用于车载单元的天线装置、车载单元和可调天线系统的制作方法

1.本实用新型属于智能交通技术领域。具体地，本实用新型涉及一种用于车载单元的天线装置、车载单元和可调天线系统。


背景技术：

2.随着智能交通管理技术的不断发展，电子不停车收费系统(“electronic toll collection”，简称“etc”)正在迅速普及，obu(on board unit，车载单元)是采用dsrc(dedicated short range communication，专用短程通信)技术，与路侧单元(road side unit，rsu)进行通讯的微波装置。在etc系统中，车载单元被安装于车上，路侧单元架设在路边，相互之间通过微波进行通讯，其通信距离能够达到十几米，频率也能够达到5.8ghz，当装有车载单元的车辆通过路侧单元时，路侧单元能够识别车辆的车型，并辨别真伪，计算车辆行驶的费率，从而扣除车辆在高速上的通行费。
3.车辆中安装的车载单元，一方面，由于内置天线的限制，车载单元的安装位置或角度比较固定，通常情况下将车载单元贴设于前挡风玻璃上，严重影响了驾驶员视线和车辆的美观。另一方面，由于不同车型的前挡风玻璃角度各异，在车辆上进行安装时可能造成车载单元的天线与水平面之间的角度存在差异，从而可能会存在车载单元的天线和路侧单元的天线方向角度不对应的情况，导致射频信号传输效果不理想，严重时可能会造成etc系统交易异常(包括交易失败或与邻道相互干扰)，对etc系统的交易成功率产生影响。
4.因此，如何有效解决现有车载单元与路侧单元之间的通信效率和可靠性，对提升etc系统服务质量具有重要作用。


技术实现要素：

5.本实用新型的方案中，通过在天线机构和天线底座之间设置角度调节机构，从而实现对天线机构信号收发角度的调整，有效提升了车载单元在车辆中安装过程的兼容性，并且能够有效提升车载单元与路侧单元的通信可靠性。
6.为至少解决上述一个或多个技术问题，在本实用新型的第一方面中，本实用新型提供了一种用于车载单元的天线装置，包括：天线底座；天线机构，其用于执行信号收发；所述天线机构通过角度调节机构安装于所述天线底座上，并且所述角度调节机构为电动调节机构，用于调整所述天线机构的信号收发角度。
7.在一个实施例中，所述角度调节机构包括至少两根支撑杆，其用于将所述天线机构支撑并安装于所述天线底座上，其中所述支撑杆与天线底座连接的一端或者所述支撑杆与天线机构连接的一端为铰接端，并且至少一根支撑杆具有长度调节机构，该长度调节机构用于调节处于所述天线机构和天线底座之间的支撑杆部分的长度，以调整所述天线机构的信号收发角度。
8.在一个实施例中，所述支撑杆布置为至少三根，并且至少三根支撑杆的铰接端呈三角形布置于天线机构或天线底座上。
9.在一个实施例中，所述至少三根支撑杆包括第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，其中所述第一支撑杆的长度固定，而所述第二支撑杆和第三支撑杆具有所述长度调节机构。
10.在一个实施例中，所述第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆呈等腰三角形布置，并且所述第二支撑杆和第三支撑杆关于第一支撑杆对称设置。
11.在一个实施例中，所述支撑杆平行设置于所述天线底座和所述天线机构之间。
12.在一个实施例中，所述长度调节机构包括以电动方式驱动的电动调节机构；所述电动调节机构包括电机、齿轮和齿条，并且所述电机驱动所述齿轮转动，所述齿轮与所述齿条啮合，所述齿条设置在对应的支撑杆上。
13.在一个实施例中，所述电机安装于所述天线底座上，以用于驱动所述齿轮转动。
14.在一个实施例中，所述电动调节机构包括电动推杆，其用于驱动所述支撑杆，以调整所述支撑杆在所述天线机构和天线底座之间的长度。
15.在本实用新型的第二方面中，本实用新型还提供了一种车载单元，所述车载单元包括所述第一方面的多个实施例中所述的天线装置；角度传感器，用于对所述车载单元的安装角度进行检测。
16.在本实用新型的第三方面中，本实用新型还提供了一种可调天线系统，包括：角度识别单元，用于识别路侧单元的角度；第二方面中所述的车载单元，所述车载单元和所述角度识别单元连接，以便于根据所述路侧单元的角度调整所述天线机构的信号收发角度。
17.本实用新型的方案中，通过将用于车载单元的天线装置中的天线机构的设置进行调整，以提升车载单元与路侧单元的通信效率。将天线机构通过角度调节机构安装于天线底座上，从而可以调整天线机构的信号收发角度。通过角度调节机构的设置实现了天线机构的角度调节，使得采用该天线装置的设备能够在多种车型中进行安装，有效提升了车载单元安装的便利性和隐蔽性。同时通过对天线机构的角度的灵活调整，可以有效提升车载单元与路侧单元的通信效率，从而提升etc交易的成功率，有效提升用户使用体验。
附图说明
18.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
19.图1是示意性示出根据本实用新型实施例的用于车载单元的天线装置的示意图；
20.图2是示意性示出其中应用本实用新型的天线装置的示意图；
21.图3是示意性示出根据本实用新型实施例的整车坐标系的示意图；
22.图4是示意性示出根据本实用新型实施例的天线机构沿y轴旋转一定角度的示意图；
23.图5是示意性示出根据本实用新型实施例的天线机构沿x轴旋转一定角度的示意图；
24.图6是示意性示出根据本实用新型实施例的长度调节机构的示意图；
25.其中图1-图6中，101-天线底座，102-天线机构，103-第一支撑杆，104-调节杆，1041-第二支撑杆，1042-第三支撑杆，105-球铰，106-齿条，107-齿轮，108-电机。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
27.下面结合附图来详细描述本实用新型的具体实施方式。
28.图1是示意性示出根据本实用新型实施例的用于车载单元的天线装置的示意图。图2是示意性示出其中应用本实用新型的天线装置的示意图。
29.本实用新型的方案中，天线装置包括天线底座和天线机构，天线机构可以执行信号的收发操作，其可以通过角度调节机构安装于前述天线底座上。对于前述的角度调节机构，其可以是电动调节机构，从而能够自动调整天线机构的信号收发角度。在一个应用场景中，如图1所示，天线装置包括天线底座101、天线机构102以及角度调节机构。前述角度调节机构可以包括将天线机构102安装在天线底座101上的至少两个支撑杆。基于此，天线机构102可以通过至少两根支撑杆支撑安装在前述天线底座101上，前述支撑杆与天线底座101连接的一端或者前述支撑杆与天线机构102连接的另一端为铰接端。其中至少一根支撑杆为具有长度调节机构以使其处于天线机构102和天线底座101之间的部分长度可以调节，从而实现调节天线机构102的信号收发角度。
30.为了方便描述，前述支撑杆中具有长度调节机构的支撑杆为调节杆104，不具有长度调节机构的支撑杆为固定杆。在一个应用场景中，通过前述长度调节机构改变前述调节杆104处于天线机构102和天线底座101之间的长度，即可实现调整天线机构102的信号收发角度。通过调节杆104的长度可调以及支撑杆的铰接端的配合，使得天线机构102和天线底座101之间的角度可调，从而实现天线机构102的信号收发角度可调，提升了车载单元与路侧单元通信的可靠性。
31.前述支撑杆可以布置至少三根，并将至少三根支撑杆的铰接端呈三角形布置于天线机构或天线底座上。例如可以将前述支撑杆设置为三根、四根或其他数量。在一个或多个实施例中，天线机构102以天线板为例，如图2所示，前述天线机构102可以通过三根支撑杆支撑安装在前述天线底座101上，其中包括第一支撑杆103和调节杆104，调节杆104具有第二支撑杆1041和第三支撑杆1042，可以将前述第一支撑杆103、第二支撑杆1041和第三支撑杆1042的铰接端呈三角形布置，从而实现对天线结构的灵活调整。例如前述铰接端可以采用球铰105连接，将前述球铰105呈三角形布置于天线机构102上或天线底座101上。前述天线装置中通过前述三根支撑杆的设计，可以简化天线装置配置以降低制造成本，并且易于进行天线机构的角度调整。进一步地，前述支撑杆还可以布置为四根，其中三根支撑杆可以按照上述设置形式进行布置，另外一根支撑杆可以作为虚约束存在，通过前述四根支撑杆的设置，也可以实现对天线机构的信号收发角度的调整。在一个应用场景中，前述第一支撑杆103的长度固定，以便于支撑天线机构102。在操作中，可以通过分别改变第二支撑杆1041和第三支撑杆1042在天线机构102和天线底座101之间的长度，以调整天线机构102和天线底座101之间的角度。进一步地，前述三根支撑杆可以呈等腰三角形布置，从而实现稳定的支撑结构。更进一步地，前述支撑杆可以平行设置于前述天线底座101和天线机构102之间，以便于对前述调节杆104在天线机构102和天线底座101之间的长度调整。
32.可以理解的是上述支撑杆的布置形式仅仅是示意性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整。例如将支撑杆的数量设置为其他数量，或者是将支撑杆设置为等边三角形。
33.前述天线机构102可以采用面天线类，例如前述天线板，该天线板的结构也可以采用多种形式的结构。例如前述图1中的方形天线板，也可以采用三角形、六边形、八边形或圆形板。天线板的形状可以采用平面板，也可以采用具有抛物面结构的天线板。前述天线机构102还可以采用框架结构，例如正方形框架结构，前述第一支撑杆103和调节杆104安装于该正方形框架上，以实现天线机构102的角度调整。
34.图3是示意性示出根据本实用新型实施例的整车坐标系的示意图。图4是示意性示出根据本实用新型实施例的天线机构沿y轴旋转一定角度的示意图。图5是示意性示出根据本实用新型实施例的天线机构沿x轴旋转一定角度的示意图。可以理解的是图4和图5中所示出的天线机构的设置可以在图1中所示出的结构中实施，因此关于图1所描述内容也同样适用于图4和图5。
35.在一个应用场景中，以整车为准建立坐标系，如图3所示，以平行于汽车支座的平面为z向基准平面，以垂直于汽车支座且沿车身宽度方向的平面为x向基准平面，以垂直于汽车支座且沿车身长度方向的平面为y向基准平面，建立整车坐标系。将前述天线装置设置于整车上，则可以通过调节杆104的设置，可以调节天线机构102的角度。
36.在一个应用场景中，如图4所示，将前述天线装置安装于整车中的某个位置处，若将前述天线装置中的天线机构102以车身水平面为初始零点，那么如果将前述两个调节杆在天线机构102和天线底座101之间的长度增加相同的程度，则可以调整前述天线机构102绕坐标系中的y轴旋转一定的角度(例如天线的俯仰角)。
37.在另一个应用场景中，如图5所示，若将其中一根调节杆在天线机构102和天线底座101之间的长度增加，将另一根调节杆在天线机构102和天线底座101之间的长度减小，并且增加和减小的长度相同，则可以调整前述天线机构102绕坐标系统的x轴旋转一定的角度(例如天线的横滚角)。进一步地，还可以通过将两个调节杆在天线机构102和天线底座101之间增加或减小的不同的长度，从而实现天线机构102既沿x轴旋转一定角度，也沿y轴旋转一定角度。
38.上述内容结合车辆坐标系对天线机构的角度调整过程进行了详细说明，接下来将具体阐述前述调节杆的长度调节机构设置。
39.图6是示意性示出根据本实用新型实施例的长度调节机构的示意图。可以理解的是图6中所示出的长度调节机构的设置可以在图1中所示出的结构中实施，因此关于图1所描述内容也同样适用于图6。
40.如图6所示，前述长度调节机构可以包括电机108、齿轮107和齿条106，将前述齿条106设置于前述调节杆104上，齿轮107与前述齿条106啮合。利用前述电机108驱动齿轮107转动，并通过齿轮107转动带动齿条106，进而调节前述调节杆在前述天线机构102和天线底座101之间的长度。在一个应用场景中，前述齿条106在安装时可以通过在齿廓角上预先设置有安装孔，并在前述调节杆上钻孔，利用螺丝固定齿条106位置。也可以直接生产具有齿条106部分的调节杆，即前述齿条106为调节杆的组成部分，从而直接将该具有齿条106结构的调节杆应用于前述天线装置中。
41.在一个应用场景中，可以在前述天线底座101上设置通孔，在通孔上套设有固定环，前述调节杆可以穿过前述天线底座101上的固定环，从而便于调节在天线机构102和天线底座101之间的长度。在操作过程中，电机108带动齿轮107转动，从而可以使穿过前述固定环的调节杆移动，进而改变调节杆104在天线机构102和天线底座101之间的长度。进一步地，前述调节杆的端部还设置有限位装置，从而防止调节杆104脱离前述天线底座101。
42.在一个应用场景中，若天线装置中设置有多个调节杆，则可以使每个调节杆各自均设置一套电动调节机构，以便于调整天线机构102的角度。例如可以分别对每个调节杆设置独立的电机，以通过每个电机的正转、反转驱动每个调节杆运动，从而改变调节杆的长度。进一步地，也可以通过一个电机驱动多个齿轮转动，以改变前述调节杆在天线机构102和天线底座101之间的长度。还可以将一个齿轮107结构分别与两个调节杆啮合，以同时实现两个调节杆长度的调整，例如可以通过齿轮107的旋转使得两个调节杆向相反的方向运动。进一步地，前述电机108可以位于天线底座101上，通过前述电机108驱动前述齿轮107转动，以调整前述调节杆在天线机构102和天线底座101之间的长度。
43.在另一个应用场景中，前述长度调节机构可以包括电动推杆，利用前述电动推杆驱动前述调节杆以调整其在所述天线机构102和天线底座101之间的长度。电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，从而可以利用电动推杆直接调整调节杆的长度。进一步地，前述调节杆还可以作为前述电动推杆中的推杆部分，从而利用电动推杆直接调整天线机构102的角度。
44.在本实用新型的另一个方面中，本实用新型还提供了一种车载单元，前述车载单元可以包括前述一个或多个实施例中的天线装置，从而实现车载单元与路侧单元天线的对应角度，以提升通信效率。进一步地，前述车载单元还可以包括角度传感器，该角度传感器可以用于对前述车载单元的安装角度进行检测，从而在进行车载单元安装时可以将前述天线装置中的天线机构102调整为一定的角度，以提高车载单元安装的自由度。
45.在本实用新型的又一个方面中，本实用新型还提供了一种可调天线系统，前述可调天线系统可以包括角度识别单元和前述一个或多个实施例中的车载单元，前述角度识别单元可以识别路侧单元的角度。前述车载单元和角度识别单元连接，以便于根据前述路侧单元的角度调整车载单元的对应角度。例如采用摄像头或激光器可以识别路侧单元对应的角度信息。
46.在车载单元的实际安装与应用过程中，本实用新型中所提供的包含上述天线装置的车载单元设备可以经过三种不同状态设置。
47.第一种情况，车载单元出厂时，其初始状态下，内置的天线装置中的天线机构102可以与车载单元的本体处于同一平面位置，车载单元的生产厂家可以进行射频参数初次标定，以满足gb/t 20851.1-2019中下行链路技术要求。
48.第二种情况，在实车上安装车载单元时，根据车型要求，车载单元有对应的安装角度，根据前述角度传感器可以获取车载单元的本体在车上安装的角度或姿态，即角度传感器可以获取到车载单元的本体的俯仰角为α，横滚角为β。但由于车载单元的安装多为手工安装，并不能够准确达到相应的安装角度要求，即实际安装时得到的俯仰角为α和横滚角为β与要求的安装角度存在偏差，而安装后车载单元本体的角度即固定，无法再进行调整。初始状态下，天线机构102的角度与车载单元本体保持一致，因此通过前述调节杆在天线机构
102和天线底座101之间长度的调整，可以将天线机构102调整至要求的角度。
49.第三种情况，在车载单元实际使用过程中，需要调整车载单元的天线机构102和路侧单元中的天线的对应角度。当车辆行驶至路侧单元附近时，可以利用角度识别单元(根据图像识别和视觉定位算法)识别出路侧单元的天线的角度。例如可以采用摄像机识别出路侧单元的大致方向和角度，并可以利用激光束获取精确的天线位置、俯仰角和横滚角。例如调节激光束使其光斑能够达到路侧单元的天线中心点附近位置处，从而获取其精确的俯仰角和横滚角。然后车载单元可以根据获取的数据信息将天线机构102的俯仰角和横滚角设置成合适的角度值，从而保证了车载单元的天线与路侧单元的天线的精确对应，以保证车辆车载单元的正常使用，提升etc交易的成功率。
50.通过本实用新型中可以调节天线角度的天线装置，以便于车载单元设备在不同车型的车辆上的安装，并且不限制车载单元的安装位置，有效提升了车载单元安装的灵活性。并且通过对天线机构102的角度调节可以有效提升车载单元与路侧单元的通信效率，从而提升了设备的可靠性，有利于提升etc系统交易成功率和用户体验。
51.在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
52.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本实用新型的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本实用新型方案的限制。
53.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
54.虽然本说明书已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用对本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。