CN116155380B - 车载光通信信号发射装置、信号通信装置和车辆 - Google Patents

Abstract

车载光通信信号发射装置、信号通信装置和车辆，涉及光通信领域。为解决现有技术中存在的，现有技术中，车与车之间的信息交互，碍于距离和角度，以及后车驾驶员的视力能力，经常发生信息传达不准确或无法传达到位的情况，存在严重安全隐患的技术问题，本发明提供的技术方案为：车载光通信信号发射装置，包括：灯珠矩阵和透镜；透镜数量与所述灯珠数量相同，且设置在所述灯珠发射出光线的方向上、凹面朝向所述灯珠，所述透镜的轴线与所述灯珠的轴线重合；透镜的截面为拱形，所述拱形的上下表面均为左右对称的自由曲线；所述灯珠矩阵用于发射调制后的光信号，通过所述透镜的折射，产生更大的传播角度。适合应用于车辆之间的信息交互中。

Description

车载光通信信号发射装置、信号通信装置和车辆

技术领域

涉及光通信领域，具体涉及车载光通信技术。

背景技术

现有技术中，车与车之间的信息交互，一般用车灯、车贴、喇叭等形式展现，也采用车顶LED显示屏或者车身图画来显示广告、宣传用语等信息，然而目前这些形式均不够灵活，车贴和车身图画较为固定无法更改，车顶LED显示屏设置的均为设定好的广告信息，对于车辆急刹车等车辆行驶的重要信息，不能及时反应给后车加以提示，降低用户使用体验。

于2022年10月11日公开的专利号为ZL202210880320.5的发明专利《车尾LED屏幕交互***、方法、车辆及存储介质》，公开了一种通过车辆尾部LED屏幕的交互方法，包括：人机交互界面，人机交互界面具有显示区域和多个交互按键，其中，显示区域显示用户基于多个交互按键输入的交互信息；车身控制器，用于获取车辆的至少一个驾驶安全信号；座舱控制器，用于解析至少一个驾驶安全信号生成至少一个驾驶安全警示信息，并传输交互信息和/或至少一个驾驶安全警示信息至LED屏幕交互组件；LED屏幕交互组件，用于解析至少一个车辆信息和/或交互信息，得到交互内容，并在LED屏幕交互组件的LED屏幕上显示交互内容。

但其用于促成沟通的方式还是以“前车展示，后车驾驶员来观察”得到，碍于距离和角度，以及后车驾驶员的视力能力，经常发生信息传达不准确或无法传达到位的情况。

于2022年04月20日公开的专利号为ZL202210416097.9的发明专利《一种汽车外部信号交互方法、***、电子设备和汽车》，公开了一种通过信号交互模型实现的车辆和行人之间信号交互的方式，基于外部条件，采集汽车外部信号，进行智能决策；基于车辆模式，结合具体应用场景和外部环境，根据具体应用场景和外部环境中的实际情况，以及智能决策中的交互对象，确定外部信号装置进行交互的功能；根据车身的不同位置，确定交互功能的显示方式，建立车辆的外部信号交互模型，实现多渠道交互过程；***、电子设备和汽车与方法相互对应。

对于该公开方案，申请人从其方案中并未发现其通过何种方式实现的信号交互，根据其文字记载，若其采用现有的无线信号收发装置，因为其无线信号延迟，会造成信号传输时间远长于车辆的刹车或驾驶员的反应时间，若其采用光通信的方式，又没有办法保证任何角度均可与行人手持终端互联，因此，其方案提供的技术手段并不可靠，存在严重安全隐患。

光无线通信作为一种新型的通信技术,同时具有光纤通信和移动通信的优势，可实现宽带传输，组网机动灵活，无需频率申请，并且抗电磁干扰，保密性好，因此如今对无线光通信的研究受到了广泛的重视。并且，中短距离的光无线通信的光源也具有低功耗、长寿命、低成本等优点。

发明内容

为解决现有技术中存在的，现有技术中，车与车之间的信息交互，一般用车灯、车贴、喇叭等形式展现，也采用车顶LED显示屏或者车身图画来显示广告、宣传用语等信息，然而目前这些形式均不够灵活，车贴和车身图画较为固定无法更改，车顶LED显示屏设置的均为设定好的广告信息，对于车辆急刹车等车辆行驶的重要信息，不能及时反应给后车加以提示，降低用户使用体验，并且现有技术中用于促成沟通的方式还是以“前车展示，后车驾驶员来观察”得到，碍于距离和角度，以及后车驾驶员的视力能力，经常发生信息传达不准确或无法传达到位的情况，存在严重安全隐患的技术问题，本发明提供的技术方案为：

车载光通信信号发射装置，所述装置包括：灯珠矩阵和透镜；

所述透镜数量与所述灯珠数量相同，且设置在所述灯珠发射出光线的方向上、凹面朝向所述灯珠，所述透镜的轴线与所述灯珠的轴线重合；

所述透镜的截面为拱形，所述拱形的上下表面均为左右对称的自由曲线；

所述灯珠矩阵用于发射调制后的光信号，通过所述透镜的折射，产生更大的传播角度。

进一步，提供一个优选实施方式，所述透镜的截面所在的拱形中，

上表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-73≤/>≤25，-12≤/>≤24，-5≤/>≤6；

下表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-2500≤/>≤80，-19≤/>≤90，-9≤/>≤6。

进一步，提供一个优选实施方式，所述灯珠矩阵为mini-LED灯珠矩阵。

进一步，提供一个优选实施方式，所述灯珠矩阵包括RGB三基色mini-LED发光芯片。

进一步，提供一个优选实施方式，所述芯片的尺寸不小于50um，芯片点间距在1.5mm以下。

进一步，提供一个优选实施方式，所述透镜的截面中，上表面顶点到所述透镜4底部的距离为0.5mm以下、下表面顶点到所述透镜底部的距离为0.4mm以下。

进一步，提供一个优选实施方式，所述光信号的调制方式具体为，通过OOK调制技术调制。

基于同一发明构思，本发明还提供了车载信号通信装置，所述装置包括信号发射装置和信号接收装置，

所述信号发射装置和信号接收装置均设置在车辆上；

所述信号发射装置用于将上位机调制后的信号通过光信号的方式发射，另一台车辆上的所述信号接收装置用于接收所述光信号，并交由该车的上位机进行解调；

所述信号发射装置为所述的车载光通信信号发射装置。

进一步，提供一个优选实施方式，所述信号发射装置设置在所述车辆的尾灯、前照灯、logo灯、格栅灯和侧翼灯中任意一个或多个发光位置。

基于同一发明构思，本发明还提供了车辆，所述车辆包括所述的车载信号通信装置，所述信号接收装置与所述发射装置相邻设置。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案的有益之处在于：

本发明提供的车载光通信信号发射装置，为车与车之间实现信息交互提供了一种全新的方式，不再受到距离、车辆位置和驾驶员视力情况的影响，通过调制后的光信号实现通信，大大提高了信号的传输能力和速度。

本发明提供的车载光通信信号发射装置，因为设计有透镜4，透镜4可以将原本仅可以在小角度内发散的光信号折射至180度来发散，极大地增加了发射角度，让车辆之间的信息交互不受车辆位置的影响。

本发明提供的车载信号通信装置，通过将信息通过调制后的光信号发出，再经解调，实现信息交互，与现有技术中通过显示屏进行信息传递的方式完全不同，现有技术中通过显示屏，需要接收信息的车辆在发送信息的车辆的正后方，并且受到距离和后车驾驶员视力的影响，信息容易传达不到位，而本发明提供的车载信号通信装置，因为可以沿车辆的周向设置发射器和接收器，因此在信息交互过程中不会受到车辆位置的限制，并且因为采用光通信，信号交互的延迟几乎没有，在紧急时刻可以更及时地进行关键信号的传递。

适合应用于车辆之间的信息交互中。

附图说明

图1为实施方式一中提到的透镜4安装在灯珠上的剖面示意图；

图2为实施方式二中提到的透镜4的剖面图中，上表面和下表面的示意图；

图3为实施方式三中提到的mini-LED灯珠矩阵上，为每一个灯珠对应设置一个透镜4的剖面示意图；

图4为实施方式十一中提到的透镜4的配光曲线示意图；

图5为实施方式十一中提到的发光芯片的配光曲线示意图；

图6为实施方式十一中提到的车与车信息交互***的原理框图示意图；

图7为实施方式十一中提到的车与人信息交互***的原理框图示意图；

图8为实施方式十一中提到的车与交通***信息交互***的原理框图示意图；

其中，1表示芯片基板1，2表示芯片封装层2，3表示芯片光源3，4表示透镜4，A表示芯片周期，B表示透镜上表面顶点到底部的距离，C表示透镜下表面顶点到底部的距离，D表示上表面的自由曲线，E表示下表面的自由曲线。

具体实施方式

为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更清楚，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：

实施方式一、结合图1说明而本实施方式，本实施方式提供了车载光通信信号发射装置，所述装置包括：灯珠矩阵和透镜4；

所述透镜4数量与所述灯珠数量相同，且设置在所述灯珠发射出光线的方向上、凹面朝向所述灯珠，所述透镜4的轴线与所述灯珠的轴线重合；

所述透镜4的截面为拱形，所述拱形的上下表面均为左右对称的自由曲线；

所述灯珠矩阵用于发射调制后的光信号，通过所述透镜4的折射，产生更大的传播角度。

其中，如图1所示，发光灯珠包括芯片基板1、芯片封装层2和芯片光源3，其中芯片周期A：A≤1.5mm，周期具体为单个芯片的最大单元大小；透镜上表面顶点到底部的距离B:B≤0.5mm；透镜下表面顶点到底部的距离C:C≤0.4mm ；

芯片封装层2与芯片光源3发光面齐平，透镜4阵列与灯珠一对一对应，通过外部结构卡槽或支架固定。

实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述透镜4的截面所在的拱形中，

上表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-73≤/>≤25，-12≤/>≤24，-5≤/>≤6；

下表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-2500≤/>≤80，-19≤/>≤90，-9≤/>≤6。

实施方式三、结合图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述灯珠矩阵为mini-LED灯珠矩阵。

实施方式四、本实施方式是对实施方式三提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述灯珠矩阵包括RGB三基色mini-LED发光芯片。

实施方式五、本实施方式是对实施方式四提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述芯片的尺寸不小于50um，芯片点间距在1.5mm以下。

实施方式六、本实施方式是对实施方式一提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述透镜4的截面中，上表面顶点到所述透镜4底部的距离为0.5mm以下、下表面顶点到所述透镜4底部的距离为0.4mm以下。

实施方式七、本实施方式是对实施方式一提供的车载光通信信号发射装置的进一步限定，所述光信号的调制方式具体为，通过OOK调制技术调制。

实施方式八、本实施方式提供了车载信号通信装置，所述装置包括信号发射装置和信号接收装置，

所述信号发射装置和信号接收装置均设置在车辆上；

所述信号发射装置用于将上位机调制后的信号通过光信号的方式发射，另一台车辆上的所述信号接收装置用于接收所述光信号，并交由该车的上位机进行解调；

所述信号发射装置为实施方式一至七任意一项提供的车载光通信信号发射装置。

具体的：

信号接收装置上也可设置有透镜。

车载光通信总体实施过程：利用LED器件高速频率响应的特点，将通信信息加载到mini-LED光源上使得其发出人眼无法觉察的明暗交替的光信号，然后感光器件将接收到的光信号转换成电信号进而再进行后续的处理恢复，最终得到具体的通信信息这一过程。车辆之间可以通过LED车灯与光接收机完成信息的交互，车辆与路边设施同样可以使用LED路灯、LED车灯、光接收机或行人手持设备完成通信。

车载信号通信装置主要由信号发射装置、可见光信道和信号接收装置三部分组成。用户将信息发送给该***之后，该***的信号发射装置通过调制LED光源将光信号发送出去，光信号在经过光信道传输后到达***的信号接收装置，***的信号接收装置通过解调把光信号转换为电信号，进而经过一定的处理再呈现给接收方用户，具体呈现方式可以为通过***示屏，或语音播报等。

信号发射装置主体就是一个电光转换电路，将车辆信息比如车速、车距、位置等信息作为输入调制以比特流电信号形式转换为明暗变化的光信号。信号发射装置主要由调制器和光发射机组成，调制器负责将输入的电信号转换为对应的控制光发射机的电信号，光发射机在接收到调制器发来的控制信号之后再发出明暗变化的光信号。信号接收装置的核心功能就是将接收到的光信号恢复为相应的原始电信号。信号接收装置主要由光探测器和解调器组成，光探测器的功能是感知到信号发射装置信号发射装置的光信号并将其输出转变为电信号，解调器的功能是将光探测器输出的电信号解调成适合后续信号处理的电信号。

车载信号通信装置中发射端LED光源采用的是Mini-LED矩阵，通过OOK调制技术，实现发射端信号调制。信号接收装置的感光器件可以选用相机或光电二极管

由于车载光通信的信道直流增益与收发端之间的距离成反比，并且可见光信道的直流增益也会受到LED光源的发射角和感光器件的接收角影响，因此LED光源尽可能的与接收机的感光器件在同一条直线上，提高***的通信性能。

由用户操作手机或者平板电脑等无线设备，搜索并连接***通信Wifi信号。然后登录该***的Web界面，在Web界面上用户可以选择相应的功能，例如：与其他车辆的文字聊天，观看前车前方的道路情况等功能。通信信息以可见光的形式在空气中进行传播，提示或交互内容通过***控制显示在车Mini-LED上面。

实施方式九、本实施方式提供了车载信号通信装置，所述信号发射装置设置在所述车辆的尾灯、前照灯、logo灯、格栅灯和侧翼灯中任意一个或多个发光位置。

实施方式十、本实施方式提供了车辆，所述车辆包括实施方式九提供的车载信号通信装置，所述信号接收装置与所述发射装置相邻设置。

实施方式十一、结合图4-5说明本实施方式，本实施方式提供了车载信号通信装置的具体实施例，其中：

光源短边长：0.05mm；所述短边即芯片尺寸中的宽度；

芯片周期A：A=0.4mm；

透镜上表面顶点到底部的距离B:B=0.09mm；

透镜下表面顶点到底部的距离C:C=0.06mm；

上表面的自由曲线D，其公式为；

下表面的自由曲线E，其公式为；

图4为透镜4的配光曲线，其中水平方向配光角度为180°；

图5为芯片光源3的配光曲线，为郎伯体配光，配光角度为120°。

实施方式十二、结合图6-8说明本实施方式，本实施方式为上述车载信号通信装置提供了几个具体应用场景，其中：

1、采用光通信技术应用在车载光显装置（外部前灯和尾灯装置）实现车、人和交通***的即时信息交互，车与车之间信息交互包括变道、刹车、练车、特种车警示提醒；车与人之间信息交互包括泊车指引，标识车辆和让行示意；车与交通***之间信息交互实现道路环境感知，远程驾驶和编队驾驶等方面，通过DSRC、5G、LTE-V等通讯技术和互联网技术，达到“孤岛信息”互联，由过去的单车智能转变为有组织的多智体高效协同合作。

2、车与车之间信息交互***包括感知通信单元、控制单元和显示单元三部分，其中感知单元包括光通信探测模块和摄像头模块，控制单元包括BCM车体控制模块和信号解码模块，显示单元是由Mini-LED显示模块组成。车与车之间信息交互包括变道、刹车、练车、特种车警示提醒等灯语变化，会在显示单元输出提醒灯语光信号，通过感知通信单元进行信号处理，提醒和控制车辆合理避让；3、车与人之间信息交互***包括感知通信单元、控制单元和显示单元三部分，其中感知单元包括个人移动终端、光通信探测模块和摄像头模块，控制单元包括BCM车体控制模块和信号解码模块，显示单元是由Mini-LED显示模块组成。通过个人移动终端可实现车辆远程遥控，光通信探测模块和摄像头模块可实现近距离（＜5m）车辆感应识别，提升驾驶智能化和便捷化，显示单元根据不同场景显示文字、图片或视频。

4、车与交通***信息交互***包括车身***和交通***发射识别模块，其中车身***包括感知通信单元、控制单元和显示单元三部分，交通***包括发射信号模块和摄像头模块。交通***发射信号模块发出信号，通过车载信号处理***控制显示单元进行信息显示和提醒，交通***摄像头模块识别显示信息进行交通路况的显示和提醒。

5、显示单元在汽车的前面、后面及侧面均可安装

6、显示单元部分由RGB三基色Mini-LED发光芯片组成，芯片尺寸100*50um，芯片点间距＜1.5mm，通过阵列式排布和单点控制，可实现精细化显示。

7、显示单元周边及内部任意区域内，可集成控制单元芯片及感知识别模块，实现高集成化显示。

8、显示单元可采用RGB不同芯片阵列组合，实现全彩及单色显示，显示效果多样化。

以上通过几个具体实施方式对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出本发明提供的技术方案的优点和有益之处，不过以上所述的几个具体实施方式并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神和原则范围内的，对本发明的合理修改和改进，实施方式的合理组合和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述装置包括：灯珠矩阵和透镜；

所述透镜数量与所述灯珠数量相同，且设置在所述灯珠发射出光线的方向上、凹面朝向所述灯珠，所述透镜的轴线与所述灯珠的轴线重合；

所述透镜的截面为拱形，所述拱形的上下表面均为左右对称的自由曲线；

所述灯珠矩阵用于发射调制后的光信号，通过所述透镜的折射，产生更大的传播角度。

2.根据权利要求1所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述透镜的截面所在的拱形中，

上表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-73≤/>≤25，-12≤/>≤24，-5≤/>≤6；

下表面的自由曲线由公式得到，其中/>表示沿X轴的长度，/>表示沿Y轴的长度，-2500≤/>≤80，-19≤/>≤90，-9≤/>≤6。

3.根据权利要求1所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述灯珠矩阵为mini-LED灯珠矩阵。

4.根据权利要求3所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述灯珠矩阵包括RGB三基色mini-LED发光芯片。

5.根据权利要求4所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述芯片的尺寸不小于50um，芯片点间距在1.5mm以下。

6.根据权利要求1所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述透镜的截面中，上表面顶点到所述透镜底部的距离为0.5mm以下、下表面顶点到所述透镜底部的距离为0.4mm以下。

7.根据权利要求1所述的车载光通信信号发射装置，其特征在于，所述光信号的调制方式具体为，通过OOK调制技术调制。

8.车载信号通信装置，其特征在于，所述装置包括信号发射装置和信号接收装置，所述信号发射装置和信号接收装置均设置在车辆上；

所述信号发射装置用于将上位机调制后的信号通过光信号的方式发射，另一台车辆上的所述信号接收装置用于接收所述光信号，并交由该车的上位机进行解调；

所述信号发射装置为权利要求1-7任意一项所述的车载光通信信号发射装置。

9.根据权利要求8所述的车载信号通信装置，其特征在于，所述信号发射装置设置在所述车辆的尾灯、前照灯、logo灯、格栅灯和侧翼灯中任意一个或多个发光位置。

10.车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求9所述的车载信号通信装置，所述信号接收装置与所述发射装置相邻设置。