Método y dispositivos para determinar la distancia entre una radiobaliza y un dispositivo de vehículo.

Método para determinar la distancia (a) entre una radiobaliza (2) y una unidad de a bordo (11) que pasa por la baliza en un sistema de peaje viario (1),

en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11), emite una señal (5 10) con una curva conocida de su frecuencia (fs) en función del tiempo, caracterizado por las etapas:

recibir la señal (10) en el otro de los dos componentes (2, 11) durante el paso y el registro de la curva (13, 14) de su frecuencia (fB) en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo; detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ); buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y después del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB') por debajo de un segundo valor umbral (Ε);

ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (±ΔF); y

determinar dicha distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13', 14').

Método y dispositivos para determinar la distancia entre una radiobaliza y un dispositivo de vehículo La presente invención se refiere a un método para determinar la distancia entre una radiobaliza y una unidad de a bordo que pasa por esta en un sistema de peaje viario, en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza y la unidad de a bordo, emite una señal con una curva conocida de su frecuencia en función del tiempo. La invención se refiere, adicionalmente, a una radiobaliza, a un conjunto y a una unidad de a bordo para implementar un método de este tipo.

En los sistemas de peaje viario basados en radiobaliza, por ejemplo, de acuerdo con la norma DSRC (dedicated short-range communication, comunicación de corto alcance dedicada) , WAVE (wireless access in a vehicle environment, acceso inalámbrico en un entorno de vehículo) o ITS-G5 (intelligent transport systems generation 5, sistemas de transporte inteligentes, generación 5) de los institutos de normas CEN o ETSI, las unidades de a bordo (OBU, onboard unit) portadas por los vehículos se comunican con radiobalizas geográficamente distribuidas a través de transmisión radioeléctrica de corto alcance tan pronto como estas pasan por las mismas. La comunicación radioeléctrica, en general, sirve para ubicar el vehículo en el área de cobertura radioeléctrica de la radiobaliza con el fin de aplicar el cargo por el uso de ubicaciones o también simplemente para transmitir datos de peaje generados por la OBU a las radiobalizas en su ruta.

A menudo, es deseable determinar la distancia a la que un vehículo pasa por una radiobaliza, por ejemplo, para penalizar las infracciones de peaje en el caso de las carreteras de múltiples carriles: cuando múltiples vehículos que se desplazan uno junto a otro en diferentes carriles pasan por la radiobaliza y una de sus comunicaciones radioeléctricas indica una infracción de peaje, por ejemplo, un cargo de tasa de peaje fallido, un saldo inadecuado de una cuenta de cargo, una OBU defectuosa o ajustada de manera incorrecta etc., o se debe calcular un importe de tasas o peaje dependiente del carril (carril de múltiples ocupantes) , es esencial entonces conocer cuál de los vehículos que se desplazan uno junto a otro es responsable para poder identificarlo, por ejemplo, de manera visual in situ o en una prueba fotográfica de la sección de carretera de la baliza.

En la actualidad se conocen diversos métodos de determinación de la distancia. Una solución es el uso de múltiples antenas de recepción físicamente desplazadas en la radiobaliza para determinar las posiciones de las OBU en el campo de recepción radioeléctrica a partir de mediciones de diferencias de fase entre las señales de OBU que se reciben por las antenas individuales. Otra solución se conoce a partir de la patente de los Estados Unidos 5.790.052 y se basa en mediciones por efecto Doppler de las diferentes velocidades relativas de una OBU en relación con las antenas de recepción físicamente desplazadas de una radiobaliza para determinar la relación de las distancias con respecto a las dos antenas de recepción a partir de la relación de los valores medidos de velocidad. Por último, también sería posible el uso de una radiobaliza separada con un alcance de cobertura radioeléctrica bajo para cada carril. La totalidad de estas soluciones conocidas son extensivas, sobre todo debido a que estas están basadas en múltiples antenas de recepción.

El fin que establece la invención es proporcionar métodos y dispositivos para determinar la distancia entre una OBU y una radiobaliza en un sistema de peaje viario, que requiera un menor gasto en equipo para la conversión que las soluciones conocidas.

El presente fin se consigue en un primer aspecto de la invención con un método del tipo que se ha mencionado en lo que antecede, que se distingue por las etapas:

recibir la señal en el otro de los dos componentes durante el paso y el registro de la curva de su frecuencia en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo; detectar un cambio en la curva de frecuencia registrada que supera un primer valor umbral; buscar dos regiones lejanas en la curva de frecuencia que se encuentran antes y después del cambio detectado en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia por debajo de un segundo valor umbral; ajustar a escala la curva de frecuencia registrada de una forma tal que las regiones lejanas adoptan unos valores predeterminados; y determinar dicha distancia a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala.

La invención hace uso de la circunstancia de que en el tiempo del paso directo, el cambio de frecuencia relacionado con el efecto Doppler de la señal de radiobaliza o de OBU es inversamente proporcional a la distancia normal entre la radiobaliza y la OBU, cuando la distancia es mínima, a condición de que la curva de frecuencia esté normalizada a la velocidad relativa entre la baliza y el vehículo. Esto último se consigue mediante la evaluación de la curva de frecuencia en “regiones lejanas”: en estas regiones lejanas, la distancia de los componentes uno con respecto a otro en comparación con la distancia normal es muy grande y esta es despreciable y, por lo tanto, la magnitud del desplazamiento Doppler en ellas solo depende sustancialmente de la velocidad inherente y esta puede determinarse a partir del mismo. Además, la dependencia con la distancia normal y, por lo tanto, esta en sí misma, puede determinarse a partir del análisis de la curva de frecuencia compensada por la velocidad inherente en la región cercana de la baliza en la que tiene lugar el cambio (“salto Doppler”) más grande de la curva de frecuencia. Como

resultado, la distancia de paso puede determinarse solo a partir de la comunicación radioeléctrica entre la OBU y la radiobaliza con un único receptor y una única antena.

La curva de frecuencia ajustada a escala puede evaluarse en el alcance cercano mediante análisis de señal de una amplia diversidad de maneras. De acuerdo con una primera realización de la invención, dicha distancia se determina a partir del gradiente la curva de frecuencia ajustada a escala en un punto de inflexión de la misma. El gradiente en el punto de inflexión es inversamente proporcional a la distancia de paso y puede determinarse de manera simple, por ejemplo, por diferenciación.

De acuerdo con una realización alternativa de la invención, dicha distancia se determina a partir de un valor de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexión de la curva de frecuencia ajustada a escala y una región lejana. En un punto de este tipo, que se encuentra tanto a una distancia con respecto al punto de inflexión como a una distancia con respecto a las regiones lejanas, el valor de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala es, en sí mismo, una dimensión significativa para la distancia: cuanto más alto sea el valor de frecuencia, más corta será la distancia de paso, y viceversa. Este criterio hace innecesaria una diferenciación de la curva de frecuencia; no obstante, debido a que la proporcionalidad es no lineal, una tabla de conversión es, en general, ventajosa para determinar la distancia de paso.

Una realización alternativa más es que dicha distancia se determina a partir de una integral de la curva de frecuencia ajustada a escala a lo largo de una sección que se encuentra entre un punto de inflexión de la misma y una región lejana. La integral de la curva de frecuencia ajustada a escala también es un criterio significativo para la distancia de paso. Por lo tanto, los valores de frecuencia de la curva de frecuencia ajustada a escala pueden integrarse, por ejemplo, entre el punto de inflexión y una de dichas regiones lejanas, y la integral (“el área bajo la curva”) es una dimensión -aunque no lineal -para la distancia de paso: cuando más alta sea la integral, más corta será la distancia de paso, y viceversa. Una vez más, es ventajosa una tabla para la conversión de la proporcionalidad no lineal entre la integral y la distancia de paso.

El método de la invención puede realizarse en ambas direcciones entre la radiobaliza y la OBU, es decir, tanto en la OBU sobre la base de una evaluación de una señal de la radiobaliza como en la radiobaliza sobre la base de una evaluación de una señal de la OBU, o también en ambos componentes de forma simultánea. Por lo tanto, en una primera realización de la invención, la señal se emite por la radiobaliza y se recibe por la unidad de a bordo, en el que dichas etapas de registrar, detectar, buscar, ajustar a escala y determinar se llevan a cabo por la unidad de a bordo, como resultado de lo cual una unidad de a bordo... [Seguir leyendo]

1. Método para determinar la distancia (a) entre una radiobaliza (2) y una unidad de a bordo (11) que pasa por la baliza en un sistema de peaje viario (1) , en el que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , emite una señal (10) con una curva conocida de su frecuencia (fs) en función del tiempo, caracterizado por las etapas:

recibir la señal (10) en el otro de los dos componentes (2, 11) durante el paso y el registro de la curva (13, 14) de su frecuencia (fB) en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo; detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y después del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (±ΔF) ; y determinar dicha distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexión (20) de la misma.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) que se encuentra entre un punto de inflexión (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala y una región lejana (15, 16) .

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha distancia (a) se determina a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una sección (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexión (20) de la misma y una región lejana (15, 16) .

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la señal (10) es emitida por la radiobaliza (2) y es recibida por la unidad de a bordo (11) , en el que dichas etapas de registrar, detectar, buscar, ajustar a escala y determinar las lleva a cabo la unidad de a bordo (11) .

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que la señal (10) se emite de manera intermitente y la curva de frecuencia (13, 14) se procesa de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que se recibe la señal (10) .

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la señal (10) está formada por una señal de solicitud repetida (10’) de la radiobaliza (2) , que pide a las unidades de a bordo que pasan (11) que respondan.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que la tasa de repetición (fA) de la señal de solicitud (10’) se pone en correspondencia de manera adaptativa con un valor medido por lo menos aproximado de la distancia (e) entre la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , preferiblemente a la intensidad de señal recibida (RSSI) de una señal de respuesta de la unidad de a bordo (11) recibida en la radiobaliza (2) .

9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la señal (10) es emitida por la unidad de a bordo (11) y es recibida por la radiobaliza (2) , en el que dichas etapas de registrar, detectar, buscar, ajustar a escala y determinar las lleva a cabo la radiobaliza (2) .

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la señal (10) se emite de manera intermitente y la curva de frecuencia (13, 14) se procesa de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que se recibe la señal (10) .

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por que la señal (10) está formada por una secuencia de señales de respuesta de la unidad de a bordo (11) , que se pasan respectivamente a la radiobaliza (2) como respuesta a una señal de solicitud repetida.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que la tasa de repetición (fA) de la señal de solicitud se pone en correspondencia de manera adaptativa con un valor medido por lo menos aproximado de la distancia (e) entre la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , preferiblemente a la intensidad de señal recibida (RSSI) de la señal (10) recibida en la radiobaliza (2) .

13. Método que comprende un primer método de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8 y un segundo método de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por que por lo menos uno de los dos componentes, la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , transmite la distancia (a) que ha determinado al otro de los dos componentes (11, 2) , que compara la distancia (a) así recibida con la distancia (a) que ha determinado por sí mismo para fines de verificación.

14. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el carril de carretera (5, 6, 6’) de una carretera de múltiples carriles (4) , en el que el vehículo (12) se está moviendo, se determina a partir de la distancia (a) .

15. Método de acuerdo con las reivindicaciones 5 y 14, caracterizado por que la determinación del carril de carretera tiene lugar en la unidad de a bordo (11) , por que una información en relación con el carril de carretera (5, 6, 6’) determinado se transmite de la unidad de a bordo (11) a la radiobaliza (2) , y por que la radiobaliza (2) realiza una verificación cruzada de la información de carril de carretera frente a una distancia (a) que ha determinado por sí misma.

16. Radiobaliza (2) para un sistema de peaje viario (1) para determinar la distancia (a) de un vehículo (12) que pasa por la radiobaliza, vehículo que está equipado con una unidad de a bordo (11) , que emite una señal (10) con una curva conocida (13, 14) de su frecuencia (fs) en función del tiempo, caracterizada por:

un receptor (8) , que está configurado para recibir la señal (10) de un vehículo que pasa (12) ; una memoria (21) conectada con el receptor, que está configurada para registrar la curva (13, 14) de la frecuencia (fB) de la señal recibida (10) en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo; un detector (22) , que está conectado con la memoria (21) y está configurado para detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; un primer dispositivo de evaluación (23) , que está conectado con el detector (22) y la memoria (21) y está configurado para buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y después del cambio detectado (17) en el tiempo que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; un dispositivo de ajuste a escala (24) , que está conectado con la memoria (21) y el primer dispositivo de evaluación (23) y está configurado para ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan valores predeterminados (±ΔF) ; y un segundo dispositivo de evaluación (25) , que está conectado después del dispositivo de ajuste a escala (24) y está configurado para determinar la distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

17. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación

(25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexión (20) de la misma.

18. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación (25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexión (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) y una región lejana (15, 16) .

19. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación (25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una sección (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexión (20) de la misma y una región lejana (15, 16) .

20. Radiobaliza de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizada por que tiene un transmisor (8) para la emisión repetida de una señal de solicitud con el fin de pedir a las unidades de a bordo que pasan (11) que emitan respectivamente una señal de respuesta (10i) , señales de respuesta (10i) que forman de manera intermitente dicha señal (10) , en la que la radiobaliza (2) procesa la curva de frecuencia (13, 14) de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que se recibe la señal (10) .

21. Radiobaliza de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizada por que la tasa de repetición (fA) de la señal de solicitud se pone en correspondencia de manera adaptativa con un valor medido por lo menos aproximado de la distancia (e) entre la radiobaliza (2) y la unidad de a bordo (11) , preferiblemente a la intensidad de señal recibida (RSSI) de la señal (10) recibida en la radiobaliza (2) .

22. Radiobaliza de acuerdo con las reivindicaciones 20 o 21, caracterizada por que el transmisor (8) es un transceptor de CEN-DSRC, de WAVE o de ITS-G5 y su señal de solicitud es un mensaje de Tabla de Servicios de Baliza o de Anuncio de Servicio de WAVE.

23. Radiobaliza de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 22, caracterizada por que está instalada en una carretera de múltiples carriles (4) y el diferenciador (25) está configurado para determinar el carril de carretera (5, 6, 6’) , en el que el vehículo (12) se está moviendo, a partir de la distancia (a) .

24. Radiobaliza de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 23, caracterizada por que está montada en un vehículo de control (2’) del sistema de peaje viario (1) .

25. Conjunto para determinar el carril de carretera (5, 6, 6’) de un vehículo que pasa (12) con una unidad de a bordo (11) en una carretera de múltiples carriles (4) , que comprende por lo menos dos radiobalizas (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 24, que se encuentran en un plano normal (29) con respecto a la dirección longitudinal a la carretera (x) aproximadamente al mismo nivel a una distancia (31) una con respecto a otra y determinan respectivamente su distancia (a) con respecto a la unidad de a bordo (11) , y un tercer dispositivo de evaluación (7) , que está conectado con las radiobalizas (2) y recibe sus distancias determinadas (a’, a’’, a’’’) , selecciona la distancia más corta (a) a partir de estas y determina el carril de carretera (5, 6, 6’) a partir de la misma.

26. Conjunto de acuerdo con las reivindicaciones 24 y 25, caracterizado por que las dos radiobalizas (2) están montadas respectivamente a un lado del vehículo de control (2’) .

27. Conjunto para determinar el carril de carretera (5, 6, 6’) de un vehículo que pasa (12) con una unidad de a bordo

(11) en una carretera de múltiples carriles (4) , que comprende por lo menos dos radiobalizas (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 24, que se encuentran en un plano normal (29) con respecto a la dirección longitudinal a la carretera (x) a una distancia (31) una con respecto a otra y determinan respectivamente su distancia (a’, a’’, a’’’) con respecto a la unidad de a bordo (11) , y un tercer dispositivo de evaluación (7) , que está conectado con las radiobalizas (2) y recibe sus distancias determinadas (a’, a’’, a’’’) y determina el carril de carretera (5, 6, 6’) por triangulación a partir de la posición de las radiobalizas, su distancia (31) una con respecto a otra y las distancias determinadas (a’, a’’, a’’’) .

28. Unidad de a bordo para un sistema de peaje viario para determinar la distancia (a’, a’’, a’’’) con respecto a una radiobaliza (2) del sistema de peaje viario (1) , que emite una señal (10) con una curva conocida de su frecuencia en función del tiempo, caracterizada por:

un receptor (8) , que está configurado para recibir la señal (10) de una radiobaliza (2) ; una memoria (21) conectada con el receptor (8) , que está configurada para registrar la curva (13, 14) de la frecuencia (fB) de la señal recibida (10) en función del tiempo en relación con la curva conocida en función del tiempo; un detector (22) , que está conectado con la memoria (21) y está configurado para detectar un cambio (17) en la curva de frecuencia registrada (13, 14) que supera un primer valor umbral (σ) ; un primer dispositivo de evaluación (23) , que está conectado con el detector (22) y la memoria (21) y está configurado para buscar dos regiones lejanas (15, 16) en la curva de frecuencia (13, 14) que se encuentran antes y después del cambio detectado (17) en el tiempo, que muestran un cambio de frecuencia (fB’) por debajo de un segundo valor umbral (ε) ; un dispositivo de ajuste a escala (24) , que está conectado con la memoria (21) y el primer dispositivo de evaluación (23) y está configurado para ajustar a escala la curva de frecuencia registrada (13, 14) de una forma tal que las regiones lejanas (15, 16) adoptan unos valores predeterminados (±ΔF) ; y un segundo dispositivo de evaluación (25) conectado después del dispositivo de ajuste a escala, que está configurado para determinar la distancia (a) a partir de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) .

29. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación (25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir del gradiente (fB’) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) en un punto de inflexión (20) de la misma.

30. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación (25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de un valor de frecuencia (fB) de la curva de frecuencia ajustada a escala que se encuentra entre un punto de inflexión (20) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) y una región lejana (15, 16) .

31. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizada por que el segundo dispositivo de evaluación (25) está configurado para determinar dicha distancia (a) a partir de una integral (FB) de la curva de frecuencia ajustada a escala (13’, 14’) a lo largo de una sección (Δt) que se encuentra entre un punto de inflexión

(20) de la misma y una región lejana (15, 16) .

32. Unidad de a bordo de acuerdo con una de las reivindicaciones 28 a 31, caracterizada por que procesa la curva de frecuencia (13, 14) de forma discreta en el tiempo para puntos de tiempo (27i) , en los que se recibe la señal (10) .

33. Unidad de a bordo de acuerdo con una de las reivindicaciones 28 a 32, caracterizada por que el diferenciador

(25) está configurado para determinar el carril de carretera (5, 6, 6’) de una carretera de múltiples carriles (4) , en el que se encuentra la unidad de a bordo (11) , a partir de la distancia (a’, a’’, a’’’) .

34. Unidad de a bordo de acuerdo con la reivindicación 33, caracterizada por que tiene un transmisor (8) y está configurada para transmitir información en relación con el carril de carretera (5, 6, 6’) determinado a una radiobaliza (2) .