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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung zur Fahrzeug-zu-X Kommunikation sowie deren Verwendung.
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Gemäß dem Stand der Technik sind Fahrzeug-zu-X Kommunikationssysteme bzw. Fahrzeug-Ad-hoc-Netzwerke entsprechend den Standards von ETSI, SAE, IEEE bekannt, die das ISM-Band 5, 9 GHz nutzen. In Japan wird bei Verwendung vergleichbarer Systeme bevorzugt ein Frequenzbereich von 700 MHz herangezogen. Üblicherweise sind dies ein oder zwei Antennensysteme, die Sende- und Empfangsdiversität verwenden, um Interferenzen zwischen den Signalen der beiden Antennen zu vermeiden. Zum Ausgleich von Kabeldämpfungen werden in an sich bekannter Weise Kompensatoren herangezogen.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass insbesondere bei Fahrzeugtypen wie z.B. Cabrios oder Pick-ups keine geeigneten hochgelegenen Bauräume vorhanden sind, um eine 360° Funkabdeckung zu ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, welche eine 360° Funkabdeckung für Fahrzeugtypen ermöglicht, welche keine geeigneten hochgelegenen Bauräume für Antennen bereitstellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine Kommunikationsvorrichtung zur Fahrzeug-zu-X-Kommunikation für ein Fahrzeug umfassend
- - zumindest vier Antennen zum Senden und Empfangen von drahtlos übertragenen und zu übertragenden Informationen und
- - zumindest eine elektronische Kontrolleinheit zum Senden und Empfangen von Informationen mittels der Antennen sowie Verarbeiten der mittels der Antennen empfangenen oder zu sendenden Informationen,
wobei sich die Kommunikationsvorrichtung weiter dadurch auszeichnet, dass die zumindest vier Antennen in der Weise an dem Fahrzeug angeordnet sind, dass die räumlichen Richtcharakteristika von am Fahrzeug direkt gegenüberliegenden Antennen der zumindest vier Antennen bevorzugt einen Überlapp aufweisen.
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In vorteilhafter Weise kann somit auch für Fahrzeugtypen, bei welchen es keinen geeigneten Bauraum für eine Antenne gibt, durch die ein größerer Raumwinkel als ca. 180° abgedeckt werden kann, eine 360° Funkabdeckung erreicht werden.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Kommunikationsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass am Fahrzeug diagonal gegenüberliegend angeordnete Antennen der zumindest vier Antennen mit einem gleichen Signal beaufschlagt werden. In vorteilhafter Weise kann somit - bei Realisierung einer 360° Funkabdeckung - z.B. ein 802.11p Schaltkreis bzw. integrierter Schaltkreis (IC) , auch Chip genannt, zum Betrieb mit weniger als vier Antennen herangezogen werden.
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Weiterbildungsgemäß weisen die räumlichen Richtcharakteristika von am Fahrzeug diagonal gegenüberliegend angeordneten Antennen der zumindest vier Antennen keinen Überlapp auf. Somit können vorteilhafterweise Interferenzen für die Funksignale der mit einem gleichen Signal beaufschlagten diagonal gegenüberliegenden Antennen vermieden werden.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform sind die Antennen in der Weise an dem Fahrzeug vorgesehen, dass die räumliche Richtcharakteristik einer ersten Antenne mit der Richtcharakteristik einer zweiten Antenne an der Front oder am Heck des Fahrzeugs überlappt und dass die räumliche Richtcharakteristik der ersten Antenne mit der Richtcharakteristik einer dritten Antenne an einer Seite des Fahrzeugs überlappt.
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Die elektronische Kontrolleinheit umfasst zumindest einen Schaltkreis, wobei der Schalkreis zum Senden und Empfangen von Informationen mittels maximal zwei Antennen vorgesehen ist. Aktuell sind keine serienmäßigen 802.11p Schaltkreise erhältlich, welche zum Betrieb mit mehr als zwei Antennen vorgesehen sind bzw. welche jeweils einen Empfangs- und einen Sendekanal zum Betrieb jeweils einer Antenne aufweisen. Durch die Erfindung wird der Einsatz von Schaltkreisen, welche zum Betrieb mit maximal zwei Antennen vorgesehen sind, für die Verwendung mit zumindest vier Antennen und somit auch Erreichen einer 360° Abdeckung ermöglicht. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Schaltkreis zwar zum Betrieb mit lediglich zwei Antennen vorgesehen, kann durch die Erfindung jedoch mit einer größeren Anzahl von Antennen verwendet werden, ohne dass es zu wesentlichen Interferenzen der Funksignale kommt.
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Bevorzugt ist zumindest einer Antenne der zumindest vier Antennen ein Kompensator zugeordnet. Dadurch können vorteilhafterweise Kabelverluste ausgeglichen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest vier Antennen jeweils mittels Verbindungsleitungen mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden.
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Vorzugsweise ist zumindest eine Antenne der zumindest vier Antennen direkt mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden. Unter einer direkten Verbindung soll dabei eine Verbindung ohne die Verwendung einer außerhalb der Kontrolleinheit vorgesehenen zusätzlichen Verbindungsleitung verstanden sein. Die weiteren, nicht mit der elektronischen Kontrolleinheit direkt verbundenen Antennen sind zweckmäßigerweise mittels jeweiligen bezogen auf die Kontrolleinheit externen Verbindungsleitungen mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden.
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Eine Verbindungsleitung kann dabei im Sinne der Erfindung eine Mehrzahl an Leitungen aufweisen, bspw. unterschiedliche Leitungen zum Senden und Empfangen von Signalen.
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Entsprechend einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung ist zumindest ein Splitter und/oder Combiner vorgesehen, wobei der Splitter und/oder Combiner mit der elektronischen Kontrolleinheit und mit zumindest einer der Antennen verbunden ist. Die Verbindung zur Antenne und/oder der elektronischen Kontrolleinheit kann dabei direkt und/oder indirekt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die zumindest vier Antennen jeweils mittels Verbindungsleitungen mit dem zumindest einen Splitter und/oder Combiner verbunden.
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Zumindest eine der Antennen ist bevorzugt direkt mit dem zumindest einen Splitter und/oder Combiner verbunden. Bevorzugt ist die elektronische Kontrolleinheit mittels zumindest einer Verbindungsleitung mit dem zumindest einen Splitter und/oder Combiner verbunden.
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Der zumindest eine Splitter und/oder Combiner kann bevorzugt zudem mit dem Kompensator kombiniert werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung zumindest einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kommunikationsvorrichtung in einem Fahrzeug.
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Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren. Ausgestaltungen der Erfindung können eine effiziente Kontaktierung ermöglichen.
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In schematischer Darstellung zeigen:
- 1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung von vier Antennen 1,2,3,4 an einem Fahrzeug 100,
- 2 bis 5 Schaltpläne bevorzugter Ausführungsbeispiele der Anbindung der Antennen 1 bis 4 an eine elektronische Kontrolleinheit ECU und
- 6 einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines HF-Teils einer elektronischen Kontrolleinheit ECU insbesondere zur Verwendung in einem der Ausführungsbeispiele gemäß 2 oder 3
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Die 1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung von vier Antennen 1,2,3,4 zur Fahrzeug-zu-X Kommunikation an einem Fahrzeug 100. Diese sind dabei in der Weise im hinteren und vorderen Bereich des Fahrzeugs 100 angeordnet, dass die räumliche Richtcharakteristik bzw. das Signalausbreitungsmuster einer Antenne mit der Richtcharakteristik bzw. dem Signalausbreitungsmuster jeweils einer weiteren Antenne an der Front bzw. am Heck und mit noch einer weiteren Antenne an einer Seite des Fahrzeugs überlappt, sodass eine 360° Abdeckung gegeben ist. Die Richtcharakteristika der Antennen sind in 1 in vereinfachter Weise als Kreisausschnitte dargestellt. Die mit parallelen Linien schraffierten Bereiche repräsentieren dabei die Überlappungsbereiche der Richtcharakteristika direkt gegenüberliegend angeordneter Antennen. Mit anderen Worten befindet sich beispielsgemäß jeweils eine der Antennen 1,2,3,4 jeweils im Bereich der vier Ecken an der Front und am Heck des Fahrzeugs 100. Die jeweils diagonal gegenüberliegende Antennen 2,4 und 1,3 weisen dabei keinen Überlapp in ihren Signalausbreitungsmustern auf. Entsprechend können diese Antennen mit dem gleichen Signal beaufschlagt werden, ohne dass störende Interferenzen auftreten. In 1 ist dies durch gleiche Musterfüllung der Richtcharakteristika der diagonal gegenüberliegend bzw. nicht direkt gegenüberliegen angeordneten Antennen 1 und 3 sowie 2 und 4 dargestellt. Diese gleichen Signale können entsprechend auch aus den gleichen Ein/Ausgangssignalen bzw. -kanälen eines Schaltkreises zum Betreiben der Antennen, z.B. eines 802.11p Chips, gewonnen werden.
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Die 2 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anbindung der Antennen 1 bis 4 an eine elektronische Kontrolleinheit ECU, wobei die elektronische Kontrolleinheit ECU mittels jeweils einer Verbindungsleitung mit jeweils einer der Antennen 1,2,3,4 verbunden ist.
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Die 3 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anbindung der Antennen 1 bis 4 an eine elektronische Kontrolleinheit ECU, wobei im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 2 eine Antenne direkt an der elektronischen Kontrolleinheit ECU kontaktiert ist und die weiteren Antennen mittels Verbindungsleitungen.
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Die 4 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anbindung der Antennen 1 bis 4 an eine elektronische Kontrolleinheit ECU, wobei die elektronische Kontrolleinheit mittels jeweils einer Verbindungsleitung mit jeweils einem der zwei vorgesehenen externen Splitter bzw. Combiner 5,6 verbunden ist. Die vertikal gegenüberliegenden Antennen 1 und 3 sind mit dem externen Splitter bzw. Combiner 6 und die vertikal gegenüberliegenden Antennen 2 und 4 sind mit dem externen Splitter bzw. Combiner 5 verbunden. Beispielsgemäß sind die Antennen 3 und 4 dabei direkt an den jeweiligen Splitter bzw. Combiner 5,6 angebunden. Aktuell sind bspw. keine 802.11p Schaltkreise erhältlich, welche mehr als zwei Antennen unterstützen. Vorteilhafterweise ist es bei Verwendung dieser Ausführungsform nicht nötig ein spezielle elektronische Kontrolleinheit ECU zur Anbindung der vier Antennen zu entwickeln, da die Signal Aufspaltung/Kombination in den externen Splittern/Combinern 5,6 ausgelagert sind. Bevorzugt weisen die externen Splittern/Combinern 5,6 zudem Kompensatoren auf. Die Variantenvielfalt der komplexen Kontrolleinheit ECUs kann mit dieser Ausführungsform beschränkt werden und es brauchen lediglich die ohnehin vergleichsweise spezifischen Kompensatoren für die Verwendung von zumindest vier Antennen angepasst werden.
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Die 5 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anbindung der Antennen 1 bis 4 an eine elektronische Kontrolleinheit ECU, wobei die elektronische Kontrolleinheit ECU mittels einer Verbindungsleitung mit einem externen Splitter bzw. Combiner 7 und mittels einer weiteren Verbindungsleitung mit einer Antenne, bspw. Antenne 1, verbunden ist. Die Antenne 2 ist mittels einer Verbindungsleitung mit dem Splitter bzw. Combiner 5 verbunden. Beispielsgemäß sind die Antennen 3 dabei direkt an der elektronischen Kontrolleinheit ECU und die Antenne 4 an dem Splitter bzw. Combiner 7 angebunden. Mit dieser Ausführungsform können die Vorteile der vorhergehenden Ausführungsformen kombiniert werden. Die Splitter und/oder Combiner können bevorzugt zudem mit dem Kompensator kombiniert werden.
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Die 6 zeigt einen Schaltplan eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines HF-Teils einer elektronischen Kontrolleinheit ECU insbesondere zur Verwendung in einem der Ausführungsbeispiele gemäß 2 oder 3 aber auch auf die Ausführungsbeispiele gemäß der 4 und 5 anwendbar. Die Antennen 1 und 3 werden mittels eines ersten Sende-/Empfangskanals RX1, TX1 und die Antennen 2 und 4 mittels eines zweiten Sende-/Empfangskanals RX2, TX2 des 802.11p Schaltkreises 8 betrieben bzw. mit dem gleichen Signal beaufschlagt. Die Sendepfade TX1 und TX2 umfassend jeweils einen Splitter 9.1,9.2 zum Bereitstellen des durch den jeweiligen Ausgang TX1,TX2 des Schaltkreises 8 bereitgestellten Signals für die Antennen 1 bis 4 sowie jeweils einen Combiner 10.1, 10.2 zum Zusammenführen der mittels der jeweiligen betreffenden zwei Antennen 1 und 3 sowie 2 und 4 empfangenen Signale und Bereitstellen an dem jeweiligen Eingang RX1, RX2 des Schaltkreises 8. Des Weiteren in jedem Antennenpfad vorgesehen sind an sich bekannte Umschalter 11.1 bis 11.4, z.B. Zirkulatoren, zum Umschalten der Antenne auf den Empfangs- oder Sendepfad.
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Beispielsgemäß sind an sich bekannte rauscharme Verstärker LNA1 bis LNA4 im jeweiligen Empfangspfad und Verstärker PA1 bis PA4 im jeweiligen Sendepfad der Antennen vorgesehen.
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Die Splitter können z.B. als Wilkinson-Teiler oder Mikrostrip Richtkoppler realisiert werden, ebenso die Combiner, wobei hierbei allerdings die Gegentaktanteile der Signale sich auslöschen, was bei unabhängigen Signalquellen hingenommen werden kann.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
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Allgemein sei darauf hingewiesen, dass unter Fahrzeug-zu-X-Kommunikation insbesondere eine direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen und/oder zwischen Fahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen verstanden wird. Beispielsweise kann es sich also um Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder um Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation handeln. Sofern im Rahmen dieser Anmeldung auf eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen Bezug genommen wird, so kann diese grundsätzlich beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation erfolgen, welche typischerweise ohne Vermittlung durch ein Mobilfunknetz oder eine ähnliche externe Infrastruktur erfolgt und welche deshalb von anderen Lösungen, welche beispielsweise auf ein Mobilfunknetz aufbauen, abzugrenzen ist. Beispielsweise kann eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation unter Verwendung der Standards IEEE 802.11p oder IEEE 1609.4 erfolgen. Eine Fahrzeug-zu-X-Kommunikation kann auch als C2X-Kommunikation bezeichnet werden. Die Teilbereiche können als C2C (Car-to-Car) oder C2I (Car-to-Infrastructure) bezeichnet werden. Die Erfindung schließt jedoch Fahrzeug-zu-X-Kommunikation mit Vermittlung beispielsweise über ein Mobilfunknetz explizit nicht aus.
