DE2248797A1

DE2248797A1 - Mess- und regeleinrichtung fuer fahrzeuge zur verhinderung von auffahrunfaellen

Info

Publication number: DE2248797A1
Application number: DE19722248797
Authority: DE
Inventors: Werner Schilling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-05
Filing date: 1972-10-05
Publication date: 1974-04-11

Description

Meß- und Regeleinrichtung für Fahrzeuge zur Verhinderung von Auf f ahrunfällen Gegenstand der Erfindung ist eine Meß- und Regeleinricht-ung für Fahrzeuge zur Vermeidung von Auffahrunfällen durch laufende Kontrolle des Abstandes des Fahrzeuges von einem sich nähernden Gegenstand und Auswertung des Überwachungsergebnisses zur Regelung bzw. Drosselung der Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges Die Überwachung der bnfernung zu einem sich möglicherweise nähernden Gegenstand erfolgt dabei mit Hilfe eines Ultraschall-Wandlers, der an der Vorder front des Fahrzeuges angebracht ist und durch Aussendung von Ultraschall und Registrierung des Auftreffens des ausgesendeten Ultraschalles auf einen Gegenstand die Entfernung bzw. die laufende Entfernungsänderung zwischen Fahrzeug und Gegenstand feststellt und in entsprechende Ausgangs signale umsetzt Die bisher bereits bekanntgewordenen Einrichtungen zur Verhütung von Auffahrunfällen konnten bisher in der Praxis noch nicht zum Tragen kommend weil sie einmal durch ihren Aufwand eine wirtschaftliche Verwertung ausschließen und zum andern zu wenig die sich laufend ändernden klimatischen und geschwindigkeitsbedingten Voraussetzungen Su die Erfassung von Neß und Regel größen berücksichtigen und deshalb nicht den ge wünschen Errfolg einer einwandfrei sicheren Verhütung von Auffahrunfällen sicherstellen konnten.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine solche Einrichtung fur Fahrzeuge zu schaffen, die praxisbezogen auf wirtschaftliche Weise die klimatischen. Bedingungen berücksichtigt und mit auf dem Reglergebiet bekannten Regeleinrichtungen und Regelgeräten eine sichere Beherrschung der Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Ziel einer Verhütung von Auffahrunfällen sicherstellt.
Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß zur Erzielung einer von den sich ändernden klimatischen Bedingungen und den Schwankungen des Fahrtwindes möglichst unabhängigen, in einer festgelegten Entfernung vom Schall sender stets gleichen Halbwertgröße des Schalldruckes, temperatur- und feuchtigkeitsabhängige Widerstände Bestandteile einer Widerstandineßbrücke bilden, deren Diagonalspazmung die die Frequenz des Ultraschall-Senders bestimmenden Schaltmittel eines Schwingkreises in einem die Frequenz dieses Kreises stabilisierenden Sinne beeinflußt und daß dem Ultraschall-Sender außerdem die Ausgangs spannung eines den Fahrtwind überwachenden Gegendruck-Staumeßgerätes zur Beeinflußung der Ausformung der einzelnen Halbwellen des Ultraschalles in der Weise zugeführt wird, daß mit steigendem Gegendruck auch eine stärkere Ausformung von Rechteckimpulsen erfolgt. Es wird außerdem vorgeschlagen, daß in zwei beanchbarten Zweigen einer Brückenschaltung äe ein Ultraschall-Wandler vorgesehen ist, von denen der eine zur Schallaussendung und Registrierung des auf einen Gegenstand auftreffenden Ultraschalles und der andere zur Kompensation der durch den Fahrtwind verursachten Stauung der Ultraschallwellen und damit zur Ermöglichung einer Nullpllnkteinstellung des Entfernungsmeßsystems dient wobei der einen Brückendiagonale über einen Impulstransformator die Ausgangsspannung eines Schwingkreises zugeführt und von der anderen Brückendiagonalen eine der Entfernung des Gegenstandes vom Fahrzeug proportionale Ausgangsspannung des Ultraschall-wzndlersystems abgenommen werden.
Eine besondere zweckmäßige Ausformung des Reglersystems ergibt sich dadurch daß die mittels Ultraschall laufend überwachte und du:"eh einen Meßwert-Wandler in ein Analogsignal umgewandelte Entfernung des Fahrzeuges zu einem Gegenstand mit einem die jeweilige Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges anzeigenden Signal zu einem die Anderungstendenz des Entfernungs-IsT-Wertes darstellenden Signal kombiniert wird und dieses Signal zusammen mit dem die jeweilige Entfernung angebenden Signal einem diese Signale vergleichenden und unter Berücksichtigung eines einstellbaren, den jeweiligen Fahrzeugtyp berücksichtigenden Sicherheitsabstandes zu einem,die für die betreffende Geschwindigkeit des Fahrzeuges maßgebende Soll-Entfernung darstellenden Ausgangssignal bildenden Verhältnisregler zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zusammen mit eie die tatsächliche IST-Entfernung darstellenden Signal einem Folgeregler zur Bildung eines Stellsignals fiir Antrieb und Bremst des betreffenden Fahrzeuges zugeleitet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen Fig.l die Meß- und Regeleinrichtung zur Verhütung von Auffahrunfällen in Form eines Blockschaltbildes und Fig. 2 die für die Berücksichtigung der Störeinflüsse vorgesehene Schaltungsanordnung zur Speisung des Ultraschall-Senders.
In Fig. 1 ist die Ultraschallsende- und-meßeinrichtung mit 6 bezeichnet, wobei eine solche Einstellung des Ultraschallsenders erfolgt, daß sich das in Fig. 1 dargestellte Schalldiagramm ergibt, wobei der Halbwert des ausgesendeten Schalldruckes in 100 m angenommen ist. Für die seitlichen Komponenten, die rechts und links von--der Fahrbahn befindliche Gegenstände erfassen sollen, ist eine entsprechender Halbwert von 60 m angenommen bei einer Streubreite von 3 m.
Die Speisung des Ultraschall-Senders 6 erfolgt mit Hilfe einer in dem Block 5 zusammengefaßten Sende- und Meßeinrichtung, der die einzelnen Störgrößen berücksichtigende Signale zugeführt werden. Dies erfolgt einmal mit Hilfe des Staudruckmeßgerätes 1 mit dem nachgeschalteten MeBverstärker 2 sowie einer mit 4 bezeichneten MeBbr-ücke, die Mittel zur Erfassung der Temperatur und der Feuchte der umgebenden Luft enthält. Auch diese Signale werden über einen Meßverstärker 3 der Einrichtung 5 zugeführt.
Mit 10 ist eine Multiplikationseinheit bezeichnet, der einerseits ein analoges Meßsignal von der Einrichtung 5 zugeführt wird, das aufgrund des ausgesendeten und auf den Schall-Wandler zurückwirkenden Ultraschalles die Entfernung des Fahrzeuges zu einem Gegenstand kennzeichnet. Außerdem liegt die Multiplikationseinheit 10 am Ausgang eines Geschwindigkeitsanzeigers 7, der mit dem Drehzilmesser 8 des Fahrzeuges verbunden ist. Der Geschwindigkeitsanzeiger 7 hat dabei sowohl einen digitalen als auch einen analogen Ausgang, wobei der digitale Ausgang einmal zur Multiplikationseinheit 10 und zum andern zum Geschwindigkeitsanzeiger 9 führt. Der den Analogwertder jeweiligen Geschwindigkeit anzeigende Ausgang der Einrichtung 7 führt zu einem Führungsregler 11, in dem ein bestimmter Mindestabstand zu einem Gegenstand eingespeichert ist.
Dies ist in Fig. 1 durch den eingezeichneten Regelwiderstand dargestellt. Außerdem steht dieser Führungsregler mit dem Ausgang der Multiplikationseinheit 10 in Verbindung und erhält'von diesem aufgrund der durchgeführten Multiplikation ein Signal, das die Änderungstendenz der Entfernung anzeigt.
Das Ausgangssignal des Führungsreglers 11 und ein die Jeweilige IST-Entfernung anzeigendes Analogsignal der Einrichtung 5 gelangen zum Folgeregler 12, der ein entsprechendes Stellsignal einem elektro-ydrauiischea Wandler 13 übermittelt, um über die Hydraulik des Kraftfahrzeuges entsprechende Eingriffe in das Brems-und Antriebssystem vorzunehmen. Das Stellglied für das Bremssignal ist dabei mit 14 und das Stellglied fur den Energiegeber,also etwa das Einrichtung Gaspedal,mit 15 bezeichnet. Die ia 16 symbolisiert eine Kippstufe zur Steuerung eines Magnetventiles 17, das das Stellglied 14 immer wieder entlastet und damit eine Bloekierung der Bremse verhindert.
Mit dem Regelglied 18 kann eine hydraulische Dämpfung des'Systems vorgenommen werden.
In Fig. 2 sind mit 4a und 4b die in den Zweigen einer Wechselstrombrücke liegenden temperatur- und feuchtigkeitsabhängigen Widerstände bezeichnet, um den Einfluß von Temperatur und Feuchtigkeit auf die Schalldruckaussendung voraus- zu-regulieren. Der Schall-Sender selbst wird in bekannter Weise mit Hilfe eines Uni-Junction -Transistors 5b gesteuert, der mit Hilfe eines Schwingkreises mit den Kondensatoren 5e und 5d sowie der Primärwicklung eines Impulstransformators 5f, die an den Klemmen w und z auftretende Ultraschall-Frequenz bildet. Diese Ultraschall-Frequenz wird außerdem durch die Ausgangsspannung eines Staudruckmeßgerätes beeinflußt, die durch einen druckempfindlichen Transistor 1 erfaßt und über einen Meßverstärker 2 den Klemmen x und y einer Gitchrichterbrücke deszugeführt lfirden, über die die Ausgangsspannung pen Eni-Jusnctions-Uransistor 5 b enthaltenden Schwingkreises beeinflußbar ist0 Die Be- -einflußung erfolgt dabei in dem Sinne, daß mit einer höheren Eingangsspannung an den Klemmen x und y eine stärkere Ausformung von Rechteckimpulsen an den Klemmen w und z erfolgt, da die Durchsetzkraft von Ultraschall-Impulsen mit stärkerer Ausformung der Rechteckimpulse bekanntlich steigt.
In Fig. 2 sind außerdem zwei Ultraschall-Wßndler 6a und 6b in an sich bekannter Bruckenschaltung dargestellt, wobei die Speisung der Brücke über die Klemmen w und z seitens des Impulstransformators 5 f erfolgt. Der eine Ultraschall-Wandler 6a dient dabei zur Ultraschall-Aussendung und registriert infolge seiner Empfindlichkeit auf Schalldruckschwankungen auch das Auftreffen des Ultra-Er schalles auf einen Gegenstand. ermöglicht damit in bekannter Weise, die Entfernung des Fahrzeuges zu einem Gegenstand, der sich in der Fahrspur befindet, festzuhalten. Der andere Ultraschall-Wandler 6 b dient zur Ed¢ensation der durch den jeweiligen Fahrtwind bedingten Schalldruckänder mgen, da er diese Änderungen registriert und damit eine Kompensation der Änderungen im eigentlichen Sende- und Meßwandler 6a mit Hilfe der Brückenschaltung ermöglicht. Uber einen Meßverstärker 5c kann dann die jeweilige IST-Entternung an Klemmen k und 1. abgenommen und in der anhand der Fig.1 beschriebenen Weise zur Steuerung des Antriebs- und Bremssystems des betreffenden Fahrzeuges ausgewertet werden.
Als Ultraschallgeber 6a in Fig. 2 wird ein Wandler aus piezoelektrischer Reramik benutzt. Durch seinen einfachen Aufbau und die große mechanische Robustheit ist er geeignet, an der Vorderfront eines Kraftfahrzeuges angebracht zu werden, wobei d£ch entsprechende Konstruktion und Auslegung seiner Auflagefläe,hen die in Fig. 1 dargestellte Charakteristik der Ausbreitungsverhältnisse des Ultraschalles einzustellbar ist.
Datit zunehmender Frequenz die Absorption von Ultraschall in der Luft immer größer wird, ist die die Frequenz bestimmende Schaltung so einzurichten, daß sich eine starke Frequenzkonstanz ergibt. Zur Erzielung der in Fig. 1 angegebenen Halbwertentfernung des Schalldruckes von 100 m ist eine Frequenz von 20 khz erforderlich. Dies gilt jedoch nur unter entsprechenden günstigen klimatischen Bedingungen und da sich diese laufend ändern, sind Vorkehrungen getroffen worden, um Temperatur, Feuchtigkeit und Gegenwind so zu erfassen, daß die gewünschte Halbwertentfernung des Schalldruckes immer gewahrleistet ist. Wie erwähnt dient als Frequenzgeber ein Uni-Junction-transistor 5b mit einem Impulstransformator 5 f, dtr über die wechselstromgespeiste Brücke 4 mit einem Nickelwiderstand 4a zur Temperaturkorrektur und einem L um-Chlorid-Goldkamm 4b für die Feuchte Messung ausgestattet ist, dadurch wird die Frequenz immer so beeinflußt, daß unabhängig von der Witterung, d.h. von der-Temperatur und Feuchtigkeit eine Schalldruck-Halbwertsentfernung von 100 m sichergestellt ist.
weitere Eine/Störwertaufschaltung erfolgt über die Klemmen x und y, die an den entsprechend bezeichneten Ausgängen eines Staudruckmessers 1 mit einem nachgeschalteten Meßverstärker 2 liegen. Vber diese Hemmen x und y erfolgt bei stärkerem Gegendruck des Bahrtwindes eine Spannungserhöhung und damit eine stärkere Ausformung der Rechteckimpulse des Ultraschall-Erzeugers 5 (Fig. 1;Als Staudruckmeßgarät dient dabei ein Piezo-Transistor 1.
In Umkehrung des piezoelektrischen Effektes der Ultraschall-Wandler, der Verdickung und damit der Durchbiegung des Keramikblättchens beim Anlegen einer Spannung, wird durch Beaufschlagung mit Ultraschall im Wandler eine EMK erzeugt. Die EMK des im Gehäuse eingebauten Wandlers 6 b bleibt annähernd konstant und wird nur durch den Fahrtwind beeinflußt.
Im Wandler 6a wird sich somit so lange keine EMK einstellen wie die Fahrspur von Hindernissen freibleibt.
Erst beim Auftauchen von Hindernissen wird sich die EMK soweit erhöhen bis sie den Wert der den jeweiligen Nullpunkt einstellenden Vergleichsstelle 6 b einnimmt. Ermöglicht wird diese Empfindlichkeit der Wandler durch geeignete Abschlußwiderstände und eine spezielle, an sich bekannte Brückenschaltung. Die sich aus den Brückendiagonalen ergebenden Spannungen werden über einen Gleichrichter und Verstärker mit PI-Verhalten 5 c an die Multiplikationseinheit 10 und den Folgeregler 12 (Fig. 2) weitergegeben.
Die sich aus dem Doppler-Effekt ergebende Störungen könne ernachlässigt werden, da sie die Tendenz der gesamten Einrichtung unterstützen und bei gleichbleibendem Abstand vom vorausfahrenden Fahrzeug nicht in Erscheinung treten.
Um den akuten Zustand der jeweiligen Verkehrssituation zu erfassen, werden das analoge Ausgangssignal der Ultraschall-Meßung (Fig. 5, Fig. 1) mit dem digitalen Signal der Drehzahlmeßung 7 in dem Multiplizierer 10 zusammengefaßt, so daß sich aus der Zusammenfassung dieser beiden Signale eine die Änderungstendenz des IST-Wertes anzeigendes Signal ergibt. Dies wird dem nachgeschalteten Verhältnis-Führungs-Regler 11 zugeführt, in dem mit einem Brückenpotentiometer der vorgesehene Sicherheitsabstand unter Bezugnahme auf Fahrzeugtyp und Bremsweg einstellbar ist.
Außerdem erhält der Regelverstärker 11 das analoge Ausgangssignal der Drehzahl-bzw. Geschwindigkeitsmessung 7 in Form eines sich ändernden Soll-Wertes, so S aus diesen Signalen mit Hilfe des Folgereglers 12 minen Soll-Wert darstellendes Signal gebildet werden kEnnt um die Soll-Entfernung des Fahrzeuges vom Gegenstand darzustellen. Diese Soll-Entfernung wird mit dem IS?-Wert des tatsächlichen Abstandes zum Hindernis im Folgeregler 12 verglichen und damit die Bildung eines elektrischen Stellsignals für das Antriebssystem des Fahrzeugess ermöglicht. Dieses Stellsignal wird in ein entsprechendes hydraulisches Signalj mit Hilfe des elektro-hydraulischen Wandlers 13 umgewandelt.
Das hydraulische System ist so ausgelegt A daß es zwei beidseitig beauf.schlagte Kolben 14., 1-5 im "splite-Range" Verfahren kontinuierlich in jede dem analogen Eingangssignal proportionale Stellung bringen kann.
Der Kolben 15 spricht zuerst an und reagiert auf das Regelsignal in einem bestimmten Anfangsbereich bis zum Endanschlag, so daß je nach Kraftfahrzeugausführung entweder die Gasklappe oder bei Automatiktypen über das Pedal dem Fahrzeug die Antriebsenergie genommen wird Im weiteren Bereich des analogen Signals setzt dann der zweite Kolben 14 ein und betätigt das remsz pedal, so daß das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert bzw. zum Stehen kommt. Um ein Blockieren der Bremsen und ein dadurch evtl, verursachtes Schleudern des Fahrzeuges zu vermeiden, wird in einem ip Pass zum Kolben 14 zwischen beide Steuerleitungen ein Magnetventil 17 eingebaut, das über eine Kippstufe 16 impulsmsäßig im Verhältnis zum Regelsignal betätigt wird und damit eine wechselzeitige Betätigung der Bremsen In einem ton der akuten Verkehrssituation be dingten Takt ermöglicht.
Beide Kolben 14 und 15 sind so konstruiert, daß über die Wirkung einer Gegenfeder der jeweils verlangte "splite-range" eingestellt werden kann.
Die Führung der Kraftfahrzeuge können die Wirksamkeit der von der Regelung eingeleitete Maßnahme durch entsprechendes Verhalten noch erhöhen, jedoch keinesfalls verhindern, so lange die Meß- und Regeleinrichtungen eingeschaltet sind. Für Uberholvorgänge kann das Ausgangssignal des itolgereglers 12 über ein mit der Blinkerbetätigung verbundenes Relais so lange unterbrochen werden, als eine Betätigung des Blinkers erfolgt. Akustische Signale und die Elinksignale übernehmen während der Abschaltung der Regeleinrichtung die Unterrichtung des Fahrers über Hindernisfreiheit der von ihm angesteuerten Fahrzeugspur.
Der Schalldruckgeber 6 a wird zweckmäßig in der Weise mit der Lenkung des Fahrzeuges gekuppelt,daß die jeweilige Schallrichtung unwesentlich mit der von den gelenkten Rädern eingeschlagenen Bahrtrichtung übereinstimmt. Diese Kupplung kann sowohl elektrisch, hydraulisch oder mechanisch erfolgen.

Claims

Patentansprüche:

¼ 1l Meß- und Regeleinrichtung für Fahrzeuge zur Verhinderung von Auffahrunfällen durch laufende Kontrolle des Abstandes des Fahrzeuges von einem sich nähernden Gegenstand und Auswertung des Überwachungsergebnisses zur Regelung bzw. Drosselung der Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges unter Verwendung eines Ultraschall-Wandlers, der an der Vorderfront des Fahrzeuges angebracht ist und durch Aussendung von Ultraschall und Registrierung des Auftreffens des ausgesendeten Ultraschall es auf einen Gegenstand die Entfernung bzw. die laufende Entfernungsänderung zwischen Fahrzeug und Gegenstand feststellt und in entsprechende Ausgangssignale umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer von den sich ändernden klimatischen Bedingungen und den Schwankungen des Fahrtwindes möglichst unabhängigen, in einer festgelegten Entfernung vom Schall sender stets gleichen Halbwertgröße des Schalldruckes temperatur- und feuchtigkeitsabhängige Widerstände Bestandteile einer Widerstandsmeßibrücke bilden, deren Diagonalspannung, die die Frequenz des Ultraschall-Senders bestimmenden Schaltmittel eines Schwingkreises in einem die Frequenz dieses Kreises stabilisierenden Sinne beeinflußt und daß dem Ultraschall-Sender außerdem die Ausgangsspannung eines den Fahrtwind überwachenden Gegendruck-Staumeßgerätes zur Beeinflußung der Ausformung der einzelnen Halbwellen des Ultraschalles in der Weise zugeführt wird, daß mit steigendem Gegendruck auch eine stärkere Ausformung von Rechteckimpulsen erfolgt.
2. Meß- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Ultraschall laufend überwachte und durch einen Meßwert-Wandler in ein Analogsignal umgewandelte Entfernung des Fahrzeuges zu einem Gegenstand mit einem die jeweilige Geschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges anzeigenden Signal zu einem die Änderungstendenz des Entfernungs- IST-Wertes darstellenden Signal kombiniert wird und dieses Signal zusammen mit dem die jeweilige Entfernung angebenden Signal einem diese Signale vergleichenden und unter Berücksichtigung eines einstellbaren, den jeweiligen Fa1reugtyp berücksichtigenden Sicherheitsabstandeszu einem die für die betreffende Geschwindigkeit des FShrsea1ges maßgebende Soll-Entfernung darstellenden Ausgangssignal bildenden Verhältnis-Regler zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zusammen mit einem die tatsächliche IST-Entfernung darstellenden Signal einem Folgeregler zur Bildung eines Stellsignals für Antrieb und Bremse des betreffenden Fahrzeuges zugeleitet wird.
3. Meß- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in zw/ei benachbarten Zweigen einer Brückenschaltung angeordnete Ultraschall-Wandler vorgesehen sind, von denen der eine zur Schallaussendung und Registrierung des auf einen Gegenstand auftreffenden Ultraschalles und der andere zur Kompensation der durch den Fahrtwind verursachten Stauung des Ultraschalles dient, wobei der einen Brückendiagonale über einen Impulstransformator die Ausgangsspannung eines Schwingkreises zugeführt und von der anderen Brückendiagonalen eine der Entfernung des Gegenstandes vom Fahrzeug proportionale Ausgangsspannung des Ultraschall-Wandlersystems abgenommen werden.
4. Meß- und Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldruckgeber derart mit der Lenkung des Fahrzeuges gekuppelt ist, daß die Aussendrichtung des Ultraschalles im wesentlichen mit der von den gelenkten Rädern des Fahrzeuges eingeschlagenen Fahrtrichtung übereinstimmt.