) jedes Doppler-Sensors (1) 45° beträgt.