技术领域
[0001] 本
发明涉及一种道路收费系统，用于根据使用的道路段来实现一种用于扣除道路收费的自动
支付系统。
背景技术
[0002] 电信和信息学的结合使用被称作远程信息处理(telematics)。车辆远程信息处理可以被用作许多目的，包括收取道路
费用、管理道路使用、
跟踪行驶车辆
位置、找回被偷车辆、提供自动的碰撞通知、行驶位置的驾驶员信息服务和车内提前警告通知告警系统(
汽车事故
预防)。
[0003] 对于车辆远程信息处理，道路收费(road tolling)被认为可能是最大的市场。远程信息处理现在正开始进入消费汽车环境，作为一种用于封闭式(closed)服务的多媒体服务盒。该市场仍然较小并且被认为是有机会的市场。欧盟以及荷兰作为领导国有意引进道路收费作为每辆车的强制性功能。
[0004] 截至到目前，道路收费已经被用于高速公路记账、
卡车记账和用于在特定区域驾驶汽车的记账(例如伦敦市)。通常使用车辆必须停放的收费广场，或者短距离通信系统允许当车辆经过时自动扣除费用。
[0005] 在不久的将来所需的道路收费功能将实行较少(或无)
基础设施的需求，以及将实行针对每公里行驶的收费。一种自动道路收费系统中的计费系统不仅基于行驶的距离，并且基于定时、位置和车辆特性。道路收费可以用于所有车辆，或者可以排除某一类车辆(例如具有国外车牌的车辆)。
[0006] 设想车辆具有车载GPS系统和GSM(
移动电话网络)连接，以使信息能够中继到中央道路收费系统。这些系统是车载单元(OBU)的一部分，OBU使用GPS
定位信息来登记道路上的汽车的确切使用(何地以及何时)。然后，驾驶员将支付相应的税费。
[0007] 为了确保驾驶员不能犯错误并且每个人支付仅他们应支付的以及隐私仍然得到尊重，道路计费系统需要包含一种安全模
块，安全模块必须包含安全
硬件组件。该安全模块能够对诸如时间和汽车所处的GPS位置之类的数据进行数字签名。然后，上传该数据到后端
服务器(例如通过无线GPRS通信)以确定驾驶员需要支付的确切费用。
[0008] 为了在传输的同时保持数据机密性，还可以通过安全模块进行加密。
[0009] 最初，将OBU安装在已有的汽车中(一种后继市场(aftermarket)解决方案)。然而，一段时间后，
汽车制造商将该功能性建立在汽车系统中。由于应该保护道路计费单元使其免于错误以及应该防止篡改，这造成了安全问题。此外，不同的国家可能有关于所需安全等级、保护方法、确切功能等的不同规定。
[0010] 对于消费者的国家所需的组件在汽车的制造国可能是不可用的。因此，由于引入OBU导致的新的安全相关需求导致新车的制造和分发变得复杂。
[0011] 另一个问题在于将OBU链接到公民纳税系统。这意味着需要将OBU登记到所有者的姓名(至少)。当所有者想要卖出汽车时，这造成了麻烦。当二手车出口到其他国家时，会引起另一个麻烦：目的地国可能有不一致的规定，以至于由于安全产生的出口规定导致原国家的出口变得复杂。
[0012] 通过出租和租用汽车造成了另一系列问题。尽管由一个实体拥有，但是由消费者驾驶汽车。取决于有关需要谁支付道路计费费用的国家规定，难以处理内置OBU成为问题。
[0013] 通过罪犯想要犯罪，可能会危及道路计费系统的安全。当系统依赖于内置安全模块时，如果需要在一个国家的所有汽车中替代这些模块，这成为昂贵的操作。另外，如果具有内置OBU的汽车被盗，所有者仍然需要对窃贼已经驾驶汽车的数公里付费。
[0014] 因此，存在许多与固定OBU相关的问题，然而，因为如果所有者忘记带上便携式单元而车辆不可用，便携式道路收费单元的替代品是不可取的。
发明内容
[0015] 根据本发明，提供了一种道路收费装置，所述道路收费装置包括一种在道路收费系统中使用的车辆安装单元，其中车辆安装单元包括实现
位置跟踪功能的卫星导航接收器，以及道路收费系统包括行程(routing)确定装置，用于根据位置跟踪信息确定车辆的行驶行程；计费装置，用于根据行驶的行程确定产生的道路费用；以及记账系统，用于根据产生的道路费用对系统用户进行记账。
[0016] 其中道路收费装置还包括便携式激活设备，便携式激活设备适于向车辆安装单元发送关于便携式激活设备的所有者的信息，以及车辆安装单元适于向记账系统提供信息，使得能够识别便携式激活设备的所有者。
[0017] 本发明提供了一种便携式设备，例如可以是智能汽车钥匙的形式，作为一种向道路计费系统的车辆安装(即，内置)车载单元提供用户专用安全授权的安全模块。
[0018] 优选地，便携式激活设备包括与车辆安装单元和安全模块进行通信的发送器和接收器。安全模块实现了道路收费系统的用户专用方面。因此，结合地，认为便携式激活设备和车辆安装单元按照与已有的车辆安装OBU相似的方式进行工作。然而，通过分离在便携式激活设备中提供用户个性化所需的数据，车辆安装单元更加标准化，用户能够更容易地驾驶其他车辆。例如，当将道路计费数据与激活设备的所有者绑定(tied)时，在租赁或出租车队的任何汽车都能够使用便携式激活设备。将安全模块与汽车相分离还允许汽车制造以及进出口控制问题中更大的灵活性。
[0019] 便携式激活设备可以是用于远程解
锁和/或禁用车辆
制动的无线设备。在该情况下，将便携式设备实现为一种具有嵌入式安全模块的远程无钥匙入车钥匙，例如一种
智能卡模块。
[0020] 可以在一种道路收费系统中使用本发明的道路收费装置(车辆安装单元和激活设备)，该道路收费系统还包括：
[0021] 行程确定装置，用于根据位置跟踪信息确定车辆的行驶行程；
[0022] 计费装置，用于根据行驶的行程确定产生的道路费用；和
[0023] 记账系统，用于根据产生的道路费用对系统用户进行记账。
[0024] 优选地，该系统适于通过发送器和接收器在安全模块和车辆安装单元之间建立通信信道。这提供了用于传送个性化信息的信道。
[0025] 优选地，车辆安装单元包括与远程服务器(后端服务器)进行无线通信的装置，以便向远程服务器发送包括关于行驶行程信息的行程信息(例如在后端服务器中计算的费用)和/或涉及行驶行程计费的信息(例如在车辆安装单元中计算的费用)。
[0026] 车辆安装单元适于与便携式激活设备进行通信，以便向安全模块发送来自行程信息的用于签名的数据，行程以及安全模块适于向数据应用数字签名(和选择地应用加密)并向车辆安装单元返回签名的数据，用于通过车辆安装单元到远程服务器进行通信。因此，激活设备中的安全模块用于在向后端服务器中的记账单元提交之前，保证道路计费数据(可以是以上提到的行程信息或计费信息)的安全并对道路计费数据进行签名。例如，安全模块和车辆安装单元能够通过钥匙和汽车之间存在的已有远程无钥匙进入通信链接进行无线通信。
[0027] 可以按照多种方式实现便携式激活设备。
[0028] 包括：
[0029] 与车辆钥匙分离的无线智能卡；
[0030] 无线车辆钥匙的一部分，其中与用于制动的信道相同的信道用于向车辆安装单元发送关于便携式无线激活设备的所有者的信息；
[0031] 无线车辆钥匙的一部分，具有分离的卡读取器，设置用于车辆安装单元接收到用于制动的信道的、与便携式激活设备的所有者相关的信息；
[0032] 车辆钥匙的钥匙扣的一部分；
[0033] 智能卡车辆钥匙的一部分，其中，当被插入钥匙槽时，通过车辆安装单元和智能卡车辆钥匙之间的有线链接向车辆安装单元发送与便携式激活设备的所有者相关的信息。
[0034] 本发明还提供了一种实现道路计费的方法，包括：
[0035] 操作在车辆安装单元中实现位置跟踪功能的卫星导航接收器；
[0036] 根据位置跟踪信息确定车辆行驶的行程；
[0037] 根据行驶的行程确定产生的道路费用；
[0038] 根据产生的道路费用对系统用户记账，
[0039] 其中所述方法包括：
[0040] 使用便携式激活设备向车辆安装单元发送与便携式激活设备的所有者相关的信息；以及
[0041] 使用车辆安装单元向记账系统提供信息，以便能够识别便携式设备的所有者。
附图说明
[0042] 现在参考附图来描述本发明的示例，图中：
[0043] 图1示出了本发明系统的第一示例；
[0044] 图2示出了本发明系统的第二示例；
[0045] 图3示出了本发明系统的第三示例；
[0046] 图4示出了本发明系统的第四示例；
[0047] 图5示出了本发明系统的第五示例；
[0048] 图6示出了包括后端服务器的更完整系统。
具体实施方式
[0049] 本发明提供了一种使用车辆安装卫星导航接收器的道路收费系统，从中确定行驶的行程和产生的道路费用。记账系统根据产生的道路费用对用户进行记账。便携式激活设备向车辆安装单元发送关于便携式激活设备的所有者的信息，以及车辆安装单元向记账系统提供信息，以便能够识别便携式激活设备的所有者。本发明针对作为一个整体的系统以及针对车辆相关组件，即，车辆安装单元和激活设备(一起被称为道路收费装置)。
[0050] 结合地，认为便携式激活设备和车辆安装单元与已有的车辆安装OBU按照相似的方式工作。然而，通过分离在便携式激活设备中提供用户个性化所需的数据，车辆安装单元更加标准化，用户能够更容易地驾驶其他车辆。
[0051] 本发明尤其涉及一种OBU以及控制OBU的方式。图1至5示出本发明系统的不同示例，其中仅示出了激活设备和相关的车辆安装单元部分。
[0052] 图1示出了第一示例，以及示出了车辆安装单元10和便携式激活设备12。便携式激活设备适于向车辆安装单元10发送关于便携式激活设备的所有者的信息，以及车辆安装单元适于向记账系统提供信息，以便能够识别便携式激活设备的所有者。
[0053] 车辆安装单元10具有实现位置跟踪功能的卫星导航接收器，以及用于与系统的后端服务器进行通信的蜂窝发送器和接收器。这些是常规的且没有在图1至5中示出。
[0054] 该系统包括行程确定装置，用于根据位置跟踪信息确定车辆的行驶行程；计费装置，用于根据行驶行程确定产生的道路费用；以及记账系统，用于根据产生的道路费用对系统用户进行记账。以下将进一步解释在车辆安装单元和后端服务器之间分布的这些单元。
[0055] 便携式激活设备12包括发送器和接收器14以及安全模块16。
控制器18控制发送器和接收器以及安全模块16。安全模块实现了系统的用户个性化并且用于个性化道路计费系统的车辆安装单元10的内置车载单元20(OBU)。
[0056] 存储在安全模块的数据可以包括：
[0057] 用于数字签名的公共和私有密钥对；
[0058] 用于数字签名的公共密钥证书；
[0059] 用于认证的公共和私有密钥对(以建立安全信道)；
[0060] 用于认证的公共密钥证书；
[0061] 用户标识或者订购或者账号，后端系统以此能够辨识用户。
[0062] 激活单元12是远程无钥匙进入(RKE)汽车钥匙的一部分，并且可以是智能卡模块。使用智能汽车卡钥匙中的安全模块在向后端服务器提交道路计费数据之前，保证道路计费数据的安全并对道路计费数据进行数字签名。只要OBU希望向后端服务器上传道路计费数据，就像激活设备12中的安全模块提交数据的摘录(extract)。安全模块对于该数据生成数字签名，并可选择针对服务器进行加密。将签名和加密的数据发送回OBU，OBU将数据上传至服务器。数字签名和加密系统整体上是常规的。
[0063] 在图1的示例中，安全模块16和OBU20通过钥匙和汽车之间的已有远程无钥匙进入通信链接进行无线通信。为此，车辆安装单元包括发送器和接收器24、汽车
访问单元26(用于控制
门锁)和制动单元28。
[0064] 因此，便携式激活设备12在该示例中是用于远程解锁车辆和禁用车辆的制动的无线设备。解锁和制动可以使用不同的
频率，因此发送器/接收器实际上可以是两个不同的发送器/接收器。
[0065] 在第一示例中，激活设备可以保留在驾驶员的口袋中。激活设备使用与汽车访问单元相同的信道，通过无线链接与汽车进行通信。在智能钥匙的安全模块和OBU之间转发涉及道路计费的数据。
[0066] 在第二示例中，可以在点火槽中插入激活设备。激活设备使用与制动单元相同的信道，通过与汽车的无线链接进行通信。图2示出了一个实例，具有第一无线链接22a，用于车辆安装单元的激活设备中相关发送器和接收器14a的汽车访问(门解锁)；和第二(例如短距离)无线链接22b，用于制动功能和向OBU的个性化信息的传送。将激活设备中的相关发送器和接收器示出为14b，将车辆安装单元中的相关发送器和接收器示出为24b。
[0067] 图3示出了另一个示例，仅具有短距离无线链接22b。这可以是与钥匙分离的设备。
[0068] 图4示出安全模块能够处于钥匙链(key fob)内的示例。通过使用与汽车访问单元相同的信道22a，与汽车的无线链接进行通信。在该示例中，通过分离的设备进行汽车制动，例如物理钥匙或者卡片式钥匙。
[0069] 图5示出了将智能钥匙插入点火槽中的示例，存在链接到OBU的
近场通信读取器(诸如RFID)。读取器建立与钥匙的通信。钥匙和OBU通过近场通信(NFC)信道30交换数据。在该示例中，当处于车辆安装单元的激活设备的范围内时，激活设备是无源并被提供电源的。激活设备具有与安全模块耦合的无源近场通信系统32，以及车辆安装单元具有与OBU20耦合的有源近场通信系统34。如图1至4所示，可以以多种不同方式实现汽车访问和制动功能。
[0070] 另一个示例中，在点火槽中再次插入智能钥匙，但是点火槽包括链接到卡读取器功能的
端子。在这种情况下，在OBU和智能钥匙的安全模块之间建立有线链接，而不是图5的近场通信链接。
[0071] 因此，将激活设备和具有到车辆的已有通信链路的OBU之间的所需通信连接进行结合的多种方式都是可以的。可以重新使用用于汽车访问的链接，或可以设置用于汽车制动的链接，或来自被插入在钥匙槽中
电子钥匙的链接，或其他分离的专用链接。
[0072] 图6示出了一种配备本发明系统的车辆40。如图所示，车辆安装单元(VMU)10具有与后端单元(BEU)42中的远程服务器进行无线通信的GSM发送器(GSM)，以便向远程处理器发送行程信息。在所示的示例中，后端单元42包括行程确定和计费装置44以及记账系统46。到后端单元的通信经由蜂窝基站48。
[0073] 车辆安装单元10还具有GPS接收器(GPS)，用于从GPS卫星50接收卫星
信号。
[0074] 图6还示出了OBU和短距离接收器/发送器24，作为车辆安装单元10的部分，以及远程激活设备12。
[0075] 在本方明的系统中，汽车内置的道路计费功能与用于识别驾驶员的安全模块相分离。这简化了汽车制造并使得更加灵活。例如，能够在世界的另一部分进行合并了用户专有功能的激活设备(钥匙)制造。能够完全独立于汽车出口/进口本身来进行安全模块的出口控制。例如能够在目的国生产该钥匙。
[0076] 不同国家和法律能够使用他们自己的系统并相对容易地改变该系统。
[0077] 安全功能与便携式激活设备的分离意味着向驾驶员/市民登记安全模块，而不是登记汽车。当进行汽车交易时，激活设备能与驾驶员在一起。
[0078] 对于车队管理，车队中的任意汽车都能够使用任意激活设备，行驶的距离和使用的其他服务与个体用户绑定。
[0079] 对于出租汽车的情况，每个消费者有他自己的激活设备(像忠诚卡(loyalty card)一样)。激活设备能够与任意出租汽车一起使用，并且用于自动地登记道路使用。自动地针对道路使用对激活设备的所有者进行记账。
[0080] 如果被盗或被危及安全时，系统提供了一种相对简单的道路计费系统安全的升级或替代。
[0081] 当汽车被盗但没有盗取激活设备时，因为没出现具有安全模块的钥匙，不会将汽车的所有者登记为驾驶汽车。
[0082] 在一些示例中，在激活设备的安全模块和OBU的内置部分之间的通信能够重新使用已有的通信信道，因此无需附加的硬件。
[0083] 利用激活设备，能够相对简单地将附加服务添加到OBU系统。
[0084] 以上提到了用于激活设备的多种选项。还有用于系统其它方面的多多选择，例如预先记账或者后记账，以及实现向后端单元的所需数据传送的不同方法。然而，本发明没有改变这些其它方面，所有已知选项都是可能的。作为示例，在最常见的配置中，OBU向执行行程计算、计费和记账的后端服务器发送一批(batch)位置信息行程。与定时信息一起发送位置数据。理想地，这可以通过使用蜂窝
调制器的GSM功能(通用分组无线服务ＧＰＲＳ或第三代移动电话)完成。
[0085] 代替发送位置信息，可以在OBU中执行行程计算。类似地，计费模块也可以在OBU中，以便代替向后端服务器发送计费信息。能够在还没有篡改计费信息的后端服务器中实现一些验证，例如，通过以较低频率发送位置信息。当然，这需要一种用于向OBU通知计费改变的信道。不同的解决方案在要发送的数据量和系统的安全性、私密性以及防篡改之间提供了不同的折中。
[0086] 该系统能够使用户获得正在行驶的道路的实际费用信息。可以通过使用实时在线查询系统和数据传输获得。例如，按下费用
请求按钮将向服务器发送最新的GPS坐标，服务器响应道路费用，然后向用户显示道路费用。这提供了一种低价的服务。
[0087] 本发明总体上与道路收费系统相关，但还与现收先付(pay-as-you-go)保险系统相关，其中花费依然取决于行驶的行程。因此，术语“道路费用(road price)”可以包括与道路相关的保险费用，作为选项。
[0088] 该系统能够使用任意通信网络用于车辆安装单元和后端单元之间的通信。通过批传输这可以周期性的，因此无需完全
覆盖。
[0089] 许多附加特征和
修改对于本领域的技术人员是显而易见的。
