DE19546171C1 - Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug. Sie betrifft insbesondere eine Wegfahrsperre, bei der nur bei einer gegebenen Berechtigung ein Starten des Motors zugelassen wird.

Ein bekanntes Diebstahlschutzsystem (US 5,053,774) weist ei­ nen tragbaren Transponder auf, der ein Fragecodesignal von einem stationären Transceiver empfängt. Nach Empfang des Fra­ gecodesignals wird ein Antwortcodesignal an den Transceiver zurückgeschickt. In dem Fragecodesignal wird Energie übertra­ gen, durch die das Antwortcodesignal ausgelöst wird. Die Energie wird vorübergehend in einen Akkumulator gespeichert. Wenn genügend Energie in dem Akkumulator vorhanden ist, so wird das Codesignal ausgelöst.

Der Transponder und der Transceiver weisen jeweils Schwing­ kreise auf, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Die Energiebilanz im Schwingkreis ist am größten, wenn der Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz schwingt. Aufgrund von Bauelementetoleranzen und Temperatureinflüssen kann es jedoch vorkommen, daß die Resonanzfrequenzen voneinander ab­ weichen, so daß weniger Energie zum Transponder übertragen wird.

Das Problem der Erfindung ist es, ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, durch das ein Energiespei­ cher im Transponder sicher und schnell aufgeladen wird, damit unverzüglich nach Erhalt eines Fragecodesignals ein Antwort­ codesignal ausgesendet werden kann.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa­ tentanspruch 1 gelöst. Dabei wird die Resonanzfrequenz des Transponders gemessen. Die Erregerfrequenz des Schwingkreises im Transceiver wird dann an die Resonanzfrequenz des Trans­ ponders angepaßt, damit möglichst viel Energie zum Transpon­ der übertragen werden kann. Dies hat den Vorteil, daß für ei­ nen Authentifikationsvorgang weniger Energie benötigt wird. Außerdem muß der Authentifikationsvorgang nicht wegen man­ gelnder Energie abgebrochen und nochmals neu gestartet wer­ den, d. h. es wird Zeit für den gesamten Authentifikationsvor­ gang eingespart.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsge­ mäßen Diebstahlschutzsystems,

Fig. 2a und 2b Schwingungsdiagramme eines Transceivers und eines Transponders des Diebstahlschutzsystems,

Fig. 3 eine Resonanzkurve eines Schwingkreises und

Fig. 4 ein Impulsdiagramm des Diebstahlschutzsystems.

Ein erfindungsgemäßes Diebstahlschutzsystem weist einen im Kraftfahrzeug angeordneten Transceiver 1 (Fig. 1) auf, der mit einem tragbaren Transponder 2 über eine transformatori­ sche oder induktive Kopplung zusammenwirkt, wenn sich der Transponder 2 in der Nähe des Transceivers 1 befindet. Der Transceiver 1 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, das mit einer vorgegebenen Frequenz schwingt und durch das ein Frage­ codesignal zu dem Transponder 2 übertragen wird.

Das Fragecodesignal ist eine energiereiche Schwingung, mit deren Energie ein Ladekondensator 3 oder ein wiederaufladba­ rer Akkumulator im Transponder 2 aufgeladen wird. Wenn genü­ gend Energie in dem Ladekondensator 3 geladen ist und das Wechselfeld ausgeschaltet ist, so beginnt der Transponder 2 zu schwingen, wodurch Codesignale zurück zu dem Transceiver 1 übertragen werden.

Zur Energieübertragung und Datenrückübertragung weist der Transceiver 1 einen Antennenschwingkreis 5, 6 auf, der mit Hilfe eines Oszillators 4 zum Schwingen angeregt wird. Der Antennenschwingkreis 5, 6 weist hierzu zumindest einen Kon­ densator 5 und eine Spule (im folgenden als Antenne 6 be­ zeichnet) auf.

Der Transponder 2 weist ebenfalls einen Schwingkreis (im fol­ genden als Transponderschwingkreis 7, 8 bezeichnet) mit einer Spule 7 und einem Kondensator 8 auf. Wenn sich die Antenne 6 und die Spule 7 in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, so findet eine induktive Kopplung und somit eine Daten- oder Energieübertragung statt.

Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Transponder 2 auf einem Zündschlüssel angeordnet ist und die Antenne 6 um das Zündschloß des Kraftfahrzeugs gewickelt ist. Sobald der Zündschlüssel in das Zündschloß gesteckt und der Zündschlüs­ sel verdreht wird, sind die Antenne 6 und die Spule 7 mitein­ ander elektrisch gekoppelt. Infolge des Verdrehens des Zünd­ schlüssels wird der Dialog zwischen dem Transponder 2 und dem Transceiver 1 eingeleitet und durchgeführt. Somit kann eine Wegfahrsperre gelöst werden.

Die Schwingung des Transponderschwingkreises 7, 8 wird durch eine Codeinformation im Transponder 2 in ihrer Amplitude mo­ duliert. Hierzu kann der Transponder 2 einen Schalter aufwei­ sen, der ihm Takte der Codeinformation zwischen zwei Bela­ stungswiderständen hin- und herschaltet. Der Schalter kann dabei von einer Steuereinheit 12, einem sogenannten Transpon­ der-IC gesteuert werden, das als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein kann.

Die Codeinformation kann in dem Transponder 2 in einem Spei­ cher gespeichert sein. Der Transponder 2 kann aber auch eine Recheneinheit aufweisen, mit deren Hilfe eine Codeinformation erzeugt wird. Hierzu sendet der Transceiver 1 eine Zufalls­ zahl aus, die zusammen mit einem im Transponder 2 gespeicher­ ten mathematischen Algorithmus (Rechenvorschrift) zu einem neuen Codewort verarbeitet wird.

Die Zufallszahl kann in der Energieschwingung oder in einer separaten Schwingung zu dem Transponder übertragen werden. Das Codewort wird dann in der modulierten Schwingung zu dem Transceiver 1 zurückübertragen.

Im Transceiver 1 wurde das Zufallswort mit Hilfe des eben­ falls im Transceiver 1 gespeicherten mathematischen Algorith­ mus dazu verwendet, ein Sollcodewort zu erzeugen. Wenn das empfangene und demodulierte Codewort mit dem im Transceiver 1 erzeugten Sollcodewort übereinstimmt, so wird ein Freigabesi­ gnal zum Aufheben der Wegfahrsperre erzeugt. Solche mathema­ tische Verfahren sind auch als Kryptoverfahren bekannt. Bei solchen Verfahren ist es nicht möglich, die gespeicherten Al­ gorithmen auszulesen. Durch Abhören des Dialogs zwischen Transceiver 1 und Transponder 2 kann die Wegfahrsperre später nicht aufgehoben werden, da die Codesignale bei jedem Start­ versuch anders sind.

Sobald der Zündschlüssel im Zündschloß verdreht wird, erzeugt der Transceiver 1 ein magnetisches Wechselfeld mit einer gro­ ßen Feldstärke (Fig. 2a). Innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (Ladephase) werden die Energiesignale erzeugt, hier beispielsweise 50 ms lang. Sie haben eine Amplitude von etwa 100 Volt. Je nach Güte der Kopplung zwischen Transponder 2 und Transceiver 1, d. h. je nach empfangener Feldstärke, laden diese Energiesignale den Ladekondensator 3 unterschiedlich schnell auf (Fig. 2b).

Wenn das Aussenden der Energiesignale beendet ist, sollte der Ladekondensator 3 bereits weitgehend geladen sein. Der Trans­ ponder 2 erkennt in der anschließenden Lesephase das Abschal­ ten der Energiesignale, da der Transceiver 1 danach nur noch ein Wechselfeld mit geringer Feldstärke (in der Größenordnung von einigen mV) erzeugt. Daraufhin beginnt der Transponder 2 zu schwingen. Es beginnt eine Art "Ansprechphase" oder In­ itialisierungsphase des Transponders 2, in der Daten in den Transponder 2 eingeschrieben, ausgelesen und/oder mathemati­ sche Berechnungen durchgeführt werden.

Der Antennenschwingkreis 5, 6 wird durch den Oszillator 4 mit einer Erregergröße zu einer Schwingung mit einer ersten Erre­ gerfrequenz f_E1 gezwungen. Als Erregergröße kann die Aus­ gangsspannung oder Strom des Oszillators 4 verwendet werden. Der Oszillator 4 schwingt mit der Oszillatorfrequenz f₀. Zwi­ schen dem Oszillator 4 und dem Antennenschwingkreis 5, 6 kann zusätzlich noch ein Frequenzteiler 15 angeordnet sein, der die Oszillatorfrequenz f₀ auf die gewünschte Erregerfrequenz f_E1 herunterteilt.

Durch die Erregergröße entsteht eine stationäre erzwungene Schwingung des Antennenschwingkreises 5, 6, der dann mit der Erregerfrequenz f_E1 schwingt.

Jeder Schwingkreis besitzt eine Eigenfrequenz oder auch Reso­ nanzfrequenz f_R genannt, die durch die Bauelemente des Schwingkreises, d. h. beim Transceiver 1 im wesentlichen durch die Antenne 6 und den Kondensator 5 und beim Transponder 2 durch die Spule 7 und den Kondensator 8, bestimmt wird. Die erzeugte Intensität (Feldstärke/ Amplitude) der Schwingung ist am größten, wenn der Schwingkreis mit der Erregerfrequenz f_E gleich der Resonanzfrequenz f_R erregt wird (Der Arbeits­ punkt P_i des Schwingkreises befindet sich dann im Resonanz­ punkt P₀; siehe hierzu Fig. 3). In diesem Fall wird die mei­ ste Energie zum Transponder 2 übertragen, so daß der Ladekon­ densator 3 schnell geladen werden kann.

Die Leistungsbilanz wird anhand einer Resonanzkurve (Fig. 3) verdeutlicht, bei der die Frequenz f auf der Abszisse (x- Achse) und die Schwingungsintensität I infolge der Erreger­ größe auf der Ordinate (y-Achse) aufgetragen sind. Weicht die Erregerfrequenz f_E von der Resonanzfrequenz f_R ab, so wird die Intensität I der Schwingung kleiner und es wird weniger Energie zum Transponder 2 übertragen. Der optimale Arbeits­ punkt P₀ wird dann eingenommen, wenn die Erregerfrequenz f_E gleich der Resonanzfrequenz f_R ist. Je nach Differenz zwi­ schen den beiden Frequenzen befindet sich der Arbeitspunkt bei kleineren Intensitäten (siehe Arbeitspunkt P₁ oder P₂).

Der Transponderschwingkreis 7, 8 wird zunächst durch die Er­ regerfrequenz f_E1 des Antennenschwingkreises 5, 6 zum Schwin­ gen angeregt. Wenn die Erregerfrequenz f_E1 mit der Resonanz­ frequenz f_RA des Transceivers 1 übereinstimmt, ist die er­ zeugte Intensität I am größten. Da der Transceiver 1 und der Transponder 2 induktiv miteinander gekoppelt sind, wird die meiste Energie zu dem Transponder 2 und damit in den Ladekon­ densator 3 gespeichert, wenn die Erregerfrequenz f_E1 gleich der Resonanzfrequenz f_RT des Transponders 2 ist.

Beim Entwurf eines solchen Diebstahlschutzsystems wird zwar darauf geachtet, daß die Erregerfrequenz f_E1 weitgehend mit der Resonanzfrequenz f_RA des Transceivers 1 und der Resonanz­ frequenz f_RT des Transponders 2 übereinstimmt. Aufgrund von Bauteiletoleranzen sowohl im Transceiver 1 als auch im Trans­ ponder 2 können die Resonanzfrequenzen f_RA und f_RT und die Er­ regerfrequenz f_E1 voneinander abweichen, so daß keine optima­ le Energieübertragung auf dem Transponder 2 und dort auf den Ladekondensator 3 stattfindet. Bereits bei kleinen Abweichun­ gen der beiden Frequenzen voneinander könnten bei hoher Güte der Schwingkreise (auf schmale Gütekurve in der Fig. 3 ge­ strichelt gezeichnet) eine beträchtliche Abnahme in der In­ tensität/Feldstärke des übertragenen Wechselfeldes stattfin­ den.

Eine optimale Leistungsbilanz wäre dann gegeben, wenn die Bauelemente der Schwingkreise 5, 6 und 7, 8 und des Oszilla­ tors 4 derart ausgesucht wären, daß sie nur geringe Abwei­ chungen von den Sollwerten haben und folglich auch immer die gleichen Verhältnisse herrschen. Hierzu muß jedoch ein sehr hoher Aufwand betrieben werden. Auch äußere Einflüsse, wie Temperaturschwankungen, können sich auf die Bauelemente aus­ wirken, so daß sich die Verhältnisse schnell ändern. So kann es eben vorkommen, daß nicht die maximale Energie übertragen wird.

Die Bauelemente des Transponders 2 sind ganz besonders Tole­ ranzschwankungen unterworfen, da es sich um ein "hochgezüch­ tetes" Bauteil handelt, das nur sehr geringe Abmessungen ha­ ben soll. Daher ist die Resonanzfrequenz f_RT von verschiede­ nen Transpondern meist unterschiedlich. Die Güte des Anten­ nenschwingkreises 5, 6 ist in der Regel sehr viel größer als die Güte des Transponderschwingkreises 7, 8, da die Bauteile des Transceivers 1 genauer hergestellt werden können.

Damit der Ladekondensator 3 immer sicher und vollständig ge­ laden und auch sicher und vollständig nachgeladen werden kann, wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Resonanzfre­ quenz f_RT des Transponders 2 gemessen wird und die Erreger­ frequenz f_E1 des Transceivers 1 beim Nachladen oder erneuten baden zu einer zweiten Erregerfrequenz f_E2 geändert wird, wo­ bei der zweiten Erregerfrequenz f_E2 an die Resonanzfrequenz f_RT des Transponders 2 angepaßt wird.

Sobald der Transponder 2 mit dem Zündschlüssel im Zündschloß verdreht wird, wird die Energie des Oszillators 4 eingeschal­ tet. Der Oszillator 4 beginnt bei einer vorgegebenen Oszilla­ torfrequenz f₀ zu schwingen. Die daraus resultierende Erre­ gerfrequenz f_E1, die gleich der Oszillatorfrequenz f₀ sein kann, wird innerhalb der Ladephase konstant gehalten. Sobald die Ladephase beendet ist, d. h. sobald das Wechselfeld des Transceivers 1 abgeschaltet wird (vgl. Fig. 4; Wechselfeld des Transceivers 1 ein = ON und aus = OFF), beginnt der Transponder 2 mit seiner Resonanzfrequenz f_RT zu schwingen. Da der Transponder 2 und der Transceiver 1 induktiv miteinan­ der gekoppelt sind, wirkt sich diese Schwingung auf den Tran­ sceiver 1 aus.

Im Transceiver 1 wird die Transponderschwingung von einem De­ modulator 13 erfaßt, digitalisiert und die Resonanzfrequenz f_RT von einem Frequenzzähler in dem Demodulator 13 gemessen. Eine Steuereinheit 14, die mit dem Frequenzzähler verbunden ist, wertet das Ergebnis aus. Falls die Resonanzfrequenz f_RT von der Erregerfrequenz f_E1 abweicht, wird die Erregerfre­ quenz f_E1 an die Resonanzfrequenz f_RT angepaßt, d. h. der An­ tennenschwingkreis 5, 6 wird anschließend mit der zweiten Er­ regerfrequenz f_E2 angeregt, die etwa gleich der Resonanzfre­ quenz f_RT ist. Hierzu kann ein steuerbarer Frequenzteiler 15 oder ein regelbarer Oszillator 4 verwendet werden.

Die gemessene Resonanzfrequenz f_RT kann im Transceiver 1 ge­ speichert werden. Beim nächsten Nachladen oder beim nächsten Startvorgang kann die gespeicherte Resonanzfrequenz f_RT abge­ rufen werden und der Oszillator 4 oder der Frequenzteiler 15 entsprechend eingestellt werden. Damit wird die Erregerfre­ quenz f_E des Transceivers 1 an die Resonanzfrequenz f_RT des Transponders 2 automatisch angepaßt.

Wenn der Transponder 2 als Kryptotransponder ausgebildet ist, so berechnet er aus einer von dem Transceiver 1 übertragenen Zufallszahl ein Codesignal. Hierzu müssen Daten in den Trans­ ponder 2 geschrieben und/oder Daten ausgelesen werden. Des weiteren muß das Codesignal aufwendig berechnet werden. Hier­ zu kann die Energie des Ladekondensator 3 nicht immer ausrei­ chen. Daher muß der Ladekondensator 3 zwischendurch nachgela­ den werden. Dieses Nachladen geschieht bereits bei angepaßter Erregerfrequenz f_E2, die an die Resonanzfrequenz f_RT angepaßt ist. Beim nächsten Startvorgang kann die Erregerfrequenz f_E gleich der zuletzt gemessenen Resonanzfrequenz f_RT sein. Beim nächsten Startvorgang kann aber auch wieder der voreinge­ stellte Wert der Erregerfrequenz f_E1 genommen werden.

Das Messen der Resonanzfrequenz f_RT kann auch durch Messen von einer oder mehreren Schwingungen vorgenommen werden. Da­ mit die korrekte Resonanzfrequenz f_RT erfaßt wird, muß im Transceiver 1 durch die Anzahl von Schwingungen geteilt wer­ den. Der Wert der Resonanzfrequenz f_RT kann im Transceiver 1 abgespeichert werden. Die Steuereinheit 14 greift dann auf diesen abgespeicherten Wert zurück und steuert den Oszillator 4 oder den Frequenzteiler 15. Falls sich infolge von Tempera­ tureinflüssen die Resonanzfrequenz f_RT ändert, kann der vor­ her gespeicherte Wert überschrieben werden, so daß eine stän­ dige Anpassung an die aktuelle Resonanzfrequenz f_RT ge­ schieht.

Wichtig für die Erfindung ist es, daß zumindest der Nachlade­ vorgang bei angepaßter Erregerfrequenz f_E2 vorgenommen wird. Darüber hinaus kann der Ladevorgang bei einem nachfolgenden Startvorgang auch bei geänderter Erregerfrequenz f_E2 statt­ finden. Somit wird gewährleistet, daß im Transponder 2 genü­ gend Energie zur Verfügung steht, um ein Codewort zurück zu dem Transceiver 1 zu schicken.

Das Codewort oder die Codeinformation kann ein sogenannter "Festcode" sein, bei dem sich das einmal festgelegte Codewort bei zukünftigen Startvorgängen nicht mehr ändert. Es kann aber auch ein sog. "Wechselcode" oder "Rolling-Code" verwen­ det werden. Dabei ändert sich das zum Transceiver 1 übertra­ gene Codewort bei jedem Startvorgang. Vorteilhaft ist es, Kryptoverfahren zum Erzeugen des Codeworts zu verwenden. Dies hat sicherheitstechnische Vorteil. Somit können die gerade übertragenen Codewörter nicht aus dem Transponder 2 ausgele­ sen werden.

Claims (5)

1. Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug mit

• - einem im Kraftfahrzeug angeordneten Transceiver (1), der einen Schwingkreis (5, 6) aufweist, der durch einen Oszil­ lator (13) zum Schwingen mit einer vorgegebenen ersten Fre­ quenz (f_E1) angeregt wird, wodurch Energiesignale mit der ersten Frequenz (f_E1) zu einem Transponder (2) übertragen werden, wenn der Transponder (2) in unmittelbarer Nähe des Transceivers (1) angeordnet ist,
• - dem tragbaren Transponder (2), der einen Energiespeicher (3) und einen Transponderschwingkreis (7, 8) aufweist, wo­ bei der Energiespeicher (3) durch die Energiesignale aufge­ laden wird, wodurch der Transponderschwingkreis (7, 8) ver­ anlaßt wird, mit seiner Resonanzfrequenz (f_RT) zu schwingen und Datensignale mit der Resonanzfrequenz (f_RT) zu dem Transceiver (1) zurück zu übertragen,
• - einem Frequenzzähler (13) im Transceiver (1), dem die Da­ tensignale zugeführt werden und der dabei die Resonanzfre­ quenz (f_RT) mißt, sowie
• - einer Steuereinheit (14) im Transceiver (1), die mit dem Frequenzzähler (13) sowie dem Oszillator (4, 15) verbunden ist und die den Oszillator (4, 15) derart steuert, daß der Schwingkreis (5, 6) mit einer zweiten Frequenz (f_E2) ange­ regt wird, die mit der gemessenen Resonanzfrequenz (f_RT) in etwa übereinstimmt.

2. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Transponder (2) eine Codeerzeugungseinheit (12) aufweist, in der eine Codeinformation oder Rechenvor­ schrift gespeichert ist, aus denen ein Codewort erzeugt wird, das in der Schwingung des Transponderschwingkreises (7, 8) abhängig von der Codeinformation oder der Rechenvorschrift amplitudenmoduliert zu dem Transceiver zurückübertragen wird.

3. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Codewort in der Steuereinheit (14) aus der amplitudenmodulierten Schwingung demoduliert wird, mit einer Sollcodeinformation verglichen wird und bei Übereinstimmung ein Freigabesignal erzeugt wird.

4. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Energiespeicher (3) ein Kondensator oder ein wiederaufladbarer Akkumulator ist.

5. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wert der gemessene Resonanzfrequenz (f_RT) im Transceiver (1) gespeichert wird und nur bei Abweichen von einem vorher gemessenen Wert erneut gespeichert wird.