CN112688706A - 一种车载设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种车载设备，其中包括：GPS天线、V2X天线、OBU车载设备、多工器、直流分离器和处理模块；其中，所述OBU车载设备设置有ETC电子收费系统天线；其中，所述多工器分别与所述GPS天线、V2X天线相连，所述多工器与所述OBU车载设备通过第一射频端连接，所述直流分离器与所述多工器通过第二射频端连接，所述直流分流器与所述OBU车载设备通过电源端连接，所述处理模块与所述直流分离器相连。采用本申请实施例，可以集成OBU、GPS和V2X功能，在不降低天线的工作性能前提下有效缩小天线体积，节约安装空间。

Description

一种车载设备

技术领域

本申请涉及领域天线技术领域，尤其涉及一种车载设备。

背景技术

车辆对万物(V2X)通信系统是能够支持车辆对车辆(V2V)通信和车辆对基础设施(V2I)通信的通信系统。在道路(例如，高速道路或一般道路)上行驶时，V2X通信系统可以将在驾驶员的车辆前方区域内可能遇到的危险情况通知车辆的驾驶员，或者可以将危险情况通过V2I通信通知位于驾驶员的车辆后方区域内的另一车辆，以减少交通事故的数量。GPS功能是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的功能。ETC(Eletcronic Toll ColletCion，不停车收费系统)是目前世界上最先进的路桥收费方式，通过安装在车辆上的车载电子标签(OBU)与在收费站车道上的路侧设备(RSU)之间，利用专用短程通讯技术(DSRC)实现信息交互，然后通过计算机联网与银行进行后台结算处理，从而达到不停车而交费的目的。而上述功能中接收信号就必须用到天线，且因为实现V2X功能的天线工作在5.905GHz～5.925GHz之间，GPS天线工作在L1频段或L5频段，即1.57542GHz，实现OBU功能的天线工作在5.8GHz上，这意味着需要不止一个天线设备来完成上述功能。

在现有技术中，V2X车载设备天线采用碟形、蘑菇头天线，这种天线存在体积大、不美观、安装不便利等问题，且目前的技术方案中的车载设备均是体积较大、占用空间较多的设备，安装位置要求苛刻，因此车载天线设备的小型化也是一个亟待解决的问题。

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种车载设备。

发明内容

本申请实施例提供了一种车载设备，可以集成OBU、GPS和V2X功能，在不降低天线的工作性能前提下有效缩小天线体积，节约安装空间。所述技术方案如下：

本申请提出一种车载设备，包括：GPS天线、V2X天线、OBU车载设备、多工器、直流分离器和处理模块；其中，所述OBU车载设备设置有ETC电子收费系统天线；

其中，所述多工器分别与所述GPS天线、V2X天线相连，所述多工器与所述OBU车载设备通过第一射频端连接，所述直流分离器与所述多工器通过第二射频端连接，所述直流分流器与所述OBU车载设备通过电源端连接，所述处理模块与所述直流分离器相连；

所述OBU车载设备，用于在接收模式下，通过所述ETC天线接收第一频段的ETC射频信号；

所述GPS天线，用于在所述接收模式下，接收L1频段的GPS射频信号；

所述V2X天线，用于在所述接收模式下，接收第二频段的V2X射频信号；

所述多工器，用于在所述接收模式下接收所述ETC射频信号、所述GPS射频信号和所述V2X射频信号后进行滤波隔离处理，以及将其中一个或多个射频信号发送给所述直流分离器；

所述直流分离器，用于在所述接收模式下将所述多工器滤波隔离处理后得到的射频信号和所述处理模块传输的直流电信号进行隔离处理，以及将所述射频信号发送给所述处理模块，将所述直流电信号发送给所述OBU车载设备；

所述处理模块，用于在接收模式下接收所述射频信号后进行解码处理，以及向所述直流分离器传输所述直流电信号。

在一个或多个可能的实施例中，本申请提出的车载单元还包括：壳体；其中，所述壳体由天线罩和底座组成，所述天线罩与所述底座之间形成空腔；

所述GPS天线、所述V2X天线、所述OBU车载设备、所述多工器和所述直流分离器封装在所述壳体内。

在一个或多个可能的实施例中，所述壳体固定在车辆的挡风玻璃的上方；

所述处理模块设置在所述车辆的内部，所述处理模块通过电源连接线与所述壳体相连。

在一个或多个可能的实施例中，所述V2X天线为微带贴片阵列天线；其中，所述V2X天线印制在绝缘天线板上。

在一个或多个可能的实施例中，所述底座上设置有限位卡槽，所述限位卡槽两侧设置有卡扣；

所述绝缘天线板设置在所述限位卡槽内，所述卡扣固定于所述绝缘天线板的两侧。

在一个或多个可能的实施例中，所述GPS天线为陶瓷天线；其中，所述陶瓷天线为偏心馈入式陶瓷天线或中心馈入式陶瓷天线。

在一个或多个可能的实施例中，本申请提出的车载单元还包括：支架、云台和驱动马达；

所述壳体的底座上设置有沿水平面旋转的云台，所述云台上设置有沿铅垂面旋转的所述支架，所述支架支撑所述GPS天线；

所述驱动马达用于驱动所述支架和所述云台进行旋转。

在一个或多个可能的实施例中，所述天线罩为鲨鱼鳍形状；

所述OBU车载设备和所述云台设置在所述壳体后端的第一空间内，所述V2X天线设置在所述壳体前端的第二空间内。

在一个或多个可能的实施例中，所述底座与所述挡风玻璃之间设置有缓冲垫。

在一个或多个可能的实施例中，所述处理模块，还用于在发射模式下生成混合信号，以及将所述混合信号发送给所述直流分离器；其中，所述混合信号包括所述V2X射频信号和所述直流电信号；

所述直流分离器，还用于在所述发射模式下将所述混合信号分离出所述直流电信号和所述V2X射频信号，以及将所述V2X射频信号发送给所述多工器；

所述多工器，还用于在发射模式下将所述V2X射频信号发送给所述V2X天线，以使所述V2X天线向接收设备发送所述V2X射频信号。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：将GPS天线、V2X天线、OBU车载设备集成在一个车载设备中，在具备ETC功能、V2X车联网功能和GPS功能的前提下实现车载设备的集成化和小型化，有效节约安装空间，降低成本，满足复杂的设备安装需求和安装环境。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种车载设备的系统结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种车载设备的物理结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种GPS天线的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种V2X天线的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种车载设备的安装示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合具体的实施例对本申请进行详细说明。

如图1所示，为本申请实施例提供的车载设备的系统结构示意图，包括：GPS天线102、V2X天线103、OBU车载设备101、多工器104、直流分离器105和处理模块106。多工器104分别与GPS天线102、V2X天线103相连，多工器104与OBU车载设备101通过第一射频端连接，直流分离器105与多工器104通过第二射频端连接，直流分流器105与OBU车载设备101通过电源端连接，处理模块106与直流分离器105相连。

OUB(On board Unit)车载设备101，可以理解为采用DSRC(Dedicated ShortRange Communication，短程通讯技术)技术，与收费站车道上的RSU(RSU-Road Side Unit，路测单元)进行通讯的微波装置，通过内置的ETC天线与RSU之间利用DSRC技术实现信息交互，从而通过处理模块106与银行服务器结算达到不停车而缴费的设备。可以理解的是，OUB车载设备101还包括射频收发电路、基带处理电路、ESAM安全模块、供电电池及对应充电电路、2.4GHz载波通信电路等单元，以完成OUB功能。

GPS天线102，可以理解为通过接受卫星信号进行定位或者导航的天线，收发L1频段的射频信号，即1.575GHz的圆形极化信号。

V2X(Vehicle to everything，车对外界的信息交互)天线103，可以理解为是一种高效的无线通信技术，以实现在特定较小区域内对高速运动下的移动目标的识别和双向通信。例如，V2X可以实现最大300m～1000m的、端到端延迟低于100ms的无线通信，且可以不受视线遮挡，是较为成熟的车车通信方案，可以被应用于自动驾驶车队上，即用于让自动驾驶车队在100km/h车速时可以保持前后10米甚至更低的间隔，这样可以提高车辆的效率，同时减轻交通拥堵、污染、和乘客压力。

多工器104，可以理解为使多个天线互不干扰地发射或接收不同频段的射频信号的多频道合成器。例如，多工器104通过第一射频端与OBU车载设备101中的ETC天线相连，通过射频连接线分别与GPS天线102、V2X天线103相连，在每个天线的连接端都设置有滤波器，以使ETC天线接收第一频段的ETC射频信号，第一频段即5.8GHz，使V2X天线103发射第二频段的V2X射频信号，第二频段即5.905GHz～5.925GHz频段，使GPS天线102发射L1频段的GPS射频信号。

直流分离器105，可以理解为将射频信号和直流信号分离的设备，例如，在射频端设置隔直电容，在电源端设备高频扼流电感。在本申请中，直流分离器105用于将射频信号和直流电信号进行隔离处理，以及将射频信号发送给多工器104或处理模块106，将直流电信号发送给OBU模块101。

处理模块106，可以包括一个或者多个处理核心。处理模块106利用各种借口和线路连接整个车辆内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行车辆的各种功能和处理数据。可选的，处理模块106可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理模块106可集成中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。上述调制解调器也可以不集成到处理模块106中，单独通过一块芯片进行实现。

需要说明的是，多工器104和GPS天线102、多工器103和V2X天线103、多工器104和OBU车载设备101之间通过射频连接线进行连接；直流分离器105和OBU车载设备101之间通过电源连接线连接，该电源连接线用于为OBU车载设备101供电，例如24V供电等；直流分离器105和多工器104、直流分离器105和处理模块106之间通过控制器局域网络总线、以太网总线或车载以太网总线中的一种或多种进行连接。本申请所涉及的上述以太网总线是指普通的传统以太网总线；而车载以太网总线是用于连接汽车内各种电气设备的一种物理网络。车载以太网的设计是为了满足车载环境中的一些特殊需求。例如：满足车载设备对于电气特性的要求；满足车载设备对高带宽、低延迟以及音视频同步等应用的要求；满足车载系统对网络管理的需求等。因此可以理解为，车载以太网是在普通的传统以太网协议的基础上，改变了物理接口的电气特性，并结合车载网络需求专门定制了一些新标准。

在一个实施例中，在车辆处于接收模式下时，多工器104接收ETC射频信号、GPS射频信号和V2X射频信号后进行滤波隔离处理，以及将其中一个或多个射频信号发送给直流分离器105，例如V2X射频信号；直流分离器105将多工器104滤波隔离处理后得到的射频信号和处理模块106传输的直流电信号进行隔离处理，以及将V2X射频信号发送给处理模块106，将直流电信号发送给OBU车载设备101；处理模块106接收V2X射频信号后进行解码处理，以及向直流分离器105传输直流电信号。在上述接收模式下，多工器104也可以将GPS射频信号或ETC射频信号发送给直流分离器105，工作原理如上，此处不再赘述。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：通过多工器将GPS射频信号、V2X射频信号和ETC射频信号进行滤波隔离处理，以使处理模块接收其中一路射频信号，实现执行OBU功能、GPS功能或V2X功能中的一种；利用直流分离器将直流电信号和射频信号进行隔离处理，以对OBU车载设备进行供电后使OBU车载设备安全稳定地执行OBU功能；利用上述单元，使车辆具备GPS导航或定位、V2X物联网通信、不停车收费等功能，提高车辆的功能性和竞品价值。

在一个实施例中，在车辆处于发射模式下时，处理模块106生成混合信号，以及将混合信号发送给直流分离器105；其中，混合信号包括V2X射频信号和直流电信号；直流分离器105将混合信号分离出直流电信号和V2X射频信号，以及将V2X射频信号发送给多工器104；多工器104将V2X射频信号发送给V2X天线102，以使1V2X天线102向接收设备发送所述V2X射频信号；其中，接收设备可以是另一个车辆的V2X天线，或基站等可以接收V2X天线的设备。在上述发射模式下，处理模块106生成的混合信号中，也可以包括ETC视频信号和直流电信号，工作原理如上，此处不再赘述。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：在车辆处于接收模式下时，通过处理模块向直流分离器提供混合信号，以使直流分离器分离出直流电信号后对OBU车载设备进行供电，使OBU车载设备安全稳定地执行OBU功能；直流分离器将混合信号分离出GPS射频信号、V2X射频信号和ETC射频信号其中一种，由相对应的天线进行发射，实现执行OBU功能、GPS功能或V2X功能中的一种；利用上述单元，使车辆具备GPS导航或定位、V2X物联网通信、不停车收费等功能，提高车辆的功能性和竞品价值。

本申请将GPS天线、V2X天线、OBU车载设备集成在一个车载设备中，在具备ETC功能、V2X车联网功能和GPS功能的前提下实现车载设备的集成化和小型化，有效节约安装空间，降低成本，满足复杂的设备安装需求和安装环境。

如图2所示，为本申请实施例提供的一种车载设备的物理结构示意图，包括壳体，该壳体由天线罩201和底座202组成，天线罩201和底座202之间形成空腔，GPS天线102、V2X天线103、OBU车载设备101、多工器(图中未示出)和直流分离器(图中未示出)封装在所述壳体内。

在本申请中，天线罩201的形状为鲨鱼鳍形状，OBU车载设备101和GPS天线设置在壳体后端的第一空间内，V2X天线103设置在壳体前端的第二空间内。可以理解的是，前端指鲨鱼鳍尖端部分，后端值鲨鱼鳍尾部部分，第一空间的体积大于第二空间的体积。本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：鲨鱼鳍天线集成度高，较为美观；减少车辆运行过程中壳体造成的阻力，设计为鲨鱼鳍形状；将V2X天线、OBU天线和GPS天线合理布置在鲨鱼鳍壳体中，避免天线工作时产生的干扰，提高天线的工作性能和可靠性。

在一个实施例中，该鲨鱼鳍天线结构还包括密封圈203，高度为H，优选的，3mm≤H≤5mm。密封圈203通过粘接的方式固定于底座202套设于安装孔204。本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：设置密封圈作为密封防护，提高鲨鱼鳍天线与车辆连接部的连接处的密封效果；实现鲨鱼鳍天线与车辆连接部的连接处的密封性，防止雨水或灰尘由鲨鱼鳍天线与连接处进入汽车内。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种GPS天线的结构示意图，包括：GPS天线102、支架301、旋转马达302和云台303。壳体的底座202上设置有沿水平面旋转的云台303，云台303上设置有沿铅垂面旋转的支架301，支架301支撑GPS天线102；驱动马达302用于驱动支架301和云台302进行旋转。

在本实施例中，为了提高信号接收能力，GPS天线102为陶瓷天线，优选的，GPS天线102为偏心馈入式陶瓷天线或中心馈入式陶瓷天线。

云台303，可以理解为一种沿水平面旋转的圆柱结构支撑架，例如，所述云台的水平旋转角度为+30°～-30°。

支架301，可以理解为一种以支点为中心、沿着铅锤面旋转的支撑架。支架301上设置有减震弹簧，用于减小车辆行驶过程中的颠簸对GPS天线102的影响。在本申请实施例中，支架301的一端与GPS天线102紧固连接，另一端与云台303通过驱动马达302等装置活动连接，优选的，GPS天线102与云台303的上表面的倾角为0°～35°。

驱动马达302，用于为支架301和云台303提供驱动力，底座202下方设置有控制线和信号线(图中为示出)，控制线与驱动马达302相连，以使控制端向驱动马达发送控制信号，该控制信号用于指示驱动马达302驱动云台303和支架301中的一个或两个旋转。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：GPS天线根据信号强度，合理调节垂直倾角和水平角度位置，以提高GPS天线与GPS射频信号的有效接触面，从而提高GPS天线的接受信号强度，提高定位精度，降低城市内丢失信号的概率，具有定位准确、精度高、操作简单、见效快、抗干扰性能好、减少盲区的优点。

如图4所示，为本申请实施例提供的一种V2X天线的结构示意图，包括：V2X天线103、绝缘天线板1031，所述底座202上设置有限位卡槽401，卡槽401两侧设置有卡扣402。

V2X天线103为微带贴片阵列天线，印制在绝缘天线板401上，绝缘天线板401可以由塑料材料制成，例如采用ABS塑料(Acrylonitrile ButadieneStyrene plastic，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)、TPE(Thermoplastic Elastomer，热塑性弹性体)或PA塑料(Polyamide)等，以避免采用金属材料造成对V2X天线103的信号的屏蔽。

在实施例中，V2X天线103推入到限位卡槽401中推紧，卡扣402固定在绝缘天线板1031两侧，以使绝缘天线板1031贴合于底座202，避免在车辆行驶过程中的颠簸对V2X天线103造成冲击。

本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：采用活扣式固定的方式将V2X天线固定在壳体中，提高后续使用中对V2X天线的拆卸更换的便利性；采用绝缘板材印刷V2X天线，以避免采用金属材料造成对V2X天线的信号的屏蔽。

如图5所示，为本申请实施例提供的一种车载设备的安装示意图，包括：车载设备501和处理模块106，车载设备501设置在挡风玻璃502的左上角，处理模块106设置在车辆前舱内，处理模块106和车载设备501之间通过电缆相连。

在本实施例中，车载设备501与挡风玻璃502之间设置有缓冲垫，以避免车辆行驶过程对车载设备501中的V2X天线、GPS天线、OBU模块等设备造成冲击。

本申请将GPS天线、V2X天线、OBU车载设备集成在一个车载设备中，在具备ETC功能、V2X车联网功能和GPS功能的前提下实现车载设备的集成化和小型化，有效节约安装空间，降低成本，满足复杂的设备安装需求和安装环境。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种车载设备，其特征在于，包括：GPS天线、V2X天线、OBU车载设备、多工器、直流分离器和处理模块；其中，所述OBU车载设备设置有ETC电子收费系统天线；

其中，所述多工器分别与所述GPS天线、V2X天线相连，所述多工器与所述OBU车载设备通过第一射频端连接，所述直流分离器与所述多工器通过第二射频端连接，所述直流分流器与所述OBU车载设备通过电源端连接，所述处理模块与所述直流分离器相连；

所述OBU车载设备，用于在接收模式下，通过所述ETC天线接收第一频段的ETC射频信号；

所述GPS天线，用于在所述接收模式下，接收L1频段的GPS射频信号；

所述V2X天线，用于在所述接收模式下，接收第二频段的V2X射频信号；

所述多工器，用于在所述接收模式下接收所述ETC射频信号、所述GPS射频信号和所述V2X射频信号后进行滤波隔离处理，以及将其中一个或多个射频信号发送给所述直流分离器；

所述直流分离器，用于在所述接收模式下将所述多工器滤波隔离处理后得到的射频信号和所述处理模块传输的直流电信号进行隔离处理，以及将所述射频信号发送给所述处理模块，将所述直流电信号发送给所述OBU车载设备；

所述处理模块，用于在接收模式下接收所述射频信号后进行解码处理，以及向所述直流分离器传输所述直流电信号。

2.根据权利要求1所述车载设备，其特征在于，还包括：壳体；其中，所述壳体由天线罩和底座组成，所述天线罩与所述底座之间形成空腔；

所述GPS天线、所述V2X天线、所述OBU车载设备、所述多工器和所述直流分离器封装在所述壳体内。

3.根据权利要求2所述车载设备，其特征在于，所述壳体固定在车辆的挡风玻璃的上方；

所述处理模块设置在所述车辆的内部，所述处理模块通过电源连接线与所述壳体相连。

4.根据权利要求2所述车载设备，其特征在于，所述V2X天线为微带贴片阵列天线；其中，所述V2X天线印制在绝缘天线板上。

5.根据权利要求4所述车载设备，其特征在于，所述底座上设置有限位卡槽，所述限位卡槽两侧设置有卡扣；

所述绝缘天线板设置在所述限位卡槽内，所述卡扣固定于所述绝缘天线板的两侧。

6.根据权利要求4所述车载设备，其特征在于，所述GPS天线为陶瓷天线；其中，所述陶瓷天线为偏心馈入式陶瓷天线或中心馈入式陶瓷天线。

7.根据权利要求6所示，其特征在于，还包括：支架、云台和驱动马达；

所述壳体的底座上设置有沿水平面旋转的云台，所述云台上设置有沿铅垂面旋转的所述支架，所述支架支撑所述GPS天线；

所述驱动马达用于驱动所述支架和所述云台进行旋转。

8.根据权利要求7所述车载设备，其特征在于，所述天线罩为鲨鱼鳍形状；

所述OBU车载设备和所述云台设置在所述壳体后端的第一空间内，所述V2X天线设置在所述壳体前端的第二空间内。

9.根据权利要求2所述车载设备，其特征在于，所述底座与所述挡风玻璃之间设置有缓冲垫。

10.根据权利要求1所述车载设备，其特征在于，

所述处理模块，还用于在发射模式下生成混合信号，以及将所述混合信号发送给所述直流分离器；其中，所述混合信号包括所述V2X射频信号和所述直流电信号；

所述直流分离器，还用于在所述发射模式下将所述混合信号分离出所述直流电信号和所述V2X射频信号，以及将所述V2X射频信号发送给所述多工器；

所述多工器，还用于在发射模式下将所述V2X射频信号发送给所述V2X天线，以使所述V2X天线向接收设备发送所述V2X射频信号。

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