DE102009011276A1

DE102009011276A1 - Kommunikationssystem eines Fahrzeugs im Straßenverkehr und Verfahren zur Fahrzeugkommunikation

Info

Publication number: DE102009011276A1
Application number: DE102009011276A
Authority: DE
Inventors: Hagen Stuebing
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem (1) eines Fahrzeugs (2) im Straßenverkehr (16) und ein Verfahren zur Fahrzeugkommunikation. Dazu weist das Kommunikationssystem (1) ein Kommunikationsmodul (17) zum Datenaustausch unterschiedlicher Nachrichtentypen zu benachbarten Fahrzeugen (3-15) im Straßenverkehr (16) oder zu straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen (18) auf. Ferner ist eine Eingabeeinheit (19) für Lenkbewegungen des Fahrzeugs (2) und eine Antennenanlage (20) mit mehreren Antennenelementen (21-32) zum drahtlosen Datenaustausch vorgesehen. Eine Steuereinrichtung (33) passt Strahlungskeulen (34-57) der Antennenanlage (20) den Nachrichtentypen und/oder den Lenkbewegungen des Fahrzeugs (2) an. Dazu weist die Steuereinrichtung (33) einen Phasenschieber (58) zur Phasenanpassung der einzelnen Antennenelemente (21-32), eine Abstandsanpassungseinrichtung (59) der Antennenelemente (21-32), eine Antennenauswahleinrichtung (60) der Antennenelemente (21-32) und eine Antennenleistungsanpassungseinrichtung (61) der Antennenelemente (21-32) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem eines Fahrzeugs im Straßenverkehr und ein Verfahren zur Fahrzeugkommunikation. Dazu weist das Kommunikationssystem ein Kommunikationsmodul zum Datenaustausch unterschiedlicher Nachrichtentypen zu benachbarten Fahrzeugen im Straßenverkehr auf. Ferner ist eine Eingabeeinheit für Lenkbewegungen des Fahrzeugs und eine Antennenanlage mit mehreren Antennenelementen zum drahtlosen Datenaustausch vorgesehen.
Ein derartiges drahtloses Kommunikations- und Warnsystem zwischen Fahrzeugen ist aus der Druckschrift US 6,707,378 B2 bekannt. Das bekannte drahtlose Kommunikations- und Warnsystem zwischen Fahrzeugen weist ein Hauptfahrzeug innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes auf. Dazu schließt das System eine erste variable Antenne ein, die ein Fahrzeugerfassungssignal empfängt und einen variablen Verstärker besitzt, der elektrisch mit der ersten variablen Antenne gekoppelt ist und der das Fahrzeugerkennungssignal modifiziert.
Eine Übertragungsantenne fokussiert und überträgt ein Mustersignal auf mindestens ein anderes Fahrzeug in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk. Ein Übertragungsantennenverstärker ist elektrisch mit der Übertragungsantenne gekoppelt und modifiziert das Mustersignal. Ein Hauptsteuergerät ist wiederum elektrisch mit dem variablen Verstärker, dem Übertragungsantennenverstärker und einem Fahrzeugnetzwerk gekoppelt. Das Hauptsteuergerät erzeugt das Mustersignal in Reaktion auf das Fahrzeugerfassungssignal und ein Fahrzeugnetzwerksignal.
Dieses drahtlose Kommunikations- und Warnsystem zwischen Fahrzeugen hat den Nachteil, dass es eine Vielzahl von Nachrichtentypen bei der drahtlosen Kommunikation weder unterscheidet noch erfasst oder berücksichtigt, so dass dieses System nur in der offenbarten eingeschränkten Form einsetzbar ist. Der Datenaustausch zwischen Fahrzeugen bzw. die Kommunikation zwischen Fahrzeugen entwickelt sich jedoch ständig weiter und birgt die Gefahr, dass sich in die drahtlose Kommunikation unbefugte Dritte einklinken können, um so Fahrzeugbewegungen im Straßenverkehr über weite Strecken unberechtigt zu verfolgen, zu registrieren und zu überwachen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Gefahr der unbefugten Registrierung, Überwachung und Verfolgung von Fahrzeugbewegungen beim Einsatz eines drahtlosen Kommunikationssystems zu vermindern und ein verbessertes Kommunikationssystem für Fahrzeuge sowie ein verbessertes Verfahren zur Fahrzeugkommunikation zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Kommunikationssystem eines Fahrzeugs im Straßenverkehr und ein Verfahren zur Fahrzeugkommunikation geschaffen. Dazu weist das Kommunikationssystem ein Kommunikationsmodul zum Datenaustausch unterschiedlicher Nachrichtentypen zu benachbarten Fahrzeugen im Straßenverkehr oder zu straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen auf. Ferner sind eine Eingabeeinheit für Lenkbewegungen des Fahrzeugs und eine Antennenanlage mit mehreren Antennenelementen zum drahtlosen Datenaustausch vorgesehen. Eine Steuereinrichtung passt Strahlungskeulen der Antennenanlage den Nachrichtentypen und/oder den Lenkbewegungen des Fahrzeugs an. Dazu weist die Steuereinrichtung einen Phasenschieber zur Phasenanpassung der einzelnen Antennenelemente, eine Abstandsanpassungseinrichtung der Antennenelemente, eine Antennenauswahleinrichtung der Antennenelemente und eine Antennenleistungsanpassungseinrichtung der Antennenelemente auf.
Ein derartiges Kommunikationssystem hat den Vorteil, dass die Strahlungskeulen an die Erfordernisse unterschiedlicher Nachrichtentypen bei der Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeug und straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen angepasst werden. Praktisch werden die Strahlungskeulen derart verformt, dass ihre Ausbreitungsrichtungen auf den Straßenverlauf und/oder auf die im Straßenverlauf angebrachten Infrastruktureinrichtungen ausgerichtet werden.
Derartige Infrastruktureinrichtungen können mit Hilfe des drahtlosen Kommunikationssystems kommunikativ Verkehrsunfälle, Staubereiche oder Straßengebühren übermitteln, anzeigen oder kontieren. Um die Sicherheit gegenüber einem Zugriff von Unbefugten zu erhöhen, erfolgt eine Anpassung der Strahlungskeulen in Bezug auf Ausrichtung, Reichweite, Erfassungsbreite und Strahlungsintensität an den Straßenverkehr auch in Bezug auf Lenkbewegungen des Fahrzeugs und auf Anordnungen von Infrastruktureinrichtungen.
Durch die Anpassung der Formen der Strahlungskeulen an die Bedürfnisse von unterschiedlichen Nachrichtentypen, so genannten „V2V messages” (vehicle to vehicle messages), die in einem derartigen Kommunikationsnetz auftreten, ergibt sich ein verbesserter Nutzen der Kanalkapazität für derartige Kommunikationen zwischen Fahrzeugen, da Nachrichten bzw. Nachrichtentypen nur in den Richtungen von vorgesehenen Empfängern ausgestrahlt werden. Damit wird auch die Gefahr der Überlastung der für diese Kommunikationen vorgesehenen Kanäle vermindert.
Außerdem lässt sich eine verbesserte Steuerung von Anhäufungen von Daten in integrierten Mikroschaltungen mit MAC-Steuerung (media access control) durchführen. Durch Variation der Speiseleistung für die Antennenanlage kann die Kommunikationsreichweite an die Bedürfnisse der Nachrichtentypen angepasst werden. Durch die verbesserte Anpassung der Sendecharakteristiken der Antennenanlage an die Nachrichtentypen für die Kommunikation unter Fahrzeugen, wird eine allgemeine Verbesserung bisheriger Kommunikationssysteme zwischen Fahrzeugen erreicht. Schließlich, wie oben bereits erwähnt, können eine höhere Sicherheit und Individualität sowie ein besserer privater Datenschutz für derartige drahtlose Kommunikationssysteme erreicht werden, da Unbefugte, die nicht unmittelbar an dem Straßenverkehr beteiligt sind, die gesendeten Nachrichtentypen nicht empfangen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus den geringeren Kosten, die mit dem erfindungsgemäßen drahtlosen Kommunikationssystem zwischen Fahrzeugen erreicht werden können, da die Kosten für das Verschlüsseln von Infrastrukturinformationen reduziert werden können. Darüber hinaus können geringer zertifizierte Verschlüsselungssysteme eingesetzt werden, so dass die Kosten auch für eine kryptographische Hardware und/oder Software vermindert werden. Außerdem kann das angepasste drahtlose Kommunikationssystem verwendet werden, um andere Übertra gungssysteme zu verbessern, wie RADAR-Übertragungssysteme oder SONAR-Übertragungssysteme usw. Außerdem lässt sich die lenkungsabhängige Ausrichtung der Strahlungskeulen mit den bereits kurvenadaptierten Scheinwerfereinrichtungen und Steuerungen für Fahrzeuge kombinieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kommunikationsmodul alle Software- und Hardwaremodule eines Fahrzeugs, die eine Generation und Bewertung von Nachrichtentypen realisieren. Derartige Nachrichtentypen können unterschieden werden. So gibt es beispielsweise einen allgemein gültigen Nachrichtentyp, der geographisch nicht begrenzt ist und auch CAM-Typ (cooperative awareness message) genannt wird. Über diesen allgemein gültigen und lokal nicht begrenzten Nachrichtentyp kann eine Vielzahl von Verkehrsteilnehmern bzw. Fahrzeugen miteinander kommunizieren.
Darüber hinaus gibt es einen regionalen Nachrichtentyp, der auch DEN (decentralized environment notification) genannt wird, der auf regionale Besonderheiten des Straßenverkehrs begrenzt ist. Ferner ist mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem die Ausrichtung der Strahlungskeulen auf straßenseitig elektronische Infrastruktureinrichtungen möglich, die auch RSU (road side unit) genannt werden und einen straßenseitig übertragbaren Nachrichtentyp darstellen. Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem ein Rettungsfahrzeugalarmtyp bei der Ausrichtung der Strahlungskeulen berücksichtigt werden. Dabei werden Fahrzeuge, welche vor dem Rettungswagen im Straßenverkehr vorhanden sind, vor dem Herannahen des Rettungsfahrzeugs gewarnt.
Schließlich kann ein Nachrichtentyp in dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem berücksichtigt werden, bei dem von Fahr zeug zu Fahrzeug Übertragungen stattfinden, so dass selbst weit entfernte Unfallereignisse über lange Strecken, welche die Reichweite der Strahlungskeulen eines einzelnen Fahrzeugs deutlich überschreiten, übertragen werden können. Dazu bildet jedes Fahrzeug der Übertragungsstrecke praktisch eine Relaisstation mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem. Mit einem derartigen übertragbaren Nachrichtentyp von Fahrzeug zu Fahrzeug können mehrere Kilometer Fahrstrecke überwunden werden, wenn die Strahlungskeulen der Empfangsantennen in ihrer Reichweite und Ausrichtung derart angepasst sind, dass in Fahrtrichtung oder in Gegenfahrtrichtung benachbarte Fahrzeuge von den Strahlungskeulen des benachbarten Fahrzeugs noch erfasst werden.
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem kann vorzugsweise in unterschiedlichen Szenarien für Autobahnen oder für kurvenreiche Straßen eingesetzt und vorgesehen werden. Da das erfindungsgemäße Kommunikationssystem über eine derartige Strahlenausrichtung verfügt, dass Nachrichtentypen nur entlang der Straße abgestrahlt und empfangen werden, folgt ein derartiger von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragbarer Nachrichtentyp in vorteilhafter Weise dem Verlauf einer Autobahn und/oder einer kurvenreichen Strecke.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antennenanlage zwei sich orthogonal kreuzende lineare Antennenanordnungen einzelner Antennenelemente auf, wobei die gekreuzte Anordnung eine hohe Variationsbreite der Anpassung der Strahlungskeulen der Antennenanlage an die unterschiedlichen Nachrichtentypen ermöglicht. Dabei können die Antennenelemente als Patch-Antennen in Mikrometer Abmessungen auf Leiterplatten oder Halbleiterstrukturen angeordnet sein und derart dicht auf der Antennenanordnung angesiedelt werden, dass es möglich ist, durch Selektion von Antennenelementen aus einer Vielzahl von Antennenelementen auf einer linearen Antennenanordnung den Abstand zwischen den Antennenelementen in Bruchteilen von Wellenlängen variabel einzustellen.
Damit die Strahlungskeulen beispielsweise Straßenkurven oder straßenseitige elektronische Infrastruktureinrichtungen abtasten können, kann zusätzlich mit Hilfe eines Phasenschiebers für jedes ausgewählte und aktivierte Antennenelement die Phasenverschiebung des Antennenspeisestroms in Abhängigkeit des aktuellen Steuerungswinkels der Fahrzeuglenkeinrichtung und/oder des zu kommunizierenden Nachrichtentyps berechnet und gesteuert werden.
Um einen Steuerungswinkel eines Fahrzeugs zu berücksichtigen, ist zusätzlich eine Eingabeeinheit für Lenkbewegungen des Fahrzeugs vorgesehen, die einen Datensatz des aktuellen Steuerungswinkels, den der Fahrer eingeschlagen hat, generiert bzw. erfasst und diesen Datensatz über einen CAN-Bus des Fahrzeugs der Steuereinrichtung zur Ausrichtung der Strahlungskeulen der Antennenanlage bereitstellt.
Vorzugsweise ist eine Abstandsanpassungseinrichtung in der Steuereinrichtung vorgesehen, mit welcher der Abstand zwischen den Antennenelementen in Bruchteilen der Wellenlänge durch Auswahl einer Teilanzahl von vorhandenen Antennenelementen auf jeder der sich kreuzenden Antennenanordnungen eingestellt werden kann. Dieses geschieht dann durch selektives Einschalten bzw. durch selektives Abschalten von Antennenelementen auf einer der linearen Antennenanordnungen.
Außerdem ist in dem Steuerungsgerät, wie oben bereits erwähnt, eine Antennenauswahleinrichtung vorgesehen, die ent scheidet bzw. ermittelt, wie viele und welche der Antennenelemente einzusetzen sind, um die Strahlungskeulen für den jeweiligen Nachrichtentyp bereitzustellen.
Darüber hinaus wird vorzugsweise eine Kommunikationsreichweite bzw. Strahlungsreichweite der Antennenelemente durch Anpassung des Antennenspeisesignals mit Hilfe einer Antennenleistungsanpassungseinrichtung eingestellt. Dazu weist die Steuereinrichtung ein Speisestromnetzwerk auf, das jedes einzelne Antennenelement mit den entsprechenden Speiseströmen unter einer vorausberechneten Phasendifferenz versorgt.
Ein Verfahren zur Fahrzeugkommunikation weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wird der zu kommunizierende Nachrichtentyp durch ein Kommunikationsmodul ermittelt und dieser ermittelte Nachrichtentyp an eine Steuerungseinrichtung einer Antennenanlage weitergeleitet. Ferner wird an die Steuerungseinrichtung ein aktueller Steuerungswinkel nach Erfassen der Lenkbewegungen eines Fahrzeugs über einen CAN-Bus übermittelt. In der Steuerungseinrichtung werden dann die Anzahl und Positionen von Antennenelementen der Antennenanlage sowie die Phasendifferenz der Einspeiseströme der einzelnen Antennenelemente zum Bilden unterschiedlicher an den Nachrichtentyp und/oder den Steuerungswinkel angepasster Strahlungskeulen der Antennenanlage berechnet. Das Ergebnis dieser Berechnungen führt zu einem Einspeisestrom für die Antennenanlage unter Ausbilden von nachrichtentyp- und/oder steuerungswinkelabhängigen Strahlungskeulen der Antennenanlage. Danach kann dann die Kommunikation unter Fahrzeugen und/oder mit straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen erfolgen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass für die Fahrzeugkommunikation Strahlungskeulen erzeugt und angepasst werden, die auf den Nachrichtentyp zugeschnitten sind, so dass ein Registrieren, Verfolgen und Ermitteln des Fahrweges eines Fahrzeugs durch Unbefugte verhindert wird. Darüber hinaus hat dieses Verfahren zur Fahrzeugkommunikation den Vorteil, dass die zur Verfügung stehenden Kanäle für eine derartige Kommunikation von Fahrzeugen untereinander bzw. mit Infrastruktureinrichtungen nicht mehr überlastet werden, da das Einströmen von Nachrichten einer Vielzahl von Nachrichtentypen benachbarter Fahrzeuge durch die begrenzten Strahlungskeulen unterdrückt wird.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden der Abstand zwischen einzelnen Antennenelementen von sich orthogonal kreuzenden linear ausgerichteten Antennenanordnungen und eine Phasendifferenz des Einspeisungsstroms für jedes aktivierte Antennenelement für eine optimale Anpassung der Strahlungskeulen an die unterschiedlichen Nachrichtentypen in Bruchteilen von Wellenlängen eingestellt. Darüber hinaus werden unterschiedliche Strahlungskeulen in Bezug auf Richtung, Leistung und Abstrahlwinkel sowohl für einen allgemein gültigen Nachrichtentyp als auch für einen regional gültigen Nachrichtentyp und einen straßenseitig übertragbaren Nachrichtentyp sowie einen Rettungsfahrzeug Alarm-Nachrichtentyp oder einen von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragbaren Nachrichtentyp durch das Kommunikationsmodul berechnet und durch die Steuereinrichtung eingestellt. Ferner können die Kommunikationsreichweite bzw. Strahlungsreichweite der Antennenelemente durch Anpassung des Antennenspeisesignals mittels einer Antennenleistungsanpassungseinrichtung eingestellt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 bis 7 zeigen schematische Beispiele für die Ausrichtung von Strahlungskeulen mit Hilfe des Kommunikationssystems gemäß 1;
2 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen einer Antennenanlage an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch entlang einer geraden Strecke ausgerichtet ist;
3 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen der Antennenanlage an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch entlang einer kurvenreichen Straße ausgerichtet ist;
4 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen der Antennenanlage an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch zwischen einem Fahrzeug und einer elektronischen straßenseitigen Infrastruktureinrichtung ausgerichtet ist;
5 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen einer Antennenanlage eines Rettungsfahrzeugs, die auf Nachrichtenaustausch mit vorausfahrenden Fahrzeugen ausgerichtet ist;
6 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen einer Antennenanlage an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch von Fahrzeug zu Fahrzeug ausgerichtet ist;
7 zeigt eine schematische Darstellung einer stark befahrenen Autobahn mit einer Vielzahl von Fahrzeugen, deren Kommunikationssystem überlappende Strahlungskeulen aufweist.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationssystems 1 eines Fahrzeugs 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 2 ist mit einem CAN-Bus 64 ausgestattet, der mit einer Eingabeeinheit 19 für Lenkbewegungen des Fahrzeugs 2 in Verbindung steht. Der aus den Lenkbewegungen resultierende aktuelle Steuerungswinkel kann bei Kurvenfahrten über den CAN-Bus 64 direkt in eine Steuereinrichtung 33 zur Ansteuerung einer Antennenanlage 20 eingegeben werden.
Weiterhin weist das Kommunikationssystem 1 ein Kommunikationsmodul 17 auf, in dem die gesamte Software und Hardware zur Generierung und Bewertung von Nachrichtentypen der Kommunikation von Fahrzeugen zusammengefasst sind. Dabei wird in Abhängigkeit der unterschiedlichen Nachrichtentypen die Anzahl und der Abstand von Antennenelementen 21 bis 32 der Antennenanlage 20 angepasst, um eine optimale Antennenausrichtung mit entsprechend optimal ausgerichteten Strahlungskeulen zu erreichen. Dazu weist das Kommunikationssystem 1 eine Steuereinrichtung 33 auf, welche die Datenmengen des Kommunikationsmoduls 17 sowie die Daten aus den CAN-Bus 64 aufnimmt und auswertet.
Die Steuereinrichtung 33 weist einen Phasenschieber 58 auf, der Phasendifferenzen zwischen den Einspeiseströmen für die einzelnen Antennenelemente 21 bis 32 bildet. Darüber hinaus weist die Steuereinrichtung eine Abstandanpassungseinrichtung 59 auf, die den Abstand a zwischen den Antennenelementen 21 bis 32 berechnet und einstellt. Schließlich ist in der Steuereinrichtung 33 eine Antennenauswahleinrichtung 60 angeordnet, die einerseits eine der senkrecht sich kreuzenden linearen Antennenanordnungen 62 und 63 auswählt und einschaltet bzw. die übrigen Antennenelemente ausschaltet und innerhalb eines der Antennenanordnungen 62 und 63 Antennenelemente einschaltet, die den passenden Abstand zur Erzeugung von entsprechenden Strahlungskeulen für einen von dem Kommunikationsmodul 17 vorgegebenen bzw. ermittelten Nachrichtentyp aufweisen.
Darüber hinaus weist die Steuerungseinrichtung 33 eine Antennenleistungsanpassungseinrichtung 61 auf, welche die Reichweite der Strahlungskeulen durch Variation der Einspeisungsströme in die ausgewählten und aktiven Antennenelemente anpasst. Der Phasenschieber 58, die Antennenauswahleinrichtung 60 und die Antennenleistungsanpassungseinrichtung 61 wirken auf ein Speisestromnetzwerk 67 ein, das die Speiseströme für die einzelnen aktiven Antennenelemente einstellt.
Die 2 bis 7 zeigen schematische Beispiele für die Ausrichtung von Strahlungskeulen einer Antennenanlage mit Hilfe des Kommunikationssystems gemäß 1. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden in den 2 bis 7 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet wie in 1 und nicht extra erörtert.
2 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen 34 bis 45 der Antennenanlage 20 an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch entlang einer geraden Straße 68 ausgerichtet ist. Dazu zeigt 2A symbolisch die beiden linearen Antennenanordnungen 62 und 63, die aufeinander senkrecht stehen und dadurch eine große Variation für die Ausbildung von Strahlungskeulen der Antennenanlage 20 ermöglichen. Von der linearen Antennenanordnung 62, die in Fahrtrichtung ausgerichtet ist, sind sieben Antennenelemente in Form von Patch-Antennen aktiviert und in einem Abstand a angeordnet, der 5/10 der Wellenlänge entspricht, wobei die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Antennenelementen 0 Grad beträgt.
Mit diesen sieben Patch-Antennen können bei einer geeigneten Stromeinspeisung der einzelnen Antennenelemente eine Strahlungsweite w für die Hauptkeulen 34 und 35 erreicht werden, während die Nebenkeulen 36 und 37 sowie die weiteren Nebenkeulen 38 bis 45 die Fahrspur 72 des Autobahnstücks nicht wesentlich überschreiten. Damit kann das Fahrzeug 2 sowohl mit den vorausfahrenden Fahrzeugen 3 bis 6 als auch mit den nachfolgenden Fahrzeugen 7 und 8 in der Fahrspur 72 kommunizieren. Mit dieser Aktivierung von sieben Antennenelementen im Abstand von 5/10 der Wellenlänge der linearen Antennenanordnung 62 kann somit ein Nachrichtentyp übertragen werden, der nur auf die Fahrspur 72 beschränkt ist und nur minimale Nebenkeulen einer sekundären Strahlungsrichtung zu den Seiten der Fahrspur 72 aufweist.
3 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen 34 bis 40 der Antennenanlage 20 an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch entlang einer Straßenkurve 69 ausgerichtet ist. Dazu wird dynamisch die Richtung und der Winkel der Hauptstrahlungskeulen 34 und 35 zueinander entsprechend der aktuellen Lenkbewegung angepasst. Wenn das Fahrzeug 2, wie in 3 gezeigt, in einer Straßenkurve 69 fährt, drehen sich die Hauptstrahlungskeulen 34 und 35 in die künftige Fahrtrichtung. Der Winkel zwischen den beiden Hauptkeulen 34 und 35 ist dabei direkt an den Steuerungswinkel, den der Fahrer am Lenker eingeschlagen hat, angepasst.
Für eine derartige Ausrichtung und Anpassung der Strahlungskeulen 34 und 35 sind fünf Antennenelemente der Antennenanordnung 62 in einem Abstand von 4/10 der Wellenlänge sowie eine Phasendifferenz des Einspeisestroms von 60° für eine derartige Antennenanlage erforderlich, wobei die Antennenelemente der linearen Anordnung 63, die orthogonal zu der linearen Antennenanordnung 62 angeordnet ist, ausgeschaltet sind.
4 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen 34 bis 57 der Antennenanlage 20 an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch zwischen einem Fahrzeug 2 und einer elektronischen straßenseitigen Infrastruktureinrichtung 18 ausgerichtet ist. Dazu sind wiederum Antennenelemente der linearen Anordnung 62 aktiviert, während die Antennenelemente der linearen Antennenanordnung 63 der Antennenanlage 20 abgeschaltet sind. Für eine derartige Ausbildung einer Strahlungskeule 34, die zu einer Seite des Fahrzeugs 2 abstrahlt, um Nachrichten einer Infrastruktureinrichtung 18 zu erfassen, werden neunzehn Antennenelemente der linearen Antennenanordnung 62 aktiviert und in einem Abstand a von 4/10 der Wellenlänge auf der linearen Antennenanordnung 62 angeordnet, wobei die Phasendifferenz für den Einspeisestrom der einzelnen Antennenelemente 217° beträgt.
5 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen 34 bis 45 einer Antennenanlage 20 eines Rettungsfahrzeugs 70, die auf Nachrichtenaustausch mit vorausfahrenden Fahrzeugen (3 bis 6 und 12 bis 15) ausgerichtet ist. Somit werden Fahrzeuge, die in Fahrtrichtung A vorausfahren, wie die Fahrzeuge 3 bis 6, und auch Fahrzeuge 12 bis 15 auf der Gegenfahrspur, die in Fahrtrichtung 8 fahren, alarmiert.
Um eine derartige einseitig in Fahrtrichtung A ausgerichtete Strahlungskeule 34 vom Rettungsfahrzeug 70 aus zu erzeugen, sind in diesem Fall zehn Antennenelemente der linearen Antennenanordnung 63 aktiviert und in einem Abstand a von 3/10 der Wellenlänge angeordnet, während Antennenelemente auf der linearen Anordnung 62 abgeschaltet sind. Der Einspeisestrom für die einzelnen Antennenelemente weist eine Phasendifferenz von 103° in diesem Ausführungsbeispiel auf.
6 zeigt schematisch eine Anpassung von Strahlungskeulen 34 bis 57 einer Antennenanlage 20 an einen Nachrichtentyp, der auf Nachrichtenaustausch von Fahrzeug zu Fahrzeug (2, 14 bzw. 2, 10) ausgerichtet ist. Dazu sind in der linearen Antennenanordnung 62 zwölf Antennenelemente aktiviert und in einem Abstand von 1/2 Wellenlängen angeordnet, wobei die Phasendifferenz des Einspeisestroms für die Antennenelemente 86° in dieser Ausführungsform der Erfindung beträgt. Derartige Nachrichtentypen, bei denen die Nachricht von Fahrzeug 2 zu Fahrzeug 14 springt, wird deutlicher mit der nächsten Figur gezeigt.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer stark befahrenen Autobahn 71 mit einer Vielzahl von Fahrzeugen 2, deren Kommunikationssystem 1 überlappende Strahlungskeulen 34 und 35 aufweist. In dem Überlappungsbereich der Strahlungskeulen 34 und 35 von jeweils einem Fahrzeug ist ein Fahrzeug 14 auf der Gegenspur angeordnet. Die Fahrzeuge 14 wirken in diesem Fall wie Relaisstationen einer Nachrichtenübertragungsstrecke für eine Daten-, Nachrichten- und/oder Informationsweitergabe. Die Nachricht kann dabei von einer weit entfernt angeordneten Informationsquelle stammen.
Die entsprechenden Datenmengen werden von jedem Fahrzeug 2 und 14 auf der Fahrstrecke aufgenommen und weitergeleitet. In diesem Fall wird angenommen, dass die Nachrichtenquelle in Fahrtrichtung A entstanden ist und beispielsweise eine Unfallinformation oder Stauinformation beinhaltet. Genauso kann aber auch die Nachrichtenquelle in entgegen gesetzter Fahrtrichtung B liegen und beispielsweise Informationen über Stauauflösung und Unfallbeseitigung beinhalten.
Mit den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen der Anpassung von Strahlungskeulen wird erreicht, dass sich die Ausbreitung des Nachrichtenaustauschs im Wesentlichen auf eine Fahrbahn oder eine Fahrstrecke beschränkt, so dass die Gefahr, Fahrzeugbewegungen zu erfassen, zu verfolgen und zu registrieren durch Unbefugte deutlich vermindert ist und Überlastungsgefahren der Kapazität des Kommunikationskanals gemindert sind.

1: Kommunikationssystem
2–15: Fahrzeug
16: Straßenverkehr
17: Kommunikationsmodul
18: Infrastruktureinrichtung
19: Eingabeeinheit für Lenkbewegung
20: Antennenanlage
21–32: Antennenelement
33: Steuereinrichtung
34–57: Strahlungskeule
58: Phasenschieber
59: Abstandsanpassungseinrichtung
60: Antennenauswahleinrichtung
61: Antennenleistungsanpassungseinrichtung
62: lineare Antennenanordnung
63: lineare Antennenanordnung
64: CAN-Bus
65: Autobahn
66: kurvenreiche Straße
67: Speisestromnetzwerk
68: gerade Straße
69: Straßenkurve
70: Rettungsfahrzeug
71: Autobahn
72: Fahrspur
a: Abstand zwischen den Antennenelementen einer Antennenanordnung
w: Strahlungsreichweite einer Strahlungskeule

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6707378 B2 [0002]

Claims

Kommunikationssystem eines Fahrzeugs (2) im Straßenverkehr (16) mit – einem Kommunikationsmodul (17) zum Datenaustausch unterschiedlicher Nachrichtentypen zu benachbarten Fahrzeugen (3–15) im Straßenverkehr (16) oder zu straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen (18), – einer Eingabeeinheit (19) für Lenkbewegungen des Fahrzeugs (1), – einer Antennenanlage (20) mit mehreren Antennenelementen (21–32) zum drahtlosen Datenaustausch, – einer Steuereinrichtung (33) der Antennenanlage (20), wobei die Steuereinrichtung (33) Strahlungskeulen (34–57) der Antennenanlage (20) den Nachrichtentypen und/oder den Lenkbewegungen des Fahrzeugs (2) anpasst und einen Phasenschieber (58) zur Phasenanpassung der einzelnen Antennenelemente (21–32), eine Abstandsanpassungseinrichtung (59) der Antennenelemente (21–32), eine Antennenauswahleinrichtung (60) der Antennenelemente (21–32) und eine Antennenleistungsanpassungseinrichtung (61) der Antennenelemente (21–32) aufweist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (17) alle Software- und Hardwaremodule eines Fahrzeugs (2) umfasst, die eine Generation und Bewertung von Nachrichtentypen realisiert.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanlage (20) zwei sich orthogonal kreuzende lineare Antennenanordnungen (62, 63) der Antennenelemente (21–32) aufweist, wobei die gekreuzte Anordnung eine hohe Variationsbreite der Anpassung der Strahlungskeulen (34–57) der Antennenanlage (20) an die unterschiedlichen Nachrichtentypen aufweist.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (19) für Lenkbewegungen des Fahrzeugs (2) einen Datensatz des aktuellen Steuerungswinkels, den der Fahrer eingeschlagen hat, erfasst und diesen Datensatz über einen CAN-Bus (64) an die Steuereinrichtung (33) zur Ausrichtung der Strahlungskeulen (34–57) der Antennenanlage (20) überträgt.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (58) für jedes ausgewählte Antennenelement (21–32) die Phasenverschiebung des Antennenspeisestroms in Abhängigkeit des aktuellen Steuerungswinkels und/oder des zu kommunizierenden Nachrichtentyps berechnet und steuert.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsanpassungseinrichtung (59) den Abstand (a) zwischen den Antennenelementen (21–32) in Bruchteilen der Wellenlänge durch Auswahl einer Teilanzahl von vorhandenen Antennenelementen (21–32) einer der sich kreuzenden Antenneanordnungen (62, 63) durch Einschalten bzw. durch Abschalten von Antennenelementen (21–32) anpasst.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenauswahleinrichtung (60) ermittelt und entscheidet wie viele und welche der Antennenelemente (21–32) einzusetzen sind, um die Strahlungskeulen (34–57) für den Nachrichtentyp bereitzustellen.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenleistungsanpassungseinrichtung (61) eine Kommunikationsreichweite bzw. Strahlungsreichweite (w) der Antennenelemente (21–32) durch Anpassung des Antennenspeisesignals einstellt.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (17) unterschiedliche Strahlungskeulen (34–57) in Bezug auf Richtung, Leistung und Abstrahlwinkel für einen allgemein gültigen Nachrichtentyp, einen regional gültigen Nachrichtentyp, einen straßenseitig übertragbaren Nachrichtentyp, einen Rettungsfahrzeug Alarmtyp und einen von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragbaren Nachrichtentyp vorsieht.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (1) unterschiedliche Szenarien für Autobahnen (65) oder kurvenreiche Straßen (66) vorsieht.
Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem (1) über eine derartige Strahlenkeulenausrichtung verfügt, dass Nachrichtentypen nur entlang der Straße (65, 66) abgestrahlt werden.
Verfahren zur Fahrzeugkommunikation, das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Ermitteln des zu kommunizierenden Nachrichtentyps durch ein Kommunikationsmodul (17) und Übermitteln des Nachrichtentyps an eine Steuerungseinrichtung (33) einer Antennenanlage (20); – Erfassen von Lenkbewegungen eines Fahrzeugs (2) und Übermitteln eines aktuellen Steuerungswinkels an die Steuerungseinrichtung (33) der Antennenanlage (20) über einen CAN-Bus (64); – Berechnen der Anzahl und Positionen von Antennenelementen (21–32) der Antennenanlage (20) sowie der Phasendifferenz der Einspeiseströme der einzelnen Antennenelemente zum Bilden unterschiedlicher an den Nachrichtentyp und/oder den Steuerungswinkel angepasster Strahlungskeulen (34–57) der Antennenanlage (20); – Speisen der Antennenanlage (20) mit den berechneten Daten unter Ausbilden von nachrichtentyp- und/oder den steuerungswinkelabhängigen Strahlungskeulen (34–57) der Antennenanlage (20) und – Durchführen der Kommunikation unter Fahrzeugen (2–15) und/oder mit straßenseitigen elektronischen Infrastruktureinrichtungen (18).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen einzelnen Antennenelementen (21–32) von sich orthogonal kreuzenden linear ausgerichteten Antennenanordnungen (62, 63) und eine Phasendifferenz des Einspeisungsstroms für jedes aktivierte Antennenelement (21–32) für eine optimale Anpassung der Strahlungskeulen (34–57) an die unterschiedlichen Nachrichtentypen eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Strahlungskeulen (34–57) in Bezug auf Richtung, Leistung und Abstrahlwinkel für einen allgemein gültigen Nachrichtentyp, einen regional gültigen Nachrichtentyp, einen straßenseitig übertragbaren Nachrichtentyp, einen Rettungsfahrzeug Alarm-Nachrichtentyp oder einen von Fahrzeug zu Fahrzeug übertragbaren Nachrichtentyp durch das Kommunikationsmodul berechnet und durch die Steuereinrichtung (33) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationsreichweite bzw. Strahlungsreichweite (w) der Antennenelemente (21–32) durch Anpassung des Antennenspeisesignals mittels einer Antennenleistungsanpassungseinrichtung (61) eingestellt wird.