DE3821215A1 - Geschwindigkeits-wegstreckensensor fuer kraftfahrzeuganordnungen - Google Patents
Geschwindigkeits-wegstreckensensor fuer kraftfahrzeuganordnungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor
nach dem Doppler-Prinzip, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen,
bestehend aus einem Sende- und Empfangsteil, einem Antennensystem
und einer Auswerte- und Versorgungselektronik für den Sende- und Em
pfangsteil.
Mit Hilfe des Doppler-Effektes lassen sich Geschwindigkeitsmessungen
ohne mechanisch bewegte Teile durchführen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Geschwindigkeits-Weg
strecken-Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der insbeson
dere für Kraftfahrzeuganwendungen geeignet und kostengünstig her
stellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein flacher,
isolierender Trägerkörper auf einer großflächigen Oberflächenseite
das Antennensystem trägt, daß der Sende- und Empfangsteil auf dem
Trägerkörper angeordnet ist, daß auf der gegenüberliegenden Oberflä
chenseite des Trägerkörpers die Auswerte- und Versorgungselektronik
angeordnet ist.
Diese erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch eine flache
Ausführung aus, die bei einer ersten bevorzugten Ausbildung der Er
findung durch ein aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten An
tennen bestehendes Antennensystem erzielt wird, wobei der Sende- und
Empfangsteil zwischen den beiden Antennen und die Auswerte- und Ver
sorungselektronik in einer Aussparung des Trägerkörpers angeordnet
ist.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die
flache Form des Sensors durch die Verwendung von planaren Antennen
weiter verbessert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung führt
der Einsatz von dielektrischen Linsen in Kombination mit planaren An
tennen zu einer kostengünstigeren Ausführung des Sensors, die jedoch
nicht mehr so flach ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Sende- und Empfangsteil als integrierter GaAs-Schaltkreis aufge
baut, wobei gemäß einer weiteren günstigen Ausführungsform der Er
findung dieser Schaltkreis im 24 GHz-Bereich arbeitet.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteran
sprüchen entnehmbar.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert
und beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1a und 1b die schematische Darstellung einer Modul-Aus
führung eines erfindungsgemäßen Geschwindig
keits-Wegstrecken-Sensors in einer Drauf-
bzw. Schnittansicht,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Sende- und Empfangs
teils des erfindungsgemäßen Geschwindigkeits-
Wegstrecken-Sensors gemäß der Fig. 1a und
1b,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Auswerte- und Ver
sorgungsteils des erfindungsgemäßen Geschwin
digkeits-Wegstrecken-Sensors gemäß den Fig. 1a und 1b, und
Fig. 4 die schematische Darstellung einer Modul-Aus
führung eines weiteren erfindungsgemäßen Ge
schwindigkeits-Wegstrecken-Sensors in einer
Schnittansicht.
Die Modul-Ausführung des Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensors nach
den Fig. 1a und 1b umfaßt einen rechteckförmigen und flachen Trä
gerkörper 4 aus Kunststoff. Im Kreuzungspunkt der beiden Flächendia
gonalen der Oberflächenseite 5 des Trägerkörpers 4 ist der auf einer
Metallplatte 11 befestigte Sende- und Empfangsteil 1 als GaAs-MMIC
(Monolitic Microwave Integrated Circuit) angeordnet, wobei die
streifenförmig ausgebildete Metallplatte 11, beispielsweise aus Mes
sing, oberflächenbündig in den Trägerkörper 4 eingelassen ist und in
Richtung der die Länge des Trägerkörpers 4 teilenden Symmetrielinie
18 die Oberflächenseite 5 außerhalb der Metallplatte 11 in zwei
identische Bereiche 15 a und 15 b teilt, in die jeweils planare Anten
nen 2 a und 2 b symmetrisch zueinander angeordnet sind und von dem
Hochfrequenzteil der Sende- und Empfangselektronik 1 über jeweils
eine Streifenleitung 12 a und 12 b gespeist werden können. Jede Anten
ne 2 a bzw. 2 b besteht aus vier über einen Steg 16 a bzw. 16 b zusam
mengefaßten Antennenästen 17 a bzw. 17 b. Die Antennen bestehen aus
einem Kunststoff mit einer hohen Dielektrizitätszahl, beispielsweise
aus RT-Duroid, wobei die Rückseiten der Antennen in den Bereichen
15 a und 15 b ganzflächig metallisiert sind.
Auf der zweiten Oberflächenseite 7 des Trägerkörpers 4 ist symme
trisch zur Symmetrielinie 18 eine Aussparung 6 ausgebildet, die eine
Leiterplatte 8 mit der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 auf
nimmt. Eine Leitung 14 führt von dem Sende- und Empfangsteil 1 als
auch von der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 senkrecht zur
langen Stirnseite auf eine mittig an dieser Seite des Trägerkörpers
4 angeordnete Steckerleiste 13 zum Anschluß an ein Kraftfahrzeug-
Bussystem.
Zwei Deckplatten 9 a und 9 b aus Kunststoff, die deckungsgleich zu den
Seitenflächen 5 und 7 ausgebildet sind und dieselben dicht abdecken
bilden zusammen mit dem Trägerkörper 4 das Gehäuse des Sensors. Die
Deckplatte 9 b ist im Bereich der Antennen 2 a und 2 b jeweils mit ei
nem Schutzfenster 10 versehen, dessen Material eine niedrige Absorp
tion im angewandten Frequenzbereich aufweist. Für den Frequenzbereich
von 24 GHz wird beispielsweise Polyethylen eingesetzt.
Die Modul-Ausführung gemäß den Fig. 1a und 1b weist eine Länge l 1
von ca. 180 mm, eine Breite l 2 von ca. 60 mm und eine Höhe l 3 von
ca. 15 mm auf. Bei dieser flachen Ausführung des Sensors sind die
beiden Antennen so ausgebildet, daß deren Strahlen jeweils einen
Neigungswinkel von ca. 45° aufweisen und einen Antennenöffnungs
winkel von 10° bis 15° haben. Die Doppelstrahlanordnung, die durch
die beiden Antennen gegeben ist, wird zur Kompensation des Nickwin
kels des Kraftfahrzeuges benötigt. Es ist jedoch eine Einfachanten
nenausführung möglich, bei der eine Einsparung an verschiedenen
Elektronikbausteinen erzielbar ist sowie eine Verkleinerung der ge
samten Anordnung möglich ist.
Dieser Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor ist geeignet, die Fahr
zeuggeschwindigkeit über Grund unter Ausnutzung des Doppler-Effektes
mit Mikrowellen-Strahlung bei einer Frequenz von 24,125 GHz zu
messen. Die Integration der Geschwindigkeitsmessung ergibt die Weg
streckeninformation, wobei ein Meßbereich von 2,5 km/h bis 200 km/h
zu einer Zwischenfrequenz von 75 Hz bis 6 kHz führt.
Der Sende- und Empfangsteil 1 gemäß Fig. 2 enthält einen dielek
trisch stabilisierten Oszillator Osz 1, der auf MESFET-Basis herge
stellt und für eine Ausgangsleistung von 7-10 dBm ausgelegt ist.
Dieser Oszillator Osz 1 dient als Sender und als lokaler Oszillator
(LO) für die Mischerstufen M 1a und M 1b . Das Oszillatorsignal mit ei
ner Frequenz von 24,125 GHz wird geteilt und mit den beiden MESFET-
Verstärkern V 1a und V 1b mit 6 dB nachverstärkt. Anschließend wird
das Sendesignal jeweils über einen 3 dB-Hybridringkoppler K 1a und
K 1b auf die Antennen A 1 und A 2 geleitet, während das LO- und das Em
pfangssignal auf die als Schottky-Diodenmischen ausgebildeten Mi
scherstufen M 1a und M 1b geführt werden, wobei deren Ausgangssignale
mit einer Zwischenfrequenz von 75 Hz bis 6 kHz auf Kanal 1 und Kanal
2 der Auswerte- und Versorgungselektronik 3 zugeführt werden.
Gemäß Fig. 3 werden die beiden Zwischenfrequenzsignale jeweils über
Kanal 1 bzw. 2 aufbereitet, wobei diese beiden Kanäle identisch
aufgebaut sind. Die Zwischenfrequenzsignale werden jeweils einem
Zwischenfrequenzvorverstärker V 2a bzw. V 2b , anschließend jeweils ei
nem elektrisch abstimmbaren Filter F 1a bzw. F 1b , und schließlich je
weils einem Komparator K 2a bzw. K 2b zur Wandlung der analogen Dopp
ler-Signale in Digitalsignale zugeführt. Diese Funktionen sind zu
sammen mit einem Prüfoszillator Osz 2 und einer Modul-Überwachungs
einheit Mod, die jeweils mit den beiden Kanälen 1 und 2 verbunden
sind, auf einem integrierten Schaltkreis IC 1 realisiert. Über die
Test- und Kontrollanschlüsse des Prüfoszillators Osz 2 und der
Modul-Überwachungseinheit Mod ist eine Überprüfung des Sende- und
Empfangsteils 1 sowie der Auswerteelektronik möglich. Die beiden
Ausgänge der Komparatoren K 2a und K 2b sind mit einem weiteren, einen
Mikroprozessor enthaltenden integrierten Schaltkreis IC 2 verbunden,
der die Mittelwertbildung der beiden Dopplerfrequenzen und die
Daten- und Signalaufbereitung durchführt. Am Ausgang des integrierten
Schaltkreises IC 2 steht ein Signal mit geschwindigkeitsproportionaler
Frequenz zur Verfügung. Dieses Signal kann auf eine Schnittstelle
eines Bus-Systems geführt werden. Schließlich enthält die Auswerte
und Versorgungselektronik 3 eine Versorgungsspannungseinheit Sp, die
die Aufbereitung der Versorgungsspannungen für den Sende- und Em
pfangsteil 1 vornimmt.
Der Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Fig. 4 weist zwei di
elektrische Linsen 19 a und 19 b auf, die auf der Oberflächenseite 5
des Trägerkörpers 4 symmetrisch so angeordnet sind, daß ihre optische
Achsen jeweils senkrecht auf den zu der Oberflächenseite 5 um 45° ge
neigten Antennen 2 a und 2 b stehen. Die aus Keramik oder Quarzglas
hergestellten Antennen 2 a und 2 b sind planar entsprechend denjenigen
nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ausgeführt, wobei in der
Ebene dieser beiden Antennen 2 a und 2 b die beiden Sende- und Em
pfangsteile 1 a und 1 b angeordnet sind. Auf der anderen Oberflächen
seite 7 des Trägerkörpers 4 befinden sich sowohl in einer Aussparung
6 des Trägerkörpers 4 die Auswerte- und Versorgungselektronik 3 als
auch eine Steckerleiste 13. Eine Deckplatte 9 deckt die Oberflächen
seite 7 dicht ab und bildet zusammen mit dem Trägerkörper und den
dielektrischen Linsen 19 a und 19 b das Gehäuse des Sensors.
Claims (23)
1. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach dem Doppler-Prinzip,
insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, bestehend aus einem Sen
de- und Empfangsteil (1), einem Antennensystem (2) und einer Auswer
te- und Versorgungselektronik (3) für den Sende- und Empfangsteil
(1), dadurch gekennzeichnet, daß ein flacher, isolierender Träger
körper (4) auf einer großflächigen Oberflächenseite (5) das Anten
nensystem trägt, daß der Sende- und Empfangsteil (1) auf dem Träger
körper (4) angeordnet ist, daß auf der gegenüberliegenden Oberflä
chenseite (7) des Trägerkörpers (4) die Auswerte- und Versorgungs
elektronik (3) angeordnet ist.
2. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Antennensystem (2) aus zwei symmetrisch zuein
ander angeordneten Antennen (2 a, 2 b) besteht, daß der Sende- und Em
pfangsteil (1) zwischen den beiden Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist,
und daß die Auswerte- und Versorgungselektronik (3) in einer Ausspa
rung (6) des Trägerkörpers angeordnet ist.
3. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß zwei Abdeckungen (9 a, 9 b) vorgesehen sind,
die zusammen mit dem Trägerkörper (4) das Gehäuse des Sensors bilden.
4. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abdeckungen (9 a, 9 b) und der Trägerkörper (4)
aus Kunststoff bestehen.
5. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (4) recht
eckförmig ausgebildet ist.
6. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Sende- und Empfangsteil (1) im Schnittpunkt
der beiden Flächendiagonalen der Trägerfläche (5) für die Antennen
(2 a, 2 b) angeordnet ist.
7. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der Ansprüche 2
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (6) symmetrisch
zur Symmetrielinie (18) der Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist.
8. Geschwindigkeits-Wegstreckensensor nach einem der Ansprüche 2
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen (2 a, 2 b) pla
nar ausgebildet sind.
9. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß jede planare Antenne (2 a, 2 b) mehrere Antennenäste
(17 a, 17 b) aufweist.
10. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Bereich der beiden Antennen (2 a, 2 b) jeweils
dielektrische Linsen angeordnet sind.
11. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der Ansprüche 3
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (9 a) im Bereich der
Antennen (2 a, 2 b) ein Schutzfenster (10) aufweist.
12. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Material des Schutzfensters (10) eine nied
rige Absorption in dem angewandten Frequenz-Bereich aufweist.
13. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Material aus Polyethylen besteht.
14. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der beiden
Antennen jeweils einen Neigungswinkel von 45° aufweisen.
15. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der beiden
Antennen jeweils einen Öffnungswinkel von ca. 10° bis 15° aufweisen.
16. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangs
teil (1) als integrierter GaAs-Schaltkreis ausgebildet ist und in
der gleichen Ebene wie die Antennen (2 a, 2 b) angeordnet ist.
17. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und Empfangs
teil (1) über eine Streifenleitung (12 a, 12 b) mit den beiden Anten
nen (2 a, 2 b) verbunden ist.
18. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Versor
gungselektronik (3) auf einer Leiterplatte (8) angeordnet ist.
19. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Versor
gungselektronik (3) als integrierter Si-Schaltkreis ausgebildet ist.
20. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenmaterial aus
einem Kunststoff mit hoher Dielektrizitätszahl besteht.
21. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Länge (l 1) von ca. 180 mm,
eine Breite (l 2) von ca. 60 mm und eine Höhe (l 3) von ca. 15 mm.
22. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und Empfangsteil
(1) im 24 GHz-Bereich arbeitet.
23. Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor nach einem der vorangehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittig an der langen
Stirnseite des Trägerkörpers (4) ein Stecker (13) zum Anschluß an
ein Bus-System vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
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DE3821215A DE3821215C2 (de) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | Geschwindigkeits-Wegstrecken-Sensor für Kraftfahrzeuganordnungen |
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