DE102005053510A1

DE102005053510A1 - Kraftfahrzeug für Kfz-Kfz-Kommunikation und zugehöriges Verfahren zum Betreiben einer Antennenstruktur eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005053510A1
Application number: DE102005053510A
Authority: DE
Inventors: Damian Wisniowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-10
Also published as: WO2007054475A1; US20090222173A1; EP1946406A1; US8280592B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, ausgestattet für eine Funkkommunikation zu wenigstens einem weiteren Kraftfahrzeug, mit einer Antennenstruktur (A), über die Nutzsignale gesendet und empfangen werden können, wobei die Antennenstruktur (A) mit Hilfe einer Steuereinrichtung (ST) derart steuerbar ist, dass eine Einstellung ihrer Hauptkeule veränderbar ist, DOLLAR A sowie ein Verfahren zum Betreiben einer in einem Kraftfahrzeug installierten Antennenstruktur (A).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, ausgestattet für eine Funkkommunikation zu wenigstens einem weiteren Kraftfahrzeug, mit einer Antennenstruktur, über die Nutzsignale gesendet und empfangen werden können, sowie auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antennenstruktur.

Bekannte Fahrzeuge mit einer Antennenstruktur, welche grundsätzlich für eine Kfz-Kfz-Kommunikation, auch im Englischen „Car to Car Communication" genannt, geeignet sind, basieren auf konventionellen Antennen, die eine feststehende Strahlungscharakteristik bzw. Richtcharakteristik aufweisen. Solche Kraftfahrzeuge haben den Nachteil, dass sie für die Etablierung und Beibehaltung einer Kommunikationsverbindung insofern Nachteile aufweisen, dass ein Aufbau von Funkverbindungen teilweise sehr zeitintensiv ist und eine bestehende Funkverbindung aufgrund äußerer Randbedingungen häufig unterbrochen und neu aufgenommen werden muss.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrtzeug mit einer Antennenstruktur für Funkkommunikation anzugeben, bei dem Funkverbindungen zuverlässiger aufgenommen und aufrecht erhalten werden können. Außerdem soll ein Verfahren zum Betreiben von Antennenstrukturen angegeben werden, die bei einem solchen Kraftfahrtzeug zum Einsatz kommen.

Hinsichtlich des Kraftfahrzeugs wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antennenstruktur mit Hilfe einer Steuereinrichtung derart steuerbar ist, dass eine Einstellung ihrer Hauptkeule veränderbar ist.

Wenn nun der Fall betrachtet wird, dass zwischen zwei Kraftfahrzeugen, die sich in einem variablen Abstand zueinander über dieselbe Strasse bewegen, eine Funkkommunikation stattfinden soll, bietet die steuerbare Antennenstruktur den Vorteil, dass etwaigen Veränderungen in der räumlichen Ausrichtung der Längsachsen der Kraftfahrzeuge Rechnung getragen werden kann. Da die Antennenstruktur anders als im Stand der Technik steuerbar ist, kann die Hauptkeule der Strahlungscharakteristik der Antennenstruktur des Kraftfahrzeugs in geeigneter Weise modifiziert werden, um eine Qualität einer Funkverbindung zu einem beispielsweise vorausfahrenden Kraftfahrzeug beizubehalten oder jedenfalls für eine jeweilige Ausrichtung der Kraftfahrzeuge zueinander zu optimieren.

Bevorzugt kann die Antennenstruktur eine Mehrzahl Einzelstrahler aufweisen, wobei die Steuereinrichtung derart angepasst ist, dass durch eine Ansteuerung von Phasenlagen von Signalen der Einzelstrahler eine Ausrichtung der Hauptkeule in einer horizontalen Ebene der Strahlungscharakteristik einstellbar ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Steuerungsmöglichkeiten für die Antennenstruktur im Wesentlichen auf eine horizontale Ebene beschränkt werden. Dies ist deshalb möglich, weil zwei in einer Funkkommunikationsverbindung stehende Kraftfahrzeuge sich typischer Weise in ihrer geographischen Höhenlage nicht nennenswert unterscheiden.

Neben der Ausrichtung der Hauptkeule der Antennenstruktur an sich kann es von Vorteil sein, wenn die Steuereinrichtung zum Verändern eines Öffnungswinkels der Hauptkeule angepasst ist. Dies gestattet es, je nach herrschenden äußeren Randbedingungen diesen Öffnungswinkel zu vergrößern oder zu verkleinern. Ein großer Öffnungswinkel hat den Vorteil, dass eine Voraussetzung für den Aufbau einer Funkkommunikationsverbindung zu dem weiteren Kraftfahrzeug bei nicht zu großer Entfernung zwischen den beiden Kraftfahrzeugen verbessert ist. Wird der Öffnungswinkel vermindert und damit der von der Antennenstruktur beaufschlagte Raumwinkel verkleinert, lässt sich eine Datenrate für die Funkkommunikationsverbindung aber auch eine Reichweite erhöhen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist die Steuereinrichtung derart angepasst, dass mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur vermindert wird. Umgekehrt ausgedrückt, wird bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit mit vergleichsweise großem Öffnungswinkel gearbeitet, was den Vorteil hat, dass zu Lasten einer geringeren Reichweite, die bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ohne weiteres vertretbar ist, ein größerer Raumwinkel für den Empfang von Signalen weiterer Kraftfahrzeuge abgedeckt werden kann.

Gerade für den Aufbau einer neuen Kommunikationsverbindung kann es günstig sein, dass die Steuereinrichtung derart angepasst ist, dass der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur kontinuierlich verändert wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Hin- und Herbewegung des Winkels der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur bewerkstelligt werden. Auf diese Weise wird ein Scannen der Umgebung des Kraftfahrzeugs nach empfangbaren Nutzsignalen ermöglicht.

Zum Aufbau einer neuen Kommunikationsverbindung kann es günstig sein, wenn ein maximaler Auslenkwinkel für die Hin- und Herbewegung der Hauptkeule der Antennenstruktur mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verkleinert ist. Auch hier ist der Hintergrund, dass mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit ein typischer Abstand zwischen zwei Kraftfahrzeugen, die eine Kommunikationsverbindung zueinander aufbauen können, größer ist, so dass die Antennenstruktur zum Gewährleisten einer erhöhten Reichweite zu betreiben ist. Dazu ist beim Scannen der Umgebung auf einen geringeren Öffnungswinkel abzustellen.

Die oben angegebene Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer in einem Kraftfahrzeug installierten Antennenstruktur, über die Nutzsignale gesendet und empfangen werden, wobei die Antennenstruktur mit Hilfe einer Steuereinrichtung derart gesteuert wird, dass eine Einstellung ihrer Hauptkeule verändert wird.

Damit gewährleistet das Verfahren, einen Betrieb der Antennenstruktur, der eine Anpassung an veränderliche Kanalbedingungen für eine Funkkommunikation ermöglicht.

Bevorzugt wird die Antennenstruktur derart gesteuert, dass über eine Ansteuerung von Phasenlagen von Signalen von Einzelstrahlern eine Ausrichtung der Hauptskeule in einer horizontalen Ebene der Strahlungscharakteristik eingestellt wird. In diesem Fall liegt die Antennenstruktur als Feld von Einzelstrahlern vor, die hinsichtlich der Phasenlage ihrer Signale einzeln ansteuerbar sind, so dass eine Ausrichtung der Hauptkeule der Antennenstruktur, die eine Überlagerung des Einzelkeulen der Einzelstrahler ist, eingestellt werden kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen 1 bis 16 hervor, deren Vorteile bereits oben anhand der Erläuterung des Kraftfahrzeugs, das mit der fraglichen Antennenstruktur ausgestattet ist, erläutert worden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Blockdiagrammdarstellung wesentlicher Komponenten eines Kraftfahrzeugs für eine Funkkommunikation mit einem weiteren Kraftfahrzeug.

Ein in der Figur nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug ist mit einer Antennenstruktur A ausgestattet, die mit Hilfe einer Steuereinrichtung ST steuerbar ist. Die Antennenstruktur ist aus einer Mehrzahl Einzelstrahler aufgebaut, die jeweils eine eigene Strahlungscharakteristik aufweisen. Eine Überlagerung der Strahlungscharakteristika der Einzelstrahler ergibt eine Hauptkeule der Antennenstruktur A insgesamt, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften durch die Steuereinrichtung ST veränderbar ist. Die Steuereinrichtung ST beeinflusst durch geeignete Ansteuerung von Phasenlagen von Signalen der Einzelstrahler die Richtung der Hauptkeule, und zwar in einer horizontalen Ebene.

Mit Hilfe der Steuereinrichtung ST können beispielsweise in Software realisierte Verfahren durchgeführt werden, welche Eigenschaften der Antennenstruktur A beeinflussen. Die Steuereinrichtung ST steht mit einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung GE in Verbindung, um einen Betrieb der Antennenstruktur A in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit steuern zu können. Eine Richtungserfassungseinrichtung RE liefert Ausgangssignale an die Steuereinrichtung ST, welche aktuelle Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs wiedergeben. Insofern wird eine Einbeziehung von Lenkbewegungen des Kraftfahrzeuges in eine Steuerung der Antennenstruktur A ermöglicht.

Im vorgestellten Ausführungsbeispiel dient die Steuereinrichtung ST gleichzeitig auch zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur A empfangenen Nutzsignalen zur Darstellung auf einer Wiedergabeeinrichtung WE. Außerdem kann die Steuereinrichtung ST Eingangssignale verschiedener Art derart weiter verarbeiten, dass sie als Nutzsignale über die Antennenstruktur A ausgestrahlt werden können.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung ST derart ausgelegt, dass ein Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur A an eine Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird. Bei langsamerer Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Öffnungswinkel vergrößert, was gleichzeitig einen Gewinn der Antennenstruktur in der Hauptkeulenrichtung verkleinert und auch eine geringere Reichweite nach sich zieht. Demgegenüber wird der Öffnungswinkel bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit verkleinert, wobei automatisch die Reichweite der Antennenstruktur vergrößert wird.

Dieses Ausführungsbeispiel für die Auslegung der Steuereinrichtung ST ermöglicht ein Verfahren, bei dem eine Fahrzeugsicherheit verbessert ist, da bei schneller Fahrt, wie beispielsweise auf einer Autobahn, sicherheitsrelevante Informationen aufgrund der höheren Reichweite der Antennenstruktur A früher empfangen werden können und einem Fahrer des Kraftfahrzeugs mehr Zeit für angemessene Reaktionen bleibt. Ein Beispiel für Informationen, die möglichst schnell dem Fahrer signalisiert werden sollten, sind glatte Fahrbahnbereiche, wie sie bei Brücken gehäuft auftreten können, oder Stauenden, bei denen ggf. eine schnelle Reaktion des Fahrers von Nöten ist.

Wenn das Kraftfahrzeug demgegenüber mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, wie beispielsweise im Stadtverkehr, unterwegs ist, ist eine große Reichweite der Antennenstruktur A nicht von so hoher Bedeutung. Dies kann dadurch genutzt werden, dass der Öffnungswinkel der Hauptkeule möglichst groß ist, so dass ggf. von mehreren weiteren Kraftfahrzeugen Informationen in Form von Nutzsignalen über die Antennenstruktur A aus der unmittelbaren Umgebung empfangen werden können.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Auslegung der Steuereinrichtung ST wird davon ausgegangen, dass noch keine Funkverbindung zu einem weiteren Kraftfahrtzeug aufgebaut worden ist. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenn der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur A kontinuierlich verändert und an die Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird, wobei letztere von der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung GE geliefert werden kann. Der Winkel, in dem die Hauptkeule der Antennenstruktur A kontinuierlich hin und her bewegt wird, sollte bei langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit größer, bei schneller Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner sein. Dies hat den Vorteil, dass bei schneller Fahrzeuggeschwindigkeit die Hauptkeule auf Raumwinkel konzentriert werden kann, aus denen ggf. sicherheitsrelevante Informationen zu erwarten sind. Sicherheitsrelevante Informationen können bevorzugt weit vor dem Fahrzeug ausgestrahlt werden, und zwar nicht notwendiger Weise von einem anderen Kraftfahrzeug sondern auch von festen Sendestationen. Bei langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit ist der mögliche Winkel für die Ausrichtung der Hauptkeule erweitert, so dass auch weiter seitlich liegende Raumgebiete gescannt werden können.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um eine Weiterentwicklung des zweiten Ausführungsbeispiels handelt, ist die Bewegung der Hauptkeule in bevorzugter horizontaler Ebene nicht kontinuierlich sondern an die Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst. Bei schneller Fahrt wird die Hauptkeule häufiger und langsamer in einer zentralen Richtung bewegt, d. h. im Bereich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs, während äußere Winkelbereiche bis zu einem maximalen Winkel seltener und gleichzeitig schneller durchschritten werden. Bei langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit kann die kontinuierliche Fortbewegung der Ausrichtung der Hauptkeule beibehalten werden.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel wird der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur A zum Etablieren einer neuen Funkverbindung ebenfalls mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variiert. Bei schneller Fahrt wird der Öffnungswinkel der Hauptkeule häufiger und für längere Zeit klein gehalten. Er wird vergleichsweise seltener große Werte annehmen und dies auch nur für vergleichsweise kürzere Zeit. Demgegenüber kann bei langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit der Öffnungswinkel häufiger und für längere Zeit groß sein.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Richtungserfassungseinrichtung RE berücksichtigt, welche insbesondere Lenkbewegungen für das Kraftfahrzeug wiedergeben. Die Hauptkeule der Antennenstruktur A wird für eine bestimmte Zeit häufiger in die Richtung der Lenkbewegung gerichtet, d. h. in die nunmehr geänderte Zielrichtung für das Kraftfahrzeug. Alternativ ist es auch möglich, den ursprünglichen Winkel, innerhalb dem die Hauptkeule in ihrer Richtung geändert werden kann, um einen weiteren Winkel zu erweitern, der sich aus dem Winkel ergibt, der der Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs entspricht.

Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung ST derart ausgelegt, dass ihre Hauptkeule adaptiv auf veränderte Positionen eines gerade empfangenen Senders ausgerichtet wird. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung ST unmittelbar eine Signalstärke der Empfangssignale von der Antennenstruktur A auswerten und dann ggf. die Ausrichtung der Hauptkeule ändern oder aber den Öffnungswinkel für die Bewegung der Hauptkeule. Beide Maßnahmen gewährleisten eine Berücksichtigung einer Veränderung der Position des gerade empfangenen Senders.

Auch ist es möglich, die Steuereinrichtung ST so auszuführen, dass die Inhalte empfangener Nachrichten berücksichtigt werden. Wird beispielsweise eine sicherheitsrelevante Nachricht, die eine glatte Fahrbahn an einer Brücke oder einen Autounfall bei einer bestimmten Position betrifft, empfangen, wird die Hauptkeule der Antennenstruktur A in die Richtung der erwarteten Gefahr entweder nur gehäuft oder permanent ausgesteuert.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann, soweit vorhanden, auch ein Zusammenwirken der Steuereinrichtung ST mit einem Navigationssystem für Kraftfahrzeuge von Statten gehen. Dabei kann das Navigationssystem Informationen über voraussichtliche Richtungsänderungen für das Kraftfahrzeug bereitstellen, so dass die Antennenstruktur A von der Steuereinrichtung ST so angesteuert werden kann, dass die Hauptkeule immer auf einen jeweils aktuell zu durchfahrenden Raumbereich ausgerichtet ist.

Claims

Kraftfahrzeug, ausgestattet für eine Funkkommunikation zu wenigstens einem weiteren Kraftfahrzeug, mit einer Antennenstruktur (A), über die Nutzsignale gesendet und empfangen werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (A) mit Hilfe einer Steuereinrichtung (ST) derart steuerbar ist, dass eine Einstellung ihrer Hauptkeule veränderbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (A) eine Mehrzahl Einzelstrahler aufweist und die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, dass über eine Ansteuerung von Phasenlagen von Signalen der Einzelstrahler eine Ausrichtung der Hauptkeule in einer horizontalen Ebene der Strahlungscharakteristik einstellbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) zum Verändern eines Öffnungswinkels der Hauptkeule angepasst ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, dass der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) in Abhängigkeit von einer Fortbewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die von einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung (GE) bereitgestellt ist, anpassbar ist.
Kraftfahrzeug nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, dass mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) vermindert wird.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung zu dem weiteren Kraftfahrzeug derart angepasst ist, dass der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) kontinuierlich verändert wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, dass der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) kontinuierlich hin und her bewegt wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, ein maximaler Auslenkwinkel für die Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verkleinert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart angepasst ist, dass bei hoher Fahrgeschwindigkeit der Öffnungswinkel der Hauptkeule häufiger und für längere Zeit klein gehalten wird als bei niedrigerer Fahrgeschwindigkeit.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgelegt ist, dass die Hauptkeule auf ein ortsfestes Ziel ausgerichtet bleibt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgelegt ist, dass die Ausrichtung der Hauptkeule der Antennenanordnung an eine Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs angepasst ist, die von einer Richtungserfassungseinrichtung bereit gestellt ist.
Verfahren zum Betreiben einer in einem Kraftfahrzeug installierten Antennenstruktur (A), über die Nutzsignale gesendet und empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (A) mit Hilfe einer Steuereinrichtung (ST) derart gesteuert wird, dass eine Einstellung ihrer Hauptkeule verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur (A) derart gesteuert wird, dass über eine Ansteuerung von Phasenlagen von Signalen von Einzelstrahlern eine Ausrichtung der Hauptkeule in einer horizontalen Ebene der Strahlungscharakteristik eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungswinkel der Hauptkeule verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) in Abhängigkeit von einer Fortbewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit vermindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung zu einem weiteren Kraftfahrzeug kontinuierlich verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) kontinuierlich hin und her bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Auslenkwinkel für die Richtung der Hauptkeule der Antennenstruktur (A) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verkleinert wird.