CN103150767A - 用于道路通行费系统的控制车辆 - Google Patents

Abstract

一种用于道路通行费系统（1）的控制车辆（9），基于能够经由DSRC无线电通信（8）轮询的车辆安装的车载单元（7），其中控制车辆（9）包括带有至少两个天线系统（13、14、19）的至少一台DRSC收发机（12、21、22），所述天线系统（13、14、19）在所述控制车辆（9）的纵向上以相互距离（a）分布，用于轮询同一个经过的车载单元（7）。

Description

用于道路通行费系统的控制车辆

技术领域

本发明涉及基于车辆安装的车载单元的用于道路通行费系统的控制车辆，这些车载单元能够经由短程或专用短程通信（DSRC）无线电通信轮询。

背景技术

从US 2006/0044161A1公知控制车辆。公知的控制车辆具有几个天线，它们以不同方向被布置在车辆上并且能够经由天线开关选择，以便经由指向控制车辆周围特定范围的天线选择性地访问位于这个范围内的车载单元。

DE 102008016311A1公开了如何根据车辆中的信息源，如数字道路地图、测量值、环境传感器或外部信号，为C2C或C2X通信设置天线特性或天线阵列。

在上述类型的道路通行费系统中，车辆中安装的车载单元（OBU）用于对经过通信费道路的车辆收费，例如以道路、区域或时间通信费的形式。为了这个目的，OBU可以被定位，借助于地理分布的无线电信号台（如红外线、RFID、DSRC、视频或移动网络信号台（基站），其窄通信范围使用短程通信定位OBU），或者借助于单一OBU中的卫星导航接收机，它另外也能够经由DSRC联系，比如为了控制目的。

在运行期间为了控制车辆中安装的OBU的恰当功能，频繁地使用控制车辆，控制车辆经由DSRC无线电接口轮询在运动交通流中经过的车辆的OBU。迄今为止，大多数这样的控制车辆仅仅使用在以单向交通流为特征的高速公路上。现在提供的新方式也用于在更低水平的道路上和双向交通路段中的车辆控制。这涉及的问题在于，轮询迎面而来的交通流的OBU时，由于合计速度和DSRC无线电接口的无线电范围有限，在速度高时可用于轮询过程的时间可能太短。本发明认识到这个问题并致力于提供对这个问题的解决方案。

发明内容

通过使用上述类型的控制车辆实现了这个目标，根据本发明其特征在于具有带有在控制车辆的纵向上以相互距离分布以及具有全方向特性或部分重叠的方向特性的至少两个天线系统的至少一台DRSC收发机，以便建立用于轮询同一个经过的车载单元的不中断的无线电通信。

本发明利用了行进方向上控制车辆的纵向侧面以延伸所述无线电覆盖范围，它用来延长可用于轮询经过的OBU的时间，使得相对于所述控制车辆速度高的车辆（尤其还是迎面而来的交通流的车辆）也能够被控制。

根据本发明的第一型式，单台DRSC收发机经由顺序控制的天线开关操作全部天线系统，这降低了收发机的成本，但是需要单独的天线开关。根据本发明的替代型式，所述天线系统也可以由自己的DRSC接收机操作，同步为顺序移交所述DSRC无线电通信。这个型式需要更多的收发机，不过它们可以具有统一的设计并且仅仅需要经由数据链接彼此同步。

优选情况下，所述天线系统具有方向特性，尤为优选情况下在所述控制车辆侧前方（forward-and-sideward）的角度，这特别适于控制横向经过的车辆和所述迎面而来的交通流的车辆。

另外，有利的是如果所述天线系统的方向特性部分地重叠，从而实现了所述切换或移交期间各个天线系统之间不中断的通信。

尤为有利的是如果在行进方向中靠前安装的天线系统比在行进方向中靠后安装的天线系统具有更直的方向特性。由于天线的天线增益随着更强的方向性而提高，这种增益能够用于增大前方方向上控制车辆的无线电覆盖范围，而在横向上，其中较小范围对经过的OBU已足够，能够实现更高的射束角度从而更长的通过区域。

在本发明的进一步优选实施例中，DSRC无线电通信所用的至少一个天线系统的方向特性也可以根据这种DSRC无线电通信期间接收的信息而控制。所述信息可以例如指明了携带所述车载单元的车辆的特定类型或种类，例如它是轿车还是卡车，或者所述车辆的轴数，推断出例如所述车辆的长度或高度以及其车载单元的位置；对于卡车或大客车，所述车载单元通常位于比轿车在路面以上更高的不同高度，所以所述天线特征能够相应地调整。在优选实施例中，在行进方向中靠前安装的天线系统接收所述信息以控制在行进方向中靠后安装的至少一个天线系统的方向特性，使得所述天线例如在轿车情况下指向更向下、在卡车情况下更向上或者在大客车情况下更靠边。

作为替代或补充，所述控制车辆进一步可以配备用于对经过的车辆进行测量和/或分类的至少一台设备，优选情况下它被布置在至少两个所述天线系统之间。这样的测量或分类设备然后还可以用于根据由此确定的尺寸或由此确定的车辆类别控制至少一个天线系统的方向特性，它具有上述的优点。

根据本发明进一步优选的特征，在行进方向中靠前安装的天线系统可以向经过的车载单元发射唤醒消息，因为它适合用于联系在无线电通信之间被设置为省电模式（睡眠模式）的OBU。这样的OBU要求一定的时间范围用于“唤醒”进入运行模式，它们能够被靠前的天线系统较早触发。所述唤醒消息优选情况下是遵从CEN-DSRC标准的BST消息或者遵从WAVE或ITS-G5标准的WSA消息。

在本发明进一步的实施例中，所述控制车辆也可以被设计为在轮询的结尾将控制信息写入所述车载单元中。所述控制信息可以例如包含所述控制的时间和地点，或者仅仅是指明成功控制的事实以及例如建议下一个固定或移动控制站不需要进一步控制的“控制标记”。所述控制信息优选情况下提供有指明其有效期的时间戳。尤为有利的是如果控制信息满足“合规检查通信（compliance checkcommunication）”（CCC）标准ISO/TS 12813：2009（Electronic feecollection  -Compliance  check  communication  for  autonomoussystems）。

附图说明

以下利用附图中表示的示范实施例进一步详细地介绍本发明，其中：

图1显示了道路通行费系统的示意图和部分描述，在其框架内使用了本发明的控制车辆；

图2和图3显示了本发明的控制车辆的两个不同实施例，在示意俯视图中天线系统具有不同的方向特性；以及

图4和图5以框图显示了图2和图3的控制车辆的不同实施例。

具体实施方式

图1显示了道路通行费系统1的部分描述，它包括各种各样的地理分布无线电信号台2，它们例如以相互距离沿着通行费道路3安装。无线电信号台2经由数据链接4被连接到道路通行费系统的控制中心5。道路通行费系统1，尤其是其无线电信号台，对经过通行费道路（如通行费道路3）的车辆6收费。

为了这个目的，每个辆车6都配备有车载单元（OBU）7，当经过无线电信号台2时，与这个无线电信号台建立短距离无线电通信8（专用短程通信DSRC），例如进行通行费交易，这经由数据链接4被报告给控制中心5以及/或者被存储在OBU 6中。

可以根据全部公知的DSRC标准，尤其是CEN-DSRC、ITS-G5或WAVE（车辆环境中的无线接入），设计用于处理DSRC无线电通信8的无线电信号台2、OBU 7及其全部的内部DSRC收发机。经过无线电信号台2时进行的每次DSRC无线电通信8都可以例如从控制中心5和/或OBU 7中信用账户记入特定用户的借方费用，从而构成“借方交易”；不过，DSRC无线电通信8也可以构成道路通行费系统1的识别、维护、软件更新或类似交易。

确切地说，DSRC无线电通信8也可以用于轮询OBU 7中存储的数据，比如车主数据、识别数据、交易数据、日志数据等。这样的轮询8不仅可以从固定的无线电信号台2进行，也可以从形式为控制车辆9的“移动”无线电信号台2进行，它们与道路通行费系统1中的交通流的车辆6一起经过。

另外，经由DSRC无线电通信8对OBU 7轮询也可以在基于卫星导航（全球导航卫星系统，GNSS）的道路通行费系统1中进行，其中OBU 7是自主地定位的，不是由陆地无线电信号台2，而是利用GNSS接收机，并且向控制中心5发送其位置或收费交易结果，例如经由无线电信号台网络或单独的移动网络：这里，OBU 7也可以配备有DRSC收发机，用于由无线电信号台2或控制车辆9的轮询。尤为有利的是如果基于GNSS的OBU 7的被轮询数据满足“合规检查通信”（CCC）标准ISO/TS 12813：2009（Electronic fee collection-Compliance check communication for autonomous systems）。因此，以下介绍的控制车辆9与基于信号台的和基于卫星的道路通行费系统1都适于交互。

图2显示了这样的控制车辆9的第一个实施例，控制车辆9以速度v2在通行费道路3的车道10上移动，并且控制在通行费道路3的相反车道11上以相反速度v1经过的车辆6的OBU 7。控制车辆9与受控车辆6之间的相对速度从而是v1+v2，尤其是在快线、高速公路等道路上能够为高达300km/h并更高。

控制车辆9具有（至少）一台DRSC收发机，类似于无线电信号台2，它能够借助于DSRC无线电通信8轮询经过的OBU 7。DRSC收发机12配备有（至少）两个天线系统13、14，这两个天线系统13、14分布在车辆上控制车辆9的纵向15上相互距离a。

为了将控制车辆9的纵向侧面利用到可能的最大程度，优选情况下，天线系统13、14被布置在控制车辆9的前后端，以及对于右行交通在车辆左侧（或者对于左行交通在车辆右侧），以便对超车的车辆6或迎面而来的交通流的车辆6提供特别良好的覆盖。

天线系统13、14的每一个都可以具有全方位特性或者，如图所示的方向特性16、17，它专门对准这样的超车的车辆6和迎面而来的交通流的车辆6：优选情况下，方向特性16、17指向侧前方的角度，并且可以具有相同的射束角α（图2）或不同的射束角α、β、γ（图3）。如图所示，方向特性16、17在其边界区域部分重叠，从而建立了连续的无线电覆盖和与经过的OBU 7的不中断的无线电通信8。

如图4所示，天线系统13、14可以在天线分集过程中操作，并且例如都承载同一台DRSC收发机12的相同信号。在图4的型式中，天线13、14经由天线开关18顺序地操作以达到以下效果：无线电通信8经由前端天线系统13在其无线电覆盖范围16内启动和开始，并且后来经由后端天线系统14在其无线电覆盖范围17内继续和终止。

图3显示了图2实施例的型式，其中在行进方向15中靠前安装的天线系统13具有比在行进方中靠后安装的天线系统更强的方向特性16，在显示的实例中靠后安装的天线系统是在中间安装的天线系统14和在后方安装的天线系统19。所有的天线系统13、14、19可以具有其方向特性16、17、20的不同射束角α、β、γ。前端天线系统13可以特别用于向经过的OBU 7发射“唤醒消息”，例如遵从CEN-DSRC标准的BST消息（信号台服务表）或者遵从WAVE或ITS-G5标准的WSA消息（波动服务表通告），从而使得控制车辆9使用前端天线系统13，在进行进一步的无线电通信8的经过期间利用随后的天线系统14、19“唤醒”OBU 7，OBU 7在与无线电信号台2的无线电通信8之间被设置为省电睡眠模式。

图5显示了图2至图4实施例的进一步型式，其中每个电线系统13、14、19等都由自己的DRSC收发机12、21、22等操作。DRSC收发机12、21、22经由内部链接23彼此同步，使得它们进行DRSC无线电通信8的移交，从具有其天线系统13的DRSC收发机12到具有其天线系统14的下一台DRSC收发机14，或者从这台收发机转移到具有其天线系统19的下一台收发机22等。

移交可以例如存在于被前端DRSC收发机12接收和处理的唤醒消息中，其中无线电通信8的剩余部分被后面的收发机21、22接收和处理，或者存在于由第一收发机12在OBU 7与控制车辆9之间往返发送的无线电通信8的第一数据包中，其中进一步的数据包由后面的收发机21、22处理。

在进一步的实施例中，天线系统13、14、19可以具有可调整的方向特性16、17、20，例如以可控制的天线阵列形式（“智能天线”）或可切换的各个天线的形式。

这个实施例的第一型式允许根据在DSRC无线电通信8期间所接收的信息i（图2）控制天线系统13、14、19中一个、两个或全部的方向特性，优选情况下后面天线系统14、19的特性。信息i可以例如指明OBU 7的车辆6的类型或种类，即它是如轿车还是卡车，或者车辆的轴数。然后可以使用信息i确定OBU 7在车辆6上的位置，从而确定OBU 7相对于车道11和再后相对于控制车辆9的位置，特别是OBU 7高于道路3的高度：对于卡车，OBU 7通常的位置高于大客车的，而大客车的高于轿车的，等等。然后可以根据接收的信息i（箭头24），调整方向特性16、17、20的角度和/或高度以适应车道10，以及/或者相应地调整其射束角α、β、γ，以便实现与OBU 7的最佳的无线电通信8。

在进一步的型式中，控制车辆9可以替代地或补充地包括至少一台设备25，用于测量和/或分类车辆6，该设备优选情况下被布置在天线系统13、14、19之间。设备25也可以用于根据车辆6的确定的尺寸M和/或车辆6的确定的种类K（箭头26）控制天线系统13、14、19的方向特性16、17、20。例如，大车高度可以指明天线系统14、19的方向特性17、20必须相应地指向上以及/或者其射束角β、γ必须相应地扩展。

最后，控制车辆9还可以在DSRC无线电通信8结束时把控制信息写入OBU 7中。控制信息特别可以在DSRC无线电通信8结束时由行进方向15上最后安装的天线系统14或19记录（写入）到OBU 7中。控制信息可以如包含所述控制的时间和地点或者仅仅是指明成功控制的事实的“控制标记”。控制信息也可以提供有指明其有效期或其期满的时间戳。

控制信息可以由OBU 7为驾驶员显示，并且例如在不利控制结果的情况下如指示驾驶员停靠下一个固定控制站。不过，控制信息也可以由下一个固定控制站轮询，如无线电信号台2，或者由另一台控制车辆9轮询，指明先前控制的结果达到了例如重复控制不需要的效果，这意味着各个控制车辆或站之间的直接数据交换是不必要的，因为控制信息被存储在OBU 7中。

本发明不限于所呈现的实施例，而是包括由附带的权利要求书所覆盖的全部型式和修改。例如，在不是基于卫星导航的道路通行费系统1中，DSRC无线电信号台2可以用定位OBU 7的其它短程信号台2替代，比如红外线、RFID、DSRC、视频或移动网络信号台（基站）。

Claims (16)

1.一种用于道路通行费系统（1）的控制车辆（9），基于能够经由DSRC无线电通信（8）轮询的车辆安装的车载单元（7），其中控制车辆（9）包括带有至少两个天线系统（13、14、19）的至少一台DRSC收发机（12、21、22），其特征在于，所述天线系统（13、14、19）在所述控制车辆（9）的纵向上以相互距离分布，并且具有全方向特性或部分重叠的方向特性（16、17、20），以便建立用于轮询同一个经过的车载单元（7）的不中断的无线电通信（8）。

2.根据权利要求1的控制车辆，其特征在于，单台DRSC收发机（12）经由顺序控制的天线开关（18）操作全部天线系统（13、14）。

3.根据权利要求1的控制车辆，其特征在于，所述天线系统（13、14、19）由自己的DRSC收发机（12、21、22）操作，同步为顺序移交所述DSRC无线电通信（8）。

4.根据权利要求1至3之一的控制车辆，其特征在于，所述天线系统（13、14、19）的每一个都具有方向特性（16、17、20）。

5.根据权利要求4的控制车辆，其特征在于，所述方向特性（16、17、20）指向所述控制车辆（9）侧前方的角度。

6.根据权利要求4或5的控制车辆，其特征在于，所述天线系统（13、14、19）的方向特性（16、17、20）部分地重叠。

7.根据权利要求4至6之一的控制车辆，其特征在于，在行进方向（15）中靠前安装的天线系统（13）具有比在行进方向中靠后安装的天线系统（14，19）更强的方向特性（16）。

8.根据权利要求4至7之一的控制车辆，其特征在于，根据在所述DSRC无线电通信（8）期间接收的信息，控制至少一个天线系统（13、14、19）的方向特性（16、17、20）。

9.根据权利要求8的控制车辆，其特征在于，在行进方向（15）中靠前安装的天线系统（13）接收在所述DSRC无线电通信（8）期间接收的所述信息，以控制在行进方向中靠后安装的至少一个天线系统（14，19）的方向特性（17、20）。

10.根据权利要求1至9之一的控制车辆，其特征在于，它装备了至少一台用于测量和/或分类经过的车辆（6）的设备（25）。

11.根据权利要求10的控制车辆，其特征在于，用于测量和/或分类经过的车辆（6）的所述设备（25）被布置在所述天线系统（13、14、19）的至少两个之间。

12.根据权利要求10或11的控制车辆，其特征在于，至少一个天线系统（13、14、19）的方向特性（16、17、20）受由用于测量和/或分类经过的车辆（6）的所述设备（25）确定的所述车辆（6）的尺寸和/或受由用于测量和/或分类经过的车辆（6）的所述设备（25）确定的所述车辆（6）的种类的控制。

13.根据权利要求1至12之一的控制车辆，其特征在于，在行进方向中靠前安装的所述天线系统（13）向经过的车载单元（7）发射唤醒消息。

14.根据权利要求13的控制车辆，其特征在于，所述唤醒消息是遵从CEN-DSRC标准的BST消息或者遵从WAVE或ITS-G5标准的WSA消息。

15.根据权利要求1至14之一的控制车辆，其特征在于，它在所述轮询结束时把控制信息写入所述车载单元（7）中。

16.根据权利要求15的控制车辆，其特征在于，所述控制信息具有指明其有效期的时间戳。

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