DE112014006819B4 - Verfahren und system zum erkennen von weterleitungs-angriffen für ein passives zugangssystem - Google Patents

Abstract

Auswerteeinrichtung für ein passives Zugangssystem eines Fahrzeugs, wobei die Auswerteeinrichtung Folgendes aufweist:- eine Verbindungsschnittstelle zum Empfangen von Signalen von einem Ultrabreitband-Sendeempfänger und zum Senden von Signalen an den Ultrabreitband-Sendeempfänger,- eine Berechnungseinheit, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein codiertes Ultrabreitbandsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um das codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen ersten Signalstärkewert eines ersten Niederfrequenzsignals von dem codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine erste Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert abzuleiten,- wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein Ultrabreitband-Messsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um einen Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten und um eine zweite Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt abzuleiten,- und die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu vergleichen, und um eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu bestimmen.

Description

• Die vorliegende Patentschrift betrifft intelligente Schlüssel und insbesondere intelligente Schlüssel, die einen passiven Zugang zu einer Fahrzeugtür ermöglichen, wie beispielsweise im Rahmen eines passiven Zugangssystems oder PASE- (Passive Start and Entry) Schlüsselsystem. Ein PASE-System ist auch als PEPS-(Passive Entry Passive Start) System bekannt.
• Passive Keyless Entry and Start Systeme (PKES-Systeme), die auch als Passive Start and Entry Systeme (Passives Start- und Zugangssystem: PASE-Systeme) bezeichnet werden, ermöglichen es Benutzern, ihre Fahrzeuge mit ihrem Fahrzeugschlüssel in ihrer Tasche zu öffnen und zu starten. Dieses Merkmal ist für die Benutzer sehr bequem, da sie nicht nach ihren Schlüsseln suchen müssen, wenn sie auf ihr Fahrzeug zugehen oder sich auf das Starten des Fahrzeugs vorbereiten. Passive Entry (passiver Zugang) ist insbesondere vorteilhaft, wenn beide Hände des Benutzers bzw. Fahrers beschäftigt sind, zum Beispiel beim Tragen von Einkaufstüten mit beiden Händen oder beim Halten eines Koffers und eines Kinderwagens, eines Mobiltelefons und eines Koffers usw. Er ist auch bequem, wenn die Außentemperaturen sehr kalt sind.
• Ultrabreitband (Ultra-Wideband - UWB) bezeichnet eine Funktechnologie, die durch ein sehr niedriges Energieniveau für Kommunikationen über eine geringe Reichweite mit hoher Bandbreite gekennzeichnet ist, die einen großen Abschnitt des Funkspektrums verwenden. Im Gegensatz zu Spreizspektrum-Funktechnologien, die eine Bandbreite von einigen wenigen 100 Kilohertz (kHz) bis zig Megahertz (MHz) erreichen, werden UWB-Signale über einige wenige Gigahertz (GHz) gespreizt, wobei sie relative Bandbreiten von 25 bis 100% erreichen. Gemäß einer Definition ist ein Frequenzbereich von einem UWB-Sender größer oder gleich dem kleineren von 500 MHz oder 20% einer Mittenfrequenz. Ein Frequenzbereich von UWB-Funksendung liegt typischerweise im Gigahertz-Bereich. Gemäß einem Report and Order (Bericht und Anweisung) der US-amerikanischen Federal Communications Commission (US-Bundeskommunikationskommission: FCC) vom Februar 2002 ist eine Verwendung von UWB im Frequenzbereich von 3,1 bis 10,6 GHz ohne Lizenz erlaubt.
• Die Druckschrift DE 10 2014 204 064 A1 beschreibt ein Fahrzeugfernfunktionssystem zum Bestimmen von Orten eines Schlüsselanhängers relativ zu einem Fahrzeug.
• Die Druckschrift DE102005062455A1 zeigt ein drahtloses Objektbenutzungs-Authentifizierungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger, die über eine Funkverbindung miteinander kommunizieren können. Dabei ist vorgesehen, dass der Frequenzbereich der Funkverbindung im Ultrabreitband-Bereich liegt.
• Die Druckschrift DE10212648A1 zeigt ein Identifikationssystem zum Nachweis einer Berechtigung für den Zugang zu einem Objekt oder die Benutzung eines Objekts, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Auswertung für ein passives Zugangssystem oder auch ein passives Zugangs- und Startsystem eines Fahrzeugs bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird für eine Auswerteeinrichtung, ein entsprechendes passives Zugangssystem, einen Fahrzeugschlüssel bzw. Schlüssel, ein Verfahren zum Erkennen eines Relay-Angriffs bzw. Weiterleitungsangriffs, ein Computerprogramm und ein elektronisches Bauelement zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Auswerteeinrichtung für ein passives Zugangssystem (Passive Entry System) eines Fahrzeugs offenbart. Die Auswerteeinrichtung weist eine Verbindungsschnittstelle zum Empfangen von Signalen von einem Ultrabreitband-Sendeempfänger und zum Senden von Signalen an den Ultrabreitband-Sendeempfänger und wahlweise eine zweite Verbindungsschnittstelle zum Senden von Signalen an eine Niederfrequenzantenne eines Niederfrequenz-Sendeempfängers auf. Die erste und die zweite Verbindungsschnittstelle können durch eine einzige Verbindungsschnittstelle, zum Beispiel durch eine Verbindungsschnittstelle zu einem Datenbus eines Fahrzeugs, bereitgestellt werden, wie beispielsweise einem CAN-Bus, einem LIN- oder einem Flexray-Bus.
• In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet, um Signale für einen Niederfrequenz-Sendeempfänger zu erzeugen. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung elektrisch mit einem elektronischen Bauelement des Fahrzeugs verbunden, das mit einem Niederfrequenz-Sendeempfänger verbunden ist.
• Die Auswerteeinrichtung kann eine Berechnungseinheit aufweisen. Als Beispiel kann die Berechnungseinheit elektronische Bauelemente aufweisen, wie beispielsweise eine oder mehrere integrierte Schaltungen, einen Mikroprozessor, Spezialschaltungen, Computerspeicher mit einem maschinenlesbaren Code oder irgendwelche Kombinationen davon, wobei die vorhergehend genannten elektronischen Bauelemente auf zweckmäßige Art und Weise miteinander verbunden sind. Die elektronischen Bauelemente der Auswerteeinrichtung sind auf zweckmäßige Art und Weise ausgestaltet, um die Funktionalität der Auswerteeinrichtung bereitzustellen. Mit Bezug auf die Auswerteeinrichtung wird diese Eigenschaft auch als Betriebsfähigkeit zum Bereitstellen der Funktionalität bezeichnet.
• Die Berechnungseinheit kann dafür eingerichtet sein, um ein codiertes Ultrabreitbandsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um das codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen ersten Signalstärkewert eines ersten Niederfrequenzsignals von dem codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine erste Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert abzuleiten. Hier werden mit „Schlüssel-Entfernungsmessung“ ein oder mehrere Zahlenwerte bezeichnet, die eine auf Entfernung zwischen einem Fahrzeug oder einem Ort in oder an dem Fahrzeug und einem Schlüssel bzw. Fahrzeugschlüssel hinweisen.
• Hier wird mit codiertem Ultrabreitbandsignal auch irgendein Signal bezeichnet, das von einem Ultrabreitbandsignal abgeleitet wird, zum Beispiel ein digitales Signal, das von dem empfangenen Ultrabreitbandsignal durch Auslesen von Symbolen von einem elektromagnetischen Signal abgeleitet wird. Das codierte Signal codiert eine Signalstärke eines Niederfrequenzsignals, zum Beispiel durch einen RSSI (Received Signal Strength Indicator: empfangener Signalstärkewert)-Wert, der durch Zahlenwerte, wie beispielsweise 10, 20, 30 usw., dargestellt werden kann.
• Die Berechnungseinheit kann ferner dafür eingerichtet sein, um ein Ultrabreitband-Messsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um einen Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten und um eine zweite Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt abzuleiten. Das Messsignal eignet sich zur Messung einer Entfernung, zum Beispiel indem es eine impulsartige Signalform aufweist. In einer Ausführungsform unterscheidet sich das Messsignal von dem codierten Ultrabreitbandsignal. Insbesondere kann das Messsignal einem Ultrabreitband-Messungsanfragesignal der Auswerteeinrichtung vor dem Empfangen des Ultrabreitband-Messsignals entsprechen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das codierte Ultrabreitbandsignal als das Ultrabreitband-Messsignal verwendet. Zum Beispiel kann ein codiertes Ultrabreitbandsignal verwendet werden, um eine Entfernung zu einem Schlüssel unter Verwendung eines Empfangszeitunterschiedsverfahrens zu bestimmen.
• Die Berechnungseinheit kann ferner dafür eingerichtet sein, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu vergleichen, und um eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu bestimmen. Ferner bestimmt die Berechnungseinheit, ob eine Entriegelungsbedingung erfüllt ist, und sendet ein entsprechendes Entriegelungssignal. Als Beispiel ist die Entriegelungsbedingung erfüllt, wenn das UWB-Messsignal empfangen wird und keine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Schlüsselanhänger-Entfernungsmessung vorhanden ist. In anderen Ausführungsformen kann die Entriegelungsbedingung weitere Bedingungen aufweisen.
• Insbesondere kann eine Nichtübereinstimmung der Entfernung erkannt werden, wenn eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, wobei der Schwellenwert von weiteren Bedingungen abhängig sein kann, die die Genauigkeit der Entfernungsmessung angeben.
• In einer bestimmten Ausführungsform kann die Berechnungseinheit dafür eingerichtet sein, um den Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals von einer Signalform des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten, zum Beispiel durch Bestimmen einer ansteigenden Flanke des Signals.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet, um ein Ultrabreitband-Messungsanfragesignal zu senden, und die Berechnungseinheit ist betriebsfähig, um eine Zeitdifferenz zwischen einem Sendezeitpunkt des Ultrabreitband-Messungsanfragesignals und einem Empfangszeitpunkt des entsprechenden Ultrabreitband-Messsignals zu berechnen und um eine Laufzeit von der Zeitdifferenz abzuleiten.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die eine Nichtübereinstimmung zwischen NF-Signalstärken von empfangenen NF-Signalen berücksichtigt, ist die Berechnungseinheit dafür eingerichtet, um ein zweites codiertes Ultrabreitbandsignal zu empfangen, um das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen zweiten Signalstärkewert von einem zweiten Niederfrequenzsignal von dem zweiten codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine dritte Schlüssel-Entfernungsmessung von dem zweiten Signalstärkewert abzuleiten.
• Ein Ultrabreitbandempfänger eines Fahrzeugs empfängt das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu einem späteren Zeitpunkt als das erste codierte Ultrabreitbandsignal. Das zweite Niederfrequenzsignal, das in dem zweiten codierten Ultrabreitbandsignal codiert ist, wird von einem Niederfrequenzsignal abgeleitet, das zu einem späteren Zeitpunkt als das erste Niederfrequenzsignal gesendet wird.
• Die Berechnungseinheit ist ferner dafür eingerichtet, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der dritten Schlüssel-Entfernungsmessung zu vergleichen, und um zu bestimmen, ob eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der dritten Schlüssel-Entfernungsmessung und der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung vorliegt. Gemäß einer Ausführungsform wird die Nichtübereinstimmung der Entfernung erkannt, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Schlüssel in einer vorbestimmten Zeit kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die Wellenfronten eines elektromagnetischen Signals von einem Ultrabreitbandsender eines Schlüssels verwendet, um eine Entfernungsmessung des Schlüssels gemäß einem Empfangszeitunterschiedsverfahren zu bestimmen, ist die Berechnungseinheit dafür eingerichtet, um ein erstes Messsignal von einer ersten Ultrabreitbandantenne zu empfangen, um ein zweites Messsignal von einer zweiten Ultrabreitbandantenne zu empfangen und um ein drittes Messsignal von einer dritten Ultrabreitbandantenne zu empfangen. Die erste, die zweite und die dritte Ultrabreitbandantenne sind an zweckmäßigen Orten in einem Fahrzeug angeordnet.
• Das erste, das zweite und das dritte Messsignal entsprechen Wellenformen des gleichen elektromagnetischen Signals. Die Berechnungseinheit kann ferner dafür eingerichtet sein, um eine Schlüssel-Entfernungsmessung von Empfangszeitunterschieden zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Messsignal zu berechnen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein passives Zugangssystem (Passive Entry System) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Niederfrequenz (NF) -Sender zum Senden eines Niederfrequenzsignals. Eine Antenne des NF-Sendeempfängers ist in oder an einer Tür des Fahrzeugs oder neben ihr bereitgestellt. Insbesondere kann die Tür eine Fahrertür neben einem Fahrersitz sein.
• Das passive Zugangssystem weist ferner einen Ultrabreitband-Sendeempfänger auf, der mit der Verbindungsschnittstelle der Auswerteeinrichtung verbunden ist.
• Das passive Zugangssystem weist ferner einen Fahrzeugschlüssel bzw. Schlüssel mit einem Niederfrequenz-Sendeempfänger (NF), einen Ultrabreitband-Sendeempfänger und eine Auswerteeinheit auf, die auf zweckmäßige Art und Weise miteinander verbunden sind.
• Die Auswerteeinrichtung ist dafür eingerichtet, um einen Signalstärkewert, wie beispielsweise einen RSSI-Wert, eines empfangenen NF-Signals zu bestimmen.
• Ferner weist der Schlüssel Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in ein digitales Signal und ein Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger auf. Wenn eine Zwei-Wege-Laufzeitmessung (Two Way Time Of Flight - TOF) verwendet wird, ist der Schlüssel ausgebildet zum Empfangen eines Messungsanfragesignals und zum Senden eines Messungsantwortsignals nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung. Die Zeitverzögerung wird innerhalb einer erforderlichen Genauigkeit vorbestimmt, wie beispielsweise einer Genauigkeit von 1 Nanosekunde oder weniger.
• Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit dem vorhergehend genannten passiven Zugangssystem. Das Fahrzeug weist einen Niederfrequenz-Sendeempfänger mit einer Niederfrequenzantenne auf. Die Niederfrequenzantenne ist an einer Tür des Fahrzeugs, wie beispielsweise der Fahrertür, bereitgestellt.
• Eine Befehlsleitung des passiven Zugangssystems ist mit einem Schloss der Tür verbunden und das passive Zugangssystem kann dafür eingerichtet sein, um das Schloss als Reaktion auf ein Entriegelungssignal der Auswerteeinrichtung, das über die Befehlsleitung gesendet wird, zu entriegeln.
• Gemäß einer bestimmten Ausführungsform sendet die Auswerteeinrichtung das Entriegelungssignal, wenn die Berechnungseinheit der Auswerteeinrichtung bestimmt, dass keine Nichtübereinstimmung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung vorhanden ist.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Niederfrequenzantenne an einer Fahrzeugtür, insbesondere Fahrertür, bereitgestellt und der Niederfrequenz-Sendeempfänger weist eine zweite Niederfrequenzantenne und eine dritte Niederfrequenzantenne auf oder ist damit verbunden. Die zweite Niederfrequenzantenne ist an einer zweiten Tür bereitgestellt und die dritte Niederfrequenzantenne ist an einer Kofferraumtür des Fahrzeugs bereitgestellt. Wenn ein Bereich der Niederfrequenzsignale niedrig ist, hilft die Unterbringung von mehr als einer Niederfrequenzantenne beim Sicherstellen, dass die Niederfrequenzsignale einen größeren Bereich in der Nähe des Fahrzeugs abdecken.
• Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung einen Schlüssel bzw. Fahrzeugschlüssel (oder elektronischen Schlüssel) für ein passives Zugangssystem eines Fahrzeugs mit einem Niederfrequenz-Sendeempfänger, einem Ultrabreitband-Sendeempfänger und einer Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Signalstärkewerts eines empfangenen NF-Signals. Ferner weist der Schlüsselanhänger ein Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in ein digitales Signal und Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger auf.
• In einer weiteren Ausführungsform weist der Schlüssel Weitersendungsmittel zum Empfangen und Weitersenden eines UWB-Entfernungsmesssignals auf. In einer besonders einfachen Ausführungsform sind die Weitersendungsmittel durch Abschnitte einer Ultrabreitbandantenne des Schlüssels bereitgestellt. Unter anderem können die Weitersendungsmittel auch Mittel zum Erzeugen eines Antwortsignals, zum Verstärken des Antwortsignals oder zum Bestimmen einer Richtung eines Eingangssignals und zum Weitersenden eines entsprechenden Signals in im Wesentlichen die gleiche Richtung unter Verwendung von Antennenformung und/oder Strahlformung aufweisen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schlüssel ausgestaltet, um Energie von einem empfangenen NF-Signal an die Auswerteeinheit und an die Codierungsmittel zu übertragen, zum Beispiel durch Bereitstellen einer elektronischen Schaltung zum Speichern elektrischer Energie.
• In einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Relay-Angriffs bzw. Weiterleitungs-Angriffs in einem passiven Zugangssystem. Das Verfahren weist das Empfangen eines codierten Ultrabreitbandsignals, das Decodieren des codierten Ultrabreitbandsignals, das Ableiten eines ersten Signalstärkewerts eines ersten Niederfrequenzsignals von dem codierten Ultrabreitbandsignal und das Ableiten einer ersten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert auf.
• Ferner weist das Verfahren das Empfangen eines Ultrabreitband-Messsignals, das Ableiten eines Empfangszeitpunkts des Ultrabreitband-Messsignals und das Ableiten einer zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt auf. Das Ultrabreitband-Messsignal kann sich von dem codierten Ultrabreitbandsignal unterscheiden oder es kann das gleiche wie das codierte Ultrabreitbandsignal sein. In dem ersten Fall entspricht das Ultrabreitband-Messsignal einem Messungsanfragesignal, das von einer Ultrabreitbandantenne des Fahrzeugs ausgesendet wird und durch eine Ultrabreitbandantenne eines Schlüssels reflektiert oder weitergesendet wird, wobei die Weitersendung auch die Sendung eines entsprechenden Messungsantwortsignals aufweist.
• Das Verfahren weist ferner das Vergleichen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung und das Bestimmen einer Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung auf.
• Ferner offenbart die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm zum Ausführen des vorhergehend genannten Verfahrens und ein elektronisches Bauelement, das zum Ausführen des oben genannten Verfahrens ausgelegt ist. Insbesondere kann das elektronische Bauelement das vorhergehend genannte Computerprogramm oder Teile davon in einem maschinenlesbaren Datenträger aufweisen.
• Ein passives Zugangssystem bzw. ein PASE-System gemäß der vorliegenden Patentanmeldung kann Niederfrequenzsignale mit geringer Reichweite zur Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Schlüssel einsetzen. Gemäß einer ITU-Bezeichnung kann sich ein Frequenzbereich für NF-Funkwellen von 30 bis 300 kHz erstrecken. Ein Passive Entry/Passive Start System kann die NF-Signale zum Erkennen eines Orts des Schlüsselanhängers erkennen. Es erkennt, ob sich der Schlüssel in der Nähe des Fahrzeugs befindet und, wenn das System nicht nur ein Passive Entry, sondern auch ein Passive Start System ist, erkennt das System auch, ob der Schlüsselanhänger sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet.
• Gemäß einem Typ von passiven Zugangssystem bzw. PASE-Systemen gemäß der Erfindung misst der Schlüssel einen NF-Signalpegel (RSSI) während der Kommunikation mit dem Fahrzeug. Es erfasst die RSSI (empfangene Signalstärke) und sendet sie an das Fahrzeug zurück, das die RSSI analysiert, um die Position des Schlüsselanhängers zu bestimmen. Die Einheit zum Anzeigen der Stärke der Empfangssignale (Received Sigal Strength Indicator - RSSI) kann von einem Signal in der Zwischenfrequenzstufe (ZF-Stufe) vor dem ZF-Verstärker abgeleitet werden.
• In einer Ausführungsform, die ein Null-ZF-System aufweist, wird die RSSI von einem Signal in der Basisband-Signalkette vor dem Basisbandverstärker abgeleitet. RSSI-Ausgang wird häufig als analoge DC-Pegel bereitgestellt. Der RSSI-Ausgang kann auch durch einen internen Analog-Digital-Wandler abgetastet werden. Dadurch können die resultierenden Codes über einen peripheren oder einen internen Prozessorbus in digitaler Form verfügbar gemacht werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionierung kann ein Schlüssel drei diskrete Antennenspulen oder eine 3D-Spule verwenden, um die Feldstärken in den x-, y- und z-Achsen zu bestimmen.
• Gemäß einer bestimmten Ausführungsform ist eine UWB-Funksendung impulsbasiert und verwendet eine Impulsphasen- oder Impulszeitmodulation. Eines der Modulationsverfahren, das gegenwärtig für UWB-Funksignale verwendet wird, ist OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
• UWB-Systeme können eine hohe Bandbreite durch Senden einer impulsähnlichen Wellenform erreichen. Solche Wellenformen sind inhärent Breitband. Diese Eigenschaft kann mathematisch durch Darstellen der impulsähnlichen Wellenform durch ein Produkt einer Signalfunktion mit einer Fensterfunktion und Berechnen einer Fourier-Transformation davon bewiesen werden. Zum Beispiel wird das Produkt einer Sinusfunktion mit einem rechteckigen Fenster die Faltung einer Delta-Verteilung mit einer Sine-Funktion, was eine Sine-Funktion ergibt, die beliebig hohe Frequenzen enthält.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Impulse eines UWB-Signals verwendet werden, um eine Entfernung zwischen einem Sender und einem Empfänger zu schätzen, nachdem ein Sendezeitpunkt des Senders dem Empfänger bekannt ist. Dies kann durch Synchronisieren des Senders mit dem Empfänger mit hoher Genauigkeit oder unter Verwendung eines Zwei-Wege-Laufzeit-Verfahrens (Two-Way Time of Flight - TW-TF) bewerkstelligt werden. Gemäß einem TW-TF-Verfahren wird eine Laufzeit durch Subtrahieren von Antennenverzögerungen an dem Sender und an dem Empfänger von einer Signalantwortzeit erhalten. Die Entfernung kann dann durch Multiplizieren der Lichtgeschwindigkeit mit der Laufzeit berechnet werden.
• Als Beispiel entspricht eine UWB-Mittenfrequenz von 5 GHz einer Wellenlänge von 6 cm. So kann eine UWB-Entfernungsbestimmungsanwendung eine ungefähre Auflösung im Zentimeterbereich aufweisen. Eine Oszillation bei dieser Frequenz dauert 2 × 10^ (-10) Sekunden oder 200 Picosekunden. Aus diesem Grund ist es für eine UWB-Entfernungsbestimmungsanwendung wünschenswert, einen Takt mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von Picosekunden bereitzustellen. Ein typischer Betriebsbereich eines UWB-Entfernungsbestimmungssystems liegt im Bereich von mehreren hundert Metern.
• In Abhängigkeit von der Sendeleistung und den Gegenständen zwischen dem Fahrzeug und dem Schlüssel kann ein Bereich der UWB-Entfernungsmessung sich bis zu 100 Meter, 300 Meter oder sogar bis zu 1000 Meter erstrecken. Ferner kann die Verwendung von Ultrabreitbandsignalen Robustheit gegen Mehrwegeeffekte, Interferenz und Störungsversuche bereitstellen.
• Der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung wird nun mit mehr Details unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren erklärt. Es zeigen:
• 1 ein passives Zugangssystem, das eine Laufzeit-UWB-Entfernungsmessung zu einem Schlüssel verwendet, und ein entsprechendes Weiterleitungs- bzw. Relay-Angriffsszenario,
• 2 eine zweite Ausführungsform eines passiven Zugangssystems, das eine Empfangszeitunterschieds-UWB-Entfernungsmessung verwendet,
• 3 eine Veranschaulichung einer Entfernungsberechnung gemäß der Ausführungsform von 2 und
• 4 ein Verfahren zum Bestimmen einer Nichtübereinstimmung der Entfernung gemäß der Ausführungsform von 1.
• In der folgenden Beschreibung werden Details bereitgestellt, um die Ausführungsformen der vorliegenden Patentanmeldung zu beschreiben. Für den Fachmann sollte es indes offensichtlich sein, dass die Ausführungsformen ohne solche Details in die Praxis umgesetzt werden können.
• 1 zeigt ein passives Zugangssystem bzw. Passive Entry System 10. Das passive Zugangssystem weist Niederfrequenzantennen 8, 9, 11, einen Ultrabreitbandempfänger 12 in einem Personenkraftwagen 13 und einen elektronischen Schlüssel oder Schlüsselanhänger 14 auf, die auch als intelligenter Schlüssel 14 bezeichnet werden.
• Der Schlüssel 14 weist Bauelemente auf, die eine Passive-Entry-and-Start-Funktionalität bereitstellen. Die Bauelemente des Schlüssels 14, die in 1 bis 2 nicht gezeigt sind, weisen eine Berechnungseinheit, einen Sendeempfänger und eine Antenne auf. Ferner weist der Schlüssel 14 Fernsteuerungsknöpfe 15 für die manuelle Aktivierung von Start und Zugang (Start-and-Entry) und anderen Funktionen auf.
• Der Schlüssel 14 nimmt die Energie zum Erzeugen eines Antwortsignals von der elektromagnetischen Feldenergie der Eingangssignale und/oder von einer Batterie auf, die in dem Schlüssel 14 bereitgestellt ist. Insbesondere kann die NF-Kommunikation des Schlüssels 14 durch ein passives NF-RFID (RFID: Radio Frequency Identification = Identifizierung über Funk)-Bauelement bereitgestellt werden, das die Energie von dem empfangenen elektrischen Feld nutzt.
• Ferner veranschaulicht 1 den Betrieb des passiven Zugangssystems 10 während eines Relay-Angriffs.
• Ein Eindringling oder eine Bande von Eindringlingen führt einen Relay-Angriff durch die Verwendung einer gepaarten Menge von Funkvorrichtungen durch. Diese werden verwendet, um die Signale, die von dem Fahrzeug ausgesendet werden, und die Antworten von dem intelligenten Schlüssel abzufangen und ihre Reichweite auszuweiten, derart, dass der Schlüssel und das Fahrzeug glauben, dass sie sich innerhalb der erlaubten Betriebsreichweite befinden.
• Wenn ein Relay-Angriff erfolgreich ist, ist der Dieb oder „Eindringling“ in der Lage, in das Fahrzeug einzutreten und den Motor zu starten, wodurch die Bordsicherheit deaktiviert wird, ohne dass er den Originalschlüssel aufweist und ohne den Besitzer des Fahrzeugs zu warnen. Relay-Angriffe können in Abhängigkeit von der eingesetzten Ausrüstung und den Umgebungsbedingungen typischerweise über eine Entfernung von 100 bis 1,000 Metern ausgeführt werden.
• In 1 wird die erste Funkvorrichtung von der Menge von gepaarten Funkvorrichtungen als ein Sendeempfänger 20 oder „Sendeempfänger 1 der Eindringlinge“ bezeichnet und die zweite Funkvorrichtung von der Menge von gepaarten Funkvorrichtungen wird als der Sendeempfänger 21 oder „Sendeempfänger 2 der Eindringlinge“ bezeichnet. Der erste Sendeempfänger 20 weist eine NF-Antennenspule 26 zum einfacheren Aufnehmen des NF-Signals des Fahrzeugs 13 auf.
• Gemäß dem Szenario des Eindringens über einen Relay-Angriff positioniert ein erster Eindringling 23 sich und die Spule 26 des ersten Sendeempfängers 20 neben einer Fahrzeugtür und ist bereit, die Fahrzeugtür zu öffnen. Ein zweiter Eindringling 24 platziert sich und den zweiten Sendeempfänger 21 neben dem Fahrzeugbesitzer 25. Zum Beispiel kann der zweite Eindringling 24 neben dem Fahrzeugbesitzer 25 sitzen, der in einer Cafeteria neben einem Parkplatz sitzt und einen Kaffee trinkt.
• Die Elektronik des Fahrzeugs bewirkt, dass die NF-Antenne 11, entweder permanent oder als Reaktion auf ein Wecksignal, Anfragesignale sendet, was durch den ersten Eindringling 23 bewirkt wird. Das Wecksignal kann erzeugt werden, wenn sich eine Person an die Fahrzeugtür oder den Türgriff annähert oder versucht, am Türgriff zu ziehen.
• Der erste Eindringling 23 verwendet die NF-Spule, um die Anfragesignale des Fahrzeugs 13 aufzunehmen. Dieser Schritt ist in 1 mit „NF von Fahrzeug“ bezeichnet. Der Sendeempfänger 20 des ersten Eindringlings wandelt das empfangene NF-Signal in ein HF-Signal um und sendet es über einen privaten Kanal an den zweiten Sendeempfänger 21. Dieses Verfahren wird auch als „Relaying“ (Weiterleiten) des Signals über den privaten Kanal bezeichnet.
• Der zweite Sendeempfänger 21 des zweiten Eindringlings empfängt die HF-Signale über den privaten Kanal und wandelt sie zurück in NF-Sgnale um. Dieser Schritt ist in 1 mit „NF an Anhänger bzw. Schlüssel weitergeleitet“ bezeichnet.
• Wenn der zweite Eindringling 24 den zweiten Sendeempfänger 21 nahe genug an dem Schlüssel 14 platziert, empfängt der Schlüssel 14 die NF-Anfragesignale von dem zweiten Sendeempfänger 21 und verarbeitet sie auf die gleiche Art und Weise wie ein Anfragesignal, das er direkt von dem Fahrzeug 13 empfangen hätte.
• Nach dem Empfangen des NF-Anfragesignals misst der Schlüssel 14 die Signalstärke des empfangenen NF-Signals und sendet ein UWB-Antwortsignal zurück, in dem die Signalstärke des empfangenen NF-Signals codiert ist. Insbesondere kann der Schlüssel 14 die Signalstärke als einen RSSI-Pegel codieren.
• Der UWB-Empfänger 12 empfängt das UWB-Antwortsignal. Eine Fahrzeugelektronik, die mit dem UWB-Empfänger 12 verbunden ist, decodiert die RSSI-Signalstärke und leitet eine erste Entfernung zwischen dem Fahrzeug 13 und dem Schlüssel 14 von der RSSI-Signalstärke ab, die in dem empfangenen Signal codiert ist.
• Die Fahrzeugelektronik, die in 1 nicht gezeigt ist, weist unter anderem eine Motorsteuereinheit (Motor Control Unit - MCU) und eine Fahrzeugsteuereinheit (Vehicle Control Unit - VCU) auf. Die Sensoren des Fahrzeugs und die Fahrzeugelektronik sind zum Beispiel unter Verwendung eines Spezialdatenbusses, wie beispielsweise dem CAN-Bus, dem FlexRay-Bus oder anderen, elektrisch verbunden. Zusätzlich kann eine Spezialberechnungseinheit zur Handhabung der Signale des passiven Zugangssystems 10 bereitgestellt werden.
• Ferner führt eine Auswerteeinrichtung eine Zwei-Wege- Laufzeitmessung durch und leitet eine zweite Entfernung zwischen dem Fahrzeug 13 und dem Schlüssel 14 unter Verwendung des UWB-Antwortsignals des Schlüssels 14 ab. Die Auswerteeinrichtung vergleicht die erste und die zweite Entfernung und bestimmt, ob eine Nichtübereinstimmung der Entfernungen vorliegt.
• Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Auswerteeinrichtung mit einer Berechnungseinheit zum Empfangen, Verarbeiten und Aussenden von Ultrabreitbandsignalen eines Ultrabreitband-Sendeempfängers des Fahrzeugs 13 bereitgestellt. Die Auswerteeinrichtung kann als ein separates elektronisches Bauelement bereitgestellt werden, das mit der Fahrzeugelektronik verbunden ist, oder es kann in ein Bauelement der Fahrzeugelektronik, wie beispielsweise die Fahrzeugsteuereinheit, integriert sein. Die Auswerteeinrichtung kann ferner in der Lage sein, Niederfrequenzsignale von einem Niederfrequenz-Sendeempfänger des Fahrzeugs 13 zu empfangen, zu verarbeiten und zu senden.
• Gemäß einer Ausführungsform führt die Fahrzeugelektronik die UWB-Zwei-Wege-Laufzeit-Messung durch, nachdem sie ein Antwortsignal von dem Schlüssel 14 empfangen hat, und gibt die Türe nur frei, wenn sie eine Antwort von der UWB-Messung empfangen hat und wenn keine Nichtübereinstimmung der Entfernung vorliegt.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform führt die Fahrzeugelektronik die Zwei-Wege-Laufzeit-Messung bereits durch, bevor sie ein Antwortsignal von dem Schlüssel 14 empfängt, zum Beispiel nach dem Senden eines NF-Signals oder nach dem Ermitteln der Anwesenheit einer Person neben der Tür. In diesem Fall kann die Fahrzeugelektronik ein UWB-Warnsignal an den Schlüssel 14 senden und als Reaktion erzeugt der Schlüssel keine Antwortsignale. Genauer gesagt führt die Fahrzeugelektronik eine Zwei-Wege-Laufzeit-Messung gemäß den folgenden Schritten durch. Die Fahrzeugelektronik sendet ein impulsähnliches UWB-Anfragesignal über den UWB-Sendeempfänger 12. Wenn der Schlüssel 14 sich innerhalb einer UWB-Signalreichweite befindet, empfängt der Schlüssel 14 das UWB-Anfragesignal, erzeugt ein entsprechendes UWB-Antwortsignal und sendet es zurück an den UWB-Empfänger 12. Insbesondere kann der Schlüssel 14 das Signal durch irgendeinen zweckmäßigen Mechanismus reflektieren oder er kann das empfangene Signal zuerst verstärken und es dann zurücksenden. In 1 sind diese Schritte als Schritt 5, „UWB-Messungsanfrage“, beziehungsweise Schritt 6, „UWB-Messungsantwort“, bezeichnet.
• Das Ultrabreitbandsignal (UWB), das von dem Fahrzeug 13 gesendet wird und das zur Messung einer Entfernung zwischen dem Fahrzeug 13 und dem Schlüssel 14 verwendet wird, wird auch als „Messungsanfragesignal“ bezeichnet und das Signal, das das Fahrzeug 13 von dem Schlüssel 14 als Reaktion auf das Messungsanfragesignal empfängt, wird auch als Messsignal oder Messungsantwortsignal bezeichnet.
• Die Fahrzeugelektronik verwendet einen Takt mit hoher Genauigkeit, um ein Zeitintervall zwischen dem Senden des UWB-Anfragesignals und des UWB-Antwortsignals zu bestimmen. Es leitet eine Laufzeit von dem Zeitintervall unter Berücksichtigung von Antennenverzögerungen und Verzögerungen der Elektronik im Schlüssel 14 und in dem UWB-Sendeempfänger 12 ab. In einem nächsten Schritt leitet die Fahrzeugelektronik eine Entfernung zwischen dem Fahrzeug 13 und dem Schlüssel 14 von der Laufzeit ab.
• Gemäß einer Ausführungsform bestimmen die Fahrzeugelektronik und/oder die Elektronik des Schlüssels 14 eine Anstiegsflanke des empfangenen Signals, die einem direkten Weg zwischen dem Fahrzeug 13 und dem Schlüssel 14 entspricht. Die Signale, die sich nicht entlang des direkten Weges bewegt haben, werden nach der Anstiegsflanke des Antwortsignals empfangen.
• Die Fahrzeugelektronik des Fahrzeugs 13 und der Schlüssel 14 führen ein Authentifizierungsverfahren durch. Unter anderem kann die Schlüsselauthentifizierung die NF-Funkverbindung, eine HF (Hochfrequenz)-Funkverbindung oder die UWB-Funkverbindung oder eine Kombination davon verwenden. Die Authentifizierung kann lediglich einen Hin- und Rückweg von Signalen von dem Fahrzeug 13 zu dem Schlüssel 14 und zurück zum Fahrzeug 13, wie in 1 gezeigt, oder mehr aufweisen. Als Beispiel kann eine Schlüsselauthentifizierung auf eine der folgenden Arten durchgeführt werden.
• Gemäß einer unidirektionalen Authentifizierung erzeugt das Fahrzeug 13 eine Zufallszahl, die auch als Nonce („Number used once“: einmal verwendete Zahlen- oder Buchstabenkombination) bezeichnet wird, und sendet es als Authentifizierungsanfrage an den Schlüssel 14. Der Schlüssel 14 verschlüsselt die Authentifizierungsanfrage und sendet sie als Antwort an das Fahrzeug 13. Das Fahrzeug 13 verschlüsselt auch den Nonce. Wenn der verschlüsselte Nonce und die empfangene Antwort identisch sind, wird der Schlüssel 14 authentifiziert und die Tür wird entriegelt.
• Gemäß einer bidirektionalen Authentifizierung authentifiziert der Schlüssel 14 das Fahrzeug 13 vor der Antwort und in einem zweiten Schritt authentifiziert das Fahrzeug den Schlüssel. Beide Schritte verwenden unterschiedliche geheime Schlüssel(werte). Das Fahrzeug 13 erzeugt einen Nonce, verschlüsselt ihn unter Verwendung eines ersten geheimen Schlüssel(wert)s, um den Nonce zu erhalten, und sendet beide zusammen mit einem Befehl zum Angeben, dass bidirektionale Authentifizierung verwendet wird, an den Schlüssel 14. Der Schlüssel 14 verschlüsselt den Nonce mit dem ersten geheimen Schlüssel und vergleicht ihn mit dem Nonce.
• Wenn beide Nonces identisch sind, wird das Fahrzeug 13 gegenüber dem Schlüssel 14 authentifiziert. Dann verschlüsselt der Schlüssel 14 dieses erste Verschlüsselungsergebnis unter Verwendung des zweiten geheimen Schlüssel(wert)s und sendet es als Antwort an das Fahrzeug 13. Das Fahrzeug 13 führt das gleiche Verfahren durch und vergleicht sein eigenes Ergebnis mit der empfangenen Antwort. Wenn diese identisch sind, wird auch der Anhänger 14 gegenüber dem Fahrzeug 13 authentifiziert und die Türen werden entriegelt oder das Fahrzeug 13 startet.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines passiven Zugangssystems 10', das der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ähnlich ist. Anders als in der ersten Ausführungsform weist das passive Zugangssystem 10' mindestens drei UWB-Empfänger zum Durchführen einer Entfernungsmessung gemäß einem Empfangszeitunterschiedsverfahren durch.
• Gemäß dem Empfangszeitunterschiedsverfahren kann das Antwortsignal von dem Schlüssel 14 auf das NF-Anfragesignal verwendet werden, um die Entfernung des Schlüssels 14 zum Fahrzeug 13 zu bestimmen und ein weiterer Hin- und Rückweg des UWB-Signals, wie der Signal-Hin-und-Rückweg, der in 1 mit „5.“ und „6.“ benannt ist, ist nicht erforderlich.
• Nachdem der Schlüssel 14 ein Antwortsignal auf das NF-Anfragesignal ausgesendet hat, erreicht eine erste Wellenfront 4a des Antwortsignals den ersten UWB-Empfänger 12 nach einer Zeit t, eine zweite Wellenfront 4b erreicht den zweiten UWB-Empfänger 30 nach einer Zeit t + Δt_1 und eine dritte Wellenfront erreicht den dritten UWB-Empfänger 13 nach einer Zeit t+Δt_2.
• 3 zeigt als Beispiel den geometrischen Ort von möglichen Schlüsselorten für die gegebene Verzögerung Δt_1 und Δt_2 von 2 in einer Messebene. Für eine gegebene Verzögerung Δt_1 zwischen Empfangszeiten des ersten UWB-Empfängers 12 und des zweiten UWB-Empfängers 30 liegen die möglichen Orte des Schlüssels 14 auf einer ersten Hyperbel 32 oder auf einer zweiten Hyperbel 33. Auf ähnliche Weise liegen für eine gegebene Verzögerung Δt_2 zwischen Empfangszeiten des ersten UWB-Empfängers 12 und des zweiten UWB-Empfängers 30 die möglichen Orte des Schlüssels 14 auf einer ersten Hyperbel 34 oder auf einer zweiten Hyperbel 35.
• Die Fahrzeugelektronik berechnet den Ort des Schlüssels 14 als die Überschneidung von einer der Hyperbeln 32, 33 mit einer der Hyperbeln 34, 35. In dem Beispiel von 3 befindet sich der Schlüssel an der Überschneidung der Hyperbel 34 mit der Hyperbel 32.
• Das Empfangszeitunterschiedsverfahren stellt auch Informationen über den Ort des Schlüssels 14 zusätzlich zum Bereitstellen der Entfernung des Schlüssels 14 bereit. Die Berechnung ist ähnlich, wenn die Empfänger nicht in einer Linie angeordnet sind oder wenn mehr als drei Empfänger vorhanden sind.
• 4 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Nichtübereinstimmung der Entfernung gemäß der Ausführungsform von 1. Die Folge der Verfahrensschritte kann sich von der Folge von 1 unterscheiden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Patentanmeldung zu verlassen. Zum Beispiel kann die UWB-Entfernungsmessung der Schritte 51 bis 55 vor dem Empfangen des UWB-Antwortsignals in Schritt 48 durchgeführt werden.
• In einem Schritt 40 erwacht ein NF-Sendeempfänger, der mit der NF-Antenne 11 verbunden ist, aus einem Batteriestrom sparenden Schlafmodus. In einem Schritt 41 sendet der NF-Sendeempfänger die Niederfrequenz-Anfragesignale, die Authentifizierungsinformationen des Fahrzeugs 13 aufweisen, wie beispielsweise einen NONCE, einen verschlüsselten Wert, eine verschlüsselte ID usw. In einem Schritt 43 empfängt eine NF-Antenne des Schlüssels 14 das NF-Anfragesignal von dem Fahrzeug und in Schritt 44 misst ein elektronisches Bauelement des Schlüssels 14, wie beispielsweise eine integrierte Schaltung, die NF-Signalstärke und wandelt sie in einem Schritt 45 in einen RSSI-Wert um. In einem Schritt 45 codiert das elektronische Bauelement des Schlüssels 14 den RSSI-Wert in ein digitales Signal, moduliert das digitale Signal auf ein UWB-Antwortsignal und sendet in einem Schritt 47 das UWB-Antwortsignal unter Verwendung einer Breitbandantenne, die in den Schlüssel integriert ist, aus. Insbesondere kann die Breitbandantenne durch eine Kupferplattierung mit zweckmäßiger Form einer Leiterplatte oder anderen Trägersubstanz ausgeführt werden.
• In einem Schritt 48 empfängt der UWB-Sendeempfänger des Fahrzeugs 13 das UWB-Signal von der UWB-Antenne oder dem UWB-Empfänger 12 und in einem Schritt 49 decodiert eine Auswerteeinrichtung des UWB-Sendeempfängers oder eine Auswerteeinrichtung, die mit dem UWB-Sendeempfänger verbunden ist, das UWB-Signal und liest den vorhergehend codierten RSSI-Wert aus, der durch den Schlüssel 14 bestimmt wurde.
• In einem Schritt 51 bewirkt die Auswerteeinrichtung, dass der UWB-Sendeempfänger des Fahrzeugs 13 ein UWB-Messsignal zum Messen einer Entfernung zwischen dem UWB-Empfänger 12 und dem Schlüssel 14 aussendet. In einem Schritt 52 empfängt der Schlüssel das UWB-Messsignal und sendet das UWB-Messsignal oder ein Antwortsignal auf das UWB-Messsignal in einem Schritt 53 weiter. Der Schritt 53 kann einfach einen Schritt des Zurückreflektierens des empfangenen Signals aufweisen oder er kann Schritte des Verstärkens des Antwortsignals oder des Erzeugens eines Antwortsignals aufweisen. Zum Beispiel weist gemäß einer Ausführungsform der Schlüssel 14 elektronische Mittel zum Konzentrieren eines Signals auf, das aufgrund von Mehrwegeeffekten ausgespreizt ist, um ein Antwortsignal zu erzeugen oder um die Energie des empfangenen Signals zu verwenden, um ein Antwortsignal zu erzeugen.
• In einem Schritt 54 empfängt der UWB-Empfänger 12 das UWB-Messungsantwortsignal des Schlüssels 14, bestimmt einen Empfangszeitpunkt des empfangenen Signals und leitet eine Laufzeit oder Bewegungszeit des Signals ab. In einem Schritt 55 leitet die Auswerteeinrichtung des Fahrzeugs 13 eine zweite Entfernung von der Laufzeit ab und in einem Schritt 56 vergleicht die Auswerteeinrichtung die erste und die zweite Entfernung und bestimmt, ob eine Nichtübereinstimmung der Entfernung vorliegt.
• In einem passiven Zugangssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein RSSI-Wert eines Niederfrequenzsignals mit einem Entfernungswert von einer Entfernungsmessung über ein UWB-Signal verglichen. Insbesondere kann das passive Zugangssystem derart ausgebildet sein, dass nur eine gültige Kombination des NF-RSSI-Werts und des UWB-Entfernungswerts das Entriegeln und/oder das Starten des Fahrzeugs auslösen wird. Der NF-RSSI-Wert kann für Signale von lediglich einer NF-Antenne des Fahrzeugs, von mehreren NF-Antennen oder von allen NF-Antennen verwendet werden.
• Die folgende Auflistung fasst das Verhalten eines passiven Zugangssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und verschiedene Verfahren zum Erkennen eines Relay-Angriffs gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen.
1. 1. Erkennung mit nur einer ersten Prüfung
   • 1.1 Kein Relay-Angriff
     • i) NF-Leistung vom Fahrzeug: normal
     • ii) RSSI-Antwort von Schlüssel: normal
     • iii) UWB-Laufzeit: normal
     • iv) Erkennung von Relay-Angriff: kein Angriff erkannt
   • 1.2 Relay-Angriff unter Verwendung eines Sendeempfängers mit fester/variabler NF-Leistungssendung
     • i) NF-Leistung vom Fahrzeug: normal
     • ii) RSSI-Antwort von Schlüssel: Abhängig von der Sendeleistung des zweiten Sendeempfängers der Eindringlinge kann die NF-Leistung a) höher als erwartet oder b) normal oder c) niedriger als erwartet sein.
     • iii) UWB-Laufzeit: wird im Allgemeinen höher als erwartet sein und wird ferner im Allgemeinen nicht mit dem RSSI-Wert übereinstimmen.
     • iv) Erkennung des Relay-Angriffs:
       1. a) basierend auf vordefinierten Schwellenwerten für RSSI (NF) gegenüber UWB-Laufzeitübereinstimmung kann ein Relay-Angriff erkannt werden.
2. 2. Erkennung unter Verwendung einer wahlfreien zweiten Prüfung
   • 2.1 Kein Relay-Angriff
     • i) NF-Leistung vom Fahrzeug: normal
     • ii) RSSI-Antwort von Schlüssel: wird sich im Allgemeinen von der ersten Überprüfung unterscheiden, da der Fahrzeugbesitzer sich umher bewegt und die Entfernung und die Ausrichtung der Schlüsselantenne sich ändern.
     • iii) UWB-Laufzeit: normal
     • iv) Erkennung von Relay-Angriff: kein Angriff erkannt
   • 2.2 Relay-Angriff unter Verwendung eines Sendeempfängers mit fester/variabler NF-Leistungssendung
     • i) NF-Leistung vom Fahrzeug: normal
     • ii) RSSI-Antwort von Schlüssel: Abhängig von der Sendeleistung des zweiten Sendeempfängers der Eindringlinge kann die NF-Leistung a) höher als erwartet oder b) normal oder c) niedriger als erwartet sein.
     • iii) UWB-Laufzeit: wird im Allgemeinen höher als erwartet sein und wird ferner im Allgemeinen nicht mit dem RSSI-Wert übereinstimmen .
     • iv) Erkennung des Relay-Angriffs:
       1. a) basierend auf vordefinierten Schwellenwerten für RSSI (NF) gegenüber UWB-Laufzeitübereinstimmung kann ein Relay-Angriff ermittelt werden.
       2. b) Zusätzlich können die RSSI-Werte der ersten und der zweiten Prüfung verglichen werden. Die Spule des ersten Sendeempfängers der Eindringlinge ist typischerweise größer und wird nicht umher bewegt. Aus diesem Grund ist dies ein weiterer Hinweis auf einen Relay-Angriff, wenn die RSSI-Werte sich nicht ändern oder sich nur sehr wenig ändern.
• Die zweite Prüfung erfordert einen weiteren Signal-Hin-und-Rückweg. So muss der Signal-Hin-und-Rückweg, der durch die Zahlen 1, 2, 3 und 4 neben den Pfeilen von 1 angegeben ist, nach einer vorbestimmten Zeit wiederholt werden.
• Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch mit den folgenden Listen von Elementen beschrieben werden, die in Punkten organisiert sind. Die entsprechenden Kombinationen von Merkmalen, die in der ersten Punkteliste offenbart sind, werden jeweils als unabhängiger Erfindungsgegenstand betrachtet, der auch mit anderen Merkmalen der Patentanmeldung kombiniert werden kann.
1. 1. Auswerteeinrichtung für ein Passive Entry System eines Fahrzeugs, wobei die Auswerteeinrichtung Folgendes aufweist:
   • eine Verbindungsschnittstelle zum Empfangen von Signalen von einem Ultrabreitband-Sendeempfänger und zum Senden von Signalen an den Ultrabreitband-Sendeempfänger,
   • eine Berechnungseinheit, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein codiertes Ultrabreitbandsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um das codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen ersten Signalstärkewert eines
   • ersten Niederfrequenzsignals von dem codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine erste Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert abzuleiten,
   • wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein Ultrabreitband-Messsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um einen Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten und um eine zweite Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt abzuleiten,
   • und die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu vergleichen, und um eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu bestimmen.
2. 2. Auswerteeinrichtung gemäß Punkt 1, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um den Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals von einer Signalform des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten.
3. 3. Auswerteeinrichtung gemäß Punkt 1 oder Punkt 2, wobei die Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet ist, um ein Ultrabreitband-Messungsanfragesignal zu senden, um eine Zeitdifferenz zwischen einem Sendezeitpunkt des Ultrabreitband-Messungsanfragesignals und einem Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messungsanfragesignals zu berechnen und um eine Laufzeit von der Zeitdifferenz abzuleiten.
4. 4. Auswerteeinrichtung gemäß einem der Punkte 1 bis 3, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein zweites codiertes Ultrabreitbandsignal zu empfangen, um das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen zweiten Signalstärkewert von einem zweiten Niederfrequenzsignal von dem zweiten codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine dritte Schlüssel-Entfernungsmessung von dem zweiten Signalstärkewert abzuleiten, wobei das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu einem späteren Zeitpunkt empfangen wird als das erste codierte Ultrabreitbandsignal und wobei das zweite Niederfrequenzsignal zu einem späteren Zeitpunkt gesendet wird als das erste Niederfrequenzsignal, wobei die Berechnungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der dritten Entfernungsmessung zu vergleichen und um zu bestimmen, ob eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der dritten Schlüssel-Entfernungsmessung und der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung vorliegt.
5. 5. Auswerteeinrichtung gemäß einem der der vorhergehenden Punkte, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein erstes Messsignal von einer ersten Ultrabreitbandantenne zu empfangen, um ein zweites Messsignal von einer zweiten Ultrabreitbandantenne zu empfangen und um ein drittes Messsignal von einer dritten Ultrabreitbandantenne zu empfangen, wobei das erste, das zweite und das dritte Messsignal Wellenfronten des gleichen elektromagnetischen Signals entsprechen, wobei die Berechnungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, um eine Schlüssel-Entfernungsmessung von Empfangszeitunterschieden zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Messsignal zu berechnen.
6. 6. Passives Zugangssystem für ein Fahrzeug, das Folgendes aufweist:
   • - einen Niederfrequenzempfänger zum Senden eines Niederfrequenzsignals,
   • - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger, wobei der Ultrabreitband-Sendeempfänger mit der Verbindungsschnittstelle der Auswerteeinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Punkte verbunden ist.
7. 7. Passives Zugangssystem gemäß Punkt 6, wobei das Passive Zugangssystem einen Schlüssel umfasst, wobei der Schlüssel Folgendes aufweist:
   • - einen Niederfrequenz-Sendeempfänger,
   • - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger,
   • - Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Signalstärkewerts eines empfangenen NF-Signals,
   • - Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in einem digitalen Signal,
   • - Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger.
8. 8. Fahrzeug mit einem passiven Zugangssystem gemäß Punkt 6 oder Punkt 7, wobei das Fahrzeug einen Niederfrequenz-Sendeempfänger mit einer Niederfrequenzantenne aufweist, wobei die Niederfrequenzantenne an einer Tür des Fahrzeugs bereitgestellt ist und wobei eine Befehlsleitung des passiven Zugangssystems mit einem Schloss der Tür verbunden ist und wobei das passive Zugangssystem dafür eingerichtet ist, um das Schloss als Reaktion auf ein Entriegelungssignal der Auswerteeinrichtung zu entriegeln.
9. 9. Fahrzeug gemäß Punkt 8, wobei die Auswerteeinrichtung das Entriegelungssignal sendet, wenn die Auswerteeinrichtung bestimmt, dass keine Nichtübereinstimmung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung vorhanden ist.
10. 10. Fahrzeug gemäß Punkt 8 oder 9, wobei die Niederfrequenzantenne an einer Fahrertür bereitgestellt ist und wobei der Niederfrequenz-Sendeempfänger eine zweite Niederfrequenzantenne und eine dritte Niederfrequenzantenne aufweist, wobei die zweite Niederfrequenzantenne an einer zweiten Tür bereitgestellt ist und wobei die dritte Niederfrequenzantenne an einer Kofferraumtür des Fahrzeugs bereitgestellt ist.
11. 11. Schlüssel für ein passives Zugangssystem eines Fahrzeugs, wobei der Schlüssel Folgendes aufweist:
    • - einen Niederfrequenz-Sendeempfänger,
    • - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger,
    • - Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Signalstärkewerts eines empfangenen NF-Signals,
    • - Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in einem digitalen Signal,
    • - Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger.
12. 12. Schlüssel gemäß Punkt 9, der Folgendes aufweist:
    • Mittel zum Empfangen und Weitersenden eines UWB-Entfernungsmesssignals.
13. 13. Schlüssel gemäß Punkt 9 oder Punkt 10, wobei der Schlüssel ausgestaltet ist, um Energie von einem empfangenen Niederfrequenzsignal zu der Auswerteeinheit und zu den Codierungsmitteln zu übertragen.
14. 14. Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Relay-Angriffs in einem passiven Zugangangssystem, das Folgendes aufweist:
    • Empfangen eines codierten Ultrabreitbandsignals,
    • Decodieren des codierten Ultrabreitbandsignals,
    • Ableiten eines ersten Signalstärkewerts von einem ersten Niederfrequenzsignal von dem codierten Ultrabreitbandsignal,
    • Ableiten einer ersten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert,
    • Empfangen eines Ultrabreitband-Messsignals,
    • Ableiten eines Empfangszeitpunkts des Ultrabreitband-Messsignals,
    • Ableiten einer zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt,
    • Vergleichen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung, und Bestimmen einer Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung.
15. 15. Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gemäß Punkt 14.
16. 16. Elektronisches Bauelement, das betriebsfähig ist, um das Verfahren gemäß Punkt 14 auszuführen.

Claims (16)

1. Auswerteeinrichtung für ein passives Zugangssystem eines Fahrzeugs, wobei die Auswerteeinrichtung Folgendes aufweist: - eine Verbindungsschnittstelle zum Empfangen von Signalen von einem Ultrabreitband-Sendeempfänger und zum Senden von Signalen an den Ultrabreitband-Sendeempfänger, - eine Berechnungseinheit, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein codiertes Ultrabreitbandsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um das codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen ersten Signalstärkewert eines ersten Niederfrequenzsignals von dem codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine erste Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert abzuleiten, - wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein Ultrabreitband-Messsignal von der Verbindungsschnittstelle zu empfangen, um einen Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten und um eine zweite Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt abzuleiten, - und die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu vergleichen, und um eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung zu bestimmen.
2. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um den Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messsignals von einer Signalform des Ultrabreitband-Messsignals abzuleiten.
3. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet ist, um ein Ultrabreitband-Messungsanfragesignal zu senden, um eine Zeitdifferenz zwischen einem Zeitpunkt des Sendens des Ultrabreitband-Messungsanfragesignals und einem Empfangszeitpunkt des Ultrabreitband-Messungsanfragesignals zu berechnen und um eine Laufzeit von der Zeitdifferenz abzuleiten.
4. Auswerteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein zweites codiertes Ultrabreitbandsignal zu empfangen, um das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu decodieren, um einen zweiten Signalstärkewert von einem zweiten Niederfrequenzsignal von dem zweiten codierten Ultrabreitbandsignal abzuleiten und um eine dritte Schlüssel-Entfernungsmessung von dem zweiten Signalstärkewert abzuleiten, wobei das zweite codierte Ultrabreitbandsignal zu einem späteren Zeitpunkt empfangen wird als das erste codierte Ultrabreitbandsignal und wobei das zweite Niederfrequenzsignal zu einem späteren Zeitpunkt gesendet wird als das erste Niederfrequenzsignal, wobei die Berechnungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, um die erste Schlüssel-Entfernungsmessung mit der dritten Entfernungsmessung zu vergleichen, und zu bestimmen, ob eine Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der dritten Schlüssel-Entfernungsmessung und der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung vorliegt.
5. Auswerteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Berechnungseinheit dafür eingerichtet ist, um ein erstes Messsignal von einer ersten Ultrabreitbandantenne zu empfangen, um ein zweites Messsignal von einer zweiten Ultrabreitbandantenne zu empfangen und um ein drittes Messsignal von einer dritten Ultrabreitbandantenne zu empfangen, wobei das erste, das zweite und das dritte Messsignal Wellenfronten des gleichen elektromagnetischen Signals entsprechen, wobei die Berechnungseinheit ferner dafür eingerichtet ist, um eine Schlüssel-Entfernungsmessung von Empfangszeitunterschieden zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Messsignal zu berechnen.
6. Passives Zugangssystem für ein Fahrzeug, das Folgendes aufweist: - einen Niederfrequenzsender zum Senden eines Niederfrequenzsignals, - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger, wobei der Ultrabreitband-Sendeempfänger mit der Verbindungsschnittstelle der Auswerteeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden ist.
7. Passives Zugangssystem nach Anspruch 6, wobei das passive Zugangssystem einen Schlüssel umfasst, wobei der Schlüssel Folgendes aufweist: - einen Niederfrequenz-Sendeempfänger, - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger, - einer Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Signalstärkewerts eines empfangenen NF-Signals, - Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in einem digitalen Signal, - Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger.
8. Fahrzeug mit einem passiven Zugangssystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Fahrzeug einen Niederfrequenz-Sendeempfänger mit einer Niederfrequenzantenne aufweist, wobei die Niederfrequenzantenne an einer Tür des Fahrzeugs bereitgestellt ist und wobei eine Befehlsleitung des passiven Zugangssystems mit einem Schloss der Tür verbunden ist und wobei das passive Zugangssystem dafür eingerichtet ist, um das Schloss als Reaktion auf ein Entriegelungssignal der Auswerteeinrichtung zu entriegeln.
9. Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinrichtung das Entriegelungssignal sendet, wenn die Auswerteeinrichtung bestimmt, dass keine Nichtübereinstimmung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung vorhanden ist.
10. Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Niederfrequenzantenne an einer Fahrertür bereitgestellt ist und wobei der Niederfrequenz-Sendeempfänger eine zweite Niederfrequenzantenne und eine dritte Niederfrequenzantenne aufweist, wobei die zweite Niederfrequenzantenne an einer zweiten Tür bereitgestellt ist und wobei die dritte Niederfrequenzantenne an einer Kofferraumtür des Fahrzeugs bereitgestellt ist.
11. Elektronischer Schlüssel für ein passives Zugangssystem eines Fahrzeugs, wobei der Schlüssel Folgendes aufweist: - einen Niederfrequenz-Sendeempfänger, - einen Ultrabreitband-Sendeempfänger, - einer Auswerteeinheit zum Bestimmen eines Signalstärkewerts eines empfangenen NF-Signals, - Codierungsmittel zum Codieren des Signalstärkewerts in einem digitalen Signal, - Modulationsmittel zum Modulieren des digitalen Signals auf ein UWB-Signal und zum Senden des UWB-Signals über den UWB-Sendeempfänger.
12. Schlüssel nach Anspruch 11, der Folgendes aufweist: Mittel zum Empfangen und Weitersenden eines UWB-Entfernungsmesssignals.
13. Schlüssel nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schlüssel ausgestaltet ist, um Energie von einem empfangenen Niederfrequenzsignal zu der Auswerteeinheit und zu den Codierungsmitteln zu übertragen.
14. Verfahren zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Relay-Angriffs in einem passiven Zugangssystem, das Folgendes aufweist: Empfangen eines codierten Ultrabreitbandsignals, Decodieren des codierten Ultrabreitbandsignals, Ableiten eines ersten Signalstärkewerts von einem ersten Niederfrequenzsignal von dem codierten Ultrabreitbandsignal, Ableiten einer ersten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem ersten Signalstärkewert, Empfangen eines Ultrabreitband-Messsignals, Ableiten eines Empfangszeitpunkts des Ultrabreitband-Messsignals, Ableiten einer zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung von dem Empfangszeitpunkt, Vergleichen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung mit der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung, und Bestimmen einer Nichtübereinstimmung der Entfernung zwischen der ersten Schlüssel-Entfernungsmessung und der zweiten Schlüssel-Entfernungsmessung.
15. Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 14.
16. Elektronisches Bauelement, das dafür eingerichtet ist, um das Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen.

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