專利名稱：用于道路通行費系統(tǒng)的控制車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于車輛安裝的車載單元的用于道路通行費系統(tǒng)的控制車輛，這些車載單元能夠經(jīng)由短程或?qū)Ｓ枚坛掏ㄐ?DSRC )無線電通信輪詢。
背景技術(shù)：
從US 2006/0044161A1公知控制車輛。公知的控制車輛具有幾個天線，它們以不同方向被布置在車輛上并且能夠經(jīng)由天線開關(guān)選擇，以便經(jīng)由指向控制車輛周圍特定范圍的天線選擇性地訪問位于這個范圍內(nèi)的車載單元。DE 102008016311A1公開了如何根據(jù)車輛中的信息源，如數(shù)字道路地圖、測量值、環(huán)境傳感器或外部信號，為C2C或C2X通信設(shè)置天線特性或天線陣列。在上述類型的道路通行費系統(tǒng)中，車輛中安裝的車載單元(OBU)用于對經(jīng)過通信費道路的車輛收費，例如以道路、區(qū)域或時間通信費的形式。為了這個目的，OBU可以被定位，借助于地理分布的無線電信號臺(如紅外線、RFID、DSRC、視頻或移動網(wǎng)絡(luò)信號臺(基站)，其窄通信范圍使用短程通信定位0BU)，或者借助于單一 OBU中的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機，它另外也能夠經(jīng)由DSRC聯(lián)系，比如為了控制目的。在運行期間為了控制車輛中安裝的OBU的恰當(dāng)功能，頻繁地使用控制車輛，控制車輛經(jīng)由DSRC無線電接口輪詢在運動交通流中經(jīng)過的車輛的0BU。迄今為止，大多數(shù)這樣的控制車輛僅僅使用在以單向交通流為特征的高速公路上?，F(xiàn)在提供的新方式也用于在更低水平的道路上和雙向交通路段中的車輛控制。這涉及的問題在于，輪詢迎面而來的交通流的OBU時，由于合計速度和DSRC無線電接口的無線電范圍有限，在速度高時可用于輪詢過程的時間可能太短。本發(fā)明認識到這個問題并致力于提供對這個問題的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
通過使用上述類型的控制車輛實現(xiàn)了這個目標，根據(jù)本發(fā)明其特征在于具有帶有在控制車輛的縱向上以相互距離分布以及具有全方向特性或部分重疊的方向特性的至少兩個天線系統(tǒng)的至少一臺DRSC收發(fā)機，以便建立用于輪詢同一個經(jīng)過的車載單元的不中斷的無線電通信。本發(fā)明利用了行進方向上控制車輛的縱向側(cè)面以延伸所述無線電覆蓋范圍，它用來延長可用于輪詢經(jīng)過的OBU的時間，使得相對于所述控制車輛速度高的車輛(尤其還是迎面而來的交通流的車輛)也能夠被控制。根據(jù)本發(fā)明的第一型式，單臺DRSC收發(fā)機經(jīng)由順序控制的天線開關(guān)操作全部天線系統(tǒng)，這降低了收發(fā)機的成本，但是需要單獨的天線開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的替代型式，所述天線系統(tǒng)也可以由自己的DRSC接收機操作，同步為順序移交所述DSRC無線電通信。這個型式需要更多的收發(fā)機，不過它們可以具有統(tǒng)一的設(shè)計并且僅僅需要經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈接彼此同
止/J/ O優(yōu)選情況下，所述天線系統(tǒng)具有方向特性，尤為優(yōu)選情況下在所述控制車輛側(cè)前方(forward-and-sideward)的角度,這特別適于控制橫向經(jīng)過的車輛和所述迎面而來的交通流的車輛。另外，有利的是如果所述天線系統(tǒng)的方向特性部分地重疊，從而實現(xiàn)了所述切換或移交期間各個天線系統(tǒng)之間不中斷的通信。尤為有利的是如果在行進方向中靠前安裝的天線系統(tǒng)比在行進方向中靠后安裝的天線系統(tǒng)具有更直的方向特性。由于天線的天線增益隨著更強的方向性而提高，這種增益能夠用于增大前方方向上控制車輛的無線電覆蓋范圍，而在橫向上，其中較小范圍對經(jīng)過的OBU已足夠，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的射束角度從而更長的通過區(qū)域。在本發(fā)明的進一步優(yōu)選實施例中，DSRC無線電通信所用的至少一個天線系統(tǒng)的方向特性也可以根據(jù)這種DSRC無線電通信期間接收的信息而控制。所述信息可以例如指明了攜帶所述車載單元的車輛的特定類型或種類，例如它是轎車還是卡車，或者所述車輛的軸數(shù)，推斷出例如所述車輛的長度或高度以及其車載單元的位置；對于卡車或大客車，所述車載單元通常位于比轎車在路面以上更高的不同高度，所以所述天線特征能夠相應(yīng)地調(diào)整。在優(yōu)選實施例中，在行進方向中靠前安裝的天線系統(tǒng)接收所述信息以控制在行進方向中靠后安裝的至少一個天線系統(tǒng)的方向特性，使得所述天線例如在轎車情況下指向更向下、在卡車情況下更向上或者在大客車情況下更靠邊。作為替代或補充，所述控制車輛進一步可以配備用于對經(jīng)過的車輛進行測量和/或分類的至少一臺設(shè)備，優(yōu)選情況下它被布置在至少兩個所述天線系統(tǒng)之間。這樣的測量或分類設(shè)備然后還可以用于根據(jù)由此確定的尺寸或由此確定的車輛類別控制至少一個天線系統(tǒng)的方向特性，它具有上述的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明進一步優(yōu)選的特征，在行進方向中靠前安裝的天線系統(tǒng)可以向經(jīng)過的車載單元發(fā)射喚醒消息，因為它適合用于聯(lián)系在無線電通信之間被設(shè)置為省電模式(睡眠模式)的0BU。這樣的OBU要求一定的時間范圍用于“喚醒”進入運行模式，它們能夠被靠前的天線系統(tǒng)較早觸發(fā)。所述喚醒消息優(yōu)選情況下是遵從CEN-DSRC標準的BST消息或者遵從WAVE或ITS-G5標準的WSA消息。在本發(fā)明進一步的實施例中，所述控制車輛也可以被設(shè)計為在輪詢的結(jié)尾將控制信息寫入所述車載單元中。所述控制信息可以例如包含所述控制的時間和地點，或者僅僅是指明成功控制的事實以及例如建議下一個固定或移動控制站不需要進一步控制的“控制標記”。所述控制信息優(yōu)選情況下提供有指明其有效期的時間戳。尤為有利的是如果控制信息滿足“合規(guī)檢查通信(compliance checkcommunication)” (CCC)標準IS0/TS12813:2009 (Electronic feecollection -Compliance check communication forautonomoussystems )。


以下利用附圖中表示的示范實施例進一步詳細地介紹本發(fā)明，其中:圖1顯示了道路通行費系統(tǒng)的示意圖和部分描述，在其框架內(nèi)使用了本發(fā)明的控制車輛；圖2和圖3顯示了本發(fā)明的控制車輛的兩個不同實施例，在示意俯視圖中天線系統(tǒng)具有不同的方向特性；以及
圖4和圖5以框圖顯示了圖2和圖3的控制車輛的不同實施例。
具體實施例方式圖1顯示了道路通行費系統(tǒng)I的部分描述，它包括各種各樣的地理分布無線電信號臺2，它們例如以相互距離沿著通行費道路3安裝。無線電信號臺2經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈接4被連接到道路通行費系統(tǒng)的控制中心5。道路通行費系統(tǒng)1，尤其是其無線電信號臺，對經(jīng)過通行費道路(如通行費道路3)的車輛6收費。為了這個目的，每個輛車6都配備有車載單元(0BU)7，當(dāng)經(jīng)過無線電信號臺2時，與這個無線電信號臺建立短距離無線電通信8(專用短程通信DSRC)，例如進行通行費交易，這經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈接4被報告給控制中心5以及/或者被存儲在OBU 6中?？梢愿鶕?jù)全部公知的DSRC標準，尤其是CEN-DSRC、ITS-G5或WAVE (車輛環(huán)境中的無線接入)，設(shè)計用于處理DSRC無線電通信8的無線電信號臺2、OBU 7及其全部的內(nèi)部DSRC收發(fā)機。經(jīng)過無線電信號臺2時進行的每次DSRC無線電通信8都可以例如從控制中心5和/或OBU 7中信用賬戶記入特定用戶的借方費用，從而構(gòu)成“借方交易”;不過，DSRC無線電通信8也可以構(gòu)成道路通行費系統(tǒng)I的識別、維護、軟件更新或類似交易。確切地說，DSRC無線電通信8也可以用于輪詢OBU 7中存儲的數(shù)據(jù)，比如車主數(shù)據(jù)、識別數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)等。這樣的輪詢8不僅可以從固定的無線電信號臺2進行，也可以從形式為控制車輛9的“移動”無線電信號臺2進行，它們與道路通行費系統(tǒng)I中的交通流的車輛6 —起經(jīng)過。另外，經(jīng)由DSRC無線電通信8對OBU 7輪詢也可以在基于衛(wèi)星導(dǎo)航(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GNSS)的道路通行費系統(tǒng)I中進行，其中OBU 7是自主地定位的，不是由陸地?zé)o線電信號臺2，而是利用GNSS接收機，并且向控制中心5發(fā)送其位置或收費交易結(jié)果，例如經(jīng)由無線電信號臺網(wǎng)絡(luò)或單獨的移動網(wǎng)絡(luò):這里，OBU 7也可以配備有DRSC收發(fā)機，用于由無線電信號臺2或控制車輛9的輪詢。尤為有利的是如果基于GNSS的OBU 7的被輪詢數(shù)據(jù)滿足“合規(guī)檢查通信，，(CCC)標準 IS0/TS 12813:2009(Electronic fee colIection-Compliancecheck communication for autonomous systems)。因此，以下介紹的控制車輛9與基于信號臺的和基于衛(wèi)星的道路通行費系統(tǒng)I都適于交互。圖2顯示了這樣的控制車輛9的第一個實施例，控制車輛9以速度v2在通行費道路3的車道10上移動，并且控制在通行費道路3的相反車道11上以相反速度Vl經(jīng)過的車輛6的OBU 7。控制車輛9與受控車輛6之間的相對速度從而是vl+v2，尤其是在快線、高速公路等道路上能夠為聞達300km/h并更聞。控制車輛9具有(至少)一臺DRSC收發(fā)機，類似于無線電信號臺2，它能夠借助于DSRC無線電通信8輪詢經(jīng)過的OBU 7。DRSC收發(fā)機12配備有(至少)兩個天線系統(tǒng)13、14，這兩個天線系統(tǒng)13、14分布在車輛上控制車輛9的縱向15上相互距離a。為了將控制車輛9的縱向側(cè)面利用到可能的最大程度，優(yōu)選情況下，天線系統(tǒng)13、14被布置在控制車輛9的前后端，以及對于右行交通在車輛左側(cè)(或者對于左行交通在車輛右側(cè))，以便對超車的車輛6或迎面而來的交通流的車輛6提供特別良好的覆蓋。天線系統(tǒng)13、14的每一個都可以具有全方位特性或者，如圖所示的方向特性16、17，它專門對準這樣的超車的車輛6和迎面而來的交通流的車輛6:優(yōu)選情況下，方向特性16、17指向側(cè)前方的角度，并且可以具有相同的射束角α (圖2)或不同的射束角α、β、γ(圖3)。如圖所示，方向特性16、17在其邊界區(qū)域部分重疊，從而建立了連續(xù)的無線電覆蓋和與經(jīng)過的OBU 7的不中斷的無線電通信8。如圖4所示，天線系統(tǒng)13、14可以在天線分集過程中操作，并且例如都承載同一臺DRSC收發(fā)機12的相同信號。在圖4的型式中，天線13、14經(jīng)由天線開關(guān)18順序地操作以達到以下效果:無線電通信8經(jīng)由前端天線系統(tǒng)13在其無線電覆蓋范圍16內(nèi)啟動和開始，并且后來經(jīng)由后端天線系統(tǒng)14在其無線電覆蓋范圍17內(nèi)繼續(xù)和終止。圖3顯示了圖2實施例的型式，其中在行進方向15中靠前安裝的天線系統(tǒng)13具有比在行進方中靠后安裝的天線系統(tǒng)更強的方向特性16，在顯示的實例中靠后安裝的天線系統(tǒng)是在中間安裝的天線系統(tǒng)14和在后方安裝的天線系統(tǒng)19。所有的天線系統(tǒng)13、14、19可以具有其方向特性16、17、20的不同射束角α、β、Υ。前端天線系統(tǒng)13可以特別用于向經(jīng)過的OBU 7發(fā)射“喚醒消息”，例如遵從CEN-DSRC標準的BST消息(信號臺服務(wù)表)或者遵從WAVE或ITS-G5標準的WSA消息(波動服務(wù)表通告)，從而使得控制車輛9使用前端天線系統(tǒng)13，在進行進一步的無線電通信8的經(jīng)過期間利用隨后的天線系統(tǒng)14、19 “喚醒”0BU7，OBU 7在與無線電信號臺2的無線電通信8之間被設(shè)置為省電睡眠模式。圖5顯示了圖2至圖4實施例的進一步型式，其中每個電線系統(tǒng)13、14、19等都由自己的DRSC收發(fā)機12、21、22等操作。DRSC收發(fā)機12、21、22經(jīng)由內(nèi)部鏈接23彼此同步，使得它們進行DRSC無線電通信8的移交，從具有其天線系統(tǒng)13的DRSC收發(fā)機12到具有其天線系統(tǒng)14的下一臺DRSC收發(fā)機14，或者從這臺收發(fā)機轉(zhuǎn)移到具有其天線系統(tǒng)19的下一臺收發(fā)機22等。移交可以例如存在于被前端DRSC收發(fā)機12接收和處理的喚醒消息中，其中無線電通信8的剩余部分被后面的收發(fā)機21、22接收和處理，或者存在于由第一收發(fā)機12在OBU 7與控制車輛9之間往返發(fā)送的無線電通信8的第一數(shù)據(jù)包中，其中進一步的數(shù)據(jù)包由后面的收發(fā)機21、22處理。在進一步的實施例中，天線系統(tǒng)13、14、19可以具有可調(diào)整的方向特性16、17、20，例如以可控制的天線陣列形式(“智能天線”)或可切換的各個天線的形式。這個實施例的第一型式允許根據(jù)在DSRC無線電通信8期間所接收的信息i (圖2)控制天線系統(tǒng)13、14、19中一個、兩個或全部的方向特性，優(yōu)選情況下后面天線系統(tǒng)14、19的特性。信息i可以例如指明OBU 7的車輛6的類型或種類，即它是如轎車還是卡車，或者車輛的軸數(shù)。然后可以使用信息i確定OBU 7在車輛6上的位置，從而確定OBU 7相對于車道11和再后相對于控制車輛9的位置，特別是OBU 7高于道路3的高度:對于卡車，OBU 7通常的位置高于大客車的，而大客車的高于轎車的，等等。然后可以根據(jù)接收的信息i (箭頭24)，調(diào)整方向特性16、17、20的角度和/或高度以適應(yīng)車道10，以及/或者相應(yīng)地調(diào)整其射束角α、β、γ，以便實現(xiàn)與OBU 7的最佳的無線電通信8。在進一步的型式中，控制車輛9可以替代地或補充地包括至少一臺設(shè)備25，用于測量和/或分類車輛6，該設(shè)備優(yōu)選情況下被布置在天線系統(tǒng)13、14、19之間。設(shè)備25也可以用于根據(jù)車輛6的確定的尺寸M和/或車輛6的確定的種類K (箭頭26)控制天線系統(tǒng)
13、14、19的方向特性16、 17、20。例如，大車高度可以指明天線系統(tǒng)14、19的方向特性17、20必須相應(yīng)地指向上以及/或者其射束角β、Y必須相應(yīng)地擴展。
最后，控制車輛9還可以在DSRC無線電通信8結(jié)束時把控制信息寫入OBU 7中?？刂菩畔⑻貏e可以在DSRC無線電通信8結(jié)束時由行進方向15上最后安裝的天線系統(tǒng)14或19記錄(寫入)到OBU 7中。控制信息可以如包含所述控制的時間和地點或者僅僅是指明成功控制的事實的“控制標記”。控制信息也可以提供有指明其有效期或其期滿的時間戳?？刂菩畔⒖梢杂蒓BU 7為駕駛員顯示，并且例如在不利控制結(jié)果的情況下如指示駕駛員?？肯乱粋€固定控制站。不過，控制信息也可以由下一個固定控制站輪詢，如無線電信號臺2，或者由另一臺控制車輛9輪詢，指明先前控制的結(jié)果達到了例如重復(fù)控制不需要的效果，這意味著各個控制車輛或站之間的直接數(shù)據(jù)交換是不必要的，因為控制信息被存儲在OBU 7中。本發(fā)明不限于所呈現(xiàn)的實施例，而是包括由附帶的權(quán)利要求書所覆蓋的全部型式和修改。例如，在不是基于衛(wèi)星導(dǎo)航的道路通行費系統(tǒng)I中，DSRC無線電信號臺2可以用定位OBU 7的其它短程信號臺2替代，比如紅外線、RFID、DSRC、視頻或移動網(wǎng)絡(luò)信號臺(基站)。
權(quán)利要求
1.一種用于道路通行費系統(tǒng)(I)的控制車輛(9)，基于能夠經(jīng)由DSRC無線電通信(8)輪詢的車輛安裝的車載單元(7)，其中控制車輛(9)包括帶有至少兩個天線系統(tǒng)(13、14、19)的至少一臺DRSC收發(fā)機(12、21、22)，其特征在于，所述天線系統(tǒng)(13、14、19)在所述控制車輛(9)的縱向上以相互距離分布，并且具有全方向特性或部分重疊的方向特性(16、17,20),以便建立用于輪詢同一個經(jīng)過的車載單元(7)的不中斷的無線電通信(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的控制車輛，其特征在于，單臺DRSC收發(fā)機(12)經(jīng)由順序控制的天線開關(guān)(18)操作全部天線系統(tǒng)(13、14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的控制車輛，其特征在于，所述天線系統(tǒng)(13、14、19)由自己的DRSC收發(fā)機(12、21、22 )操作，同步為順序移交所述DSRC無線電通信(8 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的控制車輛，其特征在于，所述天線系統(tǒng)(13、14、19)的每一個都具有方向特性(16、17、20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的控制車輛，其特征在于，所述方向特性(16、17、20)指向所述控制車輛(9)側(cè)前方的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的控制車輛，其特征在于，所述天線系統(tǒng)(13、14、19)的方向特性(16、17、20)部分地重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6之一的控制車輛，其特征在于，在行進方向(15)中靠前安裝的天線系統(tǒng)(13)具有比在行進方向中靠后安裝的天線系統(tǒng)(14，19)更強的方向特性(16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7之一的控制車輛，其特征在于，根據(jù)在所述DSRC無線電通信(8)期間接收的信息，控制至少一個天線系統(tǒng)(13、14、19)的方向特性(16、17、20)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的控制車輛，其特征在于，在行進方向(15)中靠前安裝的天線系統(tǒng)(13)接收在所述DSRC無線電通信(8)期間接收的所述信息，以控制在行進方向中靠后安裝的至少一個天線系統(tǒng)(14，19)的方向特性(17、20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的控制車輛，其特征在于，它裝備了至少一臺用于測量和/或分類經(jīng)過的車輛(6)的設(shè)備(25)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的控制車輛，其特征在于，用于測量和/或分類經(jīng)過的車輛(6)的所述設(shè)備(25)被布置在所述天線系統(tǒng)(13、14、19)的至少兩個之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的控制車輛，其特征在于，至少一個天線系統(tǒng)(13、14、19)的方向特性(16、17、20)受由用于測量和/或分類經(jīng)過的車輛(6)的所述設(shè)備(25)確定的所述車輛(6)的尺寸和/或受由用于測量和/或分類經(jīng)過的車輛(6)的所述設(shè)備(25)確定的所述車輛(6)的種類的控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的控制車輛，其特征在于，在行進方向中靠前安裝的所述天線系統(tǒng)(13)向經(jīng)過的車載單元(7)發(fā)射喚醒消息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的控制車輛，其特征在于，所述喚醒消息是遵從CEN-DSRC標準的BST消息或者遵從WAVE或ITS-G5標準的WSA消息。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一的控制車輛，其特征在于，它在所述輪詢結(jié)束時把控制信息寫入所述車載單元(7)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的控制車輛，其特征在于，所述控制信息具有指明其有效期的時間戳。
全文摘要
一種用于道路通行費系統(tǒng)(1)的控制車輛(9)，基于能夠經(jīng)由DSRC無線電通信(8)輪詢的車輛安裝的車載單元(7)，其中控制車輛(9)包括帶有至少兩個天線系統(tǒng)(13、14、19)的至少一臺DRSC收發(fā)機(12、21、22)，所述天線系統(tǒng)(13、14、19)在所述控制車輛(9)的縱向上以相互距離(a)分布，用于輪詢同一個經(jīng)過的車載單元(7)。
文檔編號G07B15/06GK103150767SQ20121051942
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者H·哈尼施, R·波沃尼, O·納吉 申請人:卡波施交通公司