DE10000756A1 - Datenübertragungsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem in einem Fahrzeug (12) eingebauten Transponder (16) und einer Abfragestation (20), wobei der Transponder von einem eigenen Energiespeicher (44) versorgt wird, welcher von einer Ladestation (18) mittels drahtloser Energieübertragung aufgeladen wird. DOLLAR A Bei diesem Verfahren passiert der Transponder (16) zuerst den Sendebereich (22) der Ladestation (18), wobei der Energiespeicher (44) aufgeladen wird, dann gelangt der Transponder in den Sendebereich (24) der Abfragestation (20), worauf die Abfragestation ein Anforderungssignal auf einer ersten Frequenz sendet, welches von dem Transponder (16) empfangen wird. Der Transponder (16) sendet dann auf einer zweiten Frequenz die angeforderten Daten. Da das Fahrzeug zuerst den Sendebereich (22) der Ladestation (18) passiert, kann der Energiespeicher (44) des Tranponders während der gesamten Zeit, in der das Fahrzeug sich in diesem Sendebereich (22) aufhält geladen werden. Nach dem Aufladen des Energiespeichers kann der Transponder, wenn er sich im Sende bzw. Empfangsbereich (24) der Abfragestation (20) befindet, auf einer zweiten Frequenz die zur Bewältigung einer größeren Datenmenge entsprechend höher sein kann, senden, ohne daß die Sendedauer mit Rücksicht auf eine Aufladedauer verringert werden müßte.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem in einem Fahrzeug eingebauten Transponder und einer Abfragestation, wobei der Transponder von einem eigenen Energiespeicher versorgt wird, wel­ cher von einer Ladestation mittels drahtloser Energieübertragung aufgeladen wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Transponder zur Verwendung in dem vorgenannten Verfahren sowie auf eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Übertragen von Daten zwischen einem in einem Fahrzeug eingebauten Trans­ ponder und einer Abfragestation, wobei der Transponder von einem eigenen Energiespeicher versorgt wird, welcher von einer Ladestation mittels drahtloser Energieübertragung aufgeladen wird.

Es sind bereits verschiedene derartige Verfahren bekannt. So ist beispielsweise in der DE 40 02 801 C1 ein gattungsgemäßes Verfahren offenbart, bei dem von einem Abfragegerät ein HF-Abfrageimpuls an einen Transponder gesendet wird, welcher daraufhin seine Kennungs- und/oder Meßdaten zum Abfragegerät zurücksendet. Dabei wird die Energie des HF-Abfrageimpulses zum Aufladen eines Energiespeichers benutzt, der als Kondensator ausgebildet ist. Die im Kondensator gespeicherte Energie dient der Versorgung des Transponders. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die durch den HF-Abfrageimpuls übertragene Energie sehr gering ist. Der Transponder kann damit nur sehr kurze Zeit betrieben werden. Daher ist die Datenmenge, die übertragen werden kann, sehr begrenzt. Beim Einsatz des Datenübertragungsverfahren in Fahrzeugidentifi­ kationssystemen fällt aber heutzutage eine nicht unbeträchtliche Datenmenge zur Übertragung an. Zudem sind diese Datenmengen möglichst schnell zu übertra­ gen, damit das Fahrzeug die Reichweite des Senders nicht verläßt, bevor die Datenübertragung abgeschlossen ist. Aus demselben Grund kann auch die Dauer des Abfrageimpulses nicht verlängert werden, um die Ladezeit auszudehnen. Außerdem wäre es wünschenswert, auch zur Erfassung, zur Verarbeitung und zur Speicherung der Daten im Transponder mehr Energie zur Verfügung zu haben.

Daher stellt sich die Aufgabe, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die im Energiespeicher des Transponders gespeicherte Ener­ giemenge und die Datenübertragungsrate erhöht sind.

Dies wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß der Transponder zuerst den Sendebereich der Ladestation passiert, wobei der Ener­ giespeicher aufgeladen wird, dann der Transponder in den Sendebereich der Abfragestation gelangt, hierauf die Abfragestation ein Anforderungssignal auf einer ersten Frequenz sendet, welches von dem Transponder empfangen wird, und der Transponder dann auf einer zweiten Frequenz die angeforderten Daten sendet. Da das Fahrzeug zuerst den Sendebereich der Ladestation passiert, kann der Energiespeicher des Transponders während der gesamten Zeit, in der das Fahrzeug sich in diesem Sendebereich aufhält, geladen werden. Nach dem Aufla­ den des Energiespeichers kann der Transponder, wenn er sich im Sende bzw. Empfangsbereich der Abfragestation befindet, auf einer zweiten Frequenz, die zur Bewältigung einer größeren Datenmenge entsprechend höher sein kann, sen­ den, ohne daß die Sendedauer mit Rücksicht auf eine Aufladung verringert wer­ den müßte.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Position des Transponders relativ zur Abfragestation erfaßt und das Anforderungssignal erst dann gesendet, wenn sich der Transponder in einer für die Datenübertragung optimalen Position relativ zur Abfragestation befindet. Somit kann die Reichweite und daher die Sendeleistung des Transponders minimiert werden, was wiederum einerseits den Energieverbrauch des Transponders verringert, andererseits auch unter dem Aspekt des Umweltschutzes (Elektrosmog) von Vorteil ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Anforderungs­ signal vom Transponder dahingehend ausgewertet wird, ob eine erste oder eine zweite Gruppe von Daten gesendet werden soll. Auf diese Weise kann von der Abfragestation aus gesteuert werden, welche Daten diese erhält.

Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß das Anforderungssignal vom Transponder dahingehend ausgewertet wird, ob der Transponder Daten von der Abfragestation empfangen und speichern soll. Damit wird es möglich, den Transponder von der Abfragestation aus zu programmieren oder die Programmierung zu ändern.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Aus­ wertung des Anforderungssignals vom Ladezustand des Energiespeichers des Transponders abhängt. Dies verhindert, daß Daten unvollständig übertragen wer­ den, wenn die im Energiespeicher verbleibende Energie nicht mehr zur vollständi­ gen Datenübertragung ausreichen würde.

Außerdem schafft die Erfindung einen Transponder zur Verwendung in dem oben genannten Verfahren mit einem Empfänger für eine erste Frequenz und einem Sender für eine zweite Frequenz und mit einem Energiespeicher, der den Trans­ ponder versorgt und mit einer Antenne verbunden ist.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Sende- und Empfangseinrichtung für das Datenübertragungsverfahren gemäß der Erfindung, bei der die Ladestation räum­ lich von der Abfragestation getrennt ist.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transponders.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zu sehen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dazu ist an einer Straße 10, auf der sich Fahrzeuge 12 bewegen, eine Sende- und Empfangseinrichtung 14 aufgebaut. In dieser bei­ spielhaften Ausführungsform sollen Daten von Fahrzeugen, in denen ein Trans­ ponder 16 eingebaut ist und die auf der Straße 10 in Pfeilrichtung fahren, übertra­ gen werden. Die Sende- und Empfangseinrichtung 14 besteht aus einer Ladesta­ tion 18 und einer Abfragestation 20. Die Ladestation 18 sendet unmoduliert auf einer Frequenz von 125 kHz. Durch den Bereich 22 ist ein Gebiet angedeutet, in dem eine bestimmte Mindestfeldstärke gewährleistet ist. Die Ladestation 18 kann so beschaffen sein, daß sie gerichtet zur Fahrbahn hin abstrahlt. Die Ladestation 18 kann entweder fest installiert oder mobil sein, damit sie bei Bedarf an anderer Stelle verwendet werden kann. Die Energieversorgung der Ladestation 18 kann aus dem örtlichen Stromnetz erfolgen. Diese Lösung bietet sich besonders bei einer fest installierten Ladestation an. Es ist jedoch auch eine autarke Energiever­ sorgung denkbar, etwa durch Batterie und/oder Solarzellen, was insbesondere bei vielen Ladestationen oder bei einer Installation außerhalb geschlossener Ort­ schaften vorteilhaft ist.

Die Abfragestation 20 enthält einen modulierbaren Sender für dieselbe Frequenz (125 kHz) wie die Ladestation. Das durch den Bereich 24 angedeutete Gebiet der gewährleisteten Mindestfeldstärke kann dabei kleiner sein als das Gebiet 22 der Ladestation, da zum Senden des Abfragebefehls weniger Zeit benötigt wird als zum Laden. Wie die Ladestation 18 kann auch die Abfragestation 20 gerichtet abstrahlen. Die Abfragestation 20 wird von einer Zentrale (nicht dargestellt) ge­ steuert, mit welcher sie über eine Leitung 26 verbunden ist. Über diese Leitung 26 kann auch die Energieversorgung der Abfragestation 20 erfolgen, es können jedoch auch die für die Ladestation 18 erläuterten Möglichkeiten Verwendung fin­ den. Anstelle der Leitung 26 zur Zentrale ist auch eine Funkverbindung denkbar. In diesem Fall kann die Abfragestation statt fest installiert auch mobil eingesetzt werden, wie schon bei der Ladestation erläutert. Die Abfragestation 20 kann aber ebensogut autark arbeiten, wenn sie beispielsweise von einem eingebauten Mikroprozessor gesteuert wird, der die erfaßten Daten in einen Massenspeicher schreibt, welcher bei Bedarf ausgewechselt oder abgefragt wird. Diese Techniken sind dem Fachmann wohlvertraut und werden daher nicht weiter erläutert. Die Abfragestation 20 enthält außerdem einen Empfänger für eine Frequenz von 13,56 MHz. Mit der Abfragestation 20 verbunden ist eine Positionssensorik 28, die die genaue Position des Fahrzeugs 12 feststellt, wenn sich dieses in der Nähe befindet, und diese an die Abfragestation 20 weitergibt.

In dem Fahrzeug 12 ist ein Transponder 16 eingebaut. Der Aufbau des Transpon­ ders ist in dem Blockschaltbild in Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Der Transpon­ der 16 besteht aus den funktionalen Einheiten Sender 30, Empfänger 32, Ener­ giespeicher 34, Triggerlogik 36 und Datensteuerlogik 38. Die einzelnen Bestand­ teile der funktionalen Einheiten, die in Fig. 2 durch unterbrochene Linien zu­ sammengefaßt sind, ergeben sich aus der nachfolgenden Funktionsbeschreibung.

Wenn das Fahrzeug, wie in Fig. 1 durch den Pfeil angedeutet, an der Sende- und Empfangseinrichtung 14 vorbeifährt, passiert es zunächst den Sendebereich 22 der Ladestation 18. Dabei empfängt die Antenne 40 des Empfängers 32 im Transponder 16 das unmodulierte 125 kHz-Signal der Ladestation 18. Diese wird vom Gleichrichter 42 in eine Gleichspannung gewandelt, mit der der Energiespei­ cher 44 aufgeladen wird. Der Sendebereich 22 der Ladestation muß ausreichend groß bemessen sein, so daß die Zeit, die das Fahrzeug 12 benötigt, den Sende­ bereich 22 zu durchqueren, genügt, den Energiespeicher 44 zu laden, wenn das Fahrzeug mit der durchschnittlichen Geschwindigkeit fährt. Ist der Energiespei­ cher 44 ausreichend geladen, so gibt ein Schwellwertdetektor 46 an seinem Aus­ gang ein Freigabesignal aus.

Im weiteren nähert sich das Fahrzeug 12 der Abfragestation 20. Sobald die Posi­ tionssensorik 28 feststellt, daß sich das Fahrzeug 12 an einer optimalen Position für die Datenübertragung befindet, sendet die Abfragestation 20 auf der Abfrage­ frequenz einen Triggercode als Anforderungssignal. Ein Kriterium für die optimale Position für die Datenübertragung kann etwa die relative Stellung der Antenne von Sender und Empfänger zueinander sein. Je nach Bedarf kann ein unterschiedli­ cher Triggercode gesendet werden. Ein Triggercode kann etwa nur den Abfra­ gebefehl für die Identifikation des Transponders beinhalten, ein zweiter einen Be­ fehl zum Auslesen im Transponder gespeicherter Daten oder zum Speichern von Daten, welche mit dem Befehl gesendet werden. Dieser Triggercode wird von der Antenne 40 empfangen, im Demodulator 48 demoduliert und an die Triggererken­ nung 50 bzw. die Datenerkennung 52 weitergeleitet. Die Trigger- bzw. Datener­ kennung 50, 52 stellen fest, welcher Befehl gesendet wurde, und steuern über die Identifikationslogik 54 bzw. die Datenlogik 56 die Ausführung des entsprechenden Befehles. Enthält der Befehl eine Anweisung zum Senden der Identifikation und/oder von Daten, so wird über den Schalter 58 der Sender 30 in Betrieb gesetzt, wenn durch das Freigabesignal am Ausgang des Schwellwertdetektors 46 gewährleistet ist, daß der Energiespeicher ausreichend geladen ist. Wenn der Befehl eine Anweisung zum Lesen bzw. Speichern von Daten enthält, so liest die Datenlogik 56 diese Daten aus dem EEPROM 60 aus bzw. schreibt die empfan­ genen Daten in das EEPROM 60. Zu sendende Daten oder ein Identifikations­ code werden von der Datenlogik 56 bzw. der Identifikationslogik 54 an den Modu­ lator 62 weitergegeben, welcher die vom Oszillator 64 zur Verfügung gestellte Frequenz von 13,56 MHz moduliert und über die Antenne 66 aussendet. Diese Sendung wird vom Empfänger in der Abfragestation 20 empfangen und die darin enthaltene Information über die Leitung 26 zur Zentrale weitergeleitet. Da die Sendung mit einer sehr hohen Übertragungsfrequenz von 13,56 MHz erfolgt, kann die erforderliche Datenmenge innerhalb kürzester Zeit, jedenfalls in Relation zur Ladezeit des Energiespeichers 44, übertragen werden, so daß das Fahrzeug 12 während dieser Zeit seine Position praktisch nicht verändert. Daher bleiben wäh­ rend dieser Zeit die optimalen Bedingungen zur Datenübertragung zwischen Transponder 16 und Abfragestation 20 erhalten, weshalb der Sender 30 mit einer sehr geringen Reichweite, die durch den Bereich 68 in Fig. 1 angedeutet ist, auskommt. Dies hat den Vorteil, daß der Sender 30 nur eine geringe Sende­ leistung mit entsprechend geringem Energiebedarf benötigt, wodurch der Ener­ giespeicher 44 weniger stark belastet wird.

Im Transponder 16 kann weiterhin vorgesehen sein, das Freigabesignal des Schwellwertdetektors 46 dahin weitergehend auszuwerten, daß bei nur geringer Ladung des Energiespeichers 44 eine eingeschränkte Datenmenge gesendet wird. Beispielsweise kann, wenn per Abfragebefehl das Auslesen des EEPROMS 60 angefordert wurde und die im Energiespeicher 44 vorhandene Energiemenge nicht mehr zum Lesen des EEPROMS ausreicht, nur der Identifikationscode des Transponders gesendet werden. Besonders das Schreiben auf das EEPROM 60 erfordert einen hohen Energieaufwand. Vorteilhafterweise kann der Transponder 16, wenn er einen Befehl zum Schreiben von Daten in sein EEPROM erhält, bei nicht ausreichender Ladung neben dem Identifikationscode auch noch eine Feh­ lermeldung an die Abfragestation senden. Auch während der Empfänger 32 den Triggercode der Abfragestation 20 empfängt, kann die 125 kHz Trägerfrequenz im Gleichrichter 42 gleichgerichtet und zusätzlich zur Ladung des Energiespeichers 44 verwendet werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die genannten Frequenzen be­ schränkt. Es können auch andere Frequenzen verwendet werden, wenn die Relation zwischen Frequenz, Sendeleistung, Energiebedarf des Senders, Fahr­ zeuggeschwindigkeit und zu übertragender Datenmenge optimiert ist.

Für die vorliegende Erfindung geben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform können etwa Fahrzeugdaten für ein Mautsystem zur Berechnung von Straßenbenützungsgebühren erfaßt werden.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in einem Erfassungssystem für Parkgebühren, wenn beispielsweise bei der Einfahrt in ein Parkhaus die Ein­ fahrtszeit in das EEPROM des Transponders geschrieben wird, die dann beim Verlassen des Parkhauses wieder ausgelesen werden kann.

Ebenfalls nur beispielhaft ist die Anordnung der Sende- und Empfangseinrichtung 14 in Fig. 1 sowie des Transponders im Fahrzeug 12. Hier ist auch eine Anord­ nung in der Fahrbahn oder über der Fahrbahn, beispielsweise an einer Signal­ brücke angebracht, möglich wobei der Transponder 16 im Fahrzeug entsprechend plaziert wird.

Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, daß die Anwendung der Erfindung keines­ falls auf Straßenfahrzeuge beschränkt ist. Auch bei schienengebundenen Fahr­ zeugen ist das Verfahren, etwa zur Erhebung von Streckenbenützungsgebühren, geeignet. Hier ergeben sich besonders Vorteile dadurch, daß der Sendebereich des Transponders und damit der Energiebedarf besonders gering gehalten wer­ den kann, da die Position zwischen Fahrzeug und Sende- und Empfangseinrich­ tung quer zur Fahrtrichtung festgelegt ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem in einem Fahrzeug (12) eingebauten Transponder (16) und einer Abfragestation (20), wobei der Transpon­ der von einem eigenen Energiespeicher (44) versorgt wird, welcher von einer Ladestation (18) mittels drahtloser Energieübertragung aufgeladen wird, gekenn­ zeichnet durch die folgende Schritte:

• - der Transponder (16) passiert zuerst den Sendebereich (22) der Ladestation (18), wobei der Energiespeicher (44) aufgeladen wird,
• - der Transponder (16) gelangt in den Sendebereich (24) der Abfragestation (20),
• - die Abfragestation (20) sendet ein Anforderungssignal auf einer ersten Fre­ quenz, das von dem Transponder (16) empfangen wird,
• - der Transponder (16) sendet auf einer zweiten Frequenz die angeforderten Daten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestation (18) im Bereich von 125 kHz sendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Transponders (16) relativ zur Abfragestation (20) erfaßt wird und das Anforde­ rungssignal erst dann gesendet wird, wenn sich der Transponder in einer zum Abfragen optimalen Position relativ zur Abfragestation befindet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Anforderungssignal vom Transponder (16) dahingehend ausgewertet wird, ob eine erste oder eine zweite Gruppe von Daten gesendet werden soll.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Anforderungssignal vom Transponder (16) dahingehend ausgewertet wird, ob der Transponder Daten von der Abfragestation (20) empfangen und speichern soll.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ tung des Anforderungssignals vom Ladezustand des Energiespeichers (44) des Transponders (16) abhängt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß von der Abfragestation (20) Daten zum Transponder (16) übertragen werden, die in diesem gespeichert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Transponder (16) zum Senden eine Trägerfrequenz mit etwa 13,56 MHz verwendet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vorgang des Aufladens des Energiespeichers (44) sehr viel länger dauert als der Vorgang des Sendens der angeforderten Daten und der Transpon­ der (16) für den Vorgang des Auslesens der Daten als nahezu stillstehend ange­ nommen werden kann.

10. Transponder (16) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, mit einem Empfänger (32) für eine erste Frequenz und einem Sender (30) für eine zweite Frequenz und mit einem Energiespeicher (44), der den Transponder versorgt und mit einer Antenne (40) verbunden ist.

11. Transponder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transpon­ der (16) eine Auswerteschaltung zum Auswerten eines von der Abfragestation (20) gesendeten Anforderungssignals enthält.

12. Transponder nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (16) mindestens ein EEPROM (60) enthält, das von der Abfragesta­ tion (20) ausgelesen und beschrieben werden kann.

13. Sende- und Empfangseinrichtung (14) zum Übertragen von Daten zwischen einem in einem Fahrzeug (12) eingebauten Transponder (16) und einer Abfrage­ station (20), wobei der Transponder von einem eigenen Energiespeicher (44) ver­ sorgt wird, welcher von einer Ladestation (18) mittels drahtloser Energieübertra­ gung aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladestation (18) räum­ lich von der Abfragestation (20) getrennt ist.

14. Sende- und Empfangseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abfragestation (20) ein Positionssensor (28) zur Bestimmung der Position des Transponders (16) relativ zur Abfragestation zugeordnet ist.