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Die
Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Berechtigungsermittlung
eines tragbaren Transponders nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Aus
der
DE-A-197 18 764 ist
ein Diebstahlschutzsystem für
ein Kraftfahrzeug bekannt. So weist ein Kraftfahrzeug mehrere Rahmenantennen
an seiner Außenseite
auf. Über
jede Rahmenantenne wird ein Fragesignal abhängig von einem Übertragungsparameter
unter veränderten Übertragungsbedingungen
zu einem Transponder übertragen.
Derjenige Übertragungsparameter,
bei dem der Transponder ein korrektes Antwortsignal sendet, wird
als Startwert für
zukünftige Übertragungen
gespeichert.
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Aus
der
DE-A-198 32 285 ist
eine Zugangskontrolleinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt,
bei der im Türgriff
des Kraftfahrzeugs meherere Ferritantennen angeordnet sind. Die
einzelnen Ferritantennen sind zueinander und zu Türfläche geneigt.
Somit entsteht ein weitgefächertes
Magnetfeld, innerhalb dessen ein Anforderungssignal von einem tragbaren Codegeber
gut empfangen werden kann. Damit Störsignale sich nur wenig auf
den Empfang eines Anforderungssignals auswirken, wird die Empfangsempfindlichkeit
des Codegebers erst nach Empfang eines sehr leistungsstarken Vorsignals
erhöht.
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Aus
den Dokumenten
DE-A-197
29 403 ,
DE-A-197
18 423 und
EP-A-943 764 sind
darüber
hinaus weitere gattungsgemäße Antennenanordnungen
für ein
Kraftfahrzeug zur Berechtigungsermittlung eines tragbaren Transponders,
mit mindestens zwei Antennen, die in einer Baueinheit angeordnet sind,
bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch optimierte
Anordnung anzugeben, mit der eine sichere Unterscheidung möglich ist,
ob sich der Transponder im Innenraum oder im Außenraum des Kraftfahrzeugs
befindet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Antennenanordnung für ein Kraftfahrzeug
zur Berechtigungsermittlung eines tragbaren Transponders umfaßt zumindest
eine erste Antenne und zumindest eine zweite Antenne, die in einer
Baueinheit angeordnet sind. Zwischen erster und zweiter Antenne
sind elektromagnetische Abschirmmittel vorgesehen. Diese die beiden
Antennen enthaltende Baueinheit wird nun so am Kraftfahrzeug angeordnet,
dass die eine der Antennen in Richtung des Innenraums, die andere
in Richtung des Außenraums
strahlt, um mit einem Transponder zu kommunizieren. Eine einzige
Baueinheit ist somit vorgesehen für unterschiedliche Abfragearten.
Die so erreichte Modularisierung trägt dazu bei, dass die Anordnung
in größeren Stückzahlen
produziert werden kann. Außerdem
erhöhen
die Abschirmmittel zwischen den beiden Antennen die Abfragesicherheit.
Denn damit läßt sich
eindeutig detektieren, ob sich der Transponder im Innenraum oder
im Außenraum
befindet. Diese Unterscheidung ist für die Aktivierung der von den
jeweiligen Räumen
abhängenden
Funktionen relevant. Befindet sich der Transponder beispielsweise
im Außenraum,
so wird einem anhand der Funkkommunikation mit der Baueinheit als berechtigt
ausgewiesenem Transponder Zugang gewährt und das Schließsystem
im Sinne eines Öffnens angesteuert.
Erhält
jedoch die Baueinheit ein Signal, welches auf das Vorhandensein
des Transponders im Innenraum hindeutet wird Fahrberechtigung gewährt.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
sind die Abschirmmittel als metallische Trennschicht ausgebildet,
die vorzugsweise mit der Fahrzeugmasse verbunden ist. Damit beeinflussen
sich die Antennen gegenseitig nicht. Dies erhöht die Detektionssicherheit,
ob sich ein Transponder im Innenraum oder im Außenraum des Kraftfahrzeugs
befindet.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung
ist vorgesehen, dass die Antenne Signale im Mikrowellenbereich austauscht.
Die Baueinheit kann beispielsweise aus Plastik und/oder aus Glas
oder in Form einer Folie ausgeführt
sein, in die die Antennen eingebettet sind. Die Baueinheit kann
beispielsweise in Dachöffnungen
angeordnet werden, wo eine transparente Einheit benötigt wird
für andere
Zwecke, wie beispielsweise für
Sonnen- oder Regensensoren. Die Anordnung ermöglicht außerdem, dass zumindest Teile
der Antennen auf Scheiben, Windschutzscheibe oder Rückscheibe,
gedruckt werden.
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Weitere
zweckmäßige Weiterbildungen
ergeben sich aus weiteren abhängigen
Ansprüchen und
aus der Beschreibung.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
für ein
Kraftfahrzeug zur Berechtigungsermittlung eines tragbaren Transponders
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
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Es
zeigen die 1 ein Blockschaltbild der Antennenanordnung,
die 2 mögliche
Einbauorte der Antennenanordnung in einem Kraftfahrzeug, die 3 eine
perspektivische Darstellung der Baueinheit sowie die 4 eine
Türeinheit.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
einer Baueinheit 10 sind eine erste Außenantenne 16, eine
zweite Außenantenne 18,
eine erste Innenantenne 20 sowie eine zweite Innenantenne 22 angeordnet.
Die erste Außenantenne 16 und
die erste Innenantenne 20 befinden sich auf durch eine
metallische Trennschicht 12 abgegrenzten unterschiedlichen
Seiten. Die zweite Außenantenne 18 ist
auf der gleichen Seite bezüglich
der metallischen Trennschicht 12 wie die erste Außenantenne 16 angeordnet,
auf der gegenüberliegenden
Seite befindet sich die zweite Innenantenne 22. Die Antennen 16 bis 22 sind
jeweils mit einem Steuergerät 24 verbunden. Das
Steuergerät 24 weist
außerdem
einen Masseanschluß 26 auf, über welchen
die metallische Trennschicht 12 elektrisch leitend mit
dem Steuergerät 24 auf
Masse gelegt werden kann. Die Baueinheit 10 ist vorzugsweise
in der Nähe
des Türgriffs
eines Kraftfahrzeugs angeordnet, in der Weise, dass die Außenantennen 16, 18 in
Richtung des Außenraums
des Kraftfahrzeugs strahlen, die Antennen 20, 22 in
Richtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät 24 ist über ein
Bussystem 27 sowohl mit einem Schließsystem 28 als auch
einer Wegfahrsperre 29 zum Zwecke des Datenaustauschs verbunden.
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In 2 sind
drei mögliche
Einbauorte der von der Baueinheit 10 gebildeten Antennenmodule mit
angedeuteten Feldverläufen
dargestellt. Ein erstes Antennenmodul 30 ist auf der Fahrerseite,
das zweite Antennenmodul 32 auf der Beifahrerseite sowie
das dritte Antennenmodul 34 im Heckbereich oder Dachbereich
angeordnet.
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In 3 ist
der perspektivische Aufbau der Baueinheit 10 dargestellt.
In einer ersten Schicht 42 sind die erste Innenantenne 20 und
die zweite Innenantenne 22 angeordnet. Ein Mikroprozessor 40,
der mit den beiden Innenantennen 20, 22 sowie über Antennenanschlüsse 46 mit
der ersten und zweiten Außenantenne 16, 18 verbunden
ist, befindet sich auf der ersten Schicht 42. Die erste
Schicht 42 ist durch die zweite Schicht 43, die
als metallische Trennschicht bzw. Abschirmeinheit fungiert, von
der dritten Schicht 44 getrennt. In der dritten Schicht 44 sind
die beiden Außenantennen 16, 18 angeordnet.
Weiterhin stellt ein Masseanschluß 48 eine elek trisch
leitende Verbindung mit der zweiten Schicht 43, der metallischen
Trennschicht 12, her.
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Die
in 4 gezeigte Türeinheit
besteht aus Türplatten 60,
gegenüber
dem Bereich 62 von einer Dichtung 58 getrennt.
In dem nicht metallisch ausgeführten
Bereich 62 ist die Baueinheit 10 untergebracht,
worauf der Mikroprozessor 40 angeordnet ist. Die elektrische
Verbindung mit dem Karosserieelektronik stellt ein Anschlußkabel 54 her.
An den Bereich 62 schließt sich ein von einem Benutzer
zu betätigender
Türgriff 52 an,
der zusammen mit der Griffmulde und der Baueinheit 10 die
Türgriffeinheit 56 bildet. Die
Türgriffeinheit 56 ist
wiederum durch eine Dichtung 58 von der Türplatte 60 getrennt.
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In
der Baueinheit 10 sind vier Antennen 16 bis 22 angeordnet,
die durch eine metallische Trennschicht 12 voneinander
abgeschirmt werden. Diese fahrzeugseitig stationär angeordneten Antennen 16 bis 22 tauschen
Daten aus mit einem tragbaren Transponder 11. Dieser Transponder 11 wird
von einem Benutzer zum Berechtigungsnachweis mitgeführt. Über den
Transponder 11 sollen zwei unterschiedliche Berechtigungen
abgedeckt werden, je nach dem, ob sich der Transponder 11 im
Außenraum
des Kraftfahrzeugs oder im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindet.
Nähert
sich ein den Transponder 11 mitführender Benutzer dem Kraftfahrzeug, um
es zu betreten, so soll ein gültiger
Transponder 11 die Entriegelung des Kraftfahrzeugs nach
sich ziehen. Im Innenraum des Kraftfahrzeugs jedoch dient der Transponder 11 dem
Nachweis der Startberechtigung, um entsprechende Sicherungsmittel
wie beispielsweise eine Wegfahrsperre 29 aufzuheben.
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Die
Baueinheit 10 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit
dem Türgriff
des Kraftfahrzeugs verbunden. Denn in der Tür sind zur Aufnahme des Türgriffs
bereits Öffnungen
nach Innen und nach Außen
vorgesehen. Somit eignet sich diese Stelle, um elektromagnetischen
Wellen der Baueinheit 10 sowohl in Richtung des Außenraums 14 als
auch in Richtung des Fahrzeuginnenraums 15 auszusenden. Die
erste und zweite Außenantenne 16, 18 sind
hierbei so orientiert, dass ihre elektromagnetischen Wellen die
Fahrzeugaußenseite 14 des
Kraftfahrzeugs abdecken. Der Feldverlauf der Innenantennen 20, 22 ist
in Richtung des Fahrzeuginnenraums 15 orientiert. Die metallische
Trennschicht 12 verhindert, dass beispielsweise von der
Fahrzeugaußenseite 14 kommende
elektromagnetische Wellen an die Innenantennen 20, 22 gelangen.
Somit empfangen lediglich die Außenantennen 16, 18 ein
entsprechendes Signal, so dass sich die Position des Transponders 11 eindeutig
lokalisieren läßt.
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Nähert sich
der Benutzer mit mitgeführtem Transponder 11 dem
Kraftfahrzeug, wird der Transponder 11 zur Aussendung eines
Antwortsignals veranlaßt.
Die Antennen 16 bis 22 werden als Empfänger betrieben.
Die von ihnen jeweils empfangenen Signale gelangen an das Steuergerät 24.
Das Steuergerät 24 ermittelt,
welche der Antennen 16 bis 22 das Signal mit der
größten Empfangsstärke empfangen hat.
In dem geschilderten Fall, wenn sich der Benutzer von außen dem
Kraftfahrzeug nähert,
sind dies die Außenantennen 16, 18.
Im Steuergerät 24 ist
nun eine Auswahlschaltung vorgesehen, die bei einem durch die Außenantennen 16, 18 empfangenen
Signal ein Zugangsprotokoll auswählt.
Beispielsweise anhand einer bidirektionalen Datenabfrage muß sich der
Transponder 11 als berechtigt legitimieren. Das Steuergerät 24 steuert
die Außenantennen 16, 18 so an,
dass sie ein Fragesignal an den Transponder 11 aussenden.
Der Transponder 11 empfängt
das Fragesignal und errechnet daraus ein Antwortsignal, das er an
die Antennen 16, 18 zurücksendet. Das Antwortsignal
des Transponders 11 vergleicht das Steuergerät 24 mit
einem erwarteten Antwortsignal. Bei Übereinstimmung handelt es sich um
einen berechtigten Transponder 11. Dann führt das
Steuergerät 24 den Öffnungsvorgang
des Schließsystems 28 herbei, indem über das
Bussystem 27 ein entsprechender Öffnungsbefehl an das Schließsystem 28 gesendet wird.
Das Fahrzeug wird entriegelt, so dass der Benutzer das Fahrzeug
betreten kann.
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Beispielsweise
mit Schließen
der Tür
wird von den Antennen 16 bis 22 erneut ermittelt,
ob der Transponder 11 ein Signal ausgesendet hat. Wenn der
Fahrer zusammen mit dem Transponder 11 im Innenraum des
Fahrzeugs Platz genommen hat, liefern nun die Innenantennen 20, 22 das
Signal mit der maximalen Empfangsstärke. Die Auswahleinheit des Steuergeräts 24 startet
daraufhin das Fahrberechtigungsprotokoll. So senden die Innenraumantennen 20, 22 ein
Fragesignal an den Transponder 11, der daraufhin sein Antwortsignal
zurücksendet.
Die Innenraumantennen 20, 22 leiten das Antwortsignal des
Transponders 11 an das Steuergerät 24 weiter. Dieses
vergleicht das eingehende Antwortsignal mit einem erwarteten Antwortsignal.
Stimmen diese überein,
so wird auf einen berechtigten Transponder 11 geschlossen,
so dass die Fahrberechtigung erteilt wird. Zu diesem Zweck sendet
das Steuergerät 24 ein
Freigabesignal an die Wegfahrsperre 29 (oder an ein nicht
dargestelltes Motorsteuergerät),
die daraufhin den ordnungsgemäßen Betrieb
des Kraftfahrzeugs zulässt.
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Die
Antennen 16 bis 22 können beispielsweise im UHF-Bereich
betrieben werden. Die metallische Trennschicht 12 ist elektrisch
leitend mit dem durch das Steuergerät 24 zur Verfügung gestellten Masseanschluß 26 verbunden.
Dies stellt die elektromagnetische Abschirmung sicher. Die Vergleichsmessungen
können
an dem Multi-Antennenmodul oder auch zwischen mehreren Antennenanordnungen
durchgeführt
werden. Die Antennen können
zur Auswertung auf ein und denselben Empfänger geschaltet werden. Alternativ
werden mehrere Empfängerschal tungen
für eine
Parallelauswertung benutzt. Die Antennen 16 bis 22 sowie
die metallische Trennschicht 12 sind vorzugsweise in verschiedenen
Medien untergebracht, entweder eingebettet in eine Folie, ausgeführt als
gedruckte Schaltung (PCB) oder als Folien-PCB, Einspritzguß etc. Die
Antennenmodule sind in einer oder mehrerer Stellen montiert, wo
eine ohnehin vorhandene Öffnung
die Baueinheit 10 aufnimmt und eine Feldverteilung in Richtung
des Fahrzeuginnenraums und des Fahrzeugaussenraums zulässt, vorzugsweise
in den Türgriffbereichen
oder im Dachbereich (eines Schiebedachs). Vorzugsweise wird die
Baueinheit 10 mit einem ohnehin vorhandenen Steuergerät 24 kombiniert.
Möglich
wäre auch eine
Unterbringung in einer metallisierten oder teilmetallisierten Verglasung
des Fahrzeugs beispielsweise in der Heckscheibe oder der Frontscheibe.
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Gemäß 3 besteht
die Baueinheit 10 aus einem dreischichtigen Aufbau (Multilayer)
von etwa 1,5 mm Dicke, als gedruckte Schaltung (PCB) ausgeführt. In
der ersten Schicht 42 sind die Innenantennen 20, 22 integriert,
in der der dritten Schicht 44 die Außenantennen 16, 20.
Die Antennen 16 bis 22 werden beispielsweise als
geätzte
Kupferleiterbahnen ausgeführt.
Die erste und dritte Schicht 42, 44 bestehen aus
einem isolierenden Material, um die Antennen 16 bis 22 von
der zweiten Schicht 42 elektrisch zu isolieren. Die erste
und dritte Schicht 42, 44 könnten als Teilplatinen ausgeführt sein,
die am Ende des Herstellprozesses mit der zweiten Schicht 42 zu
der Baueinheit 10 zusammengefügt werden. Die erste und/oder
dritte Schicht 42, 44 könnte auch aus einer Folie,
Plastik, Glas oder einem sonstigen nicht abschirmenden Material
bestehen zur Aufnahme und Isolierung der Antennen 16 bis 22.
Weiterhin sind Bohrungen 46 für die Durchkontaktierung der
Antennen- und Masseanschlüsse
vorgesehen.
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An
der ersten Schicht 42 ist der Mikroprozessor 40 angeordnet,
der die Antennensignale verarbeitet. Zu diesem Zweck werden die
elektrischen Anschlüsse
der Außenantennen 16, 18 durch
die abschirmende zweite Schicht 43 hindurchgeführt zu dem
Mikroprozessor 40. Weiterhin ist eine nach außen durch
die erste Schicht 42 geführte elektrisch leitende Kontaktierung
mit der metallischen Abschirmung, der zweiten Schicht 43,
vorgesehen, die über den
Masseanschluß 48 abgreifbar
ist zur Kontaktierung mit der Fahrzeugmasse. Bei den Antennen 16 bis 22 kann
es sich um flächig
ausgeführte
Antennen handeln (patch-Antenne).
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Die
Baueinheit 10 ist vorzugsweise in eine Türgriffeinheit 56 als
Baugruppe integriert, beispielsweise direkt in den vom Benutzer
zu betätigenden Türgriff 52.
Auch die den Türgriff 52 umgebende
und die Verbindung mit der Türe
sicherstellende Verbindungsvorrichtung, wie in 4 dargestellt,
bietet sich als Unterbringungsort für die Baueinheit 10 an.
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Das
im Steuergerät 24 hinterlegte
Auswerteverfahren kann auch einen möglichen Bewegungsablauf des
Transponders 11 berücksichtigen,
indem die unterschiedlichen Empfangsfeldstärken zu unterschiedlichen Zeiten
aufgezeichnet werden. Dies bietet sich insbesondere für eine Plausibilitätsprüfung an.
Bei einer Annäherung
von außen
sind typischerweise starke Intensitätsänderungen zu erwarten, da sich
der Benutzer dem Fahrzeug nähert.
Im Fahrzeuginneren schließlich
ist mit einer Ruhelage des Transponders 11 zu rechnen,
so dass keine starken Intensitätsänderungen
auftreten dürften.
Beispielsweise bei Betätigung
des Türgriffs 52 von
außen
oder der Aktivierung einer Motorstartfunktion werden zumindest zwei
der Antennen 16, 18, 20, 22 ausgewählt, um
die Signalstärke
des Transponders 11 zu detektieren. Wenn die Sendersignalstärke im Fahrzeugaußenraum
größer als
im Fahrzeuginnenraum ist, erfolgt zu Verifikationszwecken erneut
eine Lokalisierung des Transponders 11, ebenso, wenn der Transponder 11 im
Innenraum erkannt ist. Schlug die Verifikation zum ersten Mal fehl,
wird sie wiederholt. Bei mehrmaliger fehlerhafter Verifikation wird
eine Fehlerroutine aufgerufen. War jedoch die Verifikation erfolgreich,
wird mit dem Transponder 11 eine Authentifikation zur Überprüfung durchgeführt, um
Zugang zum Fahrzeug oder eine Startfreigabe zu erlangen. Die Verifikationsmessung
sollte mit zusätzlichen Antennen
durchgeführt
werden, die in derselben Baueinheit 10 angeordnet sind.
Bei mehreren Baueinheiten 10 führt jede dieser Baueinheiten 10 ihre
eigene Testroutine zur Lokalisierung des Transponders durch. Deren
Ergebnisse werden logisch miteinander verglichen, um so Fehlerquellen
auszuschließen.
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Bei
den Antennen 16, 18, 20, 22 kann
es sich um sogenannte richtungsselektive Flächenantennen handeln mit phasenrotierten
Elementen.