CN108340877A - 用于两轮车辆的锁止装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及两轮车辆和用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法。本发明尤其提供一种与两轮车辆的晶体管受控点火(TCI)一起集成的基于生物特征的锁止器系统。通过对两轮车辆中可用的开关的顺序操作来帮助新的指纹的注册。第一开关和第二开关以指定的顺序操作，以将系统切换到学习模式。然后传感器捕获指纹图像(1)并储存指纹图案。所储存的图案被用于通过比较(5)来验证所捕获的图像，并且因此认证驾驶者。该系统主要是为了适应两轮机动车的环境而设计的，并且应用贯穿机械和电气两个方面。该系统可以被用于摩托车、小轮摩托车和轻便摩托车，其中驾驶者在其臂长之内掌控大部分的控制。

Description

用于两轮车辆的锁止装置
技术领域
本发明总体上涉及一种两轮车辆。更具体地但非排他地，本发明涉及一种基于生物特征的锁止装置(immobilizer)，该锁止装置与所述两轮车辆的晶体管受控点火(TCI)一起集成。
背景技术
在例如印度的发展中国家，车辆是许多家庭的生计手段。在每家杂货店都有轻型摩托车和摩托车用于从当地市场运送物品。牛奶供应商使用摩托车通过将罐沿着载架悬挂来分发牛奶。这些车辆在发挥如此重要的作用，而车辆的遗失将被视为相当于这些家庭丧失生计。因此，使用防盗装置来固定车辆变得至关重要。现有技术试图通过认证驾驶者所拥有的电子装置来规避盗窃。虽然这些防盗装置有一定的效果，但其仍然可以被破坏，并且车辆可能被偷走。
印度在2012年总共发生了1,543,551起汽车盗窃案，这一数字在当年占到注册的盗窃案总数(3,37,407)[1]的45.75％之多。数字表明，事实上许多车辆仍然容易受汽车盗窃案所困，并且需要不断的努力使其更加安全。大多数车辆已经用简单的点火锁和钥匙来固定，这易于导致短路点火(hotwiring)。源于点火锁端子的电线可能容易短路，并且可以在不使用点火钥匙的情况下启动车辆。互联网上的许多教程都教导了将任何车辆进行短路点火的方法，这些车辆如果没有使用防盗装置将暴露在很大威胁之下。
诸如被动式和主动式的锁止装置的传统的安全装置显著地防止了汽车盗窃，并且犯罪率在1991年后大幅下降。然而，这种系统背后的基本原理使得它们变得脆弱和易受攻击。该系统倾向于认证驾驶者所拥有的电子装置，而不是驾驶者本人。这个漏洞可以被利用，并且通过拥有钥匙车辆可以而被轻易地偷走。
使上述缺陷更加严重的是，可以使用以433MHz操作的许多低成本接收机来分接由钥匙坠传输的数据。其然后可以在低成本的433MHz发射机的帮助下复制，从而使车辆行驶。斯蒂芬·梅森(Stephen Mason)的案例研究揭示了小偷通常使用的避开遥控无钥进入技术的方法。显然，基于射频技术构建的安全装置并不是完全万无一失，并且可以被攻破以获得进入车辆。非洲拥有世界上最大的两轮车市场之一。在非洲国家两轮车是一种负担得起的交通方式。事实上，越来越多的人从其他交通方式转向两轮车。考虑到非洲国家的现有基础设施，在没有维护的道路上行驶并不容易。因此，乘坐两轮车比乘坐四轮车行驶要方便得多。
基于生物特征的锁止装置在DE19900032中已经被展示用于克服上述问题。生物特征是人类独有的特征，并广泛用于刑事侦查。其独特的性质通过并置(juxtaposing)所储存的和所呈现的物理特性，而不是认证构建于有缺陷的原理的电子ID，而有利于用户认证。该系统使用集成在可移动的引导件启动按钮之上的指纹传感器。将使用指纹传感器捕获的图像与储存的图像进行比较。如果两个图像匹配，则执行诸如座位和镜子调整、无线电预设等的许多个人设置功能。认证失败则触发另一组涉及车辆锁止的功能，包括方向盘的锁定和命令发动机不启动。
标题为“Starting system for an automotive vehicle using fingerprintrecognition(使用指纹识别的用于机动车辆的启动系统)”的EP 1293403A2公开了一种用于具有点火系统的机动车辆发动机的启动系统。启动系统包括用于生成指纹信号的指纹传感器(26)、储存有多于一个的授权指纹信号的存储器、生成启动信号的开关(28)、连接到点火系统(20)的控制器、指纹传感器(26)、存储器(18)和开关(28)。由控制器将指纹信号与储存在存储器中的授权指纹信号进行比较。响应于启动信号，控制器允许点火系统，并且指纹信号基本上与授权的指纹信号相同。
标题为“Arrangement for authorization interrogation in a motor vehiclehas fingerprint sensor that detects user fingerprint for checkingauthorization integrated into starting button movable in guide(用于具有集成到在引导件中可移动的启动按钮中的检测用户指纹以进行授权检查的指纹传感器的机动车辆中的授权询问的装置)”的DE 19900032公开了一种装置，该装置包括用于检测用户指纹以进行授权检查的指纹传感器(10)，该传感器被集成到启动按钮(12)中，启动按钮(12)可在引导件(14)中移动并具有用于锁定装置的孔。还包括一个独立权利要求，关于在机动车辆中操作用于授权询问的装置的方法。
标题为“Apparatus and Method for Vehicle Operation Using BiometricFingerprint identification(使用生物特征指纹识别进行车辆操作的装置和方法)”的US2014/0002237A1公开了一种利于保护车辆的指纹认证系统。该系统包括无线手持编程器，用于简单设置和配置多因素安全认证控制台，该控制台包括多色LED指示灯。编程和用户界面反馈通过通用符号发出。该系统通过允许车辆开/关功能被控制的继电器电耦合到车辆。一旦操作员身份的认证完成，该装置允许车辆的操作。为了允许单个用户，设置有代客(valet)模式，其中该单元可以被停用或被编程。作为读码(swipe)装置，传感器模块的操作允许在任何车辆上的不显眼放置。
标题为“An identification system and combined analysis unit comprisesusing biometric data to provide identification and health analysis of adriver in a road vehicle(识别系统和包括使用生物特征数据来提供道路车辆中的驾驶员的识别和健康分析的结合的分析单元)”的DE 102005044473A1公开了一种识别系统，其连接到分析系统，该分析系统使用由虹膜扫描仪或指纹扫描仪生成的生物特征信息，除了识别之外，该系统还使用血液样本或毛发样本来提供健康测试。
标题为“GOD fingerprint operated ignition switch and entry system(GOD指纹操作的点火开关和输入系统)”的US 2003/0002716A1公开了一种指纹输入和发动机启动系统，包括计算机化的视频记录器和安装在车辆的驾驶员车门中的发射器，该发射器容纳透明护罩并且该记录器经由透明护罩下的位置垂直。为了启动车辆的发动机，合法的用户必须在其左侧部分按压护罩，因为护罩安装在车辆的门把手中。每当护罩的右手部分被合法用户推动(这在记录器被致动时被完成)，车辆的门锁就被释放，而当按下护罩时，用户的指纹从光信息转换成传输的计算机数据并被传送且与预设数据进行比较。当储存在存储器中的预设数据与转换的数据匹配时，用于释放车辆门锁的致动器的线圈被致动。当匹配达成时，点火开关也致动发动机启动器的电机，该发动机启动器的电机驱动启动器并启动车辆的发动机，这是在CPU输出激活信号时完成的。只要合法用户按下护罩以启动两个按钮开关，CPU就限定存储器，从而仅输出激活信号。在没有钥匙进入车辆之前，一个电动车窗、加热器、后备箱和引擎盖通过在门上向外的四个指纹输入按钮开关操作。
标题为“Fingerprint vehicle access system(指纹车辆进入系统)”的US2005/0184855A1公开了使用指纹传感器来检测具有进入权限的人员进入具有电气或电子激活门锁的车辆的装置和方法。该装置包括使用不同手指选择性地打开车门、后备箱等的机构。该系统与现有的访问控制和报警系统一起使用。
标题为“Vehicle personalisation via biometric identification(通过生物特别识别的车辆个人设置)”的GB2388694A公开了一种安装在车辆中的传感器模块，其获取车辆使用者手指的图像以识别车辆使用者。
标题为“Vehicle environment control device(车辆环境控制装置)”的US7228213B2公开了识别和控制车辆相关联的设备和车辆环境的状态的车辆环境控制装置，其包括储存与车辆M的用户相关的用户数据的个人数据储存部分。而且，存在指纹信息储存部分，其储存关于授权用户的指纹的信息。存在基于指纹信息的用于用户识别的部分。还存在用于从个人数据储存部分读取识别的用户的个人数据(诸如体格)的部分，并且为了改善驾驶员或使用者使用车辆的便利性，存在用于将车辆M设置为基于个人阅读数据的适合于用户的环境(诸如设置座位位置)。
标题为“System and method for biometric identification in a vehicle(用于车辆的生物特征识别的系统和方法)”的US9272689B2公开了一种从多于一个传感器接收信号的识别车辆使用者的计算机实现的方法。该信号显示心脏活动的测量，该测量基于信号的生物特征确定生物标记，并且基于该生物标记识别车辆使用者。
标题为“Apparatus and method for vehicle operation using biometricfingerprint identification(使用生物特征指纹识别的用于车辆操作的装置和方法)”的WO2013/188827A1公开了有益于保护车辆的指纹认证系统。该系统包括无线手持编程器，用于简单设置和配置多因素安全认证控制台，其包括多色LED指示灯。编程和用户界面反馈通过通用符号发出。该系统通过允许控制车辆开/关功能的继电器电耦合到车辆。一旦操作员身份的认证完成，该装置允许车辆的操作。为了允许单个用户，提供代客模式，其中该单元可以被停用或编程。传感器模块作为读码装置运行，从而允许在任何车辆上进行不显眼的放置。
在本发明中，已经对DE19900032中提出的装置进行了一些改进。该系统主要是为了适应两轮机动车环境而进行的修改。这些修改既渗透到系统的机械方面，也渗透到系统的电气方面。
发明内容
本发明提供了一种与车辆的晶体管受控点火(TCI)一起集成的基于生物特征的锁止装置系统。通过车辆中可用的开关的顺序操作来帮助新指纹的注册。开关遵循指定的顺序操作，以将系统切换到学习模式。传感器然后捕获指纹图像并储存指纹图案。储存的图案被用于通过比较来验证捕获的图像，从而认证驾驶者。
该系统由三个主要部件组成：指纹传感器、图像处理器和控制或基础模块。指纹传感器捕获指纹图像并将其发送给图像处理器。图像处理器增强所捕获的图像并运行指纹检测算法。将所捕获的图像与所储存的模板进行比较，如果匹配分数超过了通过错误接受率(FAR)和错误拒绝率(FRR)设置的阈值，则图像处理器将该事件传送给基础控制器。与图像处理器相关联的网络可以容纳在传感器外壳中，也可以与TCI中的基础模块合并。
控制或基础模块包括管理系统的控制单元。模块的输入源于用于注册的开关、离合器开关(摩托车中)、制动开关、速度传感器和图像处理器。认证过程从离合器开关或制动开关的应用开始。如果车辆处于静止状态，则控制器命令传感器捕获指纹并将指纹与所储存的模板并置。如果指纹匹配，则启动继电器通电，从而通过电启动起动发动机。如果驾驶者决定通过脚踏启动(kickstart)来启动车辆，则认证过程在起动后进行。如果在认证过程中驾驶者的否定(negative)身份被揭露，则车辆在几米之内停止。本发明的车辆是两轮车辆。
与控制电路相关联的网络与TCI单元一起集成。与系统的有形部件相关联的所有电缆都用于通信，并且都不用于向电力负载供电。因此使任何两根电缆短路都使系统瘫痪并且不能起动发动机，并且因此提高了车辆的安全性。消除了与点火钥匙相关联的短路点火的缺点。
暴露于大气中的传感器易于受到不利的环境条件影响，诸如极端温度、雨水、极端湿度、由于高度变化而导致的变化的压力等。指纹传感器通过由固定的和移动的实体组成的外壳保护。固定的实体是固体框架，用于支撑滑动闸板，该滑动闸板是具有两个位置的移动元件。默认位置是当没有力施加到滑动闸板时，并且小的力施加将滑动闸板移动到第二位置，从而暴露封闭的传感器。驾驶者可以方便地将其手指放置在传感器上进行认证。在放松施加的力时，滑动闸板移回到默认位置。
除了认证之外，控制模块还管理指纹注册。当被置于驾驶员座位上时，传感器可被放置在驾驶者可以触及的任何地方。这包括车把、车把握柄、左手(LH)或右手(RH)控制组件、左手或右手杆、仪表组和汽油箱。该位置应该在驾驶者不弯曲其背部或移动其手超过花最小力气的区域之外的情况下方便驾驶者触及。
与认证系统相关联的控制电路与TCI或电子控制单元(ECU)之间的通信在锁止装置系统中形成薄弱链路。假设如果两者是独立操作的，则两者之间的通信通道可以由传送数字高或数字低的单个线组成。这个环节可以被篡改以避开认证，然后可以使车辆行驶。为了消除这个薄弱链路，这两个单元被联合成单一的实体，形成结合的TCI和锁止装置系统。包含两个系统的单个印刷电路板(PCB)封装在封闭的立方体中，从而隐藏了通信环节并保护了薄弱点。
上述新颖性通过在智能手机中使用指纹传感器注册指纹而得到增强。通过蓝牙、近场通信(NFC)、Wi-Fi等与车辆相互作用的智能手机被用于通过应用程序注册指纹。所捕获的图像通过安全的通信通道传输到车辆中的指纹传感器。车主还可以通过限制注册指纹的有效期限来允许访客接近车辆。
附图说明
图1示出了认证系统的功能框图。
图2示出了注册过程的流程图。
图3示出了具有滑动机构的传感器的外壳。
图4和5示出了从后侧观察时的车辆俯视图，示出了本发明的锁止装置。
具体实施方式
图1示出了本发明的认证系统的功能框图。使用指纹传感器(1)捕获指纹图像。然后通过模拟通道将图像传送到处理器。借助指纹检测算法，从图像中提取诸如细节(minutiae)、脊(ridge)、谷(valley)、三角点(delta)等的指纹特征(2)。然后使用这些特征生成模板(3)，这些特征进一步与所储存的的用户模板(4)进行比较(5)。如果两者匹配(8)，则TCI被警告事件，该事件继而激励启动继电器(9)。如果认证显示否定身份(6)，则车辆通过向TCI发送相关信号而被锁止。除此之外，蜂鸣器被激励发出警报(7)，从而提醒车主盗窃企图。
指纹认证系统包括三个主要部件：
1.指纹传感器
2.图像处理器
3.控制或基础模块
指纹传感器：
指纹传感器捕获指纹图像并将其发送到图像处理器。用于捕获图像的技术可以是以下任何一种：光学、电容、传热、压力或声学。不同的传感技术的使用因应用而异。系统可以基于所需的灵敏度而使用任何可用的传感技术。
传感器暴露于大气中易于受到不利的环境条件影响，诸如极端温度、雨水、极端湿度、由于高度变化而导致的变化的压力等。传感器采用如图3所示的外壳进行保护。外壳包括固定和移动的实体。固定实体(20)包括固体框架，该固体框架具有支撑作为具有两个位置的移动元件的滑动闸板(21)。当没有力施加到滑动闸板(21)时，其被保持在第一或默认位置(22)。在施加小的力时，滑动闸板(21)朝向第二位置(23)移动，从而暴露封闭的传感器。驾驶者因此可以方便地将其手指放在传感器上进行验证。在放松所施加的力时，滑动闸板(21)移回到默认位置(22)。实体包括传感器并且安装在以下位置之一：左手(LH)或右手(RH)控制组件(26，30，33，35，37，42，44，48)、LH或RH杆(24，32，45，47)、车把(38，41)、车把握柄(25，31，36，43)、仪表组(34，46)、汽油箱(39)或其它花最小力气可以触及的位置(27，28，29，40)。图4和5以从后侧观察时的俯视图示出了布置于车辆的速度计区域中的锁止装置。
图像处理器：
图像处理器用于增强所捕获的图像并运行指纹检测算法。图像处理器根据可用存储器储存指纹模板(4)。基于要储存的指纹的数量，具有相关存储器的处理器或具有相关外部存储器的处理器将被选择，并且将由制造商决定(取决于制造商允许访问车辆的用户的数量)。这些模板被用作与所捕获的图像相比较(5)的源。图像处理器基于所储存的和所捕获的图像指纹图案之间的匹配程度来生成匹配分数(8)。如果分数超过了通过错误接受率(FAR)和错误拒绝率(FRR)设置的阈值，则图像处理器将该事件传送给基础控制器。
与图像处理器相关联的网络可以容纳在传感器外壳中，也可以与TCI中的基础模块合并。
控制或基础模块：
控制或基础模块包括管理系统的控制单元。模块的输入源于用于注册的开关、离合器开关(摩托车中)、制动开关、速度传感器和图像处理器。认证过程从离合器开关或制动开关的应用开始。如果车辆处于静止状态，则控制器命令传感器捕获指纹并将指纹与所储存的模板并置。如果指纹匹配，则启动继电器(10)通电，从而通过电启动(20)起动发动机。
如果驾驶者决定通过脚踏启动来启动车辆，则认证过程在起动后进行。如果在认证过程中驾驶者的否定身份被揭露，则车辆在几米之内停止。
与控制电路相关联的网络与TCI单元一起集成。与系统的有形部件相关联的所有电缆都用于通信，并且都不用于向电力负载供电。因此使任何两根电缆短路都使系统瘫痪并且不能起动发动机，并且因此提高了车辆的安全性。消除了与点火钥匙相关联的短路点火的缺点。
除了认证之外，控制模块还管理指纹注册。遵循图2所示的开关操作顺序来注册新的指纹。模板被储存在图像传感器或外部存储器中。注册人数由控制器限制到最小值，以保证安全。进一步注册指纹会在向驾驶者发出警告后覆盖已注册的模板。
注册过程用于注册新的指纹。在没有移动电话的情况下，可以遵循如图2所示的开关操作顺序来执行该操作。如果每分钟转数(RPM)是零(12)，则通过开启点火钥匙(11)开始注册过程(10)，车辆前制动器必须在第一个五秒内操作一次(13)。第一开关必须在随后的十秒内操作“P”次(14)，并且第二开关必须在十五秒到二十五秒之间操作“Q”次(15)。之后，第一开关必须在二十五秒到三十七秒之间操作“R”次(16)，并且第二开关必须在三十七秒到四十九秒之间操作“S”次(17)。传感器将在第五十秒捕获新的指纹并用于认证(18)，并且注册过程结束(19)。计数P、Q、R和S将由制造商决定。
通过包含在仪表组或传感器外壳中的绿色LED持续发光，来指示认证过程成功。通过仪表组或传感器外壳中的红色LED持续发光，借助指示器来指示认证失败。类似地，注册的成功通过闪烁的绿色LED指示并且失败由红色LED闪烁来指示。
该系统进一步作用到车辆中连接的蓝牙、Wi-Fi或GSM。车主详细信息和注册成员数据库可通过为智能手机构建的授权应用程序访问。该应用程序允许车主使用启用指纹功能的智能手机来注册新的指纹。此外，提供由车主删除图像处理器或存储器中的现有模板以停止访客访问车辆。
指纹认证系统广泛用于在有时限的环境中对员工/操作者的出勤进行认证。系统识别并自动记录员工的进入和离开时间。基于时间日志，小时工资支付给员工。稍作修改后，这些系统也被用于教育机构以记录班上学生的出勤。
随着智能手机的出现，指纹传感器现在被用作解锁手机的常用选项。其也被用来认证银行交易和应用程序安装。流行性源自传感器所提供的易用性和可靠性。指纹的独特性使世代相信其安全性。
基于生物特征的锁止装置跟随其它行业的领导被设计成在驾驶者可以起动车辆之前认证驾驶者。该系统为车辆增加了安全层，防止不必要的接近。该系统被用于摩托车、小轮摩托车和轻便摩托车，其中驾驶者在其手指触及范围内掌控大部分控制。该系统应被用于认证驾驶者以启动自行车或小型摩托车或轻便摩托车，或者为了在车辆中的任何ECU请求时进行验证。
指纹传感器可以被用于其它生物特征的传感器代替，诸如视网膜扫描仪、语音识别单元等。通过修改传感器位置，各种生物特征可以被利用来认证驾驶者。
鉴于以上公开内容，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，在本发明的权利要求的范围内，可以以所具体描述的以外的方式来实践本公开。

Claims (9)

1.一种两轮车辆，所述两轮车辆包括：
指纹传感器(1)，所述指纹传感器(1)安全地容纳在传感器外壳中，所述传感器外壳布置在所述两轮车辆上的多个传感器安装位置中的任何一个上；多个开关，用于接收多个输入；所述多个开关连接到控制模块，并且所述控制模块包括与晶体管受控点火系统一起集成的控制单元；
其中，
所述传感器外壳包括固定实体(20)和移动实体，所述固定实体(20)设置有滑动闸板(21)，所述滑动闸板能够从第二位置(23)重新定位到默认位置(22)；晶体管受控点火系统与锁止装置系统之间的通信链路，并且
所述晶体管受控点火系统和所述锁止装置被封闭在所述控制模块中。
2.根据权利要求1所述的两轮车辆，其中所述指纹传感器(1)扫描用户的指纹，并且所述指纹传感器是光学传感器、电容传感器、热传感器、压力传感器或声学传感器。
3.根据权利要求1所述的两轮车辆，其中所述多个传感器安装位置是左手组件(26，30，33，35)、右手组件(37，42，44，48)、左手杆(24，32)、右手杆(45，47)、车把对(38，41)、车把握柄(25，31，36，43)、仪表组(34，46)或汽油箱(39)。
4.一种用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，包括：
(i)通过开启点火钥匙(11)开始所述用户的所述指纹的注册(10)；
(ii)在每分钟转数(RPM)为零(12)的情况下，在第一个五秒内操作所述车辆的前制动器一次(13)，使得第一开关必须在随后的十秒内被操作“P”次(14)，并且第二开关必须在十五秒到二十五秒之间被操作“Q”次(15)，接着，第一开关必须在二十五秒到三十七秒之间被操作“R”次(16)，并且第二开关必须在三十七秒到四十九秒之间被操作“S”次(17)；
(iii)通过所述指纹传感器(1)捕获指纹并且使用所述指纹进行认证(18)；以及
(iv)通过指示器来指示认证成功或失败。
5.根据权利要求4所述的用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，其中所述指纹被发送到图像处理器。
6.根据权利要求4所述的用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，其中所述指示器是设置在仪表组中或所述传感器外壳中的多色LED。
7.根据权利要求4所述的用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，其中所述图像处理器增强所述指纹并运行指纹检测算法。
8.根据权利要求4所述的用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，其中将所捕获的所述指纹与所储存的模板进行比较，并且在匹配分数超过了错误接受率(FAR)和错误拒绝率(FRR)的阈值数值的情况下，所述图像处理器将该事件传送给基础控制器。
9.根据权利要求4所述的用于注册和认证所述两轮车辆的所述用户的所述指纹的方法，其中所述认证能够在通过脚踏启动来启动所述两轮车辆之前进行或者能够在通过脚踏启动来启动所述两轮车辆之后进行。
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