EP2487665B1 - Verfahren und System zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung - Google Patents

Verfahren und System zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung Download PDF

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EP2487665B1
EP2487665B1 EP12000762.0A EP12000762A EP2487665B1 EP 2487665 B1 EP2487665 B1 EP 2487665B1 EP 12000762 A EP12000762 A EP 12000762A EP 2487665 B1 EP2487665 B1 EP 2487665B1
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EP
European Patent Office
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electromagnetic radiation
receiver
car
reflector device
reflector
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EP12000762.0A
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Christoph Ullrich
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/161—Decentralised systems, e.g. inter-vehicle communication
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/164—Centralised systems, e.g. external to vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H01Q15/165—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal composed of a plurality of rigid panels
    • H01Q15/166—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal composed of a plurality of rigid panels sector shaped
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/18—Reflecting surfaces; Equivalent structures comprising plurality of mutually inclined plane surfaces, e.g. corner reflector

Definitions

  • the invention relates to a method for visual connection-independent data transmission from a transmitter to a receiver in a car-to-car or car-to-infrastructure communication system.
  • the invention also relates to a system for visual connection-independent data transmission.
  • the DE 10 2008 015 778 A1 describes a system for data transmission between a first and a second vehicle.
  • the system includes an electronic reflector device, also referred to as a relay device.
  • the WO 2010/139649 A1 describes a method for communicating a vehicle with another vehicle or with an infrastructure device via radio using a reflection on a terrain survey to improve a range of radio communication.
  • the US Pat. No. 6,487,423 B1 describes a reflective body used to reflect radio transmission waves to allow wireless communication between the two stations between a radio station and a mobile station despite a visual obstruction that precludes direct vision between the two stations.
  • Car-to-X (Car-to-Car) communication services used in future road vehicles are known in the art. These communication services allow the exchange of data and information between motor vehicles with each other or between motor vehicles and traffic facilities.
  • the communication standard is recorded in IEEE 802.11p.
  • the communication between vehicles with each other and vehicles and infrastructure should be used in particular to warn subsequent, oncoming and laterally arriving traffic from dangerous situations.
  • One possible scenario is, for example, the warning of road users from fast-moving emergency vehicles with blue light, in order to avoid a possible collision at traffic light intersections with the blue light vehicle crossing at red.
  • an active node is usually used (see. EP 21 78 064 and DE 10 2008 015 778 ). This receives the signals from the transmitter, evaluates them in their own electronics and forwards them to the recipient after processing. Such systems are very expensive, require external power supply and are maintenance-prone by the complex electronics.
  • reflectors have long been in use, making visible a structure otherwise permeable to electromagnetic waves. Examples of such devices are those in DE 10 2006 019 170 and DE 29 52 10 19 described reflectors, and the usual in sailing ships so-called Topsets. However, these reflectors are not used in the context of data transmission.
  • a device for car-to-car communication in which the emitted from a transmitter of a first motor vehicle electromagnetic wave is received by a receiver of a second motor vehicle.
  • the direction of reception is hereby aligned with the weakly bent wave, so that the communication can be improved.
  • the car-to-car or car-to-infrastructure communication system can be distinguished, in particular, by the fact that a motor vehicle acquires its own driving data (speed, direction of movement, position, etc.) and this data is recorded via radio to other road users, for example, motor vehicles and / or traffic infrastructure objects (Traffic signal, traffic information display unit, traffic control center, etc.).
  • the electromagnetic radiation may in particular be radio waves (eg WLAN, UMTS, etc.).
  • the data which are encoded in the electromagnetic radiation may in particular be data relating to driving information of the vehicle in which the transmitter is present.
  • the reflector device can in particular be designed such that it has a very high reflection coefficient for the respective frequency band of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter. When arranging the reflector device, the desired reflection direction can be determined in particular via the laws of geometric optics from the main incident direction of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter.
  • transmitters and receivers in the respective vehicles can each also be operated as a receiver or transmitter
  • This method is particularly easy to implement or implement in road traffic. All that is required is to provide a suitable reflector device and attach and align it at a selected point. For the reflector device no own power supply is necessary, so that their operation can be done free of charge after a single installation.
  • the very simple construction of the reflector device allows it to be little or no maintenance. An elaborate and maintenance-intensive active node, which acts as a receiver and re-transmitter, can be omitted. Still, a very reliable car-to-car or car-to-infrastructure communication ensured. The process is robust and not prone to error.
  • the reflector device is arranged on a building flanking a traffic route.
  • it may be provided that it is arranged on a traffic signal system, in particular a traffic light system.
  • the reflector device is placed in a curve or in the vicinity of a curve of a traffic route.
  • the reflector device is arranged in a junction of several traffic routes, in particular in the center of an intersection.
  • the reflector device is arranged at an intersection of a first and a second traffic route so that it reflects the emitted substantially in the direction of the first traffic route electromagnetic radiation substantially in the direction of the second traffic route. If the vehicle is located with the transmitter on the first traffic route and the vehicle with the receiver on the second traffic route, it may not be ensured on the basis of the intersection of the two traffic routes that there is a line of sight connection between transmitter and receiver. For example, this may be interrupted by a building flanking the traffic routes between the first and the second traffic route. Then, the reflector device still allows car-to-car communication between the transmitter and receiver of the two vehicles, since the reflector device is arranged at the intersection of the two traffic routes.
  • the beam angle of the electromagnetic radiation emitted by the transmitter can be suitably changed by the reflector so that the electromagnetic radiation is redirected to the receiver.
  • the reflector can in particular have a strong preferred direction.
  • the reflector be designed and arranged so that the angle between incident and reflected electromagnetic radiation is 90 °. This embodiment is particularly advantageous at intersections, the traffic routes intersect at 90 ° angle, the reflector device is then particularly preferably mounted in the middle of the intersection.
  • the electromagnetic radiation has a frequency in the range of 4 GHz to 7 GHz, and in particular a frequency in the range 5.8 GHz to 6 GHz. Particularly preferred here is a frequency of 5.85 GHz to 5.925 GHz.
  • This range corresponds to the Dedicated Short Range Communication (DSRC) frequency band, which results from the standard IEEE 802.11p.
  • DSRC Dedicated Short Range Communication
  • all other arbitrary frequencies can be provided within the frequency bands, which are defined in the standard IEEE 802.11 or IEEE 802.11p.
  • the frequency of the electromagnetic radiation used in the method is then optimally adapted to the frequency bands usually used in car-to-car or car-to-infrastructure communication systems.
  • the system according to the invention serves for the visual connection-independent data transmission from a transmitter to a receiver in traffic. It comprises a transmitter, which is designed to emit electromagnetic radiation in which data is coded and which is present in a vehicle or in a traffic infrastructure object. It also comprises a receiver which is adapted to receive the electromagnetic radiation and which is present in a vehicle or in a traffic infrastructure object. Finally, it also includes a reflector device, which is designed to at least partially reflect the emitted electromagnetic radiation, and which can be arranged so that the emitted electromagnetic radiation can be received by the receiver.
  • the reflector device comprises at least one planar reflector element made of metal, which may be in particular a sheet metal.
  • the reflector device can then be produced very inexpensively, for example, by welding the sheets.
  • This embodiment is extremely robust, mechanically stable, low-maintenance, weather-resistant, low error prone and at the same time guarantees a very effective reflection of electromagnetic radiation.
  • the reflector device comprises at least three reflector elements, which are arranged to each other so that they form outer sides of a pyramid or a cube.
  • the pyramid or the cube can then be arranged in particular with respect to perpendicular traffic routes so that at the intersection of the traffic routes have edges of the pyramid or the cube in the direction of the traffic routes.
  • This embodiment of the reflector device is particularly suitable for mounting at the intersection of road intersections or T-intersections.
  • the shape of the reflector device can also be derived from that of a pyramid, in that the reflector elements are configured convexly curved. Then the incident electromagnetic radiation can be reflected in many different directions.
  • Fig. 1 shows in plan two roads 2a and 2b, which meet at a road junction 3 perpendicular.
  • the streets 2a and 2b are flanked on all sides by adjacent buildings.
  • the buildings 5a, 5b, 5c and 5d complicate or prevent a direct line of sight between the road canyons formed by the roads 2a and 2b.
  • Carts 1 a and 1 c drive in the opposite direction on the road 2a and are in direct line of sight with each other.
  • electronic communication devices belonging to a car-to-car communication system are installed in all of the vehicles 1 a to 1 c. These devices can serve both as a transmitter and as a receiver for radio frequency 5.8 GHz.
  • the motor vehicle 1a detects its current position and speed and transmits this data via a radio link to other road users.
  • the car-to-car communication device is ready in the motor vehicle 1a, which can emit radio radiation as a transmitter S.
  • a similar device is provided in the motor vehicle 1c, which serves as a receiver E1 for this electromagnetic radiation. Since there is a direct line of sight between the vehicles 1 a and 1 c, a direct transmission of the data via an electromagnetic radio beam R3 from the transmitter S to the receiver E1 is possible.
  • a reflector device in the form of a reflector pyramid 4 is in the middle of the intersection 3, that is at the intersection of the streets 2a and 2b, attached.
  • This reflector pyramid is constructed so that it has a square base.
  • the pyramid forming side surfaces are formed by welded together metal sheets, which are able to reflect the electromagnetic radiation of 5.8 GHz particularly well.
  • the reflector pyramid 4 is attached to a traffic light installation 6 in such a way that the tip of the pyramid points perpendicular to the road surface at the intersection of the roads 2a and 2b.
  • the reflector pyramid 4 is in this case aligned so that two of its edges facing in the direction of the course of the road 2a and two of its edges in the direction of the course of the road 2b.
  • the electromagnetic radiation emitted by the transmitter S in the beam direction R1 then impinges on the reflector pyramid 4 and is reflected there at an angle ⁇ in the direction of the road 2b.
  • the reflected radio beam is denoted by R2. This beam R2 can now be easily received by the receiver E of the motor vehicle 1b.
  • the reflector pyramid 4 of the radio beam R1 is deflected so that it meets as a radio beam R2 to the receiver E, so that despite the lack of a line of sight, a car-to-car communication between the cars 1 a and 1b is possible.
  • the reflector device is neither aligned nor designed such that it sends back the electromagnetic waves in the direction of irradiation (as in the top set), nor evenly distributes them in space.
  • the Figs. 3A to 3C show further possible road constellations and arrangements of a reflector device.
  • the reflector device is formed in these embodiments as a reflector cube, wherein in the FIGS. 3A to 3C Cube surfaces shown in plan must not necessarily be formed of reflective material. However, the cubic side surfaces perpendicular thereto are again made of metal sheets welded together.
  • the intersection 3 is formed as a T-junction of two roads 2c and 2d. Direct radio communication between transmitter S and receiver E is prevented by a building 5.
  • the reflector cube 7 is aligned at the T-crossing point so that, according to the laws of geometric optics, the radio beam R1 emitted by the transmitter S can reach the receiver E as a reflected radio-ray R2. A car-to-car communication is thereby made possible.
  • Fig. 3B shows a curve 8 between the streets 2c and 2d, in turn, a building 5 prevents the direct radio communication between transmitter S and receiver E.
  • the reflector cube 7 is now mounted in the curve 8 on the flanking building 5e and in turn allows a 90 ° reflection of the incoming electromagnetic radiation, ie the rays R1 and R2 are perpendicular to each other.
  • Fig. 3C shows a situation in which the roads 2c and 2d do not intersect at right angles to the intersection 3.
  • a geometrical situation can again be established which allows the electromagnetic beam R1 emitted by the transmitter S to reach the receiver E as a ray R2 by reflection on the reflector cube 7. It can be seen that the invention improves car-to-car communication, especially in the area of intersections in densely built-up areas.
  • Fig. 4 shows a further possible embodiment of a reflector device 9, which comprises four convex curved reflector elements 10.
  • a reflector device 9 which comprises four convex curved reflector elements 10.
  • this reflector device 9 as well as the reflector pyramid 4 in Fig. 1 and 2 attached to a traffic light system, it is ensured that the motor vehicle 1b can receive the electromagnetic radiation R2 both very well when he is far away from the traffic light system 6 or is very close to her.
  • a very good reception is ensured even when the motor vehicle 1b is already almost below the reflector device 9 on the intersection 3.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger in einem Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Kommunikationssystem. Die Erfindung betrifft auch ein System zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung.
  • Die DE 10 2008 015 778 A1 beschreibt ein System zur Datenübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Fahrzeug. Das System umfasst eine elektronische Reflektorvorrichtung, die auch als Weiterleitungsvorrichtung bezeichnet wird.
  • Die WO 2010/139649 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kommunikation eines Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug oder mit einer Infrastrukturvorrichtung über Funk, wobei eine Reflektion an einer Geländeerhebung genutzt wird, um eine Reichweite der Funkkommunikation zu verbessern.
  • Die US 6,487,423 B1 beschreibt einen reflektierenden Körper, der zur Reflektion von Funkübertragungswellen genutzt wird, um zwischen einer Funkstation und einer Mobilstation zwischen den beiden Stationen eine Funkkommunikation trotz eines Sichthindernisses zu ermöglichen, das eine direkte Sicht zwischen den beiden Stationen ausschließt.
  • Die Druckschrift CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto, 28.08.2007, http://www.car-2-car.org/index.php?id=31 gibt einen Überblick über Standardisierungsarbeiten auf dem Gebiet der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation.
  • Aus dem Stand der Technik sind Car-to-X (Car-to-Car bzw. Car-to-Infrastructure) Kommunikationsdienste bekannt, die in zukünftigen Straßenfahrzeugen eingesetzt werden. Diese Kommunikationsdienste ermöglichen den Austausch von Daten und Informationen zwischen Kraftfahrzeugen untereinander oder zwischen Kraftfahrzeugen und Verkehrseinrichtungen. Der Kommunikationsstandard ist in IEEE 802.11p festgehalten. Die Kommunikation zwischen Fahrzeugen untereinander und Fahrzeugen und Infrastruktur soll insbesondere eingesetzt werden, um nachfolgenden, entgegenkommenden und seitlich eintreffenden Verkehr vor Gefahrensituationen zu warnen. Ein mögliches Szenario ist beispielsweise auch die Warnung von Verkehrsteilnehmern vor schnell fahrenden Einsatzfahrzeugen mit Blaulicht, um eine mögliche Kollision an Ampelkreuzungen mit dem bei Rot kreuzenden Blaulichtfahrzeug zu vermeiden.
  • Da gemäß dem IEEE 802.11p Standard die Kommunikation bei vergleichsweise hohen Frequenzen von typischerweise 5,8 GHz stattfindet, ist für den Datenaustausch sogenannte Line-of-Sight-Propagation erforderlich. Das bedeutet, dass in vielen Fällen direkter Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger der Nachricht vorhanden sein muss. Ist der direkte Sichtkontakt beispielsweise durch Gebäude eingeschränkt, ist eine Kommunikation nur unzureichend oder überhaupt nicht möglich.
  • In bisherigen Ansätzen zur Lösung dieses Problems wird in der Regel ein aktiver Knoten eingesetzt (vgl. EP 21 78 064 und DE 10 2008 015 778 ). Dieser empfängt die Signale vom Sender, wertet sie in einer eigenen Elektronik aus und leitet sie nach Bearbeitung an den Empfänger weiter. Solche Systeme sind sehr teuer, benötigen externe Stromversorgung und sind durch die komplexe Elektronik wartungsanfällig.
  • In anderen Bereichen, insbesondere der Radarortung, sind bereits seit längerem Reflektoren im Einsatz, die eine sonst für elektromagnetische Wellen durchlässige Struktur sichtbar machen. Beispiele für solche Vorrichtungen sind die in DE 10 2006 019 170 und DE 29 52 10 19 beschriebenen Reflektoren, sowie die bei Segelschiffen üblichen sogenannten Topsets. Diese Reflektoren werden jedoch nicht im Rahmen einer Datenübertragung eingesetzt.
  • Aus der JP 2005 17 42 37 A ist eine Vorrichtung zur Car-to-Car Kommunikation bekannt, bei der die von einem Transmitter eines ersten Kraftwagens ausgesendete elektromagnetische Welle von einem Empfänger eines zweiten Kraftwagens empfangen wird. Die Empfangsrichtung wird hierbei auf die schwach gebeugte Welle ausgerichtet, sodass sich die Kommunikation verbessern lässt.
  • Aus der DE 10 2007 042 792 A1 ist ein Verfahren zur Umfeldüberwachung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dieses kann sich einer sichtverbindungsunabhängigen Car-to-Car Kommunikation bedienen, die auf Funk basiert. Die Reaktion des Fahrzeugs lässt sich auf das Verhalten anderer Verkehrsteilnehmer abstimmen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfach zu implementierendes Verfahren sowie ein kostengünstiges und wartungsarmes System zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger im Straßenverkehr bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger in einem Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Kommunikationssystem, und umfasst die folgenden Schritte:
    • Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, in der Daten codiert sind, durch den Sender, welcher in einem Fahrzeug oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt vorliegt;
    • Bereitstellen einer Reflektorvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu reflektieren;
    • Anordnen der Reflektorvorrichtung, so dass die ausgesendete elektromagnetische Strahlung vom Empfänger empfangen werden kann; und
    • Empfangen der elektromagnetischen Strahlung durch den Empfänger, welcher in einem Fahrzeug oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt vorliegt.
  • Das Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Kommunikationssystem kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass ein Kraftwagen eigene Fahrdaten (Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Position etc.) erfasst und diese Daten über Funk anderen Verkehrsteilnehmern, zum Beispiel Kraftwägen, und/oder Verkehrsinfrastrukturobjekten (Lichtsignalanlage, Verkehrsinformationsanzeigeeinheit, Verkehrsleitstelle etc.) bereitstellt. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich insbesondere um Funkwellen (z. B. WLAN, UMTS etc.) handeln. Bei den Daten, welche in der elektromagnetischen Strahlung codiert sind, kann es sich insbesondere um solche Daten handeln, die Fahrinformationen des Fahrzeugs betreffen, in welchem der Sender vorliegt. Die Reflektorvorrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie für das jeweilige Frequenzband der vom Sender ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung einen sehr hohen Reflektionskoeffizienten aufweist. Beim Anordnen der Reflektorvorrichtung kann die Sollreflektionsrichtung insbesondere über die Gesetze der geometrischen Optik aus der Haupteinfallsrichtung der vom Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ermittelt werden. Insbesondere können Sender und Empfänger in den jeweiligen Fahrzeugen jeweils auch als Empfänger bzw. Sender betrieben werden
  • Dieses Verfahren ist besonders einfach zu implementieren bzw. im Straßenverkehr umzusetzen. Es muss lediglich eine geeignete Reflektorvorrichtung bereitgestellt und an einem ausgewählten Punkt angebracht und ausgerichtet werden. Für die Reflektorvorrichtung ist keine eigene Stromversorgung notwendig, so dass ihr Betrieb nach einmaliger Installation kostenfrei erfolgen kann. Die sehr einfache Konstruktion der Reflektorvorrichtung erlaubt, dass sie kaum oder überhaupt nicht gewartet werden muss. Ein aufwändiger und wartungsintensiver aktiver Knoten, welcher als Empfänger und Re-Transmitter wirkt, kann entfallen. Dennoch ist eine sehr zuverlässige Car-to-Car bzw. Car-to-Infrastructure Kommunikation sichergestellt. Das Verfahren ist robust und wenig fehleranfällig.
  • Vorzugsweise wird die Reflektorvorrichtung an einem einen Verkehrsweg flankierenden Gebäude angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sie an einer Lichtsignalanlage, insbesondere einer Ampelanlage, angeordnet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Reflektorvorrichtung in einer Kurve oder in der Nähe einer Kurve eines Verkehrsweges platziert wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass die Reflektorvorrichtung in einem Knotenpunkt mehrerer Verkehrswege, insbesondere im Zentrum einer Kreuzung, angeordnet wird. Diese Positionen für die Reflektorvorrichtung sind besonders geeignet, um eine einfache, unkomplizierte und zuverlässige Anbringung zu gewährleisten und gleichzeitig die Reflektion elektromagnetischer Strahlung in Gebiete zu gewährleisten, in welchen sich potentiell das Fahrzeug mit dem Empfänger aufhalten kann. Für die Anbringung sind insbesondere keine aufwändigen und zusätzlichen Anlagen, wie Pfosten, Säulen etc., erforderlich, sondern die Reflektorvorrichtung kann an Objekten angeordnet werden, die bereits vorhanden sind und ggf. schon zu anderen Zwecken dienen. Kostenintensive Installationen und Redundanz werden hierdurch vermieden.
  • Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Reflektorvorrichtung an einem Schnittpunkt eines ersten und eines zweiten Verkehrsweges so angeordnet wird, dass sie die im Wesentlichen in Richtung des ersten Verkehrsweges ausgesendete elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen in Richtung des zweiten Verkehrsweges reflektiert. Befindet sich das Fahrzeug mit dem Sender auf dem ersten Verkehrsweg und das Fahrzeug mit dem Empfänger auf dem zweiten Verkehrsweg, so ist aufgrund des Schnittpunktes der beiden Verkehrswege ggf. nicht sichergestellt, dass eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger besteht. Beispielsweise kann diese durch ein die Verkehrswege flankierendes Gebäude zwischen dem ersten und dem zweiten Verkehrsweg unterbrochen sein. Dann ermöglicht die Reflektorvorrichtung dennoch eine Car-to-Car Kommunikation zwischen Sender und Empfänger der beiden Fahrzeuge, da die Reflektorvorrichtung an dem Schnittpunkt der beiden Verkehrswege angeordnet wird. Der Strahlwinkel der vom Sender ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung kann durch den Reflektor in geeigneter Weise geändert werden, so dass die elektromagnetische Strahlung zum Empfänger umgeleitet wird. Der Reflektor kann hierzu insbesondere eine starke Vorzugsrichtung aufweisen. Vorzugsweise kann der Reflektor so ausgebildet sein und so angeordnet werden, dass der Winkel zwischen einfallender und reflektierter elektromagnetischer Strahlung 90° beträgt. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Straßenkreuzungen vorteilhaft, deren Verkehrswege sich im 90° Winkel schneiden, wobei die Reflektorvorrichtung dann besonders bevorzugt in der Mitte der Straßenkreuzung angebracht wird.
  • Vorzugsweise besitzt die elektromagnetische Strahlung eine Frequenz im Bereich von 4 GHz bis 7 GHz, und hierbei insbesondere eine Frequenz im Bereich 5,8 GHz bis 6 GHz. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Frequenz von 5,85 GHz bis 5,925 GHz. Dieser Bereich entspricht dem Dedicated Short Range Communication (DSRC) Frequenzband, welches sich aus dem Standart IEEE 802.11p ergibt. Für die elektromagnetische Strahlung können jedoch auch alle anderen beliebigen Frequenzen innerhalb der Frequenzbänder vorgesehen sein, die im Standard IEEE 802.11 oder IEEE 802.11p festgelegt sind. Die im Verfahren eingesetzte Frequenz der elektromagnetischen Strahlung ist dann optimal auf die in Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Kommunikationssystemen üblicherweise eingesetzten Frequenzbänder abgestimmt.
  • Das erfindungsgemäße System dient zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger im Straßenverkehr. Es umfasst einem Sender, welcher dazu ausgebildet ist, elektromagnetischer Strahlung, in der Daten codiert sind, auszusenden und welcher in einem Fahrzeug oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt vorliegt. Es umfasst auch einen Empfänger, welcher dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung zu empfangen und welcher in einem Fahrzeug oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt vorliegt. Schließlich umfasst es auch eine Reflektorvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise zu reflektieren, und welche so anordenbar ist, dass die ausgesendete elektromagnetische Strahlung vom Empfänger empfangen werden kann.
  • Vorzugsweise umfasst die Reflektorvorrichtung zumindest ein flächig ausgebildetes Reflektorelement aus Metall, welches insbesondere ein Blech sein kann. Die Reflektorvorrichtung kann dann beispielsweise durch verschweißen der Bleche sehr kostengünstig hergestellt werden. Diese Ausführungsform ist extrem robust, mechanisch stabil, wartungsarm, witterungsbeständig, wenig fehleranfällig und garantiert gleichzeitig eine sehr effektive Reflektion elektromagnetischer Strahlung.
  • Vorzugsweise umfasst die Reflektorvorrichtung zumindest drei Reflektorelemente, welche zueinander so angeordnet sind, dass sie Außenseiten einer Pyramide oder eines Würfels bilden. Die Pyramide bzw. der Würfel kann dann insbesondere bezüglich senkrecht aufeinandertreffenden Verkehrswege so angeordnet werden, dass am Kreuzungspunkt der Verkehrswege Kanten der Pyramide bzw. des Würfels in Richtung der Verkehrswege weisen. Diese Ausführungsform der Reflektorvorrichtung eignet sich insbesondere für die Anbringung am Kreuzungspunkt von Straßenkreuzungen bzw. T-Kreuzungen. Die Form der Reflektorvorrichtung kann auch von der einer Pyramide abgeleitet sein, indem die Reflektorelemente konvex gebogen ausgeführt sind. Dann kann die auftreffende elektromagnetische Strahlung in viele verschiedene Richtungen reflektiert werden.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße System.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Aufsicht auf eine Straßenkreuzung mit Fahrzeugen, die über eine Car-to-Car Kommunikation mitein-ander in Verbindung stehen;
    Fig. 2
    eine perspektivische Ansicht einer Straßenflucht;
    Fig. 3A
    ein erstes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Anbringung einer Reflektorvorrichtung;
    Fig. 3B
    ein zweites Ausführungsbeispiel für eine mögliche Anbringung einer Reflektorvorrichtung;
    Fig. 3C
    ein drittes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Anbringung einer Reflektorvorrichtung; und
    Fig. 4
    ein Ausführungsbeispiel für eine Reflektorvorrichtung.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt in Aufsicht zwei Straßen 2a und 2b, die an einer Straßenkreuzung 3 senkrecht aufeinandertreffen. Die Straßen 2a und 2b sind an allen Seiten von angrenzender Bebauung flankiert. Die Gebäude 5a, 5b, 5c und 5d erschweren bzw. verhindern eine direkte Sichtverbindung zwischen den von den Straßen 2a und 2b gebildeten Straßenschluchten.
  • Auf den Straßen 2a und 2b befinden sich insgesamt drei Kraftwägen 1 a, 1b und 1 c. Kraftwägen 1 a und 1 c fahren in entgegengesetzter Richtung auf der Straße 2a und befinden sich in direkter Sichtverbindung zueinander. In allen Kraftwägen 1 a bis 1 c sind elektronische Kommunikationsvorrichtungen, welche zu einem Car-to-Car Kommunikationssystem gehören, installiert. Diese Vorrichtungen können sowohl als Sender als auch als Empfänger für Funkstrahlung der Frequenz 5,8 GHz dienen. Beispielsweise erfasst der Kraftwagen 1a seine momentane Position und Geschwindigkeit und gibt diese Daten über eine Funkverbindung an andere Verkehrsteilnehmer weiter. Hierzu steht im Kraftwagen 1a die Car-to-Car Kommunikationsvorrichtung bereit, die als Sender S Funkstrahlung aussenden kann. Eine ähnliche Vorrichtung ist im Kraftwagen 1c vorgesehen, welche als Empfänger E1 für diese elektromagnetische Strahlung dient. Da eine direkte Sichtverbindung zwischen den Kraftwägen 1 a und 1 c besteht, ist eine direkte Übertragung der Daten über einen elektromagnetischen Funkstrahl R3 vom Sender S zum Empfänger E1 möglich.
  • Dagegen besteht zwischen den Kraftwägen 1 a und 1b keine direkte Sichtverbindung. Der vom Sender S zu einem Empfänger E des Kraftwagens 1 b ausgesandte Funkstrahl R4 kann aufgrund des Gebäudes 5a den Empfänger E nicht erreichen. Die direkte Line-of-Sight-Propagation ist durch das Gebäude 5a unterbrochen. Gerade zwischen den Kraftwägen 1 a und 1b wäre jedoch ein Datenaustausch über die Car-to-Car Kommunikation besonders hilfreich, z. B. um eine Kollision beider Kraftwägen 1 a und 1b an der Kreuzung 3 zu vermeiden. Nach dem Stand der Technik ist jedoch eine solche Kommunikation nicht ohne Weiteres möglich, da der Funkkontakt durch das Gebäude 5a unterbrochen wird.
  • Um dennoch den Funkkontakt zu ermöglichen, wird in der Mitte der Kreuzung 3, das heißt am Kreuzungspunkt der Straßen 2a und 2b, eine Reflektorvorrichtung in Form einer Reflektorpyramide 4 angebracht. Diese Reflektorpyramide ist so aufgebaut, dass sie eine quadratische Grundfläche aufweist. Die die Pyramide formenden Seitenflächen werden durch miteinander verschweißte Metallbleche gebildet, welche in der Lage sind, die elektromagnetische Strahlung von 5,8 GHz besonders gut zu reflektieren.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Reflektorpyramide 4 an einer Ampelanlage 6 so angebracht, dass die Spitze der Pyramide senkrecht auf die Fahrbahnfläche am Kreuzungspunkt der Straßen 2a und 2b weist. Die Reflektorpyramide 4 wird hierbei so ausgerichtet, dass zwei ihrer Kanten in Richtung des Verlaufs der Straße 2a und zwei ihrer Kanten in Richtung des Verlaufs der Straße 2b weisen. Die vom Sender S in Strahlrichtung R1 ausgesandte elektromagnetische Strahlung trifft dann auf die Reflektorpyramide 4 und wird dort unter einem Winkel a in Richtung der Straße 2b reflektiert. Der reflektierte Funkstrahl ist mit R2 bezeichnet. Dieser Strahl R2 kann nun problemlos vom Empfänger E des Kraftwagens 1b empfangen werden. Über die Reflektorpyramide 4 wird der Funkstrahl R1 so umgelenkt, dass er als Funkstrahl R2 auf den Empfänger E trifft, so dass trotz des Mangels einer Sichtverbindung eine Car-to-Car Kommunikation zwischen den Kraftwägen 1 a und 1b möglich wird. Die Reflektorvorrichtung wird insbesondere weder so ausgerichtet bzw. ausgebildet, dass sie die elektromagnetischen Wellen in die Einstrahlrichtung zurücksendet (wie beim Topset), noch diese gleichmäßig im Raum verteilt.
  • Die Fig. 3A bis 3C zeigen weitere mögliche Straßenkonstellationen und Anordnungen einer Reflektorvorrichtung. Die Reflektorvorrichtung ist in diesen Ausführungsbeispielen als Reflektorwürfel ausgebildet, wobei die in den Fig. 3A bis Fig. 3C in Aufsicht dargestellten Würfelflächen nicht notwendiger Weise aus reflektierendem Material ausgebildet sein müssen. Die hierzu senkrecht stehenden Würfelseitenflächen sind jedoch wieder aus miteinander verschweißten Metallblechen hergestellt. In Fig. 3A ist die Kreuzung 3 als T-Kreuzung zweier Straßen 2c und 2d gebildet. Eine direkte Funkkommunikation zwischen Sender S und Empfänger E ist durch ein Gebäude 5 verhindert. Jedoch wird der Reflektorwürfel 7 am T-Kreuzungspunkt so ausgerichtet, dass gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik der vom Sender S ausgesandte Funkstrahl R1 den Empfänger E als reflektierter Funkstrahl R2 erreichen kann. Eine Car-to-Car Kommunikation ist hierdurch ermöglicht.
  • Fig. 3B zeigt eine Kurve 8 zwischen den Straßen 2c und 2d, wobei wiederum ein Gebäude 5 die direkte Funkkommunikation zwischen Sender S und Empfänger E verhindert. Der Reflektorwürfel 7 ist nunmehr in der Kurve 8 an dem flankierenden Gebäude 5e angebracht und ermöglicht wiederum eine 90° Reflektion der eintreffenden elektromagnetischen Strahlung, d.h. die Strahlen R1 und R2 stehen senkrecht aufeinander.
  • Fig. 3C zeigt eine Situation, in der sich die Straßen 2c und 2d nicht im rechten Winkel an der Kreuzung 3 schneiden. Durch geeignete Anbringung des Reflektorwürfels 7 kann jedoch wiederum eine geometrische Situation hergestellt werden, die erlaubt, dass der vom Sender S ausgesandte elektromagnetische Strahl R1 durch Reflektion am Reflektorwürfel 7 als Strahl R2 den Empfänger E erreicht. Man erkennt, dass die Erfindung die Car-to-Car Kommunikation insbesondere im Bereich von Kreuzungen in dicht bebauten Gebieten verbessert.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel für eine Reflektorvorrichtung 9, welche vier konvex gebogene Reflektorelemente 10 umfasst. Wie man der Figur entnimmt, findet dann nicht nur eine Reflexion der einfallenden Strahlen R1 in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung statt. Ist diese Reflektorvorrichtung 9 genauso wie die Reflektorpyramide 4 in Fig. 1 und 2 an einer Ampelanlage angebracht, so ist sichergestellt, dass der Kraftwagen 1b die elektromagnetische Strahlung R2 sowohl dann sehr gut empfangen kann, wenn er sich weit von der Ampelanlage 6 entfernt oder sich sehr nahe bei ihr befindet. Insbesondere ist ein sehr guter Empfang auch dann sichergestellt, wenn sich der Kraftwagen 1b bereits nahezu unterhalb der Reflektorvorrichtung 9 auf der Kreuzung 3 befindet.

Claims (7)

  1. Verfahren zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender (S) zu einem Empfänger (E) in einem Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure Kommunikationssystem, gekennzeichnet durch die Schritte:
    - Aussenden von elektromagnetischer Strahlung (R1), in der Daten codiert sind, durch den Sender (S), welcher in einem Fahrzeug (1a) oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt (6) vorliegt;
    - Bereitstellen einer Reflektorvorrichtung (4, 7, 9), welche dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Strahlung (R1) zumindest teilweise zu reflektieren (R2);
    - Anordnen der Reflektorvorrichtung (4, 7, 9), so dass die ausgesendete elektromagnetische Strahlung (R1, R2) vom Empfänger (E) empfangen werden kann; und
    - Empfangen der elektromagnetischen Strahlung (R2) durch den Empfänger (E), welcher in einem Fahrzeug (1 b) oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt (6) vorliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reflektorvorrichtung (4, 7, 9) an einem einen Verkehrsweg (2a, 2b, 2c, 2d) flankierenden Gebäude (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und/oder an einer Lichtsignalanlage (6) und/oder in einer Kurve (8) eines Verkehrsweges (2c, 2d) und/oder in einem Knotenpunkt (3) mehrerer Verkehrswege (2a, 2b; 2c, 2d) angeordnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reflektorvorrichtung (4, 7, 9) an einem Schnittpunkt (3) eines ersten (2a; 2c) und eines zweiten Verkehrsweges (2b; 2d) so angeordnet wird, dass sie die im Wesentlichen in Richtung (R1) des ersten Verkehrsweges (2a, 2c) ausgesendete elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen in Richtung (R2) des zweiten Verkehrsweges (2b, 2d) reflektiert.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die elektromagnetische Strahlung (R1, R2, R3, R4) eine Frequenz im Bereich 4 bis 7 GHz, vorzugsweise 5,8 bis 6 GHz, besonders bevorzugt 5,85 bis 5,925 GHz, besitzt.
  5. System zur sichtverbindungsunabhängigen Datenübertragung von einem Sender (S) zu einem Empfänger (E) im Straßenverkehr mit einem Sender (S), welcher dazu ausgebildet ist, elektromagnetischer Strahlung (R1), in der Daten codiert sind, auszusenden und welcher in einem Fahrzeug (1a) oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt (6) vorliegt, und mit einem Empfänger (E), welcher dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung (R1, R2) zu empfangen und welcher in einem Fahrzeug (1 b) oder in einem Verkehrsinfrastrukturobjekt (6) vorliegt,
    gekennzeichnet durch
    eine Reflektorvorrichtung (4, 7, 9), welche dazu ausgebildet ist, die ausgesendete elektromagnetische Strahlung (R1) zumindest teilweise zu reflektieren (R2), und welche so anordenbar ist, dass die ausgesendete elektromagnetische Strahlung (R1, R2) vom Empfänger (E) empfangen werden kann.
  6. System nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reflektorvorrichtung (4, 7, 9) zumindest ein flächig ausgebildetes Reflektorelement aus Metall, insbesondere Blech, umfasst.
  7. System nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Reflektorvorrichtung (4, 7, 9) zumindest drei Reflektorelemente (10) umfasst, welche zueinander so angeordnet sind, dass sie Außenseiten einer Pyramide (4, 9) oder eines Würfels (7) bilden.
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