JP5206545B2 - 自動料金収受システムの車載装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動料金収受システムの車載装置に関する。

自動料金収受システム（Electronic Toll Collection System）では、走行レーンに設けられた走行ゲートを車両が通過する際に、車両に搭載された車載装置と走行ゲートに設けられた路側器との間で通信が行われる。複数の走行レーンが設けられている料金所の場合、各走行レーンの路側器には走行レーンごとに複数の通信チャネルが割り当てられている。例えば現行の自動料金収受システムでは、走行レーンごとに二種類の通信チャネルの一方が割り当てられている。車載装置は、走行レーンの走行ゲートを通過する際に、通信チャネルを交互に受信し、その強度によって自車が走行するレーンの通信チャネルを判断している。

しかしながら、車載装置が受信する電波は、周囲の建造物、隣接するレーンを走行する車両などの影響を受けて強度が変化する。そのため、電波の伝搬特性に乱れが生じ、自車が走行する走行レーンの通信チャネルと隣接する走行レーンの通信チャネルの電波の強度が逆転するおそれがある。このように電波の強度が隣接する走行レーンとの間で逆転すると、誤った通信によって誤課金や通行ゲートへの接触などの問題を招くおそれがある。

そこで、特許文献１では、路側器に車載装置の位置を検出することが開示されている。すなわち、特許文献１の場合、路側器は、車載装置が発信する電波の方向から車載装置の位置を算出し、その算出した位置に車載装置が存在することを確認しつつ車載装置と通信を行う機能を備えている。しかしながら、このような特許文献１の場合、路側器は、電波の送信される方向を検出するという高度な技術を必要とする。そのため、自動料金収受システムのすべての路側器に特許文献１の技術を適用するのは現実的でない。

特開２００４−２９７４２２号公報

そこで、本発明は、路側器の性能の向上を図ることなく自車側の走行レーンと隣接する走行レーンとの通信チャネルを高精度に判別する自動料金収受システムの車載装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、車両の速度から通信エリアを通過するための通過所要時間を算出し、この通過所要時間から路側器との料金収受のための通信に必要な通信必須時間を減じることにより通信許容時間を算出している。この通過許容時間内に各通信チャネルにおける通信レベルの経時的な変化から最適な通信チャネルを最適通信チャネルとして検出している。複数の走行レーンを有する自動料金収受システムの料金所では、走行レーンに設けられている路側器への車両の進入速度が遅くなるほど、誤まった通信チャネルによる通信が生じやすい。一方、車両の速度が遅いとき、適切な通信チャネルの判断には十分な時間的な余裕がある。また、隣接する走行レーンの電波は、不安定であり、受信の機会も空間的に限定される。そこで、請求項１記載の発明では、自車の走行レーンの通信チャネルを判断する場合、走行レーンにおける車両の走行速度に応じて通信チャネルの判断の手順を変更している。これにより、車両の速度が遅くなるほど通信許容時間が増加するため、各通信チャネルの受信レベルは繰り返して判断される。その結果、より自車の走行レーンにおける通信チャネルはより確実に判断される。したがって、路側器の性能の向上を図ることなく自車側の走行レーンと隣接する走行レーンとの通信チャネルを高精度に判別することができる。

請求項２記載の発明では、複数の通信チャネルが下限レベル以上となる場合、各通信チャネルごとに受信レベルを点数化して最適通信チャネルを判断する。これにより、より自車が走行する走行レーンに適した通信チャネルを高精度に判別することができる。

請求項３記載の発明では、最適通信チャネル判断手段は、最適通信チャネルがないと判断すると、その走行レーンが自動料金収受のためのレーンでないと判断する。自動料金収受のためのレーンでない場合、各走行レーンごとに割り当てられている各通信チャネルの受信レベルはいずれも低下する。そのため、判断可能な最適通信チャネルがないとき、その走行レーンは自動料金収受のためのレーンでないとして処理が終了される。

本発明の一実施形態による車載装置が適用される自動料金収受システムの料金所を示す模式図 本発明の一実施形態による車載装置を示すブロック図 本発明の一実施形態による車載装置において受信チャネルごとの受信レベルを点数化した例を示す説明図 本発明の一実施形態による車載装置における処理の流れを示す概略図

以下、本発明の一実施形態による車載装置を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、車載装置１０は、車両１１に搭載され、自動料金収受（ＥＴＣ「登録商標」）システム１２に用いられる。ＥＴＣシステム１２は、図１に示すように車載装置１０と路側器１３とによって構成されている。ＥＴＣシステム１２の路側器１３は、高速道路の入口または出口の料金所１４に設けられている。高速道路の料金所１４は、車両１１が走行可能な一つまたは二つ以上の走行レーン１５を有している。本明細書において走行レーン１５とは、ＥＴＣによって自動的に料金の収受が可能な「ＥＴＣレーン」を意味し、料金所１４の係員に料金を手渡しする「一般レーン」は含まない。また、本実施形態では、二本以上の走行レーン１５を有する料金所１４について説明する。車載装置１０と路側器１３とは、電波を用いて無線で通信することができる。

路側器１３は、料金所１４の複数の走行レーン１５にそれぞれ設けられている。すなわち、一つの走行レーン１５には一つの路側器１３が設けられている。各走行レーン１５には、それぞれ複数の通信チャネルのいずれかが割り当てられている。すなわち、各走行レーン１５は、隣り合う走行レーン１５間で異なる通信チャネルとなるように、それぞれ通信チャネルが割り当てられている。例えば、通信チャネルが「１ｃｈ」と「２ｃｈ」であるとき、各走行レーン１５には「１ｃｈ」と「２ｃｈ」とが交互に割り当てられている。なお、通信チャネルは、２つのチャネルに限らず、３つ以上のチャネルを設定してもよい。本実施形態では、「１ｃｈ」および「２ｃｈ」の二つのチャネルを割り当てる例について説明する。走行レーン１５には、車載装置１０と路側器１３との間で通信可能な区間が通信エリア１６として設定されている。

次に、車載装置１０について説明する。
車載装置１０は、図２に示すように制御部２１、通信部２２、記憶部２３、速度取得部２４、通過時間算出部２５、受信レベル判断部２６、受信レベル記録部２７および最適通信チャネル判断部２８を備えている。制御部２１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部２１は、例えばＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムにしたがって車載装置１０の全体を制御する。これにより、通過時間算出部２５、受信レベル判断部２６、受信レベル記録部２７および最適通信チャネル判断部２８は、制御部２１と協働してソフトウェア的に実現されている。また、速度取得部２４も、一部が制御部２１と協働してソフトウェア的に実現されている。

通信部２２は、アンテナ３１および通信制御部３２を有しており、路側器１３との間で通信を実施する。通信制御部３２は、制御部２１によってソフトウェア的に実現されている。記憶部２３は、例えば図示しない不揮発性のメモリ装置や制御部２１のＲＯＭおよびＲＡＭなどから構成されている。速度取得部２４は、車両１１の速度センサ３３に接続している。速度センサ３３は、車両１１の速度を検出し、検出した速度を電気信号として車載装置１０へ出力する。速度取得部２４は、速度センサ３３から出力された電気信号に基づいて車両１１の速度を取得する。

通過時間算出部２５は、車載装置１０を搭載した車両１１が通信エリア１６を通過するための通過所要時間Ｔを算出する。通過時間算出部２５は、速度取得部２４で取得した車両１１の速度から通過所要時間Ｔを算出する。また、通過時間算出部２５は、通過所要時間Ｔから路側器１３との通信に必須となる通信必須時間ｔ１を減じて通信許容時間ｔ２を算出している。車載装置１０と路側器１３との通信は、走行レーン１５に設けられている通信エリア１６で実施される。現在のＥＴＣシステム１２の場合、通信エリア１６は路側器１３から車両１１の進入側へ４ｍの範囲に設定されている。そのため、通過所要時間Ｔは、車両１１の進入速度をｖ（ｍ／ｓ）とすると（ｖ／４）秒として算出される。ここで、現在のＥＴＣシステム１２の場合、車両１１の速度が８０ｋｍ／ｈであっても車載装置１０と路側器１３との通信が成立するように設計されている。そのため、車載装置１０と路側器１３との間で料金収受のために必要な通信必須時間ｔ１は、ｔ１＝０．１８秒となる。一方、車両１１の速度が８０ｋｍ／ｈよりも遅いとき、その車両１１の速度に応じて車載装置１０と路側器１３との間に許容される通信許容時間ｔ２は増加する。すなわち、通過許容時間ｔ２は、ｔ２＝Ｔ−ｔ１＝（ｖ／４）−０．１８秒として算出される。

受信レベル判断部２６は、走行レーン１５ごとに割り当てられている通信チャネルごとに受信レベルを判断する。上述のように、走行レーン１５に設けられている路側器１３は、「１ｃｈ」または「２ｃｈ」のいずれかの通信チャネルが割り当てられている。車載装置１０で受信する「１ｃｈ」または「２ｃｈ」の電波の強度は、一般に路側器１３へ接近するほど大きくなる。そのため、受信レベル判断部２６は、受信する「１ｃｈ」または「２ｃｈ」の電波の強度すなわち受信レベルを判断する。そして、受信レベル判断部２６は、この「１ｃｈ」または「２ｃｈ」の受信レベルが予め設定されている下限レベル以上であるか否かを判断する。通信チャネルの強度は、上述のように路側器１３に近いほど大きくなる。そのため、車両１１が料金所１４に進入し、いずれかの走行レーン１５の路側器１３へ接近することによって受信レベルが徐々に増大する。受信レベル判断部２６は、この増大する受信レベルが予め設定されている下限レベル以上であるか否かを判断している。

受信レベル記録部２７は、受信レベル判断部２６で受信する通信チャネルのいずれかの強度が下限レベル以上であると判断すると、通信チャネルごとに受信レベルの経時的な変化を記録する。このとき、受信レベル記録部２７は、通信チャネルを「１ｃｈ」と「２ｃｈ」との間で繰り返し切り替えながら、通過所要時間Ｔが経過するまで通信チャネルごとに受信レベルを記録する。受信レベル記録部２７は、受信レベルの経時的な変化を記憶部２３に記録する。

最適通信チャネル判断部２８は、受信レベル記録部２７で記録した通信チャネルごとの受信レベルの経時的な変化から路側器１３と通信を確立するのに最適な最適通信チャネルがあるか否かを判断する。最適通信チャネル判断部２８は、各通信チャネルごとに受信レベルを点数化して最適通信チャネルを判断する。最適通信チャネル判断部２８は、例えば図３に示すように通信チャネルである「１ｃｈ」および「２ｃｈ」について、各項目ごとに取得した数値を点数化する。最適通信チャネル判断部２８が取得する項目には、平均受信レベル、変動幅および増減傾向等が含まれている。平均受信レベルは、受信レベル記録部２７において繰り返し切り替えながら記録した受信レベルの平均値である。平均受信レベルの単位は「ｄＢｍ」である。図３では、この平均受信レベルから単位である「ｄＢｍ」を削除した数値を点数としている。変動幅は、受信レベル記録部２７において記録した受信レベルの最小値と最大値との幅であり、単位は「ｄＢ」である。図３では、この変動幅から単位である「ｄＢ」を削除し、「−（マイナス）」を付与した数値を点数としている。増減傾向は、受信レベル記録部２７において記録した受信レベルの強度の傾向である。すなわち、増減傾向は、受信レベルが増加傾向にあるか減少傾向にあるかを示す。図３では、受信レベルが増加傾向にあれば「＋１」とし、減少傾向にあれば「−１」としている。そして、これらの平均受信レベル、変動幅および増減傾向を合計した点数に基づいて、最適通信チャネル判断部２８は「１ｃｈ」または「２ｃｈ」のいずれが最適通信チャネルであるかを判断する。図３に示す場合、最適通信チャネル判断部２８は、合計点数が大きな「１ｃｈ」を最適通信チャネルと判断する。通信部２２は、最適通信チャネル判断部２８で最適通信チャネルがあると判断されると、最適通信チャネルにより路側器１３と通信する。なお、図３に示している点数化の表は、説明を簡単にするための例であり、実際の点数化の内容とは異なる。

一方、最適通信チャネル判断部２８は、合計点数による判断の結果、最適な通信チャネルがないと判断した場合、車両１１が走行している走行レーン１５がＥＴＣシステム１２のためのレーンでないと判断する。すなわち、最適通信チャネル判断部２８は、車両１１が走行している走行レーン１５が路側器１３から遠ざかっている、あるいは通信エリアのない一般レーンであると判断する。

次に、上記の構成による車載装置１０の作動について図４に基づいて説明する。
処理が開始されると、制御部２１は初期チャネルを設定する（Ｓ１０１）。初期チャネルは、複数の通信チャネルから任意に設定される。制御部２１は、車載装置１０が起動されると常に図４に示す処理を実行する。初期チャネルが設定されると、速度取得部２４は速度センサ３３から車両１１の速度に対応する電気信号を取得する（Ｓ１０２）。車両１１の速度が取得されると、通過時間算出部２５は取得した車両１１の速度に基づいて通過所要時間Ｔおよび通過許容時間ｔ２を算出する（Ｓ１０３）。通信許容時間ｔ２が算出されると、受信レベル判断部２６は受信レベルを判断する（Ｓ１０４）。すなわち、受信レベル判断部２６は、Ｓ１０１で設定した初期チャネルの受信レベルが予め設定された下限レベル以上であるか否かを判断する（Ｓ１０５）。受信レベル判断部２６は、初期チャネルの受信レベルが下限レベル未満であるとき（Ｓ１０５：Ｎｏ）、通信チャネルを切り替えて（Ｓ１０６）、Ｓ１０２以降の処理を繰り返す。車両１１が料金所１４の近辺にないとき、いずれの通信チャネルもその受信レベルが下限レベル未満となる。そのため、車両１１が料金所１４に接近すると、いずれかの通信チャネルの受信レベルが下限レベル以上となり、車載装置１０は以下に説明する処理へ移行する。

受信レベル判断部２６において初期チャネルの受信レベルが下限レベル以上であると判断されたとき（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、受信レベル記録部２７は通信許容時間ｔ２のタイマを設定する（Ｓ１０７）。すなわち、受信レベル記録部２７は、Ｓ１０３で算出した通信許容時間ｔ２のカウントを開始する。そして、受信レベル記録部２７は、受信レベルを記録する（Ｓ１０８）。受信レベル記録部２７は、現在受信している通信チャネルの受信レベルを記録する。受信レベル記録部２７は、受信レベルを記録すると、Ｓ１０７からカウントが開始されている通信許容時間ｔ２に到達したか否かを判断する（Ｓ１０９）。受信レベル記録部２７は、通信許容時間ｔ２に到達していなければ（Ｓ１０９：Ｎｏ）、通信チャネルを切り替えて（Ｓ１１０）、Ｓ１０８以降の処理を繰り返す。すなわち、受信レベル記録部２７は、通信許容時間ｔ２に到達するまで通信チャネルを切り替えながら受信レベルを記憶する。

一方、受信レベル記録部２７で通信許容時間ｔ２に到達したと判断されると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、最適通信チャネル判断部２８は受信レベルの記録を確認する（Ｓ１１１）。最適通信チャネル判断部２８は、図３に示すように受信チャネルごとに受信レベルを点数化し、最適通信チャネルがあるか否かを判断する（Ｓ１１２）。最適通信チャネル判断部２８は、受信チャネルごとの受信レベルの経時的な変化から路側器１３との通信の確立に最適なチャネルがあるか否かを判断する。

最適通信チャネル判断部２８は、路側器１３との通信の確立に最適な通信チャネルがあると判断すると（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、この通信チャネルを最適通信チャネルとして選択する（Ｓ１１３）。そして、通信部２２は、最適通信チャネル判断部２８で判断された最適通信チャネルにより路側器１３との通信を開始する（Ｓ１１４）。一方、最適通信チャネル判断部２８は、最適通信チャネルがないと判断すると（Ｓ１１２：Ｎｏ）、車両１１が走行しているレーンは自動料金収受のためのレーンでないと判断し、Ｓ１０１へリターンする。

以上説明したように、一実施形態による車載装置１０は、車両１１の速度から通信エリア１６を通過するための通過所要時間Ｔを算出し、この通過所要時間Ｔから路側器１３との料金収受のための通信に必要な通信必須時間ｔ１を減じることにより通信許容時間ｔ２を算出している。最適通信チャネル判断部２８は、この通過許容時間ｔ２内に各通信チャネルにおける通信レベルの経時的な変化から最適な通信チャネルを最適通信チャネルとして選択している。複数の走行レーン１５を有するＥＴＣシステム１２の料金所１４では、走行レーン１５に設けられている路側器１３への車両１１の進入速度が遅くなるほど、誤まった通信チャネルによる通信が生じやすい。一方、車両１１の速度が遅いとき、適切な通信チャネルの判断には十分な時間的な余裕がある。また、隣接する走行レーン１５の電波は、不安定であり、受信の機会も空間的に限定される。本実施形態の場合、車両１１の速度が遅くなるほど通信許容時間が増加するため、各通信チャネルの受信レベルは繰り返して判断される。その結果、車両１１が走行する走行レーン１５の通信チャネルは、より確実に判断される。したがって、路側器１３の性能の向上を図ることなく車両１１が走行する走行レーン１５と隣接する走行レーン１５との通信チャネルを高精度に判別することができる。また、複数の通信チャネルを切り替えながら通信の確立に最適な通信チャネルを判断することにより、例えばＶＩＣＳなどの各種のアンテナの設置にともなってＥＴＣ用のアンテナ３１の小型化が要求される場合でも、路側器１３との確実な通信を確立することができる。

また、一実施形態では、複数の通信チャネルが下限レベル以上となる場合、最適通信チャネル判断部２８は各通信チャネルごとに受信レベルを点数化して最適通信チャネルを判断する。これにより、車両１１が走行する走行レーン１５に適した通信チャネルをより高精度に判別することができる。
さらに、一実施形態では、最適通信チャネル判断部２８は、最適通信チャネルがないと判断すると、現在走行しているレーンが自動料金収受のためのレーンでないと判断する。自動料金収受のためのレーンでない場合、各走行レーン１５ごとに割り当てられている各通信チャネルの受信レベルはいずれも低下する。そのため、選択可能な最適通信チャネルがないとき、そのレーンは自動料金収受のためのレーンでないとして処理を終了することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

図面中、１０は車載装置、１１は車両、１２はＥＴＣシステム（自動料金収受システム）、１３は路側器、１５は走行レーン、１６は通信エリア、２２は通信部、２４は速度取得部、２５は通過時間算出部、２６は受信レベル判断部、２７は受信レベル記録部、２８は最適通信チャネル判断部を示す。

Claims (3)

1. 車両の速度を取得する速度取得手段と、
   前記速度取得手段で取得した前記車両の速度から自動料金収受システムの走行レーンに設けられている路側器と通信可能な通信エリアの通過に要する通過所要時間、および前記通過所要時間から前記路側器との料金の収受のための通信に必要な通信必須時間を減じた通信許容時間を算出する通過時間算出手段と、
   前記走行レーンごとに割り当てられている複数の通信チャネルごとに受信レベルを判断し、前記複数の通信チャネルのいずれかの受信レベルが予め設定された下限レベル以上であるか否かを判断する受信レベル判断手段と、
   前記受信レベル判断手段で前記複数の通信チャネルのいずれかの受信レベルが前記下限レベル以上であると判断すると、前記複数の通信チャネルを繰り返し切り替えながら前記通過時間算出手段で算出した前記通信許容時間が経過するまで各通信チャネルごとに受信レベルの経時的な変化を記録する受信レベル記録手段と、
   前記受信レベル記録手段で記録した各通信チャネルごとの受信レベルの経時的な変化から前記複数の通信チャネルのうち通信を確立するのに適切な最適通信チャネルがあるか否かを判断する最適通信チャネル判断手段と、
   前記最適通信チャネル判断手段で前記最適通信チャネルがあると判断すると、前記最適通信チャネルにより前記路側器と通信する通信手段と、
   を備えることを特徴とする自動料金収受システムの車載装置。
2. 前記最適通信チャネル判断手段は、各通信チャネルごとに受信レベルを点数化して前記最適通信チャネルを判断することを特徴とする請求項１記載の自動料金収受システムの車載装置。
3. 前記最適通信チャネル判断手段は、前記最適通信チャネルがないと判断すると、前記走行レーンが自動料金収受のためのレーンでないと判断することを特徴とする請求項１または２記載の自動料金収受システムの車載装置。

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