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Einrichtung zur Erzeugung eines Warn-und/oder Steuersignals in einem
Fahrzeug Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines Warn- und/oder
Steuersignals in einem Fahrzeug, wenn die relative Annäherungsgeschwindigkeit eines
Hindernisses einen bestimmten Wert überschreitet.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1 010 302 ist eine nach dem Rückstrahlprinzip
arbeitende Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe der Dopplerfrequenz bekanntgeworden,
welche in der Lage ist, zwischen kommenden und gehenden Zielen zu unterscheiden,
derart, daß entweder nur die Geschwindigkeiten von kommenden oder gehenden Zielen
angezeigt werden. Bei der bekannten Anordnung sind auf der Empfangsseite zwei Dopplerschwingungen
durch Mischung der Empfangsschwingung mit einer Bezugsschwingung konstanter Frequenz,
insbesondere der Sendeschwingung, erzeugt, derart, daß sich die Phasendifferenzen
zwischen Empfangs- und Bezugsschwingung in beiden Fällen um 900 unterscheiden. Eine
zusätzliche Phasenverschiebung von + 90 oder 900 zwischen den beiden Dopplerschwingungen
ist wahlweise erzeugt.
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Die beiden Dopplerschwingungen sind nach der zusätzlichen Phasenverschiebung
einer der beiden Schwingungen verlagert. Schließlich ist eine frequenzabhängige
Anzeige vorgesehen, der die durch die Überlagerung gewonnene Dopplerschwingung zur
Anzeige der Geschwindigkeit zugeführt wird.
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Von einer derartigen Anordnung geht die Erfindung aus. Bei ihr soll
jedoch nicht nur zur Anzeige der Geschwindigkeit zwischen kommenden und gehenden
Zielen unterschieden werden, vielmehr soll das Ansprechen einer Meß- oder Warneinrichtung
sowohl von der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis als auch von
dem Abstand zwischen Fahrzeug und Hindernis als auch von der absoluten Geschwindigkeit
des Fahrzeuges abhängig gemacht werden, also von allen drei Faktoren, die zusammen
erst eine sichere Kontrolle über eine zu große Annäherung des Fahrzeuges an ein
Hindernis ermöglichen.
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Bei einer Einrichtung zur Erzeugung eines Warn-und/oder Steuersignals
in einem Fahrzeug, wenn die relative Annäherungsgeschwindigkeit eines Hindernisses
einen bestimmten Wert überschreitet unter Berücksichtigung des Abstandes zwischen
dem Fahrzeug und dem Hindernis, der absoluten Geschwindigkeit des Fahrzeuges und
der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis, mit einer Doppler-Radareinrichtung,
der der zwei um 900 phasenverschobene Komponenten der Sendewelle mit der Echowelle
gemischt werden, so daß zwei Doppler-
schwingungen entstehen, die gegeneinander um
900 vor- oder nacheilend phasenverschoben sind, je nachdem, ob sich das Hindernis
nähert oder entfernt, und in der nach Verstärkung der Dopplerschwingungen eine derselben
zusätzlich um 907 phasenverschoben und der anderen Dopplerschwingung additiv derart
überlagert wird, daß sich die Amplituden der Dopplerschwingungen von sich nähernden
Hindernissen bei der Addition unterstützen, von sich entfernenden dagegen nahezu
auslöschen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für die Dopplerschwingungen
vorgesehenen Verstärkerketten Kondensatoren enthalten, die den Durchlaß höherer,
bei größerer Annäherungsgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis auftretender
Frequenzen begünstigen, -daß zur Phasenverschiebung der einen Dopplerschwingung
ein differenzierendes Netzwerk im Ausgang einer der Verstärkerketten vorgesehen
ist und diese Verstärkerkette begrenzende Wirkung hat und daß die Vorrichtung zur
Überlagerung der Dopplerschwingungen mit einer Ansprechschwelle versehen und diese
Ansprechschwelle in umgekehrtem Sinne von der absoluten Geschwindigkeit des Fahrzeuges
abhängig selbsttätig einstellbar ist.
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Bei der Erfindung hat das Abhängigmachen der Ansprechschwelle von
der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit zur Folge, daß die Ansprechempfindlichkeit
und damit die wirksame Reichweite der Einrichtung mit Zunahme der Eigengeschwindigkeit
zunimmt.
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Die verwendeten Verstärkerketten sind wegen der Kondensatoren derart
frequenzabhängig, daß ihre
Ausgangsspannungen außer abstandsabhängig
auch abhängig von der Dopplerfrequenz, also der Relativgeschwindigkeit sind. Während
bei der bekannten Anordnung die Dopplerfrequenz als Warnsignal verwendet wird, wird
bei der Erfindung die Amplitude der überlagerten Dopplerschwingungen ausgewertet.
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Bei der bekannten Anordnung spielt die Amplitude nur insofern eine
Rolle, als sie zur Unterscheidung zwischen kommenden und gehenden Zielen verwertet
wird, nicht jedoch zur Bestimmung des Betrags der Geschwindigkeit innerhalb einer
dieser beiden Gruppen von Zielen.
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Für die Erfindung ist noch von Bedeutung, daß durch die deutsche
Auslegeschrift 1 032 343 und die USA.-Patentschrift 2702 342 Hinderniswarnanlagen
bekanntgeworden sind, bei denen - wie bei der Erfindung - mit von der Fahrgeschwindigkeit
gesteuerter Ansprechschwelle gearbeitet wird. Bei der Erfindung wird gegenüber den
bekannten Anlagen jedoch in einfacherer Weise eine besonders günstige Gesamtwirkung
- Ansprechen der Warneinrichtung sowohl auf die Relativgeschwindigkeit als auch
auf den Abstand als auch auf die Absolutgeschwindigkeit - erzielt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 ein Gesamtschaltbild
der Einrichtung nach der Erfindung, auf dem der Richtungskoppler perspektivisch
dargestellt ist, Fig. 2 ein Vektordiagramm der Ausgangssignale des Richtungskopplers,
Fig.3 und 4 die Kurvenformen der genannten Ausgangssignale, F i g. 5 die Kurvenform
des Signals im Verstärker, F i g. 6 die Kurvenform des differenzierten Signals nach
Fig. 5 und Fig. 7 ein Vektordiagramm der Signale am Ein gang der Gasentladungsröhre.
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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung nach der Erfindung zeigt einen
aus zwei sogenannten »magischen T« zusammengesetzten Richtungskoppler 22.
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An den Eingangszweig24 des ersten magischen T ist ein Klystrongenerator
20 angeschlossen. Der Haupt- oder Querzweig 26, 33 dieses ersten T ist mit seinem
Teil 26 mit einer Sende-Empfangs-Antenne 29 verbunden, während das Ende des Zweiges
33 gleichzeitig den Eingangszweig des zweiten magischen T bildet, dessen Haupt-
oder Querzweig mit 28 bezeichnet ist. Die Eingangszweige jedes magischen T, d. h.
24 und 33, sind mit den Hauptzweigen der T in der E-Ebene verbunden. Der Querzweig
28 enthält zwei Quarzkristalle 30 und 32 und der Verbindungszweig 33, wie in F i
g. 1 angedeutet, ein verstellbares Dämpfungsglied. Die Länge dieses Zweige 33 ist
ein ganzes Vielfaches der von dem Klystron 20 erzeugten und ausgestrahlten Wellenlänge.
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Die beiden magischen T sind über einen U-förmigen Wellenleiter 34
miteinander verbunden, der im Punkt 36 um 900 verdreht ist. Dieser Wellenleiter
34, dessen Länge ein ungerades Vielfaches eines Viertels der von dem Klystron 20
erzeugten Wellenlänge ist, ist mit den beiden T in der H-Ebene verbunden.
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Die von dem Klystron 20 erzeugte Hochfrequenz niedriger Energie wird
über den Zweig 24 zwischen der Antenne 29, dem Wellenleiter 34 und dem
Wellenleiter
33 aufgeteilt. Der über den Wellenleiter 33 laufende Teil der erzeugten HF-Energie
wird in dem Querzweig 28 in zwei Komponente aufgeteilt, die um 1800 gegeneinander
verschoben sind und den beiden Quarzkristallen 30 und 32 zugeführt werden.
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Die beiden Vektoren 30a und 32a in dem Vektordiagramm der F i g. 2
stellen diese beiden Komponenten dar.
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Der über den Wellenleiter 34 übertragene Teil der vom Klystron 20
erzeugten HF-Energie wird wegen der Längendifferenz zwischen den Wellenleitern 33
und 34 dem Hauptzweig 28 des zweiten T mit einer Phasenverzögerung von 900 zugeführt.
Dieses Signal, das in F i g. 2 durch den Vektor 34 a dargestellt ist, wird dann
den beiden Quarzkristallen 30 und 32 gleichphasig zugeführt. Aus diesem Signal ergeben
sich dann zusammen mit den beiden Vektoren 30a und 32 a die beiden Vektoren und
E2, die die beiden Signale darstellen, die auf die Kristalle 30 und 32 einwirken.
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Der über den Wellenleiter 26 geleitete Teil der von dem Klystron
20 erzeugten HF-Energie wird von der Antenne 29 in Richtung der Längsachse des Fahrzeuges
ausgestrahlt und, wenn ein Hindernis vorhanden ist, von diesem reflektiert und von
der Antenne wieder empfangen und über die Wellenleiter 26 und 34 dem Zweig 28 zugeführt.
Hier wirkt dieses empfangene Signal dann gleichphasig auf die beiden Kristalle 30
und 32 ein.
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Besteht zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis keine Relativbewegung
(d. h. die beiden Fahrzeuge bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit und in gleicher
Richtung), so hat das empfangene Signal die gleiche Frequenz wie das abgestrahlte
Signal. Im Gegensatz dazu hat wegen des Dopplereffektes das reflektierte Signal
eine höhere Frequenz als das abgestrahlte Signal, wenn zwischen dem Fahrzeug und
dem Hindernis eine Relativbewegung im Sinne einer Annäherung besteht. Die Frequenz
des reflektierten Signals ist entsprechend niedriger als die des abgestrahlten Signals,
wenn eine Relativbewegung im Sinne einer Entfernung vom Hindernis vorhanden ist.
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Im letzten der beiden genannten Fälle kann das reflektierte Signal
durch einen Vektor dargestellt werden, der mit der Differenzfrequenz oder Dopplerfrequenz
td umläuft. Die Dopplerfrequenz ergibt sich aus der Formel 2 V c Hierin bedeutet
f die Frequenz des ausgestrahlten Signals, V die Relativgeschwindigkeit zwischen
dem Fahrzeug und dem Hindernis und c die Lichtgeschwindigkeit. In dem Vektordiagramm
der F i g. 2 sind Ert und Er2 die Vektoren des reflektierten Signals, die sich zu
den beiden gegeneinander phasenverschobenen Komponenten E1 und E2 des örtlichen
Signals addieren. Die beiden erstgenannten Vektoren laufen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
urin.
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Die Umlaufrichtung und damit das Vorzeichen von V ist dabei davon
abhängig, ob sich das Fahrzeug dem Hindernis nähert oder sich von ihm entfernt.
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Mit Hilfe der beiden Quarzkristalle 30 und 32 werden die beiden Komponenten
Eri und Er2 des reflektierten Signals mit den beiden örtlichen Komponenten E1 bzw.
E2 gemischt. Die Augenblickswerte
der addierten Signale ergeben
sich dann aus der Projektion der VektorenE,l und Er2 auf die entsprechenden Vektoren
E1 und E2.
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Fig. 3 zeigt jetzt als Funktion der Zeit das Summensignal Epf am
Ausgang des Quarzkristalls 30 und Fig.4 das Summensignal E,2 am Ausgang des Quarzkristalls
32.
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Wegen der Phasenverschiebung um 90' zwischen E2 und dem Vektor, bleibt
das SignalE,, unabhängig von der Drehrichtung des Vektors Eri L gleich, während
sich das Signal Ep2 umkehrt, wenn sich die Drehrichtung des Vektors E,2 ändert.
Ep2 ist das Signal für positive Werte von V (Annäherung an das Hindernis) und E;2
das Signal für negative Werte von V (Entfernung vom Hindernis). Für den Fall der
Annäherung eilt also das Signal Ep2 dem Signal Ep1 um 900 vor, während es im Fall
der Entfernung um 900 nacheilt.
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Die beiden von den Kristallen 30 und 32 erzeugten Ausgangssignale
werden den Eingängen zweier Verstärkerketten 40 und 42 zugeführt, die je aus mehreren
in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen bestehen. Im Eingang jeder Verstärkerkette
liegt ein Anpassungswiderstand 45, der dazu dient, den Eingang dieser Verstärkerketten
an die Ausgänge des Richtungskopplers 22 anzupassen. Der praktische Wert dieses
Widerstandes liegt etwa bei 300 Q. Jede Verstärkerstufe enthält einen Widerstand
46 und einen Kondensator 48, deren Werte so gewählt sind, daß das zu verstärkende
Signal selektiv verstärkt wird, und zwar die höheren Frequenzen stärker als die
niedrigeren Frequenzen, um die Empfindlichkeit der Einrichtung für höhere Frequenzen,
d. h. größere Annäherungsgeschwindigkeiten zwischen Fahrzeug und Hindernis, zu erhöhen.
Praktische Werte für den Widerstand 46 und den Kondensator 48 sind 1 MQ und 0,002
ttF. Die Kennlinien der Verstärkerröhren und ihre Betriebsspannungen sind so gewählt,
daß die Ausgangssignale der beiden Verstärkerketten nicht streng sinusförmig, sondern,
wie in F i g. 5 gezeigt, abgeplattet sind.
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Die Ausgangssignale der beiden Verstärkerketten 40 und 42 werden
über Kondensatoren 50 bzw. 54, denen Querwiderstände 52 bzw. 56 nachgeschaltet sind,
den entsprechenden Steuergittern eines Thyratrons 44 zugeführt. Die Werte des Kondensators
54 und des Widerstandes 56, die auf die Verstärkerkette 42 folgen, sind kleiner
als die Werte des Kondensators 50 und des Widerstandes 52. Die Werte sind so gewählt,
daß das Ausgangssignal der Verstärkerkette 40 durch das RC-Glied 50, 52 differenziert
wird, so daß sich an dem entsprechenden Gitter des Thyratrons 44 das in F i g. 6
dargestellte Signal ergibt. Das Signal Ep, wird also um 900 verschoben, um seinen
Vektor mit dem des Signals,, auszurichten, da am Ausgang der Kristalle 30, 32 das
erste Signal in bezug auf das zweite Signal eine Phasenverschiebung von +900 hat,
abhängig davon, ob sich das Fahrzeug einem Hindernis nähert oder sich von ihm entfernt.
Praktische Werte für diese vier Schaltelemente sind: 0,01 1F für Kondensator 50,
1 MQ für Widerstand 52, 100 pF für Kondensator 54 und 0,3 MQ für Widerstand 56.
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In der Anodenleitung des Thyratrons 44 liegt ein verstellbarer Widerstand
64, dessen Schleifer 66 in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, etwa
gesteuert vom Tachometer, verstellt wird. Steigt die Geschwindigkeit des Fahrzeuges,
wird der Arm 66 so verstellt, daß der Widerstand in der Anodenleitung sinkt und
das Thyratron bei einem niedrigeren Wert der Relativgeschwindigkeit zwischen dem
Fahrzeug und dem Hindernis gezündet wird.
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Es ist selbstverständlich, daß sich zum Verschieben des Ausgangssignals
der Verstärkerkette 40 auch andere als die in dem Schaltbild nach Fig. 1 dargestellten
Mittel verwenden lassen. Die Phasenbeziehungen zwischen den einzelnen Eingangssignalen
sind in dem Zeigerdiagramm der F i g. 7 näher dargestellt. E,,1 ist das Ausgangssignal
des Quarzes 30 für den Fall der Annäherung an ein Hindernis ebenso wie für den Fall
der Entfernung.
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Ep9 ist das Ausgangssignal des Quarzes 32 für den Fall der Annäherung
und Ep2 für den Fall der Entfernung und schließlich E;1 das durch eine Phasenverschiebung
um 900 aus dem AusgangssignalE der Verstärkerkette 40 gewonnene Signal.
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Man ersieht aus diesem Zeigerdiagramm, daß sich bei einer Annäherung
an das Hindernis die beiden Signale E;1 und Ep2, die den beiden Gittern des Thyratrons
44 zugeführt werden, addieren und bei einer Entfernung vom Hindernis voneinander
subtrahieren. Im ersten Fall zündet das Thyratron44, sobald die algebraische Summe
der beiden Signale eine gewisse Schwelle überschreitet, und im zweiten Fall zündet
es niemals.
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In der Anodenleitung des Thyratrons 44 liegt ein Relais 60, das erregt
wird, sobald das Thyratron zündet und über einen Kontakt eine Warn- und/oder Kommandoeinrichtung
62 betätigt, über die vorzugsweise die Bremsen des Fahrzeuges ausgelöst und ein
optisches Signal eingeschaltet werden.