CN110858967A - 用于确保无钥匙进入系统安全的系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于执行车辆中的操作的系统。所述系统包括低功耗蓝牙(BLE)模块、耦合到所述BLE模块的微控制器和耦合到所述微控制器的发射器/接收器。所述微控制器配置成以预先选择的间隔发射唤醒信号以唤醒电子钥匙，并测量接收的低频(LF)信号强度和从所述电子钥匙发射的蓝牙信号强度，且基于测得的信号强度来确定所述电子钥匙是否正在接近所述车辆，且对所述车辆执行预先选择的车辆操作。

Description

用于确保无钥匙进入系统安全的系统
技术领域
本发明涉及用于执行车辆中的操作的系统，特别的，涉及确保无钥匙进入系统安全的系统。
背景技术
被动无钥匙进入(Passive keyless entry，PKE)是一种在车辆用户接近车辆时自动操作的汽车安全系统，它可以在用户靠近车门的时候或者在车门把手被拉动时解锁该车门，并且可以在用户离开的时候或从车内出来时碰到了车的时候将车门锁住。当在车辆内部检测到PKE系统时，用户也可以启动车辆。PKE系统还可用以保护建筑物或建筑区。
用于汽车进入的PKE系统依赖于用于车辆与钥匙装置(钥匙装置可以是钥匙扣、智能手机或任何其它便携式无线电允用装置)之间的通信的无线技术。
远程无钥匙进入(Remote keyless entry，RKE)是一种可以远距离控制的电子门禁系统。通常用以远程锁住或解锁车门的RKE需要终端用户启动一项操作，该操作将导致实际或软件钥匙扣将无线电信号传输到接收器以控制电子锁。通常，该项操作是按压实际钥匙扣或移动应用程序上的按钮。
传统钥匙扣与相关联车辆进行低频通信，且在通过接收信号强度确定钥匙扣在车辆附近的情况下，可通过钥匙扣来执行操作。然而，使用中继攻击来显示钥匙扣在附近并不难，即使它不在附近。
发明内容
提供此发明内容来以简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的概念选择。此发明内容并非意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求保护的主题的范围。
在一个实施例中，公开用于执行车辆中的操作的系统。系统包括低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy，BLE)模块、耦合到BLE模块的微控制器和耦合到微控制器的发射器/接收器。微控制器配置成以预先选择的间隔发射唤醒信号以唤醒电子钥匙，并测量接收的低频(low frequency，LF)信号强度和从电子钥匙发射的蓝牙信号强度，且基于测得的信号强度来确定电子钥匙是否正在接近车辆，且对车辆执行预先选择的车辆操作。预先选择的车辆操作包括打开门、开灯、显示欢迎消息以及开启发动机中的至少一个。
唤醒信号是通过LF发射器/接收器发送的，且微控制器配置成以预先选择的间隔连续地发送唤醒信号。对由BLE模块接收的信号进行滤波以去除高频噪声。电子钥匙包括钥匙微控制器和钥匙BLE模块，且钥匙微控制器配置成在接收到唤醒信号时唤醒钥匙BLE模块。钥匙BLE模块配置成在唤醒之后开启播发过程。
Savitzky-Golay滤波器或卡尔曼滤波器可用于去除高频噪声。
在一些例子中，BLE模块耦合到多个天线，且微控制器配置成从多个天线中选择最高强度的信号。
附图说明
为了可以详细地了解本公开的上述特征，上文简短概述的本公开可以参考实施例加以更具体地描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本发明的范围，这是因为本发明可准许其它同等有效的实施例。在结合附图阅读此描述之后，所要求保护的主题的优点对本领域的技术人员而言将变得显而易见，附图中，相同的附图标号用于指代相同的元件，且其中：
图1示出根据一个或多个实施例的电子钥匙的框图；
图2示出根据一个或多个实施例用于与电子钥匙通信的车辆中的电子模块的框图；
图3示出根据一个或多个实施例的与电子钥匙通信且执行车辆中的操作的过程；
图4示出根据一个或多个实施例在从车辆接收到唤醒信号时在电子钥匙处执行的过程；以及
图5是示出了接收信号强度根据活动以及电子钥匙与车辆相距的距离而变化的样本曲线图。
应注意，图示未按比例绘制。已经省略图式转变之间的中间步骤以免混淆本公开。那些中间步骤对于本领域的技术人员来说是已知的。
具体实施方式
已经省略或不在描述中详细描述许多熟知的制造步骤、组件和连接件，以免混淆本公开。
被动无钥匙进入(PKE)系统具有便利性且明显更安全，因为不同于旧式锁和点火钥匙，PKE钥匙扣是无法复制的。车和钥匙扣使用低频和超高频无线电信号两者的组合彼此通信。门锁住和解锁功能以及发动机启动功能会因为钥匙扣接近汽车而启动。当钥匙接近汽车时，它会发出命令以开启车门并打开点火开关。然而，已发现入侵者可使用简单的装置来捕获汽车发出的信号，且将所述信号转送到钥匙扣，这样例如会出现钥匙扣比实际情况更接近车辆并且导致车门解锁的现象。
本文所述的实施例使用了测量距离和活动模式，它使用低频(LF)和低功耗蓝牙(BLE)来为PKE系统提供较佳安全性。
图1示出电子或PKE钥匙扣100的框图。应注意并非全部的钥匙扣组件都会显示于图1中，因为熟知组件已被省略，这样不会使本公开混淆不清。钥匙扣100包括用于发送和接收蓝牙信号的低功耗蓝牙模块(BLE)104。BLE模块104耦合到内部BLE天线108。钥匙扣100还包括发射器102以及天线114以将信号发射到与钥匙扣100相关联的车辆。应注意，尽管本说明书中使用术语“车辆”，但本文所述的实施例还可用于其它系统，例如通过钥匙扣100来操作建筑物的门。可编程微控制器110也包括在内。微控制器110可包括内部或外部存储器。提供功率管理模块112以给各个组件通电、断电或置于睡眠模式，所述组件例如发射器102的无线电、BLE模块104和微控制器110。钥匙扣100还可包括接收器116以从车辆接收信号。在一些实施例中，发射器102和接收器106利用低频(LF)信号来发射和接收信号。
图2示出实施于车辆中的通信和处理系统150。通信和处理系统150包括与天线158耦合的发射器156和用于从钥匙扣100接收LF信号的接收器154。通信和处理系统150还包括BLE模块160。通信和处理系统150还包括用于处理从接收器154和BLE模块160接收到的信号的微控制器152。在一些实施例中，BLE模块160可耦合到安装在车辆中的不同部位处的多个天线162、164、166、168。然而，在一些其它实施例中，一个天线162可能就足够了。通信和处理系统150还包括配置成耦合到车辆的电子控制系统的控制端口170。
图3示出通过通信和处理系统150与钥匙扣100通信并执行车辆中的操作的过程200。微控制器152被配置和编程成执行过程200的步骤。因此，在步骤202处，通信和处理系统150通过发射器156发送唤醒信号。如果钥匙扣100在通信范围内，那么在接收到唤醒信号时，发射器102被置于激活状态。BLE模块104也被唤醒。发射器102和BLE模块104开始发射信号。在步骤208处，接收器154接收由发射器102发射的信号，且测量接收信号强度(例如，RSSI)。基于接收到的信号的强度，微控制器152确定通信和处理系统150与钥匙扣100之间的距离。如果距离小于预先选择的阈值，那么在步骤204处，BLE模块160接收由BLE模块104发射的BLE信号，且微控制器152使用接收信号强度测量距离。在有多于一个天线耦合到BLE模块160的一些实施例中，微控制器152选择提供更强信号的天线。在步骤206处，可对来自BLE的RSSI数据进行滤波以去除噪声。例如Savitzky-Golay或卡尔曼滤波器等噪声滤波器可用于从BLE数据中滤除噪声。可注意到，步骤202的操作可以预先选择的间隔重复进行。
步骤204和208在预先选择的时间内重复进行，以使得在步骤210处，微控制器152能够确定钥匙扣100的移动模式。在决策步骤212处，如果微控制器152基于信号强度确定通信和处理系统150与钥匙扣100之间的距离随时间而减小，并且所述距离在第二预先选择的距离内，则在步骤216处，微控制器152通过控制端口170向车辆控制系统发送命令来执行预先选择的操作。预先选择的操作可以配置，且可包括打开车门，开启发动机，点亮迎宾灯，打开前灯等。超过一种操作可通过配置来执行。在步骤212处，如果微控制器152确定距离在增加，那么微控制器152会将睡眠信号发送给钥匙扣100。
图4示出了如上文所描述在从通信和处理系统150接收唤醒信号时在钥匙扣100处执行的过程300。因此，在步骤302处，发射器102被唤醒，且在步骤304处，BLE模块104被唤醒。在步骤306处，BLE模块104可进行播发。BLE具有两种通信方式。第一种通信方式是使用播发来进行，其中BLE外围装置将数据包播发到其周围的每一装置。接着，接收装置可以根据这个信息进行操作，或连接以接收更多信息。第二种通信方式是使用连接来接收数据包，其中外围和中心都发送数据包。BLE播发使接收器装置被唤醒，且与发射装置建立连接。在步骤308处，发射器102和BLE模块104开始发射信号。
图5示出了由微控制器152使用RSSI确定钥匙扣100的活动和移动的例子。如图5中所示出的例子中所描绘，在朝向车辆移动期间，RSSI会波动并且增加(携带钥匙扣100的用户可能在步行)。当钥匙扣100极为接近并且静止时，RSSI变得相对恒定且高于先前读数。
上述实施例提供各种优点。举例来说，中继攻击可以被阻止，因为本文中的实施例使用LF和BLE信号这两者来计算距离。因此，可以防止使用LF信号进行的中继攻击，该中继攻击是一种常见的攻击机制。此外，本文所述的实施例也能确定钥匙扣是否正在接近车辆以及是否在预先选择的物理接近范围内，因此防止通过固定中继攻击天线来进行中继攻击。
这些实施例中的一些或全部可组合，一些可被完全省略，并且可添加额外过程步骤，同时仍达成本文中所描述的产品。因此，本文中所描述的主题可以许多不同变化体现，并且所有此类变化涵盖在权利要求书的范围内。
尽管已借助于例子和根据特定实施例描述一个或多个实施方案，但应理解，一个或多个实施方案不限于所公开的实施例。相反地，希望涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范围应被赋予最广义的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。
除非本文中另外指出或明显与内容相矛盾，否则在描述主题的情况下(尤其在以上权利要求书的情况下)使用术语“一(a/an)”和“所述”以及类似指示物应理解为涵盖单数和复数。除非在本文中另外指示，否则对本文中值范围的叙述仅意图充当个别提及属于所述范围的每一单独值的速记方法，且每一单独值并入本说明书中，如同在本文中个别地叙述一般。此外，上述描述仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范围由附属权利要求及其任何等效物来限定。除非另外要求，否则本文中所提供的对任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅仅是意图更好地说明主题，而并非对主题的范围造成限制。在附属权利要求和书面描述二者中使用术语“基于”和指示产生结果的条件的其它类似短语并不意图排除产生所述结果的任何其它条件。本说明书中的任何语言都不应理解为指示实践本发明所必需的任何未要求保护的要素。
本文中描述了优选实施例，包括本发明人已知的用于实现所要求保护的主题的最佳模式。当然，在阅读上述描述之后，本领域的技术人员将清楚那些优选实施例的变化形式。本发明人期望本领域的技术人员适时采用此类变化，并且本发明人意图以不同于本文中特定描述的其它方式来实践本发明所要求保护的主题。因此，所要求保护的主题包括可适用法律所准许的在附属权利要求中叙述的主题的所有变化和等效物。此外，除非本文另外指示或以其它方式明显与上下文相矛盾，否则本发明涵盖上文所描述的元件以其所有可能的变化形式的任何组合。

Claims (10)

1.一种用于执行车辆中的操作的系统，其特征在于，包括：
低功耗蓝牙(BLE)模块；
耦合到所述BLE模块的微控制器；
耦合到所述微控制器的低频(LF)发射器/接收器；以及
其中所述微控制器配置成以预先选择的间隔发射唤醒信号以唤醒电子钥匙，并测量接收的低频(LF)信号强度和从所述电子钥匙发射的蓝牙信号强度，且基于测得的信号强度来确定所述电子钥匙是否正在接近所述车辆，且对所述车辆执行预先选择的车辆操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述唤醒信号是通过所述LF发射器/接收器发送的。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微控制器配置成以预先选择的间隔连续地发送所述唤醒信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对由所述BLE模块接收的信号进行滤波以去除高频噪声。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子钥匙包括钥匙微控制器和钥匙BLE模块，其中所述钥匙微控制器配置成在接收到所述唤醒信号时唤醒所述钥匙BLE模块。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述钥匙BLE模块配置成在唤醒之后开启播发过程。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，使用Savitzky-Golay滤波器来去除所述高频噪声。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，使用卡尔曼滤波器来去除所述高频噪声。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述BLE模块耦合到多个天线，且所述微控制器配置成从所述多个天线中选择最高强度的信号。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预先选择的车辆操作包括打开门、开灯、显示欢迎消息以及开启发动机中的至少一个。
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