CN111835391A - 车辆、天线系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆、天线系统及其控制方法，该天线系统包括：信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换信号处理器的输出信号；波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；可变透镜，被配置为根据施加到所述可变透镜的电信号，通过形状的改变而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。

Description

车辆、天线系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆，更具体地，涉及一种具有天线系统的车辆。
背景技术
对自主驾驶和互联汽车的重要要求是高速通信和大容量通信。毫米波通信对于高速通信和大容量通信至关重要。但是，由于毫米波通信的通信范围比较短，因此为了将毫米波通信用作在驾驶时进行通信的车辆的通信系统，有必要增大特定方向上的指向性，以便增强与目标车辆的通信稳定性并弥补短通信距离的缺点。
发明内容
根据本公开的方面，提供了一种结构简单、成本低并且可提供高通信稳定性的天线系统。
本公开的方面是提供一种天线系统，包括：信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；可变透镜，被配置为根据施加到所述可变透镜的电信号，通过形状的改变而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
所述可变透镜包括：压电材料；以及晶格状的电极。
所述压电材料根据施加到所述电极的电信号而收缩或膨胀。
所述电极包括(+)极性电极和(-)极性电极；所述(+)极性电极和所述(-)极性电极彼此间隔开；并且所述(+)极性电极与所述(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料。
所述可变透镜的形状通过所述压电材料的收缩或膨胀而改变，并且所述波束选择器的所述输出信号根据所述可变透镜的形状的改变而具有在所述期望方向上的指向性。
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
具有在所述期望方向上的指向性的波束选择器的输出信号被发送到车辆和移动装置中的至少一者。
本公开的另一方面是提供一种天线系统的控制方法，包括：由信号处理器执行发送信号的信号处理；由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；以及由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，并且根据施加到所述可变透镜的电信号，通过形状的改变，使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
所述可变透镜包括：压电材料；以及晶格状的电极。
所述压电材料根据施加到所述电极的电信号而收缩或膨胀。
所述电极包括(+)极性电极和(-)极性电极；所述(+)极性电极和所述(-)极性电极彼此间隔开；并且所述(+)极性电极与所述(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料。
所述可变透镜的形状通过所述压电材料的收缩或膨胀而改变，并且所述波束选择器的所述输出信号根据所述可变透镜的形状的改变而具有在所述期望方向上的指向性。
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
具有在所述期望方向上的指向性的波束选择器的输出信号被发送到车辆和移动装置中的至少一者。
本公开的又一方面是提供一种天线系统，包括：信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；和可变透镜，被配置为包括电极，该电极包括(+)极性电极和(-)极性电极，其中：所述(+)极性电极和所述(-)极性电极彼此间隔开；所述(+)极性电极和所述(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料；并且当所述压电材料根据施加到所述(+)极性电极和所述(-)极性电极的电信号而收缩或膨胀时，所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
本公开的又一方面是提供一种天线系统的控制方法，包括：由信号处理器执行发送信号的信号处理；由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；和由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，其中：所述可变透镜包括电极，所述电极包括(+)极性电极和(-)极性电极；所述(+)极性电极和所述(-)极性电极彼此间隔开；所述(+)极性电极与所述(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料；并且当所述压电材料根据施加到所述(+)极性电极和所述(-)极性电极的电信号而收缩或膨胀时，所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
本公开的又一方面是提供一种车辆，包括：信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；和可变透镜，被配置为根据施加到所述可变透镜的电信号，通过形状的改变，使所述波束选择器的输出信号具有期望的方向的指向性。
本公开的又一方面是提供一种用于控制车辆的天线系统的方法，包括：由信号处理器执行发送信号的信号处理；由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；和由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，并且根据施加到所述可变透镜的电信号，通过形状的改变，使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
附图说明
通过以下结合附图对实施方式的描述，本公开的这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
图1是示出根据本公开的实施方式的车辆的V2X通信的图。
图2是示出根据本公开的实施方式的车辆的天线系统的视图。
图3是示出根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜的原理的视图。
图4是示出根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜的视图。
图5是示出图4中由附图标记450指示的部分的放大图的视图。
图6是示出根据本公开的实施方式的天线系统的定向波束的各种形式的视图。
图7是示出根据本公开的实施方式的使用天线系统与另一车辆的通信的图。
具体实施方式
应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船只的水上交通工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，除石油以外的其他资源所产生的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆。
本文所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和诸如“包括”或“包含”的变体将被理解为暗示包括所陈述的元件，而不是排除任何其他元件。另外，说明书中描述的术语“单元”，“……器”，“……者”和“模块”是指用于处理至少一者功能和操作的单元，并且可由硬件组件或软件组件及其组合来实现。
此外，本公开的控制逻辑可被实现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。所述计算机可读介质还可分布在网络耦合的计算机系统中，使得所述计算机可读介质以分布式方式被存储和执行，例如，由远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
图1是示出根据本公开的实施方式的车辆的V2X通信的图。
V2X通信是指“车辆对一切”，并且可解释为车辆与物体(或人)之间的通信。如图1所示，在V2X通信中，行驶中的车辆100和其他车辆通过无线通信交换并共享道路基础设施信息、交通信息、行人信息等。在车辆周围实现的V2X通信包括车辆到基础设施(V2I)、车辆到车辆(V2V)和车辆到行人(V2P)。
根据本公开的实施方式的车辆100通过与V2X基站102、其他车辆104和106、或行人108的移动装置118的V2X通信而进行通信，来获取关于车辆100的外围的信息。为此，车辆100与V2X基站102执行V2I通信(车辆到基础设施通信)，与其他车辆104和106进行V2V通信(车辆到车辆通信)，或者与行人108的移动装置118进行V2P通信(车辆到行人)。V2P通信具体是指与由行人108携带的移动装置118的通信，而不是与行人108所进行的通信。
车辆100通过经由V2I通信、V2V通信和V2P通信交换消息来执行双向通信以创建安全且愉快的驾驶环境。
就自主驾驶和联网汽车而言，要点之一是高速通信和大容量通信。毫米波通信对于高速通信和大容量通信是必不可少的。然而，由于毫米波通信的通信范围比较短，因此在大多数情况下，为了将毫米波通信用作在驾驶的同时进行通信的车辆的通信系统，需要提高特定方向的指向性，以增强与目标车辆的通信稳定性，并弥补短距离通信的不足。根据本公开的实施方式的车辆100的天线系统使用波束形成技术来改善在期望方向上的指向性。波束形成技术对于通过提高接收灵敏度来确保通信稳定性是非常有利的，因为通过将通信信号的能量集中在期望的特定方向上来发送通信信号。
为了实现在期望的特定方向上的指向性，根据本公开的实施方式的车辆100的天线系统使用可变透镜代替现有的相移(phase shift)。具体地，根据本公开的实施方式的车辆的天线系统使用利用压电元件(piezoelectric element)实现的可变透镜。将参考稍后将描述的图2至图7详细描述可变透镜。
图2是示出根据本公开的实施方式的车辆的天线系统的视图。
如图2所示，将从车辆100发送的通信信号在作为信号处理器的数字信号处理器212中进行信号处理，并且在AD/DA转换器214中被转换成信号形式，然后被发送到波束选择器216。AD/DA转换器214将通信信号从模拟转换为数字或从数字转换为模拟。波束选择器216组合天线波束的阵列，并在阵列的每个组合中调整天线的输出，以形成期望形状的整个天线系统的无线电波辐射图。
波束选择器216的输出信号通过根据本公开的实施方式的可变透镜218而具有在期望的方向上的指向性，并且通过指向性在期望的方向上传输。即，根据本公开的实施方式的从车辆100发送的通信信号可通过天线系统的可变透镜218在期望的方向上被引导和发送。
可变透镜218用于向通信信号赋予指向性的功能由控制器222控制。控制器222从GPS信号获得信令目标物体(例如，另一车辆106)的位置信息，确定期望的方向，即基于信号目标物体的位置信息传输信号的方向，并控制可变透镜218，使得要传输的信号具有指向性，并沿期望的方向传输。控制器222可从GPS信号获得车辆100的当前位置的坐标。控制器222还获取要向其发送信号的另一车辆106的位置信息(GPS坐标)，将车辆100的当前位置与另一车辆106的当前位置进行比较，并根据检测到的相对距离和相对方向通过控制可变透镜218来控制发送信号的方向。通过控制器222的控制而操作可变透镜218以形成定向波束220。
图3是示出根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜的原理的视图。如图3所示，根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜218利用压电元件的原理实现波束指向性。
图3的(A)是示出向压电元件302不施加电流的状态的视图。如果没有电流施加到压电元件302，则压电元件302保持基本形状(形状不变)。
图3的(B)是示出其中向压电元件302施加电流并且向压电元件302施加相同极性电流的状态的视图。即，当向压电元件302的(+)电极施加(+)极性电流，并且向压电元件302的(-)电极施加(-)极性电流时，如图3B所示，压电元件302的体积增加而大于压电元件302的基本形状。
图3的(C)是示出其中将具有与电极相反极性的电流施加到压电元件302状态的视图。即，当向压电元件302的(+)电极施加(-)极性电流，并且向压电元件302的(-)电极施加(+)极性电流时，如图3C所示，压电元件302的体积变得小于压电元件302的基本形状。
可使用如上所述的压电元件302的特性来实现根据本公开实施方式的天线系统的可变透镜218。即，当将电流施加到可变透镜218时，可通过改变相对于电极极性的电流的极性和大小来改变可变透镜218的形状，并且通过改变可变透镜218的形状，来自可变透镜218的波束的方向可自由地改变。根据本公开的实施方式的可变透镜218不限于压电元件302，并且可通过使用电信号改变其形状的另一种材料来实现。
图4是示出根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜的视图。图4A是可变透镜218的正视图，并且图4B是可变透镜218的侧视截面图。
如图4所示，根据本公开的实施方式的天线系统的可变透镜218被布置为使得晶格状的电极402和404彼此间间隔开，并且在两个电极402和404之间形成的空间被压电材料406填充。在图4中，电极402和404是一种电流条(current bar)，其中电极402是正极，电极404是负极。因此，压电材料406的形状根据施加到两个电极402和404中的每一个的电流的极性和大小而改变。根据在晶格形式的两个电极402和404之间的压电材料406的形状来确定波束(信号)的方向。
参照图5，将详细描述根据压电材料406的形状变化的波束方向。
图5是示出图4中由附图标记450指示的部分的放大图的视图。
如图5所示，当将具有与电极402a和404a相同极性的电流施加到晶格状的电极402和404的电极402a和404a时，压电材料406的体积增加。
相反，当将具有与电极402b和404b相反极性的电流施加到晶格状的电极402和404的电极402b和404b时，压电材料406的体积减小。具体地，由于施加到电极402b和404b的相反极性的电流的大小大于上述施加到电极402a和404a的电流的大小，所以压电材料406的体积进一步减小。
通过如上所述地施加电流，压电材料406的形状在图5中的箭头方向上突出，因此，波束(信号)在图5的箭头所示的方向上也具有指向性。如果施加到电极402和404的极性的电流极性不同于电极402和404的极性，则压电材料406的突出方向可不同地改变。而且，由于压电材料406的改变，波束(信号)的方向也将沿着压电材料406的突出方向改变。因此，根据对控制器222所施加的电流的极性和大小的控制来控制可变透镜218的波束形成，从而实现具有在期望方向上的指向性的通信。
图6是示出根据本公开的实施方式的天线系统的定向波束的各种形式的视图。
如图6所示，通过改变施加到可变透镜218的电极402和404的电流的极性和大小，来可变地控制压电材料406的投射方向，从而能够以各种形式和方向传输信号，诸如图6中所示的定向波束602。
图7是示出根据本公开的实施方式的使用天线系统与另一车辆的通信的图。
如图6所示，通过改变施加到可变透镜218的电极402和404的电流的极性和大小，来可变地控制压电材料406的投射方向，从而可将定向信号从车辆100传输到期望的其他车辆106，诸如图7所示的定向波束。
本公开的以上描述是出于说明性目的，并且本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本公开的技术精神或基本特征的情况下，可容易地进行其他具体的修改。因此，在所有方面，上述实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的。本公开的范围不限于以上阐述的详细描述，而是由本公开的所附权利要求书来限制，并且还应当理解，从权利要求书及其等同物的定义和范围得出的所有改变或修改将落入本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种天线系统，包括：
信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；
信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；以及
可变透镜，被配置为通过根据施加到所述可变透镜的电信号而产生的所述可变透镜的形状的改变，而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述可变透镜包括：
压电材料；以及
晶格状的电极。
3.根据权利要求2所述的天线系统，其中，所述压电材料根据施加到所述电极的电信号而收缩或膨胀。
4.根据权利要求2所述的天线系统，其中：
所述电极包括正(+)极性电极和负(-)极性电极；
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极彼此间隔开；并且
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料。
5.根据权利要求4所述的天线系统，其中，所述可变透镜的形状通过所述压电材料的收缩或膨胀而改变，并且所述波束选择器的输出信号根据所述可变透镜的形状的改变而具有在期望方向上的指向性。
6.根据权利要求5所述的天线系统，其中：
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；
所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且
所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其中，具有在期望方向上的指向性的波束选择器的输出信号被发送到车辆和移动装置中的至少一者。
8.一种控制天线系统的方法，包括以下步骤：
由信号处理器执行发送信号的信号处理；
由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；以及
由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，并且通过根据施加到所述可变透镜的电信号而产生的所述可变透镜的形状的改变，而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述可变透镜包括：
压电材料；以及
晶格状的电极。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述压电材料根据施加到所述电极的电信号而收缩或膨胀。
11.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述电极包括正(+)极性电极和负(-)极性电极；
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极彼此间隔开；并且
所述正(+)极性电极与所述负(-)极性电极之间的空间填充有所述压电材料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述可变透镜的形状通过所述压电材料的收缩或膨胀而改变，并且所述波束选择器的输出信号根据所述可变透镜的形状的改变而具有在期望方向上的指向性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；
所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且
所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，具有在期望方向上的指向性的波束选择器的输出信号被发送到车辆和移动装置中的至少一者。
15.一种天线系统，包括：
信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；
信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；以及
可变透镜，被配置为包括电极，该电极包括正(+)极性电极和负(-)极性电极，其中：
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极彼此间隔开；
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极之间的空间填充有压电材料；并且
当所述压电材料根据施加到所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极的电信号而收缩或膨胀时，所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
16.根据权利要求15所述的天线系统，其中：
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；
所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且
所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
17.一种天线系统的控制方法，包括以下步骤：
由信号处理器执行发送信号的信号处理；
由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；以及
由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，
其中，
所述可变透镜包括电极，该电极包括正(+)极性电极和负(-)极性电极，
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极彼此间隔开；
所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极之间的空间填充有压电材料；并且
当所述压电材料根据施加到所述正(+)极性电极和所述负(-)极性电极的电信号而收缩或膨胀时，所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述可变透镜的形状根据施加到所述电极上的电信号的变化而变化；
所述可变透镜的折射率根据所述可变透镜的形状的变化而变化；并且
所述波束选择器的输出信号的方向随着所述可变透镜的折射率的变化而变化。
19.一种车辆，包括：
信号处理器，被配置为执行发送信号的信号处理；
信号转换器，被配置为在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
波束选择器，被配置为形成期望形式的无线电波辐射图；以及
可变透镜，被配置为通过根据施加到所述可变透镜的电信号而产生的所述可变透镜的形状的改变，而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
20.一种控制用于车辆的天线系统的方法，包括以下步骤：
由信号处理器执行发送信号的信号处理；
由信号转换器在模拟和数字之间转换所述信号处理器的输出信号；
由波束选择器形成期望形式的无线电波辐射图；以及
由控制器的控制，将电信号施加到可变透镜，并且通过根据施加到所述可变透镜的电信号而产生的所述可变透镜的形状的改变，而使所述波束选择器的输出信号具有在期望的方向上的指向性。
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