DE102018211461A1

DE102018211461A1 - Verfahren und System zur Kommunikation zwischen Objekt und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018211461A1
Application number: DE102018211461.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Flohr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-16
Also published as: WO2020011535A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Objekt (OB) und einem autonomen Fahrzeug (AF) mittels einer an dem Objekt (OB) angeordneten Antenne (12, 32) und einer an dem autonomen Fahrzeug (AF) angeordneten Antenne (22), umfassend das Feststellen (S1) einer relativen Lageänderung zwischen dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF), und das Ändern (S2) der Hauptstrahlungsrichtung des durch eine von den beiden Antennen (12, 32, 22) bereitgestellten Strahlungsfelds in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung zum Verbessern eines Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne der beiden Antennen (12, 32, 22). Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuereinrichtung (40) zum Durchführen des Verfahrens und auf ein Kommunikationssystem mit solch einer Steuereinrichtung (40).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens, und auf ein System zur Kommunikation zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug mit einer derartigen Steuereinrichtung.
Stand der Technik
Für den Informationsaustausch im Straßenverkehr ist es von großem Nutzen, eine zuverlässige Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einem Objekt, beispielsweise einem weiteren Fahrzeug und/oder einem Infrastrukturobjekt, bereitzustellen. Eine derartige Kommunikation kann mit Antennen, beispielsweise mit Monopolantennen, realisiert werden. Die DE 10 2016 120 214 A1 bezieht sich ferner auf ein personengeführtes Fahrzeug mit einem Kommunikationssystem, das eine phasengesteuerte Gruppenantenne aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Objekt und einem autonomen Fahrzeug mittels einer an dem Objekt angeordneten Antenne und einer an dem autonomen Fahrzeug angeordneten Antenne. Bei dem Fahrzeug kann es sich um jedes Fahrzeug, insbesondere um ein nichtschienengebundenes Fahrzeug, handeln, welches am Straßenverkehr teilnehmen kann. Beispielsweise kann ein solches Fahrzeug ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein. Bei dem Objekt, welches mit dem autonomen Fahrzeug kommuniziert, kann es sich um ein stationäres Objekt oder um ein bewegbares Objekt handeln. Das bewegbare Objekt kann ein stehendes Objekt oder ein sich bewegendes Objekt sein. Bei dem bewegbaren Objekt kann es um ein Fahrzeug handeln, welches als ein personengeführtes oder ein autonomes Fahrzeug ausgebildet sein kann.
Das autonome Fahrzeug kann dazu ausgebildet sein, ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers, fahren und steuern zu können. Ein Fahrer kann das Fahren und Steuern des autonomen Fahrzeugs jedoch vorübergehend übernehmen. Das autonome Fahrzeug kann auch als ein selbstfahrendes Fahrzeug bezeichnet werden, welches mit oder ohne Fahrer am Straßenverkehr teilnehmen kann. Bei dem autonomen Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Level-4 oder Level-5 Fahrzeug handeln. Eine Antenne im Sinne der Erfindung kann grundsätzlich jede technische Anordnung zur Abstrahlung und zum Empfang von elektromagnetischen Wellen sein. Bei den an dem Objekt und an dem autonomen Fahrzeug angeordneten Antennen kann es sich jeweils um Sende- und/oder Empfangsantennen handeln. Die Antennen können baugleiche oder verschiedene Antennen sein. An dem Objekt und/oder dem Fahrzeug können mehrere, beispielsweise zwei Antennen vorgesehen sein. Die Antennen können beispielsweise an Außenspiegeln des Fahrzeugs angeordnet sein können. Ebenso ist es denkbar, dass eine Fahrzeugantenne als eine sogenannte Sharkfin-Antenne auf einem Fahrzeugdach vorgesehen ist. Mittels des Verfahrens der Erfindung kann daher drahtlos zwischen dem Objekt und einem autonomen Fahrzeug kommuniziert werden. Die Kommunikation kann das Übermitteln von Informationen oder Daten, beispielsweise Verkehrsinformationen, Betriebsdaten und/oder Steuerdaten, zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Objekt umfassen.
Das Verfahren umfasst das Feststellen einer relativen Lageänderung zwischen dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug. Eine relative Lage zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Objekt kann durch die jeweiligen Positionen und/oder durch die jeweiligen Orientierungen des autonomen Fahrzeugs und des Objekts bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können bei der Bestimmung der relativen Lage Entfernungen zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Objekt herangezogen werden. Aus mindestens zwei relativen Lagen kann die relative Lageänderung berechnet werden. Die relative Lageänderung kann daher eine relative Positionsänderung, eine relative Orientierungsänderung und/oder eine Entfernungsänderung zwischen dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug aufweisen. Die relative Positionsänderung kann einen sich ändernden Abstand zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Objekt aufweisen. Die relative Orientierungsänderung kann eine sich ändernde relative Ausrichtung des autonomen Fahrzeugs und des Objekts aufweisen. Die relative Ausrichtung kann durch einen Winkel zwischen einer Fahrzeugachse des autonomen Fahrzeugs und einer Objektachse ausgedrückt werden. Die Feststellung der relativen Lageänderung von Objekt und autonomem Fahrzeug kann auf fahrzeugspezifischen Parametern des Fahrzeugs basieren, mit welchen die Lage des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Derartige fahrzeugspezifische Parameter können die Position und/oder Ausrichtung des Fahrzeugs beschreiben. Die Position kann beispielsweise eine GPS-Position sein und die Ausrichtung kann beispielsweise mit einem Richtungswinkel beschrieben werden.
Das Verfahren umfasst ferner das Ändern einer Hauptstrahlungsrichtung des mit einer Antenne der beiden Antennen erzeugten Strahlungsfelds in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung. Die Änderung der Hauptstrahlungsrichtung wird dabei in Anhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung derart geändert, dass ein Signal-Rausch-Verhältnis an der anderen Antenne der beiden Antennen verringert wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Hauptstrahlungsrichtung von einem Strahlungsfeld einer Antenne insbesondere auch in Bezug auf das Fahrzeug beziehungsweise das Objekt geändert werden, an welchem die Antenne angeordnet ist. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann ein Maß dafür definiert sein, wie hoch die technische Qualität eines von einer Antenne empfangenen Signals ist, welches von einem Rauschsignal überlagert werden kann. Mit anderen Worten kann das Signal-Rausch-Verhältnis das Verhältnis einer an einer Antenne vorhandenen Signalleistung zu einer an der Antenne zudem vorhandenen Rauschleistung definieren. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann somit auch als Maß für die Signalqualität eines Kommunikationspfads zwischen dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug beschrieben werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann auch als „signal-to-noise ratio“ bezeichnet werden. Weist das Signal-Rausch-Verhältnis einen hohen Werte auf, liegt eine hohe, bei niedrigen Werten eine niedrige Übertragungsqualität vor.
Das Strahlungsfeld einer Antenne kann die räumliche Intensität der Energieabstrahlung beziehungsweise der elektrischen/magnetischen Feldstärke im Fernfeld der Antenne beschreiben. Das Fernfeld kann als der Bereich bezeichnet werden, in welchem sich die elektromagnetischen Wellen unabhängig von der Antenne als ebene Wellen im Raum ausbreiten. Das Strahlungsfeld einer Antenne kann auch als Richtcharakteristik der Antenne, als Strahlungscharakteristik der Antenne oder als Ausbreitungscharakteristik der Antenne beschrieben werden. Durch das Strahlungsfeld kann räumlich definiert werden, wie die Abstrahlung beziehungsweise Ausstrahlung der Antenne gerichtet ist. Das Strahlungsfeld kann dabei eine Hauptkeule aufweisen. Die Antennenhauptkeule kann einen keulenförmigen Bereich ausgehend von einer Antenne definieren, in welchem ein Maximum einer Sendeenergie, eines Gewinns oder einer Verstärkung der Antenne liegt. Solch ein Maximum kann am Ende der Hauptkeule vorliegen, während das andere Ende der Hauptkeule im Wesentlichen bei der Antenne liegt. Die Richtung der Hauptkeule, also einer Hauptachse, welche von der Antenne durch das Maximum der Hauptkeule verläuft, wird als Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne bezeichnet.
Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Kommunikation zwischen einem autonomen Fahrzeug und einem Objekt verbessert werden, indem die Hauptstrahlungsrichtung einer der beiden Antennen an eine relative Lageränderung zwischen den beiden Antennen angepasst wird. Dabei kann eine Sendeantenne einer Empfangsantenne nachgeführt werden. Solch ein Nachführen der Hauptstrahlungsrichtung einer Antenne der beiden Antennen kann kontinuierlich erfolgen. Durch Verschwenken beziehungsweise Verstellen der Antennenhauptkeule kann Sendeenergie der Sendeantenne auf die Empfangsantenne ausgerichtet werden, was zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses an der Empfangsantenne führt. Folglich wird mit der vorliegenden Erfindung ein sicherer, zuverlässigerer und effizienterer Betrieb des autonomen Fahrzeugs ermöglicht, da für den autonomen Fahrzeugbetrieb eine hochqualitative Kommunikation mit Objekten in der Fahrzeugumgebung zentral ist.
In einer Ausführungsform ist das Objekt ein vorausfahrendes Fahrzeug und das autonome Fahrzeug ein dem vorausfahrenden Fahrzeug in einer Kolonnenfahrt nachfolgendes Fahrzeug. Das Verfahren kann in dieser Ausführungsform eine Fahrzeug-Fahrzeug Kommunikation für mindestens ein autonomes Fahrzeug aufweisen. Das vorausfahrende Fahrzeug und das nachfolgende Fahrzeug können ein Platoon bilden, womit die Kolonnenfahrt auch als ein Platooning bezeichnet werden kann. Das vorausfahrende Fahrzeug kann ein personengeführtes Fahrzeug oder ein autonomes Fahrzeug sein. Die Fahrzeuge in einem Platoon können mit Hilfe eines Steuerungssystems in sehr geringem Abstand hintereinander fahren, ohne dass die Verkehrssicherheit beeinträchtigt wird, was für Folgefahrzeuge ein ideales Ausnutzen eines Windschattens des vorausfahrenden Fahrzeugs ermöglicht.
Im Rahmen dieser Ausführungsform, in welcher das Objekt ein vorausfahrendes Fahrzeug ist, kann die Hauptstrahlungsrichtung von dem Strahlungsfeld verändert werden, das durch eine an dem vorausfahrenden Fahrzeug angeordnete Antenne erzeugt wird. Damit kann in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung von vorausfahrendem Fahrzeug und nachfolgendem Fahrzeug ein Signal-Rausch-Verhältnis an einer an dem nachfolgenden Fahrzeug angeordneten Antenne verbessert werden. Hierfür kann eine Hauptkeule der an dem vorausfahrenden Fahrzeug angeordneten Antenne auf die an dem nachfolgenden Fahrzeug angeordnete Antenne ausgerichtet beziehungsweise dieser nachgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, da so bei einem Wegknicken oder Drehen des vorausfahrenden Fahrzeugs die Hauptstrahlungsrichtung von dessen Antenne auf das nachfolgende Fahrzeug, das noch keine Drehung eingeleitet hat, neu ausgerichtet werden kann. Beispielweise beim Einfahren in eine Kurve oder während einer Kurvenfahrt der Fahrzeugkolonne kann so eine ideale Kommunikation zwischen den Fahrzeugen sichergestellt werden. Die Antenne des nachfolgenden Fahrzeugs kann wiederum als Sendeantenne fungieren, wobei die Hauptstrahlungsrichtung des durch diese Antenne erzeugten Strahlungsfelds in analoger Weise auf eine weitere Antenne ausgerichtet werden kann, die an einem dem nachfolgenden Fahrzeug wiederum nachfolgenden Fahrzeug angeordnet ist.
Ebenso ist es denkbar, dass das autonome Fahrzeug ein Zufahrzeug und das Objekt ein Anhänger ist, der an das Zugfahrzeug angehängt ist. Im Rahmen dieser Ausführungsform kann zur Bestimmung einer relativen Lageänderung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger ein Knickwinkel zwischen diesen ermittelt werden. Fungiert beispielsweise die Antenne des Zugfahrzeugs als Sende- und die Antenne des Anhängers als Empfangsantenne, kann so die Hauptstrahlungsrichtung der am Zugfahrzeug vorgesehenen Sendeantenne dem Anhänger, also einer Knickwinkeländerung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger, nachgeführt werden. So kann eine hochqualitativere, drahtlose Kommunikation zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bereitgestellt werden, da Reflexionen besser verhindert werden können und eine bessere Signalabdeckung gewährleistet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Objekt ein Infrastrukturobjekt. Das Verfahren kann in dieser Ausführungsform eine Fahrzeug-Infrastruktur Kommunikation für ein autonomes Fahrzeug aufweisen. Das Infrastrukturobjekt kann ein Bauwerk sein, beispielsweise ein Sendemast, eine Brücke oder eine Basisstation. In dieser Ausführungsform kann die Hauptstrahlungsrichtung von einem Strahlungsfeld verändert werden, das durch eine an dem autonomen Fahrzeug angeordnete Antenne erzeugt werden. Damit kann in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Infrastrukturobjekt ein Signal-Rausch-Verhältnis an einer an dem Infrastrukturobjekt angeordneten Antenne verbessert werden. Hierfür kann eine Hauptkeule dieser Antenne auf die an dem Infrastrukturobjekt angeordnete Antenne ausgerichtet beziehungsweise entsprechend dieser nachgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, da so beispielsweise bei einem Vorbeifahren des autonomen Fahrzeugs an dem Infrastrukturobjekt die Antenne des autonomen Fahrzeugs mitschwenken kann, um so eine hochqualitative drahtlose Verbindung für eine lange Zeitdauer bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne dabei mittels Beamforming verändert. Unter dem Beamforming kann ein Verschwenken der Richtcharakteristik einer Antenne verstanden werden. Hierfür können Beamforming-Algorithmen eingesetzt werden, mit welchen eine Richtwirkung der Antenne ohne mechanisches Verschwenken derselben erzielt werden kann. Dies ist vorteilhaft, da so auf wartungsbedürftige Komponenten für ein mechanisches Verstellen der Antenne verzichtet werden kann.
Die Antenne, bei der die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds geändert wird, kann eine phasengesteuerte Gruppenantenne sein, um das Beamforming zu realisieren. Die phasengesteuerte Gruppenantenne kann auch als eine Phased-Array Antenne bezeichnet werden. Die phasengesteuerte Gruppenantenne kann eine Vielzahl von Patch-Antennen aufweisen. Mittels der phasengesteuerten Gruppenantenne kann die Hauptstrahlungsrichtung des durch diese bereitgestellten Strahlungsfelds geändert werden, ohne die Antenne selbst mechanisch zu verschwenken. Dies kann durch Einbringen einer definierten Phasenlaufzeit in jedem Patch beziehungsweise für jede Patch-Antenne erreicht werden. In jedem Patch kann so eine bestimmte Ausbreitungscharakteristik entstehen, wobei die Phasenlaufzeit mit digital ansteuerbaren integrierten Schaltungen (ICs) realisiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens basiert das Beamforming auf einer Schnellen Fourier-Transformation. Die Schnelle Fourier-Transformation kann auch als Fast-Fourier Transformation (FFT) bezeichnet werden. Das Beamforming kann somit auch durch FFT-Algorithmen durchgeführt werden. Hierfür können Algorithmen verwendet werden, welche auf einem digitalen Signalprozessor (DSP) ausführbar sind. Das Ausführen von DSP-Algorithmen zum Beamforming ist vorteilhaft, da sie auf einem Microcontroller verhältnismäßig schnell ausführbar sind. Dies ist wiederum vorteilhaft, da das auf einem Microcontroller ausgeführte Beamforming so effizient mit weiteren Parametern, beispielsweise mit fahrzeugspezifischen Parametern, verknüpft werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform basiert das Beamforming auf einem MIMO-Verfahren. Hierfür ist auf dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug ein MIMO-Antennensystem zur Kommunikation zwischen dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug vorgesehen. Für ein Beamforming können so jeweils mehrere Sende- beziehungsweise Empfangsantennen vorgesehen sein, welche Bestandteil eines Multiple Input Multiple Output (MIMO)-Systems sein können. Das MIMO-Verfahren kann beispielsweise ferner auch für die Kommunikation über WLAN, 4G-Technik oder 5G-Technik Anwendung finden. Dies kann vorteilhaft sein, da so eine Fahrzeug-Fahrzeug Kommunikation und/oder eine Fahrzeug-Infrastruktur Kommunikation ganzheitlich weiter verbessert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne durch ein mechanisches Verstellen der Antenne erfolgen. Hierfür kann eine auf dem Objekt und/oder auf dem autonomen Fahrzeug angeordnete Antenne vorgesehen sein, welche nicht für ein Beamforming geeignet ist. Mit anderen Worten kann im Rahmen der Erfindung auch eine nicht richtbare Antenne beziehungsweise eine Antenne ohne Richtwirkung verwendet werden. So kann beispielsweise eine einzige nicht richtbare Patch-Antenne als Antenne eingesetzt werden. Eine Patch-Antenne kann beispielsweise eine feste Strahlungscharakteristik mit einer Hauptkeule und 3dB-Nebenzipfeln aufweisen. Im Rahmen dieser Ausführungsform können solch einfache Antennen mit fester Ausbreitungsrichtung mittels mechanischem Verstellen auf eine Empfangsantenne ausgerichtet werden, um so ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis auch sich ändernder relativer Lage zwischen autonomen Fahrzeug und Objekt zu erhalten. Zum mechanischen Verstellen der Antenne kann eine mechanische Einrichtung auf dem Objekt und/oder dem autonomen Fahrzeug angeordnet sein, die ein Antriebselement, beispielsweise einen Motor, aufweisen kann. Die Antenne kann auch mittels eines elektromagnetischen Stellglieds oder mittels piezoelektrischer Verfahren verstellt werden.
Die relative Lageänderung zwischen autonomen Fahrzeug und Objekt kann in einer Elevations- und einer Azimutrichtung erfasst werden. Ferner kann die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne in Elevations- und in einer Azimutrichtung geändert werden. Ein Verschwenken in Elevationsrichtung kann ein Verschwenken in einer vertikalen Richtung, also in einer Ebene senkrecht zur Fahrbahnoberfläche, und ein Verschwenken in Azimutrichtung kann ein Verschwenken in einer horizontalen Richtung, also in einer Ebene parallel zur Fahrbahnoberfläche, beschreiben. Ein Berücksichtigen eines Verschwenkens in der Elevationsrichtung kann vorteilhaft sein, da dies ermöglichen kann, ein Nicken des Objekts oder des Fahrzeugs zu kompensieren. Hierfür kann ein Dämpferdruck und/oder eine Nickbeschleunigung auf dem Objekt und/oder dem Fahrzeug bestimmt beziehungsweise gemessen werden, wobei das Verschwenken basierend hierauf durchgeführt werden. Dies kann bei der Ausrichtung einer Antenne auf einem Nutzfahrzeug mit einer gedämpften Fahrerkabine in besonderem Maß vorteilhaft sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds in Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne der beiden Antennen geregelt. Ein derartiges Regeln der Hauptstrahlungsrichtung einer Antenne kann durch einen Rückkanal zwischen den beiden Antennen erfolgen, über den beispielsweise ein aktuelles Signal-Rausch-Verhältnis von der Empfangsantenne an die Sendeantenne übermittelt wird. So kann eine optimierte Ausrichtung der Antennen zueinander hergestellt und aufrechtgehalten werden. Der Regelschritt dieser Ausführungsform kann auch als zusätzlicher Ausrichtungsschritt zum Ausrichten einer Antenne vorgesehen sein. So kann in einem ersten Schritt die Antenne, deren Hauptstrahlungsrichtung geändert wird, in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung ausgerichtet werden. Dieser Schritt kann auch als eine Grobausrichtung bezeichnet werden. In einem darauffolgenden Schritt kann die Antenne über das rückgekoppelte Signal-Rausch-Verhältnis weitergehend ausgerichtet werden, bis sich ein bestmögliches Signal-Rausch-Verhältnis an der anderen Antenne eingestellt hat. Dieser Schritt kann daher auch als eine Feinausrichtung der Antenne bezeichnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die relative Lageänderung von autonomem Fahrzeug und Objekt basierend auf einer Änderung eines Gierwinkels und/oder eines Lenkwinkels des Objekts und/oder des autonomen Fahrzeugs durchgeführt. Über ein Einspurmodell kann die Querdynamik des autonomen Fahrzeugs oder des Objekts ermittelt werden. Hierüber kann der jeweilige Gierwinkel und/oder der Lenkwinkel bestimmt werden. In Abhängigkeit des Gierwinkels und/oder des Lenkwinkels kann die Hauptstrahlungsrichtung der Antenne beziehungsweise die Antennenhauptkeule verschwenkt oder geneigt werden. Der Gierwinkel beziehungsweise die Ausrichtung oder Orientierung des Objekts oder des autonomen Fahrzeugs kann mit einem Sensor, welcher auf dem Objekt oder dem autonomen Fahrzeug angeordnet sein kann, bestimmt werden. Hierfür kann beispielsweise ein Drehratensensor beziehungsweise eine inertiale Messeinheit (IMU), Raddrehzahlsensoren oder satellitengestützte Positionierungssensoren, wie beispielsweise eine GPS-Antenne, vorgesehen sein. Bei einem stationären Objekt können die feste Position des Objekts sowie eine aktuelle Position des autonomen Fahrzeugs verwendet werden, um die Hauptstrahlungsrichtung der Antenne im Wesentlichen direkt zu berechnen. Somit kann beispielsweise eine bessere Signalabdeckung erzielt werden, wenn es sich bei dem stationären Objekt um eine Basisstation für eine Kommunikation mittels 4G-Technik, 5G-Technik oder UMTS-Technik handelt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann entsprechende Eingänge und Ausgänge aufweisen, um die einzelnen Schritte durchzuführen. Unter eine Einrichtung einer Steuereinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens wird die spezifische Herrichtung, sprich Programmierung, der Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens verstanden. Die Steuereinrichtung kann an dem Objekt und/oder dem autonomen Fahrzeug vorgesehen sein. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein System zur Kommunikation zwischen einem Objekt und einem autonomen Fahrzeug. Das System umfasst eine an dem Objekt anbringbare Antenne und eine an dem autonomen Fahrzeug anbringbare Antenne. Das System umfasst zudem eine zumindest an einem von dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug anbringbare Sensorik zum Erfassen einer relativen Lageänderung zwischen dem Objekt und dem autonomen Fahrzeug. Das System umfasst ferner die Steuereinrichtung gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um eine Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds von einer Antenne in Abhängigkeit von der mit der Sensorik erfassten relativen Lageänderung zum Verbessern eines Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne zu ändern. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale und deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Figurenliste

1 zeigt ein vorausfahrendes Fahrzeug und ein nachfolgendes Fahrzeug in einer Situation zur Erläuterung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Fahrzeuge aus 1 in einer weiteren Situation zur Erläuterung des Verfahrens.
3 zeigt die Fahrzeuge aus 1 in einer weiteren Situation zur Erläuterung des Verfahrens.
4 zeigt ein Infrastrukturobjekt und ein Fahrzeug zur Erläuterung des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Ablaufdiagram mit Schritten des Verfahrens zur Kommunikation zwischen einem Objekt und einem autonomen Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
In den 1 bis 3 ist jeweils ein in einer Fahrzeugkolonne 100 vorausfahrendes Fahrzeug 10 als Objekt OB und ein dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 in der Fahrzeugkolonne 100 nachfolgendes Fahrzeug 20 als autonomes Fahrzeug AF gezeigt.
An dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 sind zwei Antennen 12 rechts und links an einem Frontbereich des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 angeordnet. An dem nachfolgenden Fahrzeug 20 sind ebenfalls zwei Antennen 22 rechts und links an einem Frontbereich angeordnet. Die rechten Antennen 12, 22 und die linken Antennen 12, 22 kommunizieren dabei jeweils paarweise untereinander. Die Antennen 12 des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 sind mit einer Steuereinrichtung 40 verbunden, welche an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordnet ist.
Die an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 senden zwei in einer Fahrtrichtung nach hinten ausgerichtete Antennenhauptkeulen 2 aus, welche seitlich rechts und links an einem Heckbereich des Fahrzeugs 10 vorbei nach hinten gerichtet sind.
In 1 ist die Fahrzeugkolonne in einer Geradeausfahrt gezeigt. Eine relative Lageänderung zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 und dem nachfolgenden Fahrzeug 20 wird hierbei nicht festgestellt. In dieser Situation ist es nicht notwendig, eine Hauptstrahlungsrichtung der Strahlungsfelder zu verändern, die durch die an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 bereitgestellt werden. Eine Veränderung ist nicht erforderlich, da die Antennenhauptkeulen 2 der Antennen 12 im Wesentlichen auf die an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ausgerichtet sind. Das Signal-Rausch-Verhältnis (nicht gezeigt) an den an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ist somit in der in 1 dargestellten Situation bereits im Wesentlichen in einer optimierten Weise eingestellt beziehungsweise eingeregelt.
In den 2 und 3 ist die Fahrzeugkolonne zu Beginn einer Kurvenfahrt gezeigt, bei welcher das vorausfahrende Fahrzeug 10 in die Kurve einfährt. Eine relative Lage zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 und dem nachfolgenden Fahrzeug 20 wird hierbei in Abhängigkeit von Ausrichtungen und/oder Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 sowie des nachfolgenden Fahrzeugs 20 berechnet. Eine relative Ausrichtung des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 zum nachfolgenden Fahrzeug 20 wird basierend auf einer Fahrzeugachse 14 des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 und basierend auf einer Fahrzeugachse 24 des nachfolgenden Fahrzeugs 20 berechnet. Eine relative Position oder ein Abstand zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 und dem nachfolgenden Fahrzeug 20 wird basierend auf einem Fahrzeugbezugspunkt 16 des vorausfahrenden Fahrzeugs 10 und basierend auf einem Fahrzeugbezugspunkt 26 des nachfolgenden Fahrzeugs 20 berechnet. Die relative Ausrichtung und/oder Position der Fahrzeuge 10, 20 zu Beginn der Kurvenfahrt, wie in 2 gezeigt, wird dann mit der relativen Lage der Fahrzeuge 10, 20 während der Geradeausfahrt, wie in 1 gezeigt, verglichen. Aus dem Vergleich wird die aktuelle relative Lageänderung abgeleitet.
In der in 2 gezeigten Situation ist eine Änderung der Hauptstrahlungsrichtung der Strahlungsfelder erforderlich, die durch die an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 erzeugten werden. Eine Veränderung ist vorteilhaft, da die Antennenhauptkeulen 2 der an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 im Wesentlichen nicht mehr auf die an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ausgerichtet sind. Das Signal-Rausch-Verhältnis an den an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ist somit in der in 2 dargestellten Situation niedrig, wobei sogar ein Abreißen der Kommunikation zwischen den Fahrzeugen drohen kann.
In 3 ist eine Situation dargestellt, in welcher die Antennenhauptkeulen 2 auf die an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ausgerichtet sind. Hierfür wurde die Hauptstrahlungsrichtung der Strahlungsfelder von den an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 entsprechend verändert. Zum Verändern der Hauptstrahlungsrichtung wurde mit der Steuereinrichtung 40 die Richtcharakteristik der an dem vorausfahrenden Fahrzeug 10 angeordneten Antennen 12 derart verändert, dass die Antennenhauptkeulen 2 wieder auf die an dem nachfolgenden Fahrzeug 20 angeordneten Antennen 22 ausgerichtet und/oder eingeregelt sind.
In 4 ist ein autonomes Fahrzeug AF gezeigt, welches an einem Infrastrukturobjekt 30 als Objekt OB vorbeifährt. An dem autonomen Fahrzeug AF ist eine Antenne 22 an einem Frontbereich des autonomen Fahrzeugs AF angeordnet. An dem Infrastrukturobjekt 30 ist auch eine Antenne 32 angeordnet. Die Antenne 22 des autonomen Fahrzeugs AF ist mit einer Steuereinrichtung 40 verbunden, welche an dem autonomen Fahrzeug AF angeordnet ist. Die an dem autonomen Fahrzeug AF angeordnete Antenne 22 sendet eine Antennenhauptkeule 2 aus, welche auf das Infrastrukturobjekt 30 ausgerichtet ist.
In 4 wird eine relative Lage zwischen dem autonomen Fahrzeug AF und dem Infrastrukturobjekt 30 in Abhängigkeit einer Objektrichtung 34 berechnet. Die Objektrichtung wird anhand der aktuellen Positionen des autonomen Fahrzeugs AF und des Infrastrukturobjekts 30 bestimmt. Die Positionen des autonomen Fahrzeugs AF wird bezüglich eines Fahrzeugbezugspunkts 26 bestimmt und die Position des Infrastrukturobjekts 30 ist bekannt. Zum Ausrichten der Antennenhauptkeule 2 des autonomen Fahrzeugs AF auf das Infrastrukturobjekt 30 wurde mit der Steuereinrichtung 40 die Richtcharakteristik der an dem autonomen Fahrzeug AF angeordneten Antenne 22 auf Basis der berechneten relativen Lage derart verändert, dass die Antennenhauptkeule 2 auf die an dem Infrastrukturobjekt 30 angeordnete Antenne 32 ausgerichtet und/oder eingeregelt ist.
In 5 sind Schritte S1 und S2 in ihrer zeitlichen Abfolge zum Durchführen des Verfahrens zur Kommunikation zwischen einem Objekt OB und einem autonomen Fahrzeug AF gemäß den 1-4 in den dort erläuterten Ausführungsformen gezeigt.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine Ermittlung einer relativen Lageänderung. Diese relative Lageänderung von Objekt OB und autonomen Fahrzeug AF wird, wie zu den 1 bis 3 und 4 erläutert, festgestellt und bestimmt.
In einem zweiten Schritt S2 wird die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds, das von einer der Antennen 12, 22, 32 erzeugt wird, in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung zum Verbessern eines Signal-Rausch-Verhältnisses an einer anderen Antenne 12, 22, 32 geändert, wie zu den 1-4 erläutert. Der Schritt S2 weist als einen ersten Unterschritt S2a ein Beamforming zum Ändern der Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds von einer Antenne 12, 22, 32 auf. Der Schritt S2 weist als einen zweiten Unterschritt S2b ein mechanisches Verstellen von einer Antenne 12, 22, 32 zum Ändern der Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds auf. Zum Ändern der Hauptstrahlungsrichtung von einer Antenne 12, 22, 32 wird Unterschritt S2a und/oder Unterschritt S2b durchgeführt.
Bezugszeichenliste

2: Antennenhauptkeule
10: vorausfahrendes Fahrzeug
12: Antenne
14: Fahrzeugachse
16: Fahrzeugbezugspunkt
20: nachfolgendes Fahrzeug
22: Antenne
24: Fahrzeugachse
26: Fahrzeugbezugspunkt
30: Infrastrukturobjekt
32: Antenne
34: Objektrichtung
40: Steuereinrichtung
100: Fahrzeugkolonne
AF: autonomes Fahrzeug
OB: Objekt
S1: Lagefeststellung
S2: Ändern Haupstrahlungsrichtung
S2a: Beamforming
S2b: mechanisches Verstellen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016120214 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Objekt (OB) und einem autonomen Fahrzeug (AF) mittels einer an dem Objekt (OB) angeordneten Antenne (12, 32) und einer an dem autonomen Fahrzeug (AF) angeordneten Antenne (22), mit den Schritten: Feststellen (S1) einer relativen Lageänderung zwischen dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF); und Ändern (S2) der Hauptstrahlungsrichtung des durch eine von den beiden Antennen (12, 32; 22) bereitgestellten Strahlungsfelds in Abhängigkeit von der festgestellten relativen Lageänderung zum Verbessern eines Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne der beiden Antennen (12, 32; 22).
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Objekt (OB) ein vorausfahrendes Fahrzeug (10) und das autonome Fahrzeug (AF) ein dem vorausfahrenden Fahrzeug (10) in einer Kolonnenfahrt nachfolgendes Fahrzeug (20) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das autonome Fahrzeug (AF) ein Zugfahrzeug und das Objekt (OB) ein an das Zugfahrzeug angehängter Anhänger ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Objekt (OB) ein Infrastrukturobjekt (30) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne mittels Beamforming (S2a) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Strahlungsfeld, dessen Hauptstrahlungsrichtung geändert wird, durch eine phasengesteuerte Gruppenantenne erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Beamforming mittels einer Schnellen Fourier-Transformation erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem das Beamforming mittels eines MIMO-Verfahrens erfolgt, wobei an dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF) ein MIMO-Antennensystem zur Kommunikation zwischen dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne durch ein mechanisches Verstellen (S2b) der Antenne geändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem eine relative Lageänderung zwischen dem autonomen Fahrzeug und dem Objekt in Azimut- und Elevationsrichtung festgestellt wird und die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der Antenne auf Basis der festgestellten Änderungen in Azimut- und Elevationsrichtung geändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds der einen Antenne auf Basis des Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne der beiden Antennen eingeregelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die relative Lageänderung zwischen dem autonomen Fahrzeug (AF) und dem Objekt (OB) basierend auf einer Änderung eines Gierwinkels und/oder eines Lenkwinkels des Objekts (OB) und/oder des autonomen Fahrzeugs (AF) bestimmt wird.
Steuereinrichtung (40), die eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
System zur Kommunikation zwischen einem Objekt (OB) und einem autonomen Fahrzeug (AF), mit einer an dem Objekt (OB) anbringbaren Antenne (12, 32) und einer an dem autonomen Fahrzeug (AF) anbringbaren Antenne (22); einer zumindest an einem von dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF) anbringbaren Sensorik zum Erfassen einer relativen Lageänderung zwischen dem Objekt (OB) und dem autonomen Fahrzeug (AF); und einer Steuereinrichtung (40) nach Anspruch 13 zum Ändern einer Hauptstrahlungsrichtung des Strahlungsfelds, das durch eine der beiden Antennen (12, 32; 22) erzeugt wird, in Abhängigkeit von der mit der Sensorik erfassten relativen Lageänderung zum Verbessern eines Signal-Rausch-Verhältnisses an der anderen Antenne (12, 32; 22).