DE19612452C1 - Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein bekanntes Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug (DE 43 29 697 C2) weist einen tragbaren Sender auf, der eine modulierte Codeinformation aussendet. Im Kraftfahrzeug ist ein Empfänger angeordnet, der die Codeinformation empfängt, diese mit einer Sollcodeinformation vergleicht und bei Über­ einstimmung der beiden Codeinformationen ein Freigabesignal erzeugt.

Damit ein solches Diebstahlschutzsystem auch bei auftretenden Störungen, wie beispielsweise einem leistungsstarken Störsen­ der, noch zuverlässig funktioniert, muß die Codeinformation auf eine andere Art, beispielsweise bei einer veränderten Frequenz nochmals übertragen werden. Eine Störung der Über­ tragung wird also erst dann festgestellt, wenn zunächst das erwartete Codesignal nicht empfangen wurde. Bei einem solchen Diebstahlschutzsystem müssen bei dem wiederholten Aussenden der Codeinformation sowohl im Sender als auch im Empfänger Veränderungen vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde ein Diebstahlschutz­ system für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem eine Code­ information eines tragbaren Senders auch bei auftretenden Übertragungsstörungen von einem im Kraftfahrzeug befindlichen Empfänger zuverlässig empfangen wird.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa­ tentanspruch 1 gelöst. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei der Modulation einer hochfrequenten Trägerschwingung mit einem niederfrequenten Rechtecksignal eine Grundschwin­ gung und dazugehörige Oberschwingungen mit zu einem Empfänger übertragen werden. Der Empfänger ist dabei so ausgestaltet, daß er sowohl die Grundschwingung als auch die Oberschwingun­ gen auswerten und daraus die Codeinformation gewinnen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Dieb­ stahlschutzsystems,

Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf einer Rechteckspannung,

Fig. 3 ein Frequenzspektrum der Rechteckspannung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Empfängers des Diebstahl­ schutzsystems nach Fig. 1 und

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbei­ spiels eines Empfängers des Diebstahlschutzsystems.

In der Nachrichtentechnik wird eine hochfrequente Trägerfre­ quenz mit niederfrequenten, digitalen Codeinformationen modu­ liert und somit diese Codeinformationen übertragen. Das für Kraftfahrzeuganwendungen zugelassene Frequenzband für solche Übertragungen liegt nahezu weltweit unter anderem zwischen 433,05 und 434,79 MHz. Da dieses Frequenzband auch von Ama­ teurfunkern benützt werden darf, deren zugelassenes Frequenz­ band zwischen 430 und 440 MHz liegt, und da immer mehr neue Anwendungen ebenfalls dieses Frequenzband überdecken, steigt die Wahrscheinlichkeit, daß die Übertragung der Codeinforma­ tion vom Handsender zum Kraftfahrzeug durch andere Sender ge­ stört wird.

Bei einem Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug wird eine in einem Sender 1 (Fig. 1) gespeicherte oder erzeugte Codeinformation zu einem Empfänger 2 im Kraftfahrzeug über­ tragen. Durch die Codeinformation wird dem Kraftfahrzeug die Berechtigung des Senders 1 und gegebenenfalls die gewünschte Aktion, wie z. B. "Fahrzeug entriegeln", mitgeteilt. Der Sen­ der 1 kann beispielsweise auf einem herkömmlichen Tür- oder Zündschlüssel integriert sein. Der Sender 1 kann ebenso auf einer scheckkartengroßen Karte angeordnet sein.

Die Codeinformation ist ein digitales, binäres Signal, das die Werte 0 und 1 mit den Pegeln L (Low) und H (High) ein­ nimmt. Zur Übertragung der Codeinformation wird eine hochfre­ quente Trägerschwingung mit dieser Codeinformation beispiels­ weise amplitudenmoduliert. Dabei wird die Trägerschwingung im Rhythmus der Codeinformation eingeschaltet und ausgeschaltet.

Damit ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug auch bei Störungen zuverlässig funktioniert, wird in dem tragbaren Sender 1 eine Trägerschwingung mit der Trägerfrequenz f_T mit einer Codeinformation mit Hilfe eines Mikroprozessors 3 und eines Modulators 4 moduliert. Über eine Sendeantenne 5 wird die Codeinformation in Form eines Codesignals ausgesendet.

Der Empfänger 2 im Kraftfahrzeug empfängt das Codesignal über eine Empfangsantenne 6 und leitet es an eine Eingangsstufe 7 weiter. Nach der Eingangsstufe 7 wird das empfangene Codesi­ gnal einem Demodulator 8 zugeleitet, der die Codeinformation aus dem Codesignal demoduliert. In einem Mikroprozessor 9 wird die Codeinformation mit einer erwarteten Sollcodeinfor­ mation verglichen. Bei Übereinstimmung der beiden Codeinfor­ mationen wird ein Freigabesignal erzeugt, mit dem Türen des Fahrzeugs ver- oder entriegelt werden oder eine Wegfahrsperre gelöst wird.

Die Eingangsstufe 7 kann dabei frequenzabhängig umgeschaltet werden, so daß das Codesignal bei verschiedenen Frequenzen ausgewertet wird. Somit entstehen mehrere "Eingangszweige", die sich in ihrem Frequenzverhalten unterscheiden. Die Ein­ gangsstufe 7 wird dann umgeschaltet, wenn das Codesignal zu­ nächst nicht korrekt empfangen wurde. Das Codesignal wird dann nochmals bei einer anderen Frequenz ausgewertet. Aller­ dings muß dann die Codeinformation mehrfach hintereinander in dem Codesignal enthalten sein oder mehrfach von dem Sender 1 ausgesendet werden. Die Eingangsstufe 7 kann auch mehrere pa­ rallele Eingangsstufen 10 und 11 (vgl. Fig. 5) aufweisen, die das empfangene Codesignal jeweils bei unterschiedlichen Frequenzen auswerten.

Die Codeinformation ist ein niederfrequentes, binär codiertes Signal (hier mit einer Schwingungsfrequenz von etwa 1 kHz), das einer hochfrequenten Trägerschwingung (mit einer Träger­ frequenz f_T bei etwa 433 MHz) aufmoduliert wird. Zur besseren Veranschaulichung sei angenommen, daß die Codeinformation ein periodisches Rechtecksignal (Rechteckspannung) ist, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Mit der Fourier-Analyse läßt sich diese Rechteckspannung bekannterweise in seine Frequenz­ bestandteile (Teilschwingungen) zerlegen. Nach Fourier kann eine Zeitfunktion u(t) (Spannungsfunktion) für jede periodi­ sche nicht sinusförmige Schwingung als eine unendliche Reihe angegeben werden:

mit a₀, a_n, b_n = Fourier-Koeffizienten, n = ganze Zahl, ω = Kreisfrequenz, t = Zeit und T = Periodendauer.

Bei jeder Fourier-Analyse müssen die Fourier-Koeffizienten a₀, a_n und b_n berechnet werden. Bei periodischen Signalen, wie bei der in Fig. 2 dargestellten Rechteckspannung, ist der arithmetische Mittelwert Null, d. h. der Fourier-Koeffizient a₀ = 0 (= Gleichgröße). Wenn die Rechteckspannung auch noch spiegelbildlich zum Nullpunkt ist (ungerade Funktion), so ist auch der Fourier-Koeffizient a_n = 0. Das mathematische Ergeb­ nis der Fourier-Analyse kann im Frequenzspektrum (Amplituden­ spektrum) dargestellt werden (Fig. 3). Wenn die Rechteck­ spannung nach Fig. 2 mit Hilfe der Fourier-Analyse in die einzelnen Teilschwingungen zerlegt wird, so ergibt sich die Spannung u(t) bei einer Periodendauer T = 2π und einer Ampli­ tude von ± û zu:

Es entstehen somit eine Grundschwingung bei der Frequenz f_T (Trägerfrequenz) mit der Amplitude 4û/π und mehrere Ober­ schwingungen bei den Frequenzen 3f_T (mit 1/3 der Amplitude der Grundschwingung), 5f_T (mit 1/5 der Amplitude der Grund­ schwingung), usw. Die Amplituden der Oberschwingungen sind dabei wesentlich geringer als die Amplitude der Grundschwin­ gung und nehmen mit zunehmender Frequenz in etwa exponentiell ab.

Die in der Praxis verwendete und übertragene Codeinformation weicht jedoch von einer symmetrischen Rechteckspannung ab, da sie je nach Codierung unterschiedlich lange Impulspausen und Impulsdauern aufweist. Infolgedessen kann die Codeinformation nicht so leicht unerlaubterweise reproduziert werden. Wird eine solche Codeinformation, die ihrem Wesen nach eine unsym­ metrische Rechteckschwingung ist, nach Fourier zerlegt, so ergibt sich eine wesentlich kompliziertere Zerlegung und Be­ rechnung ihrer Frequenzbestandteile, auf deren ausführliche Darlegung hier verzichtet wird. Solche Codeinformationen wei­ sen in der Regel Oberschwingungen bei den Frequenzen 2f_T, 3f_T, 4f_T, usw. auf, wobei die Amplitude der ersten Ober­ schwingung etwa bei 1/7 der Amplitude der Grundschwingung liegt.

Da die Codeinformationen eines jeden Senders 1 aus Sicher­ heitsgründen unterschiedlich sind, unterscheiden sich auch die zugehörigen Frequenzspektren voneinander, und zwar in den jeweiligen Amplituden bei den ganzzahligen Vielfachen der Trägerfrequenz f_T. Die jeweilige Codeinformation ist sowohl in den Amplituden der Grundschwingung als auch in den Ampli­ tuden der Oberschwingungen enthalten. Aus den gemessenen Amplituden und den zugehörigen Frequenzen läßt sich die aus­ gesendete Codeinformation bestimmen.

Der Empfänger 2 ist üblicherweise als Überlagerungsempfänger (Superheterodynempfänger) ausgebildet. Bei diesem Empfänger­ prinzip wird die Trägerfrequenz f_T zunächst in einem Mischer 12 in eine andere Hochfrequenz, und zwar die Zwischenfrequenz f_z, umgesetzt (Fig. 4). Die Frequenzumsetzung wird auch als Mischung bezeichnet. Die Trägerfrequenz f_T wird mit einer Os­ zillatorfrequenz f₀, die im Empfänger 2 durch einen Oszilla­ tor 13 (auch als Lokaloszillator bezeichnet) erzeugt wird, gemischt.

Die Zwischenfrequenz f_z, die eine Differenz der Oszillator­ frequenz f₀ und der Trägerfrequenz f_T ist, wird in einem Ver­ stärker 14 verstärkt und einem Filter 15 zugeführt, das alle anderen Frequenzanteile außer der Zwischenfrequenz f_z wegfil­ tert.

Die neben der Trägerfrequenz f_T aufgrund der Modulation vor­ handenen Seitenbänder (± 1 kHz der Schwingung der Codeinforma­ tion) werden ebenfalls mitumgesetzt, so daß die Modulation und damit die Codeinformation erhalten bleibt. Das Filter 15 muß daher eine dafür ausreichende Bandbreite besitzen, damit die Codeinformation in dem Demodulator 8 demoduliert werden kann.

Abhängig von seiner Durchlaßfrequenz kann das Filter 15 ver­ schiedene Zwischenfrequenzen f_z durchlassen. Mit einer be­ stimmten Oszillatorfrequenz f₀ kann eine einzige Schwingung empfangen werden, deren Frequenz gleich der Differenz aus Os­ zillatorfrequenz f₀ und der Zwischenfrequenz f_z ist; sollen andere Schwingungen auch noch empfangen werden, so muß die Oszillatorfrequenz f₀ verändert, d. h. umgeschaltet, werden. Ebenso muß das Filter 15 in seiner Durchlaßcharakteristik um­ geschaltet werden.

Die Umschaltung geschieht über eine Schalteinrichtung 16, die von dem Mikroprozessor 9 gesteuert wird. Der Mikroprozessor 9 erhält dabei von dem Demodulator 8 die Information, ob eine gültige Codeinformation empfangen wurde oder nicht. Wurde keine gültige Codeinformation empfangen, so wird der Oszilla­ tor 13 und das Filter 15 über die Schalteinrichtung 16 ge­ steuert von dem Mikroprozessor 9 umgeschaltet. Wenn zunächst die Grundschwingung bei der Frequenz f_T ausgewertet wurde, so kann nach der Umschaltung die erste Oberschwingung bei der Frequenz 2f_T ausgewertet werden.

Auf diese Weise kann zunächst die Codeinformation aus der Grundschwingung empfangen und ausgewertet werden, und falls keine vernünftigen Werte für die Codeinformation erhalten werden, kann die erste oder zweite Oberschwingung ausgewertet werden.

Allerdings können nicht beliebig viele Oberschwingungen aus­ gewertet werden, da die Amplituden bei höheren Oberschwingun­ gen immer mehr abnehmen. Die Auswertung hängt dabei von der Empfindlichkeit der Amplitudenmessung ab. Üblicherweise kön­ nen die Amplituden der ersten beiden Oberschwingungen noch vernünftig gemessen und ausgewertet werden.

Statt einer einzigen Empfangsantenne 6 können auch mehrere Empfangsantennen 17 und 18 (Fig. 5) mit entsprechenden Ein­ gangsstufen 10 bzw. 11, die jeweils Verstärker, Lokaloszilla­ toren, Filter und Demodulatoren aufweisen, vorhanden sein. Die Eingangsstufen 10 und 11 sind parallel zueinander ange­ ordnet und empfangen parallel die Grundschwingung bzw. die erste und höheren Oberschwingungen des Codesignals und demo­ dulieren daraus jeweils die Codeinformation.

Die Eingangsstufen 10 und 11 sind dabei derart ausgebildet, daß die erste Eingangsstufe 10 die Grundschwingung auswertet, während die nächsten Eingangsstufen 11 die höheren Ober­ schwingungen auswerten. Hierzu kann jede Eingangsstufe 10 oder 11 eigene Lokaloszillatoren aufweisen, die auf die Grundfrequenz (Trägerfrequenz f_T) bzw. auf jeweils eine der Oberfrequenzen (ganzzahlige Vielfache der Trägerfrequenz f_T) abgestimmt sein. Die Schalteinrichtung 16 ist dann nicht not­ wendig oder kann jeweils die Eingangsstufen 10 und 11 akti­ vieren. Die Codeinformationen von jeder Eingangsstufe 10 und 11 können einem ODER-Glied 19 (oder NOR-Glied) zugeführt wer­ den, das daraus eine einzige Codeinformation bildet, da grundsätzlich gesehen die Codeinformation redundant übertra­ gen wird.

Somit kann auch beispielsweise die Grundschwingung von einer - unerwünschten - Störschwingung eines Störsenders überlagert sein. In der Grundschwingung wäre dann eine fehlerhafte oder keine Codeinformation enthalten. Solange die Codeinformation jedoch noch aus einer der Oberschwingungen erhalten werden kann, ist gewährleistet, daß die komplette Codeinformation des Senders 1 sicher zu dem Empfänger 2 gelangt, d. h. daß der Sender 1 sicher eine Authentifikation durchführen kann.

Wenn die Trägerfrequenz f_T beispielsweise etwa 433 MHz be­ trägt, so liegen die Frequenzen der Oberschwingungen bei ganzzahligen Vielfachen davon. Die erste Oberschwingung liegt dann hier bei einer Frequenz von etwa 833 MHz. Wenn die Zwi­ schenfrequenz f_z beispielsweise bei 500 kHz liegt, so muß die Oszillatorfrequenz f₀ auf der Empfängerseite bei 433,5 MHz liegen. Um die erste Oberschwingung auszuwerten, muß die Os­ zillatorfrequenz f₀ durch die Schalteinrichtung 16 auf 833,5 MHz geändert werden oder ein zusätzlicher Oszillator mit 833,5 MHz vorhanden sein.

Die demodulierte und am Ausgang des ODER-Glieds 19 anstehende Codeinformation wird mit einer in dem Empfänger 2 gespeicher­ ten (oder erzeugten) und erwarteten Sollcodeinformation mit Hilfe des Mikroprozessors 9 verglichen. Wenn die beiden Codeinformationen übereinstimmen, so erzeugt der Mikroprozes­ sor 9 ein codiertes Freigabesignal, das zu einer zu steuern­ den und nicht dargestellten Einheit im Kraftfahrzeug gesendet wird. Das Freigabesignal kann zum Lösen einer Wegfahrsperre, zum Ver- oder Entriegeln von Türschlössern, zum Ein- oder Ausschalten einer Diebstahlwarnanlage, zum Schließen oder Öffnen von Fenstern oder zum Steuern von zusätzlichen elek­ trischen Verbrauchern verwendet werden.

Im Sender 1 und im Empfänger 2 können jeweils Mikroprozesso­ ren 3 und 9 oder funktionell gleichwertige Bauelemente ver­ wendet werden, um die Codesignale zu erzeugen und die Codein­ formation daraus zu demodulieren. Als Oszillatoren 13 können SAW-Oszillatoren verwendet werden.

Claims (6)

1. Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug mit

• - einem tragbaren Sender (1), der eine mit einer Trägerfre­ quenz (f_T) modulierten Codeinformation aussendet und
• - einem im Kraftfahrzeug angeordneten Empfänger (2), der die Codeinformation empfängt, mit einer Sollcodeinformation vergleicht und bei Übereinstimmung der beiden Codeinforma­ tionen ein Freigabesignal erzeugt,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Empfänger (2) eine erste Eingangsstufe (7, 10) auf­ weist, die die Codeinformation aus der Grundschwingung des empfangenen Codesignals demoduliert, und daß der Empfänger (2) zumindest eine zweite Eingangsstufe (11) aufweist, die die Codeinformation aus zumindest einer der Oberschwingun­ gen des empfangenen Codesignals demoduliert, und
• - daß der Empfänger (2) eine Auswerteeinheit (9, 19) auf­ weist, in der aus den demodulierten Codeinformationen durch logische Verknüpfung eine einzige Codeinformation gebildet wird.

2. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Empfänger (2) eine Umschalteinrichtung (16) aufweist, die von der ersten Eingangsstufe (7, 10) auf die zweite oder auf weitere Eingangsstufen (7, 11) umschaltet.

3. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Empfänger (2) einen Oszillator (13) auf­ weist, dessen Oszillatorfrequenz (f₀) durch die Umschaltrich­ tung (16) verändert wird, wodurch die verschiedenen Eingangs­ stufen (7, 10; 7, 11) eingeschaltet werden.

4. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Empfänger (2) ein ODER-Glied (19) aufweist, dem die aus der Grundschwingung und zumindest einer der Ober­ schwingungen demodulierten Codeinformationen zugeführt wer­ den, so daß am Ausgang des ODER-Glieds (19) eine einzige Codeinformation ansteht, die mit der Sollcodeinformation ver­ glichen wird.

5. Diebstahlschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Freigabesignal zum Lösen einer Wegfahrsper­ re, zum Ver- oder Entriegeln von Türschlössern, zum Ein- oder Ausschalten einer Diebstahlwarnanlage und/oder zum Schließen oder Öffnen von Fenstern oder des Schiebedachs des Kraftfahr­ zeugs verwendet wird.