DE10222798A1

DE10222798A1 - System für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10222798A1
Application number: DE10222798A
Authority: DE
Inventors: Peter Hornschuh; Martin Schulz
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2004-02-12
Also published as: US20030218381A1; GB2389997A; FR2840113A1; US7161471B2; GB2389997B; GB0311988D0; FR2840113B1

Abstract

Ein System für ein Kraftfahrzeug zum Empfangen und Übertragen von drahtlos und außerhalb des Kraftfahrzeuges gesendeten Funkinformationen, mit einer Antenne (11) zum Empfangen der Funkinformationen, mit einem ersten Modul (1) und einem zweiten Modul (2) und mit einer Übertragungsleitung (3) zum Übertragen der Funkinformationen im Wesentlichen innerhalb des Kraftfahrzeuges, wobei die Antenne (11) an eine Empfangseinrichtung in dem zweiten Modul (2) angeschlossen ist und die Funkinformationen von dem zweiten Modul (2) zum ersten Modul (1) durch die Übertragungsleitung (3) übertragbar sind, und wobei das zweite Modul (2) eine Masseverbindung (M2) aufweist und das erste Modul (1) innerhalb einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, soll kostengünstiger als bekannte Lösungen sein. Dies wird dadurch erreicht, dass die Masseverbindung (M2) des zweiten Moduls (2) durch eine elektrische Leitung (13) ausgeführt ist und diese die Antenne (11) selbst ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein System für ein Kraftfahrzeug zum Empfangen und Übertragen von drahtlos und außerhalb des Kraftfahrzeuges gesendeten Funkinformationen, mit einer Antenne zum Empfangen der Funkinformationen, mit einem ersten Modul und einem zweiten Modul und mit einer Übertragungsleitung zum Übertragen der Funkinformationen im Wesentlichen innerhalb des Kraftfahrzeuges, wobei die Antenne an eine Empfangseinrichtung in dem zweiten Modul angeschlossen ist und die Funkinformationen von dem zweiten Modul zum ersten Modul durch die Übertragungsleitung übertragbar sind, und wobei das zweite Modul eine Masseverbindung aufweist und das erste Modul innerhalb einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.

In Kraftfahrzeugen werden in zunehmendem Maße drahtlos und ausserhalb des Kraftfahrzeuges betätigbare Türverriegelungen beziehungsweise Türver- und entriegelungen eingesetzt. Durch eine derartige Funkfernbedienung wird ein Steuersignal gesendet, dass von einer Empfangsantenne, die am Kraftfahrzeug angeordnet ist, empfangen wird, und zum Beispiel alle Türen sowie den Kofferraum in bekannter Weise gleichzeitig automatisch entriegelt. Diese Art der Türverriegelung ist besonders bequem und wird mittlerweile schon ab einer relativ geringen Fahrzeugklasse standardmäßig eingesetzt.

Bekannte Empfangsantennen bestehen aus einer innerhalb des Fahrgastinnenraumes angeordneten gedruckten Schaltung mit zum Beispiel mehreren übereinander angeordneten Kupferbahnen, die in der Nähe einer Kraftfahrzeugscheibe, insbesondere Frontscheibe, angeordnet sind, um den Empfang zu optimieren.

Bekannt ist es auch, Metallbahnen oder Empfangsspulen über dem Innenspiegel anzuordnen, die als Antenne wirken.

Ebenfalls weit verbreitet sind Antennen mit einem offenen Ende (Anschlusslitze), die mit dem Eingang des Empfängers verbunden sind. Für diese Art von Antennen muss neben der Masseleitung ein zusätzlicher Anschluss für die Antenne vorhanden sein.

Auch bekannt ist es, eine Alarmanlage über Funk ein- und auszuschalten, wobei eine Antenne ebenfalls erforderlich ist.

Die US 6229434 B1 beschreibt einen Kommunikationsschaltkreis mit einer einzigen Leitung für eine Stromversorgung und eine Datenübertragung. Durch sie können die Stromversorgung eines Aussenspiegelmoduls realisiert und Steuersignale von einem im Fahrgastraum angeordneten Schalter übertragen werden. Durch diese einzige Leitung können ausserdem Signale zum Aussenspiegelmodul übertragen werden für eine Spiegelumklapp-Anzeige, eine Spiegelpositionierung, eine RF-Antenne, eine Aussenspiegelheizung, eine Blinkanzeige sowie von Sensoren. Diese einzige zum Aussenspiegel geführte Leitung kann die sonst erforderlichen z. B. zwanzig Leitungen ersetzen. Dieses System ermöglicht auch die Einbindung einer drahtlosen Fernbedienung von Türverriegelungseinrichtungen.

Diese in der US 6229434 B1 beschriebene Einrichtung weist ein erstes Modul im Fahrzeuginneren auf, das mit der Spannungsversorgung des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Weiterhin weist diese Einrichtung ein am Aussenspiegel angeordnetes zweites Modul auf, dass mit einer Radio-Frequenz-Antenne (RF-Antenne) ausgestattet ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Modul, bzw. dem inneren Modul und dem äusseren Modul ist eine einzige Leitung angeordnet, über die Radio-Frequenz-Signale (RF-Signale) und der Versorgungsstrom zwischen beiden Modulen übertragen werden können. Ausserdem ist dort vorgesehen, dass ein serieller Datenstrom in bi-direktionaler Richtung über diese einzige Leitung übertragen werden kann. Zur besseren Übertragung der RF-Signale muß als Übertragungsleitung ein Koaxial-Kabel vorgesehen sein. Das erste Modul ist im Fahrzeuginneren in dem Rückinnenspiegel, in einer Tür, in einem Bordinstrumenten-Paneel oder in einem Dach-Modul untergebracht.

Die Spannungspegel in der Übertragungsleitung gemäß US 6229434 B1 können sich wegen der Datenkommunikation von 6 Volt bis 8 Volt ändern, wobei ein Kondensator in dem äusseren Modul als Energiespeicher und Glättungskondensator für die Stromversorgung wirkt. Die zwischen den Modulen zu übertragenden Daten können asynchron über ein Puls-Weiten-Modulations-Verfahren übertragen werden. Das innere Modul weist einen Spannungsregler und eine Stromerfassungseinheit zur Erfassung von über die Übertragungsleitung von aussen übermittelten Daten auf. Um eine saubere Stromversorgung und Datenübermittlung zu erreichen, sind Ferrit-Drosseln an mehreren Stellen vorgesehen.

Das äussere Modul ist ebenfalls mit einem Spannungsregler ausgestattet, das mit der einzigen Übertragungsleitung verbunden ist, wobei zwischen dieser Übertragungsleitung und dem Spannungsregler eine dieser Ferrit-Drosseln angeschlossen ist. Weiterhin ist das äussere Modul mit einem Datenkomparator versehen, der auch mit einem Mikroprozessor realisiert werden kann.

Die in dem äusseren Modul untergebrachte RF-Empfangseinheit filtert mittels eines Kondensators das Spannungs- und das Datensignal, wobei der Kondensator aber das RF-Signal durchlässt. Ein anderer Kondensator bildet zusammen mit einer Induktivität eine Anpassungsschaltung. Dieser Kondensator ist mit Masse verbunden. Es kann weiterhin eine ¼-Wellenlängen-Antenne verwendet werden.

Die Schnittstelle (Übertragungsleitung) zwischen beiden Modulen kann ein 50-Ohm-Koaxialkabel oder aber auch ein einzelner Leiter mit jeweils einer Masseverbindung sein, wobei aber beim einzelnen Leiter erhebliche Strahlungsprobleme auftreten können. Sie ist aber eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung.

Bei einer weiteren in der US 6229434 B1 beschriebenen Ausführungsform ist das erste bzw. innere Modul in einer Innenspiegelvorrichtung positioniert, während das äussere und zweite Modul am Aussenspiegel angeordnet ist. Als Übertragungsleitung zwischen beiden Modulen ist ebenfalls ein Koaxialkabel vorgesehen. Eine Spule ist mit Masse verbunden. Der Vorteil dieser Antennenanordnung soll darin bestehen, dass sie ausserhalb des Fahrzeugs angeordnet ist und nicht wie bei innerhalb des Fahrzeugs angeordneten Antennen durch beschichtete Fensterscheiben beeinflusst werden kann. Ein derartiges System ist jedoch insgesamt relativ teuer. Dieses System erfordert viele Bauteile und ist montageaufwändig.

Eine andere Druckschrift, US 6275167 B1 , beschreibt ebenfalls eine Informationsübertragungsleitung mit einem einzigen Leiter, der jedoch nicht als Punkt-zu-Punkt-Verbindung, sondern als Bus-Verbindung ausgeführt ist. Durch diese Bus-Verbindung können Daten zu Fahrzeugsitzverstellmodulen übermittelt werden. Auch hier wird das Datensignal dem Spannungsversorgungssignal überlagert. Bei dieser Anordnung handelt es sich nur um eine Busstruktur. In dieser kann zusätzlich eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem Elektronikmodul und einem Fernbedienungssensor vorgesehen sein. Funksignale, um eine Türverriegelung zu betätigen, können jedoch nicht empfangen werden. Es fehlt eine Antenne.

Eine weitere Art der Datenübermittlung, ebenfalls mit einem Bus, die nicht als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgeführt ist, beschreibt die Druckschrift US 5274636 . Diese dort beschriebene Datenübermittlung ist ebenfalls für Kraftfahrzeuge vorgesehen. Der Bus, ein J 1850-Bus, steht im Zusammenhang mit einer relativ kostengünstigen Mikroprozessor-Einheit. Die Hardware wandelt die von der Mikrokontroller-Einheit gesendeten Nachrichten in variable puls-weiten-modulierte Codes gemäß dem J 1850 Protokoll. Mit dieser kostengünstigen Hardwarelösung ist es möglich, die Datenübermittlungsgeschwindigkeit insgesamt zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das kostengünstiger als bekannte Lösungen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Masseverbindung des zweiten Moduls durch eine elektrische Leitung ausgeführt ist und diese die Antenne selbst ausbildet. Durch diese sehr kostengünstige Antennen-Ausführung, bei der so gut wie keine oder zumindest nur sehr wenige passive Bauelemente erforderlich sind, ist es möglich, ein Funksignal bzw. eine Funkinformation zu empfangen. Die Leitung ist in einfacher Weise und an vielen Stellen des Kraftfahrzeuges anschließbar, an denen ein Empfang erreicht werden kann und z. B. mittels einer Blechschraube und einem Kabelschuh leicht an die Karosserie befestigbar. Die Karosserie ist gleichzeitig Masse. Dadurch, dass die Antenne eine Masseleitung selbst ist, werden nur wenige Mittel für den Empfang und die Masseverbindung für eine Stromübertragung benötigt. Die Antenne ist daher praktisch in der Masseleitung integriert.

Das System, insbesondere Fahrzeugzugangssystem, besteht aus einem ersten Modul (Logikmodul) und einem zweiten Modul (Empfangsmodul).

Um die Kosten eines derartigen Systems weiter zu reduzieren ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Übertragungsleitung als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgeführt und eine Eindraht-Leitung ist, wobei beide Module jeweils eine Masseverbindung aufweisen und wobei die Übertragungsleitung die einzige Leitung zwischen beiden Modulen ist. Die Eindraht-Leitung ist z. B. im Vergleich zu Bus-Leitungen oder Koaxialkabeln wesentlich kostengünstiger. Durch ihre einfache und unauffällige Verlegung wird zusätzlich der Montageaufwand reduziert.

Eine weitere Kostenreduktion wird dadurch bewerkstelligt, dass die Übertragungsleitung zusätzlich zu den Funkinformationen ein Stromversorgungspotential zur Energieversorgung des zweiten Moduls führt, wodurch eine separate Stromversorgungsleitung eingespart und insgesamt weniger Leitungen zu verlegen sind.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die in der Übertragungsleitung übertragenen Funkinformationen nur seriell, digitale Datenstromsignale sind. Die digitalen Stromsignale sind wenig störanfällig und verursachen wenig Störungen im Vergleich zu hochfrequenten Radio- oder Funkfrequenzsignalen. Sie erfordern ausserdem wenig Abschirmungsmaßnahmen und sind daher günstig zu übertragen. Auch hier tritt ein Einspareffekt ein.

Geradezu ideal ist dieses System für ein schlüsselloses, fernbedienbares Türverriegelungs- und Türentriegelungssystem geeignet, auch unter schlüssellose Zentralverriegelung oder RKE („remote keyless entry") bekannt. Bei einem derartigen System müssen nur wenige Informationen per Funk übertragen und innerhalb des Fahrzeuges weitergeleitet werden. Diese sind die Steuerbefehle „lock" zum Türen-Verriegeln oder „unlock" zum Türen-Entriegeln. Da drahtlose Fernbediensysteme für Türen schon im erheblichen Umfang in der Automobilindustrie verwendet werden, ist diese Lösung nicht nur kostengünstig, sondern wegen den Sicherheitsvorteilen im Vergleich zu Bus-Lösungen besonders vorteilhaft. Ein Dieb, der sich heutzutage auch mit elektronischen Wegfahrsperren und digital kodierten Türschlössern beschäftigt, kann ein „knacken" einer Fahrzeugtür durch Bus-Zugriff nicht mehr erreichen, weil er sich keinen Zugang zu dem Bus über eine am Aussenspiegel oder im Motorraum geführte Leitung mehr verschaffen kann. Er kann nicht mehr mittels eines tragbaren PC's den Türöffnungscode entschlüsseln. Bei der zusätzlichen Verlegung eines Busses braucht man unter Umständen nicht darauf zu achten, dass der Zugang für Diebe unmöglich gemacht werden soll, da dieses erfindungsgemäße System eine Entkopplung zu einem Bus ermöglicht. Die Entschlüsselungsinformation wird nicht über einen Bus übertragen.

Durch eine Induktivität wird die Masseleitung hochfrequenzmäßig getrennt, wobei ohne die Anordnung eines Ferritelementes mehrere Windungen der Masseleitung die Induktivität bilden.

Das Ferrit-Element kann in vorteilhafter Weise ein ringförmiger Ferrit-Körper sein.

Der Abstand des Ferritkörpers bzw. der Abstand zu den Windungen bestimmt die elektrische Länge der Antenne. Die Induktivität muß deshalb mit einer festzulegenden Distanz L angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Modul, wie das erste Modul auch, innerhalb der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. Die Montage des zweiten Moduls und die Verlegung der Übertragungsleitung ist erheblich einfacher als z. B. die Unterbringung des zweiten Moduls an einem Aussenspiegel ausserhalb der Fahrzeugkarosserie. Eine Plazierung außerhalb des Fahrzeuges kann notfalls, auch außerhalb des Fahrzeuges erfolgen, wenn z. B. rundum metallische Scheiben vorhanden sind.

Die vollständige Verlegung der Übertragungsleitung im Fahrzeuginneren ist sicherer vor Autodieben verlegt als wenn diese nach aussen geführt wäre. Hierbei bietet sich insbesondere eine Anordnung des zweite Moduls innerhalb eines Fahrzeug-Innenspiegels. Diese Anordnung ermöglicht eine Reichweite von über 100 Metern. Eine Alternative zur Frontscheibenanordnung stellt eine Unterbringung des zweiten Moduls an einer A-, B- oder C-Säule dar.

Eine weitere kostengünstige Variante besteht darin, eine günstige Verlegung der Übertragungsleitung durch ein Positionieren des zweiten Moduls im Bereich eines Bordinstrumenten-Paneels zu erreichen.

Insbesondere im Zusammenhang mit einem RKE-System („remote keyless entry") ergibt sich eine kostengünstige und höchst zuverlässige Weiterbildung der Erfindung, wenn das erste Modul eine erste Schaltunganordnung aufweist, die eine Schaltungseinheit mit einer Stromerfassungseinrichtung – für einen in der Übertragungsleitung fließenden Strom umfasst – und die mit einem ersten Halbleiterschaltelement versehen ist, wobei die Stromerfassungseinrichtung und das erste Halbleiterschaltelement derart ausgeführt und geschaltet sind, dass ein an einem – vor der Übertragungsleitung angeordneten – Steuereingang angelegtes Datensignai zu einem Ausgang des ersten Moduls übertragen wird und dass das zweite Modul eine zweite Schaltungsanordnung aufweist, in der ein zweites Halbleiterschaltelement zum Schalten eines wesentlich höheren Schaltstromes relativ zu einem durch die Übertragungsleitung zum zweiten Modul geführten Versorgungsstrom angeschlossen ist. Es sind zur Datenübertragung insgesamt nur zwei Transistoren und wenige passive Bauelemente erforderlich, wobei sich durch diese einfache Schaltungsanordnung eine relativ hohe Übertragungsgeschwindigkeit störungsfrei bewerkstelligen lässt. Die Übertragungseinrichtung erfolgt dabei vom zweiten zum ersten Modul.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaltstrom mindestens 5-mal höher, vorzugsweise 5- bis 10-mal höher als der Versorgungsstrom ist. Stromschwankungen in der Übertragungsleitung, die durch einen sich ändernden Versorgungsstrom verursacht werden, können sich auf diese Weise nicht auf die zu übertragenden Information auswirken. Durch den erheblichen Abstand eines High-Signals zu dem Stromversorgungspegel wird ein sicherer Störabstand auf einfache Weise realisiert, so dass auf zusätzliche Maßnahmen zur Störpegelunterdrückung verzichtet werden kann. Eine Verwendung von Operationsverstärkern ist nicht erforderlich.

Besonders günstig ist es, wenn der Schaltstrom mindestens 10 mA, vorzugsweise etwa 20 mA, beträgt. Dieser Wert hat sich im Zusammenhang mit anderen Übertragungseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug als zuverlässig herausgestellt. Zweckmäßigerweise beträgt der maximale Versorgungsstrom dann höchstens 2 mA.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass das zweite Modul einen Funk-Empfänger mit einem Mikrokontroller umfasst, der einen maximalen Stromverbrauch von 1 mA, einen Betriebszyklus von 1:10 und somit einen effektiven Betriebsstrom von höchstens 0,1 mA aufweist. Dieser intelligente Funkempfänger kann autark und ohne die Unterstützung eines Host-Mikroprozessors einen Betriebszyklus, eine Signal-Dekodierung und eine Sendererkennung ausführen. Diese Lösung ist im Vergleich zu anderen Mikrokontroller-Lösungen gut in die oben beschriebenen Schaltungsanordnungen integrierbar und als „Smart" RKE-Empfänger-Lösung sehr kostengünstig.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils direkt vor und direkt hinter der Übertragungsleitung jeweils ein Kondensator angeschlossen ist. Diese Kondensatoren wirken im Wesentlichen als EMC- und ESD-Schutz und sind so bemessen, dass sie die Datenübertragung nicht negativ beeinflussen.

Die Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind in der Figurenbeschreibung erläutert.
Es zeigen:
1: eine Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Systems für ein Kraftfahrzeug, wobei diese für ein Aufprägen von Signalen auf einer Leitung und zur Rückgewinnung dieser Signale in einem ersten Modul dient,
2: ein Impulsdiagramm mit von einem zweiten erfindungsgemäßen Modul gesendeten Impulsen und mit von einem ersten erfindungsgemäßen Modul empfangenen Impulsen, wobei der Strom in der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung dargestellt ist,
3: ein Impulsdiagramm gemäß 2, jedoch in höherer Zeitauflösung,
4: ein weiteres Impulsdiagramm, das zusätzlich einen 5-Volt-Spannungspegel zeigt, der eine Stabilität einer Stromversorgung des zweiten Moduls darstellt,
5: ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems,
6: eine Darstellung einer Empfangseinheit mit einer erfindungsgemäßen Antenne mit einer Entkopplungs-Spule,
7: eine Darstellung gemäß 6, jedoch ohne Entkopplungs-Spule,
8: ein Entfernungs-Winkeldiagramm von einer erfindungsgemäßen Empfangseinheit gemäß 6 und 7, wobei das zweite Modul in einer Position über einem Fahrzeuginnenspiegel angeordnet ist,
9: ein Diagramm ähnlich gemäß 8, jedoch mit einer Anordnung des zweiten Moduls hinter einem Bordinstrumenten-Paneel,
10: eine weitere Diagramm-Darstellung ähnlich 8 oder 9, jedoch mit einer Anordnung des zweiten Moduls an der Beifahrerseite, oberhalb eines vertikalen Holmes mit zwei verschiedenen Massekabelanordnungen,
11: ein weiteres Blockschaltbild mit der endungsgemäßen Antenne mit weiteren Details,
12: eine Darstellung der Schaltungsanordnung gemäß 1, jedoch vereinfacht dargestellt,
13: eine stark vergrösserte Darstellung eines Stromimpulses in der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung und
14: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems, wobei die erfindungsgemäße Leitung dargestellt ist und wobei nur das zweite Modul dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße System dient zur drahtlosen Fernbedienung einer Türverriegelung bzw. Türver- und -entriegelung in einem Kraftfahrzeug bzw. zur schlüssellosen Betätigung derselben mittels Funksignal.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das System weist ein erstes Modul 1 mit einer Signalerfassungsschaltung auf und ist zum Empfangen von Signalen von einer Übertragungsleitung 3 mit einer ersten Transistorschaltung versehen, wie rechts in 1 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist ein erster Transistor T1 mit seinem Basis-Eingang über einen nicht dargestellten Vorwiderstand mit einer Eindraht-Leitung elektrisch verbunden, die die Übertragungsleitung 3 ist. Sein Kollektor ist über einen elektrischen Widerstand R1 mit einem Signalausgang Data_GEM verbunden, welcher entweder ohne ein Bus und direkt oder indirekt mittels eines Busses, wie CAN-Bus, der mit einer nicht gezeigten elektrisch betätigbaren Türverriegelungseinrichtung in Verbindung stehen kann.
Weiterhin ist ein Widerstand R3 in bekannter Weise zwischen dem Kollektor und einer Masseverbindung M1 geschaltet. Ein Widerstand R2 ist als Shunt geschaltet und erzeugt eine Steuerspannung U_st für den Transistor T1. Diese ist dem in der Eindraht-Leitung 3 fließenden Strom 1 proportional. Ein zweiter Transistor T2 im linken Teil der 1 kann einen Widerstand R4 einschalten, der einen erhöhten Stromfluss in der Eindraht-Leitung 3 (i = 20 mA) bewirken kann.
Zwischen dem Signalausgang Data GEM und der Masseverbindung M1 ist eine 4,7 Volt Zenerdiode D1 geschaltet, so dass, wenn der Transistor T1 angesteuert wird, d. h. niederohmig zwischen Emitter und Kollektor ist, eine Batteriespannung V_bat von 12 Volt auf konstante 4,7 Volt reduziert wird. Die Spannung von 4,7 Volt entspricht in ihrer Größenordnung einem H-Pegel-Signal. Wenn dagegen der Transistor T1 nicht angesteuert wird, d. h. hochohmig ist, wird am Signalausgang Data_GEM ein L-Pegel-Signal, d. h. eine Spannung von 0 Volt erreicht.
Zwischen dem Anschluss 4 des ersten Moduls 1 und der Masseverbindung M1 ist ein Kondensator C1 angeordnet, um Hochfrequenzstörungen und ESD-Impulse abzublocken. Die Leitung 3 dient nämlich gleichzeitig zur Spannungsversorgung des zweiten Moduls 2. Somit ist es möglich, mit einer einfachen Schaltungsvariante Datensignale zu übermitteln und eine Spannungsversorgung des zweiten Moduls 2 zu realisieren.
In dem zweiten Modul 2, welches am gegenüberliegenden Ende der Eindraht-Leitung 3 angeordnet ist, ist ein zweiter Kondensator C2 zwischen einer Masseverbindung M2 und einem Anschluss 25 angeschlossen. In diesem zweiten Modul 2 ist ein Schaltungsteil untergebracht, das links in 1 dargestellt ist und den zweiten Transistor T2 in einer bekannten Kollektorschaltung umfasst. Der Transistor T2 ist durch einen Daten-Steuereingang, der mit einem Antennenempfänger verbunden ist, ansteuerbar, wobei der Antennenempfänger Funksignale empfängt und ein Steuersignal Data_RES erzeugt.
Die zwischen dem ersten und zweiten Modul 1, 2 angeschlossene Eindraht-Leitung 3 ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Sie ist keine übliche Busverbindung mit zwei Busleitungen. Da die Eindraht-Leitung 3 die einzige Übertragungsleitung ist, ist es erforderlich, dass beide Module 1 und 2 eine Masseverbindung M1, M2 aufweisen, damit ein Strom zurückfließen kann.
Die in 1 gezeigte Datenübertragungs- und Stromerfassungs-Schaltung besteht also im Wesentlichen aus einer ersten Halbleiterschaltung, die durch den Transistor T1 realisiert und zum Erkennen eines höheren Stromwertes in der Eindraht-Leitung 3 geeignet ist, wobei der Transistors T1 steuerseitig mit einem als Shunt wirkenden Widerstand R2 verbunden ist. Diese Schaltung besteht ebenfalls zweckmäßigerweise aus einer zweiten Halbleiterschaltung, die durch den Transistor T2 gebildet ist, der bei Ansteuerung eine Stromerhöhung in der Eindraht-Leitung 3 erzeugt. Die Stromerhöhung, die den Pegeln logisch L und N zugeordnet ist, beträgt 20 mA, während der erforderliche Batteriestrom des zweiten Moduls 2 2mA beträgt, d. h. sie ist 10 mal größer. Dieser Unterschied kann auch geringer sein, aber mindestens 5 mal größer, d. h. 5 bis 10 mal größer.
Im Folgenden wird anhand der 2 bis 4 bzw. von Oszilloskopbildern die Signalübermittlung mit der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung und der Eindraht-Leitung 3 näher erläutert.
Wie die 2 zeigt, werden Schaltimpulse, die am Eingang Data_RES anliegen, durch die Eindraht-Leitung 3 (siehe Strom I) an den Ausgang Data GEM weitergeleitet, wobei der Spannungspegel am Ausgang Data_GEM zwischen 0 Volt und 4,7 Volt liegt (2 V/Div).
Die zeitliche Verzögerung der positiven Taktflanke, d. h. von L nach H beträgt nur 4,8 μs (20 μs/Div.) wie 3 zeigt.
Die in 4 dargestellte Zeitverzögerung Δt zwischen L und N und umgekehrt ergibt sich lediglich durch einen 100 nF Kodensator im Spannungsregelkreis.
Das in 4 gezeigte Signal (5 V ripple) veranschaulicht die Welligkeit auf einer geregelten Spannung im zweiten Modul 2, wobei ein nicht dargestellter handelsüblicher Spannungsregler angeordnet sein kann.
Die Schaltung gemäß 1 ermöglicht in einfacher Weise eine Versorgungsstrom- und Datenübertragung durch eine Eindraht-Leitung 3 auf kostengünstige Art, wobei dieser Schaltung auf Grund des hohen Signalstromes vom 20 mA in der Eindraht-Leitung relativ störungsfrei ist. Die Eindraht-Leitung 3 muss daher nicht abgeschirmt werden. Grundsätzlich kann sie aber auch als Koaxialkabel ausgeführt sein. Die in dieser Übertragungsleitung übertragenen Funkinformationen sind im Prinzip seriell, digitale Datenstromsignale.
12 veranschaulicht das Prinzip der Schaltungsanordnung gemäß 1. Die vorher beschriebene Steuerspannung U_st des ersten Transistors T1 ist, wie gut zu erkennen ist, dem Strom 1 proportional. Die Schaltschwelle des ersten Transistors T1 muss aber höher sein, als der Versorgungsstrom von 2 mA. Durch den Versorgungsstrom I₀ von 2 mA darf der erste Transistor T1 nicht geschaltet werden. Möglich ist auch, dass der Transistor T1 bei einem Versorgungsstrom von 2 mA geringfügig öffnet. Die dann an dem Ausgang Data GEM vorhandene Spannung muss jedoch so gering sein, dass sie logisch L entspricht.
Zweckmäßig für eine kostengünstige Schaltung ist es also, wenn das erste Modul 1 eine Schaltungseinheit 5 mit einer Stromerfassungseinrichtung und mit einem ersten Transistor T1 umfasst. Die Stromertassungseinrichtung, die durch den Widerstand R2 und dem Transistor T1 gebildet ist, erfasst überhaupt den in der Übertragungsleitung 3 fließenden Strom 1. Die Stromerfassungseinrichtung und der Transistor T1 sind derart ausgeführt und geschaltet, dass ein Datensignal am Steuereingang Data_RES zu dem Ausgang Data_GEM des ersten Moduls 1 übertragen wird. Das zweite Modul weist dagegen eine Schaltungsanordnung auf, in der der zweite Transistor T2 einen relativ hohen Schaltstrom I_schalt relativ zu dem Versorgungsstrom I₀ schalten kann.
13 veranschaulicht deutlich den Strom in der Eindraht-Leitung 3, der zwischen 2 mA und bis zu 22 mA schwanken kann.
Auf diese Art kann eine digitale, verschlüsselte oder unverschlüsselte Funkinformation „lock" oder „unlock" innerhalb des Kraftfahrzeuges übertragen werden. Zum Empfang der Funkinformation bedarf es eines Antennenempfängers, der nachfolgend erläutert wird.
Der nicht dargestellte Antennenempfänger ist ein Empfänger vom Typ „smart receiver". Ein „smart receiver" wird definiert durch: Ausführen eines Betriebszyklus, einer Signaldekodierung und einer Sendeerkennung ohne die Erfordernis einer Host-Mikroprozessor-Unterstützung. Ein Mikrokontroller, der in dem Antennenempfänger integriert ist, weist in vorteilhafter Weise einen Stromverbrauch von maximal 1 mA auf. Dieser eingesetzte Mikrokontroller weist ausserdem einen Betriebszyklus von 1:10 auf, so dass sein effektiver Betriebsstrom nur 100 μA beträgt.
Die Verwendung eines derartigen „smart receivers" im zweiten Modul 2 führt einerseits zu einem geringen Stromverbrauch des Gesamtsystems im sogenannten „Standby-Betrieb" und andererseits wird ein Mikroprozessor im ersten Modul 1, der für andere Steuerungsaufgaben dient, z. B. Türüberwachung, nicht zusätzlich belastet und dadurch nicht verlangsamt.
Andere bekannte Mikro-Kontroller-Lösungen sind erheblich aufwändiger (z. B. Motorola HC 12; maximal 45 mA@8MHz). Bei einem Betriebszyklus von 1:10 ergäbe sich ausserdem ein Strom im Standby-Betrieb von 4,5 mA, d. h. 4,4 mA höher, als im Vergleich zur Smart-Empfänger-Lösung.
Der Smart-Empfänger weist eine Hardware und eine Software auf. Diese Software und diese Hardware sind von anderen Funktionen getrennt, wodurch eine höhere Arbeitsleistung und Zuverlässigkeit erreicht wird.
Wie durch das Blockschaltbild gemäß 5 veranschaulicht ist, ist die Leitrechnerfunktion (host) und die Antwortzeit des Host unabhängig von einem Funksignal. Verschiedene Steuerungsaufgaben sind also den unterschiedlichen Funktionsmodulen 6 und 7 zugeordnet, wobei das Funktionsmodul 6 den Empfänger und das Funktionsmodul 7 einen Mikrokontroller mit z. B. 1 mA Stromaufnahme umfasst. Im Fall, dass ein für alle Aufgaben gemeinsamer Leitrechner vorhanden wäre, würde dieser langsamer arbeiten.
Im Vergleich zu bekannten Host-Modullösungen sinken sowohl die Kosten für die Hardware und die Projektierungskosten, als auch die Kosten bei der Qualitätsprüfung.
5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform einer Empfängeranordnung mit Standalone-Betrieb. Rechts in der 5 ist das erste Modul 1 dargestellt, das eine Logik-Schaltkreisplatine aufweist. Links in der 5 ist das zweite Modul 2 dargestellt, das aus einem ersten Funktionsmodul 6 und einem zweiten Funktionsmodul 7 besteht.
Das erste Funktionsmodul 6 beinhaltet den eigentlichen Antennenempfänger mit verschiedenen Filtern, insbesondere einem Zwischenfrequenzfilter und einer Demodulationsschaltung in bekannter Weise. Das zweite Funktionsmodul 7, in dem ein Mikroprozessor zum Entschlüsseln der Funksignale mit sehr geringem Stromverbrauch angeschlossen ist, bestimmt den Betriebszyklus des Antennenempfängers mit einer Signalleitung 8, die ein wake-up/sleep-Signal führt. Die Signalleitung 8 ist mit dem Antennenempfänger in dem ersten Funktionsmodul 6 verbunden. Beide Funktionsmodule 6 und 7 sind mit einer Datenleitung 9 verbunden, in der Daten zum zweiten Funktionsmodul 7 übertragen werden können.
Diese Daten entsprechen einer Türentriegelungs- oder -verriegelungsinformation, die per Fernbedienung gesendet werden kann.
6 und 7 zeigen zwei erfindungsgemäße Ausführungsvarianten eines Antennenempfängers 10 mit einer Antenne 11. Die Antenne 11 gemäß 6 ist zusätzlich mit einer Entkopplungsinduktivität 11 versehen. Die eigentliche Antenne 11 ist gemäß 6 erfindungsgemäß in der Masseleitung bzw. Leitung 13 integriert. Bei der Ausführungsform gemäß 7 ist keine zusätzliche Spule vorhanden. Auch hier ist die Masseleitung die Antenne 11 selbst.
Wie 11 zeigt, kann zwischen der Masse und dem zweiten Modul 2 ein Ferritringkern vorhanden sein, in dem eine oder mehrere Leitungsabschnitte der Masseleitung aufgewickelt sind, so dass eine Spulenanordnung mit einer oder mehreren Windungen entsteht.
Das zweite Modul 2 wird innerhalb der Fahrzeugkarosserie zweckmäßigerweise entweder innerhalb des Innenspiegels, hinter einem Bordinstrumentenpaneel oder an einer der A-, B- oder C-Säulen, z. B. auf der Beifahrerseite, installiert.
8 zeigt ein Messergebnis von dem erfindungsgemäßen System in Abhängigkeit des Bedienortes der Fernbedienung bei einer Positionierung der Antenne 11 zusammen mit dem zweiten Modul 2 über den Innenspiegel im Fahrgastraum, wobei die Messergebnisse Vers 1 einer Antennenanordnung gemäß 6 und die Messergebnisse Vers 2 einer Anordnung gemäß 7 entsprechen. Die Skala 0 bis 120 entspricht bei allen Messungen der Entfernung der Fernbedienung zum zweiten Modul 2 in Metern.
Wie in 8 zu erkennen ist, ist die Innenspiegel-Anordnung bezüglich der Reichweite besonders günstig, ohne dass die Antenne 11 aussen installiert ist. Durch diese Antennenanordnung gemäß 8 lässt sich eine Fernbedienung mit einer Reichweite von etwa bis zum 100 m realisieren.
Gemäß einer zweiten Variante (9) ist die Antenne 11 zusammen mit dem zweiten Modul 2 hinter dem Bordinstrumentenpaneel des Kraftfahrzeuges positioniert. Durch diese Variante lassen sich Entfernungen von über 50 m realisieren.
Die 10 zeigt Messergebnisse einer dritten Variante. Bei dieser Variante ist die Antenne 11 zusammen mit dem zweiten Modul an der Beifahrerseite über einer vertikalen Stütze untergebracht. Auch bei dieser Anordnung ist eine Fernbedienung möglich.
Die Messungen Vers 1 und Vers 2 , die den unterschiedlichen Ausführungsformen gemäß 6 (=Vers 1) oder 7 (Vers. 2) zugeordnet sind, beruhen auf einer Anordnung, bei der die als Masseverbindung wirkende Antenne 11 bogenförmig, insbesondere U-förmig angeordnet ist.
Bei den Messergebnissen Vers 1.1 und Vers 2.1 ist die Antenne 11 bzw, die Masseverbindung näher am Fahrzeughimmel angeordnet, wobei die Masseverbindung bzw. die Antenne 11 gerade verläuft.
Die Antenne 11 ist die Masseverbindung einer gedruckten Schaltung (Modul 2). Die erfindungsgemäße Masseverbindung ist weiterhin in der Nähe des Funkempfängers bzw. des Antennenempfängers, der in dem zweiten Modul 2 angeordnet ist, realisiert, wodurch die Masseverbindung selbst als Antenne wirkt. Die Antenne 11 ist praktisch in der Masseverbindung integriert. Der Masseanschluss wird als Antenne genutzt. Die Masseverbindung M2 des zweiten Moduls 2 ist also durch die Leitung 13 ausgeführt, wobei die Antenne 11 derart in der Leitung 13 integriert ist, dass die Leitung 13 die Antenne 11 selbst ist. Erfindungsgemäß ist daher die Masseverbindung M2 des zweiten Moduls 2 durch eine elektrische Leitung 13 ausgeführt, wobei diese die Antenne (11) selbst ausbildet.
Die Leitung 13, bzw. dieses Kabel, ist eine flexible Leitung. Sie weist bevorzugt einen Isoliermantel auf, der jedoch nicht zwingend ist. Die Leitung kann aus Litze oder relativ dünnem und festem Draht sein. Die Leitung 13 ist keine Kupferbahn, die z. B. an einer Platine angeordnet ist. Sie ist keine Direktverbindung zwischen einem Metallgehäuse und der Fahrzeugkarosserie. Sie kann zwischen dem zweiten Modul 2 und einer Induktivität durch eine Schaumstoffhülse mit einer Länge L (vgl. 11) geschützt sein. Diese Hülse hält die Antennenleitung in einem definierten Abstand zur Fahrzeugkarosserie.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein ringförmiges Ferrit-Element 14 vorhanden, wie 11 zeigt. Die elektrische Länge L der Antenne wird bestimmt aus dem Abstand zwischen dem Ferrit-Element (bzw. einer Induktivität) und dem zweiten Modul 2. Die Länge L entspricht der Distanz der Induktivität zu einem Eingang eines Funkempfängers.
An Stelle des Ferritelementes 14 kann jedes andere Element oder jede andere Anordnung zur Impedanzerhöhung eingesetzt werden.
Ein anderes Element zur Impedanzerhöhung kann eine konzentrische Spule oder eine andere Anordnung der Leitung 13 sein. Diese Anordnung kann eine durch die Leitung 13 gebildete Schleife mit einer oder mehreren Windungen sein, wie 14 zeigt.
14 veranschaulicht eine Anordnung der Leitung 13 als Antenne 11, wobei die Leitung 13 mehrere Windungen aufweist. An einem dem zweiten Modul 2 gegenüberliegenden freien Ende der Leitung 13 ist ein Kabelschuh mit der Leitung 13 verbunden, das mittels einer Blechschraube an jeder beliebigen Stelle der Fahrzeugkarosserie an dieser befestigt werden kann. Die Leitung 13 ist mit ihrem einen Ende mit dem zweiten Modul 2 verbunden und mit ihrem anderen Ende an Masse. Sie weist kein freies Ende, wie übliche Antennen, auf.
Das beschriebene System kann zum Aktivieren oder Deaktivieren einer Alarmanlage oder ähnlichen Zwecken dienen. Eine Kombination verschiedener Anwendungen ist auch möglich.
Das schlüssellose System umfasst auch Türschlösser mit zugehörigen Schlüsseln, die in bekannter Weise ausgeführt sind, aber auch ein völlig schlüsselloses Türschlosssystem.
Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruches 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

System für ein Kraftfahrzeug zum Empfangen und Übertragen von drahtlos und ausserhalb des Kraftfahrzeuges gesendeten Funkinformationen, mit einer Antenne (11) zum Empfangen der Funkinformationen, mit einem ersten Modul (1) und einem zweiten Modul (2) und mit einer Übertragungsleitung (3) zum Übertragen der Funkinformationen im Wesentlichen innerhalb des Kraftfahrzeuges, wobei die Antenne (11) an eine Empfangseinrichtung in dem zweiten Modul (2) angeschlossen ist und die Funkinformationen von dem zweiten Modul (2) zum ersten Modul (1) durch die Übertragungsleitung (3) übertragbar sind, und wobei das zweite Modul (2) eine Masseverbindung (M2) aufweist und das erste Modul (1) innerhalb einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbindung (M2) des zweiten Moduls (2) durch eine elektrische Leitung (13) ausgeführt ist und diese die Antenne (11) selbst ausbildet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung (3) als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgeführt und eine Eindraht-Leitung ist, wobei beide Module (1, 2) jeweils eine Masseverbindung (M1, M2) aufweisen und wobei die Übertragungsleitung (3) die einzige Leitung zwischen beiden Modulen (1, 2) ist und dass die Übertragungsleitung (3) zusätzlich zu den Funkinformationen ein Stromversorgungspotential (I₀) zur Energieversorgung zwischen den Modulen (1, 2) führt.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Übertragungsleitung (3) übertragenen Funkinformationen serielle, digitale Datenstromsignale sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein schlüsselloses, fernbedienbares Türverriegelungs- und Türentriegelungssystem ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (13) U-förmig oder zumindest abschnittsweise gerade verläuft.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (13) eine oder mehrere Windungen zur Bildung einer Induktivität aufweist.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (13) um ein Ferrit-Element (14) gewickelt ist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit-Element (14) ein ringförmiger Ferrit-Körper ist.
System einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Induktivität in einer bestimmten Distanz (L) zu einem Eingang eines Antennenverstärkers und/oder eines Funkempfängers angeordnet ist, wobei die Distanz (L) die elektrische Länge der Antenne bestimmt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverbindung (M2) des zweiten Moduls (2) in der Nähe eines Antennenverstärkers und/oder eines Funkempfängers angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) innerhalb der Fahrzeugkarosserie und insbesondere im Fahrgastraum angeordnet ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) innerhalb eines Fahrzeug-Innenspiegels angeordnet ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) an einer A- B-, oder C-Säule angeordnet ist.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) im Bereich eines Bordinstrumenten-Paneels angeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (1) eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die eine Schaltungseinheit (5) mit einer Stromerfassungseinrichtung – für einen in der Übertragungsleitung (3) fließenden Strom (I) umfasst – und die mit einem ersten Halbleiterschaltelement (T1) versehen ist, wobei die Stromerfassungseinrichtung und das Halbleiterschaltelement (T1) derart ausgeführt und geschaltet sind, dass ein an einem – vor der Übertragungsleitung (3) angeordneten – Steuereingang (Data_RES) angelegtes Datensignal zu einem Ausgang (Data GEM) des ersten Moduls (1) übertragen wird und dass das zweite Modul (2) eine zweite Schaltungsanordnung aufweist, in der ein zweites Halbleiterschaltelement (T2) zum Schallen eines wesentlich höheren Schaltstromes (I_schalt) relativ zu einem durch die Übertragungsleitung (3) zum zweiten Modul (2) geführten Versorgungsstrom (I₀) angeschlossen ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltstro(I_schalt) mindestens 5-mal höher, vorzugsweise 5 bis 10-mal höher, als der Versorgungsstrom (I₀) ist.
System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltstrom (I_schalt) mindestens 10 mA, vorzugsweise etwa 20 mA, beträgt.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Versorgungsstrom (I₀) höchstens 2 mA beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) einen Antennen-Empfänger mit einem Mikrokontroller umfasst, der einen maximalen Stromverbrauch von 1 mA, einen Betriebszyklus von 1:10 und einen effektiven Betriebsstrom von höchstens 0,1 mA aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul (2) einen Antennen-Empfänger umfasst, der autark und ohne die Unterstützung eines Host-Mikroprozessors einen Betriebszyklus, eine Signal-Dekodierung und eine Sendererkennung ausführen kann.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, jeweils vor und hinter der Übertragungsleitung (3) jeweils ein Kondensator (C1, C2) als ESD- und/oder EMC-Schutz angeschlossen ist.