专利名称：多模式交通优先/抢先车辆装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用数据通信实现远程控制交通灯系统的系统和 方法，例如，包括从光发射器传送光脉冲到光探测器，所述光探测器可 通信地连接到交叉路口的交通灯控制器。
背景技术：
交通信号长期用于调节交叉路口的交通流量。通常，交通信号依赖 于定时器或者车辆传感器以确定何时改变交通灯的状态，因此信号通知 改变方向的车辆停车，并且允许其他方向上的车辆行进。
应急车辆，例如警车、消防车和救护车通常允许违反交通信号而穿 越交叉路口。应急车典型地依赖于喇叭、警报器和闪光灯以警示其他靠 近交叉路口的司机应急车将要穿越交叉路口。然而，由于听力障碍、空 调、音频系统和其他干扰，通常驶近交叉路口车辆的司机不会注意到由 应急车发出的警报。
目前存在许多光交通优先权系统，所述光交通优先权系统允许应急 车辆优先在车辆路线上的交叉路口处的交通信号的正常运行，以允许应 急车辆快速通过交叉路口 。这些光交通优先权系统允许代码嵌入到光通 信中以识别每个车辆并提供安全性。这样的代码可以与交叉路口处的授 权代码比较以限制未授权的用户的访问。然而，因为利用不兼容的调制 方式，各种光交通优先权系统的车辆识别代码被嵌入到光通信中，因此 各种光交通优先权系统是不兼容的。
通常，在每个区域内，例如城市中独立地购买和实施采用特定的调 制方式的光交通优先权系统。因此，区域的交通灯和应急车被装备成使 用特定的调制方式。然而，相邻区域可以使用利用不兼容的调制方式嵌 入车辆识别代码的设备。经常，警车的追击或者应急车的路线可能要穿
越几个区域，所述每个区域使用不兼容的调制方式以嵌入车辆识别信息。 当保持适当的安全性而防止交通灯的未授权的优先权时，允许车辆在多 个区域内抢先交通灯，会负担繁重并且费用昂贵。
发明内容
本发明涉及克服上述争议以及与上面讨论的和其他应用的方法和实 施的类型有关的其他方面。可以在多个实施例和应用中示例本发明，这
些实施例和应用扭ii舌如下
结合一个实施例，本发明涉及允许利用多个通信协议远程控制交通 灯系统的实施例。
根据更特别的实施例，用于从车辆请求优先权的装置^皮使用在交通 控制系统中。用于请求优先权的装置包括协议电路、信号控制产生电路 和光源。协议电路适用于提供多个通信协议，其中多个通信协议和编码 数据相通信。根据多个通信协议中的至少一个，信号控制产生电路适用 于产生输出信号。光源适用于传送来自车辆的光脉冲，其中由输出信号 产生光脉冲，并且光脉冲包括多个通信协议中的至少一个的编码数据。
本发明的上述概述并不意在描述本发明的每个示出的实施例或者本 发明的每个实施。下面的更详细地图形和详细的描述举例说明了这些实
施例。
结合附图，通过对本发明的多个实施例的详细描述，可以更全面地 理解本发明，其中
图l为根据本发明利用不兼容的通信协议请求交通灯优先权时，车辆 接近和控制多个交通交叉路口示图2A、 2B和2C示出了对于本发明的不同示例的通信协议，在车辆和 交叉路口处的设备之间传送的光脉冲；
图3为本发明的实施例的光交通优先权系统的发射器的部件的框图。
本发明可以修改成不同的方式和可选的形式，其具体细节将通过附
图和示例的方式示出并进行详细描述。然而，可以理解，本发明并不限 于所描述的特定实施例。相反，本发明覆盖所有的在所附加的权利要求 所定义的发明的主旨和范围内的所有修改、等同替换和变化。
具体实施例方式
本发明可以应用于光交通优先权系统的各种不同通信协议中。然而 本发明并不限制于该方法，利用这些或者其他内容，通过对各种实施例 的讨论，可以理解本发明的各个方面。
图1为根据本发明利用不兼容的通信协议请求交通灯108和交通灯
110的优先权时，车辆102接近和控制多个交通交叉路口 104和交通交叉 3各口 106的一见图。交通交叉^各口 104在区i或112内，例3o城市，交通交 叉路口 106在区域114内。对于区域112内的政府机关，例如城市政府， 可以为交通灯108安装交通灯控制系统，交通灯108允许交通灯108的 正常操作的优先权以便利应急车辆102通过交通交叉路口 104。区域114 的单独的政府机构可以类似地为交通灯110安装交通灯控制系统。
交叉路口 104具有交通灯控制器116,交通灯控制器116控制交通灯 108的运行并且支持交通灯108的正常操作的优先权。典型地，交叉路口 104的交通灯控制系统包括一个或多个探测器118,所述探测器118探测 来自车辆102的发射器120的闪光灯脉冲。典型地，发射器120的光源 安装在车辆102的顶部，所述光源定位于以车辆102行驶的方向发射光 脉沖。来自探测器118的由车辆102请求交通灯108的优先权的信号连 接到交通灯控制器116上。为了响应所请求的优先权，交通灯控制器116 调整交通灯108的状态以允许车辆102通过交叉3各口 104。交叉3各口 106 可以类似地具有用于交通灯110的探测器122和控制器124。
区域112和区域114可以为交叉if各口 104和交叉3各口 106安装不兼 容的交通灯控制系统。用于通过^:测器118向交通灯控制器116传送优 先权请求的通信协议可以与用于通过^:测器122向交通灯控制器124传 送优先权请求的通信协议是不兼容的。典型地，车辆102与区域相关， 例如，车辆102可以与区域112相关。区域112可以给车辆102装备发
射器120,所述发射器120与区域112内的每个交通灯108兼容；然而， 在区域114内，发射器120会与交通灯110不兼容。
经常地，运送病人的救护车或者响应火警的消防车需要穿过多个区 域112和114。双发射器120可以安装在车辆102上，使得车辆102能够 请求区域112内的交通灯108和区域114内的交通灯110的优先^又。在
据，例如，用于授权和记录每个优先权请求的车辆识别代码的数据值。 区域114配置交通灯控制器124,以在利用与闪光脉冲中嵌入数据值不兼 容的协议时，省略来自发射器120的优先权请求的授权和记录。然而， 省略授权和记录以允许来自另一个区域112的车辆102的交通灯110的 优先权，使得在区域114内的交通灯110容易受到未授权的用户的优先 权的攻击并且限制了探测未授权的用户的优先权的能力。
本发明的各种实施例用于具有相应不兼容的通信协议的交通灯108 和110的优先权，，而无须复制设备并且不会损失车辆识别代码的授权和 记录。
根据特定的实施例，利用公知的实施实现图1的发射器120,所述/> 知的实施被修改成支持多个通信协议。例如，Opt icom优先权控制系统(明 尼苏达州圣保罗的3M公司制造)，除了 Opticom优先权控制系统本身的 通信协议外，可以被修改成支持一个或多个通信协议。与Opticom优先 权控制系统的特性一致，美国专利5,172,113的一个或多个实施例可以 以这种方式修改。根据本发明，利用另一个商业上可获得的交通优先权 系统，例如，Strobecom n系统(由亚利桑那州菲尼克斯的TOMAR电子 公司制造)，另一个特定的实施例被实施，其被修改成支持一个或多个附 力口的il/[言十办i义。
图2示出了本发明的各种示例的通信协议的在车辆和交叉路口处的 设备之间进行传送的光脉冲。第一通信协议可以具有光脉冲流200并且 第二通信协议具有光脉冲流220。第三通信协议具有光脉沖流240,所述 光脉冲流240结合光脉沖流200和220的特;f正。
光脉冲流200具有发生在特定频率的主要的闪光脉冲202,所述特定
频率典型地为10Hz或14Hz。在主脉冲之间，可选的数据脉沖204、 206 和208在光脉沖流200内嵌入编码数据值。例如，如果脉冲204存在， 则编码数据值第一位为1,如果脉冲204不存在，则编码数据值第一位为
0。 如果脉冲206存在，则编码数据值第二位为1,如果脉沖206不存在， 则编码数据值第二位为0。类似地，如果脉冲208存在，则编码数据值第 三位为1，如果脉沖208不存在，则编码数据值第三位为0。典型地，可 选的脉冲204、 206和208为主脉沖202之间的一半。光脉冲流200可以 对应Opticom优先权控制系统的通信协议。
光脉冲流220具有闪光脉冲，所述闪光脉沖名义上发生在特定频率 上，所述特定频率典型地为大约10Hz或者14Hz，但是脉冲从名义上的频 率偏移以在光脉冲流220中嵌入编码数据值。例如，在初始脉沖222之 后，脉冲224和226中仅有一个存在，并且如果前脉冲224存在，则编 码数据值第一位为0,如果后脉沖226存在，则编码数据值第一位为1。 脉冲228和230中的^f又有一个存在，并且如果前脉冲228存在，则编码 数据值第二位为0，如果后脉冲230存在，则编码数据值第二位为1。类 似地，脉冲232和234中的仅有一个存在，并且如果前脉沖232存在， 则编码数据值第三位为0,如果后脉沖234存在，则编码数据值第三位为1。
典型地，从224到234的每个脉冲以标定(nominal )时间周期从在
际间隔的标定频率，所述实际间隔稍-敞小于或大于标定时间周期。前脉 冲嵌入0数据位，所述前脉冲具有稍微小于标定时间周期的从在先脉冲 分离的间隔，后脉冲嵌入1数据位，所述后脉冲具有稍微大于标定时间 周期的从在先脉沖分离的间隔。例如，如果脉冲224存在，则当脉冲228 被以稍微小于标定时间周期的间隔从脉冲224分离时，第二位0被嵌入， 而如果脉冲226存在，则当脉冲228被以稍孩i小于标定时间周期的间隔 从脉沖226分离时，第二位0被嵌入。这些光脉冲流可以对应Strobecom n系统的通信协i义。
光脉冲流240合并光脉沖200和220的脉冲位置，允许多个编码数
据或双重编码数据在设定的时间间隔内传送。在发射器发射起始脉冲242 后，脉沖244的存在或不存在分别提供第一位1或第一位0,并且脉冲 246或脉沖248的存在分别才是供第二位0或第二位1。另外的位3到位6 类似地通过脉冲250到260嵌入。
在一个实施例中，在前一脉冲之后的标定周期的一半时间，脉冲244、 250和252通过一多协议发射器传送。例如，如果脉冲246存在，则在脉 冲246后的标定周期的一半时间，脉冲250被传送，而如果脉沖248存 在，则在脉冲248之后的标定周期的一半时间，脉冲250被传送。在另 一个实施例中，脉冲244、 250和252在前脉沖和在后的脉沖之间中点一皮 传送。
交通灯控制系统可以有车辆上的发射器和在交叉路口处的控制器， 发射器带有一个时间发生器例如晶体振荡器，而控制器带有另一个时间 发生器。为了计算发射器和控制器上的时间发生器的可能的时间差，被 设计成接收光脉冲流200的控制器能够对于脉冲202的标定频率 (nominal frequency )有容i午度(tolerance )。 因t匕，i殳i十成^妾卄丈光月永 冲流200的控制器能够接受脉冲202的一定频率范围，所述频率范围包 含脉冲202的标定频率。
以在脉冲202的频率容许范围内的相互排斥的脉冲246和246的频 率，发射器能够发射光脉沖流240。当发射器发射光脉冲流240到设计成 接收光脉冲流200的控制器时，控制器可以识别脉冲246或脉冲248作 为对应的脉冲202，而不管脉冲246和脉冲248实际上哪个^皮发射。因此， 设计成接收光脉冲流200的现有的和将来的控制器可以忽略脉冲246和 脉沖248的频率摆动。当脉沖244、 250和252以分别对应脉沖204、 206 和208的方式存在或不存在时，传送光脉冲流240的发射器与设计成接 收光脉沖流200的控制器兼容。
通常，脉沖244、 250和252由设计成接收光脉冲流220的控制器忽 略。当脉冲246或248、 254或256、和258和260的位置分别对应脉冲 224或226、 228或230、 232或234时，传送光脉冲流240的发射器与现 有的和将来的设计成接收光脉冲流200的控制器兼容。
传送光脉沖流240的发射器具有以下优点支持较高的数据通信率 和/或与光脉冲流200和220中的一个或两个都兼容。在实施例中，传送 的数据值的第一位、第三位和第五位通常为0,对应脉冲244、 250和252 的不存在，以产生与光脉冲流220兼容的光脉沖流240。在另一个实施例 中，传送的数据值的第二位、第四位和第六位通常全为O或者通常全为1, 对应持续的频率摆动，以产生与光脉冲流200兼容的光脉冲流240。可以 理解，频率摆动的消除可以提高兼容性。在这两个实施例中，传送光脉 冲流240的发射器与设计成接收光脉冲流200的控制器和设计成接收光 脉冲流220的控制中的一个或另一个兼容，而不是同时与两个兼容。当 发射器被配置成实现两个实施例中的任一个时，仅仅需要设计、储备和 支持一种类型的发射器。
传送光脉沖流240的发射器可以同时激活两个交通灯的优先权，所 述两个交通灯具有设计成接收一个交通灯的光脉沖流200和另一个交通 灯的光脉冲流220的控制器。例如，两个相邻的区域分离的交通灯可以 位于不同的区域内，所述局域具有安装的控制器，所述控制器设计成接 收一个交通灯的光脉沖流200和另一个交通灯的光脉沖流220。当应急车 辆配置有传送光脉冲流240的发射器时，接近两个交通灯的应急车辆可 以同时激活两个交通灯上的优先^k。
在一个实施例中，每个区域管理每个车辆的车辆识别代码的分配， 所述每个车辆被授权以激活在该区域内的交通灯的优先权。车辆可以被 分配两个车辆识别代码，其中 一个车辆识别代码由具有交通灯控制器的 第一区域配置，所述交通灯控制器设计成接收光脉沖流200，而另一个交 通灯识别代码由具有交通灯控制器的第二区域配置，所述交通灯控制器 设计成接收光脉沖流220。车辆的发射器可以传送一个优先权请求， 一个 车辆识别代码被嵌入到脉沖，例如脉冲244、 250和252中，而另一个车 辆识别代码被作为编码数据嵌入到脉沖，例如脉冲246和248、 254和256、 258和260内。具有两个嵌入的车辆识别代码的光脉冲流240同时激活两 个区域内的优先权。
在另一个实施例中，车辆识别代码合作地被多个区域配置，可能地
使得每个应急车辆配置有单个的车辆识别代码。车辆的发射器可以传送 带有车辆识别代码的优先权请求，所述车辆识别代码被作为编码数据嵌
入到脉冲内，例如脉冲244、 250和252,和同样的车辆识别代码祐:作为 编码数据嵌入到脉冲内，例如脉冲246和248、 254和256、 258和260。 具有车辆识别代码的双重嵌入的光脉冲流240可以同时激活两个区域内
的优先权。
然而在又一个实施例中，脉沖244到260可以嵌入到单个的优先权 请求内，在给定的时间周期内在发射器和控制器之间所述优先权请求可 以传送更多个编码数据位。发射器可以配置成能够传送光脉冲流240,所 述光脉冲流仅仅与设计成接收光脉冲流200的控制器兼容，仅仅与设计 成接收光脉冲流220的控制器兼容，同时与设计成接收光脉冲流200或 220的控制器兼容，和/或与设计成以比光脉沖数据流200和220高的数 据传输率接收光脉沖流240的控制器兼容。附加的编码数据可以用于提 供附加的操作，以利用使用密钥的加密提高安全性，和/或通过增加错误 的探测或者校正而不增加光交通控制系统的响应时间，提高稳固性。
用于传送光脉冲200、 220和240的标定频率可以确定优先权。例如， 大约10Hz的频率可以响应应急车辆的高的优先4又，而大约14Hz的频率 可以响应公共交通车辆的低优先权。
图3是本发明的实施例的光交通优先权系统的发射器的部件框图。 车辆上的光源302，例如Xenon闪光管或者高密度发光二极管，发射短光 脉冲，所述短光脉沖通过交通灯控制器的探测器接收以请求交通灯的正 常操作的优先权以便利车辆通过交通灯。
信号产生电路304产生输出信号以控制来自光源302的光的闪烁。 信号产生电路304可以包括变压器，所述变压器用于产生输出信号，所 述输出信号具有高电压脉冲，每个高电压脉冲触发氙闪光灯以发射光脉 冲。说明输出信号的脉冲的时间的数据可以由协议电路306提供，输出 信号的脉冲对应一个或多个光通信协议，每个光通信协议可以具有执行 探测协议的对应的交通灯控制器。当输出信号的脉冲对应多于一个的光 通信协议时，脉沖同时通信所有的光通信协议。协议电路306可以产生由光源302发出的光脉冲的时间说明(timing specification )。通过产生要嵌入到光脉冲流的数据值和编码这些数据 值以产生脉冲的时间说明，协议电路306可以产生由光源302发出的光 脉沖的时间说明。嵌入到光脉冲流中的数据值可以包括在用户界面308 上设定的信息。
在一个实施例中，界面308包括由车辆操作人员或管理人员使用的 输入设备，以详细说明一个或多个车辆识别代码，该车辆装载发射器300。 示例的输入设备包括指轮旋转开关(thumbwheel switch)和键盘。建立 车辆识别代码的操作员可以附加地说明发射器300的运行模式。例如， 多位车辆识别代码的一个位可以说明发射器300应该发射发射器支持的、 与所有的光通信协议的子集兼容的光脉沖流。为了操作者使用便利，操 作员可以不用担心每个车辆识别代码的部分实际选择运行模式，而不是 另外嵌入在传送的光脉冲流中。在另一个实施例中，界面308包括结构 以说明发射器的默认操作的结构或者在制造后配置发射器的操作，例如， 在发射器内的跳线设置或者外部可配置的非易失性存储器。
协议电路306可以产生光脉冲流的说明，包括从用户界面308接收 到的车辆识别代码。协议电路306可以包括存储电路310,存储电路310 为各种光通信协议提供协议信息。在一个实施例中，每个光通信协议具 有对应的存储电路310。在另一个实施例中，单个的存储电路310为所有 的光通信协议提供协议信息。
在一个实施例中，在存储电路310中的信息可以为协议算法，例如 协议状态转换图表或处理器可执行的代码。协议电路306包括处理器， 例如微处理器，所述处理器执行处理器可执行代码以产生数据，例如通 信协议的光脉冲流的说明(specif ication )。
在另一个实施例中，在存储电路310内的信息可为逻辑执行，例如， 可编程逻辑阵列或者配置有用于通信协议的可编程数据的可编程逻辑设 备。然而在又一个实施例中，在存储电路310内的信息可以为协议表， 例如作为当前状态和输入的函数的下一个状态和输出。协议算法，逻辑 执行和列表的组合可以通过协议电路306使用在可选的实施例中。存储
电^各310的内容为外部可存取的以使得制造者或者车辆队伍的管理者更
新由协议电路306支持的通信协议。
权利要求
1. 一种在交通灯控制系统中使用的用于从车辆请求优先权的装置，包括:协议电路，所述协议电路适用于提供多个通信协议，其中多个通信协议通信编码数据；信号控制产生电路，所述信号控制产生电路适用于根据多个通信协议中的至少一个产生输出信号；和光源，所述光源适用于传送来自车辆的光脉冲，其中所述光脉冲由输出信号产生，并且所述光脉冲包括所述多个通信协议中的至少一个的编码数据。
2. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，协议电路适用于利用 至少 一个协议算法提供通信协议。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，协议电路适用于利用 至少一个查找表提供通信协议，所述查找表包括代表多个通信协议中的至少一个的模式。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，协议电路包括每个通 信协议的所述至少一个查找表中的一个。
5. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个查找表 为包括多个通信协议的协议信息的表。
6. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，协议电路适用于利用 至少 一 个可编程的逻辑阵列提供通信协议。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，协议电路具有每个通 信协议的所述至少一个可编程的逻辑阵列中的一个。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少一个可编程 的逻辑阵列为包括通信协议的协议信息的可编程逻辑阵列。
9. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，协议电路适用于利用 协议算法和至少一个查找表提供通信协议，所述查找表包括代表至少一 个通信协议的模式。
10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，信号控制产生电路 适用于根据多个通信协议中的至少两个同时产生输出信号。
11. 根据权利要求1所述的装置，还包括适用于选择所述至少一个 通信协议的用户界面。
12. 根据权利要求1所述的装置，还包括适用于选择所述至少一个 通信协议的生产后界面(post-manufacture interface )。
13. 根据权利要求1所述的装置，还包括适用于选择车辆识别代码 的用户界面，所述车辆识别代码包含在所述多个通信协议中的至少一个 的编码数据中。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述至少一个通信 协议设置为车辆识别代码的函数。
15. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述至少一个通信 协议被选择作为被指定的车辆识别代码的函数。
16. 根据权利要求14所述的装置，其特征在于，协议电路适用于存 储处理器可执行代码，根据所述多个通信协议中的至少一个，所述处理 器可执行代码被执行以产生编码数据。
17. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，协议电路包括微处 理器电路，并且所述协议电路适用于存储处理器可执行代码，根据多个 通信协议中的至少一个，所述处理器可执行代码被执行以产生编码数据。
18. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，利用密钥，所述多 个通信协议中的至少 一个的编码数据被加密。
19. 一种在交通灯控制系统中使用的用于从车辆请求优先权的装置， 包括车^两安装装置(vehicle mounting arrangement); 根据多个通信协议中的至少一个，用于产生输出信号的装置，所述 装置由车辆安装装置支撑。
20. —种用于适用于与交通灯控制系统通信的设备中的用于请求交 通灯控制器的优先权的方法，所述方法包括根据多个通信协议中的至少一个，产生输出信号。
全文摘要
一种用于交通控制系统中用于从车辆请求优先权的装置。请求优先权的装置包括协议电路、信号控制产生电路和光源。协议电路适用于提供多个通信协议，其中多个通信协议传送编码数据。信号控制产生电路适用于根据多个通信协议中的至少一个产生输出信号。光源适用于传送来自车辆的光脉冲，其中光脉冲由输出信号产生并且包括多个通信协议中的至少一个的编码数据。
文档编号G08G1/095GK101385056SQ200680028149
公开日2009年3月11日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年6月1日
发明者马克·A·施瓦茨 申请人:全球交通技术公司