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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugkommunikationssystem,
das eine an einer Straße
angebrachte Vorrichtung, die eine Vielzahl von Antenneneinheiten
hat, die vorbestimmte Kommunikationsbereiche auf einer Straße einrichten,
und eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung, die in einem Fahrzeug
vorgesehen ist, zur Kommunikation mit der an der Straße angebrachten
Vorrichtung, wenn das Fahrzeug durch einen der Kommunikationsbereiche
hindurchgeht, aufweist.
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Diese
Anmeldung basiert auf der prioritätsbegründenden japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 07-33524 AA ,
deren Offenbarungsgehalt hiermit in vollem Umfang in dem Offenbarungsgehalt vorliegende
Anmeldung übernommen
wird.
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In
einem typischen herkömmlichen
automatischen Gebührensystem
für Straßen mit
Benutzungsgebühren,
wie z. B. Autobahnen, ist ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinrichtung
(d. h. einer am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung) versehen, die eine
zuvor registrierte Identifikationsnummer oder ähnliches speichert; ein Ort
zum Erheben der Gebühr ist
durch eine andere Kommunikationsvorrichtung (d. h. durch eine an
der Straße
angebrachte Vorrichtung) vorgesehen, die, wenn das Fahrzeug durch
einen Kommunikationsbereich, der durch die an der Straße angebrachte
Vorrichtung bestimmt ist, hindurchgeht, mit der am Fahrzeug angebrachten
Vorrichtung kommuniziert, um zu erkennen, daß das Fahrzeug mit der registrierten
Identifikationsnummer durch den Bereich gegangen ist, und speichert
das Ereignis, damit ermöglicht
wird, daß die
Gebühr
durch eine andere Einrichtung auf der Grundlage der aufgezeichneten Daten
eingezogen wird.
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Alle
diese herkömmlichen
Systeme sind jedoch im allgemeinen für eine einzelne Verkehrsspur entworfen;
daher treten einige Probleme bei der Anwendung bei einer typischen
Straße
mit einer Vielzahl von Spuren auf. Ein Gebührendatenkommunikationssystem,
das an eine Straße
mit einer Vielzahl von Spuren angepaßt ist, ist zum Beispiel in
der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 05-324967 AA offenbart.
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Dieses
Straßengebühreneinziehsystem,
das berührungslose
IC-Karten verwendet, ist in einer Kontrollsperre so gestaltet, daß es die
Zuverlässigkeit
bei der drahtlosen Kommunikation zwischen einer an einer Straße angebrachten
Vorrichtung und berührungslosen
IC-Karten verbessert. Bei diesem System ist eine Straßen-Vorrichtung,
die in einer Kontrollsperre vorgesehen ist, mit einer Vielzahl von Antennen
verbunden, die so angeordnet sind, daß die Kommunikationsbereiche
der Antennen zueinander in Fahrzeugbewegungsrichtung bezüglich jeder Spur
verschoben sind, um mehr Gelegenheiten zu schaffen, bei denen die
Kommunikation zwischen der Straßen-Vorrichtung
und den berührungslosen
IC Karten der Fahrzeuge möglich
ist.
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Durch
diese Struktur wird die Notwendigkeit der Ausführung einer automatischen Gebührenerhebeprozedur
beseitigt, wobei die einzelnen Spuren bei einer Straße mit Benutzungsgebühren, wie
z. B. einer Autobahn, bei der das Gebührenerheben notwendig ist,
getrennt sind; diese führt
jedoch die automatische Gebührenerhebeprozedur
für die
Vielzahl von Spuren wie diese vorliegen aus, wodurch die erforderlichen
Arbeitskräfte
und die Häufigkeit
des Eintretens von Verkehrsstockung an den Gebührenerhebungszellen verringert
werden.
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Da
es jedoch bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen System erforderlich
ist, daß die
Antennen über
eine lange Strecke angeordnet sind, ist es notwendig, daß die Antennen
selbst in schmalen Installationsräumen verwendbar sind. Eine Struktur,
die ein ähnliches
Verfahren verwendet, jedoch gestattet, daß die Antennen über eine
verringerte Strecke angeordnet sind, verhindert dieses und ist nachfolgend
beschrieben.
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In
einer beispielhaften Struktur sind eine Vielzahl von Antenneneinheiten
so vorgesehen, daß die
Kommunikationsbereiche entsprechend einzelnen Spuren einer Straße vorgesehen
sind und daß der
Kommunikationsbereich jeder Antenneneinheit den benachbarten Kommunikationsbereich überdeckt,
wodurch die Kommunikationsbereiche der Antenneneinheiten die gesamte
Breite der Straße
abdecken, ohne das ein Kommunikationsverdeckungsbereich auftritt.
Unterschiedliche Sendezeitverhalten sind für die Antenneneinheiten bestimmt,
deren Kommunikationsbereiche einander überdecken; unterschiedliche
Signalfrequenzen sind für
die Antennen innerhalb eines Bereiches bestimmt, in dem die am Fahrzeug
angebrachten Vorrichtungen die Signale empfangen können, wodurch
eine zuverlässige
Kommunikation ermöglicht
wird.
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Bei
dieser Struktur besteht jedoch aufgrund eines erwarteten Nachteils,
der nachstehend beschrieben wird, ein Problem darin, daß die Kommunikation
zwischen einer am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung und einer Antenneneinheit
versagen kann. Eine beispielhafte Struktur, bei der ein solcher Nachteil
auftritt, wird unter Bezugnahme auf die 15 und 16A–16D beschrieben.
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15 zeigt
ein Portal 1, das sich über
die Breite einer Straße
erstreckt, auf der sich Fahrzeuge vom unteren Ende zum oberen Ende
des Blattes der Zeichnung bewegen. Das Portal 1 ist mit
zwei Antenneneinheiten 2, 3 versehen, die Kommunikationsbereiche 4 bzw. 5 definieren.
Den Kommunika tionsbereichen 4, 5 ist ein Überdeckungsbereich
D gemeinsam. Wenn eine Vorrichtung 6, die in einem Fahrzeug
angebracht ist, durch einen Umfangsrandbereich von einem der Kommunikationsbereiche
hindurchgeht, kommuniziert zumindest eine der Antenneneinheiten 2, 3 mit
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung. Die Antenneneinheiten 2, 3 senden
Pilotsignale, Abfragesignale und unmodulierte Trägerwellen über die Kommunikationsbereiche 4, 5 mit
unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Sendezeitverhalten.
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Wenn
die Vorrichtung 6, die im Fahrzeug angebracht ist, das
durch den Kommunikationsbereich 4 oder 5 hindurchgeht,
ein Pilotsignal von der Antenneneinheit 2 empfängt, bestimmt
die am Fahrzeug installierte Vorrichtung 6 die Antenneneinheit 2 als
festen Kommunikationsteilnehmer, damit eine weitere Kommunikation
erfolgt, und spricht auf Pilotsignale von der anderen Antenneneinheit 3 bis
zum Ende der Kommunikation nicht an. Mit dieser Struktur wird somit
der Nachteil vermieden, daß wenn
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 6 durch den Überdeckungsbereich
D hindurchgeht, die Vorrichtung 6 Pilotsignale von beiden
Antenneneinheiten 2, 3 empfängt, wodurch Funkinterferenz
bei dieser auftritt.
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Wenn
jedoch die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 6 in einem
kleinen Fahrzeug, wie z. B. einem Motorrad, installiert ist und
wenn die Vorrichtung 6 und eine weitere Vorrichtung 7,
die ebenfalls in einem kleinen Fahrzeug installiert ist, nebeneinander fahren
und gleichzeitig in einen Überdeckungsbereich
D eintreten, kann Interferenz in Abhängigkeit vom Inhalt der Kommunikation
wie es nachstehend beschrieben ist auftreten.
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Da
die zwei Antenneneinheiten 2, 3 nebeneinander
angeordnet sind und ihre Kommunikationsbereiche 4, 5 einander
im Bereich D überdecken,
werden die Antenneneinheiten 2, 3 so gesteuert,
daß das Zeitverhalten
des Sendens eines Pilotsignal PLT oder eines Abfragesignals RC oder
WC von der Antenneneinheit 2 vom Zeitverhalten des Sendens
eines Pilotsignals PLT oder eines Abfragesignals RC oder WC von
der Antenneneinheit 3 um die Hälfte (T/2) des Zyklus T des
Sendens der Antenneneinheiten 2, 3 verschoben
ist (s. 16A und 16D).
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Wenn
die zwei am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 6, 7 in
den Überdeckungsbereich
D eintreten, empfangen die Vorrichtungen 6, 7 ein
Pilotsignal PLT1 von der Antenneneinheit 2, die das Senden
früher
als die Antenneneinheit 3 beginnt. Die am Fahrzeug angebrachten
Vorrichtungen 6, 7 erzeugen Pilotansprechsignale
RSP1, RSP1' entsprechend dem
Pilotsignal PLT1 und senden die Pilotansprechsignale RSP1, RSP1' durch Modulieren
der Signale, wenn eine unmodulierte Trägerwelle von der Antenneneinheit 2 reflektiert
wird (s. 16B und 16C).
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Da
die Antenneneinheit 2 das Pilotansprechsignal RSP1 von
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 6 empfängt, die
näher als
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 7 ist, sendet die
Antenneneinheit 2 ein Abfragesignal RC1, das für die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 6 erzeugt wird (siehe 16A). Andererseits empfängt die am Fahrzeug angebrachte
Vorrichtung 7 kein Abfragesignal, das für diese erzeugt wurde, obwohl
diese das Pilotansprechsignal RSP1' gesendet hat. Somit spricht die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 7 auf ein Pilotsignal
PLT2 von der Antenneneinheit 3 an.
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Während die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 6, 7 die Kommunikation
mit den Antenneneinheiten 2 bzw. 3 fortsetzen,
kann eine Zeit Δt
auftreten, in der das Ansprechsignal RD2, das durch die am Fahrzeug
angebrachte Vorrichtung 7 als Ergebnis der Daten, die von
einer Speichereinheit der Vorrichtung 7 im Ansprechen auf
das Abfragesignal RC2 gelesen wurden, zur Antenneneinheit 3 gesendet wird,
das Ansprechsignal WD1, das durch die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 6 zur
Antenneneinheit 2 gesendet wird, überdeckt (s. 16B und 16C).
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Wenn
jedoch die zwei am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 6, 7 gleichzeitig
Ansprechsignale WD1 und RD2 senden, interferieren Signale miteinander;
dann können
die Antenneneinheiten 2, 3 die Ansprechsignale
WD1 und RD2 nicht getrennt empfangen. Somit sind die Antenneneinheiten 2, 3 in einem
Interferenzzustand und verursachen ein Problem dahingehend, daß keines
der Signale angemessen empfangen werden kann.
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In
Dokument
EP 0 609 453
A1 wird eine Antenneinheit offenbart, deren Abfragezeit
um eine Zeitspanne versetzt. Jedoch ist das Sendezeitverhalten so
eingestellt, dass es vor dem Verstreichen dieser Zeitspanne beginnt
und keine Extraverarbeitungszeit für das Ansprechsignal in der
Antenne vorgesehen ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird beabsichtigt, die vorstehend genannten
Probleme zu lösen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeugkommunikationssystem
und ein Verfahren zum Ausführen
der Kommunikation vorzusehen, bei denen, wenn eine Vielzahl von
am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen durch einen Überdeckungskommunikationsbereich
hindurchgeht, die Kommunikation zwischen den am Fahrzeug angebrachten
Vorrichtungen und den Antenneneinheiten stets ermöglicht ist.
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Diese
Aufgaben werden durch ein Fahrzeugkommunikationssystem nach Anspruch
1 und ein Verfahren zum Ausführen
der Kommunikation nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein
Fahrzeugkommunikationssystem entsprechend einem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung weist auf: eine Vielzahl von Antenneneinheiten,
die entsprechend einer Vielzahl von Kommunikationsbereichen vorgesehen
sind, zum Ausführen
der Kommunikation durch das Senden von Abfragesignalen in einem
vorbestimmten Zyklus und zum Empfangen eines Ansprechsignals von
den Kommunikationsbereichen, eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung,
die unterschiedliche Zeitverhalten von Sendeabfragesignalen für zumindest
die der Vielzahl von Antenneneinheiten einstellt, deren Kommunikationsbereiche
zueinander benachbart sind und einander überdecken, so daß die Zeitverhalten
zueinander um die Hälfte
des Sendezyklus verschoben sind, und die ein Fahrzeug, das durch
einen der Kommunikationsbereiche hindurchgeht, auf der Grundlage
eines empfangenen Signals identifiziert, eine am Fahrzeug angebrachte
Vorrichtung, die in einem Fahrzeug vorgesehen ist, zum Senden eines
Ansprechsignals, wenn ein Abfragesignal von einer der Antenneneinheiten
empfangen wird, und, wenn erneut ein Abfragesignal von der gleichen
Antenneneinheit empfangen wird, zum Senden eines Abfrageansprechssignals,
so daß die
Kommunikation ausgeführt
wird, und eine Kommunikationssteuereinheit, die in der am Fahrzeug
angebrachten Vorrichtung vorgesehen ist, zum Einstellen eines Zeitverhaltens
zum Senden eines Ansprechsignals für das Abfragesignal auf einen Zeitpunkt,
wobei zu dieser Zeit zumindest eine vorbestimmte Länge an Zeit
vergangen ist und wobei der Zeitpunkt im Sendezyklus des Abfragesignals
liegt.
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Entsprechend
diesem Aspekt der Erfindung senden die Antenneneinheiten Abfragesignale über die
Kommunikationsbereiche im vorbestimmten Zyklus in einer solchen
Weise, daß die
Sendezeitverhalten benachbarter Antenneneinheiten zueinander um
die Hälfte
des Zyklus verschoben sind. Wenn eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung
eines sich bewegenden Fahrzeuges in einen Kommunikationsbereich
eintritt, sendet die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung ein Ansprechsignal
zu der Antenneneinheit, von der die Vorrichtung ein Abfragesignal
empfangen hat, und führt
die weitere Kommunikation mit der Antenneneinheit aus. Die Kommunikationssteuereinheit
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung stellt das Zeitverhalten
zum Senden eines Ansprechsignals für das empfangene Abfragesignal
auf einen Zeitpunkt ein, wobei zu dieser Zeit zumindest eine vorbestimmte
Länge an
Zeit vergangen ist und wobei sich der Zeitpunkt im Abfragesignalsendezyklus
befindet.
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Als
ein Ergebnis kollidieren z. B., wenn eine Vielzahl von kleinen Fahrzeugen
nebeneinander fährt,
in den Kommunikationsüberdeckungsbereich eintritt
und die Kommunikation mit benachbarten Antenneneinheiten beginnt,
die Ansprechsignale von den am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen
nicht miteinander, da die Kommunikationssteuereinheit der am Fahrzeug
angebrachten Vorrichtung das Ansprechsignalsendezeitverhalten verzögert. Wenn das
Ansprechsignal unmittelbar bei Erzeugung des Signals ohne Zeitverhaltenverzögerungsvorgang
sofort gesendet werden würde,
könnte
das Ansprechsignal mit dem Ansprechsignal von der anderen am Fahrzeug
angebrachten Vorrichtung interferieren. Somit verhindert das Fahrzeugkommunikationssystem
entsprechend diesem Aspekt der Erfindung im wesentlichen die Funkinterferenz
und führt
die Kommunikation fehlerfrei aus.
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Vorzugsweise
weist die Kommunikationssteuereinheit einen Timer auf, der gleichzeitig
mit dem Empfang des Abfragesignals mit dem Zählen der Sendesperrzeit beginnt;
die Kommunikationssteuereinheit sendet das Abfragesignal, wenn der Zeitzählvorgang
des Timers beendet ist.
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Entsprechend
diesem Aspekt der Erfindung beginnt die Kommunikationssteuereinheit
mit dem Timerzählvorgang
des Timers, wenn ein Abfragesignal empfangen wird, und sendet ein
Ansprechsignal für das
Abfragesignal, wenn der Zeitzählvorgang
des Timers zu Ende ist und die Sendesperrzeit vergangen ist. Als
Ergebnis kollidieren, wenn eine Vielzahl von kleinen Fahrzeugen
nebeneinander fährt,
in den Kommunikationsüberdeckungsbereich
eintritt und die Kommunikation mit benachbarten Antenneneinheiten
beginnt, die Ansprechsignale nicht miteinander, wie es vorstehend
beschrieben ist. Somit verhindert das Fahrzeugkommunikationssystem
entsprechend diesem Aspekt der Erfindung im wesentlichen die Funkinterferenz
und führt
die Kommunikation fehlerfrei aus.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor: eine Vielzahl
von Antenneneinheiten, die entsprechend einer Vielzahl von Kommunikationsbereichen
angeordnet sind, zum Ausführen
der Kommunikation, indem Abfragesignale in einem vorbestimmten Zyklus übertragen
werden, und zum Empfangen eines Ansprechsignals von den Kommunikationsbereichen,
eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung, die unter schiedliche Zeitverhalten
der Sendeabfragesignale für
zumindest die der Vielzahl von Antenneneinheiten einstellt, deren
Kommunikationsbereiche benachbart sind und einander überdecken,
so daß die
Zeitverhalten zueinander um die Hälfte des Sendezyklus verschoben
werden, und die ein Fahrzeug, das durch einen der Kommunikationsbereiche
hindurchgeht, auf der Grundlage eines empfangenen Signals identifiziert,
eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung, die in einem Fahrzeug
vorgesehen ist, zum Senden eines Ansprechsignals, wenn ein Abfragesignal
von einer der Antenneneinheiten empfangen wird, und, wenn erneut
ein Abfragesignal von der gleichen Antenneneinheit empfangen wird,
zum Senden eines Abfrageansprechsignals, um die Kommunikation auszuführen, und
eine Kommunikationssteuereinheit, die in den Antenneneinheiten vorgesehen
ist und das Senden des Abfragesignals einstellt, so daß das erwartete
Zeitverhalten des Sendens des Ansprechsignals für das Abfragesignal ein Zeitpunkt
ist, wobei zu dieser Zeit zumindest eine vorbestimmte Länge an Zeit
vergangen ist und sich der Zeitpunkt im Sendezyklus des Abfragesignals
befindet.
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Entsprechend
diesem Aspekt der Erfindung verwendet die Antenneneinheit zum Senden
eines Abfragesignals das Kommunikationssteuersystem, um das Senden
des Abfragesignals so einzustellen, daß das erwartete Zeitverhalten
des Sendens des Ansprechsignals für dieses Abfragesignal ein
Zeitpunkt ist, wobei zu dieser Zeit zumindest eine vorbestimmte
Länge an
Zeit vergangen ist und der Zeitpunkt im Sendezyklus des Abfragesignals
liegt.
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Als
Ergebnis kollidieren, wenn eine Vielzahl von kleinen Fahrzeugen
nebeneinander fährt,
in den Kommunikationsüberdeckungsbereich
eintritt und die Kommunikation mit benachbarten Antenneneinheiten
beginnt, die Ansprechsignale nicht miteinander, wie es vorstehend
beschrieben ist. Somit verhindert das Fahrzeugkommunikationssystem
entsprechend diesem Aspekt der Erfindung im wesentlichen die Funkinterferenz
und führt
die Kommunikation fehlerfrei aus.
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Wenn
die Kommunikationssteuereinheit das Zeitverhalten des Sendens des
Abfragesignals verzögert,
kann die Kommunikationssteuereinheit ein Scheinsignal senden, bis
daß das
Abfragesignal gesendet wird. Als Ergebnis kollidieren, wenn eine
Vielzahl von kleinen Fahrzeugen nebeneinander fährt, in den Kommunikationsüberdeckungsbereich
eintritt und die Kommunikation mit benachbarten Antenneneinheiten
beginnt, die Ansprechsignale nicht miteinander, wie es vorstehend
beschrieben ist. Somit verhindert das Fahrzeugkommunikationssystem
entsprechend diesem Aspekt der Erfindung im wesentlichen die Funkinterferenz
und führt
die Kommunikation fehlerfrei aus.
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Weitere
Merkmale der Erfindung werden im Laufe der sich anschließenden Beschreibung
von dieser deutlich.
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Zusätzliche
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen von dieser
deutlicher, wenn diese zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen
betrachtet werden, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
ist,
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2 eine
perspektivische Außenansicht der
Gesamtstruktur des ersten Ausführungsbeispiels ist,
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3 eine
vertikale Schnittansicht einer an der Straße angebrachten Vorrichtung
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
ist,
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4 die
Frequenzen, die den Antennenelementen zugeordnet sind, und die Empfangsfrequenzkennlinien
einer am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung im ersten Ausführungsbeispiel
anzeigt,
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5 die
Positionsbeziehung darstellt, wenn eine Vielzahl von am Fahrzeug
angebrachten Vorrichtungen durch den Überdeckungsbereich hindurchgeht,
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6 ein
Fließbild
des Hauptprogramms ist, das den Steuervorgang darstellt, der beim
Empfang eines Signals von der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung
ausgeführt
wird,
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7 ein
Fließbild
des Empfangsunterbrechungsprogramms ist,
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8 ein
Fließbild
des Timerunterbrechungsprogramms ist,
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9 ein
Zeitdiagramm ist, das zahlreiche festgelegte Zeiten im Kommunikationszyklus
darstellt,
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10 ein
Zeitdiagramm ist, das die Zeitverhalten des Sendens eines Abfragesignals
und eines Ansprechsignals im Kommunikationszyklus darstellt,
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11 ein
Zeitdiagramm ist, das die Zeitverhalten des Sendens eines Abfragesignals
und eines Ansprechsignals im Kommunikationszyklus darstellt,
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Die 12A–12D Zeitdiagramme sind, die den Status der Kommunikation
zwischen den Antenneneinheiten und den am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen
darstellen,
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13 ein
Zeitdiagramm, das den Betrieb eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung darstellt, entsprechend den 12A–12D ist,
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14 ein
Zeitdiagramm, das den Betrieb eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung darstellt, entsprechend den 12A–12D ist,
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15 die
Nachteile des Standes der Technik entsprechend 5 darstellt
und
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die 16A und 16D Zeitdarstellungen, die
Zeitverhaltenprobleme beim Stand der Technik darstellen, entsprechend
den 12A–12D sind.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindungen werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel,
in dem die vorliegende Erfindung auf ein Gebührenerhebungssystem für eine Autobahn
angewendet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 12D beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 2, die eine Gesamtansicht des
Systems darstellt, hat eine Mautautobahn 11 (nur Spuren
mit einer Fahrtrichtung sind gezeigt) drei Spuren 12, 13, 14.
Ein vorbestimmter Gebührenerhebepunkt
ist mit einem Portal 15 versehen, das sich über die
Straße 11 erstreckt.
Das Portal 15 dient als an der Straße angebrachte Vorrichtung. Das
Portal 15 hat Antenneneinheiten 16–18,
die entsprechend den jeweiligen Spuren 12–14 nach
unten gerichtet sind, um Kommunikationsbereiche 19–21 zu
bestimmen.
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Die
Kommunikationsbereiche 19–21 sind in einer
solchen Richtung von den entsprechenden Antenneneinheiten 16–18 eingerichtet,
das diese sich nähernden
Verkehr (der durch Kraftfahrzeuge 29 dargestellt ist) abdecken.
Entsprechend dieser Erfindung hat die Antenneneinheit 16 Antennenelemente 22a, 22b,
die Übertragungsbereiche 19a bzw. 19b bestimmen,
welche zusammen als Ergebnis den Kommunikationsbe reich 19 vorsehen.
In ähnlicher Weise
hat die Antenneneinheit 17 Antennenelemente 23a, 23b,
die Übertragungsbereiche 20a bzw. 20b bestimmen,
welche zusammen als Ergebnis den Kommunikationsbereich 20 vorsehen.
Die Antenneneinheit 18 hat Antennenelemente 24a, 24b,
die Übertragungsbereiche 21a bzw. 21b bestimmen,
welche zusammen als Ergebnis den Kommunikationsbereich 21 vorsehen.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, hat jede der Antenneneinheiten 16–18 eine
wasserdichte Struktur, die (unter Verwendung der Antenneneinheit 16 als Beispiel)
ein Grundelement 25, das mit der unteren Fläche des
Portals 15 verbunden ist, die Antennenelemente 22a, 22b und
einen Steuerschaltungsabschnitt 26, die am Grundelement 25 montiert
sind, und eine Plastikabdeckung 27, die gegenüber Funkwellen
durchlässig
ist, aufweist. Der Steuerschaltungsabschnitt 26 weist eine
elektrische Struktur, wie diese nachstehend beschrieben ist, auf,
die den Antrieb der Antennenelemente 22a, 22b für Sende-
und Empfangsvorgänge
steuert. Die Antennenelemente 22a, 22b sind durch
Stützwellen 28 drehbar
gelagert, so daß die
Ausrichtung der Strahlungsfläche
jedes Antennenelements 22a, 22b eingestellt werden kann.
Obwohl es in den Fig. nicht gezeigt ist, ist jedes Antennenelement
ebenfalls bezüglich
einer Richtung, die zur Stützwelle 28 senkrecht
verläuft,
durch eine bekannte Struktur drehbar gelagert, so daß die Ausrichtung
der Strahlungsfläche
bezüglich
der Richtung senkrecht zur Stützwelle 28 ebenfalls
eingestellt werden kann.
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Die Übertragungsbereiche 19a, 19b hängen von
den Winkeln der Strahlungsflächen
der Antennenelemente 22a bzw. 22b ab, die zusammen
als Ergebnis den Kommunikationsbereich 19 gemäß Vorbeschreibung
vorsehen. Die zwei Übertragungsbereiche
sind so definiert, daß diese
einen Überdeckungsbereich 19c ausbilden.
Somit sind die Übertragungsbereiche 19a, 19b angrenzend;
zwischen diesen ist kein Abstand vorhanden (in ähnlicher Weise erzeugen die
anderen Antennen elemente 23a, 23b, 24a, 24b Überdeckungsbereiche 20c, 21c).
Die Antennenelemente 22a, 22b, geben zur Kommunikation
mit am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen Mikrowellen mit voneinander
verschiedenen Frequenzen ab.
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Jedes
der Antennenelemente 22a, 22b, 23a 23b, 24a und 24b ist
ein Mikrostreifen-Strahlerfeldelement, das erzeugt wird, indem acht
Teilflächen
mit im wesentlichen quadratischer Form an einer der Seitenflächen einer
Leiterplatte ausgebildet werden und die Teilflächen durch Übertragungsleitungen mit dem Speiseanschluß verbunden
werden. Die verwendete Leiterplatte ist aus Harzmaterial ausgebildet
und an beiden Seiten bedruckt (d. h. sie ist eine doppelseitig bedruckte
Leiterplatte). Das verwendete Harzmaterial hat eine Dielektrizitätskonstante
mit einer solchen Temperaturausdehnungskennlinie, daß die Änderung
im Betriebstemperaturbereich (z. B. bei der oberen Grenze von ungefähr 120°C) ein vorbestimmter Pegel
ist oder niedriger ist (z. B. 1% oder niedriger). Zum Beispiel wurden
ein BT-Harzmaterial oder Glasepoxidmaterial verwendet.
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Obwohl
ein typisches Strahlerfeld, das viele Teilflächen aufweist, Seitenkeulen
hat, verringern die Antennenelemente 22a, 22b die
Seitenkeulen, indem die Impedanz der Übertragungsleitungen eingestellt wird,
um zu verhindern, das im Kommunikationsbereich Bereiche auftreten,
in denen die Kommunikation unmöglich
ist. Zum Beispiel ist jedes der Antennenelemente 22a, 22b so
gestaltet, das es im wesentlichen den gleichen Bereich in einem
Höhenbereich
von 1 bis 2 m abdeckt, d. h. in dem Höhenbereich, durch den die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 hindurchgeht.
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Die
Kraftfahrzeuge 29, die auf der Autobahn 11 fahren,
haben Vorrichtungen 30 (in 2 gezeigt), die
nahe ihren Armaturenbrettern angebracht sind. Jede am Fahrzeug angebrachte
Vorrichtung 30 hat eine Antenne 31, die Pilotsignale
und Abfragesignale von den Antenneneinheiten 16–18 empfängt, wie
es in 1 gezeigt ist. Die Antenne 31 ist ebenfalls
eine Mikrostreifen-Antenne, die zwei Teilflächen mit im wesentlichen quadratischer
Form aufweist, die auf einer Leiterplatte ausgebildet sind, wie
diese für
das Antennenelement 22a verwendet wurde. Die zwei Teilflächen sind
getrennte Teilflächen,
die zum Senden und Empfangen vorgesehen sind.
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Die
Antenne 31 reflektiert eine unmodulierte Trägerwelle
von der Antenneneinheit 16, während die Trägerwelle
mit einem Ansprechsignal zum Senden eines Ansprechsignals moduliert
wird. Das heißt, daß die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 ein Ansprechsignal
sendet, indem eine ummodulierte Trägerwelle von den Antenneneinheiten 16–18 in
den Kommunikationsbereichen 19–21 empfangen wird und
indem diese während
ihres Empfangs als Ansprechsignal reflektiert wird.
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Die
elektrische Struktur des Systems wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Als erstes werden die ähnlich
aufgebauten Antenneneinheiten 16–18 beschrieben, indem
sich auf die Antenneneinheit 16, die in 1 gezeigt
ist, bezogen wird. Ein Steuerabschnitt 33 zum Steuern der
Steuerschaltungen 32a, 32b, die jeweils für die Antennenelemente 22a, 22b vorgesehen
sind, weist eine Steuerschaltung 34, eine Spannungsquellenschaltung 35 und eine
Schnittstellenschaltung 36 zum Datenaustausch mit einer
externen Vorrichtung auf.
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In
jeder der Steuerschaltung 32a 32b, die für die Antennenelemente 22a, 22b vorgesehen
sind, moduliert eine Modulationsschaltung 37 eine Trägerwelle,
d. h. einen Oszillationsausgang von einem Oszillator 38 mit
einer vorbestimmten Frequenz, mit einem Abfragesignal oder einem
Pilotabfragesignal, das durch die Steuerschaltung 34 vorgesehen
wird, und gibt diese über
einen Zirkulator 39 zum Antennenelement 22a ab.
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Eine
Empfangsschaltung 40 zum Verarbeiten von Signalen, wie
z. B. zur Demodulation, ist mit einer Mischstufe 41 verbunden.
Die Mischstufe 41 nimmt einen Oszillationsausgang vom Oszillator 38 und
ebenfalls ein Funkwellensignal, das einem Ansprechsignal entspricht,
vom Antennenelement 22a auf. Die Trägerwelle und das dem Ansprechsignal entsprechende
Funkwellensignal werden durch die Mischstufe 41 gemischt
und dann zur Empfangsschaltung 40 ausgegeben. Die Empfangsschaltung 40 demoduliert
das zusammengesetzte Signal zu einem Ansprechsignal und gibt das
Signal zur Steuerschaltung 34 aus.
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Jeder
der Oszillatoren 38, der jeweils für die Antennenelemente 22a–24b vorgesehen
ist, gibt die Trägerwelle
in Form von Quasi-Mikrowellen in einem vorbestimmten Frequenzbereich,
der diesem zugewiesen ist, z. B. im 2,45-GHz-Band, aus. Wie es in 4 angezeigt
ist, ist jedem Oszillator 38 eine der Frequenzen f1–f6 zugewiesen,
die unterschiedliche schmale Frequenzbereiche im vorstehend genannten
Frequenzband sind, und gibt die zugewiesene Frequenz aus. Andererseits
ist die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 so gestaltet,
daß diese
alle Signale, die den Oszillationsfrequenzen f1–f6 der Oszillatoren 38 entsprechen,
wie es nachstehend beschrieben ist, empfangen.
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Die
so konstruierten Antenneneinheiten 16–18 nehmen durch eine
Steuervorrichtung (nicht gezeigt), die mit diesen über die
Schnittstellenschaltung 36 verbunden ist, Zeitverhaltensignale
auf, die entsprechend den jeweiligen Antennenelementen 22a–24b getrieben
werden. Die Zeitverhaltensignale sind so bestimmt, daß die benachbarten
Antenneneinheiten 16, 17 und 17, 18 Pilotabfragesignale
und Abfragesignale mit Zeitverhalten ausgeben, die zueinander um
die Hälfte
des Abfragezeitverhaltenszyklus verschoben sind. Dadurch empfängt, wenn
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 des Kraftfahrzeuges
durch z. B. einen Bereich hin durchgeht, in dem sich die Kommunikationsbereiche 19, 20 überdecken,
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 nicht gleichzeitig
Pilotsignale von den zwei Antenneneinheiten 16, 17.
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In
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30, weist eine
Steuerschaltung 42, die die Kommunikationssteuereinheit
bildet, einen ROM und einen RAM auf. Entsprechend einem zuvor gespeicherten
Programm gibt die Steuerschaltung 42 im Ansprechen auf
ein Pilotsignal oder ein Abfragesignal zahlreiche Daten, wie z.
B. den Identifikationskode des Fahrzeugs, aus. Die Steuerschaltung 42 ist über eine
Sendeschaltung 43 und ebenfalls über eine Empfangsschaltung 44 mit
der Antenne 31 verbunden.
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Die
Sendeschaltung 43 führt
die Modulation entsprechend einem Ansprechsignal aus, um die ummodulierte
Trägerwelle,
die durch die Antenne 31 empfangen wird, zu modulieren,
damit das Senden ausgeführt
wird; die Empfangsschaltung 44 demoduliert die Funkwelle,
die durch die Antenne 31 empfangen wird, zu einem Abfragesignal
und führt
das Signal der Steuerschaltung 42 zu, wodurch die Hälfte einer
Doppelstruktur bzw. eine halbgefüllte
Struktur ausgebildet wird. Die Steuerschaltung 42 ist mit
einem Datenspeicher 45 verbunden, d. h. mit einem nichtflüchtigen
Lese/Schreib-Speicher. Eine Batterie 46 führt den
Schaltungen, die in der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 vorgesehen
sind, Energie zu.
-
Obwohl
es in den Figuren nicht gezeigt ist, ist die Steuerschaltung 42 mit
einer Startschaltung versehen, die die gesamte Schaltung startet,
damit diese vom ”Ruhezustand” in den ”Wachzustand” geschaltet
wird, um für
die Kommunikation betriebsfähig
zu sein; die Schaltung schaltet, wenn die Kommunikation beendet
ist, die gesamte Vorrichtung in den ”Ruhezustand”, um für den Empfang
eines Signals von außen
bereit zu sein. Diese Struktur minimiert die Belastung der Batterie 46,
wenn eine Kommunikation nicht ausgeführt wird.
-
Der
Betrieb dieses Ausführungsbeispiel
wird unter Bezugnahme auf die 5–13 beschrieben.
In einem Normalfall führen,
wenn angenommen wird, daß die
Kraftfahrzeuge in Spuren 12–14 getrennt fahren,
die Antenneneinheiten 16–18 die Kommunikation
mit den am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30 der Kraftfahrzeuge,
die sich durch die entsprechenden Kommunikationsbereiche 19–21 bewegen,
aus, um Gebührenerhebedaten
ohne Versagen ähnlich
dem Stand der Technik auszutauschen. Wenn die Startschaltung, die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 in den ”Wachzustand” schaltet,
d. h., daß die
Vorrichtung gestartet ist, führt
die Steuerschaltung 42 das Programm, das durch das Fließbild von 6 dargestellt
ist, zur Kommunikation aus.
-
Bei
Normalbetrieb zur Kommunikation würde die am Fahrzeug angebrachte
Vorrichtung 30 beim Eintritt in einen der Kommunikationsbereiche 19–21 gemäß Vorbeschreibung
betrieben und empfängt
ein Pilotsignal PLT. Als erstes wird die Steuerschaltung 42 gestartet,
um das Programm zu starten. Die Steuerschaltung 42 bestimmt,
ob die Empfangsunterbrechung aufgetreten ist (Schritt S1). Entsprechend
diesem Ausführungsbeispiel
tritt die Empfangsunterbrechung auf, wenn ein Pilotsignal empfangen
wird und die Steuerschaltung 42 gestartet wird. Wenn eine
negative Bestimmung in diesem Schritt vorgenommen wird, tritt die
Empfangsunterbrechung auf. Die Steuerschaltung 42 hält dann
die Verarbeitung in diesem Schritt an, bis daß die Empfangsunterbrechung
endet.
-
Dann
führt,
da die Steuerschaltung 42 ein Pilotsignal PLT empfangen
hat, die Steuerschaltung 42 das Empfangsunterbrechungsprogramm,
wie es in 7 gezeigt ist, aus. Die Steuerschaltung 42 prüft als erstes
die Daten des empfangenen Pilotsignals PLT, um zu bestimmen, ob
im Signal abnorme Daten enthalten sind (Schritt T1). Wenn abnorme
Da ten enthalten sind, was bedeutet, daß das empfangene Pilotsignal
nicht korrekt ist, wird eine negative Bestimmung in Schritt T1 vorgenommen;
die Steuerschaltung beendet das Programm und springt zum Hauptprogramm
zurück.
Wenn keine abnormen Daten vorhanden sind, wird eine positive Bestimmung vorgenommen,
der Ablauf geht zu Schritt T2.
-
Die
Steuerschaltung bestimmt eine Ansprechwartezeit die auf dem Inhalt
des empfangenen Signals basiert (Schritt T2), setzt die Ansprechwartezeit
in der Unterbrechungstimerschaltung 47 und startet die
Schaltung 47 (Schritt T3), führt die Nachunterbrechungsverarbeitung
aus (Schritt T4) und springt dann zum Hauptprogramm zurück. Die
Timerschaltung 47 startet somit, um die Timerzeit zu zählen, die
eine Sendesperrzeit ist. Wenn die in der Timerschaltung 47 eingestellte
Zeit vergangen ist, gibt die Timerschaltung 47 ein Timerunterbrechungssignal
zur Steuerschaltung 42 aus.
-
Die
Timerschaltung 47 ist z. B. auf 4 ms als Timerzeit, d.
h. als Sendesperrzeit, eingestellt. Somit wird im Anschluß an dem
Empfang eines Signals von außen
das Senden eines Ansprechsignals für 4 ms angehalten.
-
Wenn
zum Hauptprogramm zurückgesprungen
wird, analysiert die Steuerschaltung 42 den Inhalt des
empfangenen Signals und führt
den Inhalt aus (Schritt S2); dann erzeugt diese ein Ansprechsignal,
das auf dem Ergebnis der Verarbeitung basiert (Schritt S3). Die
Steuerschaltung 42 erzeugt ein Ansprechsignal in dieser
Stufe und wartet auf den Zeitpunkt des Sendens des Signals. Die
Steuerschaltung 42 nimmt dann einen Zustand ein, in dem
diese die Timerunterbrechung im Ansprechen auf das Unterbrechungssignal
von der Timerschaltung 47 gestattet (Schritt S4). Dann
wartet die Steuerschaltung 42 auf eine Timerunterbrechung,
um das Ansprechsignal zu senden (Schritt S5).
-
Wenn
das Unterbrechungssignal von der Timerschaltung 47 in Schritt 5 in
die Steuerschaltung 42 eingegeben wurde oder wenn das Unterbrechungssignal
von der Timerschaltung 47 während der Wiederholung von
Schritt 55 eingegeben wurde, führt die Steuerschaltung 42 das
Timerunterbrechungsprogramm, wie es in 8 dargestellt
ist, aus. Die Steuerschaltung 42 beginnt mit dem Senden
des Ansprechsignals (Schritt P1), führt das Nachunterbrechungsverarbeiten
(Schritt P2) aus und springt zum Hauptprogramm zurück. Nach
dem Beenden des Sendens des Ansprechsignals durch dieses Verarbeiten
nimmt die Steuerschaltung 42 in Schritt S5 des Hauptprogramms
eine positive Bestimmung vor und springt zu Schritt S1 zurück.
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Die
Steuerschaltung 42 der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 erzeugt
und sendet ein Ansprechsignal zu jedem Zeitpunkt, zu dem diese ein Signal
von außen
empfängt,
wie es vorstehend beschrieben und in 9 gezeigt
ist. Im Normalzustand führt,
wenn von einer der Antenneneinheiten 16–18 ein Pilotsignal
PLT empfangen wird, die Steuerschaltung 42 das Kommunikationsverarbeiten
aus, wie es nachstehend beschrieben ist, während wiederholt die vorstehend
beschriebene Verarbeitung ausgeführt wird.
-
Wenn
die Steuerschaltung 42 ein Pilotsignal PLT1 von z. B. der
Antenneneinheit 16 empfängt,
bestimmt die Steuerschaltung 42 die Antenneneinheit, die
das Pilotsignal PLT gesendet hat, als einen festen Kommunikationsteilnehmer
für die
spätere
Kommunikation und stellt einen Zustand her, um Pilotsignale PLT
von den anderen Antenneneinheiten, wenn welche empfangen werden,
nicht durchzulassen. In diesem Zustand erzeugt die Steuerschaltung 42 ein
Pilotansprechsignal im Ansprechen auf das Pilotsignal PLT und reflektiert
die unmodulierte Trägerwelle,
die von der Antenneneinheit kontinuierlich gesendet wird, indem
diese mit dem erzeugten Pilotansprechsignal RSP moduliert wird,
wodurch das Pilotansprechsignal RSP gesendet wird. Das Pilotansprechsignal RSP
weist einen Identifikationskode auf, der als ein Kode registriert
wurde, der für
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 spezifisch ist.
-
Danach
sendet die Antenneneinheit 16 ein Anfragesignal RC1 für die Daten
der am Fahrzeug installierten Vorrichtung als Abfragesignal, das
sich an das Pilotsignal PLT anschließt. Das Anfragesignal RC1 für Daten
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung weist einen Kode auf, der
den Ort, die Kodenummer des Portals und den Identifikationskode, der
entsprechend der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 registriert
ist, anzeigt, wodurch verursacht wird, daß nur die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 einen
Kommunikationsvorgang ausführt,
der sich an dem Empfang des Signals anschließt.
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Wenn
das Anfragesignal RC1 für
Daten der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung empfangen wird, liest
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 Daten, wie z.
B. Kontostanddaten aus, um ein Kartenlesesignal RD1 zu erzeugen,
und sendet dann das Signal zur Antenneneinheit 16 in der
vorstehend beschriebenen Weise. Wenn die Antenneneinheit 16 das
Lesesignal RD1 empfängt,
sendet die Antenneneinheit 16 vorbestimmte Daten, die für das Gebührenerhebedatenverarbeiten
erforderlich sind, als Schreibsignal WD1 zur am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30.
Das Schreibsignal WD1 weist einen Gebührenerhebebefehlskode, Gebührenbetragsdaten,
eine Ortskodenummer, die Portalkodenummer, den Identifikationskode
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30, Betriebszeitdaten
usw. auf. Wenn das Ansprechsignal RS1 von der am Fahrzeug angebrachten
Vorrichtung 30 abnorm ist, führt die Antenneneinheit 16 eine
vorbestimmte Abnormitätsverarbeitungsroutine
aus.
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Wenn
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 das Schreibsignal
WD1 empfängt,
führt die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 das vorbestimmte Schreibverarbeiten aus.
Die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 sendet dann
ein Schreibendsignal END1, das ein Ortskodesignal, die Portalkodenummer
und den Identifikationskode der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 in
vorstehend beschriebener Weise aufweist. Bei Empfang des Schreibendsignals
END1 sendet die Antenneneinheit 16 ein Endebestätigungssignal
ACK1 zu der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30, um
diese über
den Empfang des Schreibendsignals END1 zu informieren. Beim Empfang
des Endebestätigungssignals
ACK1 bestimmt die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30,
daß die
Kommunikation abgeschlossen ist. Die Startschaltung stoppt, um die
Vorrichtung 30 in den ”Ruhezustand” zu schalten,
d. h. in den gleichen Zustand wie vor dem Start der Kommunikation.
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Wenn
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 erneut in den
Kommunikationsbereichen 19–21 der an der Straße angebrachten
Vorrichtung 15 ein Pilotabfragesignal empfängt, nachdem
es die Kommunikationsverarbeitung beendet hat, ignoriert die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 das Signal unter Bezugnahme
auf die gespeicherten Kommunikationsdatenergebnisse, wodurch die
Interferenz mit der Kommunikation durch andere am Fahrzeug angebrachte
Vorrichtungen verhindert wird. Diese Funktion verhindert, daß die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 wiederholt die Kommunikation
im gleichen Kommunikationsbereich 19 oder in Kommunikationsbereichen
des gleichen Portals 15 wiederholt, wodurch die Möglichkeit
des doppelten Gebührenerhebens
beseitigt wird.
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Für die gegenwärtige Gebührenverarbeitung ist
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 so gestaltet,
daß diese
eine IC-Karte unterbringt. Nach dem Durchgang durch den Kommunikationsbereich 16 schreibt
die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 auf der Grundlage
von zahlreichen Daten, die durch das Schreibsignal WD1 spezifiziert
sind, über eine
IC-Karten-Schnittstelle die Daten, die dem Betrag entsprechen, der
durch das Subtrahieren der Gebührenbe tragsdaten,
die während
der Kommunikation übertragen
wurden, vom Kontostand erhalten wurde, in die IC-Karte.
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Die
Sicherstellung einer zuverlässigen
Kommunikationsverarbeitung wird unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben,
indem ein Zustand mit unmöglicher
Kommunikation auftreten kann, wie er in der Beschreibung des Standes
der Technik angeführt
ist. Es wird angenommen, daß kleine
Fahrzeuge, wie z. B. Motorräder,
nebeneinander fahren und daß die
am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30a, 30b,
die in diesen angebracht sind, im wesentlichen gleichzeitig in den Überdeckungsbereich
D eintreten und diesen passieren. Genauer gesagt wird angenommen, daß die Kommunikation
durch die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30a, die
das Pilotsignal PLT1 von der Antenneneinheit 16 empfängt, und
die am Fahrzeug installierte Vorrichtung 30b, die das Pilotsignal
PLT2 von der Antenneneinheit 17 empfängt, gestartet wurde.
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Für die Kommunikation
zwischen den am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30a, 30b und den
Antenneneinheiten 17, 16 sind die folgenden Zeiten
eingestellt. Der Kommunikationszyklus ist z. B. auf 10 ms eingestellt.
Die Kommunikationszyklen der Antenneneinheit 16, 17 sind
zueinander um 5 ms verschoben. Die Zeit TQ, die dem Abfragesignal
zugeordnet ist, für
z. B. die Pilotsignale PLT und die Abfragesignale RC, ist auf eine
Zeit im Bereich von der Startzeit des Zyklus und dem Maximum 5 ms
eingestellt. Andererseits ist die Zeit TA, die dem Ansprechsignal
zugeordnet ist, d. h. die Zeit zum Senden der Ansprechsignale von
den am Fahrzeug installierten Vorrichtungen 30a, 30b,
von 4 bis 9 ms auf 5 ms eingestellt. Die Verarbeitungszeit TC der
Antenneneinheiten 16, 17 zum Verarbeiten der empfangenen
Ansprechsignale befindet sich in den letzten 1 ms des Zyklus, d.
h. von 9 bis 10 ms im Zyklus.
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Es
wird die Art und Weise des Einstellens der Ansprechwartezeit TQ
beschrieben.
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Als
erstes muß die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30b (30a),
nachdem die Antenneneinheit 16 (17) das Verarbeiten
des empfangenen Ansprechsignals gestartet hat, ein Abfragesignal
senden. Der Grund dafür
liegt darin, daß,
bevor die Antenneneinheit 17 (16) mit dem Verarbeiten
des empfangenen Ansprechsignals beginnt, die Möglichkeit besteht, daß die am
Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30a (30b) noch
ein Ansprechsignal sendet. Daher ist die Ansprechwartezeit TQ auf
eine Zeitdauer vom Zeitpunkt des Sendens eines Abfragesignals von
der Antenneneinheit 17 (16) bis zum Start des Verarbeitens
des Ansprechsignals durch die Antenneneinheit 16 (17)
eingestellt.
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Die
Wartezeit TQ, d. h. die Zeitdauer vom Zeitpunkt des Sendens eines
Abfragesignals von der Antenneneinheit 17 (16)
bis zum Start des Verarbeitens des Ansprechsignals durch die Antenneneinheit 16 (17),
wird durch die folgende Gleichung vorgesehen: TQ
= T (1 – X – C),wobei
TX eine Verschiebung zwischen den Zeitpunkten des Sendens der Ansprechsignale
von den Antenneneinheiten 16 und 17 ist und TC
eine Zeit ist, die zum Verarbeiten des empfangenen Ansprechsignals
erforderlich ist.
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Von
den vorstehend genannten Zeitdauern ist die Zeit TA, die dem Ansprechsignal
zugeordnet ist, an den am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30a, 30b eingestellt.
Während
dieser Zeit wird ein Starttrigger zur Timerschaltung 47 ausgegeben,
um den Timervorgang zu starten, wenn ein Pilotsignal oder ein Abfragesignal
empfangen wird; das Ansprechsignal wird gesendet, wenn beim Vergehen der
Ansprechwartezeit ein Timerunterbrechungssignal eingegeben wird.
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Dort,
wo die zwei am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30a, 30b,
die sich im Überdeckungsbereich
D befinden, die Kommunikation mit den Antenneneinheiten 16, 17 ausführen, können sich
die Ansprechsignale, die zu den Sendezeitpunkten von den zwei Vorrichtungen
gesendet werden, in Abhängigkeit
von den Sendezeitverhalten überdecken.
Wenn die Überdeckung
der Ansprechsignale im Überdeckungsbereich
D auftritt, nimmt jede der Antenneneinheiten 16, 17 die
Ansprechsignale von den zwei Vorrichtungen auf, wodurch eine Interferenz verursacht
wird. Diese Vorrichtung verhindert dieses Ereignis dadurch, daß die Timerschaltung 47 eine Ansprechwartezeit
einstellt.
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In
dem in 10 dargestellten Fall als Beispiel
ist dort, wo ein Abfragesignal 3 ms dauert und die Verarbeitungszeit
TS, die für
das Abfragesignal erforderlich ist, 1 ms beträgt, das Sendezeitverhalten des
Ansprechsignals zwischen 4 ms und 9 ms. In dem in 11 dargestellten
Fall, in dem ein Abfragesignal 5 ms dauert und die Verarbeitungszeit
TS, die für
die das Abfragesignal erforderlich ist, 2 ms beträgt, liegt
das Sendezeitverhalten für
das Ansprechsignal zwischen 7 ms und 9 ms.
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Da,
wie es in den 12A–12D gezeigt ist,
dieses Ausführungsbeispiel
eine Struktur hat, bei der die Timerschaltung 47 in der
am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 vorgesehen ist,
um das Ansprechsignal-Sendezeitverhalten auf ein Zeitverhalten zu
steuern, das später
als das Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer eintritt, und
bei der die Steuerschaltung 42 ein Ansprechsignal nach
dem Empfangen eines Timerunterbrechungssignals von der Timerschaltung 27 sendet,
verhindert das Ausführungsbeispiel
im wesentlichen die Kommunikationsinterferenz, indem das Überdecken
von Ansprechsignalen selbst in dem Fall verhindert wird, in dem
eine Vielzahl von kleinen Fahrzeugen, wie z. B. Motorräder, nebeneinander
fahren und die am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen 30a, 30b der
Fahrzeuge die Kommuni kation mit den Antenneneinheiten 16, 17 während ihres
Durchgangs durch den Überdeckungsbereich
D ausführen.
Somit führt
das Ausführungsbeispiel
die Kommunikationsverarbeitung und den Gebührenerhebevorgang fehlerfrei aus.
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Außerdem ist
entsprechend diesem Ausführungsbeispiel
zwischen benachbarten Antenneneinheiten 16, 17 und
Antenneneinheiten 17, 18 das Ausgabezeitverhalten
des Pilotanfragesignals und des Anfragesignals zum Kommunikationsbereich
hin bezüglich
dem Wiederholungszyklus (10 ms) um einen halben Zyklus verschoben,
wobei das Ausgabezeitverhalten des Pilotanfragesignals und des Anfragesignals
zu den Kommunikationsbereichen 19, 21 für die Antenneneinheiten 16, 18 die
gleichen ist und die Zeit TQ, die dem Anfragesignal zugewiesen ist,
die Zeit TA, die der Ansprechzeit zugewiesen ist, und die Ansprechsignalverarbeitungszeit
TC alle das gleiche Zeitverhalten haben. Daher wird, selbst wenn
die Frequenzen des Pilotanfragesignals und des Anfragesignals, die
von den Antenneneinheiten 16, 18 erzeugt werden,
gleichgestaltet werden, weder das Signal, das von der Antenneneinheit 16 erzeugt
wird, mit der Antenneneinheit 18 länger interferieren noch wird
das Signal, das von der Antenneneinheit 18 erzeugt wird,
mit der Antenneneinheit 16 interferieren.
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Anders
ausgedrückt
gibt es für
eine Vielzahl von benachbarten Antenneneinheiten Fälle, in
denen beim Auftreten von Interferenz eine Antenneneinheit, die ein
Signal von der am Fahrzeug montierten Einheit empfängt, ein
Signal, das von den anderen Antenneneinheiten erzeugt wird, empfängt. Um
diese Interferenz zu verhindern, kann es angebracht sein, die Frequenz
des Signals, das von den Antenneneinheiten erzeugt wird, für jede Antenneneinheit
anders zu gestalten. Normalerweise wird jedoch, da der Frequenzbereich
für das
Senden gewöhnlich
zuvor eingestellt wird (2,45 GHz-Band), wenn eine Vielzahl von Antenneneinheiten
(N) vorhanden ist und (N) Kanäle
mit unterschiedlichen Fre quenzen den Antenneneinheiten zugewiesen
sind, die Bandbreite für jede
Antenneneinheit N/2,45 GHz; somit wird die Bandbreite schmaler,
da diese durch die Anzahl der Antenneneinheiten begrenzt ist. Wenn
die Bandbreite beschränkt
ist und schmal wird, besteht ein Problem darin, daß Schwierigkeiten
beim Erhöhen
der Kommunikationsbaudrate zwischen dem am Fahrzeug montierten Einheiten
und den Antenneneinheiten auftreten.
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Zur
Problemlösung
ist ein Verfahren zum Verhindern der Interferenz zwischen einer
Vielzahl von benachbarten Antenneneinheiten das zeitliche Aufteilen
des Intervalls, wenn die Antenneneinheiten die Kommunikation ausführen. Während jedoch
die Kommunikationsbaudrate mit diesem Verfahren erhöht werden
kann, ist die Kommunikationszeit für jede Antenneneinheit durch
die Zeitunterteilung begrenzt; somit besteht ein Problem darin,
daß nicht
die Fähigkeit
vorhanden ist, ausreichend Kommunikationszeit abzusichern.
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Im
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
erzeugt, da das Zeitverhalten der Zeit TQ, die dem Abfragesignal
zugewiesen ist, der Zeit TA, die der Ansprechzeit zugewiesen ist,
und der Ansprechsignalverarbeitungszeit TC für Antenneneinheiten, die zwei
Antenneneinheiten auseinander sind, zwischen benachbarten Antenneneinheiten 16, 18 gleich
gestaltet sind, Antenneneinheit 16 (oder 18) kein
Signal, wenn die Antenneneinheit 18 (oder 16) ein
Signal empfängt.
Anders ausgedrückt
müssen
im vorstehenden Ausführungsbeispiel,
da nicht mehr eine gegenseitige Interferenz vorhanden ist, selbst wenn
die Frequenzen des Pilotanfragesignals und des Anfragesignals, die
von den Antenneneinheiten 16, 18 erzeugt werden,
die gleichen sind, dann die Frequenzen von nur benachbarten Einheiten
geändert
werden, um die Interferenz zwischen benachbarten Einheiten zu verhindern.
Anders ausgedrückt sind
zwei Kanäle
der Kommunikationsfrequenz ausreichend, um die Interferenz zwischen
Antenneneinheiten zu verhindern.
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Auch
kann sich, da das Kommunikationszeitverhalten für die Antenneneinheiten 16, 18 das
gleiche ist, die Kommunikationszeit je Antenneneinheit vollständig erstrecken.
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Es
ist hier festzuhalten, daß,
um die Frequenzen des Pilotanfragesignals und des Anfragesignals
gleich zu gestalten, keine Notwendigkeit dafür besteht, die Frequenzgenauigkeit
unter Verwendung von PLL oder ähnlichem
zu erhöhen.
Auch kann, wenn eine Anzahl von Antenneneinheiten vorhanden ist,
Ungleichheit, die durch den gleichen Frequenzkanal aufweisende Antenneneinheiten
bedingt ist, nicht vollständig
beseitigt werden; somit können,
wenn eine Notwendigkeit dafür
besteht, einen bestimmten Abstand zwischen den Antenneneinheiten
vorzusehen, die Frequenzen zur Kommunikation auf 4 Kanäle eingestellt
werden.
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13 stellt
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Es werden die Merkmale beschrieben, die das zweite
Ausführungsbeispiel
vom ersten unterscheiden. Entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist eine Timerfunktion in Antenneneinheiten 16–18 vorgesehen,
statt daß die
Timerschaltung 47 in einer am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 vorgesehen
ist. Wenn erwartet wird, daß die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung 30 ein Ansprechsignal
zu einem Zeitpunkt, der früher
als 4 ms liegt, im Ansprechen auf ein Pilotsignal oder ein Abfragesignal
von einer der Antenneneinheiten 16–18 sendet, addiert
eine Steuerschaltung 34, die als Kommunikationssteuereinheit
vorgesehen ist, ein Scheinsignal, das für die Kommunikation des Pilot- oder
Abfragesignals uninteressant ist, als einen Signalanfang, so daß das Ansprechsignalsendeverhalten
der am Fahrzeug angebrachten Vorrichtung 30 bei 4 ms oder
später
eintritt, wie es in 13 angezeigt ist.
-
Dieses
Ausführungsbeispiel
beseitigt die Notwendigkeit, Maßnahmen
zur Interferenz in vielen am Fahrzeug angebrach ten Vorrichtungen 30 vorzusehen,
indem die Steuerschaltung 34 der Antenneneinheiten 16–18 mit
der Funktion des Addierens eines Signalanfangs zu einem Pilotsignal
oder einem Abfragesignal, wenn notwendig, ausgestattet wird. Somit
verhindert das zweite Ausführungsbeispiel
die Kommunikationsinterferenz selbst in dem Fall, der im Zusammenhang
mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
ist.
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14 stellt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar. Das dritte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel durch eine Struktur,
in der eine Steuerschaltung 34 von jeder Antenneneinheit 16–18 keinen
Signalanfang zu einem Pilotsignal oder einem Abfragesignal addiert,
sondern eine Verzögerungszeit
Td, die der Zeit des Signalempfangs entspricht, einstellt, um entsprechend
das Senden zu verzögern.
Das dritte Ausführungsbeispiel
hat im wesentlichen die gleichen Vorteile, wie diese durch das zweite
Ausführungsbeispiel
erreicht werden.
-
Es
schließen
sich Beispiele für Änderungen und
Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele an.
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Statt
der Verwendung der Timerschaltung 47 kann die Steuerschaltung 42 mit
einer Software-Timerfunktion durch Programmieren versehen sein. Bei
dieser Struktur kann jedoch, während
die CPU die Timerfunktion ausführt,
die CPU keine andere Verarbeitung ausführen. Daher muß die Timerzeit
gezählt
werden, während
die Zeit Berücksichtigung
fin det, die zum Verarbeiten der Abfragesignale oder ähnlichem
erforderlich ist.
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Bezüglich dem
Scheinsignal, das als Signalanfang eines Pilotsignals oder eines
Abfragesignals addiert wurde, kann das Scheinsignal lediglich ein Zeiteinstellsignal
sein, das bezüglich
dem Inhalt der Kommunikation uninteressant ist, oder ein Signal sein,
daß für die Kommunikation
benötigte
Daten aufweist.
-
Außer der
Gebührenerhebung
für Autobahnen
kann die Erfindung ebenfalls auf die Parkgebührenerhebung für Parkplätze angewendet
werden. Diese Anwendung gestattet eine Eingang-/Ausgang-Gestaltung
mit einer Vielzahl von Portalen, so daß eine Vielzahl von Fahrzeugen
gleichzeitig hineinfahren kann, und beseitigt die Notwendigkeit,
jedes Fahrzeug am Eingang und/oder Ausgang anzuhalten, um den Gebührenerhebevorgang
auszuführen, wodurch
eine schnelle Einfahrt in dem Parkplatz und eine schnelle Ausfahrt
aus dem Parkplatz ermöglicht wird
und die Erfordernisse bezüglich
der Arbeitskräfte
verringert werden.
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Außer auf
Gebührenerhebevorgänge kann die
Erfindung auf zahlreiche Formen von Datenaustausch, wie z. B. Verkehrsuntersuchungen,
angewendet werden. Zum Beispiel kann die Erfindung auf Untersuchungen
des Verkehrsvolumens zum Zwecke der Vorbereitung von Verkehrsinformationen,
der Stadtverkehrsplanung und von ähnlichem angewendet werden.
Die Erfindung kann nicht nur auf eine Straße mit drei Spuren, sondern
ebenfalls auf Straßen
mit zwei Spuren oder mehr als drei Spuren angewendet werden.
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Die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung kann die gesamte Zeit in Betrieb
belassen werden, statt die ”Wachfunktion” beim Empfang
eines Pilotabfragesignals einzubauen.
-
Die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung kann die gesamte Zeit über in Betrieb
gelassen werden, statt die ”Wachfunktion” beim Empfang
eines Pilotabfragesignals einzubauen. Auch können die Antennenelemente andere
Strukturen als die vorstehend beschriebene Teilflächenstruktur
verwenden. Ferner kann die am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung statt
mit der vorstehend beschriebenen passiven reflektierenden Modulationsanordnung
mit einem Oszillator zum Senden von Ansprechsignalen ausgestattet
sein.
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Während die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung die Antenneneinheit 16 unmittelbar
beim Empfang eines Pilotsignals von der Antenneneinheit 16 entsprechend
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen als einen
festen Kommunikationsteilnehmer bestimmt, kann die folgende Struktur ebenfalls
verwendet werden. Das heißt,
daß nach dem
Empfang eines Pilotsignals von der Antenneneinheit 16 die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung die Pilotsignale, die von anderen
Antenneneinheiten empfangen werden, für den Zeitraum des Kommunikationszyklus
T ignoriert. Dann bestimmt beim Empfangen eines Abfragesignals die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung die Antenneneinheit 16 als
festen Kommunikationsteilnehmer.
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Folglich
ist, um die Interferenz zwischen gleichzeitig auftretenden Signalen
zu verhindern und die Kommunikation durch eine jede einer Vielzahl von
am Fahrzeug angebrachten Vorrichtungen zu ermöglichen, die durch einen Bereich
hindurchgehen, in dem Kommunikationsbereiche sich einander überdecken,
ein Gebührenerhebepunkt
einer dreispurigen Autobahn mit einem Portal versehen, das Antenneneinheiten
hat, die entsprechend den Spuren vorgesehen sind. Die Antenneneinheiten
werden so gesteuert, das benachbarte Einheiten abwechselnd Signale
senden. Die Antenneneinheiten senden Signale in einem vorbestimmten
Zyklus und senden eine unmodulierte Trägerwelle. Beim Empfang eines
Signals erzeugt eine am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung ein An sprechsignal
durch Verwendung einer Steuerschaltung, sendet ein Signal durch
Reflexion, legt einen Kommunikationsteilnehmer für die weitere Kommunikation
fest und nimmt den Wartezustand auf ein Abfragesignal ein. Beim
Empfangen eines Pilotsignals oder eines Abfragesignals erzeugt die
am Fahrzeug angebrachte Vorrichtung ein Ansprechsignal und startet
eine Timerschaltung. Wenn ein Ansprechsignal erzeugt wurde und ein
Timerunterbrechungssignal von der Timerschaltung eingegeben wurde,
sendet die Steuerschaltung das Ansprechsignal, womit die Kollision
mit dem Ansprechsignal von den anderen am Fahrzeug angebrachten
Vorrichtungen und die Kommunikationsinterferenz verhindert werden.