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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zugangs- und Startverifizierung in einem Fahrzeug.
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Schlüssellose Fahrzeug-Zugangs- und Startsysteme wie beispielsweise das Passive Start Entry (PASE) System sind automatische Systeme, um ein Fahrzeug ohne aktive Benutzung eines Autoschlüssels zu entriegeln und durch das bloße Betätigen des Startknopfes zu starten. Ermöglicht wird das durch einen elektronischen Schlüssel mit Chip, den der Fahrzeuglenker mit sich führt. Periodisch wird vom Fahrzeug über mindestens eine am Fahrzeug befindliche Antenne ein mittels einer ersten Codiertabelle codiertes Anfragesignal ausgesendet. Das System geht darauf in einen Empfangsmodus und wartet auf Bestätigung. Ist ein mit einem Transponder ausgestatteter Schlüssel in Reichweite, empfängt dieser das Signal, decodiert es und sendet es unter Verwendung einer zweiten Codiertabelle mit einer neuen Codierung wieder aus. Das Antwortsignal wird im Fahrzeug decodiert. Da das Fahrzeug beide Codiertabellen kennt, kann es die eigene ursprüngliche Aussendung mit dem gerade empfangenen Antwortsignal vergleichen und bei Übereinstimmung den Zugang gewähren. Gibt es innerhalb einer definierten Zeit keine korrekte Antwort, passiert nichts und das System schaltet wieder auf Standby. Der Motorstartvorgang entspricht im Wesentlichen dem der Zugangskontrolle, nur dass hier der Motorstartknopf zu betätigten ist. Befindet sich der Schlüssel mit dem Transponder außerhalb einer bestimmten Reichweite, verriegelt sich das Fahrzeug in der Regel automatisch.
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Die Druckschrift
US 2006/0061459 A1 beschreibt eine tragbare Vorrichtung, welche eine drahtlose Kommunikation mit einem in einem Fahrzeug angeordneten System durchführt. Das im Fahrzeug angeordnete System steuert ein Zugangssystem oder ein Startsystem des Fahrzeugs. Die tragbare Vorrichtung weist einen Empfänger zum Empfangen eines Anfragesignals des im Fahrzeug angeordneten Systems sowie eine Steuereinheit zum Erhöhen oder Herabsetzen der Empfangsempfindlichkeit des Empfängers.
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Die Druckschrift
DE 60 2004 002 740 T2 offenbart eine Fahrzeugtürverriegelungs-Fernsteuervorrichtung, die zur Verwendung in einem intelligenten Zugangssystems zum Entriegeln der Türen eines Fahrzeugs gemäß einem bidirektionalen Authentisierungsprozess geeignet ist, der mit einer am Fahrzeug montierten Einheit durchgeführt wird, wenn der Besitzer einer tragbaren Einheit einen als Berührungssensor fungierenden äußeren Türgriff des Fahrzeugs berührt, oder einem intelligenten Zugangssystem zum Entriegeln der Türen eines von Berührungssensoren freien Fahrzeugs gemäß einem bidirektionalen Authentisierungsprozess zwischen einer am Fahrzeug montierten Einheit und einer tragbaren Einheit, die automatisch startet, wenn sich der Besitzer einer tragbaren Einheit dem Fahrzeug nähert.
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Aus der Druckschrift
US 2005/0237220 A1 ist ein Transponder bekannt, der dazu ausgebildet ist zu bestimmen, ob ein empfangenes Signal innerhalb eines Zeitintervalls eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
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Die Druckschrift
US 2012/0154114 A1 beschreibt ein elektronisches Schlüsselsystem, welches eine Überprüfung einer eindeutigen Kennung (ID) durchführt. Ein Fahrzeug sendet hierfür ein Anfragesignal an den Schlüssel aus. Der Schlüssel empfängt das Signal und bestimmt anhand der Signalstärke seine Position in Bezug auf das Fahrzeug.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 016 066 A1 ist eine tragbare Einheit bekannt, welche eine NF-Antenne aufweist. Die tragbare Einheit empfängt ein NF-Signal und bestimmt, ob das empfangene NF-Signal ein autorisiertes NF-Signal ist.
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Da die Übertragung zwischen Fahrzeug und Schlüssel per Funk realisiert wird, kann die Übertragung durch andere Signale gestört werden. Für verschiedene andere Funktionen im Fahrzeug werden heutzutage beispielsweise elektromagnetische Felder erzeugt. Diese können das von der Basisstation ausgesendete Anfragesignal stören. Auch in der Nähe befindliche Sendemasten eines Mobilfunknetzes können Störungen bei der Übertragung verursachen. Dabei ist es möglich, dass ein von dem Fahrzeug ausgesendetes Anfragesignal aufgrund der Störungen im Transponder nicht demoduliert werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche weniger Anfällig gegenüber Störfeldern sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Es wird eine Vorrichtung zur Zugangs- und Startverifizierung eines Fahrzeuges offenbart. Die Vorrichtung weist eine Sendeeinheit mit einer ersten Antenne auf, die dazu ausgebildet ist ein erstes Signal auszusenden, wobei das erste Signal drei Komponenten in drei verschiedenen Raumrichtungen aufweist. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Transpondereinheit mit einer zweiten Antenne, einer dritten Antenne und einer vierten Antenne auf, wobei die Antennen in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet und dazu ausgebildet sind, jeweils eine der drei Komponenten des ersten Signals zu empfangen. Die Transpondereinheit weist weiterhin eine erste Demodulationseinheit, die mit der zweiten Antenne verbunden ist, eine zweite Demodulationseinheit die mit der dritten Antenne verbunden ist und eine dritte Demodulationseinheit auf die mit der vierten Antenne verbunden ist, wobei die Demodulationseinheiten dazu ausgebildet sind das jeweils von der entsprechenden Antenne empfangene Signal zu demodulieren und ein demoduliertes Signal bereitzustellen. Die Transpondereinheit ist dazu ausgebildet, zu detektieren ob eines oder mehrere der demodulierten Signale durch ein Störsignal gestört wurden und das demodulierte Signal zur weiteren Verarbeitung auszuwählen, welches am wenigsten gestört wurde.
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Das ursprünglich ausgesendete erste Signal kann dadurch auch dann in den meisten Fällen wiedergewonnen werden, wenn eine oder sogar zwei der Komponenten durch Störsignale gestört werden.
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Das erste Signal kann ein niederfrequentes Signal sein.
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In manchen Fällen kann es erforderlich sein, die empfangenen Signale zunächst zu verstärken. Die erste, zweite und dritte Demodulationseinheit können daher dazu ausgebildet sein, die jeweils empfangenen Signale vor der Demodulation zu verstärken.
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Die Sendeeinheit kann in dem Fahrzeug und die Transpondereinheit kann in einem Fahrzeugschlüssel angeordnet sein. Eine entsprechende Kommunikation kann dann stattfinden, wenn sich ein Nutzer mit einem Fahrzeugschlüssel dem Fahrzeug nähert oder sich in der Nähe des Fahrzeugs befindet.
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Der Winkel in dem die Antennen jeweils zueinander angeordnet sind kann 90° betragen. So wird von jeder Antenne jeweils eine Komponente des ersten Signals in einer Raumrichtung empfangen.
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Ein Verfahren zur Zugangs- und Startverifizierung eines Fahrzeugs weist das Aussenden eines ersten Signals mittels einer ersten Antenne auf, wobei das erste Signal drei Komponenten in drei verschiedenen Raumrichtungen aufweist. Die drei Komponenten des ersten Signals werden mittels einer zweiten Antenne, einer dritten Antenne und einer vierten Antenne empfangen, die in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind und die dazu ausgebildet sind jeweils eine der drei Komponenten des ersten Signals zu empfangen. Jede einzelne der Komponenten wird dann demoduliert und es werden demodulierte Signale bereitgestellt. Anschließend wird detektiert, ob eines oder mehrere der demodulierten Signale durch ein Störsignal gestört wurden. Das Signal, welches am wenigsten gestört wurde, wird zur weiteren Verarbeitung ausgewählt.
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Eine Demodulation einer Komponente ist möglicherweise nicht möglich, wenn die entsprechende Komponente durch Störsignale gestört wurde. Wird wenigstens eine der Komponenten ungestört empfangen, kann das ursprünglich ausgesendete Signal zurückgewonnen werden.
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Die weitere Verarbeitung kann das Decodieren und/oder das Auswerten der demodulierten Signale aufweisen. Im Anschluss an eine Decodierung und/oder Auswertung kann beispielsweise ein Antwortsignal generiert werden um ein Öffnen oder Starten des Fahrzeugs zu veranlassen.
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Es kann dabei nur diejenige Komponente decodiert, ausgewertet und/oder weiterverarbeitet werden, welche am wenigsten durch Störsignale gestört wurde. Es kann in der Regel angenommen werden, dass die am wenigsten gestörte Komponente das ursprünglich ausgesendete erste Signal am besten repräsentiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
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1 in einer skizzenhaften Darstellung das Prinzip eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems,
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2 in einer skizzenhaften Darstellung ein schlüsselloses Fahrzeug-Zugangs- und Startsystem,
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3 in einer skizzenhaften Darstellung ein schlüsselloses Fahrzeug-Zugangs- und Startsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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4 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zur Zugangs- und Startverifizierung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems. In dem Fahrzeug 10 ist eine Sendeeinheit 11 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, Signale auszusenden. Dies sind beispielsweise elektromagnetische Signale im LF(Low Frequency)- oder HF(High Frequency)-Bereich. Diese Signale werden von einer Transpondereinheit 12 empfangen, wenn diese sich in der Nähe des Fahrzeugs 10 befindet, und anschließend ausgewertet und/oder weiter verarbeitet. Im Anschluss an die Auswertung und/oder Weiterverarbeitung in der Transpondereinheit 12 können entsprechende Antwortsignale wieder an die Sendeeinheit 11 zurückgesendet werden. Die Antwortsignale werden beispielsweise im UHF-Frequenzband gesendet und können im Fahrzeug 10 von einer, in der Zeichnung nicht dargestellten, Auswerteeinheit ausgewertet werden. Die Transpondereinheit 12 kann beispielsweise in einem Fahrzeugschlüssel angeordnet sein, welchen der Fahrer des Fahrzeugs 10 mit sich führt.
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Zum Empfangen der von der Sendeeinheit 11 gesendeten Signale muss sich die Transpondereinheit 12 innerhalb eines bestimmten Radius um das Fahrzeug 10 befinden, da Signale im LF- und HF-Bereich nur eine begrenzte Reichweite haben. Dieser Radius kann zum Beispiel 10 Meter betragen. Das Senden eines Antwortsignals von der Transpondereinheit 12 an die Sendeeinheit 11 oder an eine Auswerteeinheit im Fahrzeug 10 kann über eine größere Entfernung erfolgen, wenn die Antwortsignale im UHF-Frequenzband liegen, da diese eine größere Reichweite haben. Der Abstand der Transpondereinheit 12 von der Sendeeinheit 11 wird in 1 mit a bezeichnet.
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Die Sendeeinheit 11 kann kontinuierlich Signale aussenden oder nur auf ein bestimmtes Ereignis hin. Ein solches Ereignis kann beispielsweise das Berühren oder Betätigen eines Türgriffes oder das Betätigen eines Startknopfes sein. Sendet die Transpondereinheit 12 daraufhin ein korrektes Antwortsignal, wird das Fahrzeug 10 entriegelt oder, wenn der Start-Knopf betätigt wird, gestartet.
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Bezugnehmend auf 2 weist die Sendeeinheit 21 eine erste Antenne L1 auf. Die erste Antenne L1 ist dazu ausgebildet ein erstes Signal S1 auszusenden. Hierfür erzeugt die erste Antenne ein entsprechendes elektromagnetisches Feld für den Datenaustausch mit der Transpondereinheit 22. Das von der ersten Antenne L1 ausgestrahlte Signal S1 breitet sich dabei in alle Raumrichtungen aus. Zum Empfangen dieses Signals S1 weist die Transpondereinheit 22 eine zweite Antenne L2X, eine dritte Antenne L2Y und eine vierte Antennen L2Z auf. Diese Antennen L2X, L2Y, L2Z sind in drei Raumrichtungen x, y und z (vgl. Koordinatensystem in 2) in einem bestimmten Winkel zueinander ausgerichtet. Dieser Winkel kann beispielsweise 90° betragen. Der Winkel kann jedoch auch größer oder kleiner als 90° sein. Es ist zudem möglich, dass die Antennen unterschiedliche Winkel zueinander aufweisen. Das erste Signal S1, bzw. das elektromagnetische Feld, wird durch eine derartige dreidimensionale Anordnung der Antennen L2X, L2Y, L2Z in seine drei räumlichen vektoriellen Komponenten S2X, S2Y, S2Z zerlegt. In jeder der drei Antennen L2X, L2Y, L2Z wird somit eine der räumlichen Komponenten S2X, S2Y, S2Z empfangen. Die Antennen L2X, L2Y, L2Z der Transpondereinheit 22 sind mit einer Addiereinheit 231 verbunden. In der Addiereinheit 231 können die empfangenen Komponenten S2X, S2Y, S2Z des Signals zunächst verstärkt werden. Anschließend werden die Quadrate der einzelnen Komponenten S2X, S2Y, S2Z addiert um einen Betrag der Summe der einzelnen Komponenten S2X, S2Y, S2Z zu erhalten. Dabei gilt: SG2 = S2X2 + S2Y2 + S2Z2 (1)
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Das so erzeugte Summensignal SG, welches den Betrag der Summe der verschiedenen Komponenten S2X, S2Y, S2Z darstellt, wird einer Demodulationseinheit 241 zugeführt, welche das Summensignal SG demoduliert und ein demoduliertes Signal SD zur weiteren Verarbeitung bereitstellt. Wird das von der Sendeeinheit 21 ausgesendete Anfragesignal 51 korrekt in der Transpondereinheit 22 empfangen, sendet diese beispielsweise ein entsprechendes Antwortsignal an die Sendeeinheit 21 zurück.
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Immer mehr Automobilhersteller sehen in ihren Fahrzeugen zusätzliche Funktionen vor, wie beispielsweise so genannte Wireless-Power-Charger (Vorrichtungen zur drahtlosen Energieübertragung). Bei der drahtlosen Energieübertragung wird elektrische Energie berührungslos von einem ersten Objekt auf ein zweites Objekt übertragen, um das zweite Objekt mit Energie zu versorgen. So können beispielsweise Mobilfunkgeräte aufgeladen werden, ohne dass ein Netzstecker erforderlich ist. Drahtlose Energieversorgung kann beispielsweise mittels induktiver Kopplung erfolgen. Hierfür kann ein Wireless-Power-Charger beispielsweise einen Oszillator aufweisen, an dessen Eingang eine Spannung anliegt und welcher einen Wechselstrom an seinem Ausgang erzeugt, welcher eine mit dem Ausgang verbundene Spule durchfließt. Dadurch wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Befindet sich ein Transponder mit einer Spule in Reichweite des magnetischen Wechselfeldes, wird in dieser eine Wechselspannung induziert. Der Transponder kann einen Gleichrichter aufweisen, welcher die induzierte Wechselspannung gleichrichtet und die gleichgerichtete Spannung einem Verbraucher bereitstellt. Der Verbraucher kann beispielsweise eine Ladeschaltung zum Laden eines Akkumulators sein.
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Derartige Wireless-Power-Charger sind meist im Bereich des Armaturenbretts oder der Mittelkonsole in einem Fahrzeug angeordnet. Damit befinden sie sich meist in der Nähe der Sendeeinheit eines vorhandenen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems. Die vom Wireless-Power-Charger ausgesendeten Felder können somit die von der Sendeeinheit ausgesendeten Signale überlagern und dadurch die Übertragung stören. Störungen können jedoch beispielsweise auch durch andere im Fahrzeug erzeugte Felder oder in der Nähe befindliche Sendemasten eines Mobilfunknetzes hervorgerufen werden. Auch absichtliche Störungen, beispielsweise in betrügerischer Absicht, sind möglich. Bei Vorliegen eines Störsignals gilt: SG_St2 = (S2X + SStX)2 + (S2Y + SStY)2 + (S2Z + SStZ)2 (2)
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Ist das empfangene Signal zumindest in einer der drei Raumrichtungen gestört, dann ist das gesamte Summensignal SG gestört. Das Signal kann von der Transpondereinheit 22 dann möglicherweise nicht demoduliert werden. Die Folge ist, dass die Transpondereinheit 22 kein Antwortsignal an die Sendeeinheit zurück sendet und das Fahrzeug verschlossen bleibt, bzw. nicht gestartet werden kann.
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Um dies möglichst zu verhindern ist erfindungsgemäß vorgesehen jede einzelne der empfangenen Komponenten S2X, S2Y, S2Z zu demodulieren. Wird das Summensignal SG der verschiedenen Komponenten S2X, S2Y, S2Z demoduliert, so ist eine Demodulation meist nicht mehr möglich, wenn nur eine der drei Komponenten S2X, S2Y, S2Z gestört ist. Wird jede der Komponenten S2X, S2Y, S2Z einzeln demoduliert erhöht dies die Wahrscheinlichkeit, dass zumindest eine Komponente S2X, S2Y, S2Z ein korrektes Signal liefert. Eine Vorrichtung zur Zugangs- und Startverifizierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielhaft in 3 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Sendeeinheit 31 mit einer ersten Antenne L1 auf. Die erste Antenne L1 ist dazu ausgebildet ein erstes Signal S1 auszusenden. Hierfür erzeugt die erste Antenne L1 ein entsprechendes elektromagnetisches Feld für den Datenaustausch mit der Transpondereinheit 32. Das von der ersten Antenne L1 ausgestrahlte Signal S1 breitet sich dabei in alle Raumrichtungen aus. Die zweite, dritte und vierte Antenne L2X, L2Y, L2Z, die in den drei Raumrichtungen x, y und z (vgl. Koordinatensystem in 2) in einem bestimmten Winkel zueinander ausgerichtet sind, empfangen jeweils eine der Komponenten S2X, S2Y, S2Z. Der Winkel kann beispielsweise 90° betragen, er kann jedoch auch größer oder kleiner als 90° sein.
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Anstatt den Betrag der Summe der einzelnen Komponenten S2X, S2Y, S2Z zu bilden, ist erfindungsgemäß vorgesehen jede einzelne der Komponenten S2X, S2Y, S2Z einer Demodulationseinheit 341, 342, 343 zuzuführen. Die Demodulationseinheiten 341, 342, 343 sind dazu ausgebildet die empfangenen Komponenten S2X, S2Y, S2Z zu demodulieren und ein die ursprünglich ausgesendeten Nutzdaten repräsentierendes demoduliertes Signal SDX, SDY, SDZ zur Decodierung, Auswertung oder sonstigen weiteren Verarbeitung bereitzustellen. Optional können die Demodulationseinheiten 341, 342, 343 auch dazu ausgebildet sein die Signale S2X, S2Y, S2Z zunächst zu verstärken, bevor eine Demodulation durchgeführt wird. Für die weitere Verarbeitung kann beispielsweise das demodulierte Signal SDX, SDY, SDZ ausgewählt werden, welches am wenigsten gestört ist.
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In der Regel sind keine, eine oder maximal zwei der Komponenten S2X, S2Y, S2Z durch überlagerte Störfelder gestört. Wenn beispielsweise das Störsignal und das Nutzsignal (Anfragesignal) senkrecht zueinander stehen, so werden nur eine oder maximal zwei der drei empfangenen Komponenten gestört und mindestens eine Komponente wird korrekt empfangen. So kann in den meisten Fällen zumindest eine der Komponenten S2X, S2Y, S2Z demoduliert und so die Nutzdaten zurückgewonnen werden. Trotz auftretender Störfelder wird, wenn zumindest eine der Komponenten S2X, S2Y, S2Z des Anfragesignals ungestört übertragen und als Anfragesignal erkannt wird, ein Antwortsignal ausgesendet und das Fahrzeug kann geöffnet bzw. gestartet werden wenn das Antwortsignal korrekt ist.
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In dem Ablaufdiagramm in 4 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Zugangs- und Startverifizierung dargestellt. Dabei wird zunächst ein erstes Signal von einer Sendeeinheit ausgesendet (Schritt 401). Die Sendeeinheit kann in einem Fahrzeug angeordnet sein, welches geöffnet oder gestartet werden soll. Das Signal wird von einer Transpondereinheit empfangen (Schritt 402), wenn diese sich in der Nähe des Fahrzeugs und somit in der Reichweite des ausgesendeten Signals befindet. Um jede der drei Komponenten des Signals einzeln zu empfangen können in der Transpondereinheit drei Antennen in jeweils drei verschiedenen Raumrichtungen angeordnet sein. Anschließend wird jede der drei empfangenen Komponenten demoduliert (Schritt 403). Ist wenigstens eine der Komponenten nicht oder nur geringfügig gestört, können die von der Sendeeinheit ausgesendeten Nutzsignale zurückgewonnen werden. Die Transpondereinheit kann, wenn sie ein gültiges Signal empfangen hat, beispielsweise ein Antwortsignal an die Sendeeinheit zurück senden. Stimmt das Antwortsignal mit dem ursprünglich ausgesendeten Signal überein, so wird das Fahrzeug geöffnet oder, bei Betätigung des Startknopfes, gestartet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 11
- Sendeeinheit
- 12
- Transpondereinheit
- 21
- Sendeeinheit
- 22
- Transpondereinheit
- 231
- Addiereinheit
- 241
- Demodulationseinheit
- 31
- Sendeeinheit
- 32
- Transpondereinheit
- 341, 342, 343
- Demodulationseinheiten
- L1
- erste Antenne
- L2X
- zweite Antenne
- L2Y
- dritte Antenne
- L2Z
- vierte Antenne
- S1
- ausgestrahltes Signal
- S2X, S2Y, S2Z
- räumliche Komponenten
- SG
- Summensignal
- SD
- demoduliertes Summensignal
- SDX, SDY, SDZ
- demodulierte Signale
- a
- Abstand zwischen Sendeeinheit und Transpondereinheit
