CN1575482A - 电子通行费系统车载交费装置的天线单元的自动功能控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电子通行费系统(SYS)车载交费装置(EIN)的天线单元(ANE)的自动功能控制的方法，该通行费系统具有一个位置确定系统(POS)，其中，所述交费装置(EIN)具有一个与所述天线单元(ANE)连接的接收单元(EMP)，并且所述天线单元(ANE)设置用来接收位置确定信号(PES)，其中，产生至少一个与所述天线单元(ANE)共同作用的控制信号(SIG)，将其送入该交费装置(EIN)并根据该控制信号(SIG)检查该天线单元(ANE)的功能。

Description

电子通行费系统车载交费装置的天线单元的自动功能控制

技术领域

本发明涉及一种用于电子通行费系统车载交费装置的天线单元的自动功能控制的方法。

此外，本发明还涉及一种用于电子交费的通行费系统，该通行费系统具有一个位置确定系统和一个车载交费装置，该车载交费装置包括一个天线单元和一个与该天线单元连接的接收单元，其中，所述天线单元设置用来接收位置确定信号。

背景技术

DE 4344433 A1公开了一种上述类型的通行费系统。在该公知方法中，由一台GPS接收机采集当前位置坐标，并与在一个电子短文内部存储的高速公路驶入和驶出坐标进行比较，在坐标吻合时，借助一个数字移动网络将其传送至车辆外部的结算中心，其中，在该结算中心从所传送的数据中计算出经过的高速公路里程以及与此相关的高速公路费用。

WO 95/20801公开了一种用于确定对于交通道路和/或交通面积的使用费用的装置，其中，借助于一个位置确定系统采集车辆的位置数据，并将其与虚拟收费点的位置进行比较。为了计算通行费用，将该位置数据传输至一个在车辆外部的中央位置，这里，也可以在车辆的一个交费装置中进行费用的计算，并将所计算的费用传输到该中央位置，然后可以在那里从一个帐户中扣除。

WO 99/33027描述了一种用于收取通行费用的方法，其中，为了计算通行费用，将车辆的当前位置与一个虚拟收费点的位置进行比较，其中，在车辆驶过一个实际收费站时，在该车辆与一个中心通行费引导位置之间建立一种通信连接，用来平衡积累的通行费用。在成功完成付费处理之后，在收费站和该车辆之间建立一种通信连接，通过该连接传输一个按规定交付了通行费用的证明。

在具有一个位置确定系统的电子通行费系统中，该位置确定系统例如是一个卫星支持的位置确定系统，如GPS，其中通过车载交费装置的天线单元向该交费装置的接收机传送位置数据，为了能够正确地执行交费，天线单元的作用能力是不可靠的。因为天线单元一般设置在车辆外部，可能出现对天线单元的机械损害。铝薄膜对天线的覆盖也可能造成不能再进行正确的交费。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种途径来以简单和低廉的方式对车载交费装置的天线单元的作用能力进行检查。

上述技术问题是通过一种用于电子通行费系统车载交费装置的天线单元的自动功能控制的方法解决的，该通行费系统具有一个位置确定系统，其中，所述交费装置具有一个与所述天线单元连接的接收单元，并且所述天线单元设置用来接收位置确定信号，

其中，产生至少一个与所述天线单元共同作用的控制信号，将其送入所述交费装置并根据该控制信号检查该天线单元的功能。

在本文中将信号既理解为模拟的又理解为数字的电子信号(例如二进制信号或者模拟直流/交流电压等)。根据该控制信号一方面可以检查，从天线单元至接收单元的信号传送连接是否中断，另一方面也可以根据该控制信号确定在天线和接收单元之间的信号传送连接的电特性。在此，天线和接收单元的信号传送连接电特性构成了对天线单元的作用能力的另一种尺度。

所述控制信号可以作为导频信号(Pilotsignal)产生，被送入交费装置并对该控制信号在所述接收单元的出现进行检测。在此，将导频信号理解为在有用信号之外传送的、低效能的参考信号。通过将一个导频信号送入天线单元，可以按简单和低廉的方式检测到在该天线单元和接收单元之间的信号传送连接的中断。在本发明的一种优选方式中，将所述控制信号与所述位置确定信号一起传送。

优选地，将所述控制信号在可预定的时间间隔中产生。

在本发明的一种优选方式中，将所述控制信号在车辆上产生。

按照同样提到的、本发明的一种优选方式，可以将所述控制信号由一个与所述交费装置连接的、车载的功能控制单元产生，并送入在天线单元和所述接收单元之间的信号传送连接中，其中，根据该控制信号的一个反射部分由所述功能控制单元确定该信号传送连接的电特性和/或反射特性。

根据所述控制信号可以确定所述信号传送连接的电特性和/或反射特性的值，并与这些特性的额定值进行比较。

另外一个优点这样得到实现，即，确定在所述天线单元和所述接收单元之间的信号传送连接的阻抗和/或反射衰减。

根据本发明的一种优选实施方式，借助于时域反射几何(Zeitbereichsreflektometrie)确定所述天线单元和所述接收单元之间的信号传送连接的电特性和/或反射特性。

在识别出所述天线单元的功能故障时，可以产生一个相应的提示信号并显示在所述车辆上。按照这种方式可以根据该提示信号在通过一个街道旁的控制站时识别出天线的功能故障，并引入消除该缺陷的相应措施。

为了实施按照本发明的方法，一种本文开始提到类型的通行费系统特别适合，该系统设置用来，为了对天线单元进行自动功能控制，产生至少一个与该天线单元共同作用的控制信号，将其送入所述交费装置，并根据该控制信号检查该天线单元的功能。

在本发明的一种优选实施方式中，所述通行费系统可以设置用来，将所述控制信号作为导频信号产生，将该控制信号送入所述交费装置，并对该控制信号在所述接收单元上的出现进行检测。有利的是，还将所述通行费系统设置用来将所述控制信号连同所述位置确定信号一起传送。

此外，所述通行费系统可以设置用来将所述控制信号在可预定的时间间隔中产生。

有利的是，在所述车辆上设置一个信号发生器，用于产生所述控制信号。

另外一个优点这样得到实现，即，在所述车辆上设置一个与所述交费装置连接的功能控制单元，该功能控制单元用于产生所述控制信号，并送入在天线单元和所述接收单元之间的一个信号传送连接中，其中，所述功能控制单元还设置用来，根据所述控制信号的一个反射部分确定所述信号传送连接的电特性和/或反射特性。

此外，所述功能控制单元可以设置用来，确定在所述天线单元和所述接收单元之间的信号传送连接的阻抗和/或反射衰减。

所述功能控制单元可以设置用来，借助于时域反射几何确定所述天线单元和所述接收单元之间的信号传送连接的反射特性和/或电特性。

在本发明的一种优选方式中，所述通行费系统可以设置用来，在识别出所述天线单元的功能故障时，产生一个相应的提示信号并显示在所述车辆上。

附图说明

下面，对照附图所示的、不是用来限制的实施方式对本发明的所有其它优点作进一步的说明。图中，

图1表示一个按照本发明的通行费系统，

图2表示按照本发明第一实施方式的一个具有天线单元和功能监视单元的交费装置，

图3表示按照本发明第二实施方式的一个具有天线单元和功能监视单元的交费装置。

具体实施方式

根据图1，按照本发明的通行费系统SYS包括一个位置确定系统POS，例如卫星支持的位置确定系统，如GPS，或者一个基于无线传输的位置确定系统，例如基于GSM网络。

为了确定车辆FAR的位置并根据其位置坐标进行交费，该车辆具有一个包括一天线单元ANE的交费装置EIN，其设置用来可以从位置确定系统POS接收位置确定信号PES。出于简化表示的目的，在该交费装置EIN中仅仅示出了对于本发明重要的部件，即天线单元ANE和接收单元EMP。自然，在该交费装置EIN中还存在其它部件，例如用于从接收的位置确定数据PED中计算车辆FAR的位置坐标的控制器等。在本文中，还将概念“交费装置”理解为一种功能单元，其在空间上可以分散在车辆上。

交费装置EIN的天线单元ANE与接收单元EMP通过一个信号传送连接VER(例如一个天线电缆)连接。对于位置确定系统POS是一个GPS系统的情况，该交费装置EIN可以包括一个具有一对应接收单元的GPS模块。

根据图2，为了检查天线单元ANE的功能或者在天线单元ANE和接收单元EMP之间的信号传送连接VER的功能，可以将来自位置确定系统POS的一个控制信号SIG作为导频信号，例如按直流或者交流电的形式传送到交费装置EIN并送入天线单元ANE。如果该位置确定系统POS是GPS系统，则也可以以GPS信号的L波段传送该导频信号。通过由一个功能控制单元FKE(例如一个对应的可编程信号处理器)检测该导频信号在接收单元EMP或者在天线单元ANE上的存在或者缺乏，可以容易地识别在天线单元ANE和接收单元EMP之间的信号传送连接VER的中断，其中，可以将该控制信号SIG在可以预定的时间间隔中产生。

在本发明的另一种形式中，该控制信号SIG可以由一个车载信号发生器GEN或者一个街道旁的控制站ENF(图1)产生，其中，可以设置一个将信号SIG传送到天线单元ANE的发送器SEN。接着，可以通过信号传送连接VER将该信号SIG从天线单元ANE传送至接收单元EMP。功能控制单元FKE可以在信号传送连接VER的对应于接收单元EMP的端点上对信号SIG的存在进行检测，在缺少信号SIG时可以由该功能控制单元FKE产生一个提示信号。该提示信号可以被传送至一个输出单元，例如发光二极管阵列，该输出单元在提示信号出现时在车辆FAR上显示一个为这种情况设置的光学模式。

在根据图3的本发明的另一种形式中，将该控制信号SIG从功能控制单元FKE送入到信号传送连接VER，其中，确定该信号传送连接VER的电特性。在此，将电特性理解为例如阻抗等参数。在上面已经提到的实施方式中，功能控制单元FKE可以具有一个信号发生器。该信号发生器自然也可以在空间上与该功能控制单元FKE分离。下面，将功能控制单元FKE理解为由一个用于实施本发明方法的过程控制器和一个信号发生器构成的单元。该功能控制单元FKE也可以按照集成的方式实现为芯片。

如果信号传送连接VER在天线一端的负载偏离该信号传送连接VER的阻抗，则可能反射送入的控制信号SIG。该传送系统的质量可以通过控制信号SIG反射部分REF与由功能控制单元FKE输出的控制信号SIG的比例描述。该比例被称为电压反射系数r，并通过下式取决于传输导线的阻抗：

$r=\frac{\mathrm{SIG}}{\mathrm{REF}}=\frac{Z_L-Z_0}{Z_L-Z_0}.$

例如，如果按一个连续波正弦电压的形式产生控制信号SIG，并且天线单元ANE的阻抗Z_L偏离信号传送连接VER的阻抗Z₀，则该控制信号SIG的幅度周期地在最大值和最小值之间波动。该波动(即驻波)是由于送入波和反射波之间的相位关系造成的。该电压的最大值和最小值之间的比例是电压驻波比σ，并通过下式取决于反射系数r：

$\mathrm{\σ}=\frac{1+\left|r\right|}{1-\left|r\right|}.$

此外，反射衰减α是反射系数r的对数表示，可以按照下列公式确定：

α＝-20log(r)。

当为信号传送连接VER所确定的驻波比σ或者信号传送连接VER的反射系数r(或反射衰减α)偏离可以预定的额定值时，可以将天线单元ANE和接收单元EMP之间的信号传送连接VER归类为有故障，并诊断出该天线单元ANE的功能故障。

已证明时域反射几何特别适于天线单元ANE的功能控制。在此，可以由功能控制单元FKE例如按一个正电压增长的形式将控制信号SIG送入待检查的信号传送连接VER。该控制信号SIG沿传输导线行进。如果天线单元ANE的阻抗与该传输导线的特征阻抗对应，则在至天线单元ANE的信号传送连接VER之间的传输线路上不反射信号。但是，如果在天线单元上存在匹配故障，则一部分输入电压被反射。控制信号SIG的反射部分REF可以由功能控制单元FKE轻易地识别，因为其在时间上与该控制信号SIG分离。该时间差可以用来确定在功能控制单元FKE和不连续点之间传输距离的长度D。该长度D的计算为：

$D={\mathrm{\υ}}_{\mathrm{\ρ}}\frac{T}{2}=\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{\ρ}}T}{2},$

其中，υ_ρ表示控制信号SIG的传播速度，而T表示从功能控制单元FKE至故障位置并返回的传播时间。传播速度υ_ρ可以通过实验利用同类型的已知长度的电缆确定。从对传播速度υ_ρ以及在送入控制信号SIG和检测到反射部分REF之间所测量的时间差的了解，可以明确地定位出故障位置。

根据该反射部分REF(反射波)的形式，可以确定故障匹配的性质和大小。对控制信号SIG和反射部分REF(如同利用功能控制单元FKE测量的那样)的了解，允许按照公知的方式将负载阻抗Z_L确定为信号传送连接VER的阻抗Z₀的函数或者反之，为此的例子见：“Dieter Dahlmeyer，Theorieder Zeitbereichereflektometrie Teil 1，2；elektronik industrie 2-2001；3-2001”。

本发明的贡献在于，可以立刻识别对于天线单元ANE的篡改，因为由此天线单元ANE的阻抗和由此控制信号SIG的反射部分REF可能改变。通过适当地选择边界值或者与系统典型的参考值进行比较可以确定引起故障的变动。本发明的另一个优点在于，利用很小的花费可以识别天线单元ANE的功能故障，其中，在识别出天线功能故障时可以产生一个提示信号，在经过一个车辆外部的控制站时该提示信号可以由该控制站识别出来。

Claims (22)

1.一种用于电子通行费系统(SYS)车载交费装置(EIN)的天线单元(ANE)的自动功能控制的方法，该通行费系统具有一个位置确定系统(POS)，其中，所述交费装置(EIN)具有一个与所述天线单元(ANE)连接的接收单元(EMP)，并且所述天线单元(ANE)设置用来接收位置确定信号(PES)，

其中，产生至少一个与所述天线单元(ANE)共同作用的控制信号(SIG)，将其送入所述交费装置(EIN)并根据该控制信号(SIG)检查该天线单元(ANE)的功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信号(SIG)作为导频信号产生，将其送入所述天线单元(ANE)并对该控制信号(SIG)在所述接收单元(EMP)的出现进行检测。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述控制信号(SIG)连同所述位置确定信号(PES)一起传送。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制信号(SIG)在可预定的时间间隔中产生。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制信号(SIG)在车辆(FAR)上产生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制信号(SIG)由一个与所述交费装置(EIN)连接的、车载的功能控制单元(FKE)产生，并送入所述天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的一个信号传送连接(VER)中，其中，根据该控制信号(SIG)的一个反射部分(REF)由所述功能控制单元(FKE)确定该信号传送连接(VER)的电特性和/或反射特性。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述控制信号(SIG)可以确定所述信号传送连接(VER)的电特性和/或反射特性的值，并与这些特性的额定值进行比较。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，确定所述信号传送连接(VER)的阻抗。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的信号传送连接(VER)的反射衰减。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，借助于时域反射几何确定所述天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的信号传送连接(VER)的电特性和/或反射特性。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在识别出一个所述天线单元(ANE)的功能故障时，产生一个相应的提示信号并显示在所述车辆(FAR)上。

12.一种用于电子交费的通行费系统(SYS)，该通行费系统具有一个位置确定系统(POS)和一个车载交费装置(EIN)，该车载交费装置包括一个天线单元(ANE)和一个与该天线单元(ANE)连接的接收单元(EMP)，其中，所述天线单元(ANE)设置用来接收位置确定信号(PES)，

其特征在于，所述通行费系统设置用来，为了对所述天线单元(ANE)进行自动功能控制，产生至少一个与该天线单元共同作用的控制信号(SIG)，将其送入所述交费装置(EIN)，并根据该控制信号(SIG)检查该天线单元(ANE)的功能。

13.根据权利要求12所述的通行费系统，其特征在于，所述通行费系统设置用来，将所述控制信号(SIG)作为导频信号产生，将该控制信号(SIG)送入所述天线单元(ANE)，并对该控制信号(SIG)在所述接收单元(EMP)上的出现进行检测。

14.根据权利要求12或13所述的通行费系统，其特征在于，所述通行费系统设置用来，将所述控制信号(SIG)连同所述位置确定信号(PES)一起传送。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的通行费系统，其特征在于，所述通行费系统设置用来，将所述控制信号(SIG)在可预定的时间间隔中产生。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的通行费系统，其特征在于，在所述车辆(FAR)上设置一个信号发生器(GEN)，用于产生所述控制信号(SIG)。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的通行费系统，其特征在于，在所述车辆(FAR)上设置一个与所述交费装置(EIN)连接的功能控制单元(FKE)，该功能控制单元用于产生所述控制信号(SIG)，并送入天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的一个信号传送连接(VER)中，其中，所述功能控制单元(FKE)还设置用来，根据所述控制信号(SIG)的一个反射部分(REF)确定所述信号传送连接(VER)的电特性和/或反射特性。

18.根据权利要求17所述的通行费系统，其特征在于，所述功能控制单元(FKE)设置用来，根据所述控制信号(SIG)确定所述信号传送连接(VER)的电特性和/或反射特性的值，并与这些特性的额定值进行比较。

19.根据权利要求17或18所述的通行费系统，其特征在于，所述功能控制单元(FKE)设置用来，确定所述信号传送连接(VER)的阻抗。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的通行费系统，其特征在于，所述功能控制单元(FKE)设置用来，确定所述天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的信号传送连接(VER)的反射衰减。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的通行费系统，其特征在于，所述功能控制单元(FKE)设置用来，借助于时域反射几何确定所述天线单元(ANE)和所述接收单元(EMP)之间的信号传送连接(VER)的反射特性和/或天线单元(ANE)的电特性。

22.根据权利要求11至21中任一项所述的通行费系统，其特征在于，所述通行费系统设置用来，在识别出一个所述天线单元(ANE)的功能故障时，产生一个相应的提示信号并显示在所述车辆(FAR)上。