专利名称：收费系统、车载单元和收费方法
技术领域：
本发明涉及一种通过无线通信对高速公路那样的收费道路上的车辆进行收费的收费系统、装载在可使用该收费系统的车辆上的车载单元以及一种收费方法。
在常规的用于精确计算收费道路上的过路费的收费系统中，有一种使用路票、预付卡、现金卡或现金货币的磁卡式收费系统。
在这种磁卡式收费系统中，记录着入口处信息即指示着车辆从哪一个入口处进入的磁卡以路票的形式在入口处发给进入该入口处的车辆，驾车司机需携带着这张路票前行。在出口处，驾车司机携带着的这张记录着入口处信息的路票被读出，于是过路费被计算出来。计算的总额向司机显示，计算出的过路费以现金、预付卡等等来收取。
但是，在使用这种磁卡型收费系统时，在入口收费亭处，司机所需要做的仅仅是从自动路票发出机得到一张路票，所以在入口处附近没什么交通拥挤现象。而在出口收费亭处的工作人员却有特别多的工作要做，如接收路票/发出收据，收取过路费，工作非常紧张。因此，迄今为止一直存在着这样的问题当使用高速公路的车辆数量增加时，在出口处附近交通很拥挤。
所以，随着试图减轻这种交通拥挤的努力，一种电子收费系统(ETC)即无线卡式收费系统在几年前就应运而生了。这种ETC系统使用设置在车载单元中的IC卡并通过在装载在车辆上的车载单元与包含装在收费处的天线的路边装置之间进行无线通信来收取过路费。
换句话说，一辆装有车载单元的车辆(以下称为ETC车辆)被控制成在一个入口处通过与装在入口处的路边装置进行无线通信，以便在设置在车辆上的车载单元中的IC卡中贮存入口处信息。另一方面，在出口处，通过与装在出口处的路边装置的无线通信，入口信息从ETC车辆的车载单元和IC卡被读出。根据读出的入口信息，过路费被自动地计算出来。作为自动交纳过路费的方法，有这样一些方法在IC卡上记录预付的总额并利用这张IC卡作为预付卡；或预先在IC卡上记录指示用户存款帐户等等的契约信息，并利用这张IC卡作为信用卡等等。
值得注意的一点是，在这样的ETC系统中，在IC卡上的写入速度比无线通信的速度要慢，因此，车载单元要在与路边装置的无线通信完成之后才开始在IC卡上写入。
但是，许多收费站在沿着车辆的进入方向安装了许多的天线，例如第一天线、第二天线等等。在这种情况下，需要车载单元开始在IC卡上写入，还要在与第一天线通信之后去与第二天线通信。
如果在车载单元中装载的是一个高效率的处理器(CPU)，那么车载单元就有可能在IC卡上执行写处理的同时并行地与第二天线进行通信处理，然而这样一来车载单元的价格将变得很昂贵。
进一步说，安装在收费站的天线数量是按照操作需要来决定的，但是将来也许会改变。当控制一个车载单元的人实际上自己是一个最终用户时，改变车载单元的软件是不容易的，因此就需要一种能够灵活地进行无线通信而不管天线的数量多少的结构。
本发明的目的是提供一种不管安装在收费处的天线数量有多少都能够灵活地进行收费而不必改变车载单元功能的收费系统、车载单元和收费方法。
本发明所提供的收费系统通过车辆所装载的插装着一个IC卡的车载单元与安装在收费处的装置之间的无线通信进行收费。该系统包括一个收费处装置和一个车载单元，所述的收费处装置包括用于完成与所述车载单元的无线通信的无线通信装置、用于通过沿着车辆前进方向安装的无线通信装置向所述的车载单元发送一个表示车辆已到收费处、收费处号码或者到达的时间的通知信息直至车辆到达的通知装置；上述车载单元包括用于根据所述的通知信息在与所有的无线通信装置执行通信处理之后将从所述的无线通信装置所发送的数据写入所述的IC卡的装置。
另外，本发明还提供了一个车载单元，该车载单元能够安装在车辆上，它通过安装在收费处的无线通信装置就表示通过收费处的车辆数据与一个收费处进行无线通信。该车载单元包括接收装置，用于接收表示沿着所述车辆前进方向安装的的后续无线通信装置的有无、数量或车辆到达所需的时间的通知信息。车载单元还包括一个根据从所述接收装置所收到的所述通知信息、在对所有所述的无线通信装置执行通信处理之后、将从所述的无线通信装置所发送的数据写入加装在所述车载单元上的IC卡的装置。
另外，本发明还提供了一种收费方法，该方法通过车辆所装载的加装了IC卡的车载单元与收费处所安装的装置之间的无线通信来实现收费。它包括以下步骤通过无线通信装置从所述的收费处装置向所述的车载单元发送表示安装在后面的无线通信装置的有无或数量的通知信息；所述的车载单元根据所述的通知信息在执行了对所述收费处装置的所有的无线通信装置进行通信处理之后开始对IC卡进行写入处理。
图1是一个表示本发明的收费系统所适用的ETC系统的简略框图；图2是一个表示本发明的收费系统中车载单元与第一天线、第二天线之间的通信状况的方框图；图3是一个表示本发明的收费系统中入口处结构例的框图；图4是一个表示本发明的收费系统所适用的车载单元的结构框图；以及图5是一个表示本发明的收费系统中的车载单元中的处理过程的流程图。
下面参考附图来描述本发明的优选实施例。
如图1所示，一个ETC系统通常包括一个安装在收费处的路边装置1，一个装载在车辆上用于与路边装置1进行无线通信的车载单元3，以及一张可拆卸地安装在车载单元3上用于读/写信息的IC卡5。路边装置1和车载单元3为了使贮存在其内部缓冲存储器的信息进行交换，它们之间的无线通信速度是相当高的。反之，IC卡5的内部有一个刷新存储器，车载单元3将信息写入该刷新存储器或者从中读出。因此，信息写入IC卡5的速度要比路边装置1与车载单元3之间的通信速度尤其来得低。
如图2中所示，路边装置1包括第一天线7、第二天线7′、无线通信控制装置9和一个车道控制装置11。控制装置9控制这两个天线与车载单元3之间的通信，车道控制装置11则按照由无线通信控制装置9所输入的无线通信处理的结果进行IC卡的有效或无效的判断处理。
图3表示了一例安装在入口处的路边装置1的确定结构。在入口处的路边装置1包括按顺序设置的第一天线7、车辆长度检测器13、车辆高度检测器15、第二天线7′、车辆型式识别器17以及入口亭中的装置19。
第一天线7对进入入口处前方特定区域的车辆Y作无线通信。
车辆长度检测器13和车辆高度检测器15分别检测出车辆Y的长度和高度。根据检测结果，车辆类型例如长型、中型、小型等等就由车辆类型识别器识别出来。
车辆Y一旦通过车辆长度检测器13和车辆高度检测器15，第二天线7′就与车辆Y进行无线通信。
入口亭中的装置19借助于通过第一天线7与车辆Y进行的无线通信，判断进入入口处的车辆Y是否是一台ETC车辆。进而，象入口处号码、进入入口处时间等信息通过第一天线7发送给ETC车辆，而象车辆类型识别器17所识别的车辆Y的类型等信息则通过第二天线7′发送给车辆Y。
进而，入口亭19中的装置装有一台路票发出机，向非ETC车辆发出路票。
即，入口亭19中的装置包括通过从车辆型式识别器17输入的所识别的车型信息控制第一天线7和第二天线7′的无线通信的无线通信控制装置9；以及一个由无线通信控制装置9来控制的路票发出机。
正如图4所示，装载在车辆Y上的车载单元3包括一个天线21，通过天线21与路边装置1进行无线通信的一个无线通信控制单元23，一个与IC卡5的接口25，一个通过接口25从IC卡5读出所记录的数据以及通过接口25将通过无线通信控制单元23所收到的数据写入IC卡5的数据处理控制器27，以及一个装有许多由用户操作的按钮以显示控制内容指南等等的控制显示板29。
然后，在本实施例的ETC系统中，车载单元3执行如图5所示的处理。即，首先判断车载单元3与路边装置1的天线之间是否建立了通信链路的判断(步骤100)。当判定通信链路已经建立时，就在车载单元3与路边装置1之间进行无线通信(步骤101)。换句话说，行驶到下一个天线所需的时间(例如“5秒”)就作为定时器值从路边装置1发送到车载单元3。进而，象入口处的道路号、收费处号码、经过时的日期和时间、通路号等等的入口信息被发送出去。在对路边装置1的无线通信中，判断从路边装置1发送出来的IC卡写入开始定时器值是否为0(步骤102)。当IC卡写入的开始定时值不是0时，该值(即“5秒”)就被设置在一个定时器上(步骤103)，且等待对下一个天线的通信链路的建立(步骤104)。在IC卡写入开始定时器上所设置的时间与直到下一个通信链路建立的时间相比较(步骤105)。当在定时器上所设置的时间之内没建立通信链路时，则开始在IC卡5上写入数据(步骤106)。在上述步骤106中的“定时器上所设置的时间之内没建立通信链路的情况”有车辆Y因为交通拥挤而停在第一天线7和第二天线7′之间，或者是第二天线7′有故障，并且通信链路不能从车载单元3分离出来。因此，当仅执行步骤105时，只有从第一天线送来的信息被记录在IC卡5上，而第二天线7′来的信息未被记录下来。进一步说，由于交通拥挤等等原因车辆到达第二天线7′到晚了，在从天线7来的信息被记录在IC卡5上之后才与第二天线7′建立通信链路的情况下，然后再作通信，通信之后才完成记录处理。
在另一方面，当定时器上所设置的时间之内建立了通信链路(即，步骤104的结果是“YES”)时，流程就返回到步骤101，且车载单元3对路边装置1执行无线通信处理。然后，在步骤102中，再次判断这次的无线通信中所发送的IC卡开始定时器值是否是0，如果IC卡写入开始定时器值是0或者指示出“无下一个天线”，则就判断出没有下一个无线通信处理，于是流程进到步骤106，开始向IC卡5中写入数据。即，在定时器上所设置的时间“5秒”之前，车辆通过了天线7′，并且，从第一天线7和第二天线7′来的信息被记录在IC卡5上。进一步说，从第一天线7来的发送信息被暂时贮存在车载单元3中，并且，正如上面所述的那样，在通过第二天线7′之后，在车载单元3中所贮存的信息与从第二天线7′来的信息一起记录在IC卡5中。
因此，当处理是依步骤101→102→103→104→101→102→106的次序执行时，就意味着车辆正确地通过第一天线7和第二天线7′。
所以，车载单元3在与路边装置1的天线的每一次通信处理时收到了“IC卡写入开始定时器值”，就表示要与下一个天线进行通信处理。因此，不管安装在路边装置1这一侧的天线数量有多少，总可以指定IC卡写入处理的开始时间以便在对所有的天线进行通信处理之后执行对IC卡5的数据写入处理。
下面，以图3所示的入口处的处理为例，来描述本实施例的收费系统的具体操作。
在入口亭19中的装置的无线通信控制装置9以一个固定的周期内或其它指定的周期通过第一天线询问与车载单元3的通信。当装载在车辆Y上的车载单元3进入通信区域时，为响应从第一天线7来的询问，车载单元3从IC卡5读出如契约信息或付费信息等数据，并与车载单元所保留的车载单元信息一起作为回答信号发送给第一天线7。
当收到从车载单元3来的回答信息时，无线通信控制装置9检查车载单元信息和IC卡契约或付费有效期信息并确认其余额不是0。如果检查结果满足指定条件，则从第一天线向车载单元3发送表示存在下一个天线的“写入开始定时器值”以及入口信息，如入口处的道路号、收费处号码、通过的日期和时间、车道号等。
当收到“写入开始定时器值”和入口信息时，如果该值不是0，则车载单元3就在写入开始定时器上设置该时间值，并向第一天线发送一个接收完成通知。
当通过第一天线7收到接收完成通知时，无线通信控制装置9决定该路票发出机不发出路票。进一步说，当没有从车载单元3收到接收完成通知时，无线通信控制装置9就判定该通信不合格，并决定该路票发出机在从车型识别器17收到车型识别信息之后发出一张路票。再进一步，对通信询问从第一天线7没有收到响应且车辆已由车辆长度检测器13检测出，那么无线通信控制装置9就判定断正在通过的是一辆非ETC车辆并决定路票发出机发出一张路票。
车型识别器17由第一车辆长度检测器13检测到车辆Y的进入，并通知无线通信控制装置9，进而由另一个车辆长度检测器13测出车辆长度，由车辆高度检测器15测出车辆高度，由此识别出该车辆Y的车型，并将所识别的车型信息通知给无线通信控制装置9。
按照从第一车辆长度检测器13来的车辆检测信号，无线通信控制装置9通过第二天线7′开始向这台车辆Y进行通信询问。与第一天线7类似，在从车载单元3收到一个回答信号之后，将从车型识别器17来的所识别的车型信息以及IC卡写入开始写时器值“0”发送给该车辆的车载单元3。
当从第二天线7′收到所识别的车型信息以及IC卡写入开始定时器值时，该车载单元3发送一个接收完成通知给第二天线，并且因IC卡写入开始定时器值是“0”，故将从第一天线7收到的入口信息和所识别的车型信息写在IC卡5上。
另外，如果由与第一天线7的通信所设置的该IC卡写入开始定时器在从第二天线7′收到通信询问之前已超时，那么车载单元3开始将从第一天线7收到的入口信息写入IC卡5上。同时，如果在入口信息写入IC卡完成之前，车辆进入第二天线7′的通信区域，则车辆就通过入口处而不与第二天线7′进行无线通信处理。另一方面，如果进入第二天线7′的通信区域之前，对IC卡5的写入已经完成，则该车辆执行与第二天线7′的无线通信处理并将所识别的车型信息写在IC卡5上。
另外，从第一天线7和第二天线7′来的IC卡写入定时器值在作通信询问时就可以被发送出去。
从上面的描述可以清楚地看出，按照本发明，在IC卡上开始写的时间是由从路边装置1送至车载单元3的IC卡写入定时器值等等来指定的。因此，在第二天线之后，车载单元3作IC卡写入处理时不需要完成通信处理，即使收费处装了许多天线也没关系。因此，即使车载单元3没有装上高效率CPU也能够平稳地进行收费处的处理，且不受装在收费处的天线的数量的影响。
进一步说，在上述实施例中，“IC卡写入定时器值”从每个天线发送出去，不过也不限于此。发送“表示存在与下一个天线的通信处理的标志”或者“在开始写入IC卡之前欲执行通信处理的天线的数量”也能够获得相同的效果。进一步说，也可以事先在车载单元的存储器中记录“IC卡写入时间值”并根据这个值完成IC卡的写入。
综上所述，按照本发明，不管装在收费处一侧的天线数量有多少，在与车载单元一侧的天线进行通信处理之后，在一个较佳的时间就可以开始在IC卡上作写入处理。这样，即使在车载单元没有连接一个高效率的CPU，也可以平稳地进行收费处的处理而不受装在收费处的天线数量的影响。
权利要求
1.一种通过车辆所装载的加装了IC卡的车载单元与安装在收费处的装置之间进行无线通信来收取过路费的收费系统，其特征在于所述的收费处装置包括无线通信装置，用于完成与所述车载单元的无线通信；以及通知装置，通过所述的无线通信装置向所述的车载单元发出一个表示沿着车辆前进方向安装的无线通信装置的有无、数量或者车辆到达所需时间的通知信息，；所述的车载单元包括根据所述的通知信息，在对所有的无线通信装置执行了通信处理之后，将所述无线通信装置发出的数据写入所述IC卡的装置。
2.如权利要求1的收费系统，其中所述车载单元的写入装置包括根据所述通知信息，判断在沿着车辆前进方向安装的下一级无线通信装置的有无的装置；定时器设置装置，用于根据所述判断装置的判断结果来设置直至下一个无线通信开始前的等待时间；以及当甚至在所述定时器设置装置上所设置的等待时间已经结束之后下一个无线通信还没有开始时，将从前级的无线通信装置的通信处理所获得的数据进行写入的装置。
3.如权利要求2的收费系统，其中，所述的定时器设置装置在所述的判断装置判定不存在下一级无线通信装置时，设置等待时间为零，而在有下一级无线通信装置时，设置等待时间为比零大的一个特定时间。
4.一种可由由一台车辆装载的车载单元，该车载单元通过安装在收费处的无线通信装置就车辆通过数据完成与收费处的无线通信，其特征在于包括接收装置，用于接收表示沿着所述车辆的前进方向安装的后续无线通信装置的有无、数量或车辆到达所需时间的通知信息，以及根据所述接收装置收到的所述通知信息，在对所有的所述无线通信装置执行了通信处理之后，将从所述无线通信装置发出的数据写入加装在所述车载单元上的IC卡的装置。
5.如权利要求4所述的车载单元，进一步包括贮存表示开始在IC卡上写处理的时间信息的装置；用于在接收装置收到表示下面还有无线通信的通知信息时，根据在所述贮存装置中贮存的时间信息，对一段特定的时间进行计时的装置；以及在计时装置计满了特定时间之后，将从收费处收到的数据写入IC卡的装置。
6.如权利要求4所述的车载单元，其中所述的写入装置包括根据所述的通知信息判断后续无线通信装置的存在的装置；定时器设置装置，根据所述判断装置作出的判断设置直至开始下一个无线通信之前的等候时间；以及在甚至当所述定时器设置装置所设置的等候时间已结束时所述下一个无线通信也没有开始时，将与在前级的无线通信装置进行通信处理所获得的数据进行写入的装置。
7.如权利要求6所述的车载单元，其中，没有下一级无线通信时，所述定时器设置装置设置等候时间为0(零)，存在下一级无线通信装置时，则设置等候时间为一个大于0(零)的特定时间。
8.一种通过一台车辆所装载的加装有IC卡的车载单元与安装在收费处的装置之间进行的无线通信来收取过路费的收费方法，其特征在于包括以下步骤通过无线通信装置从所述收费处装置向所述车载单元发出通知信息，该信息表示安装在下一级的无线通信装置的有无或数量；以及根据所述的通知信息，在执行了对所述收费处装置的所有无线通信装置进行通信处理之后，所述车载单元开始对IC卡作写入处理。
9.如权利要求8所述的收费方法，其中，所述车载单元根据所述通知信息判断后续的无线通信装置的有无，根据所述的判断，设置一个在下一次无线通信开始之前的等候时间，并且在甚至在所设置的等候时间已结束之后所述下一个无线通信也没开始时将前级无线通信装置的通信处理所获得的数据进行写入。
10.如权利要求9所述的收费方法，其中，当没有后续无线通信装置时，所述下一个无线通信开始前的等候时间为零，而当有后续无线通信装置时，就设置一个大于零的特定时间。
全文摘要
本发明提供了一种收费系统,该系统通过在一个装在车辆上且加装有一个IC卡的车载单元与安装在收费处的装置之间进行无线通信的方法来收取过路费。该收费处的装置通过无线通信向车载单元发送表示了安装在下一级的无线通信装置的有无或数量,在对收费处装置的所有无线通信装置执行了通信之后,在IC卡上进行写处理。
文档编号G07B15/00GK1246690SQ9911830
公开日2000年3月8日 申请日期1999年8月26日 优先权日1998年8月28日
发明者唐泽茂 申请人:株式会社东芝