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Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine solche Schnittstelle dient insbesondere in elektronischen Schließsystemen zur Übertragung von Daten. Elektronische Schließsysteme, die mittels elektromagnetischer Wellen arbeiten, werden wiederum bei erhöhten Sicherheitsanforderungen verwendet. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen werden solche Schließsysteme als Türschließsysteme für die Zugangsberechtigung und/oder als Zündschlosssysteme, Lenkradverriegelungen, Wegfahrsperren, Motorsteuergeräte o. dgl. für die Fahrberechtigung verwendet.
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Derartige Schließsysteme sind aus der
DE 43 40 260 A1 bekannt. Das Schließsystem besteht aus einer wenigstens zwei Zustände besitzenden, als Steuereinrichtung zur Ent- und/oder Verriegelung der Autotüren in der Art einer Zentralverriegelung oder des Zündschlosses ausgebildeten ersten Einrichtung und einer zugehörigen, in der Art eines elektronischen Schlüssels ausgebildeten zweiten Einrichtung. Die beiden Einrichtungen besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb Sender und/oder Empfänger für die Übertragung der elektromagnetischen Funksignale. Im bestimmungsgemäßen Betrieb ist zwischen dem Schlüssel und der Steuereinrichtung wenigstens ein Signal als codiertes Betriebssignal zur Authentifikation des Schlüssels übertragbar, so dass nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals und damit bei berechtigtem Schlüssel eine Änderung des Zustandes der Steuereinrichtung bewirkbar ist. Der Sender wird mit einem eine vorgegebene Sendefrequenz aufweisenden Sendekanal betrieben, es werden also bei solchen Funkschließungssystemen die Daten auf einem Funkkanal gesendet.
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Die vom Empfänger, insbesondere im Antennenmodul des Fahrzeugs, empfangenen Funksignale werden nach Demodulation in ein die entsprechenden Daten enthaltendes digitales Signal umgewandelt und an einer Schnittstelle zur Weiterleitung an das zugehörige Steuergerät bereitgestellt. Hierzu ist es bekannt, die Daten durch Pulse mit einer ansteigenden sowie einer abfallenden Flanke zu codieren. In dem die Schnittstelle enthaltenden Modul sowie in benachbarten Modulen können dabei vor allem bei einer schnellen Datenübertragung auf den einzelnen Schnittstellen Beeinflussungen durch elektromagnetische Störungen auftreten, welche sich auch auf weitere Anwendungen auf diesen Modulen auswirken. Diese Störungen werden als elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bezeichnet werden. Die bisherige Behandlung der EMV-Problematik bei den Bausteinen für die Schnittstelle bringt keine ausreichenden Verbesserungen hervor, vielmehr treten immer noch Störungen auf, die die Zuverlässigkeit des Schließsystems beeinträchtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektromagnetische Verträglichkeit der Schnittstelle zu verbessern. Insbesondere soll die Verbesserung mit kostengünstigen Maßnahmen erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schnittstelle durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Schnittstelle ist die Flankensteilheit bei der Codierung der Daten reduziert. Insbesondere ist dabei die Steilheit der ansteigenden und der abfallenden Flanke unterschiedlich. Wie herausgefunden wurde, werden durch diese Maßnahme die Signale entsprechend beeinflusst, so dass die Störproblematik sehr stark verringert ist. Die Erfindung stellt somit eine EMV-optimierte Schnittstelle, insbesondere eine Eindrahtschnittstelle bereit. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer weiteren einfachen sowie kostengünstigen Ausgestaltung wird die ansteigende Flanke mit einem RC-Tiefpass dimensioniert. In einer wiederum weiteren Ausgestaltung, die sich durch hohe Zuverlässigkeit sowie Kostengünstigkeit auszeichnet, wird die abfallende Flanke mittels einer elektronischen Regelschaltung dimensioniert. Um die Anzahl der zu übertragenden Daten zu reduzieren und somit die Geschwindigkeit für die Datenübertragung zu steigern, können entsprechend einer weiteren Ausbildung die Steuerbefehle durch die Länge zwischen zwei ansteigenden und/oder abfallenden Flanken codiert werden.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Schließsystems mit Verbesserung der EMV-Abstrahlung einer Datenleitung ist nachfolgendes festzustellen.
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Es liegt folgende Problemstellung vor. Der Funkschließempfänger wandelt die empfangenen hochfrequenten Signale nach einer Demodulation derselben in ein digitales Signal um. Dieses digitale Signal wird an ein Steuergerät zur weiteren Verarbeitung weitergegeben. Digitale Signale können elektromagnetische Störungen verursachen, welche sich negativ auf die Empfangsqualität anderer Empfangsanlagen im Fahrzeug, wie beispielsweise Radio oder TV, auswirken können. Der Empfänger der Funkschließung befindet sich naturgemäß dicht an der Antenne. Nicht selten befinden sich in direkter Nähe Antennen weiterer Funkdienste. Aufgrund der geringen räumlichen Distanz zwischen Datensignal und Empfangsantennen ist eine besonders hohe Gefährdung durch störende Effekte der digitalen Datensignale durch die Funkschließung zu erwarten.
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Die üblichen Verfahren, wie eine Schirmung, beispielsweise eine Koaxialleitung, oder eine verdrillte Leitung, sollen aus Kostengründen vermieden werden. Die Datenübertragung soll jedoch lediglich über eine einzelne Leitung erfolgen, wobei als Rückleitung, d. h. als Masse, die Karosserie genutzt wird. Gleichzeitig handelt es um eine bidirektionale digitale Datenübertragung, bei welcher Open-Kollektor-Treiberstufen zum Einsatz kommen.
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Das Ziel besteht darin, dass die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen in Frequenzbereichen, welche deutlich über der Datenrate des digitalen Signals liegen, spürbar reduziert werden sollen. Desweiteren sollen die notwendigen Maßnahmen besonders kostengünstig sein.
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Dieses Ziel wird durch nachfolgende Lösungen erreicht.
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1. Reduzierte Flankensteilheit
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Der wesentliche Ansatz für die Lösung ist die Flankensteilheit der Datensignale deutlich zu reduzieren. Die beiden Flanken werden dabei von zwei voneinander unabhängigen Schaltungsteilen im Funkempfänger durchgeführt.
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a) Steigende Flanke
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Da die Datenübertragung mittels Open-Kollektor-Ausgängen angesteuert wird, muss zwangsläufig auch ein pull-up-Widerstand verbaut werden. Zusammen mit einem Kondensator, welcher zwischen Datenleitung und Masse angeschlossen wird, kann mit dem so hergestellten RC-Tiefpass die steigende Flanke frei dimensioniert werden. Dadurch entstehen praktisch keine Zusatzkosten im Vergleich zu einer herkömmlichen, nicht EMV-optimierten Lösung.
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b) Fallende Flanke
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An die fallende Flanke werden besondere Anforderungen gestellt. Sie soll unabhängig von der Betriebsspannung sein und es soll dabei sicher ein ausreichend geringer LOW-Pegel erreicht werden. Ein RC-Glied scheidet deshalb hier aus, da dieses theoretisch erst nach unendlich langer Zeit seinen Endwert erreicht. Aus diesem Grund wird die fallende Flanke direkt von einer elektronischen Regelschaltung realisiert. Diese Regelschaltung befindet sich im Empfänger-IC des Funkschließungsempfängers. Durch diese Integration sind die Kosten für diese Maßnahme, wie im Fall der steigenden Flanke, vernachlässigbar.
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2. Reduzierte Anzahl von Datenflanken
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Eine weitere Maßnahme ist die Anzahl der zu übertragenden Flanken eines Datensignals zu minimieren. Diese Forderung wird zum einen dadurch erreicht, dass die Kommunikation über diese Datenschnittstelle auf ein Minimum reduziert wird. Die weitere Maßnahme betrifft die Gestaltung des Datenprotokolls. Hierzu wird für die Schnittstelle ein spezielles Protokoll geschaffen. Die sehr gehäuft auftretenden Steuerbefehle haben hierbei einen besonderen Aufbau, und zwar wie folgt.
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Bei einem Befehlsvorrat von beispielsweise 16 Befehlen und einer Übertragung in Manchesterkodierung mit einem Startbit und einem Stopbit bei gleichzeitig lediglich 2 Vorimpulsen sind zwischen 8 und 16 Flanken pro Steuerbefehl notwendig. Bei dem hier vorgestellten Verfahren sind es lediglich konstant 4 Flanken. Das gewählte Verfahren hat dabei folgende Vorteile:
- a) Die Befehlsauswertung nutzt den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden steigenden Flanken. Der große Vorteil hierbei ist, dass der zeitliche Verlauf von fallender Flanke und steigender Flanke für die Detektierung des übertragenen Befehls keine Rolle spielt. Die Flanken können dadurch extrem deformiert werden, ohne dass dabei Erkennungsprobleme entstehen. Damit kann die elektromagnetische Abstrahlung besonders leicht reduziert werden.
- b) Ein weiterer Vorteil ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Den zeitkritischen Befehlen können besonders kleine zeitliche Abstände der beiden steigenden Flanken zugeordnet werden. Damit können diese Befehle in kürzerer Zeit übertragen werden als es in manchesterkodierten Datenprotokollen möglich wäre. Zeitlich unkritische Befehle werden größeren zeitlichen Abständen von steigenden Flanken zugeordnet. Diese Unterscheidungsmöglichkeit ist mit herkömmlichen Codes nicht umsetzbar. Selbstverständlich kann die Information anstelle der zeitlichen Abstände von 2 aufeinander folgenden steigenden Flanken auf 2 aufeinander folgenden fallenden Flanken übertragen werden. Der Vorteil, die steigenden Flanken zu wählen, ist unter anderem darin zu sehen, dass der Datenempfänger die Möglichkeit besitzt mit der ersten fallenden Flanke sicher ”aufzuwachen”, um dann fehlerfrei die sich anschließende steigende Flanke zu empfangen.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine schnelle Datenkommunikation auf der optimierten Schnittstelle ermöglicht ist, ohne jedoch benachbarte Anwendungen zu stören.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 ein mit einem Schließsystem ausgestattetes Kraftfahrzeug,
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2 ein schematisches Blockschaltbild des zwei Einrichtungen umfassenden Schließsystems mit einem Diagramm zur Übertragung der Signale,
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3 ein weiter detailliertes Blockschaltbild entsprechend der 2,
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4 ein Diagramm zur Codierung der in den Signal enthaltenen Daten,
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5 ein Schaltbild für den Empfänger in der ersten Einrichtung und
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6 eine Darstellung des Aufbaus von Steuerbefehlen.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit dem berechtigten Benutzer 2 zu sehen. Das Kraftfahrzeug 1 ist für die Zugangsberechtigung mit einem Schließsystem 3 als Türschließsystem versehen, das eine als eine Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 4 und eine zugehörige zweite Einrichtung 5 umfasst. Die zweite Einrichtung 5 ist in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines Identifikations(ID)-Gebers, einer Chipkarte, einer Smartcard o. dgl. ausgebildet. Die zweite Einrichtung 5 befindet sich im Besitz des berechtigten Benutzers 2, womit dieser innerhalb eines Wirkbereichs 8 Zugang zum Kraftfahrzeug 1 besitzt.
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Die erste Einrichtung 4 besitzt wenigstens zwei Zustände, wobei im ersten Zustand eine Verriegelung und im zweiten Zustand eine Entriegelung der Autotüren 6 vorliegt. Die beiden Einrichtungen 4, 5 besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen 7 mittels einer elektromagnetischen Trägerwelle. Bei wenigstens einem dieser zwischen der zweiten Einrichtung 5 und der ersten Einrichtung 4 übertragenen Signale 7 handelt es sich um ein codiertes, elektromagnetisches Betriebssignal 15 (siehe 2). Das codierte Betriebssignal 15 dient zur Authentifikation der zweiten Einrichtung 5, womit bei berechtigter zweiter Einrichtung 5 nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals 15 eine Änderung des Zustandes der ersten Einrichtung 4 bewirkbar ist. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 15 erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 2 den Türgriff 16 an der Autotüre 6 betätigt oder sich dem Türgriff 16 annähert. Dadurch wird die Entriegelung der Autotüren 6 entsprechend der bedienungsunabhängigen KeylessEntry-Funktionalität ausgelöst. Ebensogut kann die Übertragung des codierten Betriebssignals 15 auch selbsttätig ohne Mitwirkung des Benutzers 2 erfolgen, sobald dieser den Wirkbereich 8 betritt, was jedoch im folgenden nicht näher betrachtet wird. Schließt der Benutzer 2 die Autotüren 6 von außen, so erfolgt eine selbsttätige Verriegelung der Autotüren 6. Ebensogut kann die selbsttätige Verriegelung der Autotüren 6 erfolgen, nachdem der Benutzer den Wirkbereich 8 verlassen hat.
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Im übrigen ist neben der KeylessEntry-Funktionalität auch noch eine fernbedienbare Entsowie Verriegelung der Autotüren 6 möglich, die mittels in 3 sichtbarer, in der Art von Tasten ausgestalteten Betätigungsorgane 9 an der zweiten Einrichtung 5 durch den Benutzer 2 auslösbar ist, um dem Benutzer 2 eine bedienungsabhängige Zugangsberechtigung zum Kraftfahrzeug 1 zu gestatten. Beispielsweise lässt sich durch manuelle Betätigung der Betätigungsorgane 9 die Zentralverriegelung ver- und/oder entsperren sowie der Kofferraumdeckel öffnen, indem entsprechende codierte Betriebssignale 15 von der zweiten Einrichtung 5 zur ersten Einrichtung 4 gesendet werden. Auf den Betätigungsorganen 9 sind die diesen Funktionen entsprechenden Symbole 10 angebracht.
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Das Schließsystem 3 stellt weiterhin die Fahrberechtigung für das Kraftfahrzeug 1 fest. Hierzu bewirkt die als Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 4 ebenfalls entsprechend den beiden Zuständen die Ent- und/oder Verriegelung des elektronischen Zündschlosses oder der Lenkradverriegelung. Ebensogut kann ein sonstiges funktionsrelevantes Bauteil des Kraftfahrzeugs 1 durch die erste Einrichtung 4 dementsprechend angesteuert werden. Beispielsweise kann dadurch eine Freigabe und/oder Sperrung einer Wegfahrsperre, des Motorsteuergeräts o. dgl. erfolgen. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 15 zur Authentifikation der zweiten Einrichtung 5 erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 2 sich im Kraftfahrzeug 1 befindet und einen Start/Stop-Schalter 11 betätigt. Dadurch wird der Start-Vorgang o. dgl. des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend der KeylessGo-Funktionalität ausgelöst.
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Zusätzlich kann ein Notbetrieb, beispielsweise bei leerer Batterie der zweiten Einrichtung 5 vorgesehen sein, indem die zweite Einrichtung 5 als elektronischer Schlüssel in das Zündschloss des Kraftfahrzeugs 1 zur manuellen Bedienung durch den Benutzer 2 einführbar ist.
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Die Funktionsweise entsprechend der Keyless-Funktionalität des erfindungsgemäßen Schließsystems
3 soll nun anhand der
2 näher erläutert werden. Zunächst sendet die erste Einrichtung
4 mittels eines Senders/Empfängers
24 als Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen ein als Wecksignal bezeichnetes erstes elektromagnetisches Signal
12 für die zugehörige zweite Einrichtung
5. Dadurch wird die zweite Einrichtung
5 aus einem Ruhezustand mit verringertem Energiebedarf in einen aktivierten Zustand für den bestimmungsgemäßen Betrieb übergeführt. Danach sendet die erste Einrichtung
4 wenigstens ein weiteres, drittes elektromagnetisches Signal
13, das nachfolgend auch als Bereichsabgrenzungssignal bezeichnet ist. Dadurch kann die zugehörige zweite Einrichtung
5 deren Standort in Bezug auf die erste Einrichtung
4 bestimmen. Insbesondere lässt sich feststellen, ob die zweite Einrichtung
5 außerhalb am Kraftfahrzeug
1 sowie gegebenenfalls an welcher Stelle des Außenraums
23 und/oder im Innenraum
22 des Kraftfahrzeugs
1 befindlich ist. Nachfolgend sendet die zweite Einrichtung
5 mittels eines Senders/Empfängers
17 ein die Information zum ermittelteten Standort beinhaltendes viertes Signal
14 zur ersten Einrichtung
4, das im folgenden auch als Rückantwortsignal bezeichnet ist. Schließlich wird dann, wie bereits beschrieben, das fünfte elektromagnetische Signal als codiertes elektromagnetisches Betriebssignal
15 zur Authentifikation mittels der Sender/Empfänger
24,
17 zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung
4,
5 übertragen. Das Signal
15 kann insbesondere aus mehreren Teilsignalen bestehen und in einer bidirektionalen Kommunikation zwischen den beiden Einrichtungen
4,
5 übertragen werden. Im Hinblick auf nähere Einzelheiten zur bidirektionalen Kommunikation an sich wird auch auf die
DE 43 40 260 A1 verwiesen.
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Das Wecksignal 12 kann beispielsweise eine Kennung zum Kraftfahrzeug-Typ enthalten. Nach Empfang des Wecksignals 12 sind zunächst sämtliche im Wirkbereich 8 befindliche zweite Einrichtungen 5, die zum selben Kraftfahrzeug-Typ gehören, aktiviert. In einer weiteren Ausgestaltung des Schließsystems 3 sendet die erste Einrichtung 4 zwischen dem ersten Signal 12 und dem dritten Signal 13 ein zweites elektromagnetisches Signal 18 zur zweiten Einrichtung 5 als Selektionssignal, wie näher anhand von 2 zu erkennen ist. Das zweite Signal 18 enthält eine Information über die nähere Identität des Kraftfahrzeugs 1. Dadurch wird bewirkt, dass lediglich die tatsächlich zur ersten Einrichtung 4 zugehörigen zweiten Einrichtungen 5 im aktivierten Zustand verbleiben. Im aktivierten Zustand befindliche, nicht zum Kraftfahrzeug 1 zugehörige zweite Einrichtungen werden jedoch in den Ruhezustand zurückgeführt.
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Das Signal 15 wird als Funksignal, beispielsweise im HF(Hochfrequenz)-Bereich übertragen. Auch bei den weiteren Signalen 12, 13, 14, 18 handelt es sich um Funksignale, die bedarfsgerecht im NF(Niederfrequenz)-Bereich und/oder im HF(Hochfrequenz)-Bereich übertragen werden können. So kann beispielsweise die Trägerwelle für das erste Signal 12 und/oder das dritte Signal 13 eine im induktiven, niederfrequenten NF-Bereich liegende Frequenz von in etwa 20, 120, 125 kHz o. dgl. aufweisen. Die Trägerwelle für das zweite Signal 18 und/oder das vierte Signal 14 und/oder das fünfte Signal 15 kann beispielsweise eine im höherfrequenten RF-Bereich liegende Frequenz von in etwa 315, 433, 868 MHz o. dgl. aufweisen.
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Wie weiter in 3 zu sehen ist, wird das vom Sender 17 in der zweiten Einrichtung 5 zum Empfänger 24 in der ersten Einrichtung 4 übertragene Signal 7 im Hinblick auf die darin enthaltenen Daten 19 demoduliert und diese Daten 19 werden an einer Schnittstelle 20 zur Übertragung an ein Steuergerät 21 in der ersten Einrichtung 4 bereitgestellt, so dass das Steuergerät 21 die durch diese Daten 19 veranlassten Aktionen im Kraftfahrzeug 1 auslösen kann. Die Daten 19 werden durch Pulse 25 mit einer ansteigenden sowie einer abfallenden Flanke codiert. Gemäß der 4 ist bei den einzelnen Pulsen 25 die Flankensteilheit gegenüber herkömmlichen Rechteckpulsen reduziert, und zwar ist insbesondere die Steilheit der ansteigenden Flanke 26 und der abfallenden Flanke 27 unterschiedlich gewählt.
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Wie man anhand des Schaltbildes in 5 sieht, kann die ansteigende Flanke 26 mit einem RC(Widerstand/Kondensator)-Tiefpass 28 dimensioniert werden. Die abfallende Flanke 27 wird mittels einer elektronischen Regelschaltung 29 dimensioniert. In Ergänzung kann auch noch die Anzahl der Flanken für die Daten 19 reduziert werden. Hierzu bietet es sich an, wie in 6 gezeigt ist, die Steuerbefehle durch die Länge 30 zwischen zwei ansteigenden Flanken 26, 26' und/oder abfallenden Flanken 27, 27' zu codieren.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein derartiges Schließsystem nicht nur im Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Es ist auch eine Verwendung für ein sonstiges Türschloss, das sich beispielsweise an einer Immobilie o. dgl. befindet, möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- (berechtigter) Benutzer
- 3
- Schließsystem
- 4
- erste Einrichtung
- 5
- zweite Einrichtung/elektronischer Schlüssel
- 6
- Autotüre
- 7
- Signal
- 8
- Wirkbereich
- 9
- Betätigungsorgan
- 10
- Symbol (am Betätigungsorgan)
- 11
- Start/Stop-Schalter
- 12
- (erstes) Signal/Wecksignal
- 13
- (drittes) Signal/Bereichsabgrenzungssignal
- 14
- (viertes) Signal/Rückantwortsignal
- 15
- (fünftes) Signal/(codiertes) Betriebssignal/Code
- 16
- Türgriff
- 17
- Sender/Empfänger (in der zweiten Einrichtung)
- 18
- (zweites) Signal/Selektionssignal
- 19
- Daten
- 20
- Schnittstelle
- 21
- Steuergerät
- 22
- Innenraum (vom Kraftfahrzeug)
- 23
- Außenraum (vom Kraftfahrzeug)
- 24
- Sender/Empfänger (in der ersten Einrichtung)
- 25
- Puls (für Daten)
- 26, 26'
- ansteigende Flanke (von Puls)
- 27, 27'
- abfallende Flanke (von Puls)
- 28
- RC-Tiefpass
- 29
- elektronische Regelschaltung
- 30
- Länge (für Steuerbefehl)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4340260 A1 [0003, 0032]
