DE19926748A1 - Funktionskontrollsystem, insbesondere Zugangskontrollsystem, und Verfahren zur Funktionssteuerung - Google Patents
Funktionskontrollsystem, insbesondere Zugangskontrollsystem, und Verfahren zur FunktionssteuerungInfo
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Abstract
Die Sende- und Empfangsstation (2, 3, 8) generiert ein für alle Transponder identisches Fragecodesignal, bei dessen Empfang alle Transponder zeitglich mit derselben Trägerfrequenz antworten. Zur Vermeidung von Signalkollisionen werden die Transponder vor und/oder bei der Aussendung der Antwortsignale synchronisiert. Alternativ ist jedem Transponder eine eigene Hilfsträgerfrequenz zusätzlich zur für alle Transponder gleichen Hauptträgerfrequenz zugeordnet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Funktionskontrollsystem, insbeson
dere Zugangskontrollsystem, mit einer zentralen Sende- und
Empfangsstation und mehreren Transpondern, die mit der Sende-
und Empfangsstation bidirektional kommunizieren können.
Aus der EP 0 440 974 B1 und der US 5 552 641 sind solche
Funktionskontrollsysteme in Form von Kraftfahrzeug-
Zugangskontrollsystemen bekannt, bei denen die im Kraftfahr
zeug angeordnete zentrale Sende- und Empfangsstation bei
spielsweise nach Betätigung eines Türbetätigungsknopfes ein
Fragecodesignal absendet, das von einem in der Funkreichweite
befindlichen tragbaren Transponder beantwortet wird. Das in
der US 5 552 641 beschriebene Kraftfahrzeug-
Zugangskontrollsystem kann aus Sicherheitsgründen mehrkanalig
ausgelegt sein.
Wenn für ein solches Zugangskontrollsystem mehrere tragbare
Transponder zur Benutzung durch mehrere Personen ausgegeben
werden, sollte das Funktionskontrollsystem bei einer ge
wünschten Funktionssteuerung nicht nur erkennen können, ob
sich ein oder mehrere Transponder im Erfassungsbereich der
zentralen Sende- und Empfangsstation befinden, sondern auch
erfassen können, um welchen oder welche Transponder es sich
handelt. Dies gilt insbesondere, wenn den einzelnen Transpon
dern unterschiedliche Funktionsumfänge zugeordnet sind (bei
spielsweise kann einem Transponder nur das Entriegeln der
Zentralverriegelung erlaubt sein, während ein anderer Trans
ponder zusätzlich zur Betätigung der Zentralverriegelungsan
lage auch noch die Wegfahrsperreneinrichtung freischalten und
damit das Kraftfahrzeug für einen Fahrbetrieb freigeben
kann).
Vom Funktionskontrollsystem muß daher in diesem Fall über
prüft werden, ob, und welche, Transponder sich im Erfassungs
bereich befinden. Dabei muß zugleich sichergestellt werden,
daß sich mehrere autorisierte Transponder nicht gegenseitig
bei der Aussendung ihrer Antwortcodesignale so beeinflussen,
daß das System die Korrektheit der Antwortcodesignale nicht
mehr überprüfen kann, und damit die gewünschte Funktion auch
nicht freigegeben wird. Es muß somit die Kommunikation gegen
über Kollisionen gesichert werden. Ein möglicher Ansatz zur
Lösung dieses Problems besteht darin, an die Transponder un
terschiedliche Kennungen, z. B. Nummern, zu vergeben und die
Transpondersuche jeweils nur an einen Transponder zu richten,
das heißt für jeden Transponder ein eigenes Fragecodesignal
(z. B. mit einer nur diesen einen Transponder bezeichnenden
Adresse) zu senden. Die zu einem System gehörenden Transpon
der werden dann nacheinander auf Vorhandensein durch mehrfa
che Wiederholung der Aussendung des jeweils schrittweise ver
änderten Fragecodesignals und Warten auf ein Antwortcodesi
final abgefragt. Diese Vorgehensweise erfordert allerdings ei
ne nicht vernachlässigbare Zeitspanne, so daß gegebenenfalls
eine unerwünschte Zeitverzögerung zwischen der Anforderung
einer bestimmten Funktion seitens eines Benutzers und der
tatsächlichen Durchführung dieser Funktion auftreten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Funktionskon
trollsystem zu schaffen, das sich durch rasches Ansprechen
bei einer gewünschten Auslösung der zu steuernden Funktion
auszeichnet.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten
Merkmalen gelöst.
Weiterhin wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Ausführen
einer Funktionssteuerung gemäß dem Patentanspruch 7 bereitge
stellt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße System ist derart ausgelegt, daß die
zentrale Sende- und Empfangsstation nur ein einziges Suchsi
gnal an alle zum System gehörenden Transponder aussendet und
alle sich im Empfangsbereich befindenden Transponder gleich
zeitig antworten. Damit ist nicht nur der Suchvorgang hin
sichtlich Zeit- und Leistungsbedarf deutlich verringert, son
dern es kann auch die gewünschte Funktion sofort durchgeführt
werden, wenn auch nur ein einziger berechtigter Transponder
sich meldet. Das Fragecodesignal ist damit für alle Transpon
der identisch.
Vorzugsweise sind die Transponder so ausgelegt, daß sie sich
bei Empfang des Fragecodesignals (Suchsignal oder Suchtele
gramm) auf dessen Bitfolge synchronisieren und dann gleich
zeitig mit dem Aussenden ihrer Antwort beginnen, beispiels
weise nach Verstreichen eines für alle Transponder gleichen,
zum Synchronisieren ausreichenden Zeitintervalls ab Empfang
des Fragecodesignals. Hierdurch wird sichergestellt, daß alle
Transponder exakt im selben Zeitrhythmus senden, so daß emp
fangsseitig keine Signalkollision auftritt, sondern sich le
diglich die Empfangfeldstärke vorteilhafterweise erhöht. Alle
Transponder senden hierbei mit gleicher Frequenz und Baudrate
dasselbe Antwortsignal aus.
Alternativ oder zusätzlich kann jeder Transponder mit einem
eigenen Hilfsträgerfrequenzgenerator ausgestattet sein, der
eine Hilfsträgerfrequenz generiert, die sich von den
Hilfsträgerfrequenzen zumindest einiger, vorzugsweise aller
anderer Transponder unterscheidet und zur Modulation des für
alle Transponder gleichen Trägerfrequenzsignals dient, wobei
die Hilfsträgerfrequenz vorzugsweise vorab mit einer dem je
weiligen Transponder zugeordneten Codefolge (z. B. Kennungsin
formation oder Information über zu steuernde Zusatzfunktion)
moduliert wird. Die Baudrate ist ebenfalls für alle Transpon
der gleich. Nach dem Suchsignal antworten alle Transponder im
Erfassungsbereich mit derselben Trägerfrequenz und Baudrate,
jedoch mit ihrer zusätzlichen eigenen, durch den Hilfsträger
hervorgerufenen Frequenzkomponente (Zwischenfrequenz). Eine
Synchronisation der verschiedenen Transponder ist in diesem
Fall nicht erforderlich. Die Empfangsstation empfängt alle
Antwortsignale damit im wesentlichen gleichzeitig sofort nach
dem Aussenden des Suchsignals und kann diese Antwortsignale
zum Beispiel über geeignete Filter auf verschiedene Kanäle
aufteilen und separat auswerten und damit im wesentlichen
parallel erkennen, welche Transponder im Erfassungsbereich
vorhanden sind. Die Modulation des Hilfsträgerfrequenzsignals
und/oder die Modulation des (Haupt-) Trägerfrequenzsignals
kann vorzugsweise mittels Amplitudenmodulation oder Frequenz
modulation oder mittels eines anderen geeigneten Modulations
verfahrens erfolgen. Durch das Doppelmodulationsverfahren ist
zugleich eine selektive Informationsübertragung und/oder
Transpondererkennung möglich.
Bei der Erfindung werden somit mit einem einzigen Fragecode
signal alle Transponder angesprochen und zur gleichzeitigen
Reaktion aufgefordert, so daß das aufeinanderfolgende Suchen
von jeweils einem einzigen Transponder entfällt und sich die
Systemreaktionszeit auf die minimal mögliche Zeit verkürzt.
Dies ist insbesondere bei schlüssellosen Zugangskontrollsy
stemen, jedoch auch bei anderen Funktionskontrollsystemen
wichtig. Hierbei wird zugleich Kollisionsfreiheit der Kommu
nikation, insbesondere durch Synchronisation und/oder Verwen
dung von unterschiedlichen Antwortfrequenzanteilen bei glei
cher Trägerfrequenz und Baudrate sichergestellt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des Sy
stems, und
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils des internen
Transponderaufbaus.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Funk
tionskontrollsystem als Kraftfahrzeug-Zugangskontrollsystem
ausgelegt und enthält eine im oder am schematisch dargestell
ten Kraftfahrzeug 1 angebrachte Sende- und Empfangsstation,
die mindestens einen Sender 2 und mindestens einen Empfänger
3 umfaßt. Der Sender 2 und der Empfänger 3 arbeiten induktiv
und/oder im Hochfrequenzbereich und können zu einer einzigen
Baugruppe zusammengefaßt sein. Weiterhin sind mehrere Trans
ponder 4, 5, 6 vorhanden, die beispielsweise als Schlüsselan
hänger oder Smart Cards ausgebildet sein können und mit einer
induktiven Empfangseinheit und Hochfrequenz-Sendeeinheit aus
gestattet sind.
Zur Entriegelung des Kraftfahrzeugs muß beispielsweise eine
Taste 7, ein Türgriff oder eine sonstige Komponente am Kraft
fahrzeug betätigt werden. Dies wird von einem die Zentralver
riegelungseinrichtung steuernden Steuergerät 8 erfaßt, das
daraufhin den Sender 2 zum Aussenden eines z. B. induktiven
Fragecodesignals (Suchtelegramms) ansteuert. Dieses Frage
codesignal wird von allen in der Sendereichweite vorhandenen
Transpondern empfangen, die alle so ausgelegt sind, daß sie
auf dasselbe Fragecodesignal sofort mit ihrem vorzugsweise
codierten Antwortsignal antworten. Diese gleichzeitig gesen
deten Antwortsignale werden von dem Empfänger 3 empfangen und
von dem Steuergerät 8 oder einer separaten Auswerteschaltung
ausgewertet, die gegebenenfalls bei unterschiedlichen Ant
wortsignalen auch nur eines dieser Antwortsignale auswählen
und auswerten kann. Bei korrektem Antwortsignal, das heißt
mit dem erwarteten Code übereinstimmenden Antwortcode wird
die gewünschte Aktion vom Steuergerät 8 ausgeführt, das heißt
hier die Kraftfahrzeugtüren entriegelt. Die Initialisierung
der Autorisierungskommunikation kann vom Zugangskontrollsy
stem nicht nur nach Betätigung der Taste 7 oder einer sonsti
gen Komponente eingeleitet werden, sondern alternativ auch in
zyklischen oder azyklischen Intervallen durch automatisches
Aussenden des Fragecodesignals gestartet werden.
Die Transponder 4 bis 6 können identisch ausgelegt sein und
eine interne Synchronisationseinrichtung enthalten, die bei
Empfang des Fragecodesignals eine Synchronisation mit diesem,
insbesondere zur Erzielung einer Phasensynchronisation be
wirkt. Da diese Synchronisation in allen empfangenden Trans
pondern parallel ausgeführt wird, werden diese auf dasselbe
Signal synchronisiert, so daß diese Transponder auch gegen
seitig synchronisiert arbeiten. Die Transponder sind so aus
gelegt, daß sie das empfangene Fragecodesignal nicht nur zur
Synchronisation heranziehen, sondern auch dahingehend auswer
ten, ob es sich um ein erwartetes, ein Antwortcodesignal er
forderndes Signal handelt. Sofern dies der Fall ist, senden
alle Transponder ihr Antwortsignal synchronisiert, beispiels
weise nach einem festen, für alle Transponder gleichen Zei
tintervall ab Empfang des Fragecodesignals aus, so daß diese
Antwortsignale exakt zeitgleich (unter Vernachlässigung der
durch Entfernungsunterschiede eventuell vorhandenen, in der
Praxis bedeutungslosen Laufzeitunterschiede) beim Empfänger 3
ankommen. Alle Transponder senden aufgrund ihrer identischen
Auslegung mit gleicher Frequenz und Baudrate dasselbe Ant
wortsignal, so daß aufgrund der Synchronisation keine Signal
kollision beim Empfänger 3 auftritt.
Alternativ oder zusätzlich zu dieser Synchronisation der
Transponder kann auch vorgesehen sein, daß jedem Transponder
eine eigene Kennfrequenz oder sonstige Kennung zugeordnet
wird, durch die die zentrale Sende- und Empfangsstation die
Transponder trotz gleichzeitigem Signalempfang voneinander
unterscheiden kann. Hierzu kann neben der für alle Transpon
der gemeinsamen Trägerfrequenz von üblicherweise 433 MHz und
der ebenfalls für alle Transponder gleichen baudratenabhängi
gen Modulation dieser Trägerfrequenz (übliche Baudraten lie
gen bei 1 KBd bis 10 KBd) ein weiterer Hilfsträger je Trans
ponder von zum Beispiel 100 kHz vorgesehen sein.
In Fig. 2 ist der interne Aufbau eines Transponders gezeigt,
der insoweit für alle zum System gehörenden Transponder
gleich sein kann. Ein Hilfsträgerfrequenzgenerator 10 erzeugt
ein Hilfsträgerfrequenzsignal mit einer Frequenz von z. B. 100
kHz, das an einen Modulator 12 (Amplituden- oder Frequenzmo
dulator) angelegt wird. Der Modulator 12 moduliert das
Hilfsträgerfrequenzsignal mit einem von einem Codegenerator
11 erzeugten Codesignal, das eine bestimmte Baudrate auf
weist. Das Ausgangssignal des Modulators 12 wird an einen
zweiten Modulator 14 angelegt, der dieses Signal mit der ei
gentlichen Trägerfrequenz von z. B. 433 MHz moduliert, die von
einem Trägerfrequenzsignalgenerator 13 erzeugt wird. Das Aus
gangssignal des Modulators 14 wird über eine nicht darge
stellte Antenne zum Empfänger 3 (Fig. 1) der Sende- und Emp
fangsstation abgestrahlt. Da mehrere Transponder vorhanden
sind (bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise bis zu 8 Trans
ponder), ist jedem Transponder 4 bis 6 ein eigener Hilfsträ
ger, zum Beispiel im 100 kHz-Abstand zugeordnet. Der Trans
ponder 4 hat dann zum Beispiel eine Hilfsträgerfrequenz von
100 kHz, der Transponder 5 eine Hilfsträgerfrequenz von 200
kHz und der Transponder 6 eine Hilfsträgerfrequenz von 300
kHz, usw.. Jedoch sind die Baudrate und die (Haupt-) Träger
frequenz für alle Transponder 4 bis 6 gleich. Nach dem Frage
codesignal antworten alle im Empfangsbereich vorhandenen
Transponder im wesentlichen gleichzeitig, wobei nicht unbe
dingt eine Synchronisation vorgesehen sein muß. Jeder Trans
ponder antwortet mit seinem eigenen Ausgangssignal, das die
durch den Hilfsträger festgelegten, für den jeweiligen Trans
ponder charakteristischen Frequenzanteile enthält (eigene
Zwischenfrequenz). Der Empfänger 3 und/oder das Steuergerät 8
können diese gleichzeitig empfangenen Antwortsignale zum Bei
spiel über geeignete Frequenzfilter auf verschiedene Kanäle
aufteilen und dort auswerten. Der Empfänger 3 oder das Steu
ergerät 8 ist so ausgelegt, daß es dann die auf allen oder
nur einigen Kanälen oder auch nur auf einem Kanal empfangenen
Informationen hinsichtlich korrektem Antwortcode auswählt und
bei korrektem Antwortcode die zugehörige Funktion auslöst,
beispielsweise das Kraftfahrzeug entriegelt. Hierbei ist es
auch möglich, jedem, oder zumindest einzelnen Transpondern
einen eigenen Funktionsumfang zuzuordnen, wobei das Steuerge
rät 8 bei Erkennen des gerade vorhandenen Transponders nur
den diesem zugeordneten Funktionsumfang freigibt, z. B. nur
das Türentriegeln, nicht aber ein Starten des Motors.
Das Funktionskontrollsystem kann gegebenenfalls auch mehrere
Sende- und Empfangsstationen je zu steuerndem Objekt enthal
ten, um beispielsweise in unterschiedliche Richtungen zu sen
den und aus unterschiedlichen Richtungen gut empfangen zu
können.
Bei dem erfindungsgemäßen Funktionskontrollsystem kann es
sich nicht nur um ein Kraftfahrzeug-Zugangskontrollsystem
handeln, sondern allgemein um ein beliebiges System, welches
bestimmte Aktionen freigibt oder Funktionen ausführt, wenn
ein autorisierter Transponder im Erfassungsbereich des Sy
stems vorhanden ist. Das Zugangskontrollsystem kann auch als
Wegfahrsperrensteuersystem ausgelegt sein, das ein Starten
des Kraftfahrzeugs nur bei vorhandenem autorisierten Trans
ponder freigibt. Das Funktionskontrollsystem kann auch ein
Zugangskontrollsystem für ein oder in einem Haus sein, bei
dem eine oder mehrere Türen, insbesondere Eingangstüren, nur
bei mitgeführtem autorisiertem Transponder geöffnet werden
können, oder ein Zugangskontrollsystem für einen Geldautoma
ten, von dem nur dann Geld abgehoben werden kann, wenn sich
ein autorisierter Transponder im Nahbereich um den Automaten
herum befindet. Die zentrale Sende- und Empfangsstation ist
hierbei jeweils im Bereich des hinsichtlich seiner Funktion
zu steuernden Objekts zusammen mit einer die Signalauswertung
und Funktionssteuerung ausführenden Steuereinrichtung ange
bracht.
Die Transponder können beliebige Ausgestaltung aufweisen und
zum Beispiel als Chipkarte, Schlüssel, Schlüsselanhänger oder
Körperimplantat ausgelegt sein, sofern sichergestellt ist,
daß sie Signale empfangen und senden können. Hierzu kann je
der Transponder einen induktiven Empfänger und einen Hochfre
quenzsender aufweisen, oder als bidirektional im HF-Bereich
oder induktiv arbeitender Sender/Empfängereinheit ausgestal
tet sein. Die Signalübertragung kann auch über Infrarotstrec
ken erfolgen.
Als autorisierte Transponder sind hier Transponder zu verste
hen, die zu dem betreffenden Funktionskontrollsystem gehören.
Bei einem Kraftfahrzeug kann die Zuordnung der Transponder
z. B. am Bandende der Fertigung oder in einer Werkstatt erfol
gen.
Der Erfassungsbereich des Zugangskontrollsystems entspricht
hierbei demjenigen Bereich in dem und um das System herum, in
dem die zentrale Sende- und Empfangsstation mit den Transpon
dern kommunizieren und von diesem Signale empfangen kann. Das
Fragecodesignal stellt allgemein ein Bitmuster, das heißt ein
aus einer Bitfolge bestehendes Signal dar, das über den Sen
der 2, beispielsweise eine induktive Sendeantenne, übertragen
und von den in deren Sendebereich vorhandenen Transpondern
empfangen und ausgewertet wird.
Claims (10)
1. Funktionskontrollsystem mit einer Sende- und Emp
fangsstation (2, 3, 8), die in regelmäßigen oder unregelmäßi
gen Abständen oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis
ein Fragecodesignal aussendet, und mehreren Transpondern (4,
5, 6), die so ausgelegt sind, daß sie alle auf das Fragecode
signal bei dessen Empfang ansprechen, ein Antwortsignal gene
rieren und dieses zur Sende- und Empfangsstation (2, 3, 8)
senden.
2. Funktionskontrollsystem nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Transponder (4 bis 6) eine
Synchronisationseinrichtung enthalten, die eine Synchronisa
tion des Transponderbetriebs, insbesondere dessen Sendesi
gnalerzeugung, mit dem empfangenen Fragecodesignal oder der
mit diesem übertragenen Codesignalfolge bewirkt, so daß die
Antwortsignale von den Transpondern (4 bis 6) synchronisiert
ausgesendet werden.
3. Funktionskontrollsystem nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß mindestens einer, vor
zugsweise alle Transponder (4 bis 6) einen Hilfsträgerfre
quenzgenerator (10) zum Erzeugen eines diesem Transponder zu
geordneten Hilfsträgerfrequenzsignals zur Modulation des für
alle Transponder (4 bis 6) gleichen Trägerfrequenzsignals
enthält.
4. Funktionskontrollsystem nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der oder jeder Transponder (4
bis 6) einen ersten Modulator (12) zum Modulieren des von dem
Hilfsträgerfrequenzgenerator (10) erzeugten Hilfsträgerfre
quenzsignal mit einem Codesignal, und einen zweiten Modulator
(14) zum Modulieren des von einem Trägerfrequenzgenerator
(13) erzeugten Trägerfrequenzsignals mit dem vom ersten Modu
lator (12) abgegebenen Ausgangssignal umfaßt.
5. Funktionskontrollsystem nach Anspruch 3 oder 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangs
station (2, 3, 8) mehrere Eingangskanäle mit vorgeschal
teten Filtern zum Herausfiltern von durch das Hilfsträgerfre
quenzsignal hervorgerufenen Frequenzkomponenten umfaßt.
6. Funktionskontrollsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als
Zugangskontrollsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
ausgelegt ist.
7. Verfahren zum Betreiben eines Funktionskontrollsy
stems mit einer Sende- und Empfangsstation (2, 3, 8) und meh
reren Transpondern (4 bis 6), bei dem die Sende- und Emp
fangsstation ein Fragecodesignal in regelmäßigen oder unre
gelmäßigen Zeitabständen oder als Reaktion auf ein auslösen
des Ereignis hin aussendet und alle dieses Fragecodesignal
empfangenden Transponder (4 bis 6) zeitgleich mit einem Ant
wortsignal antworten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Transponder vor und/oder bei der
Aussendung des Antwortsignals synchronisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die jeweiligen Antwortsignale
durch Doppelmodulation unter anfänglicher Modulation eines
Hilfsträgerfrequenzsignal mit einem Antwortcodesignal und
nachfolgender Modulation eines für alle Transponder gleichen
Trägerfrequenzsignals mit dem bei der anfänglichen Modulation
erhaltenen Modulationsausgangssignal erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sende- und Empfangsstation die durch
die Hilfsträgerfrequenzsignale der einzelnen Transponder her
vorgerufenen Frequenzkomponenten in unterschiedlichen Kanälen
auswertet.
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