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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drahtlosen Abfragen der Anwesenheit eines Zugangsgerätes für den Zugriff auf ein Schließsystem eines Kraftfahrzeuges.
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Insbesondere betrifft die Anmeldung ein Verfahren, bei dem an dem Fahrzeug wenigstens eine NFC-Kommunikationsreinrichtung mit einer NFC-Antenne angeordnet ist.
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Schlüssellose Zugangssysteme, bei denen mechanische Einwirkung eines Schlüssels auf ein Fahrzeugschloss zum Erlangen des Zugangs nicht länger erforderlich ist, sind bekannt. Entsprechende Systeme werden beispielsweise als Keyless-Entry Systeme oder Passive Start Entry (PASE) Systeme bezeichnet. Der Benutzer eines Fahrzeuges führt einen elektronischen Schlüssel mit sich, der über Sende- und Empfangseinrichtungen mit zugeordneten Sende-Empfangseinrichtungen auf Seiten des Fahrzeuges kommuniziert. Während eines solchen drahtlosen Dialoges können Autorisierungsdaten vom mobilen Schlüssel an das Fahrzeug übertragen werden und eine Entriegelung des Fahrzeuges wird in Abhängigkeit von einer erfolgreichen Prüfung der Daten vorgenommen.
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Zahlreiche dieser schlüssellosen Zugangssysteme basieren auf der Benutzung eines niederfrequenten Signals, welches vom Fahrzeug in die nähere Fahrzeugumgebung abgestrahlt wird. Ein solches niederfrequentes Signal hat regelmäßig Frequenzen zwischen 20 kHz und 200 kHz. Die Reichweite dieser niederfrequenten Signale ist gering und ein drahtloser Fahrzeugschlüssel, der sich mit einer geeigneten Empfangseinrichtung in den Bereich der Aussendung bewegt, kann durch ein solches Signal aufgeweckt werden. Der geweckte Schlüssel startet dann eine hochfrequente Kommunikation mit dem Fahrzeug zur Abwicklung des Autorisierungsdialoges.
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Zunehmend werden jedoch als Zugangsmittel Schlüssel mit Nahfeldkommunikationsmöglichkeit, insbesondere mit NFC-Kommunikationsfähigkeit (NFC-Near Field Communication) verwendet. Diese Schlüssel sind oft nicht allein der Funktion eines Fahrzeugschlüssels gewidmet, es kann sich auch um komplexe Geräte mit Mehrzweck handeln, insbesondere Smartphones oder mobile Computer. Derartige Systeme verwenden regelmäßig keine Antennen mit Sendefrequenzen in dem oben bezeichneten niederfrequenten Bereich. Der genutzte Funkstandard NFC weist eine geringe Reichweite im Zentimeterbereich auf. NFC arbeitet im Frequenzband von 13,56 MHz mit einer Übertragungsrate von maximal 424 kBit/s und einer Reichweite von bis zu etwa 20 cm.
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Außerdem werden bei solchen Systemen, die sich der Nahfeldtechnik für den Informationsaustausch bedienen, andere Konzepte zur Annäherungserfassungen eingesetzt. Das Dokument
WO 2016/037957 A1 beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zum Detektieren der Annäherung von Objekten. Dabei wird eine Antenne, beispielsweise eine NFC-Antenne verwendet. Diese Antenne wird angesteuert, um wiederholt, beispielsweise in periodischen Abständen, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die elektromagnetische Felderzeugung von Antennen ist zunächst von den vorgegebenen Ansteuerungsparametern der Antenne, also Frequenz, Antennenspannung etc. abhängig, jedoch auch von der Umgebung der Antenne.
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Die vorgenannte Druckschrift beschreibt ein Verfahren, wobei während der Felderzeugung ein Betriebsparameter (beispielsweise die Antennenspannung) überwacht wird und mit gespeicherten Werten verglichen wird, beispielsweise mit historischen Werten aus vorherigen Erfassungen. Bewegt sich ein Objekt in den Bereich des elektromagnetischen Feldes, ändern sich die Feldbedingungen und eine solche Veränderung ist in einem verändertem Betriebsparameter detektierbar. Beispielsweise können Objekte, die in ein elektromagnetisches Feld bewegt werden, dem Feld Energie entziehen oder allgemein die Elektrizitätskonstante des Feldraumes verändern. Dies wirkt auf die aussendende Antenne zurück und die Annäherung eines Objektes kann erfasst werden. Die Auswirkung auf den Antennenbetrieb ist aus ersichtlichen Gründen umso größer, je besser das Objekt das Feld beeinflusst. Wird also beispielsweise eine NFC-Antenne in das NFC-Feld eingebracht, so wird die eingebrachte Antenne Energie aufnehmen und z.B. die Antennenspannung oder den Phasenwinkel der felderzeugenden Antenne ändern. Dies gilt insbesondere für NFC-Geräte im passiven Modus.
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Gemäß dem genannten Stand der Technik wird in Abhängigkeit von der Veränderung des Betriebsparameters ein NFC-Dialogabfragesignal (NFC-request) ausgesandt, sofern die Annäherung erkannt wird.
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Hierbei ist es wesentlich, dass zwischen der bloßen Felderzeugung und der Aussendung eines NFC-Dialogabfragesignals gemäß dem NFC-Standard ein wesentlicher Unterschied besteht. Die Felderzeugung und Überwachung kann mit wesentlich geringerem Energiebedarf realisiert werden als die Aussendung einer Kommunikationsabfrage gemäß einem NFC-Standard. Gemäß dem genannten Stand der Technik wird der Energiebedarf der Gesamtvorrichtung verringert, da nur im Bedarfsfall ein NFC-Dialogabfragesignal ausgesandt wird.
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Die Praxis zeigt jedoch, dass es bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise einer Annäherung an eine Messeinrichtung in einem ungünstigen Winkel oder einer sehr langsamen Annäherung, zu Situationen kommen kann, in denen die Betriebsparameterüberwachung des elektromagnetischen Feldes keine Annäherung anzeigt. In einem solchen Fall scheitert die Kontaktaufnahme mit einem NFC-fähigem Gerät, welches in die Nähe der NFC-Einrichtung gebracht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung der Annäherung eines NFC-fähigen Gerätes zur Zugangskontrolle an einem Kraftfahrzeug einzusetzen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Wie im Stand der Technik handelt es sich bei der Erfindung um ein Verfahren zum drahtlosen Abfragen der Anwesenheit eines Zugangsgerätes für den Zugriff auf ein Schließsystem eines Kraftfahrzeuges. Das Fahrzeug weist zu diesem Zweck in seiner Außenhaut wenigstens eine NFC-Kommunikationseinrichtung mit einer NFC-Antenne auf. Diese NFC-Antenne wird wiederholt aktiviert und erzeugt bei Aktivierung ein elektromagnetisches Feld. Diese Aktivierung erfolgt wiederholt in ersten zeitlichen Abständen, so dass zwischen den Aktivierungen eine Deaktivierung der NFC-Antenne erfolgt und entsprechend Zeiträume der Felderzeugung mit Zeiträumen ohne Felderzeugung abwechseln. Die ersten Zeitabstände können konstant sein, so dass eine periodische Aktivierung erfolgt, oder in einem Intervall von ersten Zeitabständen variieren liegen können.
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Immer wenn die Felderzeugung erfolgt, wird ein erster Betriebsparameter der NFC-Antenne während der Erzeugung des elektromagnetischen Feldes überwacht und mit einem abgespeicherten Betriebsparameter verglichen. Dieser abgespeicherte Betriebsparameter kann insbesondere aus historischen Erfassungswerten generiert werden, beispielsweise als gleitender Durchschnitt des entsprechenden Betriebsparameters über eine Mehrzahl von Antennenaktivierungen. Auf diese Weise kann ein solches System sich an veränderliche Umgebungsbedingungen (z.B. ändernde Luftfeuchtigkeit oder Niederschlag) anpassen. In diesen Schritten entspricht das erfindungsgemäße System dem beschriebenen System und Verfahren aus der
WO 2016/037957 A1 .
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Während im Stand der Technik immer dann eine NFC-Dialogabfrage (NFC-request) ausgesandt wird, wenn der Betriebsparameter eine Annäherung eines Objektes oder Gerätes an die NFC-Antenne anzeigt, wird zusätzlich zu einer solchen überwachungsabhängigen NFC-Dialogabfrage erfindungsgemäß auch die wiederholte Aussendung von NFC-Dialogabfragesignalen unabhängig von der Überwachung des Betriebsparameters veranlasst. Es wird also in zweiten Zeitabständen, die länger sind als die ersten Zeitabstände, und unabhängig von der Überwachung des Betriebsparameters ein NFC-Dialogabfragesignal gemäß einem NFC-Standard zur Initiierung eines NFC-Dialogs ausgesandt.
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Befindet sich ein NFC-fähiges Gerät in der Nähe der NFC-Antenne, dessen Annäherung fälschlicherweise nicht erfasst wurde, so wird dieses auf die NFC-Dialogabfrage reagieren und den NFC-Dialog bestätigen oder beantworten. Dies bedeutet, dass zusätzlich zu der Annäherungsüberwachung, unabhängig von dieser Überwachung ein NFC-Dialogabfragesignal „ins Blaue hinein“ versendet wird, um nicht erfasste Geräte in einen NFC-Dialog zu bringen. Da diese Aussendung der NFC-Dialogabfragesingale deutlich mehr Energie beansprucht werden die zweiten Zeitabstände, in denen die NFC-Dialogabfragesingale ausgesandt werden, länger gewählt als die ersten Zeitabstände. Sie können insbesondere ein Vielfaches der ersten Zeitabstände betragen und liegen regelmäßig hinsichtlich der Zeitabstände bei um ein bis zwei Größenordnungen längeren Zeitabständen.
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Die Erfindung entfaltet ihre vorteilhafte Wirkung in dem Fall, dass eine Annäherung eines NFC-fähigen Geräts nicht erfasst wird daher beispielsweise ein Smartphone mit Berechtigungsdaten vergeblich in den Bereich der NFC-Antenne gebracht ist. Mit einer Verzögerung, die in ihrer Dauer maximal den zweiten Zeitabständen entspricht, wird auch ein solches Gerät von der NFC-Dialogabfrage erreicht, die unabhängig von der Annäherungserfassung ausgesandt wird.
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Bei dem wiederholten Aussenden von NFC-Dialogabfragesignalen kann es sich jeweils auch um eine Mehrzahl von Signalen handeln, die verschiedene NFC-Standards berücksichtigen. Es kann beispielsweise in den zweiten Zeitabständen jeweils ein Abfragesignal gemäß einem NFC-Standard gesandt werden und bei dem nächsten Aussenden wird ein anderer NFC-Standard abgefragt. Es kann jedoch auch bei jeder Abfrage zu einer Mehrzahl von kurz hintereinander ausgesandten NFC-Dialogabfragen gemäß verschiedener NFC-Standards gesandt werden.
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In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird als Betriebsparameter der NFC-Antennenanordnung die Antennenspannung oder der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom der NFC-Antenne überwacht. Ein derartiges Vorgehen ist mit einfachen elektronischen Schaltungen zu realisieren, da sowohl die Antennenspannung als auch der Phasenwinkel empfindlich zu detektieren sind.
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Es ist besonders bevorzugt, wenn die NFC-Kommunikationseinrichtung an einer Türgriffanordnung des Fahrzeuges angeordnet wird.
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Die Platzierung der NFC-Antenne im Bereich der Türgriffanordnung eines Fahrzeuges erleichtert dem Benutzer die Bedienung, da er seine Hand ohnehin in diesen Bereich zur Öffnung des Fahrzeuges bringt. Trägt er in seiner Hand zusätzlich das autorisierende NFC-fähige Zugangsgerät, beispielsweise ein Mobiltelefon oder einen tragbaren Computer oder eine NFC-fähige Uhr, so kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne bemühte Bewegungen des Benutzers ausgeführt werden.
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Es ist gemäß einer Ausführungsform des Fahrzeuges bevorzugt, dass bei Etablierung eines NFC-Dialoges nach Aussendung einer NFC-Dialogabfrage vom Fahrzeug Daten des NFC-fähigen Zugangsgerätes an das Fahrzeug übermittelt werden. Diese Daten können auf der Fahrzeugseite überprüft werden und die Berechtigung des Benutzers kann verifiziert werden. Auf diese Weise kann das NFC-fähige Gerät die vollständige Funktionalität eines Fahrzeugschlüssels übernehmen. Während in der allgemeinen Gestaltung der Erfindung die Etablierung eines NFC-Dialogs nicht zwingend zu einem NFC-Datenaustausch bezüglich der Zugangsrechte führen muss (die Zugangsrechte können beispielsweise über eine andersartige Datenverbindung in Reaktion auf den NFC-Dialog übermittelt werden) bringt die Übermittlung im NFC-Dialog selbst einen zeitlichen Vorteil.
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In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung betragen die ersten Zeitabstände, in welchen ein elektromagnetisches Feld mit der NFC-Antenne erzeugt wird, zwischen 20 ms und 100 ms. Derartige Zeitabstände sind günstig für eine hohe Benutzerakzeptanz, weil das System rasche Antwortzeiten zeigt, sofern eine ordnungsgemäße Funktion für die Annäherungserkennung vorliegt. Die zweiten Zeitabstände betragen dann längere Zeitdauern als die ersten Zeitabstände. Bevorzugt betragen die zweiten Zeitabstände zwischen 500 ms und 10 s.
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Während es bei den ersten Zeitabständen für den Benutzer zu geringen bis kaum wahrnehmbaren Verzögerungen eines Zugangsvorgangs kommt, können die zweiten Zeitabstände vom Benutzer durchaus wahrgenommen werden. Der Benutzer realisiert, dass die bloße Annäherung seines NFC-fähigen Zugangsgerätes an die NFC-Antenne, beispielsweise dem Türgriff, keine erwünschte Reaktion (Entriegelung) des Fahrzeuges hervorruft. Er muss dann in dieser Annäherungsposition mit seinem Gerät verharren, bis in den zweiten Zeitabständen eine NFC-Dialogabfrage vom Fahrzeug ausgesandt wird. Dann kann die Dialogabwicklung erfolgen. Auf diese Weise erhält der Benutzer grundsätzlich ein Feedback, dass die Annäherung nicht erfolgreich detektiert wurde, er erhält aber dennoch Zugang zum Fahrzeug. Insbesondere dann, wenn aufgrund von Umgebungsbedingungen oder technischen Defekten die Annäherungskontrolle nicht richtig funktioniert, sichert die vorsorgliche Aussendung einer NFC-Dialogabfrage eine Art Backup für die Zugangskontrolle, ohne die Energiereserven des Fahrzeuges übermäßig zu beanspruchen.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt schematisch die Anordnung der erfindungswesentlichen Komponenten an einem Kraftfahrzeug;
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2 zeigt einen zeitlichen Ablauf einer Felderzeugung zur Umgebungsabfrage und einer selteneren Aussendung von NFC-Dialogabfragesignalen.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 gezeigt, welches über eine zentrale Steuereinrichtung 2 verfügt. Mit der Steuereinrichtung 2 ist eine NFC-Kommunikationseinrichtung mit einer NFC-Antenne 3 gekoppelt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die NFC-Kommunikationseinrichtung mit der NFC-Antenne 3 im Türgriff eines Fahrzeuges angeordnet. Ein Benutzer mit einem NFC-fähigen Zugangsgerät 4 befindet sich in der Nähe der NFC-Antenne 3.
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Das Zugangsgerät kann ein NFC-fähiger Fahrzeugschlüssel oder sonstiger ID-Geber, insbesondere ein Smartphone oder tragbarer Computer sein. Mit Hilfe der NFC-Antenne
3 wird ein elektromagnetisches Feld
5 mit geringer Raumausdehnung um die NFC-Antenne herum ausgebildet. Das Feld ist in diesem Beispiel größer dargestellt, um die Wirkungsweise der Erfindung zu verdeutlichen. Die Feldausbildung erfolgt, wie z.B. aus dem Stand der Technik in Gestalt der
WO 2016/037957 A1 bekannt. Befindet sich ein NFC-fähiges Gerät
4 im Bereich des Feldes
5, so wird durch die Energieaufnahme des Zugangsgerätes
4 die Änderung eines Betriebsparameters der Antennenanordnung
3 hervorgerufen. Diese kann durch die NFC-Kommunikationseinrichtung über die NFC-Antenne
3 detektiert werden, so dass eine Annäherung des Objektes
4 an die NFC-Antenne
3 erfassbar ist. Wird diese Annäherung erfasst, veranlasst die zentrale Steuereinrichtung
2 die Aussendung einer NFC-Dialogabfrage, also einer Aussendung eines Kommunikationssignales, regelmäßig gemäß verschiedenen Kommunikationsstandards in serieller Sendefolge. Das Zugangsgerät
4 wird gemäß einen dieser Standards kommunikationsfähig sein und dann einen NFC-Dialog zwischen dem Zugangsgerät
4 und der NFC-Antenne
3 etablieren. Anschließend können Daten von dem Zugangsgerät
4 über die Antenne
3 übermittelt werden, die in der zentralen Steuereinrichtung
2 ausgewertet werden. In Abhängigkeit von diesen Autorisierungsdaten kann das Fahrzeug entriegelt werden.
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Während dieses Vorgehen gemäß dem Stand der Technik ordnungsgemäß funktioniert, wenn die Annäherung des Zugangsgerätes 4 an die NFC-Antenne 3 durch Überwachung der Betriebsparameter der NFC-Antenne 3 detektiert wird, kann es zu unterbleibenden Erfassungen kommen, wenn das Zugangsgerät 4 beispielsweise zu langsam oder in einem ungünstigen Winkel an die NFC-Antenne 3 angenähert wird. Obwohl sich dann das Zugangsgerät 4 in der Nähe der NFC-Antenne 3 befindet, ist aufgrund der Überwachung des Betriebsparameters keine NFC-Dialogabfrage ausgesandt worden, so dass der Benutzer keine Zugangsberechtigungsabfrage in der zentralen Steuereinrichtung 2 initiieren kann.
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Gemäß der Erfindung wird daher zwar weiterhin, wie im Stand der Technik, das elektromagnetische Feld periodisch ausgesandt und ein Betriebsparameter überwacht, als zusätzliche Maßnahme wird jedoch in größeren Zeitabständen als den ersten Zeitabständen der Felderzeugung in zweiten Zeitabständen eine NFC-Dialogabfrage unabhängig von den Ergebnissen der Auswertung des Betriebsparameters ausgesandt. Befindet sich ein Zugangsgerät 4 in der Nähe der NFC-Antenne 3, wird es auf das NFC-Dialogabfragesignal reagieren und einen NFC-Dialog zwischen der NFC-Antenne 3 und dem Zugangsgerät 4 etablieren.
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In 2 ist beispielhaft die zeitliche Abfolge der Aktivität der NFC-Antenne gezeigt. In der X-Richtung des Diagramms ist eine Zeitskala aufgetragen, in der Y-Richtung des Diagramms ist eine Signalaktivität aufgetragen. Die obere Signalfolge in 2 zeigt die Felderzeugung und Feldüberwachung (Field-Det.), wobei ein elektromagnetisches Feld im Abstand von ersten Zeitabständen, in diesem Beispiel zwischen 20 ms und 40 ms, erzeugt wird. Eine solche elektromagnetische Felderzeugung erfordert geringen Energieeinsatz, insbesondere da für den Fall, dass sich kein Zugangsgerät im Feld befindet, dem Feld kaum Energie entzogen wird. Die Zeitabstände der Felderzeugung sind in diesem Fall mit einer Zeitkonstante t1 bezeichnet.
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In Zeitabständen t2 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Felderzeugung unterbrochen und stattdessen wird eine NFC-Dialogabfrage (NFC-request) gemäß einem oder mehreren NFC-Standards ausgesandt. Die Aussendung einer solchen NFC-Dialogabfrage nimmt einerseits mehr Zeit und andererseits auch mehr Energie in Anspruch. Durch die seltenere Aussendung wird eine ausgewogene Lösung hinsichtlich Energiebedarf und Sicherheit der Erkennung eines NFC-fähigen Zugangsgerätes ermöglicht. Der zeitliche Abstand t2 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel einige Sekunden, beispielsweise 2 s.
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Kommt es durch die Felderzeugung in den Zeitabständen t1 nicht zu einer erfolgreichen Erkennung der Annäherung eines Zugangsgerätes, so stellt die Aussendung von NFC-Dialogabfragesignalen in den Zeitabständen t2 sicher, dass jedes passende NFC-fähige Zugangsgerät im Kopplungsbereich der NFC-Antenne 3 in einen NFC-Dialog eingebracht wird.
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Die Erfindung ist also so zu verstehen, dass im Abstand von zweiten Zeitabständen t2 die NFC-Kommunikationseinrichtung mit der NFC-Antenne 3 so agiert, als hätte sie eine Annäherung eines NFC-fähigen Objektes erkannt. Dies erhöht die Sicherheit und den Komfort, da ein Benutzer bei nicht-erkannter Annäherung durch die Felderzeugung sicher sein kann, dass er bei Verharren mit seinem Zugangsgerät 4 in der Nähe der NFC-Antenne 3 dennoch nach kurzer Zeit eine Entriegelung des Fahrzeuges erreichen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/037957 A1 [0006, 0014, 0029]
