DE2143406B2

DE2143406B2 - Dopplerradargerät

Info

Publication number: DE2143406B2
Application number: DE2143406A
Authority: DE
Inventors: William R. Berkley Faris; William P. Royal Oak Harokopus
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-09-23
Filing date: 1971-08-30
Publication date: 1978-11-16
Also published as: CA932847A; GB1309536A; FR2107881B1; DE2143406C3; FR2107881A1; JPS5223556B1; US3697985A; AU3194571A; ES395369A1; AU454599B2; DE2143406A1

Description

45

Die Erfindung betrifft ein Dopplerradargerät zum Erfassen von Ortungsobjekten innerhalb eines ausgewählten Bereiches, welches hinten an einem sich vorwärtsbewegenden Fahrzeug derart angeordnet ist, daß es den toten Winkelbereich des herkömmlichen Rückspiegelsystems des Fahrzeugs abcleckt und den Fahrer des Fahrzeugs darüber informiert, ob ein sicherer Fahrbahnwechsel möglich ist

Obwohl alle Kraftfahrzeuge und andere motorisierte Fahrzeuge ein Rückspiegelsystem aufweisen, welches normalerweise einen inneren Rückspiegel und einen äußeren Rückspiegel umfaßt, ist es bekannt, daß auf beiden Seiten und am Heck jedes motorisierten Fahrzeugs Bereiche vorhandin sind, die mit Hilfe von Spiegeln alleine nicht eingesehen werden können. Dies ist die Ursache für manche gefährliche Situation, wenn ein Fahrer versucht, dann die Fahrbahn zu wechseln, wenn er an einem Fahrzeug vorbeigefahren ist, oder wünscht, wieder auf die rechte Fahrbahn zurückzukehren, nachdem er ein Fahrzeug überholt hat. Aufgrund dieser Bereiche, mit denen das Spiegelsystem behaftet ist, ergibt sich die Notwendigkeit, daß der Fahrer über seine Schulter blickt, um direkt die Zone in sein Gesichtsfeld zu bekommen, die im toten Winkel liegt, so daß er mit Sicherheit vorbeifahren oder die Fahrbahn wechseln kann.

Obwohl Doppler-Radargeräte eine Lösung dieses Problems anzubieten scheinen, um also eine sichtbare oder hörbare Anzeige über das Vorhandensein eines Fahrzeugs im toten Winkel vorzusehen, ist dennoch kein erfolgreiches System bekanntgeworden, da nämlich ein derartiges System empfindlich gegenüber Ortungsobjekten sein muß, die innerhalb des toten Winkels gelegen sind und die sich innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereiches befinden und gegenüber anderen Fahrzeugen unempfindlich sein muß, die außerhalb des toten Winkels oder außerhalb eines gefährlich dichten Abstandes gelegen sind.

Aus der Zeitschrift »IEEE Transactions on IECI«, Februar 1964, Seiten 1 bis 6, sind verschiedene Radarsysteme bekannt, um von einem Fahrzeug aus sowohl die Entfernung zu einem Ortungsobjekt bzw. einem zweiten Fahrzeug zu erfassen und um auch die Annäherungs- oder Abstandsvergrößerung festzustellen. Bei diesem bekannten System wird angestrebt, den Radarstrahl möglichst gebündelt, also in einem sehr kleinen Winkelbereich, auszustrahlen, wobei aufgrund der schmalen Strahlenbreite die Leistungsanforderungen an den Sender kleiner gehalten werden können dadurch das System nach unempfindlich gegenüber seitlichen Gegenständen gemacht wird.

Bei diesem bekannten Radarsystem wird die von einem Ortungsobjekt reflektierte Energie mit einem Teil der gesendeten Energie gemischt, um dadurch Vektorsignale zu erzeugen, wobei für eine Abstandsvergrößerung eine Phasennacheilung zu einem Bezugsvektor hin auftritt, während bei einer Abstandsverkleinerung die Phasensituation genau umgekehrt ist Am Empfängerausgang erscheint bei diesem bekannten System ein Signal entsprechend einem Phasenzittern in Form eines Geräuschsignals, wodurch jedoch die Messung mit einer Ungenauigkeit behaftet wird.

Diese Nachteile sind bekannt und werden durch den Gegenstand der GB-PS 10 82 406 mit Hilfe eines verbesserten Radarsystems beseitigt, was dadurch erfolgt, daß die ausgesendete Energie zwei Diskretfrequenzen enthält und der Phasenunterschied zwischen den beiden Dopplerfrequenzen zur Abstandsmessung zwischen den Objekten ausgewertet wird.

Aus der DE-PS 8 87 463 ist schließlich eine Einrichtung an Fahrzeugen zur Sicherung gegen den Aufprall an Hindernissen bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an geeigneter Stelle des jeweiligen Fahrzeuges ein Funkmeßgerät eingebaut ist mit Ausstrahlung und Empfang gebündelter Ultra-Kurzwellen mit starker Rückstrahlung, die unverzüglich und selbsttätig unter Ausschaltung der nachteiligen Auswirkung der sogenannten Schrecksekunde eine Bremswirkung auf die Bewegung des Fahrzeuges auslöst.

Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, einerseits zwischen sich annähernden und sich entfernenden Ortungsobjekten zu unterscheiden und es ist andererseits auch nicht möglich, dies innerhalb eines bestimmten Entfernungsbereiches vom eigenen Fahrzeug aus durchzuführen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Doppler-Radargerät für Kraftfahrzeuge der eingangs definierten Art zu schaffen, durch welches der rückwärtige Bereich, insbesondere der Bereich entsprechend dem toten Winkelbereich des

herkömmlichen Rückspiegelsystems und ein gefährlich geringer Abstand des Fahrzeugs seitlich rückwärts zu einem Fahrzeug auf einer benachbarten Fahrbahn derart erfaßt und angezeigt werden kann, daß der Fahrer unterscheiden kann, ob es sich beispit is weise um ein sich annäherndes Fahrzeug oder ein sich entfernendes Fahrzeug handelt und ob dieses Fahrzeug bereits so nahe am eigenen Fahrzeug sich befindet, daß ein Fahrbahnwechsel gefährlich werden könnte oder nicht mehr möglich ist

Ausgehend von dem Doppler-Radargeräi der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gerät folgende Einrichtungen und Merkmale enthält: Ein am Fahrzeug derart angeordnetes Antennensystem, daß es in einen Winkelbereich hinter das Fahrzeug Energie senden kann und die von innerhalb des Entfernungsbereiches und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug befindlichen Ortimgsobjekten reflektierte Energie auffangen kann; eine Doppler-Radarvorrichtung zum Emgen des Antennensystems und zum Empfangen der reflektierten Energie, wobei die Doppler-Radarvorrichtung aus der reflektierten Energie erste und zweite Dopplerfrequenzsignale erzeugt, deren Phasenbeziehung die Entfernung zu den Ortungsobjekten und deren Voreil-Nacheil-Beziehung eine Abstandsverkleinerung und Abstandsvergrößerung zwischen Fahrzeug und den Ortungsobjekten wiedergibt; eine Warnanlage und Mittel zum Ableiten eines Warnsignals für die Warnanlage, welches kennzeichnend für die Phasenbeziehung ist, wobei die Mittel zum Ableiten des Warnsignals auf die Polarität und Amplitude eines Signals derart ansprechen, daß lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende Ortungsobjekte innerhalb des ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug wiedergeben, die Warnanlage betätigen.

Demnach werden die von dem Doppler-Radargerät gelieferten Signale in ganz bestimmter Weise ausgewertet, derart, daß lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende Ortungsobjekte innerhalb des ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug wiedergeben, die Warnanlage betätigen können.

Das Doppler-Radargerät nach der Erfindung ist insbesondere zur Erhöhung der Sicherheit bei dichtem Straßenverkehr geeignet, da es den Fahrer sicher darüber unterrichtet, ob ein gefahrloser Fahrbahnwechsel möglich ist oder nicht

Wenn beispielsweise ein Fahrzeug sich entlang einem anderen Fahrzeug auf einer benachbarten Fahrbahn vorgeschoben hat und daher nunmehr in dem Rückspiegel sichtbar ist, darf das System, welches den toten Winkel erfaßt, nicht betätigt werden, da dies eine falsche Anzeige ergäbe.

Wenn sich weiterhin ein Fahrzeug in dem toten Winkel befindet, jedoch einen Abstand aufweist, der außerhalb des Sicherheitsabslandes liegt, so darf auch dann das Warnsystem nicht betätigt werden. Darüber hinaus muß das System gegenüber festen Gegenständen an der Straßenseite, wie beispielsweise Verkehrsschilder, Pfosten usw, unempfindlich sein und muß auch gegenüber Fahrzeugen, die ihren Abstand hinsichtlich dem eigenen Fahrzeug vergrößern, unempfindlich sein.

Den geschilderten Situationen wird jedoch durch das Doppler-Radargerät nach der Erfindung voll Rechnung getragen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 den von einem Radargerät eines Fahrzeugs erfaßten Bereich;

F i g. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die zur Anzeige

ίο gefährlicher Situationen bei Fahrbahn wechsel geeignet ist;

F i g. 3 eine Wellenform, die zur Beschreibung des Betriebes der Einrichtung nützlich ist Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches längs einer Straße mit drei Fahrbahnen 1,2 und 3 fährt Auch wenn das Fahrzeug 10 mit zwei Außenspiegeln 11 und 12 ausgestattet ist ebenso mit einem Innenspiegel (nicht gezeigt) so bestehen zwei tote Winkel, die sich aufgrund der inhärenten Unvollkommenheit des Spiegelsystems ergeben. Diese toten Winkel oder Bereiche sind durch die Fläche entsprechend dem Winkel θ auf beiden Seiten des Fahrzeugs angezeigt Diese Bereiche sollen durch das Radargerät erfaßt bzw. überdeckt werden, um das Vorhandensein eines Fahrzeugs auf den Fahrbah nen 1 oder 3 anzuzeigen. Das System soll auch nur dann betätigt werden, wenn ein Fahrzeug sich innerhalb einer

Entfernung, von 30 m vom Heck des mit dem Radarwarngerät ausgestatteten Fahrzeugs 10 befindet Um das Gesichtsfeld, welches durch den Winkel θ

definiert ist zu erfassen, ist es erforderlich, die Radarantenne am Fahrzeug in einer geeigneten Lage anzuordnen und die Antenne so auszulegen, daß ihr Bereich gleich dem Winkel θ entspricht Diese Forderungen werden durch bekannte Maßnahmen erfüllt da das Feld von Antennen, d. h. die Hauptstrahlungskeule des Strahlungsfeldes der Antenne kann in einfacher Weise so ausgewählt werden, daß sie genau in die definierten Winkelgrenzen fällt Da es wünschenswert ist die Zonen entsprechend dem Winkel θ auf beiden Seiten des Fahrzeugs zu erfassen, ist es von Vorteil, beide Seiten des Fahrzeugs mit einer identischen Antenne auszustatten. Eine Einrichtung, die dies erreicht, kann aus zwei identischen Radargeräten bestehen, die im Fahrzeug angeordnet sind, derart, daß ein Gerät für die linke Seite des Fahrzeugs und das andere Gerät für die rechte Seite des Fahrzeugs zuständig ist. In betrieblicher Hinsicht bringt dies bedeutende Vorteile mit sich, jedoch auch den inhärenten Nachteil, daß zwei komplette Systeme benötigt werden, so daß eine derartige Anlage ziemlich kostspielig wird.

Eine weitere Möglichkeit für ein solches System besteht darin, das Fahrzeug mit zwei getrennten Antennen auszustatten, die mit demselben Radargerät zusammenarbeiten. Dies kann durch aufeinanderfolgendes An- und Abschalten der Antennen an das Radargerät erfolgen, so daß sie zeitlich am System teilhaben. Auch besteht die Möglichkeit die Antennen auswählbar an den Radarsender mit Hilfe eines Handschalters zu koppeln. Dies kann unmittelbar durch Koppeln des Schalters für die Radarantennen an den Blinker des Fahrzeugs erreicht werden, so daß der Fahrer automatisch die rechte oder linke Radarantenne gleichzeitig bei der Betätigung des rechten oder linken

b5 Winkels bzw. Blinkers betätigt was normalerweise ohnehin beim Ändern der Fahrbahn erfolgt.

F i g. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für den vorlieeenden Zweck. Die

Einrichtung enthält eine Antenne 16, weiche die von einem Mikrowellenradargerät 17 erzeugten Signale aussendet. Die Mikrowellenradareinheit 17 verwendet eine Gunn-Diode und stellt ein Radargerät dar, welches auf eine veränderliche Spannung durch Erzeugen zweier diskreter Frequenzen F\ und F2 anspricht. Demzufolge wird das vom Radargerät 17 gesendete Signal zwischen den zwei Frequenzen Fi und Fi unter Verwendung eines Rechteckwellengenerators 18 geändert Wenn sich die Polarität des Rechteckwellensignals bzw. die Ausgangsgröße des Rechteckwellenmodulators 18 mit einer ausgewählten Frequenz ändert, so ändert sich die Sendefrequenz des Radarsignals zwischen den Frequenzen und Fi.

Das ausgesendete Signal wird von einem Ortungsobjekt reflektiert und von der Antenne 16 aufgefangen und gelangt als Eingangsgröße in das Radargerät 17. Die reflektierten Signale werden mit den ausgesendeten Signalen gemischt, um zwei Dopplerfrequenzen fd\ und fdi zu erhalten.

F i g. 3 veranschaulicht ein zusammengesetztes Dopplerradarsignal, welches von dem Radargerät gemäß F i g. 2 erzeugt wird. Das Signal erscheint ähnlich wie ein Rechteckwellensignal mit einer sinusförmig veränderlichen Amplitude sowohl an dem positiven als auch dem negativen Ende der Amplitudenspitzen. Die Halbwelle der Wellenform der Fig.3 ist gleich der Halbperiode der rechteckförmigen Generatorfrequenz. In Hinblick auf die Wellenform der Fig.3 stellt die Wellenform tatsächlich Frequenzänderungen und nicht Amplitudenänderungen dar. Demzufolge beschreibt die obere Einhüllende der Wellenform die erste Dopplerfrequenz fd\, während die untere Einhüllende der Wellenform die Dopplerfrequenz fd 2 beschreibt. Es läßt sich somit erkennen, daß die zwei Dopplerfrequenzen fdi und fd2 aufeinanderfolgend auftreten oder zeitlich gemeinsam auftreten, wie das ausgesendete Signal. Wenn somit die zwei Dopplerfrequenzsignale über die freien Zonen oder unbesetzten Zonen der Wellenform gemäß F i g. 3 extrapoliert werden, so erhält man zwei sinusförmige Signale mit unterschiedlichen Phasenlagen. Die Polarität der Phasenbeziehung zwischen diesen zwei Signalen ist kennzeichnend für eine Abstandsvergrößerung oder Abstandsverkleinerung zwischen der Antenne 16 und dem Ortungsobjekt, von welchem die Signale reflektiert werden.

Indem man das Radargerät für Signale unempfindlich macht, die kennzeichnend für Ortungsobjekte sind, die außerhalb eines maximalen Bereiches liegen, der noch erfaßt werden soll, ist es möglich, das Ansprechverhalten des Radargeräts auf Entfernungen zu begrenzen, die für nachfolgende Fahrzeuge gefährlich sind.

Gemäß Fig.2 enthält das Radargerät zwei torgesteuerte Verstärker 19 und 22. Diese Verstärker werden getastet und zwar in Einklang mit der Frequenz der Ausgangsgröße des Rechteckwellengenerators 118. Demzufolge ist der torgesteuerte oder getastete Verstärker 19 leitend, wenn die Dopplerfrequenz JWi vorhanden ist während der Verstärker 22 leitend ist, wenn die Dopplerfrequenz fdi vorhanden ist. Die Einhüllenden des maximalen und minimalen Wertes dei Wellenform der Fig.2 werden somit durch Verwendung der getasteten Verstärker erfaßt. Die Ausgangs größe des getasteten Verstärkers 19 wird einerr Tiefpaßfilter 20 zugeführt Das Filter 20 beseitigt Hochfrequenzkomponenten der Fourier-Analyse dei Wellenform der Fig.3. Derselbe Bereich tritt im Tiefpaßfilter 23 hinsichtlich dem Dopplersignal fdi auf Die Ausgangsgrößen aus den Tiefpaßfiltern werder jeweils in signalverarbeitende Schaltungen 21 und 24 eingespeist. Die signalverarbeitenden Schaltungen 21 und 24 enthalten Verstärker und Begrenzer und weitere derartige Schaltungen, die dazu dienen, die Signale besser für den beabsichtigten Zweck, und zwar voi Einspeisung in den Phasendiskriminator 25, aufzubereiten.

Die Phasenvergleichsstufe 25 vergleicht die Phasenbeziehung zwischen den Dopplersignalen fd\ und fdi Die Polarität der Ausgangsgröße aus der Phasenvergleichsstufe 25 ist kennzeichnend für die Vorderflanken und Rückflankenbeziehung der Phasen der Dopplersi gnale. Demzufolge ist die Ausgangsgröße der Phasen ver gleichsstufe 25 kennzeichnend dafür, ob das Ortungsobjekt sich dem betreffenden Fahrzeug nähert oder sich von diesem entfernt Eine Wambetätigungsschaltung 26 empfängt die Ausgangsgröße aus der Phasenvergleichsstufe 25 und sie enthält eine Begrenzerschaltung, welche die außerhalb eines als gefährlich betrachteten Bereise ches fallenden Ortungsobjektes eliminiert Die Warnbetätigungseinrichtung 26 ist ebenso auf Polarität empfindlich, so daß Signale entsprechend sich nähernden oder langsam entfernenden Ortungsobjekten durch die Betätigungsschaltung zur Warnvorrichtung 27

!5 gelangen können.

Die Warnvorrichtung 27 kann entweder eine hörbare oder eine sichtbare Anzeige bei einer gefährlichen Situation vorsehen, kann aber auch, wenn dies gewünscht wird, beides vorsehen. Ein sehr effektives

Ad Warnsystem verwendet die Rückspiegel in Verbindung mit einem eingebauten Leuchtsystem, welches den Umfang eines Spiegels oder die gesamte Spiegelfläche erleuchtet Dies ist ein sehr günstiges System für einen Fahrer, da natürlicherweise ein Fahrer seinen Rückspiegel oder Rückspiegelsystem beim Durchführen von Manövern benutzt Ein anderes wirkungsvolles System umfaßt die Betätigung und Abschaltung der Warnvorrichtung bei Bewegung des Blinkerhebels, um die Richtungsanzeigelampen oder Blinklampen zu betätigen und abzuschalten. Auch dies entspricht der natürlichen Gegebenheit bzw. Technik, da der Fahrer normalerweise die Richtung anzeigt in welcher er die Fahrbahn oder Fahrbahnen wechseln will, wobei er die Blinkanlage betätigt Wie bereits erwähnt wurde, kann diese Technik auch dazu verwendet werden, das Radargerät zwischen zwei Antennen an und abzuschalten, die am Fahrzeug angeordnet sind, wenn in dem System zwei Antennen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dopplerradargerät zum Erfassen von Ortungsobjekten innerhalb eines ausgewählten Bereiches, welches hinten an einem sich vorwärtsbewegenden Fahrzeug derart angeordnet ist, daß es den toten Winkelbereich des herkömmlichen Rückspiegelsystems des Fahrzeuges abdeckt und den Fahrer des Fahrzeugs darüber informiert, ob ein sicherer Fahrbahnwechsel möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät folgende Einrichtungen und Merkmale enthält: Ein am Fahrzeug (10) derart angeordnetes Antennensystem (16, daß es in einen Winkelbereich hinter das Fahrzeug Energie senden kann und die von innerhalb des Entfernungsbereiches und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug (10) befindlichen Ortungsobjekten reflektierte Energie auffangen kann; eine Dopplerradarvorrichtung (17—25) zum Erregen des Antennensystems (16) und zum Empfangen der reflektierten Energie, wobei die Dopplerradarvorrichtung (17—25) jius der reflektierten Energie erste und zweite Dopplerfrequenzsignale erzeugt, deren Phasenbeziehung die Entfernung zu den Ortungsobjekten und deren Voreil-Nacheil-Beziehung eine Abstandsverkleinerung und Abstandsvergrößerung zwischen Fahrzeug (10) und den Ortungsobjekten wiederholt; eine Warnanlage (27) und Mittel (26) zum Ableiten eines Warnsignals für die Warnanlage, welches kennzeichnend für die Phasenbeziehung ist, wobei die Mittel (26) zum Ableiten des Warnsignals auf die Polarität und Amplitude eines Signals derart ansprechen, daß lediglich Warnsignale, die sich annähernde oder sich langsam entfernende Ortungsobjekte innerhalb des ausgewählten Entfernungs- und Winkelbereiches hinter dem Fahrzeug (10) wiedergeben, die Warnanlage (27) betätigen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennensystem (16) aus zwei Antennen besteht, die ähnliche Eigenschaften bzw. Kennlinien besitzen und auf sich gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs (10) angeordnet sind.