专利名称：确定车辆走行距离的系统和方法
技术领域：
本发明涉及确定车辆走行距离的一种系统和方法，以使车主例如，但不是绝对地，为所使用道路付费，该所使用道路与该车辆在该道路上的走行距离有关。
用户为使用公共资源而付费的基本原则已变得很普遍，由此用户在使用资源时为其付费。某些公共资源如能源供应设施和类似物的私有化在许多国家已普及起来。通过道路系统私有化或用户付费制度来改善道路的可能性，要求能监测车辆以确定由车辆对道路的使用，以便征收适当的费用。
当前，不存在在为在一国或一省内使用任何或所有道路记帐的适当系统。现存的能使使用道路或类似物的用户付费的普通方法是通行费制度，根据这种制度用户在道路上的路卡(tollgates)处付通行费。虽然这些制度能从用户处收钱，但这些制度仅建立在用户通过路卡付费的基础上，而不是建立在考虑实际走行距离或在道路网中所使用道路的基础上。在某种程度上确实存在无路卡系统，但它们却局限于其大小和其提供的所覆盖道路。
本发明的目的是提供一种方法和系统，该方法和系统能确定车辆的走行距离，因此能基于车辆的走行距离考虑到使用道路而对车主记帐。
本发明的第一方面可以说是在于确定车辆走行距离的系统，该系统包括在预定时间周期判断车辆位置的装置；和处理装置，用于提供从判断装置所确定的车辆位置起的走行距离的指示。
既然因此可确定车辆的走行距离，因此可在该走行距离基础上对车主征收费用。此外，该系统是一种远程系统，它可监测车辆的走行距离，从而无需从车主输入就能征收费用。
最好是判断装置包含一个装在车辆上用于接收定位信号的单元，以使车辆位置能由该单元确定，并且其中该单元还包括用于确定走行距离的处理装置，并且其中该单元输出有关车辆的一参考信号，以识别该车辆和有关该车辆走行距离的距离的数据以用于通过控制设施接收该数据，从而能够编译记帐信息。
最好是由多个发送装置产生定位信号。
发送装置可以是在预定时间间隔内确定车辆位置的卫星全球定位系统或基于陆地的发射机。
本发明的第二方面可说是在于确定车辆走行距离的方法，该方法包括下列步骤在预定时间周期确定车辆的位置；和从车辆在预定定时周期的车辆位置确定车辆走行距离。
本发明还提供一种用于为车辆使用道路而记帐的系统，该系统包括装在车辆上的一控制器，该控制器具有i)提供有关车辆位置的定位数据的定位装置；ii)控制定位数据的供应的控制装置；iii)在控制装置的控制下发送定位数据和车辆识别代码的无线传输装置；和远程监测装置，用于接收从无线传输装置发送的定位数据和识别代码并用于基于定位数据而提供记帐信息。
本发明还提供一种用于为车辆使用道路记帐的方法，该包括下列步骤在车辆上安装一控制器，该控制器具有i)提供有关车辆位置的定位数据的定位装置；ii)控制定位数据的供应的控制装置；iii)在控制装置控制下发送定位数据和车辆识别代码的无线传输装置；使无线传输装置发送定位数据和车辆识别数据至远程监测装置；基于定位数据确定记帐信息以用于产生一派送给车辆用户的帐单。
下面对本发明的一优选实施以举例方式并参照附图进行描述，附图中
图1是说明本发明优选实施例的图；图2是用在本发明优选实施例中的控制器的方框图；图3是将图2的控制器拆开的电路图；和图4和图5是说明本发明优选实施例的操作的流程图。
参照图1，用虚线10示意性地表示道路。覆盖要监测的地理区域的陆地数据发射塔由20、21和22标记。标识为V的车辆含有一控制器15，该控制器15包括带有全球独有序号的无线电分组(packet)调制解调器、一GPS(全球定位系统)单元和一控制单元。卫星S1和S2表示由GPS使用以确定位置的对地静止卫星。安全监测站30收集通过塔从车辆接收的数据。标点P0、P1、…、P8表示在位置确定时刻的车辆位置。
全球定位系统将对单元提供精确的全球位置。该位置与从GPS中读出的上一位置将用于确定位置走行距离。注意这个计算距离是走行距离的近似值，在取样位置之间的时间越短，越能提供走行距离的更精确的计算。该走行距离将存储在车辆中的控制单元中。
在旅行中任何时候或在完成旅行时，车辆可将走行距离的记录送给塔。送到塔的数据中含有来自调制解调器的独有识别号码，以用于唯一地识别车辆。在信息中还包括可允许跟踪车辆的全球位置。
图中说明的旅行可使车辆通过各种型式的道路。这些道路型式可带来不同的交通费用。通过使用道路中的本地发射机，车辆中的控制单元可以保持在不同等级道路上走行距离的总计(tally)。可增强对这种系统的使用，以使路内发射机改变识别信号以调整高峰时间或其它高使用率时间，或收取原始建筑成本费。这种系统还包括在不能征税的未封闭道路上行驶的情况。
该系统的另一种扩展可包括车辆中的“智能卡”读数器(reader)，该读数器要求驾驶员将他们的驾驶执照插入单元内。这种驾驶执照将是可包括通常在驾驶执照中保存的所有细节的“智能卡”形式。这种驾驶员信息可以用信息包发送到塔以识别车辆驾驶员。使用这种“智能卡”制度的附带结果是限制授权人员的车辆使用，或对年轻驾驶员对车辆性能的限制。
通过使用GPS和本地走行距离计算，系统就有可能在减少空中事务(over-air tramsactions)的总数时管理更大数量的车辆。如果必需跟踪单个的车辆，就有可能重复“探询(poll)”该车辆。于是返回的数据信息用来跟踪该位置。
通过和控制器15中的识别号码逻辑接触来识别车辆，这在安全监测站中是很容易管理的，并且因此为维修或替换控制器15的情况提供了必要的条件。
于是，控制器15连续地输出一参考信号，该参考信号包括识别车辆的识别数据和通过控制器15从卫星确定的定位信息来确定车辆走行距离的有关数据。该识别数据可以是车辆注册号码，或任何其它能够识别车辆使得使用道路的帐目传送给车主的、指示车辆在道路系统上走行距离的数据。
数据由一个或更多的塔20至22接收并由塔20至22发送给远程地区比如安全站，如在可编译记帐信息以传送给用户的站30。车辆的位置可由控制器15在例如1秒、10秒等依赖于系统灵敏度的预定时间周期中和用来给车辆定位的时间确定。
当不使用车辆时(即点火系统关掉)，控制器15处于备用模式，因此仍可能接收定位信息和与站30通信。当接妆通车辆点火系统时，控制器15转接至工作模式。于是，当发动车辆时，单元开始确定定位信息并按照预定时间周期协议或按站30的请求输出识别数据及定位或距离数据。从车辆V输出的信号由塔20、21和22或站30检测。当塔20、21和22从车辆V接收信号时，它们发送该信息至主站30。车辆V的位置在预定时间周期内确定，该时间周期可以小到1秒或更小周期，以使车辆在道路上行驶时可以连续提供与车辆有关的定位信息。
例如，参照图1，在时间周期0，在图1中在车辆V从位置P0至位置Pn的旅行开始时，车辆V的位置可确定为图1中所示的位置P0。在1秒的时间周期时其位置可以在P1，在2秒的时间周期时其位置可以在P2，并且在n秒时间周期时，其位置可以在旅行的终点Pn，如图1所示。
车辆所承载的控制器15可通过确定随时对车辆所确定的位置P0、P1、P2之间的距离，从由卫星S1和S2所发射并提供给定位系统40(见图2)的定位信号而在处理器50(见图3)中确定走行距离，因此可算出车辆从位置P0至位置Pn的总走行距离。有关走行距离的信息发送到塔20至22再送到站30。然后在每次使用车辆时车辆的走行距离的基础上为道路的使用收费，而且在预定记帐周期结束时比如在每个月底，一份基于车辆在道路系统上所行驶的距离的帐单送交给使用道路的车主。
由于本发明的优选实施例使车辆的位置能在小的增量时间周期中确定，可以建立精确的距离测量。此外，本系统可用来追踪失窃的车辆，失踪的车辆，而且还能确定一个车队，诸如出租车队中车辆的下落。其它涉及车辆的信息也可从车辆中的单元发送，以使附加信息可提供给关心车辆状态、维修需要等的车主。
图2是涉及在图1中控制器15的方框图。控制器15包括从卫星S1和S2接收信号并输出GPS数据给控制单元42的全球定位系统。控制单元42处理该数据并输出信号给无线电分组调制解调器44，该调制解调器44通过空中发送数据(即通过无线传输)给塔20、21和22，这些塔又依次发送信息给监测站30。控制器15可包括其它单元，诸如耦接到控制单元42用于提供附加数据如电子街道指南数据等的单元46。
全球定位系统40和无线电分组调制解调器44是众所周知的，因此不再详述。尽管该优选实施例使用无线电分组调制解调器用于数据的无线电传输，其它无线传输系统或设备如CDPD技术也可使用。参照图3对控制单元42作更充分的描述。
参考图3，控制单元42包括一处理器50(如由戴勒斯半导体(Dallassemiconductors)公司制造的DS5002)。处理器50由电源52供电，该电源52接收来自汽车电池54的初始电。当汽车电池54断路或不工作时，备用电池56可包括在电源内。电源52包括一晶体管54′，该晶体管54′用做放大器向处理器50提供信号，以表示电源已经起动并已实际上供电。如果电源由于电池54断路或由于备用电池56的干扰而停用，其目的在于超越(override)系统以致使系统不向监测站30发送数据，那么通过从与56在线联接的晶体管54′的输出来检测断电，以使处理器50被提醒电源的非法中断。然后，处理器50促使塔20、21和22发送适当信号以用于检测并传输到监测站30以指示已发生干扰。在维修或类似事件中如果发生电源的许可中断，可包含用于输入一适当的许可键代码的一键盘(未示出)，该代码可由处理器50检测以提示正发生许可电源中断，因此上述信号不发送至监测站30，或作为替代，一许可中断信号发送到监测站30，以便监测站30可确定已发生电源的许可中断，并以安全起见而保持这种中断的登记(ledger)以保证不会误用这种许可代码。
处理器50连接至连接全球定位系统40的连接器60，用于从系统40通过串行接口芯片62(如Zilog公司的285C30SCC-10)向微处理器50提供数据。于是，来自全球定位系统40的数据从连接器60提供给串行接口芯片62，然后提供给在总线64上的处理器60。总线64还连接至非易失性的随机存取存储器66并连接至可编程只读存储器68。存储器66暂时存储数据，这些数据可随时发送至塔20、21和22，然后发送到监测站30，并且只读存储器68包含编程指令等以用于处理器50的操作。
处理器50还通过总线70耦接到串行接口芯片62，该总线70依次连接到随机存取存储器66和只读存储器68。串行接口芯片62连接至连接器74，它依次连接无线电分组调制解调器44′，因此输出数据可提供给调制解调器44以传输给塔20、21和22。处理器50具有一振荡器76用于给处理器50提供时钟。
线80连接处理器50的读写端口79，而且还连接存储器66的读写端口及接口62的读写端口81、83，以确定数据是否写给存储器66或从存储器66读出，并确定串行接口62是否正从连接器60往返发送数据，或从连接器74往返发送数据。读端口79直接连接至接口62的读端口81，并通过倒相器87连接至接口62的写端口83。于是，通过改变来自端口79的信号电平，接口将“读”来自连接器60或74的信息，或“写”信息给连接器60或74。
组选择电路78还连接处理器50的组选择端口90，以便来自端口90的高或低输出可用来选择存储器60或者选择存储器68。处理器的CE(芯片使能)输出93通过线97连接缓冲器95，然后通过线82连接存储器66的CE输入。处理器50的CEIN(芯片使能输入)端口99通过线103连接至缓冲器101。端口90(如在图3用标记90′表示)直接连接至缓冲器95，并通过倒相器96连接缓冲器101，因此来自端口90的信号对一个缓冲器为高，而对另一个缓冲器为低。例如，如果端口90的信号为高，当传给缓冲器101的信号是低时，存储器68有效，因此缓冲器101能容许芯片使在线信号103供给存储器68。如果在端口90的信号为低，当传给缓冲器95的信号是低时，存储器66有效，使芯片能使在线信号97供给存储器66。于是，通过改变在端口90的信号电平，能使处理器在存储器66和68之间进行转接。
电池100形式的电源还通过在线104提供并耦接至处理器50和连接器60，以向全球定位系统40供电。晶体振荡器106还耦接至串行接口芯片62，用于给串行接口芯片62提供时钟。
扩展总线110连接至连接器112，该连接器112可连接其它电子组件，如在图2中所示的组件46，该组件46可供应可由系统使用的电子街道指南数据或其它数据。总线110连接芯片114(如Maxim公司的MAX232)，该芯片调整来自由总线110提供的数据的信号电平以用于处理器50。条件元件如二极管113和电阻器115也可包括在内，用于调节从连接器112提供给处理器50的信号。
于是，从全球定位系统接收的定位数据由单元42处理，因此随时接收的位置信号，如从每1秒至每30秒等，可由处理器50转换成距离测量，致使有关数据可通过连接器74提供给无线电分组调制解调器44以用于传输给塔20、21和22，然后传输给监测站30，因此可算出恰当的走行距离和制备适当的帐单与派送该帐单。
另外，原始数据可发送至监测站30，在那里原始数据在监测站30转换成距离，用于制备适当的帐单和派送该帐单。
图4是说明控制器15操作的流程图。微处理器50在预定的每x秒一次的时间间隔内(其中x是介于1和60之间并包括1和60的值的一个整数，它的值可由微处理器50改动)通过连接器60和串行接口62从全球定位系统40接收标时的位置信息包(步骤401)。在脱线模式中(402)微处理器50使信息包存储在随机存取存储器66(步骤403)中，并可通过总线110和连接器112送到外部部件(未示出)。
微处理器50可以在交付定位数据包以增加定位信息精确性的时间间隔内在全球定位系统接收的数据上进行某种数学计算(404)。
由处理器50在步骤401接收的定位数据，也被指定给一个唯一的车辆识别代码，因此如下所述，代码和数据一起处理和发送，致使数据可由所涉及的具体车辆识别以用于编译帐单。
微处理器50继续将定位信息存储在随机存取存储器66中，直到到达预定时间周期(步骤405)或当预定时间周期过去时从监测站30收到信息时，或者从监测站30接收到一请求信息为止(步骤406)。存储在随机存取存储器中的信息和车辆识别代码通过示于图1的通信塔20、21和22由无线电分组调制解调器44发送到监测站30(步骤407)。
在设备的在线模式(408)中，监测站30可直接把信号发布给控制器15，用于数据的在线派送。在这种模式中，如上所述，微处理器50正在接收标时位置信息。然而，在这种模式中，数据通过无线电分组调制解调器44实时地直接发送到监测站30(步骤409)。如上所述，数据也可提供给外部设备，而且如上所述，在这种模式中数据还可存储在随机存取存储器62中进行处理，以保证该数据在传输中不丢失。
在在线模式中，静止的监测系统30可使用以控制器15发送给它的实时定位信息，用于跟踪车辆或评估交通情况。
参照图5，该图表示监测站30的操作流程图，在脱线模式中(410)，主机接收在预定时间间隔或借助接收从监测站30来的信息发送的来自无线电分组调解调器44(步骤411)的数据和车辆识别代码。系统中所有控制单元显然不能同时发送信息，而恰好能超过监测站和通信基础结构两者的能力。监测站30可随时与和车辆结合的任何控制器15通信。一旦接收了从某个控制器15来的定位信息存储数据，那么就根据时间和其所包含的信息对其处理(步骤412)。监测站30可访问一数字地图，该数字地图根据位置信息存储的时间和位置而将货币值指定给该区域。于是，根据在某特定区域行驶的公里数，和作为在评定中的重要因数的行驶时间(在高峰时间在某些地区赋予较大的值)主机可计算使用道路的钱数(Dollar)(步骤413)。该地图的分辨能力和监测站30的功能无关，即地区可以像CBD、郊区和农村区域那样通用，或像包括不同道路和交通路线那样具体。像道路(或地区)使用一样，监测站可包括附加记帐信息，该附加记帐信息可包括加速和越权停车等信息。一旦记帐信息已被编译，那么监测站就将其传送到记帐主管机关(步骤414)，在那里将其派送给和控制器15相联的车主。
在在线模式(415)中，监测站30将具体请求送给单元15，单元15在从全球定位设备40中收到信息后立即开始发送其标时位置信息给监测站30。然后，监测站可在显示设备上实时地指示该单元的位置(步骤416)。该信息可用于包括(但不限于)跟踪失窃车辆、交通拥塞信息、调度和基本服务如警察和急救的位置的目的。
由于在本发明的精神和范围内很容易由本领域技术人员实施本发明，应当理解，本发明不限于以上述例子方式描述的特定实施方案。
权利要求
1.一种用于确定车辆走行距离的系统，包括在预定时间周期判断车辆位置的装置；和用于提供从判断装置所确定的车辆位置起的走行距离的指示的处理装置。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述判断装置包含一装在车辆上用于接收定位信号的单元，以使车辆位置能由该单元确定，并且其中该单元还包括确定走行距离的处理装置，并且其中该单元输出有关车辆的一参考信号，以识别该车辆和有关该车辆走行距离的距离数据，以用于由控制设施接收该数据从而能够编译记帐信息。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述单元包括向该处理装置提供定位信号以确定走行距离的全球定位系统，而且其中该处理装置耦接于无线电分组调制解调器以用于向控制设施无线传输距离数据和参考信号，从而能够编译记帐信息。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述判断装置包含提供定位数据的全球定位系统；和向输出装置提供数据以输出定位数据的初级处理装置，而且其中该处理装置是在远程地区的一计算机，该计算机接收从该输出装置发送的定位数据，并从该定位数据提供在远程地区的走行距离的指示，从而能够编译记帐信息。
5.按照权利要求1所述的系统，其中所述判断装置包含一全球定位系统，而且该处理装置包含一处理器，用于从全球定位系统接收信息以确定距离数据、耦接到输出发送装置的过程，因此距离数据可提供给输出发送装置用于无线传输至远程地区，从而能够在远程地区编译记帐信息。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述处理装置还包括控制处理器的只读存储器，和暂时存储数据的随机存取存储器。
7.按照权利要求1所述的系统还包括用于检测非法破坏系统电源的装置。
8.如权利要求2所述的系统，其中所述定位信号由多个发送装置产生。
9.用于为车辆使用道路记帐的系统，包括装在车上的一控制器，该控制器具有i)定位装置，用于提供有关车辆位置的定位数据；ii)一控制单元，用于控制定位数据的供应；iii)一无线传输装置，用于在该控制单元控制下发送定位数据和车辆识别代码；和远程监测装置，用于接收从无线传输装置发送的该定位数据和该识别代码，并用于提供基于该定位数据的记帐信息。
10.按照权利要求9所述的系统，其中所述定位数据包括车辆在预定时间周期的位置数据，而且该监测装置从预定时间周期的位置数据计算车辆走行距离。
11.按照权利要求11所述的系统，其中所述远程监测装置产生用于向道路用户派送有关车辆使用道路的帐目。
12.按照权利要求10所述的系统，其中所述远程监测装置发送走行距离信息给主管机关，用于编译向用户派送有关车辆使用道路的帐单。
13.按照权利要求9所述的系统，其中所述无线传输装置包括一无线电分组调制解调器。
14.按照权利要求9所述的系统，其中所述定位装置包含一全球定位系统。
15.按照权利要求9所述的系统，其中所述控制单元包括一微处理器，用于控制所述定位装置和无线传输装置以及控制将定位数据和车辆识别代码向无线传输装置的供应。
16.按照权利要求14所述的系统，其中所述远程监测装置包含在一监测站的计算机。
17.按照权利要求9所述的系统还包括中间发射系统，用于从所述无线传输装置接收定位数据和车辆识别代码，并用于转播该数据和该代码给所述远程监测装置。
18.按照权利要求9所述的系统，其中所述远程监测装置所接收的定位信息能使跟踪车辆和车辆的位置，用于紧急情况目的和车辆恢复目的。
19.一种确定车辆走行距离的方法，包括以下步骤在预定时间周期检测车辆的位置；和从车辆在预定定时周期时的位置来判断车辆的走行距离。
20.按照权利要求19所述的方法，其中所测定的车辆走行距离用于编译有关道路使用的记帐信息以派送给车的使用者。
21.用于为车辆使用道路记帐的方法包括下列步骤在车上装一控制器，该控制器具有；i)一定位装置，用于提供有关车辆位置的定位数据；ii)一控制单元，用于控制该定位数据的供应；iii)一无线传输装置，用于在控制单元控制下发送该定位数据和一车辆识别代码；使该无线传输装置发送该定位数据和该车辆识别数据到一远程监测装置；基于该定位数据来确定记帐信息，用于产生帐单以派送给车的使用者。
22.按照权利要求21所述的方法，其中所述远程监测装置产生帐单，并把该帐单派送给用户。
23.按照权利要求21所述的方法，其中所述远程监测装置提供记帐信息给主管机关，用于制备帐目以派送给用户。
24.按照权利要求23所述的方法，其中所述定位数据包括车辆在预定时间周期的位置数据，因此车辆走行距离可由位置数据算出以能编译记帐信息。
全文摘要
本文公布了确定车辆走行距离的一种系统和方法,用以为道路的使用而收费。车辆V装有控制器(15),该控制器(15)包括全球定位系统(40)、控制单元(42)和调节由全球定位系统(40)所接收的数据的无线电分组调制解调器(44),使得定位信号在预定时间周期产生,而且控制单元(42)处理该信息以计算走行距离数据,或者简单地发送处理信息至各塔(20、21、22),再依次传输至监测站(30)以确定所测量的距离,因此可对使用道路的车主征收费用。
文档编号G07B15/06GK1196131SQ96196973
公开日1998年10月14日 申请日期1996年7月19日 优先权日1995年7月24日
发明者赫克托·D·埃尔鲍姆 申请人:D＆E咨询有限公司