確定車輛走行距離的系統和方法

專利名稱：確定車輛走行距離的系統和方法
技術領域：
本發明涉及確定車輛走行距離的一種系統和方法，以使車主例如，但不是絕對地，為所使用道路付費，該所使用道路與該車輛在該道路上的走行距離有關。
用戶為使用公共資源而付費的基本原則已變得很普遍，由此用戶在使用資源時為其付費。某些公共資源如能源供應設施和類似物的私有化在許多國家已普及起來。通過道路系統私有化或用戶付費制度來改善道路的可能性，要求能監測車輛以確定由車輛對道路的使用，以便征收適當的費用。
當前，不存在在為在一國或一省內使用任何或所有道路記帳的適當系統。現存的能使使用道路或類似物的用戶付費的普通方法是通行費制度，根據這種制度用戶在道路上的路卡(tollgates)處付通行費。雖然這些制度能從用戶處收錢，但這些制度僅建立在用戶通過路卡付費的基礎上，而不是建立在考慮實際走行距離或在道路網中所使用道路的基礎上。在某種程度上確實存在無路卡系統，但它們卻局限于其大小和其提供的所覆蓋道路。
本發明的目的是提供一種方法和系統，該方法和系統能確定車輛的走行距離，因此能基于車輛的走行距離考慮到使用道路而對車主記帳。
本發明的第一方面可以說是在于確定車輛走行距離的系統，該系統包括在預定時間周期判斷車輛位置的裝置；和處理裝置，用于提供從判斷裝置所確定的車輛位置起的走行距離的指示。
既然因此可確定車輛的走行距離，因此可在該走行距離基礎上對車主征收費用。此外，該系統是一種遠程系統，它可監測車輛的走行距離，從而無需從車主輸入就能征收費用。
最好是判斷裝置包含一個裝在車輛上用于接收定位信號的單元，以使車輛位置能由該單元確定，并且其中該單元還包括用于確定走行距離的處理裝置，并且其中該單元輸出有關車輛的一參考信號，以識別該車輛和有關該車輛走行距離的距離的數據以用于通過控制設施接收該數據，從而能夠編譯記帳信息。
最好是由多個發送裝置產生定位信號。
發送裝置可以是在預定時間間隔內確定車輛位置的衛星全球定位系統或基于陸地的發射機。
本發明的第二方面可說是在于確定車輛走行距離的方法，該方法包括下列步驟在預定時間周期確定車輛的位置；和從車輛在預定定時周期的車輛位置確定車輛走行距離。
本發明還提供一種用于為車輛使用道路而記帳的系統，該系統包括裝在車輛上的一控制器，該控制器具有i)提供有關車輛位置的定位數據的定位裝置；ii)控制定位數據的供應的控制裝置；iii)在控制裝置的控制下發送定位數據和車輛識別代碼的無線傳輸裝置；和遠程監測裝置，用于接收從無線傳輸裝置發送的定位數據和識別代碼并用于基于定位數據而提供記帳信息。
本發明還提供一種用于為車輛使用道路記帳的方法，該包括下列步驟在車輛上安裝一控制器，該控制器具有i)提供有關車輛位置的定位數據的定位裝置；ii)控制定位數據的供應的控制裝置；iii)在控制裝置控制下發送定位數據和車輛識別代碼的無線傳輸裝置；使無線傳輸裝置發送定位數據和車輛識別數據至遠程監測裝置；基于定位數據確定記帳信息以用于產生一派送給車輛用戶的帳單。
下面對本發明的一優選實施以舉例方式并參照附圖進行描述，附圖中

圖1是說明本發明優選實施例的圖；圖2是用在本發明優選實施例中的控制器的方框圖；圖3是將圖2的控制器拆開的電路圖；和圖4和圖5是說明本發明優選實施例的操作的流程圖。
參照圖1，用虛線10示意性地表示道路。覆蓋要監測的地理區域的陸地數據發射塔由20、21和22標記。標識為V的車輛含有一控制器15，該控制器15包括帶有全球獨有序號的無線電分組(packet)調制解調器、一GPS(全球定位系統)單元和一控制單元。衛星S1和S2表示由GPS使用以確定位置的對地靜止衛星。安全監測站30收集通過塔從車輛接收的數據。標點P0、P1、…、P8表示在位置確定時刻的車輛位置。
全球定位系統將對單元提供精確的全球位置。該位置與從GPS中讀出的上一位置將用于確定位置走行距離。注意這個計算距離是走行距離的近似值，在取樣位置之間的時間越短，越能提供走行距離的更精確的計算。該走行距離將存儲在車輛中的控制單元中。
在旅行中任何時候或在完成旅行時，車輛可將走行距離的記錄送給塔。送到塔的數據中含有來自調制解調器的獨有識別號碼，以用于唯一地識別車輛。在信息中還包括可允許跟蹤車輛的全球位置。
圖中說明的旅行可使車輛通過各種型式的道路。這些道路型式可帶來不同的交通費用。通過使用道路中的本地發射機，車輛中的控制單元可以保持在不同等級道路上走行距離的總計(tally)。可增強對這種系統的使用，以使路內發射機改變識別信號以調整高峰時間或其它高使用率時間，或收取原始建筑成本費。這種系統還包括在不能征稅的未封閉道路上行駛的情況。
該系統的另一種擴展可包括車輛中的“智能卡”讀數器(reader)，該讀數器要求駕駛員將他們的駕駛執照插入單元內。這種駕駛執照將是可包括通常在駕駛執照中保存的所有細節的“智能卡”形式。這種駕駛員信息可以用信息包發送到塔以識別車輛駕駛員。使用這種“智能卡”制度的附帶結果是限制授權人員的車輛使用，或對年輕駕駛員對車輛性能的限制。
通過使用GPS和本地走行距離計算，系統就有可能在減少空中事務(over-air tramsactions)的總數時管理更大數量的車輛。如果必需跟蹤單個的車輛，就有可能重復“探詢(poll)”該車輛。于是返回的數據信息用來跟蹤該位置。
通過和控制器15中的識別號碼邏輯接觸來識別車輛，這在安全監測站中是很容易管理的，并且因此為維修或替換控制器15的情況提供了必要的條件。
于是，控制器15連續地輸出一參考信號，該參考信號包括識別車輛的識別數據和通過控制器15從衛星確定的定位信息來確定車輛走行距離的有關數據。該識別數據可以是車輛注冊號碼，或任何其它能夠識別車輛使得使用道路的帳目傳送給車主的、指示車輛在道路系統上走行距離的數據。
數據由一個或更多的塔20至22接收并由塔20至22發送給遠程地區比如安全站，如在可編譯記帳信息以傳送給用戶的站30。車輛的位置可由控制器15在例如1秒、10秒等依賴于系統靈敏度的預定時間周期中和用來給車輛定位的時間確定。
當不使用車輛時(即點火系統關掉)，控制器15處于備用模式，因此仍可能接收定位信息和與站30通信。當接妝通車輛點火系統時，控制器15轉接至工作模式。于是，當發動車輛時，單元開始確定定位信息并按照預定時間周期協議或按站30的請求輸出識別數據及定位或距離數據。從車輛V輸出的信號由塔20、21和22或站30檢測。當塔20、21和22從車輛V接收信號時，它們發送該信息至主站30。車輛V的位置在預定時間周期內確定，該時間周期可以小到1秒或更小周期，以使車輛在道路上行駛時可以連續提供與車輛有關的定位信息。
例如，參照圖1，在時間周期0，在圖1中在車輛V從位置P0至位置Pn的旅行開始時，車輛V的位置可確定為圖1中所示的位置P0。在1秒的時間周期時其位置可以在P1，在2秒的時間周期時其位置可以在P2，并且在n秒時間周期時，其位置可以在旅行的終點Pn，如圖1所示。
車輛所承載的控制器15可通過確定隨時對車輛所確定的位置P0、P1、P2之間的距離，從由衛星S1和S2所發射并提供給定位系統40(見圖2)的定位信號而在處理器50(見圖3)中確定走行距離，因此可算出車輛從位置P0至位置Pn的總走行距離。有關走行距離的信息發送到塔20至22再送到站30。然后在每次使用車輛時車輛的走行距離的基礎上為道路的使用收費，而且在預定記帳周期結束時比如在每個月底，一份基于車輛在道路系統上所行駛的距離的帳單送交給使用道路的車主。
由于本發明的優選實施例使車輛的位置能在小的增量時間周期中確定，可以建立精確的距離測量。此外，本系統可用來追蹤失竊的車輛，失蹤的車輛，而且還能確定一個車隊，諸如出租車隊中車輛的下落。其它涉及車輛的信息也可從車輛中的單元發送，以使附加信息可提供給關心車輛狀態、維修需要等的車主。
圖2是涉及在圖1中控制器15的方框圖。控制器15包括從衛星S1和S2接收信號并輸出GPS數據給控制單元42的全球定位系統。控制單元42處理該數據并輸出信號給無線電分組調制解調器44，該調制解調器44通過空中發送數據(即通過無線傳輸)給塔20、21和22，這些塔又依次發送信息給監測站30。控制器15可包括其它單元，諸如耦接到控制單元42用于提供附加數據如電子街道指南數據等的單元46。
全球定位系統40和無線電分組調制解調器44是眾所周知的，因此不再詳述。盡管該優選實施例使用無線電分組調制解調器用于數據的無線電傳輸，其它無線傳輸系統或設備如CDPD技術也可使用。參照圖3對控制單元42作更充分的描述。
參考圖3，控制單元42包括一處理器50(如由戴勒斯半導體(Dallassemiconductors)公司制造的DS5002)。處理器50由電源52供電，該電源52接收來自汽車電池54的初始電。當汽車電池54斷路或不工作時，備用電池56可包括在電源內。電源52包括一晶體管54′，該晶體管54′用做放大器向處理器50提供信號，以表示電源已經起動并已實際上供電。如果電源由于電池54斷路或由于備用電池56的干擾而停用，其目的在于超越(override)系統以致使系統不向監測站30發送數據，那么通過從與56在線聯接的晶體管54′的輸出來檢測斷電，以使處理器50被提醒電源的非法中斷。然后，處理器50促使塔20、21和22發送適當信號以用于檢測并傳輸到監測站30以指示已發生干擾。在維修或類似事件中如果發生電源的許可中斷，可包含用于輸入一適當的許可鍵代碼的一鍵盤(未示出)，該代碼可由處理器50檢測以提示正發生許可電源中斷，因此上述信號不發送至監測站30，或作為替代，一許可中斷信號發送到監測站30，以便監測站30可確定已發生電源的許可中斷，并以安全起見而保持這種中斷的登記(ledger)以保證不會誤用這種許可代碼。
處理器50連接至連接全球定位系統40的連接器60，用于從系統40通過串行接口芯片62(如Zilog公司的285C30SCC-10)向微處理器50提供數據。于是，來自全球定位系統40的數據從連接器60提供給串行接口芯片62，然后提供給在總線64上的處理器60。總線64還連接至非易失性的隨機存取存儲器66并連接至可編程只讀存儲器68。存儲器66暫時存儲數據，這些數據可隨時發送至塔20、21和22，然后發送到監測站30，并且只讀存儲器68包含編程指令等以用于處理器50的操作。
處理器50還通過總線70耦接到串行接口芯片62，該總線70依次連接到隨機存取存儲器66和只讀存儲器68。串行接口芯片62連接至連接器74，它依次連接無線電分組調制解調器44′，因此輸出數據可提供給調制解調器44以傳輸給塔20、21和22。處理器50具有一振蕩器76用于給處理器50提供時鐘。
線80連接處理器50的讀寫端口79，而且還連接存儲器66的讀寫端口及接口62的讀寫端口81、83，以確定數據是否寫給存儲器66或從存儲器66讀出，并確定串行接口62是否正從連接器60往返發送數據，或從連接器74往返發送數據。讀端口79直接連接至接口62的讀端口81，并通過倒相器87連接至接口62的寫端口83。于是，通過改變來自端口79的信號電平，接口將“讀”來自連接器60或74的信息，或“寫”信息給連接器60或74。
組選擇電路78還連接處理器50的組選擇端口90，以便來自端口90的高或低輸出可用來選擇存儲器60或者選擇存儲器68。處理器的CE(芯片使能)輸出93通過線97連接緩沖器95，然后通過線82連接存儲器66的CE輸入。處理器50的CEIN(芯片使能輸入)端口99通過線103連接至緩沖器101。端口90(如在圖3用標記90′表示)直接連接至緩沖器95，并通過倒相器96連接緩沖器101，因此來自端口90的信號對一個緩沖器為高，而對另一個緩沖器為低。例如，如果端口90的信號為高，當傳給緩沖器101的信號是低時，存儲器68有效，因此緩沖器101能容許芯片使在線信號103供給存儲器68。如果在端口90的信號為低，當傳給緩沖器95的信號是低時，存儲器66有效，使芯片能使在線信號97供給存儲器66。于是，通過改變在端口90的信號電平，能使處理器在存儲器66和68之間進行轉接。
電池100形式的電源還通過在線104提供并耦接至處理器50和連接器60，以向全球定位系統40供電。晶體振蕩器106還耦接至串行接口芯片62，用于給串行接口芯片62提供時鐘。
擴展總線110連接至連接器112，該連接器112可連接其它電子組件，如在圖2中所示的組件46，該組件46可供應可由系統使用的電子街道指南數據或其它數據。總線110連接芯片114(如Maxim公司的MAX232)，該芯片調整來自由總線110提供的數據的信號電平以用于處理器50。條件元件如二極管113和電阻器115也可包括在內，用于調節從連接器112提供給處理器50的信號。
于是，從全球定位系統接收的定位數據由單元42處理，因此隨時接收的位置信號，如從每1秒至每30秒等，可由處理器50轉換成距離測量，致使有關數據可通過連接器74提供給無線電分組調制解調器44以用于傳輸給塔20、21和22，然后傳輸給監測站30，因此可算出恰當的走行距離和制備適當的帳單與派送該帳單。
另外，原始數據可發送至監測站30，在那里原始數據在監測站30轉換成距離，用于制備適當的帳單和派送該帳單。
圖4是說明控制器15操作的流程圖。微處理器50在預定的每x秒一次的時間間隔內(其中x是介于1和60之間并包括1和60的值的一個整數，它的值可由微處理器50改動)通過連接器60和串行接口62從全球定位系統40接收標時的位置信息包(步驟401)。在脫線模式中(402)微處理器50使信息包存儲在隨機存取存儲器66(步驟403)中，并可通過總線110和連接器112送到外部部件(未示出)。
微處理器50可以在交付定位數據包以增加定位信息精確性的時間間隔內在全球定位系統接收的數據上進行某種數學計算(404)。
由處理器50在步驟401接收的定位數據，也被指定給一個唯一的車輛識別代碼，因此如下所述，代碼和數據一起處理和發送，致使數據可由所涉及的具體車輛識別以用于編譯帳單。
微處理器50繼續將定位信息存儲在隨機存取存儲器66中，直到到達預定時間周期(步驟405)或當預定時間周期過去時從監測站30收到信息時，或者從監測站30接收到一請求信息為止(步驟406)。存儲在隨機存取存儲器中的信息和車輛識別代碼通過示于圖1的通信塔20、21和22由無線電分組調制解調器44發送到監測站30(步驟407)。
在設備的在線模式(408)中，監測站30可直接把信號發布給控制器15，用于數據的在線派送。在這種模式中，如上所述，微處理器50正在接收標時位置信息。然而，在這種模式中，數據通過無線電分組調制解調器44實時地直接發送到監測站30(步驟409)。如上所述，數據也可提供給外部設備，而且如上所述，在這種模式中數據還可存儲在隨機存取存儲器62中進行處理，以保證該數據在傳輸中不丟失。
在在線模式中，靜止的監測系統30可使用以控制器15發送給它的實時定位信息，用于跟蹤車輛或評估交通情況。
參照圖5，該圖表示監測站30的操作流程圖，在脫線模式中(410)，主機接收在預定時間間隔或借助接收從監測站30來的信息發送的來自無線電分組調解調器44(步驟411)的數據和車輛識別代碼。系統中所有控制單元顯然不能同時發送信息，而恰好能超過監測站和通信基礎結構兩者的能力。監測站30可隨時與和車輛結合的任何控制器15通信。一旦接收了從某個控制器15來的定位信息存儲數據，那么就根據時間和其所包含的信息對其處理(步驟412)。監測站30可訪問一數字地圖，該數字地圖根據位置信息存儲的時間和位置而將貨幣值指定給該區域。于是，根據在某特定區域行駛的公里數，和作為在評定中的重要因數的行駛時間(在高峰時間在某些地區賦予較大的值)主機可計算使用道路的錢數(Dollar)(步驟413)。該地圖的分辨能力和監測站30的功能無關，即地區可以像CBD、郊區和農村區域那樣通用，或像包括不同道路和交通路線那樣具體。像道路(或地區)使用一樣，監測站可包括附加記帳信息，該附加記帳信息可包括加速和越權停車等信息。一旦記帳信息已被編譯，那么監測站就將其傳送到記帳主管機關(步驟414)，在那里將其派送給和控制器15相聯的車主。
在在線模式(415)中，監測站30將具體請求送給單元15，單元15在從全球定位設備40中收到信息后立即開始發送其標時位置信息給監測站30。然后，監測站可在顯示設備上實時地指示該單元的位置(步驟416)。該信息可用于包括(但不限于)跟蹤失竊車輛、交通擁塞信息、調度和基本服務如警察和急救的位置的目的。
由于在本發明的精神和范圍內很容易由本領域技術人員實施本發明，應當理解，本發明不限于以上述例子方式描述的特定實施方案。
權利要求
1.一種用于確定車輛走行距離的系統，包括在預定時間周期判斷車輛位置的裝置；和用于提供從判斷裝置所確定的車輛位置起的走行距離的指示的處理裝置。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述判斷裝置包含一裝在車輛上用于接收定位信號的單元，以使車輛位置能由該單元確定，并且其中該單元還包括確定走行距離的處理裝置，并且其中該單元輸出有關車輛的一參考信號，以識別該車輛和有關該車輛走行距離的距離數據，以用于由控制設施接收該數據從而能夠編譯記帳信息。
3.如權利要求2所述的系統，其中所述單元包括向該處理裝置提供定位信號以確定走行距離的全球定位系統，而且其中該處理裝置耦接于無線電分組調制解調器以用于向控制設施無線傳輸距離數據和參考信號，從而能夠編譯記帳信息。
4.如權利要求1所述的系統，其中所述判斷裝置包含提供定位數據的全球定位系統；和向輸出裝置提供數據以輸出定位數據的初級處理裝置，而且其中該處理裝置是在遠程地區的一計算機，該計算機接收從該輸出裝置發送的定位數據，并從該定位數據提供在遠程地區的走行距離的指示，從而能夠編譯記帳信息。
5.按照權利要求1所述的系統，其中所述判斷裝置包含一全球定位系統，而且該處理裝置包含一處理器，用于從全球定位系統接收信息以確定距離數據、耦接到輸出發送裝置的過程，因此距離數據可提供給輸出發送裝置用于無線傳輸至遠程地區，從而能夠在遠程地區編譯記帳信息。
6.如權利要求5所述的系統，其中所述處理裝置還包括控制處理器的只讀存儲器，和暫時存儲數據的隨機存取存儲器。
7.按照權利要求1所述的系統還包括用于檢測非法破壞系統電源的裝置。
8.如權利要求2所述的系統，其中所述定位信號由多個發送裝置產生。
9.用于為車輛使用道路記帳的系統，包括裝在車上的一控制器，該控制器具有i)定位裝置，用于提供有關車輛位置的定位數據；ii)一控制單元，用于控制定位數據的供應；iii)一無線傳輸裝置，用于在該控制單元控制下發送定位數據和車輛識別代碼；和遠程監測裝置，用于接收從無線傳輸裝置發送的該定位數據和該識別代碼，并用于提供基于該定位數據的記帳信息。
10.按照權利要求9所述的系統，其中所述定位數據包括車輛在預定時間周期的位置數據，而且該監測裝置從預定時間周期的位置數據計算車輛走行距離。
11.按照權利要求11所述的系統，其中所述遠程監測裝置產生用于向道路用戶派送有關車輛使用道路的帳目。
12.按照權利要求10所述的系統，其中所述遠程監測裝置發送走行距離信息給主管機關，用于編譯向用戶派送有關車輛使用道路的帳單。
13.按照權利要求9所述的系統，其中所述無線傳輸裝置包括一無線電分組調制解調器。
14.按照權利要求9所述的系統，其中所述定位裝置包含一全球定位系統。
15.按照權利要求9所述的系統，其中所述控制單元包括一微處理器，用于控制所述定位裝置和無線傳輸裝置以及控制將定位數據和車輛識別代碼向無線傳輸裝置的供應。
16.按照權利要求14所述的系統，其中所述遠程監測裝置包含在一監測站的計算機。
17.按照權利要求9所述的系統還包括中間發射系統，用于從所述無線傳輸裝置接收定位數據和車輛識別代碼，并用于轉播該數據和該代碼給所述遠程監測裝置。
18.按照權利要求9所述的系統，其中所述遠程監測裝置所接收的定位信息能使跟蹤車輛和車輛的位置，用于緊急情況目的和車輛恢復目的。
19.一種確定車輛走行距離的方法，包括以下步驟在預定時間周期檢測車輛的位置；和從車輛在預定定時周期時的位置來判斷車輛的走行距離。
20.按照權利要求19所述的方法，其中所測定的車輛走行距離用于編譯有關道路使用的記帳信息以派送給車的使用者。
21.用于為車輛使用道路記帳的方法包括下列步驟在車上裝一控制器，該控制器具有；i)一定位裝置，用于提供有關車輛位置的定位數據；ii)一控制單元，用于控制該定位數據的供應；iii)一無線傳輸裝置，用于在控制單元控制下發送該定位數據和一車輛識別代碼；使該無線傳輸裝置發送該定位數據和該車輛識別數據到一遠程監測裝置；基于該定位數據來確定記帳信息，用于產生帳單以派送給車的使用者。
22.按照權利要求21所述的方法，其中所述遠程監測裝置產生帳單，并把該帳單派送給用戶。
23.按照權利要求21所述的方法，其中所述遠程監測裝置提供記帳信息給主管機關，用于制備帳目以派送給用戶。
24.按照權利要求23所述的方法，其中所述定位數據包括車輛在預定時間周期的位置數據，因此車輛走行距離可由位置數據算出以能編譯記帳信息。
全文摘要
本文公布了確定車輛走行距離的一種系統和方法,用以為道路的使用而收費。車輛V裝有控制器(15),該控制器(15)包括全球定位系統(40)、控制單元(42)和調節由全球定位系統(40)所接收的數據的無線電分組調制解調器(44),使得定位信號在預定時間周期產生,而且控制單元(42)處理該信息以計算走行距離數據,或者簡單地發送處理信息至各塔(20、21、22),再依次傳輸至監測站(30)以確定所測量的距離,因此可對使用道路的車主征收費用。
文檔編號G07B15/06GK1196131SQ96196973
公開日1998年10月14日 申請日期1996年7月19日 優先權日1995年7月24日
發明者赫克托·D·埃爾鮑姆 申請人:D＆E咨詢有限公司