WO2003038762A2 - Automatische funktionskontrolle einer antenneneinheit einer fahrzeugseitigen bemautungseinheit eines elektronischen mautsystems - Google Patents

Automatische funktionskontrolle einer antenneneinheit einer fahrzeugseitigen bemautungseinheit eines elektronischen mautsystems Download PDF

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WO2003038762A2
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Wolfgang Konrad
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G07B15/06—Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems
    • G07B15/063—Arrangements for road pricing or congestion charging of vehicles or vehicle users, e.g. automatic toll systems using wireless information transmission between the vehicle and a fixed station
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B15/00—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points
    • G07B15/02—Arrangements or apparatus for collecting fares, tolls or entrance fees at one or more control points taking into account a variable factor such as distance or time, e.g. for passenger transport, parking systems or car rental systems

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic function control of an antenna unit of a vehicle-side Berna processing unit of an electronic toll system.
  • the invention relates to a toll system for electronic tolling with a position determination system and a vehicle-side tolling device, which has an antenna unit and a receiving unit connected to the antenna unit, the antenna unit being set up to receive position detection signals.
  • a toll system of the type mentioned above has become known from DE 4344433 A.
  • current location coordinates are recorded by a GPS receiver, and compared with the entry / exit coordinates of a motorway route stored internally in an electronic vignette and, if the coordinates are agreed, these are transmitted to a vehicle external agreement center by means of the digital mobile network , whereby the distance covered by the motorway and the associated motorway tolls are calculated from the transmitted data in the settlement center.
  • WO 95/20801 discloses a toll system for determining usage fees for traffic routes and / or traffic areas in which the position data of the vehicle are recorded by means of a position detection system and compared with the positions of virtual toll stations.
  • the position data can be transmitted to a central office external to the vehicle for calculating the toll charges, the charges can also be calculated in a toll unit of the vehicle and the determined charges can be transmitted to the central office, where it can then be debited from an account.
  • WO 99/33027 describes a method for collecting tolls, in which the current position of the vehicle is compared with the position of a virtual toll station for the calculation of tolls, a communication link between the vehicle and a vehicle passing through a physical toll station central toll control center is set up to pay the toll fees incurred. After the payment transaction is made between the toll station and the Vehicle established a communication link, via which evidence of the proper payment of the toll fee is transmitted.
  • the operability of the antenna unit is essential in order to be able to carry out correct tolling. Since the antenna unit is usually arranged on the outside of the vehicle, the antenna unit can be mechanically damaged. Covering the antenna with aluminum foil can also mean that correct tolling is no longer possible.
  • This object is achieved with a method for automatic functional control of an anterm unit of a vehicle toll unit of an electronic toll system with a position detection system, the toll unit having a reception unit connected to the anterm unit and the antenna unit being set up to receive position detection signals,
  • At least one control signal interacting with the antenna unit is generated, fed into the tolling unit and the function of the antenna unit is checked on the basis of the control signal.
  • signal is understood to mean both an analog and a cugital electrical signal, such as, for example, a binary-coded signal or an analog DC / DC voltage saving, etc.
  • control signal can be used to check whether a signal transmission connection from the antenna unit to the receiving unit is interrupted, and on the other hand, the control signal can also be used to determine electrical properties of the signal transmission connection between the antenna and receiving unit. The electrical properties of the
  • Signal transmission connection of antenna and receiver unit represent a further measure of the functionality of the antenna unit.
  • the control signal can be generated as a pilot signal, fed into the antenna unit and the presence of the control signal can be detected at the receiver.
  • Under a Pilot signal is understood here as a low-power reference signal transmitted in addition to the useful signal.
  • the control signal can also be transmitted with the position detection signal.
  • the control signal is preferably generated at predefinable time intervals.
  • control signal is generated on board the vehicle.
  • control signal can be generated by a vehicle-side functional control unit connected to the moistening unit and fed into a signal transmission connection between the antenna unit and the receiving unit, electrical properties and / or reflection properties of the functional control unit being used based on a reflected portion of the control signal Signal transmission connection can be determined.
  • values for electrical properties and / or reflection properties of the signal transmission connection can then be determined and compared with target values for these properties.
  • the reflection properties of the signal transmission connection between the antenna unit and the receiving unit and / or the electrical properties of the signal transmission connection are determined by means of time domain reflectometry.
  • a toll system of the type mentioned at the outset is particularly suitable for carrying out the method according to the invention, which is set up to generate at least one control signal which interacts with the antenna unit for automatic function control and to feed it into the toll unit and to check the function of the antenna unit on the basis of the control signal.
  • the toll system can be set up to generate the control signal as a PO signal, to feed the control signal into the antenna unit and to detect the presence of the control signal at the receiver.
  • the toll system can also be set up to transmit the control signal with the position determination signal,
  • the toll system can be set up to generate the control signal at predefinable time intervals.
  • a signal generator for generating the control signal can advantageously be provided on board the vehicle.
  • a functional control unit connected to the toll unit is provided on board the vehicle, which can be set up to generate the control signal and. to feed into a signal transmission connection between the antenna unit and the receiving unit, wherein the function control unit can also be set up to determine electrical properties and / or reflection properties of the signal transmission connection based on a reflected component of the control signal.
  • the function control unit can be set up to average the impedance and / or the return loss of the signal transmission connection between the antenna unit and the receiving unit.
  • the function control unit can be set up to determine reflection properties and / or electrical properties of the signal transmission connection between the antenna unit and the receiving unit by means of time period reflectometry.
  • the toll system can be set up to generate a corresponding notification signal when a field function of the antenna unit is detected and to display it on the vehicle.
  • FIG. 1 shows a toll system according to the invention
  • FIG. 2 shows a tolling device with an antenna unit and a function monitoring unit according to a first variant of the invention
  • Fig. 3 shows a Bernautungsvortechnische with an antenna unit
  • a toll system SYS has a position determination system.
  • POS on, e.g. B. a satellite-based positioning system, such as GPS, or another radio-based positioning system, e.g. B. based on a GSM network.
  • satellite-based positioning system such as GPS
  • radio-based positioning system e.g. B. based on a GSM network.
  • the vehicle In order to determine the position of a vehicle FAR and to carry out tolling based on its location coordinates, the vehicle has a navigation unit EIN which has an antenna unit ANE which is set up to receive position detection signals PES from the position determination system POS.
  • the antenna unit ANE and the receiving unit EMP For reasons of simpler representation, only the elements essential for the invention, namely the antenna unit ANE and the receiving unit EMP, are shown in the tolling unit EIN. It goes without saying that further elements, such as, for example, a controller for calculating the location coordinates of the vehicle FAR from the received position determination data PED etc., are present in the tolling unit EIN.
  • the term “tolling unit” is also to be understood as a functional unit that can be spatially distributed over the vehicle FAR.
  • the antenna unit ANE is connected to a receiving unit EMP of the update unit EIN via a signal transmission connection VER, for example an antenna cable.
  • a signal transmission connection VER for example an antenna cable.
  • the tolling unit ON can have a GPS module with a corresponding receiving unit.
  • the Receiving unit EMP transmits a control signal SIG from the position determination system POS as a PO signal, for example in the form of direct or alternating current, to the tolling unit EIN and is fed into the antenna unit ANE. If the position determination system POS is the GPS system, the PO signal can also be transmitted in the L-band of the GPS signal.
  • An interruption of the signal transmission connection VER between the antenna unit ANE and the receiver EMP of the toll collection unit EIN can easily be detected by detecting the presence or absence of this pool signal at the receiver EMP or the antenna unit ANE by a forcing control unit FKE, for example a correspondingly programmed signal processor the control signal SIG can be generated in predefinable time intervals.
  • a forcing control unit FKE for example a correspondingly programmed signal processor the control signal SIG can be generated in predefinable time intervals.
  • control signal SIG is generated by a vehicle-side signal generator GEN or a road-side control unit ENF (FIG. 1), wherein a transmitter SEN can be provided which transmits the signal SIG to the antenna unit ANE.
  • the signal SIG can then be transmitted from the antenna unit ANE to the receiving unit EMP via the signal transmission connection VER.
  • the function control unit FKE can detect the presence of the signal SIG; if the signal SIG is absent, the function control unit FKE can generate an advisory signal.
  • This notification signal can be sent to an output unit, e.g. B. a light-emitting diode array, are transmitted, which, upon presentation of an indication signal, represents an optical pattern provided for this FaU on the vehicle FAR.
  • a further variant of the invention according to FIG. 3 provides that the control signal SIG is fed into the signal transmission connection VER by the party control unit FKE, the electrical properties of the signal transmission connection being determined. Electrical properties are understood to mean quantities such as impedance, etc.
  • the function control unit FKE can have its own signal generator. Of course, it is also possible that the signal generator is spatially separated from the Fur_tionskontroUaji FKE.
  • the term function control unit FKE means a unit consisting of a process control for carrying out the method according to the invention and a signal generator.
  • the function control unit FKE can also be implemented in an integrated form as a chip.
  • control signal SIG is generated, for example, in the form of a continuous wave sinusoidal voltage and if the impedance Zt, the antenna unit ANE deviates from the impedance Zo of the signal transmission connection VER, then the amount of the control signal SIG fluctuates periodically between a maximum and a minimum value. This fluctuation, the standing white, is caused by the phase connection between the injected and reflected white.
  • the ratio between the maximum and minimum values of this voltage is the voltage-standing ratio ⁇ and is related to the reflection coefficient r using the following equation:
  • the return loss ⁇ which is the logarithmic measure of the reflection coefficient r, can be determined using the following formula:
  • the signal transmission connection VER between the antenna unit ANE and the receiver unit EMP can be classified as faulty and a field function of the antenna unit ANE can be diagnosed become.
  • Time domain reflectometry has proven to be particularly suitable for the function control of the antenna unit ANE.
  • the function account unit FKE can feed the control signal SIG into the signal transmission connection VER to be checked, for example in the form of a positive voltage rise.
  • the control signal SIG travels along the transmission line.
  • the impedance of the antenna unit ANE corresponds to the characteristic impedance of the transmission line, no signal is reflected at the transition between the signal transmission connection VER and the antenna unit ANE. However, if there is a mismatch on the antenna unit, part of the input voltage is reflected.
  • the reflected control REF of the control signal SIG can be easily identified by the function control unit FKE, since it is separated in time from the control signal SIG. This time difference can be used to determine the length D of the transmission link between the functional account unit FKE and the discontinuity. This length D is calculated as:
  • v p is the speed of propagation of the control signal SIG and T is the transit time from the functional account unit FKE to the fault control and back.
  • the speed of propagation v p can be determined experimentally with a cable of known length of the same type. Knowing the propagation velocity v p as well as the measured time difference between feeding the control signal SIG and detection of the reflected REF signal, the disturbance control can be clearly localized.
  • the nature and the size of the mismatch can be determined based on the shape of the reflected part REF - the reflected WeUe. Knowing the control signal SIG and the reflected signal REF, as measured with the functional account unit FKE, allows, as is known, the determination of the load impedance ZL as a function of the impedance Zo of the signal transmission connection VER or vice versa - see, for example: “Dieter Da lmeyer; Theory of time domain reflectometry TeÜ 1, 2; electronics industry 2- 2001; 3-2001 ".

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Abstract

Ein Verfahren zur automatischen Funktionskontrolle einer Antenneneinheit (ANE) einer fahrzeugseitigen Bemautungseinheit (EIN) eines elektronischen Mautsystems (SYS) mit einem Positionsermittlungssystem (POS), wobei die Bemautungseinheit (EIN) eine mit der Antenneneinheit (ANE) verbundene Empfangseinheit (EMP) aufweist und die Antenneneinheit (ANE) dazu eingerichtet ist, Positionsermittlungssignale (PES) zu empfangen, wobei zumindest ein mit der Antenneneinheit (ANE) zusammenwirkendes Kontrollsignal (SIG) erzeugt, in die Bemautungseinheit (EIN) eingespeist und anhand des Kontrollsignals (SIG) die Funktion der Antenneneinheit (ANE) überprüft wird.

Description

AUTOMATISCHE FUNKTTONSKONTROLLE EINER ANTE NE^ΠEINHEIT EINER FAHRZEUGSEΠIGEN BEMAUTONGSEJ HEIT EINES ELEKTRONISCHEN MAUTSYSTEMS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Funktionskontrolle einer Antenneneinheit einer fahrzeugseitigen Berna tungseinheit eines elektronischen Mautsystems.
Weiters betrifft die Erfindung ein Mautsystem zur elektronischen Bemautung mit einem Positionserrmttlungssystem und einer fahrzeugseitigen Bemautungsenvheit, welche eine Antenneneinheit und eine mit der Antenneneinheit verbundene Empfangseinheit aufweist, wobei die Antenneneinheit dazu eingerichtet ist, Positionsermittlungssignale zu empfangen.
Ein Mautsystem der oben genannten Art ist aus der DE 4344433 A bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren werden aktuelle Orts-Koordinaten von einem GPS-Empfänger erfasst, und mit den in einer elektronischen Vignette intern gespeicherten Einfahrt/ Ausfahrt- Koordinaten einer Autobahnstrecke verglichen und bei Übereinstirrtmung der Koordinaten diese mittels des digitalen mobilen Netzwerkes an ein Fahrzeug externes Abredαnungszentrum übertragen, wobei im Abrecluiungszentrum aus den übertragenen Daten die zurückgelegten Autobahnkilorneter sowie die damit verbundenen Autobahngebühren berechnet werden.
Die WO 95/20801 offenbart Mautsystem zur Ermittlung von Nutzungsgebühren für Verkehrswege und/ oder Verkehrsflächen bei welchem die Positionsdaten des Fahrzeuges mittels eines PositionsermitÜungssystems erfasst werden und mit den Positionen von virtuellen Mautstellen verglichen werden. Die Positionsdaten können zur Berechnung der Mautgebühren an ein fahrzeugexternes Zentralstelle übermittelt werden, wobei auch eine Berechnung der Gebühren in einer Bemautungseinheit des Fahrzeuges erfolgen kann und die ermittelten Gebühren an die Zentralstelle übermittelt werden, wo sei dann von einem Konto abgebucht werden können.
Die WO 99/33027 beschreibt ein Verfahren zur Einhebung von Mautgebühren, bei welchem die aktuelle Position des Fahrzeuges zur Berechnung von Mautgebühren mit der Position einer virtuellen Mautstelle verglichen wird, wobei bei Durchfahrt eines Fahrzeuges durch eine physischen Mautstation, eine Korrtmunikationsverbindung zwischen dem Fahrzeug und einer zentralen Mautleitstelle aufgebaut wird um die angefallenen Mautgebühren zu begleichen. Nach erfolgter Bezahlungstransaktion wird zwischen der Mautstation und dem Fahrzeug eine Kornmunikationsverbindung aufgebaut, über die ein Nachweis der ordnungsgemäßen Bezahlung der Mautgebühr übermittelt wird.
In elektronischen Mautsystemen, welche ein Positionsermittlungssystern aufweisen - z. B. ein satellitengestütztes Positionsermittlungssystem, wie GPS, bei welchem über eine Antenneneirtheit einer fahrzeugseitigen Bernautungseinheit Positionsdaten an einen Empfänger der Bemaulungseinheit übermittelt werden, ist die Funktionsfähigkeit der Antenneneinheit unerlässlich, um eine korrekte Bemautung durchführen zu können. Da die Antertneneiinheit üblicherweise außen am Fahrzeug angeordnet ist, kann es zu mechanischen Beschädigungen der Antenneneinheit kommen. Auch ein Abdecken der Antenne mit Aluminiurnf olie kann dazu führen, dass eine korrekte Bemautung nicht mehr möglich ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Weg zu schaffen, der es ermöglicht, auf einfach und kostengünstige Weise die Funktionsfähigkeit der Antenneneinheit einer fahrzeugseitigen Bernautungsvorrichtung zu überprüfen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur automatischen Funktionskontrolle einer Antermeneinheit einer fahrzeugseitigen Bemautungseinheit eines elektronischen Mautsystems mit einem Positionserrnittlungssystem gelöst, wobei die Bemautungseinheit eine mit der Antermeneinheit verbundene Empfangseinheit aufweist und die Antenneneinheit dazu eingerichtet ist, Positionserrnittlungssignale zu empfangen,
wobei zumindest ein mit der Antenneneinheit zusammenwirkendes Kontrollsignal erzeugt, in die Bemautungseinheit eingespeist und anhand des Kontrollsignals die Funktion der Antenneneinheit überprüft wird.
Unter Signal wird in diesem Dokument sowohl ein analoges als auch ein cugitales elektrisches Signal, wie beispielsweise ein binärcodiertes Signal oder eine analoge Gleich/Wec-hselsparvnung, etc, verstanden. Anhand des Kontrollsignals kann zum einen überprüft werden, ob eine Signalübertragungsverbindung von der Antenneneinheit zu der Empfangseinheit unterbrochen ist, zu anderen können anhand des Kontrollsignals auch elektrische Eigenschaften der Signalübertragungsverbindung zwischen Antennen- und Empfangseinheit ermittelt werden. Die elektrischen Eigenschaften der
Signalübertragungsverbindung von Antennen- und Empfangseinheit stellen hierbei ein weiteres Maß für die Funktionsfähigkeit der Antenneneinheit dar.
Das Kontrollsignal kann als Pilotsignal erzeugt, in die Antenneneinheit eingespeist und das Vorhandensein des Kontrollsignals an dem Empfänger detektiert werden. Unter einem Pilotsignal wird hierbei ein zusätzlich zum Nutzsignal übertragenes leistungsschwaches Referenzsignal verstanden. Durch die Einspeisung eines Pilotsignals in die Antenneneinheit lässt sich eine Unterbrechung der Signalübertragungsverbindung zwischen der Antenneneinheit und der Empfangseinheit auf einfache und kostengünstige Weise detektieren. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann das Kontrollsignal mit dem Positionsermittlungssignal mitübertragen werden.
Bevorzugterweise wird das Kontrollsignal in vorgebbaren Zeitintervallen erzeugt.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird das Kontrollsignal an Bord des Fahrzeuges erzeugt.
Gemäß der soeben erwähnten Variante der Erfindung kann das Kontrollsignal von einer mit der Bemauümgseinheit verbundenen, fahrzeugseitigen Funktionskon roUeinheit erzeugt sowie in eine Signalübertragungsverbindung zwischen Antenneneinheit und der Empfangseinheit eingespeist wird, wobei anhand eines reflektierten Anteils des Kontrollsignals von der FunktionskontroUeinheit elektrische Eigenschaften und/ oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung ermittelt werden.
Anhand des KontroUsignals können sodann Werte für elektrische Eigenschaften und /oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung ermittelt und mit Sollwerten für diese Eigenschaften verglichen werden.
Weitere Vorteile lassen sich dadurch schaffen, dass die Impedanz und/ oder die Rückflussdämpfung der Signalübertragungsverbindung zwischen der Antenneneinheit und der Empfangseinheit ermittelt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung zwischen der Antenneeinheit und der Empfangseinheit und/ oder die elektrischen Eigenschaften der Signalübertragungsverbindung mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelt.
Bei einer erkannten Fehlfunktion der Antenneneinheit kann ein entsprechendes Hinweissignal erzeugt und an dem Fahrzeug dargestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass anhand des Hinweissignals eine Fehlfunktion der Antenne bei Passieren einer straßenseitigen Kontrollstelle erkannt wird, und entsprechende Maßnahmen zur Behebung dieses Mangels eingeleitet werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich insbesondere ein Mautsystem der eingangs genannten Art, welches dazu eingerichtet ist, zur automatischen Funktionskontrolle der Antenneneinheit zumindest ein mit der Antenneneinheit zusammenwirkendes Kontrollsignal zu erzeugen sowie in die Bemautirngseinheit einzuspeisen und anhand des KontroUsignals die Funktion der Antenneneinheit zu überprüfen.
In einer vorteilhaften Ausführungsforrn der Erfindung kann das Mautsystem dazu eingerichtet sein, das KontroUsignal als PÜotsignal zu erzeugen, das KontroUsignal in die Antenneneinheit einzuspeisen und das Vorhandensein des KontroUsignals an dem Empfänger zu detektieren. Günstigerweise kann das Mautsystem weiters dazu eingerichtet sein, das KontroUsignal mit dem Positionserrmttlungssignal mitzuübertragen,
Weiters kann das Mautsystem dazu eingerichtet sein, das KontroUsignal in vorgebbaren ZeitintervaUen zu erzeugen.
Günstigerweise kann an Bord des Fahrzeugs ein Signalgenerator zur Erzeugung des KontroUsignals vorgesehen sein.
Weitere Vorteüe lassen sich dadurch erzielen, dass an Bord des Fahrzeuges eine mit der Bemautungseinheit verbundene FunktionskontroUeinheit vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet sein kann, das KontroUsignal zu erzeugen und. in eine Signalübertragungsverbindung zwischen Antenneneinheit und der Empfangseinheit einzuspeisen, wobei die FunktionskontroUeinheit weiters dazu eingerichtet sein kann, anhand eines reflektierten Anteüs des KontroUsignals elektrische Eigenschaften und/ oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung zu ermitteln.
Darüber hinaus kann die FunktionskontroUeinheit dazu eingerichtet sein, die Impedanz und/ oder, die Rückflussdämpfung der Signalübertragungsverbindung zwischen der Antenneneinheit und der E- pfangseinheit zu eirnitteln.
Die FunktionskontroUeinheit kann dazu eingerichtet sein, Reflexionseigenschaften und/ oder elektrische Eigenschaften der Signalübertragungsverbindung zwischen der Antenneeinheit und der Empfangseinheit mittels Zeitbereidisreflektometrie zu ermitteln.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung kann das Mautsystem dazu eingerichtet sein, bei einer erkannten Fel_-unktion der Antenneneinheit ein entsprechendes Hinweissignal zu erzeugen und an dem Fahrzeug darzusteUen. Die Erfindung samt weiteren VorteÜen wird im folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargesteUt sind. In dieser zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Mautsystem;
Fig. 2 eine Bemautungsvorrichtung mit einer Antenneneinheit und einer Funktionsüberwachungseinheit gemäß einer ersten Variante der Erfindung
Fig. 3 eine Bernautungsvorrichtung mit einer Antenneneinheit und einer
Funktionsüberwachungseinheit gemäß einer zweiten Variante der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes Mautsystem SYS ein Positionsermittlungssystem. POS auf, z. B. ein satellitenbasiertes Positionserrnittlungssystem, wie GPS, oder ein anderes auf Funkübertragung basierendes Positionsermittlungssystem, z. B. auf einem GSM-Netz basierend.
Um die Position eines Fahrzeuges FAR zu ermitteln und anhand seiner Ortskoordinaten eine Bemautung vorzunehmen, weist das Fahrzeug eine Bernautungseinheit EIN auf, welche eine Antenneneinheit ANE aufweist, die dazu eingerichtet ist, von dem Positionsermittlungssysteni POS Positionsermittlungssignale PES empfangen kann. Aus Gründen der einfacheren DarsteUung sind in der Bemautungseinheit EIN nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente nämlich die Antenneneinheit ANE und die Empfangseinheit EMP dargesteUt. Es versteht sich von selbst, dass noch weitere Elemente, wie beispielsweise eine Steuerung zur Berechnung von Ortskoordinaten des Fahrzeuges FAR aus den empfangenen Positionsermittlungsdaten PED etc. in der Bemautungseinheit EIN vorhanden sind. Auch ist unter dem Begriff „Bemautungseinheit'' in diesem Dokument eine funktionale Einheit zu verstehen, die räumlich über das Fahrzeug FAR verteÜt sein kann.
Die Antenneneinheit ANE ist mit einer Empfangseinheit EMP der Bernautungseinheit EIN über eine Signalübertragungsverbindung VER, beispielsweise ein Antennenkabel, verbunden. Für den FaU, dass das Positionsermittlungssystem POS das GPS-System ist kann die Bemautungseinheit EIN ein GPS-Modul mit einer entsprechenden Empfangseinheit aufweisen.
Gemäß Fig. 2 kann zur Überprüfung der Funktion der Antenneneinheit ANE bzw. der Signalübertragungsverbindung VER zwischen der Antenneneinheit ANE und der Empfangseinheit EMP ein KontroUsignal SIG von dem Positionsermittlungssystem POS als PÜotsignal, beispielsweise in Form von Gleich- oder Wechselstrom, an die Bemautungseinheit EIN übertragen und in die Antenneneinheit ANE eingespeist werden. Handelt es sich bei dem Positionsermittlungssystem POS um das GPS-System, so kann das PÜotsignal auch im L-Band des GPS-Signals übertragen werden. Durch Detektion des Vorhandenseins bzw. Fehlens dieses Püotsignals an dem Empfänger EMP oder der Antenneneinheit ANE durch eine FurtktionskontroUeinheit FKE, beispielsweise einen entsprechend programmierten Signalprozessor, kann eine Unterbrechung der Signalübertragungsverbindung VER zwischen der Antenneneinheit ANE und dem Empfänger EMP der Bemautungseinheit EIN leicht erkannt werden, wobei das KontroUsignal SIG in vorgebbaren ZeitintervaUen erzeugt werden kann.
Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, dass das KontroUsignal SIG von einem fahrzeugseitigen Signalgenerator GEN oder einer straßenseitigen KontroUsteUe ENF (Fig. 1) generiert wird, wobei ein Sender SEN vorgesehen sein kann, der das Signal SIG an die Antenneneinheit ANE überträgt. Hierauf kann das Signal SIG über die Signalübertragungsverbindung VER von der Antenneeinheit ANE an die Empfangseihheit EMP übertragen werden. An dem der Empfangseinheit EMP zugeordneten Ende der Signalübertragungsverbindung VER kann die FunktionskontroUeinheit FKE das Vorhandensein des Signals SIG detektieren, bei Fehlen des Signals SIG kann von der FunktionskontroUeinheit FKE ein Hinweissignal generiert werden. Dieses Hinweissignal kann an eine Ausgabeeinheit, z. B. ein Leuchtdioden Array, übermittelt werden, welche bei VorUegen eines Hinweissignals ein für diesen FaU vorgesehenes optisches Muster auf dem Fahrzeug FAR darsteUt.
Eine weitere Variante der Erfindung gemäß Fig. 3 sieht vor, dass das KontroUsignal SIG in die Signalübertragungsverbindung VER von der FurtktionskontroUeirtheit FKE eingespeist wird, wobei die elektrischen Eigenschaften der Signalübertragungsverbindung ermittelt werden. Unter elektrischen Eigenschaften werden hierbei Größen wie die Impedanz etc. verstanden. Bei der soeben erwähnten Ausführungsform kann die FunktionskontroUeinheit FKE einen eigenen Signalgenerator aufweisen. NatürUch ist es auch mögUch, dass der Signalgenerator von der Fur_tionskontroUeinheit FKE räumlich getrennt ist. Im folgenden wird unter der Bezeichnung FunktionskontroUeinheit FKE eine Einheit aus einer Prozesssteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einem Signalgenerator verstanden. Die FunktionskontroUeinheit FKE kann auch in integrierter Form als Chip ausgeführt sein. Wenn die Last am antennenseitigen Ende der Signalübertragungsverbindung VER von der Impedanz der Signalübertragungsverbindung VER abweicht kann es zu Reflektionen des eingespeisten KontroUsignals SIG kommen. Die QuaUtät dieses Übertragungssystems lässt sich durch das Verhältnis des reflektierten Anteüs REF des KontroUsignals SIG zu dem von der FunktionskontroUeinheit FKE ausgehenden KontroUsignals SIG beschreiben. Dieses Verhältnis wird Spannungsreflexionskoeffizient r genannt und hängt mit der Impedanz der Übertragungsleitung über die Gleichung:
SLTG = ZL - Z0 REF ZL ~ Z0
zusammen.
Wird das KontroUsignal SIG beispielsweise in Form einer Dauerstrich-Sinusspannung erzeugt und weicht die Impedanz Zt, der Antenneneinheit ANE von Impedanz Zo der Signalübertragungsverbindung VER ab, so schwankt der Betrag des KontroUsignals SIG periodisch zwischen einem Maximal- und einem Mmimalwert. Diese Schwankung, die StehweUe, wird von dem Phasenzusammenhang zwischen eingespeister und reflektierter WeUe verursacht. Das Verhältnis zwischen den Maximal- und Miniinalwerten dieser Spannung ist das Spannungs-StehweUenverhältnis σ und hängt mit dem Reflexionskoeffizienten r über folgende Gleichung zusammen:
Figure imgf000009_0001
Darüber hinaus kann die Rückflussdärnpfung α, welche das logarithmische Maß des Reflexionskoeffizienten r ist nach folgender Formel bestimmt werden:
α=-201og(r)
Bei einer vorgebbaren Abweichung des ermittelten StehweUenverhältnisses σ für die Signalübertragungsverbindung VER oder des Reflektionskoeffizienten r, bzw. der Rückflussdämpfung α der Signalübertragungsverbindung VER von vorgebbaren SoUwerten kann die Signalübertragungsverbindung VER zwischen der Antenneneinheit ANE und der Empfängereinheit EMP als fehlerhaft klassifiziert und eine Felilfunktion der Antenneneinheit ANE diagnostiziert werden. Als besonders geeignet zur FunktionskontroUe der Antenneneinheit ANE hat sich die Zeitbereichsreflektometrie erwiesen. Hierbei kann von der FunktionskonttoUeinheit FKE das KontroUsignal SIG beispielsweise in Form eines positiven Spannungsanstieges in die zu überprüfende Signalübertragungsverbindung VER eingespeist werden. Das KontroUsignal SIG wandert die Übertragungsleitung entlang. Wenn die Impedanz der Antenneneinheit ANE der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung entspricht, wird an dem Übergang zwischen der Signalübertragungsverbindung VER zu der Antenneneinheit ANE kein Signal reflektiert. Wenn an der Antenneneinheit jedoch eine Fehlanpassung existiert, wird ein Teü der Eingangsspannung reflektiert. Der reflektierte Anteü REF des KontroUsignals SIG kann von der FunktionskontroUeinheit FKE leicht identifiziert werden, da er zeitlich von dem KontroUsignal SIG getrennt ist. Dieser Zeitunterschied kann zur Bestirnrnung der Länge D der Übertragungsstrecke zwischen der FunktionskonttoUeinheit FKE und der Unstetigkeit verwendet werden. Diese Länge D berechnet sich zu:
D n = v0 — T - - VRP—T , p 2 2
wobei vp die Ausbreitungsgeschwindigkeit des KontroUsignals SIG und T die Laufzeit von der FunktionskonttoUeinheit FKE zur StörsteUe und zurück bedeuten. Die Ausbreit_ιgsgeschwindigkeit vp kann experimenteU mit einem Kabel bekannter Länge desselben Typs bestimmt werden. Aus der Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit vp sowie der gemessenen Zeitdifferenz zwischen Einspeisung des KontroUsignals SIG und Detektion des reflektierten REF Anteüs kann die StörsteUe eindeutig lokaUsiert werden.
Anhand der Form des reflektierten Anteüs REF - der reflektierten WeUe - kann die Natur und die Größe der Fehlanpassung festgesteüt werden. Die Kenntnis des KontroUsignals SIG und des reflektierten Anteüs REF, wie mit der FunktionskonttoUeinheit FKE gemessen, gestattet bekannterweise die Bestimmung der Lastimpedanz ZL als Funktion der Impedanz Zo der Signalübertragungsverbindung VER oder umgekehrt - siehe hierzu beispielsweise: „Dieter Da lmeyer; Theorie der Zeitbereichsreflektometrie TeÜ 1, 2; elektronik industrie 2- 2001; 3-2001".
Es ist ein Verdienst der Erfindung, dass eine Manipulation der Antermeneinheit ANE unmittelbar erkannt werden kann, da sich dadurch die Impedanz der Antenneneinheit ANE und somit auch der reflektierte AnteÜ REF des KontroUsignals SIG ändern kann. Durch geeignete Wahl von Grenzwerten oder Vergleich mit systemtypischen Referenzwerten kann die fehlerverursachende Veränderung festgesteüt werden. Ein weiterer Vorteü der Erfindung ist es, dass mit geringem Aufwand eine Fehlfunktion der Antenneneinheit ANE erkannt werden kann, wobei bei Erkennen einer
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ein Hinweissignal erzeugt werden kann, welches bei Passieren einer fahrzeugexternen KontroUsteUe, von dieser erkannt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur automatischen FunktionskontroUe einer Antenneneinheit (ANE) einer fahrzeugseitigen Bernautungseinheit (EIN) eines elektronischen Mautsystems (SYS) mit einem Positionsermittlungssystem (POS), wobei die Bemautungseinheit (EIN) eine mit der Antenneneinheit (ANE) verbundene Empfangseinheit (EMP) aufweist und die Antenneneinheit (ANE) dazu eingerichtet ist, Positionsermittlungssignale (PES) zu empfangen,
wobei zumindest ein mit der Antenneneinheit (ANE) zusammenwirkendes KontroUsignal (SIG) erzeugt, in die Bemautungseinheit (EIN) eingespeist und anhand des KontroUsignals (SIG) die Funktion der Antenneneinheit (ANE) überprüft wird.
2. Verfahren nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das KontroUsignal (SIG) als PÜotsignal erzeugt, in die Antenneneinheit (ANE) eingespeist und das Vorhandensein des KontroUsignals (SIG) an der Empfangseinheit (EMP) detektiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das KontroUsignal (SIG) mit dem Positionsermittlungssignal (PES) rnitübertragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das KontroUsignal (SIG) in vorgebbaren ZeitintervaUen erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das KontroUsignal (SIG) an Bord des Fahrzeuges (FAR) erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das KontroUsignal (SIG) von einer mit der Bernautungseinheit (EIN) verbundenen, fahrzeugseitigen FunktionskonttoUeinheit (FKE) erzeugt sowie in eine Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen Antenneneinheit (ANE) und der Empfangseirtheit (EMP) eingespeist wird, wobei anhand eines reflektierten Anteüs (REF) des KontroUsignals (SIG) von der FunktionskontroUeinheit (FKV) elektrische Eigenschaften und/ oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) ermittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des KontroUsignals (SIG) Werte für elektrische Eigenschaften und /oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) ermittelt und mit SoUwerten für diese Eigenschaften vergUchen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz der Signalübertragungsverbindung (VER) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückflussdämpfung der Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen der Antenneneinheit (ANE) und der Empfangseinheit (EMP) ermittelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseigenschaften und/ oder elektrische Eigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen der Antenneeinheit (ANE) und der Empfangseinheit (EMP) mittels Zeitbereichsreflektometrie ermittelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erkannten Fehlfunktion der Antenneneinheit (ANE) ein entsprechendes Hinweissignal erzeugt und an dem Fahrzeug (FAR) dargesteUt wird.
12. Mautsystem (SYS) zur elektronischen Bemautung mit einem Positionsermittlungssystem. (POS) und einer fahrzeugseitigen Bemautungseinheit (EIN), welche eine Anter eneinheit (ANE) und eine mit der Antenneneinheit (ANE) verbundene Empfangseinheit (EMP) aufweist, wobei die Antenneneinheit (ANE) dazu eingerichtet ist, Positionsermittlungssignale (PES) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, zur automatischen FunktionskontroUe der Antenneneinheit (ANE) zumindest ein mit der Antenneneinheit zusammenwirkendes KontroUsignal (SIG) zu erzeugen sowie in die Bemautungseinheit (EIN) einzuspeisen und anhand des KontroUsignals (SIG) die Funktion der Antenneneinheit (ANE) zu überprüfen.
13. Mautsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, das KontroUsignal (SIG) als PÜotsignal zu erzeugen, das KontroUsignal (SIG) in die Antenneneinheit (ANE) einzuspeisen und das Vorhandensein des KontroUsignals (SIG) an dem Empfänger (EMP) zu detektieren.
14. Mautsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, das KontroUsignal (SIG) mit dem Positionsermittlungssignal (PES) mitzuübertragen.
15. Mautsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, das KontroUsignal (SIG) in vorgebbaren ZeitintervaUen zu erzeugen.
16. Mautsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord des Fahrzeugs (FAR) ein Signalgenerator (GEN) zur Erzeugung des KontroUsignals (SIG) vorgesehen ist.
17. Mautsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord des Fahrzeuges (FAR) eine mit der Bernautungseinheit (EIN) verbundene FunktionskontroUeinheit (FKE) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, das KontroUsignal (SIG) zu erzeugen und in eine Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen Antenneneinheit (ANE) und der Empfangseinheit (EMP) einzuspeisen, wobei die FunktionskontroUeinheit (FKE) weiters dazu eingerichtet ist, anhand eines reflektierten Anteüs (REF) des KontroUsignals (SIG) elektrische Eigenschaften und/ oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) zu errnitteln.
18. Mautsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die FunktionskontroUeinheit (FKE) dazu eingerichtet ist, anhand des KontroUsignals (SIG) Werte für elektrische Eigenschaften und /oder Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) zu ermitteln und mit SoUwerten für diese Eigenschaften zu vergleichen.
19. Mautsystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die FunktionskontioUeinheit (FKE) dazu eingerichtet ist, die Impedanz der Sign dübertragungsverbindung (VER) zu ermitteln.
20. Mautsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die FunktionskontroUeinheit (FKV) dazu eingerichtet ist, die Rückflussdämpfung der Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen der Antenneneinheit (ANE) und der Empfangseinheit (EMP) zu ermitteln.
21. Mautsystem nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die FunktionskontroUeinheit (FKE) dazu eingerichtet ist, Reflexionseigenschaften der Signalübertragungsverbindung (VER) zwischen der Antenneeinheit (ANE) und der Empfangseinheit (EMP) und/ oder die elektrischen Eigenschaften der Antenneneinheit (ANE) mittels Zeitbereichsreflektometrie zu ermitteln.
22. Mautsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, bei einer erkannten Fehlfunktion der Antenneneinheit (ANE) ein entsprechendes Hinweissignal zu erzeugen und an dem Fahrzeug (FAR) darzusteUen.
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