DE29507605U1 - Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten - Google Patents
Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten ObjektenInfo
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Description
Beschreibung
Hinderniserkennung für Modellfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen
Modellfahrzeugen, um Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten sicher zu vermeiden. Wobei zur Verhinderung von Fehlern durch Fremdlicht und
elektromagnetische Strahlung eine Auswerteschaltung verwendet wird, die eine ausgesendete Impulsfolge (Burst) mit dem durch Reflexion am Hindernis empfangenen
Signal in Frequenz und Anzahl der Impulse vergleicht. Um Fehlauslösungen bei Objekten
am äußeren Kurvenradius zu vermeiden, wird die Sendeleistung, nach der Erkennung der
Kurve mittels Feder-Stift-Konstruktion, vermindert. Zusätzlich wird die Sende- und
wahlweise auch die Empfangseinrichtung am Drehgestell der Vorderachse befestigt und
dadurch in die Kurvenrichtung geschwenkt.
Bisher übliche Hindernisserkennungen arbeiten ohne Kurvenerkennung oder mit
Reflektoren am Kurvenrand, wodurch es zu Fehlfunktionen bei Objekte am äußeren Kurvenrand kommt (DE 35 01 037 C2, DE 23 54 203 Al). Zudem besitzen die
bisherigen Schaltungen keine digitale Signalaufbereitung in der vorliegenden Miniaturisierung, wodurch eine vollständige Integration in kleine Modellfahrzeuge
möglich ist (DE 27 33 907 Al, DE 42 13 516 Cl)
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Einrichtung zur Hinderniserkennung
bereitzustellen, welche diese Nachteile vermeidet.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Hinderniserkennung zu schaffen, die alle Kollisionen von Modellfahrzeugen durch das
Abschalten des Motors verhindert. Die Schaltung muß inkl. der Sender und Empfänger so
klein sein, um unauffällig in das Modellfahrzeug integriert zu werden. Außerdem muß die
Schaltung mit der Stromversorgung des*Mo"dells bSfrieUSn wefden* und gegen alle EMV-Störungen
durch elektrische Geräte im Modell unempfindlich sein.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruche 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß genügend große Hindernisse, die auch in Form,
Farbe und Material differieren können, sicher erkannt werden. Durch die Miniaturisierung
ist dies ist eine Neuheit im Modellbau und dient zur Verhinderung von Schäden an
Modellfahrzeugen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 2 angegeben.
Eine digitale Vergleicherschaltung überprüft die ausgesendete Impulsfolge mit dem durch Reflexion empfangenen Signal und spricht nur bei einer Übereinstimmung von Sende- und Empfangssignal an. Dadurch wird eine sehr große Unempfindlichkeit der Hinderniserkennung gegenüber Fremdlicht un elektromagnetische Störungen erreicht.
Eine digitale Vergleicherschaltung überprüft die ausgesendete Impulsfolge mit dem durch Reflexion empfangenen Signal und spricht nur bei einer Übereinstimmung von Sende- und Empfangssignal an. Dadurch wird eine sehr große Unempfindlichkeit der Hinderniserkennung gegenüber Fremdlicht un elektromagnetische Störungen erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 3 angegeben.
Durch die Verwendung einer Schlitzblende vor der Sendediode wird eine geeignete (schmale) Richtcharakteristik der ausgesendetet Strahlen erreicht. Es werden nur noch
Objekte erkannt, die in Fahrtrichtung bzw. sehr dicht daneben liegen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 4 angegeben.
Durch die Befestigung von Sender und wahlweise auch Empfänger am Drehgestell der
Vorderachse wird der Erfassungsbereich der Kurvenerkennung in den Kurvenbereich geschwenkt. Die Fehlauslösung durch Objekte am äußeren Kurvenrand wird dadurch
vermieden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 5 angegeben.
Das Durchfahren einer Kurve wird durch eine Feder-Stift-Konstruktion, zwischen dem
Drehgestell der Vorderachse und dem Fahrzeugrahmen, erkannt. In der Kurve kann dadurch die Sendeleistung reduziert werden, um Fehlauslösungen zu vermeiden.
• ♦ ·· ·
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 bis 7 erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Blockschaltbild Auswerteschaltung
Figur 2 : Senderschaltung
Figur 3: Empfängerschaltung
Figur 4: Impulsfolgediagramm am digitalen Integrator
Figur 5: Infrarot Sendediode mit Schlitzblende
Figur 6: Prinzipskizze des Erfassungsbereiches in der Kurve
Figur 7: Feder-Stift-Konstruktion am Drehgestell zu Kurvenerkennung
Die Senderschaltung besteht aus einem Oszillatorbaustein ICl (z.B. CMOS-IC 4060), der
einen gepufferten Oszillator und einen 14-stufigen Binärzähler enthält. Der Oszillator
schwingt mit einer von C1/R2/P1 bestimmten Frequenz von 38 kHz. P2 dient hierbei zum
Abgleich der Frequenz.
Die vom Oszillator gelieferte Frequenz wird nun einem NAND Gatter zugeführt. Ebenso
wird das NAND Gatter mit einer, durch den internen Zähler des Oszillatorbausteins ICl,
heruntergeteilten Frequenz (fbsz/128 ca. 300 Hz) versorgt. Das NAND Gatter liefert dann
einen mit ca. 300 Hz getasteten 38khz Burst, der durch Tl gepuffert zum Ansteuern der
nachfolgenden Stromquelle dient.
Zum Ansteuern der Infrarot Sende LED wird einen Stromquelle, die aus R4/R5/P2/R7/T2
gebildet wird verwendet, um eine genaue Einstellbarkeit der Sendeleistung der LED (an
P2) zu erreichen. Außerdem trägt die Stromqelle zur Temperatur- und Langzeitstabilität
des Erfassungsabstandes bei. Der Poti P3 und der Widerstand R6 reduzieren die Sendeleistung der LED bei Erkennung einer Kurve, wobei P3 wiederum zur Einstellung
der Reichweite dient. Der Widerstand R9 verbessert das Einschwingverhalten der Stromquelle bei Taktung.
Die Sende LED besitzt eine besonders*'ausgeprägte Richtcharakteristik (5 Grad
Abstahlwinkel), die durch eine Lochblende noch weiter eingeschränkt wird, um eine
Erfassung von Hindernissen, die knapp neben dem Gleis stehen, zu verhindern.
Empfängerschaltung (Figur3):
Hauptbestandteil des Empfängers ist der integrierte Empfängerbaustein IC3 (z.B.
SFH506) und der digitale Integrator IC4 (z.B. MC 14490). Der Empfängerbaustein enthält
eine in der Infrarotlichtwellenlänge zur Sendeleuchtdiode passende Empfangsleuchtdiode.
Außerdem enthält der Empfängerbaustein einen Verstärker mit AGC (Automatic Gain Control), der für einen konstanten Pegel sorgt. Durch eine Bandpaßschaltung wird die
Trägerfrequenz von 38kHz entfernt. Dabei bleibt das Modulationssignal übrig
(Rechtecksignal mit ca. 300 Hz), das anschließend nachverstärkt wird.
Der Empängerbaustein besitzt eine interne Abschirmung, die ihn unempfindlich gegenüber Störeinstrahlung (EMV) macht.
Der Empängerbaustein besitzt eine interne Abschirmung, die ihn unempfindlich gegenüber Störeinstrahlung (EMV) macht.
Der nachgeschaltete digitale Integrator sorgt für eine weitere Störimpulsunterdrückung,
die z.B. durch Leuchtstoff!ampenlicht und höherfrequente Störungen durch Geräte im
Modellfahrzeug eingestreut werden. Hierzu wird der Integrator mit einer Frequenz
(fosz/16) versorgt. Dieser tastet das Signal vom Empfängerbaustein 8 mal in der
Halbperiode (Figur 4) ab und ändert sein Ausgangssignal nur dann, wenn alle Abtastungen
den gleichen Pegel ergeben. Hierdurch wird verhindert, daß sich Spikes oder ähnliche
Störimpulse auswirken können.
Das so gewonnene Signal triggert, bei einer Hinderniserkennung, kontinuierlich ein
retriggerbares Monoflop IC5 (z.B. 4538), das die Anfahrverzögerung von ca. 2s bewirkt.
Dieser Baustein ist ein Präzisionsmonoflop, mit dem sich Ausgangsimpulszeiten bis zu 10 Sekunden realisieren lassen. Hierzu enthält es zwei Komperatoren und eine Kontrolleinheit, die die Ablaufsteuerung übernimmt. Außerdem bietet dieser Monoflop die Möglichkeit einen definierten Anfangszustand über einen Reset Eingang einzustellen, der bei dieser Applikation für einen „Power on Reset" Verwendung findet.
Dieser Baustein ist ein Präzisionsmonoflop, mit dem sich Ausgangsimpulszeiten bis zu 10 Sekunden realisieren lassen. Hierzu enthält es zwei Komperatoren und eine Kontrolleinheit, die die Ablaufsteuerung übernimmt. Außerdem bietet dieser Monoflop die Möglichkeit einen definierten Anfangszustand über einen Reset Eingang einzustellen, der bei dieser Applikation für einen „Power on Reset" Verwendung findet.
Der Monoflop steuert nun über eine Treiberstufe (T?) öfrfen Optokoppler an, der über den
Transistor T4 die Versorgung des Motors unterbricht. Der Einsatz eines Optokopplers
verhindert die Einkopplung von Störsignalen durch den geschalteten Elektromotor.
Die Diode D2 dient als Freilaufdiode um den Transistor T4 von hohen Induktionsspannungen des Motors zu schützen und um die Rückwärtsfahrt der Lok unabhängig von der Erkennung eines Hindernisses zu ermöglichen.
Die Diode D2 dient als Freilaufdiode um den Transistor T4 von hohen Induktionsspannungen des Motors zu schützen und um die Rückwärtsfahrt der Lok unabhängig von der Erkennung eines Hindernisses zu ermöglichen.
Impulsfolge (Figur 4): *** ** *"*
Die Modulation des Sendesignals für die Infrarot Leuchtdiode erfolgt mit 38IcHz, um eine
Störunempfindlichkeit gegenüber Fremdlicht (z.B. Leuchtstofflanmpe) zu erreichen. Das
Sendesignal wird zusätzlich noch mit 38kHz/128 ausgetastet, wodurch eine geringere
Stromaufnahme und das Retriggern der Monoflops erreicht wird
Figur 5 zeigt eine Ausgestaltung der Schlitzblende. Es wird ein Schrumpfschlauch
verwendet der über die IR-LED gezogen wird und vorne durch Wärmeeinwirkung zu einem geeigneten Schlitz geformt wird.
Die IR-Empfangsdiode und wahlweise auch die Sendeleuchtdiode werden am Drehgestell
der Vorderachse des Modells befestigt und werden somit automatisch in Richtung der
Kurve geschwenkt.
Kurvenerkennung (Figur 7):
Die Kurvenerkennung erfolgt durch einen Stift (3), der am Drehgestell (1) der
Vorderachse (2) isoliert befestigt ist und in eine Öse (6) hineinragt. Die Öse wird von einer
Feder (5), die am Fahrzeugrahmen (4) befestigt ist, gehalten. Bei einer Kurvenfahrt
berührt der Stift die Öse und schließt somit einen Kontakt, hierduch wird die Sendeleistung der IR-LED reduziert. Dies verhindert ein zu weites Abdriften des
Erkennungsbereiches gegenüber dem Kurvenverlauf.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen
zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Fehlern durch Fremdlicht und
elektromagnetische Strahlung eine Auswerteschaltung verwendet wird, die eine ausgesendete Impulsfolge (Burst) mit dem durch Reflexion am Hindernis
empfangenen Signal in Frequenz und Anzahl der Impulse vergleicht.
2. Hinderniserkennung nach Schutzanspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der ausgesendeten Impulsfolge mit
dem durch Reflexion empfangenen Signal ein digitale Vergleicherschaltung verwendet wird, welche bei Übereinstimmung von Sende- und Empfangsimpulsfolge,
in Frequenz und Anzahl der Impulse, auslöst.
3. Hinderniserkennung nach Schutzanspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Sendediode zur
Erzeugung einer geeigneten Richtcharakteristik eine Schlitzblende vor diese angebracht
wird.
4. Hinderniserkennung nach Schutzanspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Fehlauslösungen in Kurven,
eine Befestigung von Sender und wahlweise auch Empfänger am Drehgestell erfolgt, um den Erfassungsbereich in die Kurve zu schwenken.
5. Hinderniserkennung nach Schutzanspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Fehlauslösungen in Kurven
eine Kurvenerkennung Anwendung findet, realisiert durch die Reduzierung der Sendeleistung mittels einer Feder-Stift-Konstruktion am Drehgestell der
Vorderachse.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29507605U DE29507605U1 (de) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29507605U DE29507605U1 (de) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29507605U1 true DE29507605U1 (de) | 1995-12-07 |
Family
ID=8007744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29507605U Expired - Lifetime DE29507605U1 (de) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | Vorrichtung zur Hinderniserkennung bei elektrisch betriebenen Modellfahrzeugen zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden und bewegten Objekten |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29507605U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19756706A1 (de) * | 1997-12-19 | 1999-06-24 | Ifak Inst Fuer Automation Und | Vorrichtung und Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern |
-
1995
- 1995-05-08 DE DE29507605U patent/DE29507605U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19756706A1 (de) * | 1997-12-19 | 1999-06-24 | Ifak Inst Fuer Automation Und | Vorrichtung und Verfahren zur Detektion und Identifikation von Personen, Fahrzeugen und Schildern |
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