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Die
Erfindung betrifft eine Antenneneinrichtung für die Fahrzeugkommunikation
mit einer Antenneneinheit, welche mindestens eine Antenne für
eine zelluläre Funkkommunikation, für eine bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
und/oder für eine Satelliten-Funkkommunikation sowie Treiberelemente
zum Senden und/oder Empfangen von Daten mittels zellulärer
Funkkommunikation, mittels bidirektionaler Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation oder
mittels Satelliten-Funkkommunikation aufweist. Ferner ist in der
Antenneneinheit eine Recheneinheit mit mindestens einem vorzugsweise
als Mikroprozessor ausgebildeten Rechner vorgesehen, der zur Steuerung
des Sendens und Empfangens der Daten eingerichtet ist.
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Derartige
Antenneneinrichtungen werden eingesetzt, um eine externe Kommunikation
aus dem Fahrzeug heraus zu ermöglichen oder externe Daten in
dem Fahrzeug zu empfangen. Unter einer zellulären Funkkommunikation
wird insbesondere eine Mobilfunkkommunikation in öffentliche
Mobilfunknetzwerke verstanden, insbesondere nach dem GSM oder UMTS-Standard, ohne
auf diese konkreten Ausgestaltungen der zellulären Funkkommunikation
beschränkt zu sein.
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Die
bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation stellt eine bidirektionale
Funktechnik dar, die für die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation
(C2C) und die Fahrzeug-zu-Umgebungs-Kommunikation (C2X) eingesetzt
wird, wobei die C2X-Kommunikation die C2C-Kommunikation als den
Spezialfall mit einschließt, dass beide Kommunikationsteilnehmer
Fahrzeuge sind. Die Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation ermöglicht
eine spontane Kommunikation von an dem Verkehr teilnehmenden Fahrzeugen
mit der Umgebung oder untereinander. Ein wesentliches Merkmal dieser
bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation ist eine kurze
bis mittlere Reichweite bei kurzer Zugriffszeit und hoher Datenrate.
In den Fahrzeugen wird diese Kommunikation durch mobile Geräte,
so genannte On-Board-Units (OBU) realisiert, wobei die Kommunikation
durch Bildung von Adhoc-Netzwerken zunächst eine öffentliche
Kommunikation ist. Diese kann durch eine zusätzliche Authentifizierung
auch als private Kommunikation ausgebildet werden.
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Als
Standard hierfür etabliert sich das Intelligent Transportation
System (ITS), welches den Kommunikationsrahmen für die
verschiedenen Teilnehmer in einem gemeinsamen Standard festlegt.
Informationen über diesen Standard können auf
der Internetseite „www.standards.its.dot.gov” abgerufen
werden. Die Kommunikation selbst erfolgt meist mittels der Dedicated
Short Range Communication (DSRC), die bei geringer Reichweite eine
hohe Datenrate und kurze Latenzzeit ermöglicht. Diese Dedicated
Short Range Communication ist auch unter den Standards IEEE
802.11p oder ITS-G5 oder WAVE bekannt.
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Für
die verschiedenen Kommunikationsarten sind jeweils Antenneneinrichtungen
vorhanden, die dazu eingerichtet sind, das Senden und Empfangen für
eine Kommunikationsart auszuführen. In diesem Zusammenhang
beschreibt die
WO
2009/074655 A1 ein System zur Übertragung von
fahrzeugrelevanten Daten über mobile Kommunikationseinrichtungen, wozu
zwei verschiedene Kommunikationseinheiten mit jeweils einer Antenne
sowie ein zusätzliches GPS-Modul vorgesehen sind. Eine
der beiden Kommunikationseinheiten ist als WLAN-basierte Kommunikationseinheit
ausgebildet, mit der beispielsweise auch eine DSRC- bzw. ITS-G5-Kommunikation
ermöglicht würde. Die andere Kommunikationseinheit ist
als drahtlose Zugangs- und Fahrberechtigungseinheit (RKE, Remote
Keyless Entry) realisiert, wobei sämtliche Kommunikationseinheiten
durch einen gemeinsamen zentralen Rechner des Fahrzeugs angesteuert
werden. Dies ist aufwendig, weil viele verschiedene Kommunikationseinheiten
vorgesehen sind, die alle im Fahrzeug untergebracht werden müssen.
Außerdem ist die zentrale Steuerung sämtlicher
Funktionseinheiten des Fahrzeugs durch einen zentralen Rechner fehleranfällig,
da bei einer Rechnerstörung sämtliche Kommunikations-
und sonstige Systeme ausfallen.
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Ferner
ist aus der
WO
2007/068542 A1 ein Kommunikationssystem eines Kraftfahrzeugs
mit einer Steuereinheit und einer damit verbundenen Sende- und Empfangseinheit
bekannt, wobei in der Steuereinheit eine Bewertung der Ausrichtung
des Fahrzeugs relativ zu einer Bezugsrichtung stattfindet. Dazu
ist die Steuereinheit zur Bewertung der Ausrichtung des Fahrzeugs
bezüglich einer über die Sende-/Empfangseinheit
empfangenen Ausrichtung eines weiteren Fahrzeugs eingerichtet, so
dass die Steuereinheit Zusatzfunktionen übernimmt. Diese stehen
jedoch nur lokal begrenzt zur Verfügung, da es sich um
eine proprietäre Lösung handelt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antenneneinrichtung der eingangs genannten
Art vorzuschlagen, welche in dem Fahrzeug zentral die wesentlichen
Kommunikationsaufgaben übernimmt sowie einfach handhabbar
und kostengünstig herstellbar ist.
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Hierzu
schlägt die vorliegende Erfindung eine Antenneneinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Diese Antenneneinrichtung
weist Antenneneinheit mit einer Recheneinheit auf, die insbesondere
zur Durchführung der zellulären Funkkommunikation,
der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation und der Satelliten-Funkkommunikation
eingerichtet ist, so dass die Recheneinheit alle der vorgenannten
Kommunikationsarten ausführen kann. Um eine gleichzeitige
Nutzung der verschiedenen Kommunikationsarten zu ermöglichen,
kann die Recheneinheit vorzugsweise so eingerichtet sein, dass sämtliche
Kommunikationsarten parallel realisierbar sind. Diese erfindungsgemäße Recheneinheit
ist in genau einem Gehäuse der Antenneneinheit integriert,
welches Gehäuse mindestens eine, gegebenenfalls mehrere
Antennen und/oder mindestens einen, ggf. mehrere Antennenanschlüsse
zum Anschließen der Antenne bzw. der mehreren Antennen
für die verschiedenen Kommunikationsarten zelluläre
Funkkommunikation, bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
und Satelliten-Funkkommunikation aufweist. Damit ist die Antenneneinheit
der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung in einem
Gehäuse integriert und umfasst sämtliche für
die externe Kommunikation benötigten Elemente. Ferner weist
die Antenneneinheit mindestens einen Kommunikationsanschluss für
eine fahrzeuginterne Kommunikation mit weiteren Fahrzeugeinheiten
auf.
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Eine
solche zentralisierte Antenneneinrichtung hat den Vorteil, dass
besonders kurze Hochfrequenz-Kabelwege realisierbar sind, weil sämtliche
für die Kommunikation notwendigen Bestandteile der Antenneneinrichtung
in der Antenneneinheit integriert sind. Die Antenneneinheit kann
an einer geeigneten Stelle in dem Fahrzeugdach angebracht werden.
Durch Beschränkung auf die für die Kommunikation
benötigten Funktionselemente ist es auch möglich,
diese Elemente für hohe Betriebstemperaturen aufzulegen,
wie sie beispielsweise bei einer Anbringung der Antenneneinheit
unter dem Fahrzeugdach entstehen, um eine zuverlässige
Kommunikation zu ermöglichen. Indem die Antenneneinrichtung und
deren Recheneinheit zur Durchführung aller externen Kommunikationsarten
eingerichtet ist, kann die externe Kommunikation sehr vorteilhaft
im Sinne einer Stapelabarbeitung (d. h. als flexibler Stack) abgearbeitet
werden, indem sämtliche Module, welche Anforderungen für
eine externe Kommunikation haben, diese Anforderungen bezüglich
der zu sendenden oder zu empfangenden Daten einfach an die Antenneneinrichtung
weiterleiten, welche dann lediglich die eigentliche Kommunikationstechnik übernimmt.
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Um
hinsichtlich der Anordnung der Antenneneinheit bzw. der insgesamt
vorzugsweise einteilig ausgebildeten Antenneneinrichtung flexibel
zu sein und diese auch beispielsweise im Dachbereich des Fahrzeugs
anordnen zu können, wo die Sende- und Empfangsleistung
der entsprechenden Antennen für die verschiedenen Kommunikationsarten
meist am besten ist, kann die Recheneinheit der Antenneneinrichtung
bzw. der Antenneneinheit erfindungsgemäß einen
Hochtemperaturrechner bzw. -prozessor aufweisen, der in der Lage
ist, bei Betriebstemperaturen bis gut 100°C, insbesondere
bis etwa 105°C oder 110°C, zu arbeiten. Gerade
im Dachbereich eines Fahrzeugs können bei dunkellackierten
Fahrzeugen derartige Temperaturen im Sommer auftreten. Idealerweise
wird diese Antenneneinheit so gestaltet, dass sich die Elektronik
auf der Innenseite des Daches befindet und über eine Durchkontaktierung durch
das Dach mit den Antennen auf der Außenseite des Dachs
verbunden werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es auch sinnvoll, das Gehäuse der
Antenneneinrichtung bzw. Antenneneinheit auf einer Gehäuseseite
wärmeisoliert auszubilden und auf der anderen, vorzugsweise
gegenüberliegenden Gehäuseseite ein insbesondere hochwärmeleitendes,
zumindest aber wärmeleitendes Material, beispielsweise
Kupfer, als Kühlkörper vorzusehen. Optimaler Weise
ist diese Gehäuseseite sogar aus diesem wärmeleitenden
Material gebildet. Die wesentlichen elektronischen Bauteile können dann
in unmittelbar wärmeleitender Verbindung mit diesem wärmeleitenden
Material in dem Gehäuse der Antenneneinrichtung bzw. der
Antenneneinheit festgelegt sein. Dadurch wird das Gehäuse
auf der einen Seite vor Wärme möglichst gut geschützt
und ist in der Lage, auf der anderen Seite die vom Fahrzeugdach
aufgenommene oder durch die elektronischen Bauteile erzeugte Wärme
möglichst gut abzuführen. Wenn die Antenneneinrichtung
unter dem Dach ausgebildet ist, ist es daher erfindungsgemäß sinnvoll,
die wärmeisolierte Gehäuseseite in Richtung des
Daches und die wärmeleitende Gehäuseseite in Richtung
des kühleren Innenraums des Fahrzeugs anzuordnen, der häufig
sogar klimatisiert ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist die Antenneneinrichtung
bzw. deren Gehäuse zur Montage unter einem Fahrzeugdach
ausgebildet. Dabei wird die Elektronik vorteilhafterweise auf der Innenseite
des Fahrzeugdachs angebracht und die mechanischen Teile der Antennen
auf der Außenseite. Ausnahme können aktive Antennen
sein, wie z. B. GPS-Antennen, bei denen der aktive Teil auch auf der
Außenseite des Fahrzeugdachs angebracht wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Recheneinheit
für die bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation zusätzlich
zu der für die technische Durchführung der ”eigentlichen” Kommunikation,
d. h. die Anmeldung in dem Adhoc-Netzwerk und das Aussenden und Empfangen
von Daten, auch weiter zur Netzwerkverwaltung und/oder Datenverarbeitung
eingerichtet sein, wobei die Netzwerkverwaltung und/oder Datenverarbeitung
ganz oder teilweise durch die Recheneinheit der Antenneneinheit
der Antenneneinrichtung geleistet werden kann. Hintergrund dieses
Merkmals ist, dass im Falle der DSRC- bzw. ITS-G5-Kommunikation
nach dem ITS-Standard im Rahmen des intelligenten Transportation
Systems zwischen den für Kommunikation verantwortlichen,
meist tiefer liegenden Protokollschichten mit der ITS Zugangstechnik (ITS
Access), der ITS Netzwerkorganisation/Vermittlung (ITS Network)
und dem ITS Transport/Verkehr (ITS Transport) zum einen sowie den
ITS Zusatzfunktionen (ITS Facilities) und/oder ITS Anwendungen (ITS
Applications) zum andern unterschieden wird. Im Rahmen der ITS-Facilities
oder Applications kann zusätzlich noch eine Vorverarbeitung
(PreProcessing) der Daten stattfinden.
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Diese
Zusatzfunktionen, Vorverarbeitung und Anwendungen sind von den eigentlichen,
in dem Schichtenmodell der Kommunikation tieferliegenden Schichten
(OSI-Schichten) auch logisch getrennt und übernehmen anstelle
der technischen Kommunikationsfunktion die inhaltliche Organisation
und Aufbereitung der Daten, auf welche die anderen Fahrzeugeinheiten
zugreifen bzw. welche den anderen Fahrzeugeinheiten zur Verfügung
gestellt werden sollen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können
Teile der Netzwerkverwaltung und/oder der Datenverarbeitung auch
auf eine oder mehrere, der Antenneneinheit nachgeschaltete und an
diese mittels einer Kommunikationsverbindung angeschlossene Fahrzeugeinheiten verteilt
sein, die dann erfindungsgemäß auch noch von der
Antenneneinrichtung umfasst sein soll. Dies gilt insbesondere für die
bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation mittels DSRC bzw. ITS-G5,
grundsätzlich aber auch für die zelluläre Funkkommunikation
oder die Satelliten-Funkkommunikation. Diese mehreren verschiedenen
Einheiten, die zur Organisation, Aufbereitung und Vorbereitung der
Daten zum Senden zusammenwirken, bilden einen stärker aufgegliederten
Stapel in der Stapelabarbeitung (Stack) aus verschiedenen, einander
nachgeschalteten und autark arbeitenden Funktionseinheiten. Durch
die Aufteilung auf verschiedene Module (Funktionseinheiten) wird
die Recheneinheit der Antenneneinheit der Antenneneinrichtung entlastet und
Rechenleistung in anderen Einheiten der Antenneneinrichtung angefordert.
Die Konzentration sämtlicher Aufgaben der Kommunikation
und Verwaltung in der (ggf. auf verschiedene Module verteilten)
Recheneinheit der Antenneneinrichtung sorgt jedoch dafür,
dass eine einfache modulare Bauweise möglich ist und die
angeschlossenen Fahrzeugeinheiten keine Intelligenz im Hinblick
auf die technische Kommunikation haben müssten, die ausschließlich
in der Antenneneinheit konzentriert ist. Dies ermöglicht
es auch, neue Generationen von Fahrzeugeinheiten in Fahrzeugen einfach
nachzurüsten und an die Antenneneinheit anzuschließen.
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Unabhängig
davon, ob die Netzwerkverwaltung und Datenverarbeitung in einer
Recheneinheit der Antenneneinheit oder in mehreren Recheneinheiten
der Antenneneinrichtung verteilt auf nachgeschaltete Fahrzeugeinheiten
geleistet wird, können für die Durchführung
der eigentlichen Kommunikation, insbesondere also ITS Access, ITS
Network und ITS Transport im Falle der DSRC- bzw. ITS-G5-Kommunikation,
für die Netzwerkverwaltung (ITS Facilities) und für
die Datenverarbeitung (ITS Applications) verschiedene Rechner (Prozessoren)
zur Verfügung stehen, die auch auf verschiedene Recheneinheiten aufgeteilt
sein können. Sämtliche der Recheneinheiten können
in der Antenneneinheit oder aufgeteilt auf verschiedene Fahrzeugeinheiten
in der dann neben der Antenneneinheit weitere Einheiten ausweisenden
Antenneneinrichtung vorgesehen sein.
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Da
die Antenneneinrichtung mit der Recheneinheit der Antenneneinheit über
eine nicht unbeachtliche Rechenkapazität verfügt,
kann diese Recheneinheit gemäß einer bevorzugten
Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet sein, über
eine Netzwerkverbindung beispielsweise in einer Master-Slave-Anordnung
die Rechenleistung der Rechner anderer Fahrzeugeinheiten zu nutzen.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Recheneinheit dazu
eingerichtet ist, neben der Durchführung der eigentlichen
Kommunikation auch zur Netzwerkverwaltung und Datenverarbeitung
herangezogen zu werden. In diesem Fall kann je nach der Menge der
auch zufällig gleichzeitig zu verarbeitenden Information
die Rechenleistung unter Umständen nicht mehr ausreichen,
so dass es zu Verzögerungen bei der Abarbeitung und Kommunikation kommt.
Aus diesem Grund ist es sinnvoll, wenn insbesondere die nicht unmittelbar
der technischen Umsetzung der Kommunikation dienenden Rechenleistungen
gegebenenfalls über das interne Netzwerk des Fahrzeugs
auf andere Recheneinheiten ausgelagert wird. Dies können
erfindungsgemäß auch Recheneinheiten sein, die
nicht mehr mit der Netzwerkverwaltung oder Datenverarbeitung der
empfangenen oder zu übertragenden Daten vorgesehen sind und
daher nicht mehr Teil der Antenneneinrichtung im weiteren Sinne
sind.
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Gemäß einer
weiteren Variante der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung
kann eine Mobilfunkeinheit zur Organisation der zellulären
Funkkommunikation vorgesehen sein, welche entweder in das Gehäuse
der Antenneneinheit mit integriert oder in einem separaten Gehäuse
ausgebildet ist und über eine fahrzeuginterne Kommunikation
mit der Antenneneinheit kommuniziert. Das separate Gehäuse kann
auch eine Kommunikationssteuereinheit sein, in die ein Teil der
Netzwerkverwaltung und/oder Datenvorverarbeitung der bidirektionalen
Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation mit integriert sein kann. Ferner
kann die Mobilfunkeinheit mit weiteren Fahrzeugeinheiten kommunizieren,
die auf die Mobilfunkkommunikation angewiesen sind, insbesondere
eine Multimediasteuereinheit.
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Erfindungsgemäß kann
in der Antenneneinrichtung auch eine an die Mobilfunkeinheit angeschlossene
Notrufeinheit vorgesehen sein, die vorzugsweise mit in die Mobilfunkeinheit
integriert ist, so dass sowohl der automatische Notruf (E-Call)
als auch die normale Telematikfunktion über die Mobilfunkeinheit
abgewickelt werden kann.
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Die
fahrzeugeigene Kommunikation wird erfindungsgemäß als
Bussystem und/oder Punkt-zu-Punk-Datenverbindung, insbesondere Kabelverbindung
aber auch Drahtlosverbindung wie WLAN, Bluetooth oder dergleichen,
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform kann mindestens eine
weitere, an die Antenneneinrichtung angeschlossene Fahrzeugeinheit
eine Sicherheitssteuereinheit(Safety ECU – Electronic Control
Unit), eine Multimediasteuereinheit (Multimedia ECU), eine Kommunikationssteuereinheit
(CCU – Communication Control Unit) und/oder eine Sensoreinheit
sein. Diese Einheiten benötigen häufig die durch
die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung zur Verfügung
gestellte Funktionalität und können teilweise
mit der Recheneinheit der Antenneneinheit zusammenarbeiten, so dass
sie Teil der Antenneneinrichtung werden und als in diese integriert
angesehen werden können.
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In
diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn mehrere oder
alle Fahrzeugeinheiten mittelbar oder unmittelbar über
eine interne Kommunikationsverbindung miteinander verbunden sind.
Bei einer unmittelbaren Kommunikationsverbindung sind die Fahrzeugeinheiten
direkt an das interne Kommunikationsnetz des Fahrzeugs angeschlossen.
Bei einer mittelbaren Verbindung können Fahrzeugeinheiten über
andere Fahrzeugeinheiten an das interne Kommunikationsnetz angeschlossen
sein.
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Eine
derartige Anordnung kann für die Antenneneinrichtung sinnvoll
sein, wenn die Sensoreinheit und/oder die Kommunikationssteuereinheit
zwischen die Antenneneinheit bzw. Antenneneinrichtung und weitere
Fahrzeugeinheiten zwischengeschaltet sind, insbesondere wenn die
Sensoreinheit und/oder die Kommunikationssteuereinheit Funktionen
in der Datenaufbereitung für die an die Antenneneinheit
der Antenneneinrichtung gesendeten Daten übernehmen.
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Schließlich
ist es erfindungsgemäß möglich, dass
mehrere Antennen und/oder Antennenanschlüsse an der Antenneneinheit
vorgesehen sind, insbesondere wenn für die verschiedenen
Kommunikationsarten aus technischen Gründen unterschiedliche
Antennen verwendet werden müssen oder für jede
Kommunikation eine eigene Antennen vorgesehen sein soll, damit jede
der verschiedenen Kommunikationsarten gleichzeitig und parallel
erfolgen kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der Zeichnung. Dabei bilden alle beschrieben
und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen
oder deren Rückbeziehung.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antenneneinrichtung;
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2 eine
zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antenneneinrichtung und
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3 eine
dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antenneneinrichtung.
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In 1 ist
eine Antenneneinrichtung 1 für die Fahrzeugkommunikation
mit einer Antenneneinheit 2 dargestellt, die an ein als
Bussystem ausgebildetes internes Fahrzeugkommunikationsnetz 3 angeschlossen
ist.
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Die
Antenneneinheit 2 weist jeweils eine Antenne für
eine zelluläre Funkkommunikation 4, eine Antenne
für eine Satelliten-Funkkommunikation 5 und eine
Antenne für eine bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation 6 sowie
nicht dargestellte Treiberelemente zum Senden und/oder Empfangen von
Daten mittels zellulärer Funkkommunikation, mittels bidirektionaler
Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation und mittels Satelliten-Funkkommunikation
auf. Ferner ist in der Antenneneinheit 2 eine der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellte Recheneinheit mit mindestens einem Rechner
bzw. Mikroprozessor vorgesehen, der zur Steuerung des Sendens und Empfangs
der Daten für die vorbeschriebenen Kommunikationswege bzw.
-arten eingerichtet ist.
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Die
Recheneinheit ist also zur Durchführung sowohl der zellulären
Funkkommunikation als auch der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
als auch der Satelliten-Funkkommunikation eingerichtet und in genau
ein Gehäuse der Antenneneinheit 2 integriert,
so dass die Antenneneinheit 2 Daten autark und ohne Zwischenschaltung
weiterer Fahrzeugeinheiten in der Lage ist zu empfangen und/oder
zu senden.
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Anstelle
der insgesamt drei Antennen 4 bis 6 können
gegebenenfalls auch weniger Antennen 4 bis 6 vorgesehen
sein, sofern eine Antenne für mehrere oder alle der verschiedenen
Kommunikationsarten zelluläre Funkkommunikation, bidirektionale
Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation und Satelliten-Funkkommunikation
geeignet ist. Anstelle der in die Antenneneinrichtung fest integrierten
Antennen 4, 5, 6 kann die Antenneneinheit 2 auch
Anschlüsse zum Anschließen der entsprechenden
Antennen aufweisen.
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Diese
autarke Antenneneinheit 2, bzw. in diesem Fall einteilig
ausgebildete Antenneneinrichtung 1, ist zur Montage unter
einem Fahrzeugdach geeignet, da insbesondere die Recheneinheit der
Antenneneinheit 2 einen Hochtemperaturrechner aufweist, der
Temperaturen bis etwa 110°C verarbeiten kann, wie sie unter
dem Dach eines Kraftfahrzeugs bei Sonnenbestrahlung auftreten können.
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In
dem dargestellten Beispiel handelt es bei der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
um DSRC bzw. ITS-G5, das entsprechend dem ITS-Standard umgesetzt
wird. In Umsetzung diesen Standards findet zusätzlich zur
Durchführung der eigentlichen Kommunikation (Netzanmeldung
sowie Senden und Empfangen von Daten) auch eine Netzwerkverwaltung
und/oder Datenverarbeitung statt, um das intelligente Transportion
System (IST – Intelligent Transportation System) zu realisieren
und die verschiedenen Fahrzeugeinheiten entsprechend zu standardisieren.
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Die
für die Funktion der eigentlichen Kommunikation notwendigen
Module ITS Netzzugang (ITS Access), ITS Netzwerkorganisation (ITS
Network) und ITS Verkehr (ITS Transport) sind vorzugsweise in jedem
Fall in der Recheneinheit der Antenneneinheit 2 realisiert.
Zur Netzwerkverwaltung und/oder Datenverarbeitung sind die weiteren
ITS Zusatzfunktionen (ITS Facilities) und eine Vorverarbeitung (PreProcessing)
mit in die Recheneinheit der Antenneneinheit 2 integriert,
wobei die ITS Facilities auch den ITS Applications Layer für
weitere Anwendungen mit umfassen kann, die Daten für andere
Fahrzeugeinheiten zur Verfügung stellen oder Daten anderen Fahrzeugeinheiten
verwerten.
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Mit
in die Recheneinheit der Antenneneinheit 2 ist auch eine
Mobilfunkeinheit 8 integriert, welche die Einwahl und den
Netzzugang in ein öffentliches Mobilfunknetz organisiert.
Dies geschieht üblicherweise unter Verwendung einer SIM-Karte,
die jedoch auch entfernt in einer anderen Fahrzeugeinheit, bspw.
einer Multimediasteuereinheit, eingelegt werden kann.
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Mit
der Mobilfunkeinheit 8 verbunden ist eine Notrufeinheit 9,
welche im Falle eines Unfalls, beispielsweise ausgelöst
durch ein Airbag-Auslösesignal oder eine manuelle Auslösung,
einen automatischen Notruf aussendet. Die Integration der Mobilfunkeinheit 8 und
der Notrufeinheit 9 in die Antenneneinheit 2 ist
besonders vorteilhaft, weil die Antenneneinheit in diesem Falle
autark in der Lage ist, den Notruf auszusenden.
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Zur
Kommunikation mit weiteren Fahrzeugeinheiten ist die Antenneneinheit 2 über
einen Anschluss 10 an das Fahrzeugkommunikationsnetz 3 angeschlossen.
Weitere Fahrzeugeinheiten, die über entsprechende Anschlüsse 10 an
das Fahrzeugkommunikationsnetz 3 angeschlossen sind, können
eine Multimediasteuereinheit (Multimedia ECU – Electronic
Control Unit) 11 eine Sicherheitssteuereinheit (Safety
ECU) 12 sowie weitere Fahrzeugeinheiten 13 sein,
deren Funktion nicht näher erläutert werden soll.
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In
die Multimediasteuereinheit 11 können Verkehrsanwendungen 14 und
eine Kartenabbildung 15 (Mapping) integriert sein. Entsprechende
Daten können im Rahmen des ITS-Standards über
das bidirektionale Adhoc-Netzwerk an andere Verkehrsteilnehmer ausgesendet
werden. Üblicherweise weist eine Multimediasteuereinheit 11 auch
noch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface – HMI) 16 auf,
die zur Eingabe und Darstellung von Daten verwendet werden kann.
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Die
Sicherheitssteuereinheit 12 kann Fahrzeug- oder Umfeldsensoren 17,
Sicherheitsanwendungen 18 sowie weitere Aktoren 19 aufweisen,
die im Rahmen des ITS-Standards auch über das bidirektionale
Adhoc-Netzwerk mit anderen Verkehrsteilnehmern kommunizieren.
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Fahrzeugsensoren
sollen in der Notation dieser Schrift Sensoren sein, die bestimmte
physikalische Zustände des Fahrzeugs messen, bspw. Wegstreckensensoren,
Geschwindigkeitssensoren, Lenkradwinkelsensoren, Raddrehzahlsensoren, Gierratensensoren
oder dgl. Unter Umfeldsensoren werden Sensoren verstanden, die das
Umfeld des Fahrzeugs erfassen und/oder auswerten können, bspw.
Kameras, Radarsensoren, Lidarsensoren oder dgl. Sicherheitsanwendungen
sind insbesondere Fahrerassistenzsysteme, wie ADAS-Systeme (Advanced
Driver Assistance System), mit denen auf Basis von zuverlässig
erzeugten Gefahrenanalysen Hinweise an den Fahrer oder unmittelbare
Fahreingriffe (bspw. eine Notbremsung) erfolgen. Für diese Eingriffe
können bspw. geeignete Aktoren angesteuert werden.
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Die
vorgeschlagene Antenneneinrichtung 1 mit der Antenneneinheit 2 weist
somit den Vorteil auf, dass die weiteren Fahrzeugeinheiten 11, 12, 13 im Sinne
einer Stapelverarbeitung über die Antenneneinheit 2 und
die Antenneneinrichtung 1 mit der Umwelt kommunizieren
können, wobei sämtliche zur Kommunikation benötigte
Intelligenz in der Antenneneinheit 2 in einem einzigen
Gehäuse integriert ist. Hierdurch wird eine besonders flexible
Handhabung der Fahrzeugkommunikation ermöglicht, da die nachgeordneten
Fahrzeugeinheiten im Hinblick auf die Kommunikation keine Intelligenz
aufweisen müssen. Die Kommunikation findet also in einer
Art Stapelverarbeitung derart statt, dass autonome Fahrzeugeinheiten
Daten zum Aussenden erzeugen oder zur Auswertung empfangen und die
Antenneneinrichtung 2 für die Datenaufbereitung
und Kommunikation sorgt.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit einer Antenneneinrichtung 21 und einer Antenneneinheit 22,
die grundsätzlich ähnlich zu der Antenneneinrichtung 1 und
der Antenneneinheit 2 aufgebaut sind.
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So
weist auch die Antenneneinheit 22 eine Antenne 4 für
die zelluläre Funkkommunikation, eine Antenne 5 für
die Satelliten-Funkkommunikation und eine Antenne 6 für
die bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation sowie die entsprechenden Treiberelemente
und eine zum Senden und/oder Empfangen der Daten eingerichteter
Recheneinheit auf, welche nicht näher dargestellt ist.
Auch enthält die Antenneneinheit 22 eine Mobilfunkeinheit 8 mit
einer Notrufeinheit 9. Insoweit sind die Antenneneinrichtung 2 und
die Antenneneinrichtung 22 identisch aufgebaut.
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Bezüglich
der Abwicklung der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
mittels DSRC bzw. ITS-G5 nach dem ITS-Standard ergibt sich jedoch
eine Abweichung, da nur diejenigen DSRC/ITS-Prozesse, die unmittelbar
für das Empfangen und Übertragen der Daten notwendig
sind, mit in die Recheneinheit der Antenneneinheit 22 integriert sind.
Dies sind insbesondere die Komponenten ITS Access, ITS Network,
ITS Transport, wie unter dem Bezugszeichen 23 für
den ersten Teil der DSRC- bzw. ITS-G5-Komponenten angedeutet. Damit
ist die Antenneneinheit 22 im Rahmen des ITS-Standards im
Wesentlichen für die technische Realisierung des Sendens
und Empfangens der Daten, jedoch weniger für die Aufbereitung
und die Datenverarbeitung der erhaltenen oder zu senden Daten nach
dem ITS-Standard eingerichtet.
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Diese
findet gemäß der hier vorgeschlagenen Ausführungsform
in einer Sicherheitsteuereinheit 25 statt, in welcher der
zweite Teil 24 der DSRC- bzw. ITS-G5-Komponenten mit den
Aufgaben ITS Facilities, PreProcessing sowie gegebenenfalls ITS Applications
integriert ist. Im Übrigen ähnelt die Sicherheitseinheit 25 der
Sicherheitseinheit 12 und enthält Fahrzeug- bzw.
Umfeldsensoren 17, Sicherheitsanwendungen 18 sowie
weitere Aktoren 19, mit denen die Sicherheitssteuereinheit 25 Gefahrensituationen
im Umfeld des Fahrzeugs erkennt und entsprechende Aktionen einleitet.
Ferner kann der Fahrer bei der Bewältigung der Gefahrensituationen
auch aktiv unterstützt werden.
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Diese
Informationen sind auch im Rahmen des ITS-Standards relevant und
werden daher über die bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
(insbesondere C2C- und C2X-Kommunikationen) an andere Verkehrsteilnehmer übermittelt.
Da diese Daten zentral in der Sicherheitssteuereinheit 25 des
Fahrzeugs zusammenlaufen bzw. erfasst werden, ist es sinnvoll, diese
Daten in dem zweiten Teil 24 der DSRC- bzw. ITS-G5-Komponenten 24 aufzubereiten
und bereits in aufbereiteter Form an die Antenneneinheit 22 weiterzugeben.
Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform wird hierdurch die
Stapelverarbeitung der Informationen verstärkt und der
Datentransfer insgesamt verringert. Indem die Sicherheitssteuereinheit 25 Aufgeben
der Antenneneinrichtung 21 bei der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation übernimmt,
wird die Sicherheitssteuereinheit 25 insoweit Teil der
Antenneneinrichtung 21, auch wenn eine Vielzahl der von der
Steuereinheit 25 wahrgenommenen Aufgaben von der Antenneneinrichtung 21 unabhängig sind.
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Eine
ferner in dem Fahrzeug vorhandene Multimediaeinheit 26 weist
Verkehrsanwendungen 14, beispielsweise in Form einer Auswertung
von Verkehrsstörungen über den TMC-Kanal des Radius aber
auch der C2X-Kommunikation oder dergleichen, eine Kartenabbildung 15 zur
Auswertung der GPS-Ortungsinformation sowie eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 16 zur
Kommunikation mit den Fahrzeuginsassen auf.
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Die
Antenneneinheit 22, die Sicherheitseinheit 25 und
die Multimediaeinheit 26 sind im Rahmen der erfindungsgemäßen
Antenneneinrichtung 21 zu einem geeigneten Daten- und Informationsaustausch miteinander
verbunden, wobei dies sowohl über ein geeignetes Bussystem
als auch über proprietäre Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
realisiert werden kann. Die Doppelpfeile zwischen den Einheiten 22, 25 und 26 stellen
insoweit lediglich logische Verbindung dar und deuten an, dass die
Sicherheitseinheit 25 insbesondere auf den ersten Teil
der DSRC- bzw. ITS-G5-Komponenten 23 und die Möglichkeit
für die bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Kommunikation zugreifen
wird und die Multimediaeinheit 26 insbesondere die Mobilfunkeinheit 8 zur
Umsetzung der zellulären Kommunikation anspricht. Dies
ist jedoch in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Ferner kann es zu einem Datenaustausch zwischen der Sicherheitseinheit 25 und
der Multimediaeinheit 26 kommen.
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3 stellt
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antenneneinrichtung 31 mit einer Antenneneinheit 32 dar,
für die im Folgenden lediglich der Aspekt der DSRC- bzw.
ITS-G5-Kommunikation im Rahmen der bidirektionalen Adhoc-Netzwerk-Kommunikation
näher erläutert wird. Im Übrigen entspricht
die Antenneneinheit 32 den Antenneneinheiten 22 und 2,
wobei zusätzlich eine Mobilfunkeinheit und eine Notrufeinheit
in die Antenneneinheit 32 integriert bzw. an diese gesondert
angeschlossen sein kann.
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Im
Hinblick auf die bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
enthält die Antenneneinheit 32 ähnlich
wie Antenneneinheit 22 lediglich den ersten Teil der DSRC-
bzw. ITS-G5-Komponenten 23, die unmittelbar für
die technische Realisierung des Empfangens und Aussendens der Daten
im Rahmen des DSRC- bzw. ITS-G5-Standards notwendig sind. Die Datenaufbereitung
und -verwaltung findet im Rahmen des zweiten Teils der DSRC- bzw.
ITS-G5-Komponenten 24 in einer als ITS-Sensor bezeichneten
Fahrzeugeinheit 33 statt, welche mit Fahrzeug- und evtl.
Umfeldsensoren 34 sowie einer Positionierungseinheit 36 ausgestattet
ist.
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Die
von dem ITS-Sensor erhobenen und verarbeiten Daten werden regelmäßig
im Rahmen der DSRC- bzw. ITS-G5-Funkkommunikation benötigt und
im zweiten Teil 24 der DSRC-ITS-Komponenten aufbereitet.
Die ITS-Sensoreinheit 33 ist dann an die übrigen
Fahrzeugkomponenten 35 angeschlossen, um auch diese Daten
und Informationen austauschen zu können.
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Die
dargestellten Doppelpfeile stellen die logischen Verbindungen dar
und können auch jeweils durch mehrere verschiedene Kommunikationsverbindungen
realisiert werden. Bei dieser Ausführungsform ist die bidirektionale
Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation streng hierarchisch gegliedert
und der Aspekt der Stapelverarbeitung besonders betont.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Antenneneinheit 32 günstiger
ausgebildet werden kann, insbesondere für Fahrzeuge, welche
die Möglichkeiten des ITS-Standards nicht vollständig
nutzen. Dies werden in Zukunft vor allem günstigere Fahrzeuge der
Unterklasse sowie der unteren Mittelklasse sein. Bei Bedarf kann
dann die ITS-Sensoreinheit 33 nachgerüstet werden,
welche an die Antenneneinheit 32 angeschlossen wird und
den gesamten Funktionsumfang des ITS-Standards zur Verfügung
stellt. Dies ist einfach nachrüstbar, so dass die Stapelverarbeitung
im Ausführungsbeispiel gemäß 3 besonders
flexibel ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antenneneinrichtung
- 2
- Antenneneinheit
- 3
- Fahrzeugkommunikationsnetz
- 4
- Antenne
für zelluläre Funkkommunikation
- 5
- Antenne
für Satelliten-Funkkommunikation
- 6
- Antenne
für bidirektionale Adhoc-Netzwerk-Funkkommunikation
- 7
- DSRC-ITS-Komponenten
- 8
- Mobilfunkeinheit
- 9
- Notrufeinheit
- 10
- Anschluss
- 11
- Multimediasteuereinheit
- 12
- Sicherheitssteuereinheit
- 13
- weitere
Fahrzeugeinheiten
- 14
- Verkehrsanwendungen
- 15
- Kartenabbildung
- 16
- Mensch-Maschine-Schnittstelle
- 17
- Fahrzeug
und Umfeldsensoren
- 18
- Sicherheitsanwendungen
- 19
- Aktoren
- 21
- Antenneneinrichtung
- 22
- Antenneneinheit
- 23
- DSRC-ITS-Komponenten,
Teil 1
- 24
- DSRC-ITS-Komponenten,
Teil 2
- 25
- Sicherheitssteuereinheit
- 26
- Multimediasteuereinheit
- 31
- Antenneneinrichtung
- 32
- Antenneneinheit
- 33
- ITS
Sensoreinheit
- 34
- Fahrzeug-
und Umfeldsensoren
- 35
- weitere
Fahrzeugeinheiten
- 36
- Positionierungseinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2009/074655
A1 [0005]
- - WO 2007/068542 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - www.standards.its.dot.gov [0004]
- - Standards IEEE 802.11p [0004]
