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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem für ein Positionierungsverfahren eingerichteten UWB-System und einer Steuereinheit, welche dafür eingerichtet ist, das UWB-System für eine Nutzdatenkommunikation anzusteuern. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren eines Kraftfahrzeugs sowie die Verwendung eines UWB-Systems für ein Positionierungsverfahren und für eine Nutzdatenkommunikation.
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Moderne Fahrzeuge weisen eine Vielzahl von elektronischen Systemen auf, die sowohl zum Durchführen der eigentlichen Fahraufgabe als auch der Unterhaltung und Kommunikation der Nutzer dienen können. Die Fahraufgabe wird dabei beispielsweise unter der Beteiligung von Motorsteuergeräten, Dämpfungsreglern, Spurhalteassistenten, Abstandswarnern und dergleichen durchgeführt. Der Unterhaltung und Kommunikation dient in der Regel ein zur Medienwiedergabe und/oder Drahtloskommunikation eingerichtetes Infotainment-System.
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Jedes dieser elektronischen Systeme weist in der Regel zumindest eine zum Durchführen der jeweiligen Aufgaben programmierte Steuereinheit auf. Der Erhalt und die Verbesserung der Fahrzeugperformance als auch Sicherheitsaspekte können das Aufspielen von Softwareupdates auf zumindest eine Steuereinheit erforderlich machen. Diese Updates können große Datenmengen umfassen, welche dann auf eine Vielzahl von Fahrzeugen aufgespielt werden müssen. Dieses Ausrollen von Updates (Online Remote Update - ORU) auf ganze Fahrzeugflotten ist sowohl für die Server der das Update ausgebenden Hersteller oder Zulieferer als auch für eine verwendete Netzwerkarchitektur eine Belastung. In vielen Fahrzeugen sind ausschließlich Drahtlosschnittstellen vorhanden. Diese limitieren nicht nur die für das Update zur Verfügung stehenden Übertragungsgeschwindigkeiten sondern sind häufig auch mit hohen Kosten für die Datenübertragung verbunden. Somit besteht ein Bedürfnis für Verfahren zum Bereitstellen von Softwareupdates an Fahrzeugflotten, welche hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglichen und geringe Kosten verursachen.
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Darüber hinaus erwarten Endnutzer eine verbesserte Konnektivität ihrer Fahrzeuge. Insbesondere das Verbinden von mobilen Endgeräten, wie beispielsweise Smartphones oder Tablets, zur Wiedergabe von Musik oder Filmen und/oder zur Kontrolle von Funktionen der mobilen Endgeräte mittels Eingabemitteln des Fahrzeugs wird heutzutage erwartet. Neufahrzeuge weisen hierzu in der Regel spezifisch für diesen Zweck vorgesehene Bluetooth oder WLAN Sendeempfänger auf. Diese Bauteile erhöhen jedoch die Kosten sowie den Bauraum der Infotainment Systeme. Für Altfahrzeuge existieren zum Teil Adapterlösungen, die an vorhandene Fahrzeugschnittstellen koppeln. Die mit Adaptern realisierte Signalqualität und somit das Nutzererlebnis sind jedoch häufig unbefriedigend. Somit besteht ein Bedürfnis nach alternativen Möglichkeiten zum Koppeln von mobilen Endgeräten an ein Fahrzeugsystem mit denen Bauraum und Kosten eingespart werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu bereichern und ein Verfahren eines Fahrzeugs zur Nutzdatenübertragung bereitzustellen. Zudem soll mit der Erfindung ein für ein solches Verfahren eingerichtetes Fahrzeug bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden gelöst durch ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren eines Kraftfahrzeugs und eine Verwendung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein PKW mit einem Verbrennungs-, Elektro-, oder Hybridmotor. Das Kraftfahrzeug weist ein schlüsselloses Zugangssystem zum elektronischen Verriegeln und Entriegeln zumindest einer Fahrzeugtür des Kraftfahrzeugs auf. Das Zugangssystem weist bevorzugt eine Zentralverriegelung, besonders bevorzugt eine elektrisch betätigte Zentralverriegelung, auf, die zum Entriegeln und Verriegeln der Schlösser der zumindest einen Fahrzeugtür ausgebildet ist. Das schlüssellose Zugangssystem ist bevorzugt dazu ausgebildet, nur bestimmte Fahrzeugtüren, beispielsweise eine Fahrertür oder eine Heckklappe zu öffnen. Alternativ ist das Zugangssystem dazu ausgebildet, alle Fahrzeugtüren des Fahrzeugs simultan zu öffnen.
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Das schlüssellose Fahrzeugzugangssystem ermöglicht es vorteilhaft, dass der Nutzer den Fahrzeugschlüssel im Gegensatz zu einer Funkfernbedienung nicht aktiv benutzen muss. Es muss also kein Tastendruck ausgeführt werden, das Mitführen des Fahrzeugschlüssels als Identifikationsmerkmal ist ausreichend. Somit muss der Nutzer den Schlüssel nicht in die Hand nehmen, sondern kann ihn beispielsweise in der Tasche belassen. Das Fahrzeug erkennt automatisch die Annäherung des Schlüssels und erlaubt das Öffnen der Türen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist ferner ein Ultrabreitband System (Ultrawideband - UWB) mit zumindest einem UWB-Sendeempfänger auf. Der UWB-Sendeempfänger ist zum Senden und Empfangen von UWB-Pulsen via zumindest eine Antenne eingerichtet. Das UWB-System, insbesondere der UWB-Sendeempfänger, ist insbesondere zum Senden und Empfangen von Signalen in sehr großen Frequenzbereichen, insbesondere in einem Frequenzbereich von 3,1 bis 10,6 GHz, bevorzugt in einem Frequenzbereich von 3,5 bis 9 GHz, besonders bevorzugt in einem Frequenzbereich von 6 GHz bis 8,5 GHz, ausgebildet. Die Sendeleistung der UWB-Pulse ist dabei gering.
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Die Bandbreite des UWB-Systems beträgt mindestens 500 MHz und das UWB-System, insbesondere der UWB-Sendeempfänger, ist bevorzugt zum Senden von Signalen mit einer Sendeleistung zwischen 0,5 mW / - 41,3 dBm/MHz ausgebildet. Ferner bevorzugt ist das UWB-System, insbesondere der UWB-Sendeempfänger, gemäß dem Standard IEEE 802.15.4 (insbesondere den Abschnitten zum UWB PHY Layer) und bevorzugt gemäß dem Standard IEEE 802.15.4z ausgebildet. Durch die Streuung der Signale über derart große Frequenzbereiche stören UWB-Signale andere Funksignale nur minimal. Ferner können mittels UWB-Sendeempfängern zeitlich stark lokalisierte Sendepulse mit geringer Halbwertsbreite (FWHM) übermittelt werden. Dies basiert auf der hohen Frequenzbreite der Sendepulse (ΔE*Δt > const.). Somit sind UWB-Signale für zeitaufgelöste Laufzeitmessungen besonders geeignet und ermöglichen Positionierungen mit sehr hoher Ortsauflösung.
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Das Fahrzeug weist ferner bevorzugt eine Steuereinrichtung auf, die bevorzugt zumindest einen integrierten Schaltkreis, Mikrocontroller oder ASIC aufweist und zum Durchführen der folgenden Operationen ausgebildet und eingerichtet, sprich aufgebaut und programmiert, ist. Die Steuereinrichtung kann zentral oder dezentral beziehungsweise modular aufgebaut sein. Die Steuereinrichtung ist zunächst dazu ausgebildet und eingerichtet, das UWB-System, insbesondere den UWB-Sendeempfänger, zum Durchführen eines auf Laufzeitmessungen basierenden Positionierungsverfahrens zum Bestimmen der Entfernung, bevorzugt der Position, eines zweiten UWB-Sendeempfängers anzusteuern. Derartige Verfahren sind dem Fachmann zum Vermeiden von RSA - Relay Station Attacken prinzipiell bekannt.
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Relay Station Attacken auf schlüssellose Fahrzeugzugangssysteme (engl. Keyless-Entry, Keyless Go, Keyless Safe) sind bekannt und werden inzwischen auch aktiv ausgenutzt. Bei bekannten schlüssellosen Fahrzeugzugangssystemen wird die Annäherung des Schlüssels an das Fahrzeug lediglich über eine Feldstärkemessung ermittelt. Diese einfache Art der Implementierung der Entfernungsmessung wird bei dem Relais Angriff (RSA) ausgenutzt.
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Dabei positioniert ein Angreifer ein oder mehrere Funkverstärker zwischen Fahrzeug und Schlüssel und erhöht dadurch die Sendeleistung der vom Schlüssel abgegebenen und vom Fahrzeug detektierten Funksignale. Anhand der Feldstärkemessung ortet das Fahrzeug den Schlüssel somit fälschlicherweise an einer näheren als dessen realer Position. RSA Attacken ermöglichen es somit, das Fahrzeug eines Nutzers zu öffnen, auch wenn dieser sich außerhalb der normalen Reichweite des schlüssellosen Zugangssystems, z.B. in einem Cafe oder seiner Wohnung, befindet und sein Fahrzeug sicher verschlossen glaubt.
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Bei diesen RSA Angriffen ist es ferner nicht notwendig, das Signal auszulesen oder dessen Verschlüsselung zu dekodieren, da vom Angreifer keine gefälschten Befehle gesendet, sondern lediglich die Originalsignale von Fahrzeug und Schlüssel verstärkt werden. Jegliche kryptographischen Schutzmaßnahmen sind daher bei diesem Angriff wirkungslos.
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Als Maßnahme gegen diesen Angriff wurde eine sogenannte „Relais Station Attack Defense“ Technik, kurz RSAD, entwickelt. Hierzu wird das Fahrzeug mit zumindest einem, bevorzugt mit mehreren, UWB-System(en), ausgestattet, welche das Ermitteln der Entfernung eines Schlüssels nicht über eine Feldstärke, sondern über eine Laufzeitmessung ermöglichen.
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Bei einer solchen Laufzeitmessung (time off light - ToF) wird im Wesentlichen ein erster Signalpuls von dem UWB-System des Kraftfahrzeugs an ein zweites UWB-System eines Fahrzeugschlüssels gesendet. Nach einer gewissen Verarbeitungszeit, wird von dem Fahrzeugschlüssel ein zweiter UWB-Impuls an das Kraftfahrzeug zurückgesendet.
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Anhand dieser Zeit zwischen dem Senden des ersten UWB-Impulses und dem Empfangen des zweiten UWB-Impulses t2-t1, reduziert um die Verarbeitungszeit ΔtVB kann anhand der Ausbreitungsgeschwindigkeit der UWB-Pulse, das heißt der Lichtgeschwindigkeit, die Entfernung d zwischen dem ersten UWB-System des Kraftfahrzeugs und dem zweiten UWB-System des Fahrzeugschlüssels gemäß d=((t2-t1)-ΔtVB/2c) ermittelt werden.
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Die Verwendung von UWB-Systemen ermöglicht die Verwendung zeitlich hochaufgelöster Signalpulse und somit eine Ortsauflösung von deutlich unter einem Meter. Bevorzugt erfolgt eine anfängliche Initialisierung zur Aktivierung des UWB-Systems des Fahrzeugschlüssels durch Polling mittels des UWB-Systems des Kraftfahrzeugs. Somit wird die Batterie des Fahrzeugschlüssels geschont, deren Kapazität geringer ist, als die der Fahrzeugbatterie.
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Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist somit bevorzugt dazu ausgebildet, das UWB-System des Kraftfahrzeugs so anzusteuern, dass ein erster UWB-Puls zum Zeitpunkt t1 an das zweite UWB-System gesendet wird, und so anzusteuern, dass ein Zeitpunkt t2, an dem ein zweiter UWB-Puls von dem zweiten UWB-System empfangen wird, detektiert wird. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, mittels des UWB-Systems eine Initialisierung des zweiten UWB-Systems des Fahrzeugschlüssels (wake up), beispielsweise mittels einer ID Nummer des zweiten UWB-Systems beziehungsweise des Fahrzeugschlüssels durchzuführen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, anhand der Zeitpunkte t1 und t2 sowie abgelegter Werte für die Lichtgeschwindigkeit und eine mittlere Verarbeitungszeit ΔtVB einen Abstand zwischen dem ersten UWB-System und dem zweiten UWB-System zu ermitteln. Die Entfernungsmessung mittels Laufzeitbestimmung ist prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt und stellt nicht den Kern der Erfindung dar.
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Bevorzugt weist die Laufzeitmessung weitere Merkmale auf, um die Entfernungsmessung genauer und/oder sicherer gegen Angriffe zu machen. Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung beziehungsweise ein Schlüsselsystem wie in der
WO 2015135630 A1 beschrieben verwendet, auf die hiermit diesbezüglich Bezug genommen wird. Ebenfalls bevorzugt wird ein kommerziell erhältliches Produkt wie der 3DB6830 UWB IC der 3DB ACCESS AG verwendet. Besonders bevorzugt weist das Fahrzeug vier UWB-Systeme auf, wobei sich jeweils ein UWB-System an einer Fahrzeugecke des Fahrzeugs befindet. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung modular aufgebaut und teilweise in das oder die UWB-Systeme integriert, beispielsweise hinsichtlich der Steuerung der Laufzeitmessung.
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Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist ferner dazu ausgebildet und eingerichtet, basierend auf einem Ergebnis des Positionierungsverfahrens, das Zugangssystem zum Verriegeln oder Entriegeln der zumindest einen Fahrzeugtür anzusteuern. Bei dem Ergebnis handelt es sich zumindest um eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrzeugschlüssel, insbesondere sofern nur ein UWB-System im Fahrzeug vorhanden ist. Weist das Fahrzeug mehrere UWB-Systeme auf, besonders bevorzugt an jeder Fahrzeugecke, wird mittels der Laufzeitmessungen eine Peilung (Triangulation) des Schlüssels und dessen relative Lage zum Fahrzeug bestimmt.
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Mit Kenntnis der Lage des Fahrzeugs, beispielsweise über GPS, ist somit auch die absolute Lage des Fahrzeugschlüssels ermittelbar. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu ausgebildet, anhand der Entfernung des Schlüssels, bevorzugt auch anhand der relativen oder absoluten Lage des Fahrzeugschlüssels, zu ermitteln, ob ein Entriegeln der zumindest einen Fahrzeugtür erfolgen soll. Besonders bevorzugt erfolgt ein Entriegeln der Türen, wenn der Abstand zwischen Fahrzeugschlüssel und Fahrzeug einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Ebenfalls bevorzugt kann zusätzlich die Position des Schlüssels genutzt werden, um beispielsweise nur eine Fahrertür oder den Kofferraum zu entriegeln.
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Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet, das UWB-System, insbesondere den UWB-Sendeempfänger, darüber hinaus zur Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger anzusteuern. Die Steuereinrichtung steuert somit das zumindest eine UWB-System zum Senden von Nutzdaten an den dritten Sendeempfänger und zum Empfangen von Nutzdaten von dem dritten Sendeempfänger an. Besonders bevorzugt kontrolliert die Steuereinheit dabei die Modulation/Demodulation und/oder die Kodierung/Dekodierung der mittels des UWB-Systems zu sendenden beziehungsweise empfangenen Nutzdaten. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die vorhandene Hardware des UWB-Systems zur Nutzdatenübertragung zu verwenden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnen Nutzdaten dabei insbesondere keine für eine Laufzeitmessung benötigten Signale. Dennoch kann Nutzdatenübertragung zusätzlich zu den eigentlichen Nutzdaten Steuer- und/oder Protokollinformationen, wie beispielsweise Daten-Header, etc. enthalten. Die Nutzdatenübertragung erfolgt besonders bevorzugt ohne eine Hardware-Modifikation bekannter UWB-Systeme, eine Anpassung der mittels des UWB-Systems empfangenen und gesendeten Signale an andere Funk-Standards, wie beispielsweise WLAN, erfolgt bevorzugt mittels Software als software defined radio. Alternativ oder zusätzlich ist die Hardware der UWB-Systeme an die erfindungsgemäße Nutzdatenübertragung angepasst, beispielsweise durch alternative Antennen-Geometrien.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist mit dem zumindest einen für das Positionierungsverfahren ausgebildeten und eingerichteten UWB-System zumindest einen Funk-Transceiver auf, der bereits für sehr hohe Datenraten geeignet ist. Gemäß bereits bekannten UWB-Standards sind Datenraten zwischen 480 - 1320 Mbit/s realisierbar. Für das Positionierungsverfahren werden diese Datenraten, wenn überhaupt lediglich für kurze Zeitspannen benötigt. Ferner weisen für Positionierungsverfahren genutzte auf UWB-Systeme zum Teil mehr als ein UWB-System auf, wobei jeder Sendeempfänger die oben genannten Datenraten realisieren kann und der Gesamtdurchsatz entsprechend steigt.
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Während der meisten Zeit wird das UWB-System und Frequenzband nicht benötigt, insbesondere nicht während der Fahrt des Kraftfahrzeugs. Somit steht das zumindest eine UWB-System während dieser Zeit ohne Einschränkung der Primärfunktion, dem Positionierungsverfahren, für andere Anwendungen zur Verfügung. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ermöglicht es, vorteilhaft diese ungenutzten Ressourcen der UWB-Systeme für andere Aufgaben, insbesondere für eine Nutzdatenkommunikation, zu nutzen.
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Durch die Integration zusätzlicher Funktionen in die bestehende UWB-Hardware werden gegenüber separaten Bauteilen vorteilhaft Kosten und Gewicht eingespart. Gemäß der Erfindung erfolgt somit vorteilhaft eine neue Verwendung bestehender UWB-Systeme, insbesondere zur Kommunikation mit zusätzlichen Kommunikationspartnern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet, das UWB-System zur Nutzdatenkommunikation mit einem UWB-Sendeempfänger eines anderen Kraftfahrzeuges anzusteuern. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet, mittels des UWB-Systems eine Car2Car Kommunikation zu etablieren. Vorteilhaft können somit die Bandbreite und die hohe Datenübertragungsrate der UWB-Systeme zur Car2Car Kommunikation genutzt werden, sobald eine Mehrzahl von Fahrzeugen mit einem UWB-basierten RSAD System ausgestattet ist. Die hohen Datenraten ermöglichen dabei kürzeste Übertragungszeiten, sogar Wartezeiten an einer Ampel können ausreichend sein.
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Bei zwischen den erfindungsgemäßen Fahrzeugen mittels des UWB-Systems übertragenen Daten handelt es sich besonders bevorzugt um Softwareupdates für zumindest eine Steuereinheit des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Damit werden vorteilhaft die eingangs erwähnten Probleme des Standes der Technik überwunden. Insbesondere müssen nur wenige Fahrzeuge Updates von einem zentralen Server beziehen, wodurch die Belastung der Server als auch der Netzwerkinfrastruktur abnimmt. Diese wenigen Fahrzeuge verteilen die erhaltenen Updates an andere Fahrzeuge in der Nähe mittels der UWB-Systeme.
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Aufgrund der hohen Datenraten der UWB-basierten Kommunikation zwischen den erfindungsgemäßen Fahrzeugen kann die Übertragung schneller erfolgen, als bei einem Download aus dem Internet. Darüber hinaus fallen für die UWB-basierte Kommunikation keine Telekommunikationsgebühren für die Datenübertragung an. Ferner kann die Car2Car Kommunikation zwischen den erfindungsgemäßen Fahrzeugen eines Herstellers gemäß einem herstellerspezifischen Protokoll erfolgen, eine Abstimmung eines einheitlichen Funkstandards in einem internationalen Normungsgremium ist dafür nicht erforderlich.
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In einer ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das UWB-System zur Nutzdatenkommunikation mit einem WLAN-Sendeempfänger eines mobilen Endgeräts anzusteuern. Besonders bevorzugt erfolgt die WLAN Kommunikation gemäß IEEE802.11n.
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Mit anderen Worten dienen die UWB-Systeme gemäß dieser Ausführungsform neben ihrer Primärfunktion, dem Positionierungsverfahren, als WLAN Zugangspunkt. Wie bereits ausgeführt, sind die UWB-Systeme während der Fahrt weitgehend funktionslos. Auch im Stand werden die UWB-Systeme nur zeitweise, für Zeiträume von Millisekunden verwendet.
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Somit ist eine Zweitnutzung als WLAN-Zugangspunkt zu einem Fahrzeugbordnetz, insbesondere einem Infotainment System des Fahrzeugs, besonders vorteilhaft.
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Besonders bevorzugt werden UWB-Systeme, insbesondere UWB-Sendeempfänger verwendet, deren Frequenzbereiche die Frequenzbereiche von WLAN-Standards ohnehin bereits abdecken. Besonders bevorzugt werden UWB-Sendeempfänger verwendet, die in einem Frequenzbereich zwischen 6,2 und 7,8 GHz operieren (Atmel ATA5350) oder die in einem Frequenzbereich zwischen 3,5 und 6,5 GHz operieren (Decawave DW1000). Somit kann der WLAN Frequenzbereich vorteilhaft ohne weiteres von dem UWB-System abgedeckt werden. Bevorzugt sind Sendeverstärker für eine Anpassung der Sendeleistung vorgesehen.
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Die Verwendung der ohnehin im Fahrzeug vorhandenen UWB-Systeme als WLAN Zugangspunkte reduziert die Kosten in der Herstellung sowie das Gewicht und letztlich den Verbrauch. Bei der Verwendung von weniger Bauteilen reduziert sich die Fehlermöglichkeit. Sofern mehrere UWB-Systeme vorgesehen sind, wie bei gängigen Positionierungsverfahren üblich, reduziert sich zudem vorteilhaft die Ausfallwahrscheinlichkeit des Bord WLAN.
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Besonders bevorzugt weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug neben den für das Positionierungsverfahren genutzten UWB-Systemen weitere UWB-Systeme auf, die zum Optimieren der Nutzdatenübertragung am Fahrzeug positioniert sind. Besonders bevorzugt ist ein weiteres UWB-System im Fahrzeuginnenraum, insbesondere im Dachhimmel vorgesehen, um eine möglichst gute Signalstärke für das WLAN zu realisieren. Durch die Verwendung zusätzlicher UWB-Systemen als Funkzugangspunkte werden dennoch Entwicklungskosten gespart, zudem können einheitliche Schnittstellen verwendet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist das zumindest eine UWB-System eine Schnittstelle zu einem Boardnetz auf, wobei die Schnittstelle zur Nutzdatenkommunikation ausgebildet und eingerichtet ist. Mit anderen Worten ermöglicht die Schnittstelle unter der Kontrolle der Steuereinrichtung die Modulation/Demodulation und/oder Kodierung/Dekodierung von zu sendenden/empfangenen Nutzdaten gemäß UWB-Protokollen oder gemäß anderen Funkstandards, wie WLAN.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist die Steuereinrichtung ferner eine Schnittstelle zu einem Speicher auf. Alternativ oder zusätzlich steuert die Steuereinrichtung eine Schnittstelle zu einem Speicher. Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet mittels des UWB-Systems empfangene Daten, insbesondere Nutzerdaten (via die Schnittstelle) in dem Speicher abzuspeichern. Ebenso bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, mittels des UWB-Systems zu sendende Nutzdaten (via die Schnittstelle) aus dem Speicher zu laden. Diese Schnittstelle ist in den UWB-Systemen gemäß dem Stand der Technik nicht notwendig, die in der Regel über einen internen Speicher für Credentials des Positionierungsverfahrens verfügen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren eines Kraftfahrzeugs aufweisend eine Steuereinrichtung und zumindest ein UWB-System mit zumindest einem UWB-Sendeempfänger, der zum Senden und Empfangen von UWB-Pulsen über zumindest eine Antenne eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist das Ansteuern des UWB-Systems zum Durchführen eines auf Laufzeitmessungen basierenden Positionierungsverfahrens zum Bestimmen der Position eines zweiten UWB-Systems sowie das Ansteuern des UWB-Systems zur Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger mittels einer Steuereinheit auf, wobei das Ansteuern jeweils durch eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgt.
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Das Ansteuern des UWB-Systems zum Durchführen eines auf Laufzeitmessungen basierenden Positionierungsverfahrens zum Bestimmen der Position eines zweiten UWB-Systems weist dabei bevorzugt zumindest die Schritte: Ansteuern des ersten UWB-Systems zum Senden eines ersten UWB-Pulses an das zweite UWB-System zu einem Zeitpunkt t1, Ansteuern des ersten UWB-Systems zum Empfangen eines zweiten UWB-Pulses von dem zweiten UWB-System zu einem Zeitpunkt t2, Bestimmen einer Gesamtlaufzeit anhand der Laufzeiten des ersten UWB-Pulses, des zweiten UWB-Pulses und einer Verarbeitungszeit des zweiten UWB-Systems ΔTVB und Bestimmen einer Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten UWB-System auf anhand der Gesamtlaufzeit und der Lichtgeschwindigkeit.
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Das Ansteuern das UWB-Systems zur Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger weist dabei bevorzugt die Schritte auf: Ansteuern des ersten UWB-Systems zum Modulieren/Demodulieren und/oder Kodieren/Dekodieren von mittels des UWB-Systems zu sendenden und/oder empfangenen Nutzdaten und Speichern und/oder Laden der zu sendenden und/oder empfangenen Nutzdaten in einem Speicher via eine Schnittstelle.
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In einer besonders bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Empfang der Nutzdaten von einem UWB-Sendeempfänger eines anderen Kraftfahrzeuges, mit anderen Worten mittels Car2Car Kommunikation. Besonders bevorzugt weisen die Nutzdaten in dieser Durchführungsform ein Softwareupdate für zumindest eine Steuereinheit des Kraftfahrzeugs auf. Das Softwareupdate wurde zuvor von dem anderen Kraftfahrzeug ebenfalls mittels Car2Car Kommunikation oder über eine konventionelle Netzwerkverbindung (Mobilfunk, LAN, WLAN) empfangen. Ebenfalls bevorzugt weist das Verfahren ferner das Senden der Nutzdaten, insbesondere des Softwareupdates, an einen UWB-Sendeempfänger zumindest eines weiteren Kraftfahrzeugs auf. Ebenfalls bevorzugt wird das Softwareupdate gemäß dieser Durchführungsform in dem Kraftfahrzeug gespeichert und auf der zumindest einen Steuereinheit aufgespielt und installiert.
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Sofern im erfindungsgemäßen Verfahren mittels UWB-Kommunikation ein Softwareupdate für zumindest eine Steuereinheit der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuge übermittelt wird, werden vorteilhaft die eingangs erwähnten Probleme des Standes der Technik überwunden. Insbesondere müssen nur wenige Fahrzeuge Updates von einem zentralen Server beziehen, wodurch die Belastung der Server als auch der Netzwerkinfrastruktur abnimmt. Diese wenigen Fahrzeuge verteilen die erhaltenen Updates an andere Fahrzeuge weiter.
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In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Empfang oder ein Senden der Nutzdaten von einem oder an einen WLAN Sendeempfänger eines mobilen Endgeräts, wie ein Smartphone oder Tablet. Bei den empfangenen Daten handelt es sich bevorzugt um Mediendateien, die ein Nutzer auf seinem Endgerät gespeichert hat und über das Multimediasystem des Fahrzeugs wiedergibt. Ebenfalls bevorzugt handelt es sich bei den gesendeten Daten um durch das Fahrzeug aus einem Netzwerk abgerufene Daten, die an das Endgerät weitergeleitet werden. Das Fahrzeug fungiert für das mobile Endgerät beispielsweise als Zugangspunkt zum Internet.
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In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dies ferner den Verfahrensschritt des Speicherns von mittels des UWB-Systems empfangener Nutzdaten in einem Speicher auf. Ebenfalls bevorzugt weist das Verfahren das Laden von mittels des UWB-Systems zu sendenden Nutzdaten aus dem Speicher auf. Die Daten werden ferner bevorzugt in einem von der Steuereinheit kontrollierten Pufferspeicher vor dem Senden oder nach dem Empfangen zwischengespeichert. Bei dem Speicher handelt es sich bevorzugt um einen in die Steuereinrichtung integrierten Speicher, um einen Speicher zumindest einer weiteren Steuereinheit des Kraftfahrzeugs oder um einen zentralen Speicher des Kraftfahrzeugs, beispielsweise für Mediendateien oder Downloads.
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Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch elektrische oder elektronische Bauteile oder Komponenten (Hardware), durch Firmware (ASIC) implementiert sein oder durch beim Ausführen eines geeigneten Programms (Software) verwirklicht werden. Ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software verwirklicht, beziehungsweise implementiert. Ebenfalls bevorzugt sind einzelne Komponenten zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte als separat integrierter Schaltkreis ausgebildet oder auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis angeordnet. Einzelne zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte eingerichtete Komponenten sind ferner bevorzugt auf einem flexiblen gedruckten Schaltungsträger, einem gedruckten Schaltungsträger (PCB), einem Tape Carrier Package (TCP) oder einem anderen geeigneten Substrat angeordnet.
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Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ferner bevorzugt als ein oder mehrere Prozesse ausgebildet, die auf einem oder mehreren Prozessoren in einem oder mehreren elektronischen Rechengeräten laufen und beim Ausführen von einem oder mehreren Computerprogrammen erzeugt werden. Die Rechengeräte sind dabei bevorzugt dazu ausgebildet, mit anderen Komponenten, insbesondere einem UWB-System, zusammenzuarbeiten, um die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu verwirklichen.
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Die Anweisungen der Computerprogramme sind ebenfalls bevorzugt in einem Speicher abgelegt, wie beispielsweise einem RAM-Element. Die Computerprogramme können jedoch auch in einem nicht-flüchtigen Speichermedium, wie beispielsweise einer CD-ROM, einem Flash-Speicher oder dergleichen abgelegt sein.
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Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die Funktionalitäten von mehreren Computern (Datenverarbeitungsgeräten) kombiniert oder in einem einzigen Gerät kombiniert sein können oder dass die Funktionalität von einem bestimmten Datenverarbeitungsgerät auf eine Vielzahl von Geräten verteilt vorliegen kann, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, ohne vom erfindungsgemäßen Verfahren abzuweichen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, wie beispielsweise eine Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs aufweisend ein UWB-System mit zumindest einem UWB-Sendeempfänger, der zum Senden und Empfangen von UWB-Pulsen über zumindest eine Antenne eingerichtet ist, diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere ein auf Laufzeitmessungen von UWB-Pulsen basierendes Positionierungsverfahren für ein zweites UWB-System und eine Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger durchzuführen; ferner bevorzugt Nutzdaten von einem UWB-Sendeempfänger eines anderen Kraftfahrzeuges zu empfangen, die ein Softwareupdate für zumindest eine Steuereinheit des Kraftfahrzeugs aufweisen; und/oder Nutzdaten von einem WLAN-Sendeempfänger eines mobilen Endgeräts zu empfangen oder an dieses zu senden. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung eines UWB-Systems eines Fahrzeugs, aufweisend zumindest eine Antenne und zumindest einen zum Senden und Empfangen von UWB-Pulsen mittels der Antenne eingerichteten UWB-Sendeempfänger, zum Durchführen eines auf Laufzeitmessungen basierenden Positionierungsverfahrens zum Bestimmen der Position eines zweiten UWB-Systems und zur Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger. Bevorzugt wird das UWB-System zum Empfangen von Softwareupdates für zumindest eine Steuereinheit des Fahrzeugs von einem UWB-Sendeempfänger eines anderen Kraftfahrzeuges und/oder zum Senden/Empfangen von WLAN Daten an/von ein/em mobiles/n Endgerät verwendet.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; und
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Durchführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, insbesondere ein Blockdiagram eines beispielhaften Kraftfahrzeugs 10, insbesondere eines zweispurigen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridmotor. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Vielzahl erster Sensoren, insbesondere einen ersten Sensor 11, einen zweiten Sensor 12, und einen dritten Sensor 13. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 sind eingerichtet zum Erfassen von Umweltinformationen beziehungsweise Umgebungsdaten des Kraftfahrzeugs 10 und umfassen beispielsweise Temperatursensoren, eine Kamera, ein Mikrofon, und/oder Abstandssensoren. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 übertragen die von ihnen erfassten Messsignale an eine Steuereinrichtung 40 des Kraftfahrzeugs 10.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner ein schlüsselloses Zugangssystem 30 auf, das zur Kontrolle, insbesondere zum Entriegeln und Verriegeln von zumindest einer Fahrzeugtür 51,52 ,53 des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet ist. Das schlüssellose Zugangssystem 30 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform als eigenständige Steuereinheit 30 mit eigener CPU 32 und einem internen Speicher 31 ausgebildet. Alternativ kann die Funktion der Steuereinheit jedoch auch von der Steuereinheit 40 ausgeführt werden. Das schlüssellose Zugangssystem 30 kontrolliert insbesondere eine Fahrertür 51, eine Beifahrertür 52 und eine Heckklappe 53 des Kraftfahrzeugs 53 in Abhängigkeit einer Entfernung und/oder einer Position eines Fahrzeugschlüssels 70. Ein Einstecken des Schlüssels 70 in die Schlösser der Türen 51 ,52, 53 ist möglich aber nicht notwendig.
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Das Kraftfahrzeug weist ferner ein UWB-System 20 mit einem UWB-Sendeempfänger 21 und einer Antenne 22 auf. Der UWB-Sendeempfänger 21 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, UWB-Pulse über die Antenne 22 zu senden und zu empfangen. Das UWB-System 20 wird von einer Steuereinheit 40 des Kraftfahrzeugs 10 kontrolliert, insbesondere via einen geeigneten Datenbus, der die Steuereinheit 40 und das UWB-System 20 verbindet.
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Unter der Kontrolle der Steuereinheit 40 ist das UWB-System 20 dazu ausgebildet, mittels eines auf Laufzeitmessungen von UWB-Pulsen basierenden Positionierungsverfahrens die Entfernung des Fahrzeugschlüssels 70 zu detektieren. Hierzu sendet das UWB-System 20 unter der Kontrolle der Steuereinrichtung 40 einen ersten UWP-Puls zu einem Zeitpunkt t1 an den Fahrzeugschlüssel 70. In Reaktion empfängt das UWB-System einen zweiten UWB-Puls von dem Fahrzeugschlüssel zu einem Zeitpunkt t2 (in der Figur durch Pfeile dargestellt). Basierend auf diesen Zeiten und gegebenenfalls weiteren in dem UWB-System 20 oder dem Speicher 41 der Steuereinheit gespeicherten Informationen, beispielsweise zu einer Verarbeitungszeit ΔtVB des ersten UWP-Pulses im Fahrzeugschlüssel 70, ermittelt das UWB-System 20 oder die Steuereinrichtung 40 eine Entfernung der ersten UWB-Antenne 22 von einer Antenne eines zweiten UWB-Systems des Fahrzeugschlüssels 70. Das UWB-System 20 ist dabei sicher gegenüber sogenannten Relay Station Attacken - RSA und wird daher auch als Relay Station Attack Defense - RSAD System bezeichnet.
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Darüber hinaus ist in das UWB-System 20 des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 10 unter der Kontrolle der Steuereinheit 40 auch zur Kommunikation mit einem dritten Sendeempfänger ausgebildet und eingerichtet. Bei dem dritten Sendeempfänger handelt es sich insbesondere um einen dritten Sendeempfänger eines anderen Kraftfahrzeugs 61 oder eines mobilen Endgeräts 62. Das Kraftfahrzeug 61 ist bevorzugt genauso ausgebildet, wie das Kraftfahrzeug 10, und das mobile Endgerät 62 ist bevorzugt ein Smartphone. Bei dem dritten Sendeempfänger des Fahrzeugs 61 handelt es sich somit ebenfalls um ein UWB-System, das beispielsweise dem UWB-System 20 des Kraftfahrzeugs 10 entspricht. Bei dem dritten Sendeempfänger des mobilen Endgeräts 62 handelt es sich um einen WLAN Transceiver.
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Die Steuereinheit 40 des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 10 ist zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren, wie im Folgenden mit Bezug zu 2 erläutert, eingerichtet. Hierzu verfügt die Steuereinheit 40 über einen internen Speicher 41 und eine CPU 42, welche miteinander kommunizieren, beispielsweise über einen geeigneten Datenbus. Darüber hinaus steht die Steuereinheit in Kommunikationsverbindung mit zumindest den ersten Sensoren 11, 12, 13, dem UWB-System 20 und dem schlüssellosen Zugangssystem 30 beispielsweise über eine oder mehrere jeweilige CAN-Verbindungen, eine oder mehrere jeweilige SPI-Verbindungen oder andere geeignete Datenverbindungen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Durchführungsform. In einem ersten Schritt S100 des erfindungsgemäßen Verfahrens steuert die Steuereinrichtung 40 das UWB-System 20 zum Durchführen eines auf Laufzeitmessungen basierenden Verfahrens zum Bestimmen der Entfernung des Fahrzeugschlüssels 70 an. Mit anderen Worten führen Steuereinrichtung 40 und UWB-System 20 ein RSAD - keyless go Verfahren zur Lagebestimmung des Schlüssels 70 durch.
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In einem Schritt S200 erfolgt ein Entriegeln und gegebenenfalls Öffnen zumindest einer Fahrzeugtür durch das schlüssellose Zugangssystem 30. Dieser Vorgang basiert dabei auf dem Ergebnis der Lagebestimmung des Fahrzeugschlüssels 70 durch das UWB-System 20 und die Steuereinrichtung 40, dass der Schlüssel sich innerhalb einer vorbestimmten Entfernung um das Kraftfahrzeug 10 befindet. Anschließend erfolgt ein Starten des Kraftfahrzeugs 10 und eine Aufnahme des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10. Mit Schritt S200 ist somit die Primärfunktion des UWB-Systems 20 beendet. Ein erneutes Orten des Fahrzeugschlüssels 70 während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 ist nicht notwendig. Im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 10 steht das UWB-System 20 somit für eine Nutzdatenübertragung mit einem dritten Sendeempfänger 61, 62 zur Verfügung.
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In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens empfängt das Fahrzeug 10 in Schritt S310 eine Nachricht, dass für zumindest eine Steuereinheit des Fahrzeugs 10 ein Softwareupdate notwendig ist und bereits an andere Kraftfahrzeuge verteilt wurde. Diese Nachricht wird bevorzugt über eine konventionelle Netzwerkverbindung, beispielsweise Mobilfunk empfangen. Daraufhin steuert die Steuereinrichtung 40 des Kraftfahrzeugs 10 in Schritt S310 das UWB-System 20 an, um eine Funkverbindung mit den UWB-Systemen anderer Kraftfahrzeuge in der Nähe zu etablieren. Ferner steuert die Steuereinrichtung 40 des Kraftfahrzeugs 10 das UWB-System 20 in Schritt S310 an, um eine Anfrage an die anderen Fahrzeuge zu senden, ob diese das Softwareupdate bereits erhalten haben. Dies erfolgt bevorzugt anhand eines Identifikators des Softwareupdates, den das Kraftfahrzeug 10 bevorzugt mittels der bereits erwähnten Nachricht erhalten hat. Der Schritt S310 endet, sobald eine UWB-Verbindung mit einem anderen Kraftfahrzeug hergestellt wurde, das bereits über das zumindest eine Softwareupdate verfügt.
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In Schritt S410 steuert die Steuereinrichtung 40 daraufhin das UWB-System 20 des Kraftfahrzeugs 10 an, um das zumindest eine Softwareupdate von dem anderen Fahrzeug über die hergestellte UWB-Verbindung zu empfangen. Dabei erfolgt der Datentransfer aufgrund der hohen Bandbreite und damit verbundenen Datenrate in einem Bruchteil der Zeit, die für eine Übertragung mit konventionellen Drahtlosschnittstellen, beispielsweise über ein Mobilfunknetz, notwendig wäre. In einer Durchführungsform wird das Softwareupdate segmentiert von mehreren verschiedenen Fahrzeugen mittels mit diesen Fahrzeugen hergestellten UWB-Verbindungen empfangen. In dieser Durchführungsform wird ein Identifikator für die Segmente des Softwareupdates genutzt. Vorteilhaft wird so die Zeit, für die eine Verbindung jeweils bestehen muss, weiter reduziert. Das Halten neben einem anderen Fahrzeug an einer roten Ampel kann aufgrund der hohen Datenraten ausreichen.
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Im Schritt S510 wird das heruntergeladene Softwareupdate schließlich auf einem internen Speicher des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise dem Speicher 41 der Steuereinrichtung 40, gespeichert. Ferner wird das Softwareupdate auf die zugehörige Steuereinheit aufgespielt und installiert. Ferner steht das Softwareupdate im Kraftfahrzeug 10 nun zur Übertragung an andere Fahrzeuge mittels Car2Car Kommunikation zur Verfügung. Eine solche Kommunikation erfolgt in Reaktion auf eine UWB-Funkanfrage eines anderen Fahrzeugs nach dem Softwareupdate oder einem Segment davon mittels eines Identifikators.
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In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens empfängt die Steuereinrichtung 40 in Schritt S320 über das UWB-System 20 oder eine andere Schnittstelle eine Anfrage zur Herstellung einer WLAN Funkverbindung mit einem mobilen Endgerät 62. Daraufhin steuert die Steuereinrichtung 40 das UWB-System zum Herstellen einer Funkverbindung gemäß WLAN Standard mit dem mobilen Endgerät 62 an.
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In Schritt S420 erfolgt daraufhin das Empfangen von Nutzdaten, insbesondere Musikdaten, von dem mobilen Endgerät 62 eines Nutzers über das UWB-System 20. Die Steuereinrichtung 40 kontrolliert ferner eine Speicherschnittstelle zum Zwischenspeichern der empfangenen Musikdaten in einem internen Speicher 41 der Steuereinrichtung.
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In einem Schritt S520 erfolgt schließlich die Wiedergabe der empfangenen Musikdateien über ein Multimediasystem des Kraftfahrzeugs 10. Die Widergabe erfolgt dabei bevorzugt als Streaming, wobei die in dem Speicher 41 zwischengespeicherten Daten nach der Wiedergabe gelöscht beziehungsweise überschrieben werden. Der Speicher 41 fungiert somit lediglich als Pufferspeicher für das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- erster Sensor
- 12
- zweiter Sensor
- 13
- dritter Sensor
- 20
- UWB-System
- 21
- UWB-Sendeempfänger
- 22
- UWB-Antenne
- 30
- Zugangssystem
- 31
- Speicher
- 32
- CPU
- 40
- Steuereinheit
- 41
- Speicher
- 42
- CPU
- 51
- Fahrertür
- 52
- Beifahrertür
- 53
- Heckklappe
- 61
- Fahrzeug
- 62
- Smartphone
- 70
- zweiter UWB-System (Funkschlüssel)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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