DE10325246B3

DE10325246B3 - Elektronische Zugangskontrollvorrichtung

Info

Publication number: DE10325246B3
Application number: DE2003125246
Authority: DE
Inventors: Dirk Hansen-Rüther; Bernd Steegmann; Andreas Van Den Boom
Original assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Current assignee: Huf Huelsbeck and Fuerst GmbH and Co KG
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: WO2004107276A1

Abstract

Bei einer elektronischen Zugangskontrollvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem elektronischen Schlüssel (2), mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung, mindestens einer für den Zugang einer Person zu öffnenden Tür (4, 6) oder Klappe (8) des Kraftfahrzeuges mit einem Schloss (10), und einem in dem Innenraum (5) des Kraftfahrzeuges (1) angeordneten Steuergerät (14), das eine Kommunikation mit dem elektronischen Schlüssel (2) durchführt, wobei eine Schlossentriegelung des mindestens einen Schlosses (10) durch das Steuergerät (14) erfolgt, wenn die gesendeten Antwortsignale des elektronischen Schlüssels (2) mit in dem Steuergerät (14) gespeicherten Identifikationsdaten übereinstimmen, ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug (1) mindestens drei verteilt angeordnete Antennen (18, 20, 22) aufweist, die jeweils ein relativ zu dem Kraftfahrzeug (1) ortsfestes Magnetfeld erzeugen, dass der elektronische Schlüssel (2) drei orthogonal zueinander ausgerichtete Antennen (26, 28, 30) aufweist, so dass der elektronische Schlüssel (2) Intensität und Richtung der empfangenen Magnetfelder an das Steuergerät (14) zurücksenden kann, und dass das Steuergerät (14) aus den erhaltenen Ortsvektorsignalen der Antennen (26, 28, 30) des elektronischen Schlüssels (2), die die Intensität und Richtung jedes empfangenen Magnetfeldes anzeigen, die Position des elektronischen Schlüssels ortet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zugangskontrollvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Zugangskontrollsystem wird bei Kraftfahrzeugen bei sogenannten schlüssellosen Zugangssystemen (keyless entry systems) benötigt, bei dem kein mechanischer Schlüssel mehr erforderlich ist und die Zugangsberechtigung mittels einer elektronischen Kommunikation zwischen einem Steuergerät und einem elektronischen Schlüssel geprüft wird.
Ein solcher elektronischer Schlüssel wird häufig auch als Transponder oder ID-Geber bezeichnet.

Bei derartigen Schließsystemen ( DE 196 17 038 A1 ) ist es bekannt, einer Person einen Zugang zu einem Fahrzeug nach einer Datenabfrage eines elektronischen Schlüssels als Datenträger zu gestatten. Die Datenabfrage kann beispielsweise durch eine Schalteinrichtung am Türgriff oder im Bereich eines Türgriffs ausgelöst werden. Hat eine Person die Datenabfrage des elektronischen Schlüssels durch ein Steuergerät ausgelöst, beginnt das Steuergerät mit einer Sende-/Empfangs einrichtung den Abfragezyklus im Rahmen einer bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Steuergerät und dem elektronischen Schlüssel. Der elektronische Schlüssel empfängt den Befehl zur Datenabfrage im Abfragezyklus und eine Sende- und Empfangseinrichtung in dem elektronischen Schüssel übermittelt die angeforderten Daten als Antwortsignal an das Steuergerät. Eine Schlossentriegelung mindestens eines Türschlosses erfolgt durch das Steuergerät, wenn die gesendeten Antwortsignale des elektronischen Schlüssels mit in dem Steuergerät gespeicherten Identifikationsdaten übereinstimmen.

Dabei ist es aus dem obigen Stand der Technik auch bekannt, den Türgriff mit einem Näherungssensor zu versehen, so dass die bidirektionale Kommunikation bereits bei Annäherung der Hand einer Person an einen Türgriff ausgelöst wird.

Bei derartigen elektronischen Zugangskontrollvorrichtungen ist es von Bedeutung, die Position des elektronischen Schlüssels zu orten, da beispielsweise eine Wegfahrsperre nur dann entschärft werden soll und weitere Fahrzeugfunktionen nur dann freigegeben werden sollen, wenn sich der elektronische Schlüssel im Fahrzeug befindet.

Desweiteren soll die elektronische Zugangsvorrichtung einen Missbrauch, z.B. durch eine Funkstreckenverlängerung, verhindern.

Die Offenlegungsschrift DE 101 46 037 A1 beschreibt ein Schließsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das Schließsystem besteht aus zwei Einrichtungen, wobei die erste Einrichtung ein Wecksignal und ein Bereichsabgrenzungssignal zu der zweiten Einrichtung sendet. Dabei kann mit Hilfe des Bereichsabgrenzungssignals der Standort der zweiten Einrichtung bestimmt werden, so dass die erste Einrichtung einen Steuervorgang vornehmen kann.

In DE 199 43 233 A1 ist eine schlüssellose Betätigungs- und/oder Schließeinrichtung für Kraftfahrzeuge beschrieben. Dabei findet ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen einer fahrzeugseitigen Sende/Empfangseinheit und einer beiderseitigen Sende/Empfangseinheit statt. Zur Darstellung einer dreidimensionalen Sende/Empfangscharakteristik weist eine Sende/Empfangsantenneneinrichtung drei oder mehrere räumlich angeordnete einzelne Antennen auf.

In DE 100 63 792 A1 wird ein räumlich allseitig wirksamer Transponder von geringer Abmessung beschrieben, bei dem durch das Aufbringen von Wicklungen und/oder schichtförmigen Leiterbahnen auf das Gehäuse Antennen ausgebildet sind. Dieser Transponder ist besonders für die Verwendung in schlüssellosen Schließanlagen im Kraftfahrzeug geeignet.

In DE 198 45 649 A1 wird eine schlüssellose Zugangs und/oder Fahrberechtigungskontrolleinrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Diese weist eine kraftfahrzeugseitige Sende/Empfangseinheit und einen mobilen Identifikationsgeber auf. Die kraftfahrzeugseitige Sende/Empfangseinrichtung weist zwei unterschiedlichen Fahrzeugseiten zugeordnete Sendermodule zum Senden eines Signals auf einer niederfrequenten Funkstrecke und einer Empfangseinheit zum Empfangen eines von dem Identifikationsgeber gesendeten Antwortsignals auf.

Nachteilig bei dem genannten Stand der Technik ist, dass ein Missbrauch durch eine Funkstreckenverlängerung nicht verhindert wird und zudem eine genaue Ordnung des elektronischen Schlüssels nicht ermöglicht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Zugangskontrollvorrichtung sowie ein Verfahren zur Zugangskontrolle bei einem Kraftfahrzeug zu schaffen, bei denen eine genaue Ortung des elektronischen Schlüssels ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass das Kraftfahrzeug mindestens drei verteilt angeordnete Antennen aufweist, die jeweils ein relativ zu dem Kraftfahrzeug ortsfestes Magnetfeld erzeugen. Der elektronische Schlüssel weist drei orthogonal zueinander ausgerichtete Antennen auf, so dass in bezug auf jedes empfangene Magnetfeld ein Feldvektorsignal erzeugt werden kann, das die Intensität und Richtung der empfangenen Magnetfelder erfasst, wobei die Vektorsignale an das Steuergerät zurückgesendet werden.

Das Steuergerät kann dann aus den erhaltenen Feldvektorsignalen der Antennen des elektronischen Schlüssels, die die Intensität und Richtung des empfangenen Magnetfeldes anzeigen, die Position des elektronischen Schlüssels orten.

Das Steuergerät kann beispielsweise bei Detektion einer Annäherung einer Person an den Griff einer Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe, an die Fahrzeugspiegel, oder an die Fahrzeugtür oder Fahrzeugklappe, bei Betätigung des Griffs der Tür oder Klappe, bei Betätigung einer Fahrzeugbremse und/oder einer Starteinrichtung des Kraftfahrzeuges die Kommunikation mit dem Abfragezyklus für den elektronischen Schlüssel starten.

Das Abfragesignal der am Kraftfahrzeug angeordneten Antennen an den elektronischen Schlüssel ist ein LF-Signal und das Antwortsignal des elektronischen Schlüssels an das Steuergerät ist ein HF- oder ein LF-Signal. LF-Signale mit einer Frequenz von 120 bis 140 kHz, vorzugsweise 125 kHz, sind abhörsicher. Das Antwortsignal des elektronischen Schlüssels an das Steuergerät kann ein HF-Signal, z.B. 400 MHz, oder eine LF-Signal sein. Für das Antwortsignal können Funkwellen oder Ultraschallwellen verwendet werden.

Die Ortung der Position des elektronischen Schlüssels wird dadurch ermöglicht, dass, wenn der elektronische Schlüssel sich in einem von dem Kraftfahrzeug gesendeten Magnetfeld liegt, jede Antenne des elektronischen Schlüssels Messwerte liefert, aus denen ein Feldvektorsignal gebildet werden kann, das Intensität und Richtung des Magnetfeldes angibt. Im Innenraum erreichen alle Antennen den elektronischen Schlüssel. Die von den Antennen des Kraftfahrzeuges gesendeten Magnetfelder werden nacheinander aktiviert, so dass nacheinander die Feldvektorsignale von dem elektronischen Schlüssel an das Steuergerät zurückgesendet werden, mit denen die exakte Ortung des elektronischen Schlüssels ermöglicht wird.

Von der Orientierung des elektronischen Schlüssels unabhängige Sollwerte der Feldvektorsignale für definierte Positionen des elektronischen Schlüssels können in einem Kennfeld in dem Steuergerät gespeichert sein. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die von den Antennen des Kraftfahrzeuges erzeugten Magnetfelder nicht einem idealen Magnetfeld entsprechen. Auf diese Weise können Fehler aufgrund von Feldlinienverschiebungen ausgeglichen werden. Beispielsweise kann der Innenraum des Kraftfahrzeuges, aber auch das nähere Umfeld des Kraftfahrzeuges, in Kuben unterteilt sein, in denen die Feldvektorsignale des elektronischen Schlüssels gemessen werden und anschließend in dem Kennfeld den Kuben zugeordnet gespeichert werden.

Die Antennen des Kraftfahrzeuges sind vorzugsweise in den B- und/oder C-Säulen des Kraftfahrzeuges angeordnet. An diesen Stellen ist die Erzeugung von relativ zu dem Kraftfahrzeug ortsfesten Magnetfeldern sichergestellt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer elektronischen Zugangskontrollvorrichtung. Die elektronische Zugangskontrollvorrichtung weist einen elektronischen Schlüssel 2 mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung auf, die LF-Signale empfangen und senden kann. Die Sende- und Empfangseinrichtung kann auch zusätzlich HF-Signale empfangen und senden. LF-Signale werden für einen Abfragezyklus der bidirektionalen Kommunikation benötigt.
Das Kraftfahrzeug 1 weist für den Zugang einer Person zu öffnende Fahrzeugtüren 4,6 auf sowie mindestens eine Fahrzeugklappe, z.B. einen Kofferraumdeckel 8 oder eine Heckklappe. Die Türen 4,6 und Klappen 8 des Kraftfahrzeugs 1 sind mit einem Schloss 10 und einem Griff 12 versehen.
Die Türgriffe oder Griffe für Klappen können wie beispielsweise in der DE 196 17 038 beschrieben mit einem kapazitiven Sensor versehen sein, so dass bereits eine Annäherung an den Türgriff 12 detektiert werden kann.
Es versteht sich, dass derartige Näherungssensoren auch in den Fahrzeugspiegeln 9 oder an den Klappen 8 oder an sonstigen Stellen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Wird eine Annäherung einer Person von einem derartigen Näherungssensor festgestellt oder wird der Griff einer Tür oder einer Klappe betätigt, startet die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 14 und dem elektronischen Schlüssel 2 mit einem Abfragezyklus. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Betätigung einer Fahrzeugbremse und/oder einer Starteinrichtung des Kraftfahrzeuges 1 detektiert werden.
Nach dem Start des Abfragezyklus sendet der elektronische Schlüssel 2 ein Antwortsignal, wobei eine Schlossentriegelung eines an den Türen 4,6 oder Klappen 8 vorgesehenen Schlosses 10 durch das Steuergerät 14 erfolgt, wenn die gesendeten Antwortsignale des elektronischen Schlüssels mit in dem Steuergerät 14 gespeicherten Identifikationsdaten übereinstimmen.
In der einzigen Figur sind am Kraftfahrzeug 1 im hinteren Bereich, z.B. unter der Hutablage sowie in den als B-Säulen bezeichneten Dachholmen Antennen 18,20,22 angeordnet, die jeweils ein relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 ortsfestes Magnetfeld zu Beginn der bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Steuergerät 14 und dem elektronischen Schlüssel 2 erzeugen. Hierzu werden die Antennen 18,20,22 von dem Steuergerät 14 aufgrund eines Startsignals 31 nacheinander dazu veranlasst, ein LF-Signal mit beispielsweise 125 kHz zu senden.
Das Steuergerät 14 startet nacheinander die Sendung von LF-Signalen 32 über die Antennen 18,20,22 an den elektronischen Schlüssel 2, der mit einem HF- oder LF-Signal 34 an das Steuergerät 14 antwortet.
Das Startsignal 31 des Steuergerätes 14 ist in der einzigen Figur nur in Bezug auf die Antenne 20 eingezeichnet, wird aber nacheinander an alle Antennen 18,20,22 gesendet.
Der elektronische Schlüssel 2 empfängt nacheinander die Magnetfelder der drei Antennen 18,20,22 mit Hilfe von drei orthogonal zueinander ausgerichteten Antennen 26,28,30. Die Antennen 26,28,30 empfangen somit das Magnetfeld in allen drei Raumachsen, wodurch ein Feldvektorsignale, die Richtung und Intensität des Magnetfeldes angeben, gebildet und an das Steuergerät 14 gesendet werden können.
Die drei Antennen 26,28,30 des elektronischen Schlüssels 2 messen Intensität und Richtung des jeweils empfangenen Magnetfeldes und senden entsprechende Feldvektorsignale über ein HF- oder LF-Signal an das Steuergerät 14. Aufgrund der drei auf die jeweiligen Magnetfelder bezogenen Feldvektorsignale lässt sich die Position des elektronischen Schlüssels 2 exakt bestimmen, wobei sich auch feststellen lässt, ob sich der elektronische Schlüssel 2 im Kofferraum des Kraftfahrzeugs 1 oder außerhalb befindet. Aus der zeitlich versetzten Messung von Spulenfeldern (Feldwinkel, Feldbeträge), im elektronischen Schlüssel 2 lassen sich mehrere charakteristische Größen ermitteln, die unabhängig von der räumlichen Orientierung des elektronischen Schlüssels 2 sind jedoch abhängig vom Ort.
Das Verfahren zur Ortsbestimmung basiert auf der Ausnutzung der ortsabhängigen Struktur magnetischer Spulenfelder. Zu diesem Zweck werden mindestens drei Antennen 18,20,22 (Spulen) nacheinander angesteuert, welche folglich nacheinander ein Feld, eventuell mit individueller Kennung, abstrahlen. Die vom elektronischen Schlüssel 2 gemessenen Feldvektoren sind ortsabhängig und können daher zur Ortsbestimmung genutzt werden. Damit stehen drei Winkeldifferenzen und drei Vektorbeträge bzw. zwei Betragsverhältnisse zur Verfügung um den Ort (x,y,z) zu bestimmen. Da der elektronische Schlüssel 2 während seiner Messung beliebig gedreht sein darf, muss ein mathematisches Verfahren bzw. Filter verwendet werden, welches die drehungsabhängigen Messwerte auf drehungsunabhängige Größen abbildet. Hierzu werden Feldvektorbeträge und Winkeldifferenzen zwischen jeweils zwei Feldvektoren genutzt.
Es können auch jeweils zwei Antennen in den als B-Säulen bezeichneten Dachholmen 38 und zwei Antennen in den als C-Säulen bezeichneten Dachholmen 40 angeordnet sein, wobei maximal zwei Antennen ihr Magnetfeld nach innen in den Innenraum 5 aussenden. Die weiteren beiden Antennen sind nach außen gerichtet.
Als Zusatzfunktion kann vorgesehen sein, dass nur die Tür 4,6 in der Nähe des elektronischen Schlüssels 2 geöffnet wird.

Claims

Elektronische Zugangskontrollvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (1), mit – einem elektronischen Schlüssel (2) mit mindestens einer Sende- und Empfangseinrichtung, – mindestens einer für den Zugang einer Person zu öffnenden Tür (4,6) oder Klappe (8) des Kraftfahrzeuges mit einem Schloss (10), und – einem in dem Innenraum (5) des Kraftfahrzeuges (1) angeordneten Steuergerät (14), das eine Kommunikation mit dem elektronischen Schlüssel (2) durchführt, – wobei eine Schlossentriegelung des mindestens einen Schlosses (10) durch das Steuergerät (14) erfolgt, wenn die gesendeten Antwortsignale des elektronischen Schlüssels (2) mit in dem Steuergerät (14) gespeicherten Identifikationsdaten übereinstimmen, dadurch gekennzeichnet, – dass das Kraftfahrzeug (1) mindestens drei verteilt angeordnete Antennen (18,20,22) aufweist, die jeweils ein relativ zu dem Kraftfahrzeug (1) ortsfestes Magnetfeld erzeugen, – dass der elektronische Schlüssel (2) drei orthogonal zueinander ausgerichtete Antennen (26,28,30) aufweist, so dass der elektronische Schlüssel (2) Intensität und Richtung der empfangenen Magnetfelder an das Steuergerät (14) zurücksenden kann, und – dass das Steuergerät (14) aus den erhaltenen Feldvektorsignalen der Antennen (26,28,30) des elektronischen Schlüssels (2), die die Intensität und Richtung jedes empfangenen Magnetfeldes anzeigen, die Position des elektronischen Schlüssels ortet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) bei Annäherung einer Person an das Kraftfahrzeug (1) oder einem Teil des Kraftfahrzeuges (1) oder bei Betätigung eines Teils des Kraftfahrzeuges (1) die Kommunikation mit einem Abfragezyklus für den elektronischen Schlüssel (2) startet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abfragesignal (32) der am Kraftfahrzeug (1) angeordneten Antennen (18,20,22) im Abfragezyklus der Kommunikation ein LF-Signal ist und das Antwortsignal (34) des elektronischen Schlüssels (2) an das Steuergerät (14) ein HF- oder LF-Signal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) aus den von dem elektronischen Schlüssel (2) gesendeten Feldvektorsignalen in Relation zu den mindestens drei Magnetfeldern die Position des elektronischen Schlüssels (2) bestimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der Orientierung des elektrischen Schlüssels (2) unabhängige Sollwerte der Feldvektorsignale für unterschiedliche Positionen des elektronischen Schlüssels (2) relativ zu dem Kraftfahrzeug (1) in einem Kennfeld (15) in dem Steuergerät (14) gespeichert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen (18,20,22) des Kraftfahrzeuges in den hinteren und/oder mittleren Dachholmen (38,40) des Kraftfahrzeuges (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) in dem Abfragezyklus jedes Magnetfeldes nacheinander aktiviert und die Feldvektorsignale des elektronischen Schlüssels (2) für jedes Magnetfeld nacheinander abfragt.
Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Zugangskontrollvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Zugangskontrolle bei einem Kraftfahrzeug (1), bei dem – für den Zugang einer Person ein in dem Innenraum (5) des Kraftfahrzeuges angeordnetes Steuergerät (14) eine codierte bidirektionale Kommunikation mit einem elektronischen Schlüssel (2) beginnt, – wobei eine Schlossentriegelung eines Schlosses (10) des Kraftfahrzeuges (1) durch das Steuergerät (14) erfolgt, wenn in einem Abfragezyklus der Kommunikation die gesendeten Antwortsignale (34) des elektronischen Schlüssels (2) mit in dem Steuergerät (14) gespeicherten Identifikationsdaten übereinstimmen, dadurch gekennzeichnet, – dass im Kraftfahrzeug (1) mindestens drei relativ zum Kraftfahrzeug (1) ortsfeste Magnetfelder erzeugt werden, – wobei in dem elektronischen Schlüssel (2) von drei orthogonal zueinander ausgerichtete Antennen (26,28,30) jeweils Feldvektorsignale in Bezug auf alle Magnetfelder erzeugt werden und an das Steuergerät (14) zurückgesendet werden, und – wobei von dem Steuergerät (14) aus den erhaltenen Feldvektoren aller Antennen (26,28,30) des elektronischen Schlüssels (2), die die Intensität und Richtung jedes empfangenen Magnetfeldes anzeigen, die Position des elektronischen Schlüssels (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion der Annäherung einer Person an das Fahrzeug (1) oder einem Teil des Kraftfahrzeuges (1) oder bei Betätigung eines Teils des Kraftfahrzeuges (1) die Kommunikation mit einem Abfragezyklus für den elektronischen Schlüssel (2) gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abfragezyklus der Kommunikation ein LF-Signal als Abfragesignal (32) an den elektronischen Schlüssel (2) und ein HF-Signal oder ein LF-Signal als Antwortsignal (34) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus den von dem elektronischen Schlüssel (2) gemessen Feldvektoren in bezug auf die mindestens drei Magnetfelder die Position des elektronischen Schlüssels bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass von der Orientierung des elektrischen Schlüssels (2) unabhängige Sollwerte der Feldvektorsignale für Positionen des elektronischen Schlüssels (2) in einem Kennfeld (15) in dem Steuergerät (14) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abfragezyklus die Magnetfelder nacheinander erzeugt werden und die Feldvektorsignale des elektronischen Schlüssels (2) für jedes Magnetfeld nacheinander abfragt werden.