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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugantennensystem für V2X Kommunikation
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Stand der Technik
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Ko-operative Anwendungen, die auf sogenannter Fahrzeug-zu-Fahrzeug (vehicle-to-vehicle), auf Fahrzeug-zu-Infrastruktur (vehicle-to-infrastructure) oder auf Fahrzeug-zu-Verkehrsleitstellen (vehicle-to-traffic centre) oder ganz allgemein Fahrzeug-zu-X (V2X) Kommunikation basieren, erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Dieser Bereich wird manchmal auch als car-to-car (Fahrzeug-zu-Fahrzeug) bzw. car-to-infrastructure (Fahrzeug-zu-Infrastruktur) Kommunikation bezeichnet.
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Die Beliebtheit ist wesentlich durch den Ansatz getrieben, dass diese Anwendungen in neuen Verkehrssicherheits- und Informationssystemen geeignet sein können, Unfälle zu verhindern und/oder Staus zu vermeiden, mit anderen Worten den Verkehrsfluss zu optimieren.
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Für die Fahrzeugsicherheit ist vor allem Automotive-WLAN (fahrzeugbezogenes drahtloses lokales Netz) basierend auf IEEE 802.11p interessant, welches im Frequenzband bei circa 5.9 GHz betrieben wird. Diese Kommunikation wird auch ITS-G5 genannt.
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Durch die hohe Frequenz von 5.9 GHz ist die Integration der Antennen in das Fahrzeugdesign schwierig. Eine gute Lösung wäre es, die Antenne auf dem Dach des Fahrzeugs zu platzieren, so dass genügend ”Sicht” nach allen Seiten vorhanden wäre.
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Das ist jedoch nicht immer realisierbar. So haben z. B. Cabrios nicht immer ein Dach und bei normalen Fahrzeugen schränken Dachgepäckträger den Empfang ein. Designer sehen es zudem nicht gerne, wenn sichtbare (externe) Antennen verwendet werden müssen.
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Jedoch ist im Fahrzeugbereich auf Grund von Designvorgaben zum Einen und auf Grund von aerodynamischen Überlegungen der Gestaltung und Anordnung der Antenne ein enges Korsett angelegt.
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Weitere Schwierigkeiten ergeben sich zudem durch metallische Karosserieteile, welche zusätzliche die Charakteristik einer Antenne beeinflussen.
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Dies ist z. B. bei Coupé Fahrzeugen ein Problem, wenn die Antenne im hinteren Dachbereich oder im Kofferraumbereich angeordnet ist. Dann stellt es sich häufig als problematisch heraus, den Bereich vor dem Fahrzeug sinnvoll durch die Antenne zu erreichen.
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Ein gleichartiges Problem tritt bei Cabrios, bei denen das Dach unter Umständen nicht metallisch ist oder aber auf Grund mechanischer Randbedingungen für Antennen nicht geeignet ist.
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Selbst wenn eine Antenne platzierbar wäre, müsste sie für den geschlossen Fahrzeugbetrieb als auch den offenen Fahrzeugbetrieb ausgelegt sein.
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Häufig wird bei Anordnung der Antenne im hinteren Fahrzeugbereich eine Dämpfung von 10 dB oder mehr im Vergleich zur vorderen Ausleuchtzone erreicht. Dies ist aber insbesondere bei sogenannten Car-to-Car (C2C) oder Car-To-Infrastructure (C2I) Anwendung oder allgemeiner C2X Anwendungen eine wesentlicher Nachteil.
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Aufgabe
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Ausgehend von den eingangs geschilderten Bedingungen ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Fahrzeugantennensystem bereitzustellen, das den Anforderungen besser gerecht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeugantennensystem bzw. eine Fahrzeugantennenanordnung gemäß Anspruch 1. In den abhängigen Ansprüchen sind jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeugantennensystem für V2X Kommunikation bereitgestellt. Das Fahrzeugantennensystem weist eine erste Antenne geeignet für V2X Kommunikation, eine zweite Antenne geeignet für V2X-Kommunikation, sowie eine Kommunikationseinheit für V2X-Kommunikation, welche mit der ersten Antenne und der zweiten Antenne verbunden ist, auf.
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Die erste Antenne und die zweite Antenne sind in Fahrzeugbauteile integrierbar, wobei die Antennen an im Wesentlichen korrespondierenden Positionen rechts bzw. links von Fahrzeug angeordnet werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Antenne und die zweite Antenne auf oder in einer Front- oder Heckscheibe oder in den A-Säulen oder in der Frontschürze oder einem Stoßfänger oder der Heckklappe oder den Außenspiegeln oder den Leuchten eines Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kommunikationseinheit in einem Rückspiegel oder einen Sensor zur Anbringung an einer Front- oder Heckscheibe eines Fahrzeugs oder in einer der A-Säulen oder in der Frontschürze oder in einem der Stoßfänger oder der Heckklappe oder in einem der Außenspiegel eines Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrzeugantennensystem weiterhin eine oder mehrere weitere Antennen geeignet für V2X-Kommunikation auf.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeugantennensystem weiterhin eine oder mehrere weitere Antennen geeignet für V2X-Kommunikation und eine Schaltmatrix zum selektiven Durchschalten von Verbindungen zu den Antennen auf.
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In noch einer weiteren Weiterbildung der Erfindung bilden entweder die Kommunikationseinheit und die erste Antenne oder die Kommunikationseinheit und die zweite Antenne eine Baueinheit.
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Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der Zeichnung erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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In dieser zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines exemplarischen Fahrzeugs,
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2 eine erste schematische Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine zweite schematische Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine dritte schematische Ausführungsform der Erfindung,
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5 eine vierte schematische Ausführungsform der Erfindung, und
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6 eine fünfte schematische Ausführungsform der Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren die Erfindung näher erläutert.
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Gemäß der Erfindung wird ein Fahrzeugantennensystem 1 bzw. eine Fahrzeugantennenanordnung 1 für die V2X-Kommunikation, d. h. eine Kommunikation des Fahrzeugs mit (Komponenten) der Fahrzeugumgebung vorgeschlagen. Soweit nachfolgend gleiche Bezugszeichen verwendet werden ist dies ein Hinweis darauf, dass gleichartige Bauteile verwendet werden.
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Grundidee der Erfindung ist, dass eine räumliche Aufteilung von Antennen bei Fahrzeugen zu einer besseren Ausleuchtung zum einen als auch zu einer besseren Integrierbarkeit in das Fahrzeug und dessen Design führen kann.
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Obwohl die Anbringung einer ersten Antenne A1 im vorderen Fahrzeugbereich und einer zweiten Antenne A2 im hinteren Bereich möglich wäre, ist dies wegen der notwendigen Kabel zu einer Kommunikationseinheit nachteilig, denn diese müssten insgesamt deutlich länger ausgelegt werden.
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Aus dieser Erkenntnis heraus wird nun gemäß 1 ein Fahrzeugantennensystem 1 bereitgestellt bei dem eine ersten Antenne A1 geeignet für V2X Kommunikation und eine zweite Antenne A2 geeignet für V2X Kommunikation vorgesehen ist.
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Die erste Antenne A1 und die zweite Antenne A2 sind in Bauteile des Fahrzeugs F integrierbar, wobei die Antennen an im Wesentlichen korrespondierenden Positionen rechts R bzw. links L von Fahrzeug F angeordnet, werden.
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Beide Antennen A1 und A2 stellen dabei eine Ausleuchtung ihrer jeweiligen Hemisphäre, also der rechten bzw. der linken Seite des Fahrzeuges F (d. h. im Wesentlichen jeweils rechts bzw. links von der Mittellinie ML) – insbesondere in Fahrzeugfahrtrichtung und Fahrzeuggegenfahrtrichtung – zur Verfügung.
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Beide Antenne A1 und A2 sind, wie in den nachfolgenden 2 bis 6 dargestellt, mit einer Kommunikationseinheit KE für V2X-Kommunikation verbunden.
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Dabei stellt die Kommunikationseinheit KE einen Sender bzw. Empfänger für die Übertragung (d. h. zum Senden bzw. Empfangen) von Information im Hochfrequenzbereich im Rahmen der V2X-Kommunikation bereit.
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Dabei ist es vorteilhaft, die Leitungslängen von den Antennen A1 und A2 (und weiteren Antennen A3) zur Kommunikationseinheit KE kurz zu halten, da diese Leitungen verlustbehaftet sind.
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In einer ersten schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 werden die Antennen A1 und A2 beispielsweise in die Frontscheibe integriert. Hierzu kann die Kommunikationseinheit KE bevorzugt in der Höhe der Rückspiegelbefestigung angebracht, z. B. indem sie in den Rückspiegel bzw. den Rückspiegelfuß des Fahrzeuges F integriert wird.
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Eine andere Möglichkeit ist die Kombination der Kommunikationseinheit KE mit einem an der Frontscheibe befindlichen (Umfeld-)Sensor (SE), wie z. B. einem Regensensor, einer (Stereo-)Kamera oder einem CV-Sensor, siehe 4.
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Dadurch wird der Verkabelungsaufwand reduziert. Die Antennen A1 und A2 können dann beispielsweise rechts und links in den A-Säulen integriert werden. Die Antennenkabel laufen dabei beispielsweise an der Oberkante der Scheibe entlang.
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Diese Ausführungsform bietet sich sowohl für Cabrios als auch Coupés an.
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In einer zweiten schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 werden die Antennen A1 und A2 in die Frontschürze (Stoßfänger und/oder Kühlergrill) des Fahrzeugs F integriert. Häufig ziehen sich diese Bauteile bis zu den Radkästen, welche typischerweise am weitesten nach außen ragen und daher eine bevorzugte Anbringungsposition für die Antennen darstellen.
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Die Kommunikationseinheit KE kann weiterhin wie in 4 dargestellt auch mit einem anderen Gerät der Frontschürze, wie z. B. einem Radarsensor, einem Lidarsensor (Light Detection and Ranging), dem Steuergerät für die Ultraschall-/Parksensoren, der Kamera für das Nachtsichtgerät, etc. kombiniert ausgeführt sein.
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Für eine leichtere und kostengünstigere Produktion bietet es sich an, wenn die Kabel und Antennen A1 und A2 direkt in ein Bauteil integriert werden, das als Ganzes montiert wird, wie z. B. typischerweise der Stoßfänger.
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Weiterhin kann vorgesehen sein die Antennen A1 und A2 in die Heckklappe des Fahrzeugs F zu integrieren. Die Heckklappe des Fahrzeugs F geht häufig auch bis an den seitlichen Abschluss des Fahrzeugs F, was sich als günstige Position für die Antennen anbietet.
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Weiterhin kann dann die Kommunikationseinheit KE mit einer Rückfahrkamera als einer Ausführungsform eines Sensorelements SE kombiniert werden – siehe 4 –, um den Verkabelungsaufwand zu reduzieren.
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Die Unterbringung der Antennen A1 und A2 im Bereich der Heckklappe des Fahrzeugs F hat zudem den Vorteil, dass im Falle eines Unfalls oder einer Panne die Heckklappe geöffnet werden kann und sich die Antennen so höher über dem Boden befinden, was das Abstrahlverhalten positiv beeinflusst. Somit wird die zuverlässige Warnung nachfolgender Fahrzeug mittels des V2X-Systems begünstigt.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Antennen A1 und A2 in den Außenspiegeln des Fahrzeugs F anzuordnen. Da die Spiegel relativ weit von der Metall-Karosserie des Fahrzeuges F entfernt sind haben die Antennen A1 und A2 gute Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristiken. In diesem Fall bietet sich eine gemeinsame Verkabelung der Kommunikationseinheit KE mit der Verkabelung einer elektrischen Spiegelverstellung und/oder einer Spiegelheizung an.
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Eine solche Lösung bietet sich z. B. auch für LKWs an.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein die Antennen A1 und A2 in die Hecklampen zu integrieren. Auch hier stellt sich wieder die bevorzugte Anordnung an der Seite ein.
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Eine solche Lösung bietet sich z. B. auch für LKWs an.
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Neben den oben aufgeführten Detaillösungen bezüglich Bestimmten Sensoren ist in der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 die Kommunikationseinheit KE allgemein Teil eines weiteren Sensorelements SE. Dies erlaubt eine kostengünstige Produktion.
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In einer weiteren Ausführungsform gemäß 5 kann zudem vorgesehen sein, dass eine weitere Antenne A3 Bestandteil des Fahrzeugantennensystem 1 ist.
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Diese kann z. B. so gestaltet sein, dass sie im Falle eines Unfalls oder einer Panne eine im Wesentlichen nach hinten gerichtete Abstrahlcharakteristik aufweist, um z. B. den rückwärtigen Verkehr zu warnen.
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Dabei kann eine Schaltmatrix SM zum selektiven Durchschalten von Verbindungen zu den Antennen A1, A2, A3 vorgesehen sein. Diese kann zum einen als Bestandteil der Kommunikationseinheit KE oder getrennt von der Kommunikationseinheit KE ausgestaltet sein.
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Weiterhin kann auch die Kommunikationseinheit Bestandteil eines anderen Fahrzeugbauteils sein, dass eine Antenne aufweist. Eins Solche Ausführungsform ist schematisch in 6 dargestellt.
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Es versteht sich natürlich von selbst, dass auch die Kombination der vorgenannten Ausführungsbeispiele möglich ist und dabei für jeden Fahrzeugtyp optimale Ergebnis erzielbar ist.
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Als vorteilhaft erweist es sich zudem, wenn die Kommunikationseinheit KE in ein anderes Bauteil integriert ist, da so der Verkabelungsaufwand für die Energieversorgung minimiert werden kann.
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Weiterhin können auch die Antenne A1, A2 in ein oder mehrere Bauteil integriert sein, so dass auch hier der Montageaufwand verringert wird.
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Durch die Verwendung von 2 Antennen oder mehr Antennen, die sich mittels Antenna Diversity die Rundumsicht aufteilen, sind auch Cabrios, Coupés und LKWs mit Fahrzeugantennensystem für V2X Kommunikation ausstattbar.
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Zudem ergeben sich größere Freiheiten für die Designer.
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Zusammenfassend wird somit ein Fahrzeugantennensystem geschaffen, bei dem nicht mehr eine Antenne alleine die freie Sicht nach allen Seiten benötigt, sondern sich mehrere Antennen dieses Sichtfeld teilen können. In der vorgeschlagenen Lösung wird daher das Antennen-System so aufgebaut, dass ein zentraler Sender/Empfängerchip (Kommunikationseinheit) mit zwei oder mehr Antennen verbunden wird, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs angebracht sind. Vorteilhafterweise wird der Kommunikationschip dabei mit einem anderen Gerät baulich kombiniert, so dass nur einmal eine Stromversorgung notwendig ist. Um die Produktion zu vereinfachen bietet es sich zudem an, wenn das gesamte Kommunikationssystem oder zumindest die Antennen in einer Baugruppe integriert sind, die anschließend komplett montiert wird.
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Durch die Verwendung von 2 oder mehr Antennen, die sich insbesondere mittels Antenna Diversity die Rundumsicht aufteilen, sind auch Cabrios darstellbar. Zudem ergeben sich größere Freiheiten für die Designer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugantennensystem
- A1
- erste Antenne
- A2
- zweite Antenne
- A3
- weitere Antenne
- KE
- Kommunikationseinheit
- SE
- Sensor
- SM
- Schaltmatrix
- R
- rechts
- L
- links
- F
- Fahrzeug
