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Die Erfindung betrifft ein Schließsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei erhöhten Sicherheitsanforderungen werden elektronische Schließsysteme verwendet, die beispielsweise mittels elektromagnetischer Wellen arbeiten. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen werden solche Schließsysteme als Türschließsysteme für die Zugangsberechtigung und/oder als Zündschlosssysteme, Lenkradverriegelungen, Wegfahrsperren 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, des Zündschlosses o. dgl. ausgebildeten ersten Einrichtung und einer zugehörigen, in der Art eines elektronischen Schlüssels ausgebildeten zweiten Einrichtung. Die beiden Einrichtungen besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb erste Sender und/oder Empfänger für die Übertragung der elektromagnetischen Signale. 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.
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Solche Schließsysteme sind auch mit sogenannten ”Keyless(schlüssellos)”-Funktionalitäten weiterentwickelt. So ist bei der ”KeylessEntry”-Funktionalität eine manuelle Betätigung des elektronischen Schlüssels durch den Benutzer nicht mehr notwendig. Es genügt, dass der Benutzer den Schlüssel mit sich führt. Das Betriebssignal wird dann für die Zugangsberechtigung zwischen den beiden Einrichtungen selbsttätig übertragen, wenn der Benutzer sich in einem, in der Nähe des Kraftfahrzeugs befindlichen Wirkbereich aufhält und dort beispielsweise den Türgriff an der Autotüre betätigt. Ebenso können diese Schließsysteme eine ”KeylessGo”-Funktionalität aufweisen, wobei das Betriebssignal für die Fahrberechtigung zwischen den beiden Einrichtungen selbsttätig übertragen wird, wenn der Benutzer sich innerhalb des Kraftfahrzeugs befindet und beispielsweise eine Start/Stop-Taste im Armaturenbrett betätigt. Nachteilig bei einem solchen Schließsystem erscheint dessen Energieverbrauch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Schließsystem derart weiterzuentwickeln, dass dessen Energieverbrauch vermindert ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schließsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen Schließsystem ist in der ersten Einrichtung ein zweiter, mit geringer Energie arbeitender Sender und/oder Empfänger, und zwar insbesondere für schwache Signale, vorgesehen. Insbesondere ist der zweite Sender und/oder Empfänger in der ersten Einrichtung mit geringerer Energie als der erste Sender und/oder Empfänger in der ersten Einrichtung betreibbar. Der zweite Sender und/oder Empfänger wird im Polling-Modus betrieben. In der zweiten Einrichtung ist ein, insbesondere passiv arbeitender, Transponder, bevorzugterweise ein RFID-Tag, vorgesehen. Insbesondere ist der Transponder ohne Energieversorgung durch die zweite Einrichtung betreibbar. Der Transponder sowie der zweite Sender und/oder Empfänger wirken zur Aufnahme des bestimmungsgemäßen Betriebs des ersten Senders und/oder Empfängers zusammen. Vorteilhafterweise besitzt das erfindungsgemäße Schließsystem einen lediglich geringen Energieverbrauch, da der zweite Sender und/oder Empfänger in der ersten Einrichtung mit geringer Energie sowie der Transponder in der zweiten Einrichtung weitgehend passiv, also energielos oder zumindest mit lediglich geringer Energiezufuhr, arbeiten. Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine Aktion des Benutzers nicht mehr notwendig ist. Insbesondere ist für die Zugangsberechtigung keine Betätigung des Türgriffs an der Autotüre erforderlich. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In weiterer Ausgestaltung kann der erste Sender und/oder Empfänger, solange dieser nicht bestimmungsgemäß betrieben wird, in einem Ruhezustand mit verringertem Energieverbrauch befindlich sein. Der bestimmungsgemäße Betrieb des ersten Senders und/oder Empfängers kann dann lediglich dann, insbesondere durch eine Art eines Weckens, aufgenommen werden, wenn eine vorab erfolgende, positive Authentifikation zwischen dem Transponder sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger erfolgt ist. Vorteilhafterweise wird erst bei entsprechendem Bedarf, also nach positiver Authentifikation zwischen dem Transponder sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger, der Ruhezustand beendet und der energieintensivere bestimmungsgemäße Betrieb der ersten Sender und/oder Empfänger zur Übertragung der Signale zwischen den beiden Einrichtungen aufgenommen.
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In einer Weiterbildung des Schließsystems kann nach positiver Authentifikation zwischen dem Transponder sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger die erste Einrichtung ein erstes Signal für die zugehörige zweite Einrichtung als Wecksignal senden, derart dass die zweite Einrichtung aus einem Ruhezustand mit verringertem Energiebedarf in einen aktivierten Zustand für den bestimmungsgemäßen Betrieb übergeführt wird. Die erste Einrichtung kann nach Aussenden des ersten Signals wenigstens ein weiteres, drittes Signal als Bereichsabgrenzungssignal senden, derart dass die zugehörige zweite Einrichtung deren Standort in Bezug auf die erste Einrichtung, insbesondere am und/oder im Kraftfahrzeug, bestimmen kann. Nachfolgend kann die zweite Einrichtung ein den Standort beinhaltendes weiteres, viertes Signal zur ersten Einrichtung senden. Das codierte Betriebssignal kann zur Authentifikation der zweiten Einrichtung als fünftes Signal zwischen der zweiten Einrichtung und der ersten Einrichtung übertragen werden, wobei das der Authentifikation dienende fünfte elektromagnetische Signal bevorzugterweise in einer bidirektionalen Kommunikation bestehend aus mehreren Teilsignalen zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung übertragen werden kann.
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Der Transponder sendet im Allgemeinen einen festgelegten Code. Da jedoch der bestimmungsgemäße Betrieb des ersten Senders und Empfängers dann bei entsprechendem Bedarf aufgenommen wird, erfolgt die Aktivierung des Schließsystems erst nach positiver Auswertung des codierten Betriebssignals, bei der es sich um eine sehr sichere Kommunikation, beispielsweise mittels eines Wechselcodes in der bidirektionalen Kommunikation, handelt. Vorteilhafterweise wird damit trotz energiesparenden Betriebs des erfindungsgemäßen Schließsystems eine hohe Sicherheit gegen unberechtigte Benutzung für das mit einem solchen Schließsystem ausgestattete Kraftfahrzeug gewährleistet.
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Weiter kann die erste Einrichtung zwischen dem ersten und dem dritten Signal ein zweites Signal zur zweiten Einrichtung als Selektionssignal senden. Das zweite Signal kann dann eine Information über die Identität des Kraftfahrzeugs enthalten, derart dass zur ersten Einrichtung zugehörige zweite Einrichtungen im aktivierten Zustand verbleiben und im aktivierten Zustand befindliche, nicht zugehörige zweite Einrichtungen in den Ruhezustand zurückgeführt werden.
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Besonders bevorzugt ist, für das Weck- und/oder das Bereichsabgrenzungssignal ein induktives Signal zu verwenden, indem die Trägerwelle für das erste Signal und/oder das dritte Signal eine im induktiven, niederfrequenten (NF-)Bereich liegende Frequenz aufweist. Aufgrund der begrenzten Reichweite eines induktiven Signals lässt sich somit der Wirkbereich für das Schließsystem auf einfache Art und Weise einstellen. Gleichzeitig wird dadurch die Sicherheit vor Manipulation am Schließsystem durch unberechtigte Benutzer gesteigert. Beispielsweise kann die Frequenz für die NF-Trägerwelle in etwa 20 kHz, 120 kHz, 125 kHz o. dgl. betragen. Weiterhin ist bevorzugt, für das Selektionssignal und/oder das Rückantwortsignal und/oder das codierte Betriebssignal ein Funksignal zu verwenden, indem die Trägerwelle für das zweite Signal und/oder das vierte und/oder das fünfte Signal eine im höherfrequenten (RF-)Bereich liegende Frequenz aufweist. Dadurch ist aus Komfortgründen für den Benutzer ein vergrößerter Wirkbereich gegeben. Beispielsweise kann die Frequenz für die RF-Trägerwelle in etwa 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz o. dgl. betragen. Die Frequenz für die Trägerwelle für die Signale zur Authentifikation zwischen dem Transponder sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger kann im Mikrowellen-Bereich, insbesondere zwischen ca. 1 bis 300 GHz, liegen.
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In einer einfachen und kostengünstigen Ausgestaltung kann der Transponder, und zwar insbesondere der RFID-Tag, als ein SAW(Surface-Acoustic-Wave)-Tag ausgestaltet sein. Das vom zweiten Sender und/oder Empfänger ausgesandte Mikrowellensignal kann in einfacher Art und Weise im SAW-Tag in Ultraschallsignale umgewandelt werden. Die Ultraschallsignale können über die Oberfläche eines piezoelektrischen Kristalls im SAW-Tag übertragen werden. Weiterhin können die Ultraschallsignale an wenigstens einer Markierung der Oberfläche, die einem jeweiligen Code zugeordnet ist, reflektiert werden. Das entsprechend codiert reflektierte Signal kann dann vom zweiten Sender und/oder Empfänger zur Authentifikation empfangen werden.
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Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Schließsystems bereit. Bei diesem Verfahren wird der zweite Sender und/oder Empfänger in der ersten Einrichtung zur Aussendung eines Signals im Polling-Modus betrieben. Das ausgesendete Signal wird vom Transponder in der zweiten Einrichtung empfangen und codiert. Anschließend wird das codierte Signal vom Transponder in der zweiten Einrichtung reflektiert. Das codiert reflektierte Signal wird vom zweiten Sender und/oder Empfänger in der ersten Einrichtung empfangen und zur Authentifikation ausgewertet. Nach positiver Authentifikation werden dann der erste Sender und/oder Empfänger in der ersten und/oder zweiten Einrichtung bestimmungsgemäß betrieben.
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In bevorzugter Weise ist der Transponder als ein SAW(Surface-Acoustic-Wave)-Tag ausgestaltet. Die Betriebsweise des Schließsystems mit einem SAW-Tag ist dann wie folgt.
- – Das Kfz sendet Pulse im Polling-Verfahren, wobei bei einem SAW-Tag lediglich eine geringe Energie für den Puls notwendig ist.
- – Der Schlüssel ist mit einem SAW-Tag ausgestattet, so dass bei Annäherung des Benutzers an das Fahrzeug auf ca. 5 bis 7 m, zumindest jedoch auf ca. 4 bis 6 m, bereits Pulse vom SAW-Tag empfangen werden.
- – Es erfolgt dann eine Umwandelung der Pulse im SAW-Tag in eine Oberflächenwelle mit Reflektion von Oberflächenwellen-Anteilen im Tag, wobei die Codierung durch die Anordnung der Reflektoren bestimmt ist.
- – Anschließend erfolgt eine Rückwandelung der Oberflächenwellen-Anteile in Pulsanteile im Tag und deren Aussendung.
- – Die Pulsanteile werden dann im Kfz empfangen und es erfolgt eine Auswertung der Pulsanteile als die jeweilige Codierung.
- – Bei dem zugehörigen Schlüsseltyp gemäß Codierung erfolgt sodann die Kommunikation zur Authentifizierung des Schlüssels.
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Als Vorteile sind zu nennen:
- – Der SAW-Tag arbeitet ohne Energie, da lediglich Reflektionen erfolgen.
- – Es besteht eine Verzögerung im msec-Bereich der Rückantwort der Pulsanteile, da akustische Oberflächenwellen sehr viel langsamer als elektromagnetische Wellen sind. Somit ist eine zeitliche Trennung zwischen dem Puls und der Rückantwort vorhanden. Es lässt sich dann in einfacher Weise aus dieser Zeitverzögerung der Abstand zwischen dem Benutzer und dem Kfz bestimmen, womit die sogenannte Relais-Attacke wirksam verhindert werden kann.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schließsystems ist nachfolgendes festzustellen.
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Geschaffen ist eine annäherungsabhängige identifizierbare Signalisierung zum energieeffizienten Wecken eines Zugangssystems. Insbesondere kann diese Signalisierung bei Keyless-Systemen zum Einsatz kommen.
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Zugangssysteme verbrauchen im Normalbetrieb oft so viel Energie, dass sie in Ruhezeiten in einen Ruhebetrieb versetzt werden müssen. Ist der Wechsel von Ruhebetrieb zu Normalbetrieb nicht deterministisch sondern von externen Ereignissen, wie der Annäherung eines autorisierten Berechtigungsträger abhängig, so muss das System im Ruhebetrieb periodisch in den Normalbetrieb wechseln (aufwachen), um nach solchen externen Ereignissen zu prüfen (Polling). Bei batteriebetriebenen Zugangssystemen, wie in Fahrzeugen, die energieeffizient ausgelegt sein müssen, stellt dies ein Problem dar, da ein zyklisches Polling auch möglichst oft erfolgen sollte, um kurze Zugangszeiten zu ermöglichen. Bei einem abgrenzendem Zugangssystem (z. B. Keyless) wird aus energetischen Gründen deshalb das energieintensive Polling nur nach einem Aufwachen des Gesamtsystems durch die Berührung eines Türgriffs gestartet. Damit der Nutzer vom Berühren des Türgriffs bis zum Entriegeln keine Verzögerung bemerkt, müssen die Systemkommunikation und die Systemprozesse sehr schnell ablaufen, was den Einsatz von Standardkommunikationen wie z. B. Bluetooth Low Energy erschwert (zur Beschreibung wird auch auf 1 verwiesen).
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Die Erfindung ermöglicht durch den Einsatz eines heute schon im Stand der Technik befindlichen passiven RFID Verfahrens (z. B. einem SAW Tag), ein energieeffizientes Wecken auf der führenden Kommunikationsstelle (Reader) des Zugangssystems durch eine sich annähernde identifizierbare ebenfalls energieeffiziente Kommunikationsgegenstelle (Tag) ohne die Interaktion des Nutzers. Bei Annäherung eines autorisierten Berechtigungsträgers mit integriertem passiven RFID Tag empfängt der im energieeffizienten Polling Modus befindliche Reader des Zugangssystems vom Tag ein Signal mit Identifizierung. Die Identifizierung kann das System nun auswerten und bei gültiger Identifizierung das restliche Zugangssystem mit dem energieintensiveren Polling starten (zur näheren Beschreibung wird auch auf 2 verwiesen).
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Bei der Erfindung handelt es sich um ein einfaches drahtloses Verfahren zur Signalisierung der Annäherung eines Tags an einen Reader für Keyless Systeme. Passive RFID-Tags, die bisher für die Lokalisierung und einfache Identifikation von Gegenständen, wie in der Logistik im Einsatz sind, werden dabei aufgrund der einfachen Identifikation als Wecksignal für eine komplexe Identifikation und Autorisierung bei Zugangssystemen eingesetzt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein energieeffektives Wecken ohne Nutzerinteraktion schon aus größerer Entfernung, beispielsweise bis zu 5 Meter, gegebenenfalls sogar bis zu 10 Meter vom Fahrzeug entfernt, ermöglicht ist. Dadurch wird der Systemkommunikation und den Systemprozessen mehr Zeit bis zum Zugang ermöglicht. Somit wird auch der Einsatz von Standardkommunikationen wie Bluetooth Low Energy einfacher. Da alle passiven RFID-Tags auf Erzeugung einer Impulsantwort durch definierte überlagerte Signalverzögerungen beruhen, kann durch den Einsatz von passiven RFID-Tags eine einfache Entfernungsmessung im Reader vorgenommen werden, um Relais-Attacken in einfacher Art und Weise abzuwehren oder zumindest zu erschweren.
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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 Schließsystem entsprechend dem Stand der Technik,
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2 ein erfindungsgemäßes Schließsystem als Blockschaltbild,
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3 das Schließsystem aus 2 in einer weiteren Ausgestaltung,
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4 ein mit einem erfindungsgemäßen Schließsystem ausgestattetes Kraftfahrzeug und
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5 ein schematisches Blockschaltbild des Schließsystems mit einem Diagramm zur Übertragung der Signale.
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Beim herkömmlichen Schließsystem 12 gemäß der 1 ist ein berührungssensitiver Sensor 3 vorgesehen, wobei durch Berührung 7 des Benutzers 6 ein Aufwecken 8 der ersten Einrichtung 1 des Schließsystems 12 veranlasst wird. Ein erster Sender und/oder Empfänger 2, der im energieintensiven Polling-Betrieb arbeitet, führt danach eine energieintensive Kommunikation 4 mit der zweiten Einrichtung 5 zu deren Authentifikation durch.
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Beim erfindungsgemäßen Schließsystem 13, das in 2 zu sehen ist, ist in der ersten Einrichtung 1' ein zweiter, mit geringer Energie arbeitender Sender und/oder Empfänger 10 für schwache Signale vorgesehen, wobei der zweite Sender und/oder Empfänger 10 im Polling-Modus betrieben wird. In der zweiten Einrichtung 5' ist ein, insbesondere passiv arbeitender, Transponder 11, bevorzugterweise ein RFID-Tag, vorgesehen. Zwischen dem zweiten Sender und/oder Empfänger 10 sowie dem Transponder 11 findet eine energieeffiziente Kommunikation 9 statt. Der bestimmungsgemäße Betrieb 4' der ersten Sender und/oder Empfänger 2, 2' wird lediglich dann in der Art eines Weckens 8' aufgenommen, wenn eine vorab erfolgende, positive Authentifikation zwischen dem Transponder 11 sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger 10 erfolgt ist. Bevorzugterweise ist der Transponder 11 als ein SAW(Surface-Acoustic-Wave)-Tag ausgestaltet, welcher im Folgenden noch näher beschrieben ist.
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Nachfolgend soll der Einsatz des erfindungsgemäßen Schließsystems 13 näher im Kraftfahrzeug erläutert werden.
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In 4 ist ein Kraftfahrzeug 20 mit dem berechtigten Benutzer 21 zu sehen. Das Kraftfahrzeug 20 ist für die Zugangsberechtigung mit einem Schließsystem 13 als Türschließsystem versehen, das eine als eine Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 1' 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 21, womit dieser innerhalb eines Wirkbereichs 22 Zugang zum Kraftfahrzeug 20 besitzt.
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Die erste Einrichtung 1' besitzt wenigstens zwei Zustande, wobei im ersten Zustand eine Verriegelung und im zweiten Zustand eine Entriegelung der Autotüren 23 vorliegt. Die beiden Einrichtungen 1', 5' besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb erste Sender und/oder Empfänger 2, 2' (siehe auch 5) für die Übertragung von Signalen 24 mittels einer elektromagnetischen Trägerwelle. Bei wenigstens einem dieser zwischen der zweiten Einrichtung 5' und der ersten Einrichtung 1' übertragenen Signale 24 handelt es sich um ein codiertes, elektromagnetisches Betriebssignal 25 (siehe 5). Das codierte Betriebssignal 25 dient zur Authentifikation der zweiten Einrichtung 5', womit bei berechtigter zweiter Einrichtung 5' nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals 25 eine Änderung des Zustandes der ersten Einrichtung 1' bewirkbar ist. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 25 erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 21 sich der Autotüre 23 annähert. Dadurch wird die Entriegelung der Autotüren 23 entsprechend der KeylessEntry-Funktionalität ausgelöst. Es ist hervorzuheben, dass die Übertragung des codierten Betriebssignals 25 selbsttätig ohne Mitwirkung des Benutzers 21 erfolgt, sobald dieser den Wirkbereich 22 betritt, also insbesondere eine Berührung und/oder Betätigung des Türgriffs 26 am Kraftfahrzeug 20 hierfür nicht notwendig ist. Schließt der Benutzer 21 die Autotüren 23 von außen, so erfolgt eine selbsttätige Verriegelung der Autotüren 23. Ebensogut kann die selbsttätige Verriegelung der Autotüren 23 erfolgen, nachdem der Benutzer 21 den Wirkbereich 22 verlassen hat.
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Das Schließsystem 13 stellt weiterhin die Fahrberechtigung für das Kraftfahrzeug 20 fest. Hierzu bewirkt die als Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 1' ebenfalls entsprechend den beiden Zuständen die Ent- und/oder Verriegelung des Zündschlosses (elektronisches Zündschloss EZS) und/oder der Lenkradverriegelung (elektrische Lenkradverriegelung ELV). Ebensogut kann ein sonstiges funktionsrelevantes Bauteil des Kraftfahrzeugs 20 durch die erste Einrichtung 1' dementsprechend angesteuert werden. Beispielsweise kann dadurch eine Freigabe und/oder Sperrung einer Wegfahrsperre, des Motorsteuergeräts o. dgl. erfolgen. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 25 zur Authentifikation der zweiten Einrichtung 5' für die Fahrberechtigung erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 21 sich im Kraftfahrzeug 20 befindet und beispielsweise einen Start/Stop-Schalter betätigt. Dadurch wird der Start-Vorgang o. dgl. des Kraftfahrzeugs 20 entsprechend der KeylessGo-Funktionalität ausgelöst.
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Die Übertragung der Signale 25 für die Zugangsberechtigung entsprechend der KeylessEntry-Funktionalität wird, wie bereits weiter oben beschrieben, durch das Zusammenwirken des zweiten Senders und/oder Empfängers 10 mit dem Transponder 11 ausgelöst. Der mit geringer Energie arbeitende zweite Sender und/oder Empfänger 10, der im Polling-Modus betrieben wird, sendet periodisch ein Polling-Signal 28 aus, wie in 5 zu sehen ist. Wird das Polling-Signal 28 von der zweiten Einrichtung 5' mittels des ohne weitere Energieversorgung passiv arbeitenden Transponders 11 empfangen, so sendet daraufhin der Transponder 11 ein reflektiertes Signal 29, das vom Transponder 11 entsprechend codiert ist, zurück. Das vom zweite Sender und/oder Empfänger 10 empfangene reflektierte Signal 29 wird von der ersten Einrichtung 1' im Hinblick auf den darin enthaltenen Code ausgewertet. Nach positiver Authentifikation, d. h. der Code ist in Ordnung, wird dann der energieintensivere, bestimmungsgemäße Betrieb der ersten Sender und/oder Empfänger 2, 2' aufgenommen, indem diese aus dem Ruhezustand mit verringertem Energieverbrauch aufgeweckt werden.
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Der bestimmungsgemäße Betrieb soll nun anhand der
5 näher erläutert werden. Zunächst sendet die erste Einrichtung
1' mittels eines ersten Senders und/oder Empfängers
2 ein als Wecksignal bezeichnetes erstes elektromagnetisches Signal
33 für die zugehörige zweite Einrichtung
5'. Der ersten Einrichtung
1' ist dabei wenigstens eine Antenne
30,
31 zur Übertragung der Signale
24 zugeordnet. Durch das Wecksignal
33 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
1' wenigstens ein weiteres, drittes elektromagnetisches Signal
35, das nachfolgend auch als Bereichsabgrenzungssignal bezeichnet ist. Dadurch kann die zugehörige zweite Einrichtung
5' deren Standort in Bezug auf die erste Einrichtung
1' bestimmen. Insbesondere lässt sich feststellen, ob die zweite Einrichtung
5' außerhalb am Kraftfahrzeug
20 sowie gegebenenfalls an welcher Stelle des Außenraums und/oder im Innenraum des Kraftfahrzeugs
20 befindlich ist. Nachfolgend sendet die zweite Einrichtung
5' mittels eines ersten Senders/Empfängers
2' ein die Information zum ermittelten Standort beinhaltendes viertes Signal
36 zur ersten Einrichtung
1', das im folgenden auch als Rückantwortsignal bezeichnet ist. Schließlich wird dann, wie bereits beschrieben, das fünfte elektromagnetische Signal als codiertes elektromagnetisches Betriebssignal
25 zur Authentifikation mittels der ersten Sender/Empfänger
2,
2' zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung
1',
5' übertragen. Das Signal
25 kann insbesondere aus mehreren Teilsignalen bestehen und in einer bidirektionalen Kommunikation zwischen den beiden Einrichtungen
1',
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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Die zweite Einrichtung 5', die als schematisches Blockschaltbild in 5 gezeigt ist, weist den ersten Sender und/oder Empfänger 2' zum Senden und/oder Empfangen von Signalen 24 und eine beispielsweise aus einem Mikrocomputer bestehende Logikschaltung 37 auf. Weiter ist in der zweiten Einrichtung 5' ein Mittel 38 zur Messung der Feldstärke wenigstens eines von der ersten Einrichtung 1' übertragenen Signals angeordnet. Das Mittel 38 zur Messung der Feldstärke misst die Feldstärke beziehungsweise die Intensität eines der übertragenen Signale, und zwar des Bereichsabgrenzungssignals 35. Zweckmäßigerweise ist das Mittel 38 zur Messung der Feldstärke als ein integrierter Baustein ausgestaltet, der nachfolgend auch als RSS(Radio Signal Strength)-Chip bezeichnet ist. Der RSS-Chip 38 besitzt einen Eingang 39, der mit dem ersten Sender und/oder Empfänger 2' verbunden ist, sowie einen RSSI(Radio Signal Strength Indicator)-Ausgang 40, der wiederum mit der Logikschaltung 37 verbunden ist. Der RSS-Chip 38 erhält über den Eingang 39 das vom Sender und/oder Empfänger 2' jeweils empfangene Signal 35 und erzeugt an seinem RSSI-Ausgang 40 ein in funktioneller Abhängigkeit zur Feldstärke des Signals 35 stehendes RSSI-Signal. Beispielsweise kann das RSSI-Signal proportional oder logarithmisch zur Feldstärke des Signals 35 abhängig sein. Durch entsprechende Auswertung des RSSI-Signals lässt sich dann die Standortbestimmung in der Logikschaltung 37 vornehmen.
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Das Wecksignal 33 kann beispielsweise eine Kennung zum Kraftfahrzeug-Typ enthalten. Nach Empfang des Wecksignals 33 sind zunächst sämtliche im Wirkbereich 22 befindliche zweite Einrichtungen 5', die zum selben Kraftfahrzeug-Typ gehören, aktiviert. In einer weiteren Ausgestaltung des Schließsystems 13 sendet die erste Einrichtung 1' zwischen dem ersten Signal 33 und dem dritten Signal 35 ein zweites elektromagnetisches Signal 34 zur zweiten Einrichtung 5' als Selektionssignal, wie näher anhand von 5 zu erkennen ist. Das zweite Signal 34 enthält eine Information über die nähere Identität des Kraftfahrzeugs 20. Dadurch wird bewirkt, dass lediglich die tatsächlich zur ersten Einrichtung 1' zugehörigen zweiten Einrichtungen 5' im aktivierten Zustand verbleiben. Im aktivierten Zustand befindliche, nicht zum Kraftfahrzeug 20 zugehörige zweite Einrichtungen werden jedoch in den Ruhezustand zurückgeführt.
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Es bietet sich an, die zur ersten Einrichtung 1' zugehörigen zweiten Einrichtungen 5' in gruppenartige Linien einzuteilen. Bevorzugterweise besitzt ein Kraftfahrzeug 20 zwei Linien, und zwar einen ersten elektronischen Schlüssel sowie Ersatzschlüssel als erste Linie und einen zweiten elektronischen Schlüssel sowie Ersatzschlüssel als zweite Linie. Zweckmäßigerweise weisen die Linien eine Rangfolge zur Durchführung der Authentifikation auf, so dass bei Vorhandensein beider Linien im Wirkbereich 22 lediglich eine Authentifikation mit der ranghöheren Linie, die entsprechend ausgewählt wird, durchzuführen ist. Das Selektionssignal 34 kann nun zusätzlich eine Information zu den der ersten Einrichtung 1' zugeordneten Linien enthalten, um dem Schließsystem 13 gegebenenfalls eine Auswahl für die Authentifikation zu gestatten.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Trägerwelle für das erste Signal 33 als Wecksignal und/oder das dritte Signal 35 als Bereichsabgrenzungsignal eine im induktiven, niederfrequenten (LF- bzw. NF-)Bereich liegende Frequenz aufweist. Beispielsweise kann diese Frequenz in etwa 20 kHz, 120 kHz, 125 kHz o. dgl. betragen. Vorteilhafterweise weist ein solches induktives Signal eine auf die unmittelbare Umgebung des Kraftfahrzeugs 20 oder auf das Kraftfahrzeug 20 selbst begrenzte Reichweite auf. Dadurch wird erreicht, dass die zweite Einrichtung 5' lediglich dann aktiviert wird, wenn sie im Innenraum des Kraftfahrzeugs 20 oder in einem der Wirkbereiche 22 im Außenraum am Kraftfahrzeug 20 befindlich ist, womit Störungen und/oder Sicherheitslücken durch Überreichweiten vermieden sind. Aufgrund der begrenzten Reichweite von induktiven Signalen ist den jeweiligen Bereichen des Kraftfahrzeugs 20 jeweils eine eigene induktive Antenne 30, 31 zugeordnet. Falls gewünscht kann auch das zweite Signal 34 eine im niederfrequenten (NF-)Bereich liegende Frequenz aufweisen. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass die Trägerwelle für das zweite Signal 34 als Selektionssignal und/oder das vierte Signal 36 als Rückantwortsignal und/oder das fünfte Signal 25 als Betriebssignal eine im höherfrequenten (RF- bzw. HF-)Bereich liegende Frequenz aufweist. Beispielsweise kann diese Frequenz in etwa 315 MHz, 433 MHz, 868 MHz o. dgl. betragen. Aufgrund der größeren Reichweite von höherfrequenten Signalen reicht es aus, eine geringere Anzahl von RF-Antennen 32 im Kraftfahrzeug 20 vorzusehen, wie anhand von 4 ersichtlich ist.
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Der passiv arbeitende Transponder 11 kann als ein RFID-Tag ausgestaltet sein. Die Frequenz für die Trägerwelle für die Signale zur Authentifikation, die zwischen dem Transponder 11 sowie dem zweiten Sender und/oder Empfänger 10 ausgetauscht werden, können im Mikrowellen-Bereich liegen. Beispielsweise kann die Frequenz dieser elektromagnetischen Wellen zwischen ca. 1 bis 300 GHz liegen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann es sich bei dem Transponder 11, und zwar insbesondere bei dem RFID-Tag, um einen SAW(Surface-Acoustic-Wave)-Tag handeln. Bei einem solchen SAW-Tag wird das vom zweiten Sender und/oder Empfänger 10 ausgesandte Mikrowellensignal 28 im SAW-Tag 11 in Ultraschallsignale umgewandelt. Die Ultraschallsignale werden über die Oberfläche eines piezoelektrischen Kristalls im SAW-Tag 11 übertragen. Dabei werden die Ultraschallsignale an wenigstens einer einem Code zugeordneten Markierung der Oberfläche reflektiert. Anschließend wird dann das entsprechend codiert reflektierte Signal 29 vom zweiten Sender und/oder Empfänger 10 zur Authentifikation empfangen.
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Das Zusammenwirken des SAW-Tags 11 mit dem zweiten Sender und/oder Empfänger 10 wird näher anhand der 3 erläutert. Das Polling-Signal 28 wird vom zweiten Sender und/oder Empfänger 10 mit zugehöriger Antenne 41 mittels elektromagnetischen Wellen als Trägerwelle in der Art eines Pulses gesendet. Der SAW-Tag 11 umfasst ein piezoelektrisches Substrat 42, beispielsweise einen Quarz. Weiterhin weist der SAW-Tag 11 eine Tag-Antenne 43 zum Empfang des Polling-Signals 28 auf. Die Tag-Antenne 43 ist mit einem das elektromagnetische Signal des Polling-Pulses 28 in eine akustische Oberflächenwelle (surface acoustic wave – SAW-Puls) 44 umwandelnden Interdigitaltransducer (IDT) 45 des SAW-Tags 11 verbunden. Der SAW-Puls 44 bewegt sich dann über die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 42. Der SAW-Tag 11 weist wenigstens einen an einer vorbestimmten Position des Substrats 42 angeordneten Code-Reflektor 46 für die akustische Oberflächenwelle 44 auf. Am Code-Reflektor 46 wird dann ein Anteil 44a des SAW-Pulses 44 reflektiert sowie ein weiterer Anteil 44b des SAW-Pulses transmittiert. Der an dem Code-Reflektor 46 reflektierte akustische SAW-Puls 44a wird am Interdigitaltransducer 45 in ein elektromagnetisches Signal zurückgewandelt sowie von der Tag-Antenne 43 als reflektiertes Signal 29 gesendet. Das reflektierte Signal 29 ist entsprechend der Anordnung der Code-Reflektoren 46 codiert. Das entsprechend codiert reflektierte Signal 29 wird dann mittels der Antenne 41 vom Sender und/oder Empfänger 10 in der ersten Einrichtung 1' in der Art eines Readers empfangen und zur Authentifikation decodiert.
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Wie weiter der 3 zu entnehmen ist, umfasst der Interdigitaltransducer 45 zwei metallische Elektroden 47, die auf dem Substrat 42 befindlich sind. Die Elektrode 47 weist eine fingerartige und/oder kammartige Struktur auf. Der Code-Reflektor 46 besteht aus einem auf dem Substrat 42 befindlichen, metallischen Streifen. Bei dem Metall handelt es sich beispielsweise um Aluminium. Der Code-Reflektor 46 reflektiert einen Teil 44a des SAW-Pulses 44 und transmittiert einen weiteren Teil 44b des SAW-Pulses 44. Hierdurch ist das reflektierte Signal 29 dann entsprechend der Anordnung der Code-Reflektoren 46 gemäß deren unterschiedlichen Positionen auf dem Substrat 42 codiert.
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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 Patentansprüche. So kann ein derartiges Schließsystem 13 nicht nur im Kraftfahrzeug 20 eingesetzt werden. Es ist auch eine Verwendung für ein Türschloss, das sich beispielsweise an einer Immobilie o. dgl. befindet, oder für sonstige Steuergeräte möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- erste Einrichtung
- 2, 2'
- erster Sender und/oder Empfänger
- 3
- Sensor
- 4, 4'
- Kommunikation/bestimmungsgemäßer Betrieb
- 5, 5'
- zweite Einrichtung
- 6
- Benutzer
- 7
- Berührung
- 8, 8'
- Aufwecken/Wecken
- 9
- (energieeffiziente) Kommunikation
- 10
- zweiter Sender und/oder Empfänger
- 11
- Transponder/SAW-Tag
- 12
- (herkömmliches) Schließsystem
- 13
- (erfindungsgemäßes) Schließsystem
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- (berechtigter) Benutzer
- 22
- Wirkbereich
- 23
- Autotüre
- 24
- Signal
- 25
- Betriebssignal/(fünftes) Signal
- 26
- Türgriff
- 28
- Polling-Signal/Polling-Puls/Mikrowellensignal
- 29
- reflektiertes Signal
- 30, 31, 32
- Antenne
- 33
- (erstes) Signal/Wecksignal
- 34
- (zweites) Signal/Selektionssignal
- 35
- (drittes) Signal/Bereichsabgrenzungssignal
- 36
- (viertes) Signal/Rückantwortsignal
- 37
- Logikschaltung
- 38
- Mittel zur Messung der Feldstärke/RSS-Chip
- 39
- Eingang (am RSS-Chip)
- 40
- RSSI-Ausgang
- 41
- Antenne (vom zweiten Sender und/oder Empfänger)
- 42
- (piezoelektrisches) Substrat
- 43
- Tag-Antenne
- 44
- (akustische) Oberflächenwelle/SAW-Puls
- 44a
- Anteil (von SAW-Puls)
- 44b
- (weiterer) Anteil (von SAW-Puls)
- 45
- Interdigitaltransducer
- 46
- Code-Reflektor
- 47
- Elektrode (von Interdigitaltransducer)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4340260 A1 [0003, 0036]
