CN118055854A - 运载工具层压窗玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可加热的嵌有线材的运载工具层压窗玻璃，该可加热的嵌有线材的运载工具层压窗玻璃被配置成在能够发射和接收5.9GHz频带中的射频信号的运载工具装载单元前方使用。运载工具层压窗玻璃包括被配置成加热运载工具层压窗玻璃的传导线材。这些传导线材具有特定的波形因子(WF)，波形因子被定义为一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率。这些传导线材(2)间隔开的节距(P)介于(公式I)之间。本发明进一步涉及一种包括这种运载工具层压窗玻璃的运载工具、以及这种运载工具层压窗玻璃用于允许5.9GHz频带中的射频信号来自和去往运载工具装载单元的用途。本发明进一步涉及一种包括这种运载工具层压窗玻璃和至少一个运载工具装载单元的组件，该至少一个运载工具装载单元被配置成发射和接收5.9GHz频带中的射频信号。本发明进一步涉及一种包括这种组件的运载工具以及一种生产这种组件的方法。

Description

运载工具层压窗玻璃
技术领域
本发明涉及由运载工具接收和传输的射频(RF)通信的领域。更具体地，本发明涉及允许这种通信的可加热的嵌有线材的汽车层压窗玻璃。
背景技术
如今，来自和去往运载工具的射频(RF)通信特别令人感兴趣。
运载工具到万物(V2X)是运载工具与可能影响运载工具或可能受运载工具影响的任何实体之间的通信。运载工具到万物是一种运载工具通信***，其结合有其他更具体类型的通信，如V2I(运载工具到基础设施)、V2N(运载工具到网络)、V2V(运载工具到运载工具)、V2P(运载工具到行人)、V2D(运载工具到设备)和V2G(运载工具到电网)。
V2X的主要动机是道路安全、交通效率和节约能源。存在两种相互竞争的V2X解决方案。第一种解决方案是基于扩展的WiFi协议(802.11p)，例如ITS-G5，仅用于直接链路，在5.9GHz频带中工作。另一种解决方案是基于具有以下两个通信信道的3GPP C-V2X：在5.9GHz频带(PC5接口)中的直接链路，以及通过网络链路，即使用经典的4G/5G频带(Uu接口)。在此重点关注适用于ITS-G5标准或3GPP C-V2X标准两者的直接链路通信(5.9GHz频带)。专用短程通信(DSRC)是用于无线通信的开源协议，旨在用于高度安全、高速的V2X通信。DSRC是专门为汽车用途设计的单向或双向短程到中程无线通信信道以及对应的一组协议和标准。已知它在5.85GHz与5.93GHz之间操作，这被称为5.9GHz频带。
802.11p是DSRC的基础，DSRC是美国运输部项目，其基于国际标准化组织(International Organization for Standardization)针对基于运载工具的通信网络制定的陆地移动通信接入架构(Communications Access for Land Mobilesarchitecture)，特别是用于比如经由运载工具进行商业交易(例如收费)和运载工具安全服务等应用。这种网络使得运载工具与路边接入点或其他运载工具之间能够进行通信。在欧洲，802.11p被用作ITS-G5标准的基础，该标准支持用于运载工具到运载工具和运载工具到基础设施通信的地理位置路由通信协议(GeoNetworking protocol)。
电子收费(e-tolling)在汽车行业中的使用越来越多。电子收费确实是高速公路用户对他们所行驶的收费道路、桥梁和隧道进行付费的高效方式。用于这种道路用户计费的***已经在世界各地的许多地方投入使用。由于道路和高速公路的日益拥堵以及相关联的环境影响，世界各地越来越关注试图实施可以减少运载工具交通量的法规。征收道路用户费用是一种选择，并且用于容易且高效地支付道路用户费用的自动化***如今可商购获得，而且还在不断开发中。
更一般地说，经由运载工具进行商业交易也可以用于在加油站以及充电站(V2G)、免下车商业场所(餐馆、药店……)处进行支付。
识别正在经过计费点的运载工具的一种方式是通过为小轿车配备运载工具装载单元(OBU)。每个OBU与安装了该OBU的运载工具唯一地相关联，并且能够向其他运载工具或专用基础设施发出其存在的信号。
例如，无线电子收费(ETC)门架通常以以下方式工作。ETC门架不断地向驶入运载工具发送射频(RF)信号。位于驶入运载工具内部的OBU接收来自门架的RF信号并发送具有足够的识别信息的RF回复。OBU最常放在运载工具内部以防止任何有害损坏(天气、盗窃……)。
用于道路用户计费的大多数***使用基于专用短程通信(DSRC)的应答器。这样的应答器安装在运载工具中，并且它们通常被称为运载工具装载单元(OBU)。
由于金属车身的掩蔽效应，并且因为来自收费门架的输入RF信号在运载工具前方，因此OBU的通常位置是位于运载工具内部、与挡风玻璃的内表面接触或粘附在挡风玻璃的内表面上并指向运载工具前方。
然而，挡风玻璃的玻璃厚度(高达5mm，并且更特别地介于约3mm与5mm之间)对于这种范围的RF频率而言在电磁学上是“厚的”，并且会产生(所发送的和接收到的)RF信号的减弱，减弱可能高达3dB，因此会损失高达50％的RF信号。
此外，运载工具的挡风玻璃可以包括金属部件。例如，可加热的挡风玻璃(如可加热的带涂层的挡风玻璃或可加热的嵌有线材的挡风玻璃)就是这种情况。这两种挡风玻璃都是众所周知的。挡风玻璃是通常由通过热塑性层粘合的两个玻璃片材制成的层压窗玻璃，热塑性层通常由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)基材制成。在加热式的嵌有线材的挡风玻璃的情况下，细的传导金属线材通常嵌入在层压体中，与热塑性层接触，并接触玻璃片材之一的内面之一。这样的线材用于加热挡风玻璃(通过焦耳效应进行电阻加热)以进行除霜和除雾。这些线材非常细，以便最小化对驾驶员视野的侵入，并且沿着挡风玻璃从一侧延伸到另一侧或竖直地延伸，通常遵循比如EP 3505405或EP 3379897中所描述的类似正弦曲线的路径。然而，这些线材产生了通过挡风玻璃接收和发送的RF信号的额外减弱。
这样的RF信号减弱问题可能会导致一些运载工具在经过ETC门架时没有被记录下来。此外，关于可以由运载工具接收/发射并出现在运载工具轨迹之前的其他种类的RF信号，例如用于V2X通信(特别是用于前方行人安全的V2P，在运载工具前方发生危险的情况下的V2I-V2V等)的信号，这样的RF信号衰减可能会危及运载工具用户或行人。
期望有一种解决方案来解决这些RF信号减弱问题。
US 6559419披露了一种带涂层的挡风玻璃。带涂层的挡风玻璃是加热式线材挡风玻璃的替代品，其中线材被金属涂层替代。这种带涂层的挡风玻璃具有无涂层区域，这意味着涂层可以不沉积在特定区域、或者从同一特定区域被去除。例如对于收费设备，这种去除涂层允许信号更好地传输通过窗的该部分。
EP 3516926披露了一种用于在层压体中嵌入有线材的运载工具的可加热窗。窗具有嵌有线材的区域，其中线材可以具有正弦曲线形状和适配的节距(每根线材之间的距离)。以与带涂层的挡风玻璃相同的方式，这种加热式线材挡风玻璃也包括无线材区域，这意味着没有放置线材的区域或已经去除了这样的线材的区域。这种无线材区域允许数据通过窗传输到定位在无线材区域附近的设备，包括信号接收设备或信号传输设备。
然而，在运载工具窗玻璃中产生无线材区域需要额外的制造步骤，这可能导致生产运载工具窗玻璃的时间增加，以及使整个过程复杂化。
最后，OBU必须精确地放置在无线材区域中。由于OBU通常由普通人员放置，这可能导致OBU错误定位并因此导致设备功能不正常。
发明内容
本发明涉及一种运载工具层压窗玻璃，该运载工具层压窗玻璃被配置成在能够发射和接收5.9GHz频带中的射频信号的运载工具装载单元前方使用。更特别地，本发明涉及一种可加热的嵌有线材的层压窗玻璃。运载工具层压窗玻璃包括被配置成加热运载工具层压窗玻璃的传导线材。这些传导线材具有特定的波形因子(WF)，波形因子被定义为一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率。这些传导线材(2)间隔开的节距(P)介于与/>之间。
本发明进一步涉及一种包括这种运载工具层压窗玻璃的运载工具、以及这种运载工具层压窗玻璃用于允许5.9GHz频带中的射频信号来自和去往运载工具装载单元的用途。
本发明进一步涉及一种包括这种运载工具层压窗玻璃和至少一个运载工具装载单元的组件，该至少一个运载工具装载单元被配置成发射和接收5.9GHz频带中的射频信号。
本发明进一步涉及一种包括这种组件的运载工具以及一种生产这种组件的方法。
附图说明
现在将通过举例并参照附图来进一步描述本发明，其中，在各图中相似的附图标记表示相似的要素。这些示例是通过说明而非限制的方式提供的。这些附图是示意图，而不是按真实的比例。这些附图不以任何方式限制本发明。将通过示例来阐释更多优点。
图1a图示了波形因子(WF)的概念，而图1b图示了节距。
图1c和图1d图示了分别由三角形或正方形组成的正弦曲线路径。
图2图示了运载工具的挡风玻璃。
图3图示了根据本发明的运载工具层压窗玻璃。
图4图示了辐射方向图。
图5图示了根据本发明的波形因子/节距值。
图6图示了辐射测量的测试设定。
图7图示了参照透明玻璃的针对波形因子为1.1并且节距为4的辐射测试结果。
具体实施方式
将关于具体实施例并参照某些附图来对本发明进行描述；然而，本发明不限于此，而是仅由权利要求限制。
尽管本文描述的一些实施例包括一些特征但不包括其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意在在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域技术人员将理解的那样。例如，在所附权利要求中，任何所要求保护的实施例可以以任何组合使用。
本发明提出了一种嵌有线材的运载工具层压窗玻璃。运载工具包括小轿车、厢式货车、卡车、摩托车、公交车、有轨电车、火车、无人机、飞机、直升机等。
层压窗玻璃是指至少两个玻璃片材与夹层层压在一起。玻璃片材可以由(矿物)玻璃制成，更具体地由硅基玻璃(比如钠钙硅型玻璃、铝硅酸盐型玻璃、或硼硅酸盐型玻璃)制成。夹层通常由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)制成。
运载工具层压窗玻璃被配置成在能够发射和接收5.9GHz频带中的射频(RF)信号的运载工具装载单元(OBU)前方使用。OBU被配置成放置在运载工具层压窗玻璃的内面上。此处，“内”意指运载工具层压窗玻璃的与运载工具的内部接触的面。OBU可以例如利用双面胶带或通过吸附装置粘附在运载工具层压窗玻璃上。也可以通过本领域已知的任何其他连接装置来放置OBU。
根据本发明，运载工具层压窗玻璃是可加热的嵌有线材的层压窗玻璃。为了加热运载工具层压窗玻璃(以进行除霜和/或除雾)，传导线材嵌入在运载工具层压窗玻璃中，与热塑性层接触，并接触玻璃片材之一的内面之一。传导线材通常由钨或铜制成。这些线材非常细，宽度通常介于10微米与50微米之间。这些传导线材通常沿着运载工具层压窗玻璃竖直地延伸或从一侧延伸到另一侧。
传导线材通常遵循直线路径或类似正弦曲线的路径。波形因子参数与线材的波度相关联。如图1a所图示的，波形因子(WF)由一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率来定义。波形因子1对应于直的线材。波形因子越高，正弦曲线形状越紧密。“类似正弦曲线”是指正弦曲线路径。因此，它也适用于由例如三角形(比如图1c所图示的)或正方形(比如图1d所图示的)组成的正弦曲线路径，只要可以定义波形因子即可。
如图1b中图示的，相继的传导线材之间的距离被定义为节距(P)。
已经令人惊讶地确定，如果节距(P)介于与之间，则5.9GHz频带(从5.85GHz到5.93GHz)中的RF信号不会被传导线材减弱，而是相反地被传输，甚至可以被增强。因此，即使放置在OBU前方的运载工具层压窗玻璃中确实存在传导线材，也允许OBU正常运行。
在优选实施例中，传导线材的波形因子(WF)高于1.0至最高3.0，即，介于1.0与3.0之间(不包括1.0)。值1.0对应于直的传导线材，其没有正弦曲线形状，而且不属于本发明的一部分。值3.0对应于非常明显的正弦曲线形状。选择该值范围(即，1.0<WF≤3.0)是为了最小化对驾驶运载工具的视觉影响。该值范围还允许减少衍射，例如从来自另一交叉路口运载工具的前照灯的光的衍射。
在优选实施例中，运载工具层压窗玻璃是运载工具的挡风玻璃或后窗玻璃。这些窗玻璃最适于使用运载工具装载单元。
本发明还提出了一种运载工具，该运载工具包括至少一个如先前所描述的运载工具层压窗玻璃。
本发明还提出了如先前所描述的运载工具层压窗玻璃用于允许5.9GHz频带中的射频信号来自和去往至少一个运载工具装载单元的用途。
本发明还提出了一种包括如先前所描述的运载工具层压窗玻璃的组件。组件进一步包括至少一个运载工具装载单元。至少一个运载工具装载单元被配置成粘附在运载工具层压窗玻璃的内面上。至少一个运载工具装载单元还被配置成发射和接收5.9GHz频带中的射频信号。
在优选实施例中，组件的至少一个运载工具装载单元是电子收费设备。电子收费设备特别适于这种用途。
在优选实施例中，至少一个运载工具装载单元通过双面胶带胶合在运载工具层压窗玻璃的内面上。至少一个运载工具装载单元能够通过吸附装置被吸附在运载工具层压窗玻璃的内面上。将至少一个运载工具装载单元附接到运载工具窗玻璃的内面的其他方式包括但不限于支架。
本发明还提出了一种运载工具，该运载工具包括至少一个如先前所描述的组件。
本发明还提出了一种生产如先前所描述的组件的方法。根据本发明，该方法包括将至少两个玻璃片材与嵌有线材的夹层层压在一起以形成运载工具层压窗玻璃的步骤。传导线材通常嵌入到用于形成运载工具层压窗玻璃的夹层中。传导线材具有特定的波形因子(WF)，波形因子被定义为一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率，其中波形因子(WF)为1.0<WF≤3.0。传导线材(2)间隔开的节距(P)介于与之间。然后，将至少一个运载工具装载单元放置在运载工具层压窗玻璃的内面上。
图2图示了挡风玻璃(1)，该挡风玻璃是运载工具层压窗玻璃(1)。该运载工具层压窗玻璃(1)配备有传导线材(2)。在该图示中，传导线材(2)竖直地放置，但是它们也可以水平地放置或沿着任何其他取向放置。
参考图3，运载工具层压窗玻璃(1)由至少两个玻璃片材(11，13)通过夹层(12)层压在一起而形成。传导线材(2)嵌入到用于形成运载工具层压窗玻璃(1)的夹层(12)中。嵌入到夹层中的这些传导线材(2)可以如图所图示的那样面向外部玻璃片材(11)，或者可以面向内部玻璃片材(13)。OBU(3)放置在运载工具层压窗玻璃(1)的内面上，并且因此在传导线材的后面。
图4图示了传导线材(1)对5.9GHz频带中的RF信号的传输的积极影响。虚线示出了刚好位于窗玻璃后面的5.9GHz天线通过层压窗玻璃(1)的辐射方向图。层压窗玻璃(1)由2.1mm和1.6mm的两个玻璃片材(11，13)通过0.76mm的夹层(12)层压而形成。层压窗玻璃(1)在5.9GHz下的相对介电常数等于6.8。素线示出了同一天线通过具有传导线材(2)的类似层压窗玻璃(1)的辐射方向图。传导线材(2)的节距等于2.5，而波形因子等于1.47。如在图4中可以看出的，当层压窗玻璃(1)配备有传导线材(2)时，RF信号在所有向前方向(即，介于-90°与+90°之间)上都较强，而仅在向后方向(介于150°与210°之间)上较弱，这表明通过层压窗玻璃(1)的传输更好，而且背反射更低。
图5以表示根据本发明的节距/波形因子值的曲线图(曲线图本身上突出显示的区)示出了与前面列举的示例相对应的点，其中传导线材(2)的节距等于2.5，并且波形因子等于1.47。
图6示出了辐射测量的测试设定。运载工具(V)设定在消声室中，并且如上文所描述的，发射和接收5.9GHz频带中的射频(RF)信号的运载工具装载单元(OBU)从内部固定到运载工具(V)的挡风玻璃。还在高处放置了能够发射和接收5.9GHz频带中的RF信号的传感器(S)，以测量辐射水平。运载工具(V)被放置成使得运载工具装载单元(OBU)被设定为与传感器(S)水平地相距5米并且与传感器竖直地相距5米，这是这样的测量的标准情况，并且这种设定还模拟了用于这种运载工具装载单元的操作的真实世界环境。传感器(S)倾斜45°左右，使得传感器(S)面向运载工具(V)。在测试设定中测试了具有不同的波形因子和节距值的不同窗玻璃(1)。
首先对具有不包括任何传导线材的透明窗玻璃的运载工具(V)进行测量，将该运载工具放置在室内，并将OBU从运载工具内部放置在窗玻璃的不同表面上，并发送RF信号，并通过传感器(S)测量传输以提供基线。然后，将具有本发明所建议的设置有传导线材(2)的窗玻璃(1)的运载工具(V)放置在室内，并且以上文所描述的相同方式重复测量。
图7以曲线图示出了包括传导线材的窗玻璃的测试结果，其中传导线材的波形因子为1.1并且节距为4。该曲线图示出了参照没有传导线材的窗玻璃(即，透明玻璃窗玻璃)的信噪比。如上文在测试程序中所描述的，在窗玻璃的表面上采集各种测量点，以绘制出整个窗玻璃表面的辐射水平的完整曲线图。因此，测试结果表明，OBU几乎可以放置在窗玻璃上的任何地方。如从曲线图中可以清楚地看出的，利用本发明所要求保护的窗玻璃实现了辐射水平的信噪比的巨大改善。该曲线图证实，通过本发明所提供的窗玻璃，5.9GHz频带(从5.85GHz到5.93GHz)中的RF信号不会被传导线材减弱，而是相反地被传输，甚至可以被增强，并且确实通过测试结果实现了高达7dB的增强。
虽然在附图和前述说明中详细图示和描述了本发明，但这样的图示和描述应视为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。前述说明详细描述了本发明的某些实施例。然而，应理解的是，无论前述内容在文本方面看上去如何详细，本发明都可以以多种方式实践。本发明不限于所披露的实施例。

Claims (10)

1.一种可加热的嵌有线材的运载工具层压窗玻璃(1)，所述可加热的嵌有线材的运载工具层压窗玻璃被配置成在能够发射和接收5.9GHz频带中的射频信号的运载工具装载单元(3)前方使用，所述运载工具层压窗玻璃(1)包括被配置成加热所述运载工具层压窗玻璃(1)的传导线材(2)，所述传导线材(2)具有特定的波形因子(WF)，所述波形因子被定义为一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率，
其特征在于，传导线材(2)间隔开的节距(P)介于与之间。
2.根据权利要求1所述的运载工具层压窗玻璃(1)，其中，所述波形因子(WF)为1.0<WF≤3.0。
3.根据前述权利要求中任一项所述的运载工具层压窗玻璃(1)，其中，所述运载工具层压窗玻璃(1)是运载工具的挡风玻璃或后窗玻璃。
4.一种运载工具，包括至少一个根据权利要求1至3中任一项所述的运载工具层压窗玻璃(1)。
5.一种根据权利要求1至3中任一项所述的运载工具层压窗玻璃(1)用于允许5.9GHz频带中的射频信号来自和去往所述至少一个运载工具装载单元(3)的用途。
6.一种组件，包括：
a.根据前述权利要求中任一项所述的运载工具层压窗玻璃(1)；
b.至少一个运载工具装载单元(3)，所述至少一个运载工具装载单元被配置成粘附在所述运载工具层压窗玻璃(1)的内面上，所述至少一个运载工具装载单元(3)被配置成发射和接收5.9GHz频带中的射频信号。
7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述至少一个运载工具装载单元(3)是电子收费设备。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的组件，其中，所述至少一个运载工具装载单元(3)通过双面胶带胶合在所述运载工具层压窗玻璃(1)的内面上。
9.一种运载工具，包括至少一个根据权利要求6至8中任一项所述的组件。
10.一种生产根据权利要求6至8中任一项所述的组件的方法，包括以下步骤：
a.将至少两个玻璃片材(11，13)与至少一个夹层(12)层压在一起以形成运载工具层压窗玻璃(1)；所述夹层(12)具有嵌入式传导线材(2)，所述传导线材具有特定的波形因子(WF)，所述波形因子被定义为一个周期内的线材长度(L)与波长(λ)之间的比率，其中，所述波形因子(WF)为1.0<WF≤3.0，所述传导线材(2)间隔开的节距(P)介于与/>之间；
b.将至少一个运载工具装载单元(3)安装在所述运载工具层压窗玻璃(1)的内面上。
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