一种灵敏度校准系统及其校准方法、车载单元的通信方法

摘要

本发明涉及智能交通应用领域，尤其是一种灵敏度校准系统及其校准方法、车载单元的通信方法。这种灵敏度校准系统，包括校准模块，用于输出校准指令；设于车辆挡风玻璃外侧的标准信号源，用于输出信号强度值恒定的标准信号；设于车辆挡风玻璃内侧的车载单元，用于在收到校准模块发出的校准指令后，与所述标准信号源连接，根据所述标准信号强度值与实际信号强度值之差值，设置与所述差值对应的、满足所述车载单元进入通信状态要求的门槛值。本发明还提供这种灵敏度校准系统的校准方法，以及校准后的车载单元通信方法。本发明通过校准车载单元可适用不同挡风玻璃的安装，能根据挡风玻璃对信号的衰减程度作出调整，解决因信号衰减而通信不畅的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通应用领域，尤其是一种可用于车载单元灵敏度校准的 系统及其校准方法，以及校准后的车载单元的通信方法。

背景技术

随着汽车业的发展，带有隔热层设计的汽车挡风玻璃在车辆上越来越流行。 这种玻璃在材料中添加了金属离子成分，对可见光透明，但能够吸收其它辐射 光谱如红外线及紫外线的能量。

加装了这种挡风玻璃的汽车在通过ETC车道时，车载单元会出现通信困难。 由于微波通过这种金属隔热层或贴膜的玻璃时会被大幅衰减，附加的金属成分 会吸收微波能量。在我国，现有的车载单元生产标准中，一般规定其唤醒灵敏 度≤-40dBm、收发灵敏度≤-50dBm。而根据公开报道和实地测量，金属隔热层 或贴膜的挡风玻璃信号衰减高达20-40dB，这就意味着微波信中99％的能量将被 前挡风玻璃吸收掉，从而造成车辆无法正常通过ETC车道问题。带有隔热层挡 风玻璃的车辆造成ETC通行不畅以至无法安装车载单元是困扰多年的问题。

但是，由于车辆不同其挡风玻璃的性质也有所不同，对信号的衰减程度也 不同，不能普遍适应不同的车辆需求。另一方面，我国还没有一套成熟的车载 单元灵敏度校准系统及方法、车载单元的相关参数而不能针对安装车辆的具体 性能要求做相应调整，导致唤醒或收发模块的灵敏度也不能根据挡风玻璃对信 号的衰减程度自动适应。行业内车载单元的生产仍处于“一刀切”的状态。

近年来，随着经济的发展，我国拥有高档车的客户群迅猛增加，加上我国 ETC收费项目不断普及，无法安装车载单元或安装后通行成功率低的问题显得 尤为突出。针对各种挡风玻璃对信号的衰减程度的不一致性，开发一种可根据 不同挡风玻璃的特质，对灵敏度进行调整校准的车载单元迫在眉睫。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种车载单元灵敏度校准系统、车载单元的 通信方法，能根据安装车辆的挡风玻璃性质对车载单元的通信灵敏度进行调整， 满足不同车辆顺利通过ETC的要求。

这种灵敏度校准系统，其特征在于，包括：

校准模块，用于输出校准指令；

设于车辆挡风玻璃外侧的标准信号源，用于输出信号强度值恒定的标准信 号；

设于车辆挡风玻璃内侧的车载单元，用于在收到校准模块发出的校准指令 后，与所述标准信号源连接，根据所述标准信号强度值与实际信号强度值之差 值，设置与所述差值对应的、满足所述车载单元进入通信状态要求的门槛值。

本发明还提供这种灵敏度校准系统的校准方法，其校准步骤包括：

步骤a：所述校准模块向所述车载单元的主控模块发送校准指令，使所述车 载单元进入自动校准模式；

步骤b：所述车载单元接收所述标准信号源发出的标准信号；

步骤c：所述主控模块根据所述标准信号强度值与实际信号强度值之差值， 设置与所述差值对应的、满足所述车载单元进入通信状态要求的门槛值；

步骤d：完成校准，所述车载单元退出自动校准模式。

本发明还提供经过上述灵敏度校准系统校准后的车载单元的通信方法，通 信步骤包括：

步骤A：所述车载单元接收到唤醒信号，由休眠状态进入预备状态；

步骤B：所述车载单元判断接收的唤醒信号强度值是否达到预设的用于启 动所述车载单元从预备状态进入通信状态的门槛值；

步骤C：当所述唤醒信号强度值达到所述门槛值，所述车载单元从预备状态 进入通信状态进行信息交互；否则，所述车载单元从预备状态回到休眠状态

本发明的有益效果是：

一、设立一种对车载单元灵敏度的校准系统，通过判断安装车辆挡风玻璃 对标准信号源的衰减程度，找出车载单元最佳通信状态下相应的门槛值，解决 了现有车载单元不能针对安装车辆特性作出灵敏度相应调整的问题。

二、在车载单元灵敏度校准后的通信过程，车载单元在交易过程中有效避 免因旁道或跟车干扰信号造成的误交易，避免由于信号强度不强而导致交易失 败，进一步提高电子标签的交易成功率。

三、本发明的车载单元提高了灵敏度范围，有效提高因挡风玻璃造成信号 衰减严重的车辆其应用能力，且该产品具有灵活性和通用性，适用范围广泛。

附图说明

图1a为本发明实施例1的灵敏度校准系统示意图。

图1b为本发明实施例1的车载单元的结构原理图。

图1c为本发明实施例1的车载单元唤醒模块结构原理图。

图1d为本发明实施例1的灵敏度校准系统的校准流程图。

图1e为本发明实施例1的通信示意图。

图1f为本发明实施例1的车载单元通信方法流程图。

图2a为本发明实施例2的灵敏度校准系统示意图。

图2b为本发明实施例2的车载单元示意图。

图3a为本发明实施例3的灵敏度校准系统示意图。

图3b为本发明实施例3的车载单元示意图。

具体实施方式

下面，将结合附图对本发明作详细说明。

实施例1

如图1a所示，本实施例提供一种车载单元(以下简称OBU110)灵敏度校 准系统100，其中该校准系统100包括OBU110，以及设于车辆挡风玻璃120外 表面的标准信号源130。

结合图1b所示，OBU110为单片式车载单元，包括主控模块111，以及分 别与主控模块111连接的收发模块112、唤醒模块115、校准模块116。

其中，

收发模块112具有信号强度值检测单元1121，用于在车内检测接收到的微 波信号强度。为满足因挡风玻璃120对信号衰减严重的车辆正常使用OBU110 (见图1a)，收发模块112的灵敏度要高于行业标准的要求，其与标准信号源4 (参见图1a)或路侧单元(参见图1d，以下简称RSU160)建立无线通信连接， 进行数据交换，是OBU110与外界进行无线数据传输的通道。

主控模块111负责调度其他模块按照指令工作，是OBU110的中央处理器。 本实施例中主控模块111储存有各种挡风玻璃120对标准信号衰减性能参数， 即经过不同挡风玻璃120，实际信号与标准信号的强度值存在不同差值，每个差 值均有对应的最低通信值，该最低通信值即为能满足OBU110进入通讯状态要 求的门槛值。OBU110的主控模块111接收到指令进入校准模式，控制所述收发 模块112检测接收的实际信号强度值，与标准信号强度值进行比较并获得两者 间的差值，自动从实际信号强度值与标准信号强度值之差值列表中，查找与当 前差值对应的门槛值，并将该门槛值设定在存储单元1110中。主控模块111的 存储单元1110为EEPROM或FLASH存储器，即使在主控模块111断电情况下 也不会丢失其中的数据。主控模块111在OBU110正常工作模式下还有其他功 能。在OBU110被唤醒后进入预备状态，主控模块111在预备状态下读取收发 模块112检测到的唤醒信号强度值与设定的门槛值进行比较，根据比较结果来 控制OBU110的状态。

校准模块116储存有校准程序指令，用于向主控模块111发送校准指令，启 动OBU110自动进入校准模式，在标准信号源130配合下进行灵敏度的校准。

同时参见图1c，唤醒模块115负责方波唤醒信号的接收，是唤醒其他功能 模块、使OBU110应用电路进入运行状态的接收通道。本发明中采用分立元件 搭建的唤醒模块115，包括依次连接的接收天线1151、二极管检波单元1152、 输入缓冲单元1153、放大电路单元1154、二极管包络检测单元1155及唤醒电路 1156。

下面，将结合图1d对该校准装置的校准步骤作详细说明：

S111：在车辆挡风玻璃120的内外两侧分别设置OBU110以及标准信号源 130。

S112：同时参见图1c，本实施例OBU110内置有校准模块116，待OBU110 初始化完成，校准模块116立即向主控模块111发送校准指令，使OBU110执 行该指令该进入自动校准模式。此时OBU110与所述标准信号源130建立通信 连接。

S113：在OBU110正对的挡风玻璃120外侧、紧贴挡风玻璃120设置标准 信号源130，该标准信号源130通过挡风玻璃120向OBU110发射信号强度值固 定的标准信号。由于标准信号源130的发射功率强度在出厂时已标定，OBU110 接收到的信号强度值是相对固定的，OBU110中的收发模块112接收到标准信号 后，信号强度值检测单元1121检测出该信号强度值，并将结果传送主控模块111 进一步处理。由于挡风玻璃120对微波信号的衰减现象，OBU110接收到的实际 信号比标准信号的强度值要小，且不同性能的挡风玻璃120由于衰减能力不同 而造成强度值的差别也有所不同。例如，一些贴有隔热膜或掺杂了金属离子的 防弹玻璃，他们对微波信号的衰减比普通玻璃要大得多。

主控模块111根据接收到的实际信号强度值，比较出于标准信号强度值之 间的差值，查找预设在自身的信号强度差值与门槛值的对应表，找出与当前差 值对应的门槛值，并将所述门槛值固化在主控模块111的存储单元1110中。本 实施例中提到的门槛值，是根据测定各种挡风玻璃120对微波信号的衰减程度， 并综合OBU110与RSU160的一般通信距离，保证OBU110在信号最佳传输状 态下工作的最低工作信号强度值。也就是说，OBU110接收的唤醒信号强度值需 要达到一个强度，足以“跨过”一个预设“门槛”，才能满足OBU110进入通信 状态，完成数据交换过程，因此就把校准模式下固化在OBU110中的最低通信 强度值定为门槛值。对于一些对微波信号衰减较大的挡风玻璃120，OBU110的 门槛值会相应设置较小；对于一些对微波信号衰减较小的挡风玻璃120，OBU110 门槛值可以相应设置较大。只有信号强度值高于该门槛值，OBU110才进入通信 状态，低于该门槛值的其他信号强度值，OBU110判断为干扰信号。

例如，设标准信号强度值为40dBm，OBU110检测得透过有隔热膜的挡风 玻璃120后接收到的信号强度值为20dBm，综合分析OBU110与RSU160的通 信距离，并考虑减少出现误交易情况下，设定OBU110的最低通信值为10dBm。 当标准信号经过普通玻璃传送给OBU110，检测到信号强度值为30dBm，信号 衰减较小，那么可以采用上述的参考方法将OBU110的最低通信值设为20dBm。 将这些特征数据整理为“信号强度值与最低通信值对应表”预设在主控模块111 中，当OBU110在校准模式下检测到接收到的信号强度值为20dBm，那么就可 以根据对应表自动查找并固化该最低通信值10dBm，作为OBU110正常工作状 态的重要参数之一。OBU110在正常工作状态下只有接收的唤醒信号强度值高于 该门槛值10dBm，OBU110才进入通信状态。

S114：这些针对不同挡风玻璃120对微波信号的衰减程度而设置的门槛值 可通过有限次实验获得，与OBU110接收到的信号强度值建立一一对应关系， 并处理成对应关系列表，储存在OBU110的主控模块111中。这样OBU110进 入自校准运行模式时，即可通过自校准程序在主控模块111中查找并调出与信 号强度值相对应的门槛值，并将该门槛值固化在主控模块111中，即使断电也 不会丢失，作为OBU110正常运行的重要参数之一。此时校准完成，OBU110 退出自动校准模式，断开OBU110与标准信号源130的连接，启动OBU110进 入正常工作状态。

下面，将结合图1f进一步对校准后的OBU110通信方法作详细说明。

本实施的OBU110工作状态分为三种，分别为：休眠状态、预备状态和通 信状态。通信步骤如下：

S121：结合图1e所示，图中列出A、B、C三条车道，其中，B、C车道为 同向车道，A车道与B、C车道的行车方向相向。为更好地说明车辆行驶位置对 工作状态的影响，图1e中用1号位置、2号位置、3号位置标出车辆经过收费 站时不同位置，辅助说明OBU110工作状态的变化。

当安装有OBU110的车辆170驶入ETC的B车道，处于RSU160的B通信 区域外围，即车辆170处于1号位置，此时有少量来自RSU160的微波信号仍 会经过车前挡风玻璃120向OBU110传输。OBU110的唤醒模块115检测到该微 波信号后，即唤醒OBU110所有应用电路模块，使OBU110从休眠状态进入预 备状态。

S122：此时，收发模块112进入工作状态，不停检测接收到的微波信号。 本实施例中的收发模块112中的信号强度值检测单元1121检测接收到的唤醒信 号强度值，并向主控模块111发送，主控模块111设将该信号强度值与预设的门 槛值进行比较，根据比较结果判断唤醒信号强度值是否达到通信要求。该门槛 值的设定是在OBU110在校准过程中已经完成，是启动OBU110从预备状态进 入通信状态的最低信号强度值。

S123：主控模块111若判断出唤醒信号强度值低于门槛值，则认为该微波 信号过弱或者为来自A车道通信区、C车道通信区等邻道通信区的干扰信号， 主控模块111立即指令OBU110回到休眠状态。

当车辆170驶入2号位置，OBU110进入与RSU160正常通信范围，即图 1d中的B通信区，OBU110检测并判断出唤醒信号强度值高于门槛值，主控模 块111指令OBU110进入通信状态，与RSU160进行通信。操作完成后OBU110 从通信状态回到休眠状态。

车辆逐渐驶离2号位置，离开B通信区，进入3号位置。此时，OBU110 有可能再次接收到来自邻道通信区的干扰信号，再次唤醒唤醒模块115，使 OBU110进入预备状态。OBU110判断出该唤醒信号强度值比门槛值低，不进入 通信状态。

本实施例的OBU110通过校准系统100针对不同车辆挡风玻璃120性能调 整通信灵敏度。该通信方法可应用在多个智能交通场景，如多车道自由流电子 收费系统、ETC车道收费系统等领域，对登记、交易等不同功能需求也能适用， 大大提高通信过程的成功率。

实施例2

本实施例的校准系统200同样包括OBU210及设于挡风玻璃220外部的标 准信号源230，其中OBU210同属于单片式车载单元系列。与实施例1相比， 所不同的：结合图2a、图2b所示，校准系统200还包括一手持发行器240，校 准模块216设置在所述手持发行器240中；OBU210包括主控模块211，以及分 别与主控模块211连接的收发模块212、唤醒模块215，收发模块212设有信号 强度值检测单元2121。手持发行器240通过收发模块212与OBU210连接，这 样，校准模块216外置于OBU210。

该手持发行器240一般应用于OBU210初始化、一次发行或二次发行，在 其中安设校准模块216可以在OBU210需要校准的时候发送校准指令，启动 OBU210进入校准模式。不同于实施例1的S112步骤在于：待OBU210初始化 完成后，手持发行器240向OBU210发送一个校准程序指令，OBU210的收发 模块212接收到指示校准的信号，将该信号传送至主控模块211，由主控模块 211指示OBU210执行校准指令，使OBU210自动进入校准模式。

其余校准步骤及通信步骤请参考实施例1。

实施例2将校准模块216与OBU210分离，不仅能让用户远程控制校准的 步骤及程序，还减少了OBU210自身的部件，使OBU210电路设计更简洁、高 效。

实施例3

本实施例的校准系统300同样包括OBU310及设于挡风玻璃320外部的标 准信号源330。与实施例1、实施例2相比，本实施例不同的是：OBU310属于 双片式车载单元系列，带有插卡槽，其内部结构包括主控模块311，以及分别与 主控模块311连接的收发模块312、唤醒模块315和读卡模块317；收发模块312 设有信号强度值检测单元3121。本实施例的校准模块317同样外置于OBU310， 但外置的校准模块317设于一张校准IC卡380中。如图3a所示，校准系统300 还包括与OBU310连接的校准IC卡380，校准程序指令设置在所述校准IC卡 380中，所述IC卡3800通过读卡模块317与OBU310连接。

读卡模块317是OBU110与IC卡信息交互的通道。在本实施例中读卡模块 317可用于读取用户交易IC卡，也可以读取储存有校准程序的校准IC卡380。 其中，IC卡380符合国家标准ISO7816，用于在OBU310需要进行校准时插入， 启动OBU310进入校准模式。

本实施例不同于实施例1的S112步骤在于：待OBU310初始化完成需要校 准其灵敏度时，插入校准IC卡380，读卡模块317读取校准IC卡380中的校准 指令，并向OBU310的主控模块311发送该校准程序指令，由主控模块311指 示OBU310执行校准指令，使OBU310自动进入校准模式。

需要补充说明的是，在校准完成后校准IC卡380需要拔出，插入交易IC 卡与双片式OBU310连接，再正常启动OBU310。

其余校准步骤及通信步骤请参考实施例1。

实施例3将校准模块316设置在校准IC卡380中，能让用户自主地控制校 准的步骤及程序，具有良好的可操作性。

本发明的OBU提高了唤醒模块和收发模块的灵敏度范围，为具有特殊材质 挡风玻璃的车辆顺利通过ETC车道、自由流车道奠定了基础；设立一种OBU 灵敏的校准系统，通过判断安装车辆挡风玻璃对标准信号源的衰减程度，找出 OBU最佳通信状态下相应的门槛值，并将该门槛值作为OBU正常运行的重要 参数之一，解决了现有OBU不能针对安装车辆特性作出灵敏度相应调整的问题； 通过对OBU的校准，设定相应的灵敏度，避免误交易，进一步提高OBU的交 易效率。本发明的OBU及其校准、通信方法具有灵活性和通用性，适用范围广 泛，具有广阔的应用前景。

尽管本实施例具体显示和描述了本发明的要点，但是本领域的技术人员应 该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其 进行形式和细节上的各种改变。