DE4419893A1 - Abstandswarnsystem für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abstandswarnsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Abstandsmeßsysteme für Fahrzeuge bekannt, welche die Laufzeit von Hochfrequenz-Signalen zur Messung verwenden. Da­ zu sind an einem ersten Fahrzeug ein Hochfrequenz-Sender und ein Hochfrequenz-Empfänger nach Art eines Radargeräts ange­ bracht. Der Hochfrequenz-Sender gibt für die Messung ein Signal in Richtung auf ein vor ihm fahrendes, zweites Fahr­ zeug ab, dessen Abstand vom ersten Fahrzeug gemessen werden soll. Am davorfahrenden Fahrzeug wird das Hochfrequenz-Signal reflektiert und mit dem Hochfrequenz-Empfänger des Radarge­ räts am ersten Fahrzeug wieder empfangen. Die Laufzeit des Echosignals wird wie bei anderen üblichen Radargeräten gemes­ sen und daraus der Abstand zwischen den Fahrzeugen errechnet.

Bei einem derartigen Verkehrsradar zur Abstandsmessung zweier Fahrzeuge, z. B. zweier Kraftfahrzeuge, tritt das Problem auf, daß durch eine Vielzahl von reflektierenden Objekten, die sich im Radarsendestrahl eines Fahrzeugs befinden, z. B. an­ dere Fahrzeuge auf Gegenspuren, Verkehrszeichen, Leitplanken, Brücken und dergleichen, das interessierende vorausfahrende Fahrzeug, das ebenfalls ein Signal reflektiert, aus dem Echo­ signalgemisch nur sehr schwer oder gar nicht herausgefiltert werden kann.

Aus DE-OS 31 00 224 ist eine Fahrzeug-Kollisionswarnanlage bekannt, die aus einer linear polarisierte Signale ausstrah­ lenden und dazu orthogonal polarisierte Echosignale empfan­ genden Richtantenne, einem mit stochastischer Tastung bei einem hohen Tastverhältnis arbeitenden Impulsradargerät und aus Meldeeinrichtungen besteht, die bei jeder drohenden Kol­ lision warnen sollen. Zur Verbesserung der Fehlalarmrate wird bei dieser bekannten Anlage das Rückstrahlverhalten der Ver­ kehrsobjekte durch eine Ausstattung mit passiven polarisationsdrehenden Rückstrahlern verbessert, so daß die Echosignale verkehrsfremder Objekte unter die Empfangsschwel­ le fallen sollen. Diese bekannte Lösung ist aber wegen schwierig herzustellender korrekter Schwellenwertverhält­ nisse, die erst ein einwandfreies Arbeiten dieser Kollisions­ warnanlage gewährleisten, nicht zufriedenstellend.

Aus EP 0 389 325 A1 ist ein Abstandswarnsystem für Fahrzeuge bekannt, bei dem die Fahrzeuge mit einem Radargerät und einem Transponder ausgerüstet sind, der das jeweils empfangene Ra­ darsendesignal eines anderen Fahrzeugs hinsichtlich seiner Trägerfrequenz umsetzt und zwar in ein jeweils vorher festge­ legtes Frequenzband. Die an den Kraftfahrzeugen angebrachten Transponder erzeugen beispielsweise einen Frequenzversatz der Radarträgerfrequenz von 1 GHz um etwa 30 MHz, wogegen von Fußgängern getragene Transponder eine Frequenzverschiebung des Hochfrequenzträgers um 15 MHz verursachen. Von den Trans­ pondern werden dann jeweils die frequenzmäßig transponierten Signale wieder ausgesandt, so daß sich auf der Empfangsseite der in den Fahrzeugen angebrachten Radargeräte erkennen läßt, ob es sich bei dem jeweils strahlungsreflektierenden Objekt beispielsweise um einen Fußgänger oder um ein Kraftfahrzeug handelt. Auch diese bekannte Lösung ist nicht befriedigend, da sich aufgrund der geringen Frequenzversätze und der Viel­ zahl der zu identifizierenden und damit unterschiedliche Fre­ quenzversätze hervorrufenden Objekte häufig Mehrdeutigkeiten ergeben, die einen korrekten Rückschluß auf den Abstand der jeweils vorausfahrenden Fahrzeuge nicht immer zulassen.

Es läßt sich somit feststellen, daß eine diesbezüglich zu­ friedenstellende Lösung bisher nicht bekannt ist und nur mit extrem hohem technischen Aufwand über Dopplerfilterung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verhältnismäßig einfach und ohne großen technischen Aufwand realisierbares Abstandswarn­ system für Fahrzeuge zu schaffen, bei dem sich in den Radar­ geräten der Fahrzeuge die von den jeweils vorausfahrenden Fahrzeugen reflektierten Radarsignale aus dem Echosignalge­ misch eindeutig herausfiltern lassen, so daß sich daraus der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug korrekt ermitteln läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abstandswarnsy­ stem für Fahrzeuge durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die Fre­ quenzverdoppelung des von einem Radargerät eines Fahrzeugs stammenden und am interessierenden vorausfahrenden Objekt auftreffenden Hochfrequenz-Signals kann dieses dann zurückge­ strahlte Signal von den anderen passiven Reflexionen, die keiner Frequenzverdoppelung unterworfen sind, also von Stör­ objekten (Leitplanken, Brücken, Verkehrsschilder, entgegen­ kommende Fahrzeuge usw.) zurückgeworfen werden, gut unter­ schieden werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von drei Figuren er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 als Beispiel eine schematische Ansicht einer Straßenverkehrsszene, wobei die beteiligten Kraftfahrzeuge die beim Abstandswarnsystem nach der Erfindung zu verwendenden Einrichtungen aufweisen,

Fig. 2 die prinzipielle Ansicht einer den Transponder bildenden Tripelspiegelanordnung, und

Fig. 3 ein prinzipielles Schema eines frequenzverdoppelnden und damit als Transponder wirksamen Reflektors.

Auf einem in Fig. 1 dargestellten Straßenabschnitt 1 bewegen sich zur gleichen Zeit drei Kraftfahrzeuge 2, 3 und 4, wobei das Kraftfahrzeug 2 dem Kraftfahrzeug 3 auf der gleichen Spur hinterherfährt und das Kraftfahrzeug 4 den Kraftfahrzeugen 2 und 3 auf der Gegenspur entgegenkommt. Der dargestellte Straßenabschnitt 1 ist an seinen beiden Seitenrändern mit Leitplanken 5 gesichert und weist auf einer Seite ein Ver­ kehrsschild 6 auf. Die Kraftfahrzeuge 2, 3 und 4 sind mit Ra­ dargeräten für eine Betriebsfrequenz f1 ausgestattet. Jedes Radargerät enthält einen Sender und einen Empfänger. Außerdem ist jedes Kraftfahrzeug 2, 3 und 4 mit einer Signalverarbei­ tungseinrichtung versehen, die aus den empfangenen Radarsignalen aufgrund der Signallaufzeiten Meßsignale ablei­ tet, die dem Abstand zum jeweils vorausfahrenden Kraftfahr­ zeug entsprechen. Diese Meßsignale können dann dazu herange­ zogen werden, Warnungen für den Fahrer bei zu geringem Ab­ stand auszulösen. Eine vorne am Kraftfahrzeug 2 angebrachte Radarantenne 7 erzeugt eine in Fahrtrichtung ausgerichtete Strahlungskeule 8, die den vorausliegenden Straßenbereich über eine bestimmte Länge hinweg gut überdeckt. Das mit der Radarantenne 7 ausgesendete Sendesignal mit einer Frequenz f1 von z. B. 77 GHz trifft unter anderem auf das vorausfahrende Kraftfahrzeug 3, auf das entgegenkommende Kraftfahrzeug 4, auf die seitlichen Leitplanken 5 und auf das Verkehrsschild 6. An allen Kraftfahrzeugen 2, 3 und 4 ist hinten ein rück­ strahlender Transponder 9 angebracht, der eine Frequenzver­ doppelung des Trägers der jeweils auftreffenden Radarsignale vor einer nachfolgenden Wiederaussendung vornimmt. Die am Heck der Fahrzeuge 2, 3 und 4 jeweils angebrachten Transpon­ der 9 sind mit einer von hinten empfangenden und nach hinten, also in die Rückwärtsrichtung der Fahrzeuge 2, 3 und 4, mit der doppelten Frequenz zurückstrahlenden Antenneneinrichtung versehen. In Fig. 1 ist dieser Fall beispielhaft anhand des Fahrzeugs 2, welches das Radarsendesignal abgibt, und des Fahrzeugs 3, welches mit seinem Transponder 9 das aufgenom­ mene Radarsendesignal frequenzverdoppelt wieder zurück­ strahlt, dargestellt. Durch die im Transponder 9 des Kraft­ fahrzeugs 3 vorgenommene Frequenzverdoppelung des von der An­ tenne 7 des Kraftfahrzeugs 2 stammenden und an der Antennen­ einrichtung des Transponders 9 des vorausfahrenden Fahrzeugs 3 auftreffenden Hochfrequenz-Signals von der Frequenz f1 auf die Frequenz f2 = 2f1 kann dieses Signal nach seiner Rück­ strahlung von den anderen passiven Reflexionen, z. B. von den Leitplanken 5, vom entgegenkommenden Fahrzeug 4 oder vom Ver­ kehrszeichen 6, die keiner Frequenzverdoppelung auf die Fre­ quenz 2f1 unterworfen sind, im Radargerät gut unterschieden werden. In den Radargeräten der Fahrzeuge 2, 3 und 4, im dar­ gestellten Fall also z. B. des Kraftfahrzeugs 2, ist die Empfangsseite so ausgelegt, daß sich ausschließlich die mit der Radarantenne 7 aufgenommenen Signale mit doppelter Trä­ gerfrequenz, also mit 2f1, oder aber diese Signale getrennt von den Signalen mit der Trägerfrequenz f1 in der in den Kraftfahrzeugen 2, 3 und 4 jeweils in Verbindung mit einem Radargerät untergebrachten Signalverarbeitungseinrichtung auswerten lassen.

Beim Transponder 9 an der Rückseite der Kraftfahrzeuge 2, 3 und 4 handelt es sich im einfachsten Fall um einen Reflektor mit Frequenzverdoppler. Die Frequenzverdopplung kann dabei an einer Diodenkennlinie erfolgen.

Damit jedes Fahrzeug dieses der Erkennung dienende Unter­ scheidungsmerkmal bekommt, wird vorgeschlagen, eine die Fre­ quenzverdoppelung durchführende Reflektoranordnung in das hintere Nummernschild zu integrieren.

Ist ein höherer Aufwand nötig oder sollte eine Stromversor­ gung der Reflektoranordnung möglich sein, dann kann das fre­ quenzverdoppelte Signal in einem aktiven Transponder ver­ stärkt werden (Leistungsbilanz!).

Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht eine am Heck der Fahrzeuge anzubringende, einen passiven Transponder 9 bildende Tripel­ spiegel-Anordnung mit drei senkrecht zueinander zusammenge­ setzten, reflektierenden Metallflächen 10, 11 und 12 und einer Diodenschicht 13 darauf. Aus einer einfallenden HF- Strahlung 14 mit der Frequenz f1 erzeugt diese Tripelspiegel- Anordnung eine reflektierte Strahlung 15 mit der Frequenz f2 = 2f1. Bei dieser Tripelspiegel-Anordnung ist somit die Fre­ quenzverdoppelung in den Spiegel integriert, damit ein möglichst hoher Leistungsanteil der einfallenden Strahlung 14 wieder zur Antenne des Radarempfängers des hinterherfahrenden Kraftfahrzeugs gelangt. Beim Tripelspiegel wird bekanntlich jeder auftreffende Strahl 14 nach dreifacher Reflexion paral­ lel zur Einfallsrichtung zurückgeworfen (reflektierter Strahl 15). Bei Kraftfahrzeugen läßt sich eine solche frequenzver­ doppelnde Tripelspiegel-Anordnung vorteilhaft mit dem hinte­ ren Nummernschild integrieren, so daß jedes Kraftfahrzeug zwangsläufig damit ausgerüstet ist.

Fig. 3 zeigt ein prinzipielles Schaltungsschema eines fre­ quenzverdoppelnden und damit als Transponder 9 wirksamen Re­ flektors. Die einfallende HF-Strahlung 16 mit der Frequenz f1 wird von einer Empfangsantenne 17 aufgenommen, mittels einer Diodenschaltung 18 frequenzverdoppelt, dann in frequenzver­ doppelter Form evtl. in einem Verstärker 19 verstärkt und schließlich ebenfalls frequenzverdoppelt, d. h. mit einer Fre­ quenz f2 = 2f1, über eine Sendeantenne 20 wieder in die Her­ kunftsrichtung 21 zurückgesendet. Es handelt sich somit um einen frequenzverdoppelnden, evtl. mit Verstärker 19 ausgerü­ steten Reflektor, der die einfallende Strahlung 16 mit der Frequenz f1 in die Herkunftsrichtung 21, allerdings mit der Frequenz f2 = 2f1, reflektiert.

Claims (8)

1. Abstandswarnsystem für Fahrzeuge, insbesondere Kraft­ fahrzeuge, mit an den Fahrzeugen befindlichen Radargeräten, deren Sende-Empfangs-Antennenkeulen jeweils nach vorne ge­ richtet sind und aus deren empfangenen Signalen in einer Signalverarbeitungseinrichtung jeweils dem Abstand zum vor­ ausfahrenden Fahrzeug entsprechende, zur Warnung heranzieh­ bare Meßsignale abgeleitet werden, und mit an den Fahrzeugen angebrachten Transpondern zum frequenzversetzten Wiederaus­ senden von dort empfangenen Radarsignalen, die von den Radar­ geräten jeweils hinterherfahrender Fahrzeuge stammen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Transpondern (9) eine Frequenzverdoppelung des Trägers (f1) der jeweils empfangenen Radarsignale vor deren Wiederaussendung vorgenommen wird, daß die vorzugsweise je­ weils am Heck der Fahrzeuge (2, 3, 4) angebrachten Transpon­ der eine von hinten empfangende und nach hinten, also in Rückwärtsrichtung der Fahrzeuge, mit der doppelten Frequenz (f2 = 2f1) zurückstrahlende Antenneneinrichtung enthalten, und daß in den Radargeräten der Fahrzeuge die Empfangsseite so ausgelegt ist, daß sich ausschließlich die aufgenommenen Signale mit doppelter Trägerfrequenz oder aber diese Signale getrennt von anderen Echosignalen in der Signalverarbeitungs­ einrichtung auswerten lassen.

2. Abstandswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Transponder (9) die Frequenzverdoppelung an der Kenn­ linie einer Diode (18) vorgenommen wird.

3. Abstandswarnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (9) als eine frequenzverdoppelnde Reflek­ toranordnung ausgebildet ist.

4. Abstandswarnsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (9) jeweils in das hintere Nummernschild der Fahrzeuge integriert ist.

5. Abstandswarnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder mit seiner Antenneneinrichtung eine Ein­ heit bildet und als Tripelspiegel-Anordnung mit integrierter Frequenzverdoppelung ausgebildet ist (Fig. 2 und 3).

6. Abstandswarnsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Frequenzverdoppelung durch eine auf den Spiegelflächen (10, 11, 12) des Tripelspiegels angebrachte Diodenschicht (13) realisiert ist.

7. Abstandswarnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (9) als stromversorgter und damit aktiver Transponder ausgebildet ist, bei dem das frequenzverdoppelte Signal vor seiner Aussendung in einem Verstärker (19) ver­ stärkt wird.

8. Abstandswarnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine Betriebsfrequenz der Radargeräte in den Fahrzeugen (2, 3, 4) von ca. 77 GHz.