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Die
Erfindung betrifft ein System zur Steuerung und Regelung elektrischer,
elektromechanischer oder im weitesten Sinne elektrisch steuerbarer Funktionen
jeglicher Art eines Kraft- oder Nutzfahrzeugs, wobei die Steuerfunktionen
jeder Zeit über
ein tragbares Bedienteil voreingestellt werden können und erst in definiertem
Abstand zum Fahrzeug ausgeführt
werden, ohne dass eine weitere Betätigung des Bedienteils nötig wäre.
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Bisher
sind Systeme bekannt, die in zwei Kategorien unterteilt werden können. In
der ersten Kategorie sind es Systeme, die mittels eines meist in den
Fahrzeugschlüssel
integrierten Funksenders Basisfunktionen, wie beispielsweise die
Zentralverriegelung, die Kofferraumverriegelung oder Cabrioverdeck-
bzw. Faltdachöffungsmechanismen
steuern können.
Solche Systeme treten auch häufig
als Nachrüstvariante
auf und sind in diesem Fall meist sehr unhandlich, da die Bedieneinheit
zusätzlich
zu einem bereits vorhandenen Bedienteil oder dem Fahrzeugschlüssel mitgeführt werden
muss.
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Bei
allen bekannten Systemen ist als nachteilig einzustufen, dass die Übertragung
der Steuersignale meist unidirektional vom Bedienteil zum Fahrzeug
erfolgt und sich hierbei Empfänger
und Sender nicht gegenseitig auf Berechtigung oder fälschliche Signalgabe überprüfen, bevor
die gewählte
Funktion ausgeführt
wird. Hieraus ergibt sich ein hohes Potential für Fälschbarkeiten oder Missbrauch
für unerlaubten
bzw. unerwünschten
Zugriff auf das Fahrzeug im Ganzen oder auf dessen Teilfunktionen,
wie das Öffnen
der Kofferraumklappe oder des Verdecks. Weiterhin erfolgt die Übertragung
aller Steuersignale über
das gleiche Übertragungsmodul,
ohne dass eine Differenzierung bezüglich der Sicherheitsrelevanz
erfolgt. Somit können,
sollte das Funksignal einmal entschlüsselt und damit fälschbar
gemacht worden sein, alle Funktionen unberechtigt ausgeführt werden,
egal ob es sich um das Öffnen
des kompletten Fahrzeugs oder nur um beispielsweise das Aktivieren
der Standheizung handelt. Auch ein Wechsel des Verschlüsselungsalgorithmus
oder anderweitige Wechsel der Sicherungsmethodik sind bisher nicht möglich, was
wiederum zu einer leichteren Fälschbarkeit
führt.
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Alle
bisher bekannten Systeme haben einen ab Werk festgelegten Funktionsumfang,
der weder erweiterbar, nach reduzierbar ist. Somit kann keine Anpassung
auf spezielle Bedürfnisse
des Nutzers erfolgen. Weiterhin kann der bisher bekannte Funktionsumfang
als sehr begrenzt aufgefasst werden, da bisher nur Basisfunktionen
ausgeführt
werden können.
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Falls
für ein
Fahrzeug mehrere Bedienteile vorhanden sind, welche parallel genutzt
werden, besteht häufig
das Problem, dass alle Signale, egal von welchem Bedienteil kommend,
gleichwertig umgesetzt werden, was zu schweren Komplikationen auch während des
Fahrbetriebs führen
kann. Bei solchen System lässt
sich keine Priorisierung verwirklichen.
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Weiterer
Nachteil der bisher bekannten Systeme ist, dass sie einen meist
nur schwammig definierten Kontaktbereich, d.i. der Bereich um das
Fahrzeug, in dem Befehle vom Bedienteil durch das Fahrzeug angenommen
und verarbeitet werden, aufweisen, der häufig entweder zu weit oder
zu eng definiert ist. Bei zu weitem Kontaktbereich besteht die Gefahr einer
ungewollten und nicht erkannten Ausführung von evtl. auch sicherheitsrelevanten
Funktionen. Bei zu engem Kontaktbereich leidet der Benutzerkomfort.
Auch eine Einstellbarkeit der Kontaktbereichsweite auf Bedürfnisse
des Fahrers ist nicht möglich, wodurch
die Systeme als statisch und unvariabel angesehen werden können.
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Schwerwiegender
Nachteil der bisher bekannten Systeme ist, dass alle Funktionen
innerhalb des Kontaktbereiches manuell auf dem Bedienteil angewählt werden
müssen
und dann direkt ausgeführt
werden. Hierdurch ist der Benutzer stets gezwungen mindestens eine
Hand zum Betätigen
der Funktionen frei zu haben, was insbesondere beim Transport von
Einkäufen
o.Ä. zum
Fahrzeug als sehr störend
empfunden wird.
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Die
zweite Kategorie bisher bekannter Systeme besteht im Allgemeinen
aus einer Kombination eines Schlüssels
ohne Bart oder einer Chipkarte o.Ä. als Bedienteil mit einem
Empfänger
im Fahrzeug, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass für das Öffnen und
Schließen
des Fahrzeugs kein normal gebräuchliches
Schloss mehr vorhanden ist, sondern die Entriegelung stets automatisch
erfolgt, sobald sich das Bedienteil im Kontaktbereich des Fahrzeugs befindet.
Auch diese Systeme weisen meist eine unidirektionale Signalübertragung über nur
ein Funkmodul, eine unhandliche Bauform (insbesondere bei Chipkarten),
einen beschränkten
und nicht veränderlichen
Funktionsumfang, das Fehlen einer Priorisierung und einen oft schlecht
definierten Kontaktbereich ohne Anpassbarkeit und alle dadurch entstehenden
Nachteile auf.
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Weiterhin
sind solche Systeme, sofern sie mittels einer Chipkarte funktionieren,
anfällig
gegen physikalische und auch nur leichte chemische Beanspruchung
des Bedienteils, wie Biegung, Druck, Verschmutzung etc.
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Auch
wenn diese Systeme kein Betätigen des
Bedienteils zum Entriegeln des Fahrzeugs von Hand erfordern, bleibt
auch diesen Systemen, dass der Kofferraumdeckel von Hand geöffnet werden muss,
was evtl. das ungewollte und/oder schlecht mögliche Abstellen von transportierten
Gegenständen
erfordert und dadurch als äußerst nachteilig empfunden
werden kann.
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Auch
der Umstand, dass das Fahrzeug nur noch mit dem Bedienteil und nicht
mehr über
ein herkömmliches
Schloss zu öffnen
ist, wird häufig
als äußerst nachteilig
empfunden und trägt
trotzdem, aufgrund der bereits genannten Nach teile, nicht unbedingt
zu einer höheren
Sicherheit des Fahrzeugs gegen Diebstahl und unberechtigten Zugriff
bei.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Steuerung
von Fahrzeugfunktionen mittels eines tragbaren Bedienteils aufzuzeigen.
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Diese
Aufgabe wird mittels der Merkmale in den Ansprüchen gelöst.
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Die
beanspruchte Erfindung besteht aus einer Bedieneinheit und einer
Steuerungseinheit im Fahrzeug.
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Die
Bedieneinheit setzt sich zusammen aus mindestens einem Eingabegerät, mindestens
einem Ausgabegerät,
einer Daten-Verarbeitungs-Einheit (im
Weiteren DVE genannt), einem Datenspeicher, einem oder mehreren
Sende-/Empfangs-Modulen (im Weiteren SEM genannt), aus I/O-Schnittstellen und
einer Stromversorgung.
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Die
Steuerungseinheit im Fahrzeug besteht aus einem oder mehreren SEMen,
I/O-Schnittstellen, einer DVE und einem Datenspeicher und eventuell weiteren
Ein- und Ausgabewerken.
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Das
bzw. die Eingabegeräte
an der Bedieneinheit sind beispielsweise als Tastenfeld, Touchscreen
oder als Mirkofon für
Spracheingabe ausgeführt.
Das bzw. die Ausgabegeräte
können
als Display, LED-Anzeige und eventuell in Kombination mit einem
Piepser (Lautsprecher), o.Ä.
ausgeführt
sein. Eingabe- und Ausgabegerät
können
auch gemeinsam in einer weiteren Ausführungsform als Touchscreen
ausgeführt
sein. Die I/O-Schnittstelle der DVE der Bedieneinheit weist vorzugsweise
Verbindungen auf zu Anschlüssen
für kabelgebundene
Datenübertragung
und zu einem oder mehreren SEMen. Die SEMe sind bevorzugterweise
zum einen auf Übertragung
von Daten über
genormte Übertragungsprotokolle
wie beispielsweise Bluetooth, WLAN, aber auch auf proprietäre Datenübertragungsmethoden
ausgelegt. Die Stromversorgung der Bedieneinheit stellt sich bevorzugt
aus Kombination einer integrierten Ladeschaltung und einem Akku
zusammen.
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Die
DVE der Steuerungseinheit im Fahrzeug ist bevorzugt als Mikroprozessor
oder logische Schaltung ausgeführt.
Sie weist I/O-Schnittstellen für Anschlüsse zu Bordelektronik,
Messinstrumenten, SEMen, Anschlüsse
für kabelgebundene
Datenübertragung
zu externen Geräten
und zu direkten Steuerelementen der Fahrzeugfunktionen wie beispielsweise
Zentralverriegelung, Fensterheber, Cabrioverdeck, automatische Heckklappe
auf. Im Datenspeicher der Steuerungseinheit können empfangene Werte für Einstellungsvariablen
abgelegt werden und stehen der DVE zur Verfügung. Die Stromversorgung ist
bevorzugterweise als Anbindung an das Bordstromnetz des Fahrzeugs
ausgeführt
und steht vorteilhafterweise ohne Abhängigkeit von der Zündung zur
Verfügung.
Weiterhin kann vorteilhafterweise eine zusätzliche Batterie / Akku für unabhängige Notstromversorgung
vorhanden sein. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei Ausfall des
Bordstromnetzes wichtige Daten nicht verloren gehen und wichtige Grundfunktionen
wie Zentralverriegelung etc. stets ausführbar bleiben.
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Die
Bedieneinheit bietet dem Benutzer die Möglichkeit, jederzeit Einstellungen
für das
Fahrzeug über
die Bedienelemente einzugeben und vorzuspeichern, die ausgeführt werden,
sobald die Bedieneinheit im Kontaktbereich des Fahrzeugs ist. Der
Benutzer hat also die Möglichkeit,
alle zur Verfügung
stehenden Funktionen seines Fahrzeugs unabhängig voneinander und in Ruhe
im Vorhinein auszuwählen und
erst dann und ausführen
zu lassen, während
er sich dem Fahrzeug nähert.
Die Übertragung
der Voreinstellungsinformationen erfolgt im Kontaktbereich automatisch,
der Benutzer braucht die Bedieneinheit nicht mehr in die Hand zu
nehmen, es genügt
sie bei sich zu führen.
Dadurch entstehen keine Zeitverzögerungen,
Behinderungen oder sonstige Nachteile, die mit der Notwendigkeit
manueller Betätigung
verbunden wären.
Bei Verlassen des Kontaktbereiches wird das Fahrzeug automatisch
verschlossen. Ein akustische oder sonstiges Signal, beispielsweise
von einem Piepser in der Bedieneinheit, kann den Benutzer bei verlassen
des Kontaktbereichs entweder über erkannte
Fehlfunktionen oder über
die ordnungsgemässe
Durchführung
des Schliessvorgangs informieren.
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Um
eine möglichst
hohe Sicherheit und geringe Fälschbarkeit
zu erreichen erfolgt der Datenaustausch zwischen Bedieneinheit und
Steuerungseinheit verschlüsselt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich Bedieneinheit und Steuerungseinheit
gegenseitig verifizieren und von jedem Kontakt zum darauf folgenden
nach einem geeigneten Zufallsmechanismus ein Schlüsselwechsel
vorgenommen wird. Hierdurch wird die Angreifbarkeit des Systems
stark eingeschränkt
und die Möglichkeiten
für unerlaubten
Zugriff minimiert.
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Die
DVE der Steuerungseinheit hat vorteilhafterweise die Möglichkeit,
die angegebenen Funktionsvariablen mit den derzeitigen Messwerten
für die jeweilige
Funktion abzugleichen und daraufhin per geeignetem Algorithmus zu
entscheiden, ob die Durchführung
der Funktion möglich
/ sinnvoll ist und eine eventuelle Benutzernachfrage auszugeben.
Beispielsweise kann hierdurch verhindert werden, dass sich bei eventueller
Voreinstellung das Cabrioverdeck bei Annäherung des Benutzers an das
Fahrzeug öffnet,
solange der Regensensor Niederschlag feststellt, oder aber dass
die Fahrzeugheckklappe während
der Fahrt geöffnet
wird.
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Aus
der Definierung von zwei oder mehr Kontaktbereichen, die durch Verwendung
zweier oder mehrerer SEMe ermöglicht
werden kann, können
sich besondere Vorteile ergeben. Die DVE von Bedieneinheit und Steuerungseinheit
können über parallele
Verifizierung mittels zweier oder mehrerer Datenübertragungskanäle und /
oder zweier oder mehrerer Datenüberübertragungsmethoden,
welche über
ein oder mehrere SEM aufgebaut werden, ein Höchstmass an Sicherheit ermöglichen.
Weiterhin können über die
unterschiedlichen Kontaktbereiche die Funktionen in Kategorien unterteilt
werden, wobei die Ausführung
der Funktionen erst im jeweils weiteren oder näheren Kontaktbereich durchgeführt wird. Die
Kategorisierung der Funktionen kann entweder nach Sicherheitsaspekten,
Ausführungsdauer,
speziellen Wünschen
des Benutzers o.Ä.
erfolgen. Beispielsweise kann hierdurch der Benutzer voreinstellen,
dass das Einschalten der Fahrzeugumfeldbeleuchtung oder länger dauernde
Funktionen wie das Öffnen
des Cabrioverdecks schon bei einer eventuellen Annäherung von
ca. 25 Metern an das Fahrzeug erfolgt, die Öffnung der Zentralverriegelung
aber erst ab einer Entfernung von ca. 3 Metern vom Fahrzeug, jeweils
wieder ohne dass eine manuelle Betätigung der Bedieneinheit nötig wäre. Über die
Verwendung mehrerer Datenübertragungsmethoden
kann dem Benutzer auch freigestellt werden, je nach eigenen Bedürfnissen
weitere Funktionen, die eventuell nicht das Fahrzeug betreffen,
wie beispielsweise die Garagentoröffnung auch in die Bedieneinheit
zu integrieren. Ebenso kann analog auf geeignete Art und Weise nahezu
jede Funktion in die Bedieneinheit integriert werden, wodurch der
Benutzer sich das Mitführen
vieler unhandlicher Steuerungsgeräte erspart. Weiterhin kann
es von Vorteil sein, bei einer eventuell sehr kompakt ausgeführten Bedieneinheit
den Fahrzeugschlüssel
in diese zu integrieren oder auch das System so auszuführen, dass
die Benutzung eines Fahrzeugschlüssels
im herkömmlichen
Sinne für
keine Fahrzeugfunktion mehr nötig
ist und diese somit entbehrlich wird. Wird die Bedieneinheit als
Modul ausgeführt,
so kann sie beispielsweise in ein bereits vorhandenes externes Gerät des Benutzers
wie einen PDA oder ein Mobiltelefon integriert werden, wodurch wiederum
die Zahl mitzuführender
Gegenstände
reduziert werden kann. Die Stromversorgung der Bedieneinheit kann
vorzugsweise so gestaltet sein, dass sie automatisch erfolgt, wie
beispielsweise bei Integration des Zündschlüssels in die Bedieneinheit über das
Zündschloss,
so dass der Fahrer das Aufladen der Bedieneinheit nicht mehr vergessen
kann.
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Der
Funktionsumfang der auf der Bedieneinheit einstellbar ist, kann
vorteilhafter weise durch den Benutzer erweitert, reduziert oder
abgeändert
werden, um auf dessen ganz persönliche
Bedürfnisse abgestimmt
zu sein.
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Bei
einer parallelen Nutzung von mehreren Bedieneinheiten durch mehrere
Benutzer kann eine Priorisierung der Bedieneinheiten und der jeweils eingestellten
benutzerspezifischen Vorgaben erfolgen, wodurch beispielsweise klar
geregelt ist, welche Einstellungen von der Steuerungseinheit umgesetzt werden,
wenn sich mehrere Benutzer mit mehreren Bedieneinheiten im Kontaktbereich
befinden.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, für
eine eventuelle Verwendung der Bedieneinheit durch mehrere Benutzer
Profile erstellen zu können.
Durch eine Anpassbarkeit an beliebig viele Fahrzeuge zu einer Bedieneinheit
kann insbesondere in Firmen, die über einen grossen Fuhrpark
verfügen,
der Arbeitsaufwand für
die Schlüsselvergabe
massgäblich
reduziert werden.
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Es
kann vorteilhaft sein, die Steuereinheit mit im Fahrzeug vorhandenen
Sicherheits- und Alarmsystemen zu vernetzen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann es möglich
sein, direkt im Fahrzeug eingestellte Funktionsvariablen, wie beispielsweise
die Einstellungen von Sitz, Lenkrad, Spiegel, Motor, Getriebe, Fahrwerk
oder sonstigem von der Steuerungseinheit abzufragen und in der Bedieneinheit
zu speichern.
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In
wiederum einer weiteren Ausführungsform lässt sich über die
Bedieneinheit das Führen
eines automatischen, persönlichen
Fahrtenbuches in für den
Benutzer äusserst
komfortabler Weise realisieren.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigen
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1:
Funktions-Verbindungsdiagramm der Bedieneinheit (1) und
deren Bestandteile.
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2:
Funktions-Verbindungsdiagramm der Steuereinheit (2) und
deren Bestandteile.
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3:
Draufsicht auf ein Fahrzeug mit Kontaktbereichen und Bedieneinheiten.
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Die
Bedieneinheit (1) umfasst, wie in 1 dargestellt,
ein Bedienelement (5), hier als Tastenfeld ausgeführt. Die
einzelnen Tasten sind mit Beschriftung bzw. Symbolen entsprechend
der zugehörigen Fahrzeugfunktionen
beschriftet. Mittels eines geeigneten Software-Programms erkennt
die Daten-Verarbeitungs-Einheit (6) ein Betätigen der
Tasten, speichert im Datenspeicher (7) die gewünschten
Einstellungen, gibt die Einstellungen zur Kontrolle dem Benutzer
auf dem Display (4a) aus und übergibt die Einstellungsinformationen
dem Sende-/Empfangs-Modul (8) zur Übertragung an das Fahrzeug
(3). Der Piepser (4b) wird von der Daten-Verarbeitungs-Einheit
(6) angesteuert um dem Fahrer über Funktionsfehler akustisch
zu informieren. Zum Programmieren oder Updaten existiert ein Anschluss
für externe
Geräte
(9). Ein Anschluss für
ein Ladegerät
und ein Akku (12) übernehmen
die Stromversorgung der Bedieneinheit. Zur Integration der Bedieneinheit
(1) in einen PDA (11) sind Daten-Verarbeitungs-Einheit
(6), Datenspeicher (7) und Sende-/Empfangs-Modul
(8) zu einem integrierbaren Modul (10) zusammengefasst.
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Die
im Fahrzeug (3) verbaute Steuereinheit (2) umfasst,
wie in 2 dargestellt, eine Verbindung zum aus Abschirmungsgründen im
Dachhimmel des Fahrzeugs (3) angeordneten Sende-/Empfangs-Modul
(15). Die vom Sende/Empfangs-Modul (15) kommenden Voreinstellungsinformationen
werden durch ein geeignetes Software-Programm von der Daten-Verarbeitungs-Einheit
(13) empfangen, es wird eine Verifizierung der übertragenen
Daten bezüglich Berechtigung
der Bedieneinheit (1) und Richtigkeit der Voreinstellungsinformationen
durchgeführt,
und die Daten im Datenspeicher (14) gespeichert. Die für die auszuführenden
Voreinstellungen nötigen
Fahrzeug-Zustands-Informationen
werden über
die Anschlüsse
zur Bordelektronik (16) und zu Messinstrumenten (18)
im Fahrzeug, wie beispielsweise Regensensor, Einklemmschutz-Sensor oder Geschwindigkeitsgeber,
von der Daten-Verarbeitungs-Einheit
(13) eingeholt und geprüft,
ob die Ausführung
der gewünschten
Fahrzeugfunktionen (21), wie Öffnen oder Schliessen von Heckklappe,
Fensterheber, Schiebedach oder Cabrioverdeck, Sitz-, Lenkrad- und
Spiegeleinstellungen, möglich
und sinnvoll ist. So ist beispielsweise verhinderbar, dass die Fahrzeugheckklappe
während
der Fahrt oder das Cabrioverdeck bei Regen geöffnet wird oder ein Schliessen
der Fenster bei Widerständen
im Schliessbereich. In diesen Fällen
wird der Benutzer akustisch über
den Piepser (4b) in der Bedieneinheit (1) informiert.
Werden Fahrzeugfunktionen (21) von der Daten-Verarbeitungs-Einheit
(13) angesteuert, so gibt diese je nach Fahrzeugfunktion
(21) entweder eine Befehlsinformation an die Bordelektronik
zur Ausführung
der Fahrzeugfunktion (21) aus oder steuert die Fahrzeugfunktion
(21) selbst über
Steuerrelais (17) mit einem entsprechenden Steuerstrom
an. Werden im Fahrzeug (3) selber vom Benutzer Voreinstellungen wie
beispielsweise Sitzeinstellungen vorgenommen, so werden diese von
der Daten-Verarbeitungs-Einheit (13) im Datenspeicher (14)
gespeichert und können
bei Bedarf wieder abgerufen werden.
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Nähert sich
ein Benutzer mit voreingestellter Bedieneinheit (1) dem
Fahrzeug (3), so gelangt er nacheinander in verschiedene
Kontaktbereiche (20) des Fahrzeugs (3), wie in 3 dargestellt.
Bei Erreichen des Kontaktbereiches A (20a) werden die Voreinstellungen
von der Bedieneinheit (1) an die Steuereinheit (2) übertragen.
Die Steuereinheit (2) prüft die übertragenen Daten und führt alle
nicht sicherheitsrelevanten Fahrzeugfunktionen (21) wie
beispielsweise Sitzeinstellung oder Einschalten der Innenbeleuchtung
sowie Fahrzeugfunktionen (21) mit längerer Ausführungsdauer, wie beispielsweise
das Öffnen
des Cabrioverdecks aus. Bei Erreichen des Kontaktbereiches B (20b)
werden alle noch nicht ausgeführten
Fahrzeugfunktionen (21) ausgeführt. Bei Verlassen des Kontaktbereiches
B (20b) wird das Fahrzeug komplett verschlossen und dem
Fahrer noch vor Verlassen des Kontaktbereiches A (20a)
ein akustischer Hinweis über
den Piepser (4b) gegeben, welcher sich unterscheidet, ob
das Fahrzeug wie vorgesehen verschlossen wurde oder ein Funktionsfehler
aufgetreten ist.
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- 1
- Bedieneinheit
(BE)
- 2
- Steuereinheit
(SE)
- 3
- Fahrzeug
- 4a
- Display
(in BE)
- 4b
- Piepser
(in BE)
- 5
- Bedienelemente
(Tastenfeld) (in BE)
- 6
- Daten-Verarbeitungs-Einheit
(in BE)
- 7
- Datenspeicher
(in BE)
- 8
- Sende-/Empfangs-Modul
(SEM) (in BE)
- 9
- Anschluss
externe Geräte
(kabelgebunden) (in BE)
- 10
- integrierbares
Modul
- 11
- PDA
- 12
- Stromversorgungseinheit
- 13
- Daten-Verarbeitungs-Einheit
(in SE)
- 14
- Datenspeicher
(in SE)
- 15
- Sende-/Empfangs-Modul
(SEM) (in SE)
- 16
- Anschluss
zur Bordelektronik (in SE)
- 17
- Steuerrelais
(in SE)
- 18
- Anschluss
zu Messinstrumenten (in SE)
- 19
- Anschluss
externe Geräte
(kabelgebunden) (in SE)
- 20a
- Kontaktbereich
A
- 20b
- Kontaktbereich
B
- 21
- Fahrzeugfunktionen