DE60107512T2

DE60107512T2 - Sicherheitssystem

Info

Publication number: DE60107512T2
Application number: DE60107512T
Authority: DE
Inventors: Jeremy John Sutton Coldfield Greenwood; Kevin Trevor Lichfield TALBOT; Christopher Richard Coventry Bottomley
Original assignee: Land Rover UK Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: DE60107512D1; US20020033752A1; EP1189306B1; GB0122241D0; EP1189306A1; GB2371137B; US6937136B2; GB2371137A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Sicherheitssysteme. Sie ist insbesondere auf Fahrzeugsicherheitssysteme anwendbar, aber auch auf andere Sicherheitssysteme, wie zum Beispiel solche für Gebäude.
Für Fahrzeuge sind Passiv-Eintritts- und Passiv-Anlaßsysteme bekannt, die es einem Benutzer ermöglichen, in ein Fahrzeug einzutreten, indem sie einfach einen Türgriff betätigen, und einen Motor oder ein anderes Subsystem des Fahrzeugs passiv zu remobilisieren und anzulassen, indem z.B. eine Taste gedrückt wird. All dies läßt sich erreichen, indem ein Benutzer einfach einen Transponder an seiner Person trägt.
Ein System dieser Art könnte auf die Erkennung der Betätigung eines Türgriffs hin arbeiten, indem es unter Verwendung eines niederfrequenten Signals von z.B. 125 kHz eine Abfrage zu einem abgesetzten Transponder sendet. Der Transponder könnte dann mit einer verschlüsselten Antwort auf einer höheren Frequenz von z.B. 433 MHz antworten. Das niederfrequente (LF-)Signal kann von Spulen gesendet werden, die sich in der Nähe der vorderen Türen und des Kofferraums befinden, und weitere Spulen könnten im Inneren des Fahrzeugs installiert werden, um so festzustellen, wenn sich der Transponder im Inneren des Fahrzeugs befindet, um das Anlassen des Motors zu ermöglichen. Diese allgemeine Art von Passiv-Eintritts- und Anlaßsystem wird zum Beispiel in US 4,973,958 und in EP 0783190 besprochen.
Ein Problem bei bestimmten vorbekannten Sicherheitssystemem besteht darin, daß ein Krimineller Sender-Empfänger-Paare mit einer zweiseitigen Verbindung zwischen dem Fahrzeug und seinem Eigentümer verwenden kann. Der Kriminelle kann erfolgreich Zugang zu dem Auto erhalten, obwohl sich der autorisierende Transponder nicht in seinem Besitz oder nicht einmal innerhalb der Reichweite des Fahrzeugs befindet. Eine Anordnung, die Schutz vor solchen sogenannten Relayhackern gibt, ist aus der eigenen gleichzeitig anhängigen Anmeldung GB 2332548 bekannt. Weitere Systeme sind aus DE 19836957 und DE 19845649 bekannt.
Es gibt weitere Probleme insbesondere in Verbindung mit dem "passiven Anlassen" einer Passiv-Eintritts- und Passiv-Freigabe- bzw.-Anlaßanordnung. Wenn zum Beispiel Detektoren für das passive Anlassen die Abstandsdämpfung verwenden, um zu bestimmen, ob sich ein Benutzer in der unmittelbaren Umgebung des Fahrersitzes befindet, könnte es sich aufgrund der Variabilität und Form der Magnetfeldet als schwierig erweisen, einen völlig zuverlässigen Betrieb zu garantieren. Zum Beispiel könnte sich ein den Transponder tragender Benutzer gegen ein Fenster auf der Fahrerseite lehnen, während ein Kind auf dem Fahrersitz steht, und dadurch könnte das System falsch bestimmen, daß die Bedingungen für die Freigabe des Anlasserschalters erfüllt sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Sicherheitssystems.
Folglich stellt die Erfindung ein Sicherheitssystem gemäß dem angefügten Anspruch 1 bereit.
Die Vektorinformationen umfassen vorzugsweise drei Komponenten, die am besten senkrecht zueinander sind.
Vorzugsweise umfassen die Vektorinformationen die relativen Richtungen von mindestens einer Komponente der Signale aus den jeweiligen Sendern. Das hat den Vorteil, daß die relativen Richtungen nicht durch die Orientierung des Transponders relativ zu dem geschützten Objekt beeinflußt werden.
Vorzugsweise umfassen die Vektorinformationen die relativen Stärken von mindestens eine Komponente der Signale von den jeweiligen Sendern.
Der Transponder kann so angeordnet sein, daß er die Vektorinformationen zu der Sicherheitssteuerung weiterleitet, und die Sicherheitssteuerung kann so angeordnet sein, daß sie aus den Vektorinformationen die Position des Transponders in bezug auf das geschützte Objekt bestimmt.
Alternativ dazu kann der Transponder so ausgelegt sein, daß er aus den Vektorinformationen seine Position in bezug auf das geschützte Objekt bestimmt und seine Antwort entsprechend variiert.
Zum Beispiel kann die Sicherheitssteuerung so angeordnet sein, daß sie den Vergleich zwischen den Vektorinformationen und der Vektorabbildung eines dem geschützten Objekt zugeordneten Bereichs ausführt, wobei die Abbildung die Vektorinformationen enthält, die damit vereinbar sind, daß der Transponder sich an verschiedenen Positionen in dem Bereich befindet.
Die Sender können in Gruppen angeordnet werden, wobei jede Gruppe aus mindestens zwei Sendern besteht, die sich im wesentlichen zusammen in verschiedenen, vorzugsweise zueinander orthogonalen Orientierungen befinden.
Das Abfragesignal kann mehrere Komponenten von verschiedenen Sendern umfassen, und die relativen Stärken der Komponenten in dem Signal können so angeordnet sein, daß sie während der Übertragung des Abfragesignals zeitlich variieren. Diese Anordnung erhöht die Sicherheit, weil ein Hacker in der Lage sein müßte, die Richtungsänderungen des Feldes zu erkennen und die relevanten Informationen in dem erforderlichen Format zu der Steuerung zurückzusenden.
Der Transponder umfaßt vorzugsweise mehrere Sensoren, wie zum Beispiel induktive Spulen oder Hall-Effekt-Wandler, die so angeordnet sind, daß sie verschiedene Komponenten des Abfragesignals erkennen, die vorzugsweise im wesentlichen orthogonal zueinander sind.
Vorzugsweise umfaßt der Transponder weiterhin einen Kalibrationssender, der so angeordnet ist, daß er ein Signal mit einer bekannten Orientierung relativ zu den Sensoren sendet, um so eine Kalibration der Sensoren zu ermöglichen.
Das Objekt kann ein Fahrzeug sein, und in diesem Fall kann die Sicherheitsfunktion das Zulassen des Zugangs zu dem Fahrzeug umfassen.
Vorzugsweise umfaßt das System weiterhin mehrere Sensoren, die jeweils einem jeweiligen Verschluß des Fahrzeugs zugeordnet sind, wie zum Beispiel einer Tür oder einem Kofferraumdeckel, ist die Sicherheitssteuerung so angeordnet, daß sie als Reaktion auf einen Versuch durch einen Benutzer, einen der Verschlüsse zu öffnen, das Abfragesignal ausgibt, und würde der Vergleich angeben, welchen Verschluß der Benutzer versucht, zu öffnen.
Alternativ dazu kann die Sicherheitsfunktion das Zulassen des Anlassens des Fahrzeugs umfassen, und in diesem Fall würde der Vergleich angeben, daß die Vektorinformationen damit vereinbar sind, daß sich der Transponder im Inneren des Fahrzeugs befindet.
Vorzugsweise werden die Abfragesignale als Magnetfelder gesendet, die mit einer Trägerfrequenz oszillieren, die niedrig genug für den Bereich ist, in dem der Transponder erwartungsgemäß betrieben werden wird, um signifikant kleiner als eine Wellenlänge der Abfragesignale zu sein, wenn sie als elektromagnetische Strahlung gesendet werden würden. Wenn dies der Fall ist, können die durch die Abfragesignale erzeugten Felder als einfache Magnetfeldet betrachtet werden und jegliche Änderungen des Feldes in dem interessierenden Bereich sind im wesentlichen phasengleich mit den Änderungen an den Senderspulen. Bei einem Fahrzeugsicherheitssystem bedeutet dies, daß die Frequenz vorzugsweise unterhalb von etwa 10 MHz und besonders bevorzugt unterhalb von etwa 1 MHz liegt.
Das Antwortsignal kann mit einer beliebigen geeigneten Frequenz gesendet werden, wie zum Beispiel 13,56 MHz oder 434 MHz.
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltbild eines Fahrzeugs mit einem Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein Diagramm des von dem System von 1 erzeugten Magnetfelds;
3a, 3b, 3c und 3d den Effekt der Phasenbeziehungen auf die Addition von Feldern von zwei Sendern des Systems von 1,
4 ein Flußdiagramm eines Aspekts der Funktionsweise des Systems von 1,
5 ein Flußdiagramm eines weiteren Aspekts der Funktionsweise des Systems von 1,
6 die Spulen, aus denen ein Transponder besteht, der Teil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, und
7 ein Senderspulenpaar, das Teil einer dritten Ausführungsform der Erfindung bildet.
Mit Bezug auf die Figuren umfaßt ein Fahrzeug 10 drei Sender in Form von Spulen A, B, C, die um dieses herum beabstandet sind. Die Spulen A, B, C befinden sich einzeln A, B in gegenüberliegenden Spiegelbaugruppen 12, 14 und eine C in einer oberen Bremslichtbaugruppe 16 am hinteren Ende des Fahrzeugs 10.
Das Fahrzeug umfaßt weiterhin eine Sicherheitssteuerung 18, die Kontrolle über den Fahrzeugzugang durch einen Satz Türen 20L, 20R und außerdem Kontrolle über das Anlassen des Fahrzeugmotors 21 hat. Das Sicherheitssystem zur Kontrolle des Fahrzeugzugangs und des Fahrzeuganlassens liegt in Form eines sogenannten Systems des Typs "Passiv-Eintritt/Passiv-Anlassen" vor. Dabei sendet die Steuerung 18 durch Verwendung der Spulen A, B, C ein Abfragesignal aus, wenn eine Zugangsanforderung erkannt wird, wie zum Beispiel das Betätigen eines Türgriffs 22L, 22R. Wenn ordnungsgemäß auf das Abfragesignal mit einem gültigen und plausiblen Antwortsignal geantwortet wird, das von einem Empfänger 23 in der Steuereinheit 18 empfangen wird, werden die Türen entriegelt, um einen Zugang zu erlauben. Auf ähnliche Weise wird auch das Motoranlassen passiv nach Drücken einer Anlaßtaste 24 freigegeben.
Das Abfragesignal wird anfangs unter Verwendung der Spule B ausgesendet, die sich am nächsten bei dem Türgriff 22L befindet, der betätigt wurde, oder, falls ein Passiv-Anlassen versucht wird, durch die Spule B, die dem Anlaßschalter am nächsten ist. Das Abfragesignal wird auf mindestens einer der anderen Spulen A, C nochmals sequentiell ausgesendet, wobei das Signal von jeder Spule A, B, C eindeutig mit dem Ort 12, 14, 16 dieser Spule A, B, C identifiziert wird.
Das (etwaige) Antwortsignal RS auf das Abfragesignal wird durch einen tragbaren Transponder 26 geliefert, der so ausgelegt ist, daß er von einem autorisierten Benutzer des Fahrzeugs 10 getragen wird. Der Transponder 26 enthält drei im wesentlichen orthogonale Spulen X, Y, Z. Diese sind über Analogschalter mit einem einzigen Niederfrequenzempfänger (LF-Empfänger) verbunden, obwohl es ersichtlich ist, daß es bei einer anderen Ausführungsform möglich wäre, sie stattdessen ohne Verwendung von Analogschaltern mit drei LF-Empfängern zu verbinden.
Mit Bezug auf 2 wird sich aufgrund der relativ niedrigen Frequenz des Abfragesignals, das in diesem Beispiel eine nominale Trägerfrequenz von 125 kHz aufweist, für alle relevanten Positionen des Transponders 26 in der Nähe des Fahrzeugs das von den Spulen A, B, C erzeugte Feld auf die Nahfeldweise verhalten. Das heißt, daß es als ein oszillierendes Magnetfeld betrachtet werden kann, dessen Betrag und Richtung wie durch die Fluxlinien in 2 gezeigt verlaufen. Der Betrag der Feldstärke wird im wesentlichen sinusförmig variieren und in jedem Zyklus zwei Änderungen der Feldrichtung ergeben. Die Stärke des Felds von jeder Spule A, B, C fällt ungefähr mit einer kubischen Wurzelbeziehung mit dem Abstand der jeweiligen Spule ab. Es ist ersichtlich, daß für jede gegebene Position in der Nähe des Fahrzeugs 10 eine feste Beziehung zwischen den Richtungen und Beträgen der Magnetfeldsignale von den drei Spulen A, B, C vorliegen wird. Diese Beziehung variiert jedoch auf relativ komplexe Weise, weil die Richtung der Felder nicht nur mit der relativen Richtung des Meßpunkts von der Spule, sondern auch mit dem Abstand zwischen dem Meßpunkt und der Spule variiert.
Um die Vektorinformationen bezüglich der Felder zu benutzen, ist es deshalb notwendig, eine Abbildung des Bereichs um das Fahrzeug zu erzeugen, die für jede Position gespeicherte Werte für die relativen Richtungen und Stärken der Felder von den drei Spulen A, B, C enthält. Dadurch erhält man eindeutige Werte für jede Position, sodaß die Position des Transponders 26 aus den von ihm empfangenen Signalen identifiziert werden kann.
Die Signalpegel von jeder der drei Transponderspulen X, Y, Z werden gemessen und verarbeitet, um die drei orthogonalen Komponenten des Feldvektors A, B, C des von jeder der Spulen A, B, C kommenden Abfragesignals zu erhalten. Die Vektorinformationen für jede der Senderspulen A, B, C werden als ein verschlüsseltes Antwortsignal zu der Sicherheitssteuerung 18 zurückgesendet, das entweder in Form eines Winkels und eines Betrags oder in Form der Komponenten z. B. x_b, y_b, z_b vorliegen kann, wobei jede Komponente die Signalpegel angibt, die in den Transponderspulen X, Y, Z von dem Vektor des Signals, das von der fraglichen Fahrzeugspule B hereinkommt, erkannt werden. Es versteht sich, daß, um das Vorzeichen jeder Komponente zu bestimmen, d.h. ihr einen positiven oder negativen Wert zuzuweisen, die Zeitsteuerung der Messung der drei Komponenten so koordiniert werden muß, daß eine Phasenbeziehung bestimmt werden kann. Dann wird eine der Komponenten x_b, y_b, z_b positiv definiert (z. B. x_b), und dann werden die anderen Komponenten y_b, z_b abhängig davon, ob die von den Spulen Y und Z erkannten Signale phasengleich oder gegenphasig zu dem von der Spule X erkannten sind, als positiv oder negativ gekennzeichnet. Die drei Komponenten der Signale für jede der drei Spulen A, B, C werden durch den Transponder zu der Steuerung 18 zurückgesendet, die diese dann zur Bestimmung der Position des Transponders verwenden kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird.
Das Format der Abfrage- und Antwortsignale ist wie folgt. Erstens enthält das Abfragesignal mindestens ein Element, das zufällig ist,
d.h. Abfragesignal = Zufallsabfrage
Das Antwortsignal ist verschlüsselt und enthält das Zufallsabfragesignal oder das zufällige Element daraus und die drei Komponenten der Signale von jeder der drei Spulen A, B, C, d.h. Antwortsignal RS = verschlüsselt (Zufallsabfrage + Vektorinformationen)
Die Verschlüsselung ist vorzugsweise ein symmetrischer Algorithmus, wobei der oder jeder Verschlüsselungsschlüssel sowohl in dem Transponder 26 als auch in der Sicherheitssteuerung 18 gespeichert ist. Das Antwortsignal wird in HF gesendet (in diesem Beispiel bei 434 MHz) und wird durch die Sicherheitssteuerung 18 entschlüsselt, um zu überprüfen, daß die verschlüsselte Abfrage in dem Antwortsignal RS mit dem gesendeten Abfragesignal übereinstimmt, und wenn dies der Fall ist, wird der Transponder 26 authentisiert.
Es ist ersichtlich, daß die Richtung des Feldes des Signals von einer der Spulen A, B oder C, so wie sie von dem Transponder gemessen wird, nicht nur von den relativen Positionen des Fahrzeugs und des Transponders abhängen wird, sondern auch von der Orientierung des Transponders. Um die Effekte der Orientierung des Transponders zu eliminieren, ist es notwendig, die relativen Richtungen von Paaren der Spulen A, B, C, so wie sie von dem Transponder gemessen werden, zu messen. Die Steuerung bestimmt deshalb zunächst die Winkel der Felder für jedes der drei Signale, z.B. ϕA = f (xA, yA, zA), ähnlich für B und C.
Dann mißt sie die Differenz zwischen den Winkeln jedes Spulenpaars A und B, A und C bzw. B und C, d.h. ϕAB = ϕA – ϕB, ϕAC = ϕA – ϕC, ϕBC = ϕB – ϕC.
Diese relativen Winkel sind von der Orientierung des Transponders unabhängig.
Die Sicherheitssteuerung 18 verwendet die Vektorinformationen zur Bestimmung der Position des Transponders 26 in bezug auf das Fahrzeug 10 durch Vergleichen der relativen Winkel mit einer Vektorabbildung des Bereichs um das Fahrzeug.
Im einfachsten Fall werden nur die relativen Winkel der Feldvektoren A, B, C für den Vergleich mit der Vektorabbildung verwendet. Die drei Komponenten x_A, y_A, z_A des Vektors für Spule A geben jedoch auch den Betrag des Feldvektors für das Signal von der Spule A an, und ähnlich die Komponenten der Signale aus den Spulen B und C. Die absoluten Beträge wären abhängig von einer Anzahl von Faktoren variabel, aber die relativen Beträge der Signale von den drei Spulen A, B, C könnten gemessen und in die Vektorabbildung aufgenommen werden, um weitere Informationen bezüglich der Position des Transponders zu erhalten.
In bestimmten Fällen können Sensoren in dem Transponder verwendet werden, die die Phaseninformationen der Feldvektoren in den erkannten Signalen nicht messen können. Mit Bezug auf 3a und 3b erzeugt dies einen Grad an Mehrdeutigkeit in den relativen Winkeln von zwei der Feldvektoren A und B. Wenn, wie gezeigt, Feld A entlang der Richtung des Pfeils A und das Feld B entlang der Richtung des Pfeils B oszilliert, dann könnte der Winkel zwischen den Vektoren ϕ_AB1 sein, wie in 3a gezeigt, oder ϕ_AB2, wie in 3b gezeigt. Um dieses Problem zu lösen, werden die Signale A und B sowohl individuell als auch zusammen gesendet. Zum Beispiel kann die Steuerung 18 ein Signal aus Spule A erzeugen, dann eines gleichzeitig aus A und B und dann eines nur aus B. Mit Bezug auf 3c und 3d ist, wenn der Winkel zwischen den beiden Feldvektoren spitz ist (das heißt kleiner als 90°), wie in 3c gezeigt, der kombinierte Vektor A+B₁ größer als wenn der Winkel zwischen den beiden Vektoren stumpf ist (das heißt größer als 90°), wie in 3d als A+B₂ gezeigt.
Als Mittel zum Bestätigen der relativen Winkel kann es bevorzugt sein, die Phase einer der Spulen A, B umzudrehen, um ein zweites kombiniertes Signal A–B zu erzeugen. Dies ermöglicht einen Vergleich zwischen den Vektorsummen der beiden kombinierten Signale, um zu bestimmen, welches den größeren Betrag aufweist.
Bei einer alternativen Ausführungsform könnte der Transponder 26 die Logikmittel enthalten, die notwendig sind, um intern seine Position in bezug auf das Fahrzeug 10 zu bestimmen und diese Informationen lediglich zu der Sicherheitssteuerung 18 zurückzusenden. Der Transponder 26 kann ausreichend Verarbeitungsfähigkeit enthalten, damit er aus den von ihm erkannten Signalen bestimmen kann, ob er sich in einer Position befindet, die damit vereinbar ist, im Besitz einer Person zu sein, die eine Tür oder einen Kofferraum des Fahrzeugs öffnet. In diesem Fall sendet er nur dann ein Antwortsignal, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
Die Sicherheitssteuerung 18 enthält außerdem in dieser Plausibilitätsprüfung etwäige zusätzliche Informationen, die sie über die wahrscheinliche Position des Transponders besitzen kann. Wenn zum Beispiel das Abfragesignal durch Betätigen eines bestimmten Türgriffs 22L eingeleitet wurde, kann die Sicherheitssteuerung 18 annehmen, daß, damit das Antwortsignal RS die Plausibilitätsprüfung besteht, die von ihr 18 als Antwortsignal RS empfangenen Vektorinformationen den Transponder 26 in die Region der Vektorabbildung, die dieser Tür 20L am nächsten ist, legen sollten.
In der Praxis können mehr Fahrzeugspulen bevorzugt sein, um die von jeder Fahrzeugspule A, B, C geforderte Reichweite zu verringern.
Mit Bezug auf 4 wird nun ein Beispiel für die Funktionsweise des Systems beschrieben. Wenn sich ein Benutzer dem Fahrzeug 10 nähert und einen Türgriff 22L betätigt, leitet dies eine Abfrage von dem Fahrzeug 10 auf der Spule B ein, die der fraglichen Tür 20L am nächsten ist. Wenn sich der Transponder 26 nicht innerhalb der Reichweite des Abfragesignals befindet, erzeugt er kein Antwortsignal und die Tür wird nicht geöffnet.
Wenn sich der Transponder 26 innerhalb der Reichweite befindet und die Identitäten des Fahrzeugs 10 und des Transponders 26 übereinstimmen, sendet der Transponder ein Signal, in das Vektorinformationen x_b, y_b, z_b verschlüsselt werden, zu der Sicherheitssteuerung 18 zurück.
Das Fahrzeug 10 sendet dann dieselbe oder eine andere Abfrage auf einer anderen Spule, z.B. Spule C. Der oben beschriebene Prozeß wird wiederholt, sodaß der Transponder 26 die Vektorinformationen x_c, y_c, z_c zu der Sicherheitssteuerung 18 zurückgibt. Es erfolgen Übertragungen auf so vielen der Spulen wie erforderlich ist, entweder einzeln oder in Paaren, wie oben beschrieben, für die relativen Winkel und Beträge der Vektoren der Signale von den drei Spulen A, B, C, die berechnet werden sollen. Diese relativen Winkel und Beträge werden dann mit einer Vektorabbildung des Bereichs im und um das Fahrzeug verglichen, um die Position des Transponders zu bestimmen. Wenn sich der Transponder 26 innerhalb eines vordefinierten Bereichs in der Nähe der Tür 20L befindet, wird die Tür geöffnet.
Für eine Passiv-Anlaß-Anwendung wird bevorzugt, daß sich sowohl der Transponder 26 als auch der Fahrer im Innern des Fahrzeugs 10 und nicht neben ihm befinden, bevor ein Anlassen des Fahrzeugs 10 erlaubt wird. Die Verwendung der drei orthogonalen Spulen X, Y, Z in dem Transponder 26 und einer Vektorabbildung des Bereichs im und um das Fahrzeug ermöglicht eine Bestimmung der Position des Transponders und daher auch des Fahrers mit einem hohen Bestimmtheitsgrad.
Mit Bezug auf 5 wird nun ein Beispiel des Prozesses für das Passiv-Anlassen beschrieben. Wenn ein Benutzer Zugang zu dem Fahrzeug 10 erhalten hat und es anlassen möchte, drückt er die Anlassertaste 24, und ein Abfragesignal wird durch die Spule B, die der Taste 24 am nächsten ist, gesendet. Wenn sich der Transponder 26 nicht innerhalb der Reichweite befindet, wird kein Antwortsignal gesendet und die Steuerung 18 erlaubt kein Anlassen des Fahrzeugs. Wenn sich der Transponder 26 innerhalb der Reichweite befindet und die Abfrage empfängt, sendet er ein Signal, in das Vektorinformationen, z.B. x_b, y_b, z_b verschlüsselt werden, zu der Sicherheitssteuerung 18 zurück.
Das Abfragesignal wird dann auf allen der Spulen A, B, C sowohl individuell als auch in Kombination gesendet, so wie es erforderlich ist, um die relativen Winkel der drei Spulen zu bestimmen, und die Vektorinformationen werden in verschlüsselter Form zu der Steuerung 18 zurückgesendet. Dann wird die Position des Transponders bestimmt und, wenn sie sich innerhalb des Fahrzeugs befindet, wird das Fahrzeug angelassen. Während dieser Phase der passiven Remobilisierung kann es sich als vorteilhaft erweisen, zusätzlich weitere Meßanordnungen vorzusehen, wie zum Beispiel im Sitz angebrachte Gewichtsmessung, um beim Anlassen des Motors weitere Sicherheit zu erhalten.
Zwei Anforderungen für die Spulen X, Y, Z können zu Problemen führen. Erstens wird im Interesse der Empfindlichkeit die Güte der Empfängerspulen X, Y, Z hoch sein und dies kann zu Variationen der Signalantwort führen. Um einen bevorzugten Transponder 26 in Form eines Transponders des Typs einer flachen "Kreditkarte"/"Chipkarte" zu erzeugen, muß zweitens eine der Transponderspulen X, Y, Z möglicherweise von einem Typ mit niedrigem Profil sein, was außerdem potentiell zu einer variierenden Empfindlichkeit führen kann.
Deshalb ist es wünschenswert, eine Selbstkalibrationsfunktion in dem Transponder 26 vorzusehen. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß wie in 6 gezeigt eine vierte Spule W hinzugefügt wird, die in bezug auf den Winkel gleichmäßig zwischen den anderen drei X, Y, Z beabstandet ist und zum Injizieren eines Signals in die drei Empfängerspulen X, Y, Z und zur Ermöglichung einer Kalibration dieser verwendet werden kann. Da die Winkel θ_xw, θ_yw, θ_zw zwischen der Kalibrationsspule W und den anderen Spulen X, Y, Z bekannt sind, kann man die Empfindlichkeiten der drei Spulen X, Y, Z durch Messen ihrer Antwort auf ein einziges durch die Spule W gesendetes Signal bestimmen. Mit dieser Kalibration kann man entweder die Signale x, y & z vor der Übertragung von dem Transponder 26 vorverabeiten, oder sie kann in der verschlüsselten Antwort RS zur Verwendung durch die Sicherheitssteuerung 18 gesendet werden, um die Signale zu normieren. Die Kalibrationsspule W kann auch zur Kompensation geringfügiger Unterschiede bei der Abstimmung der Transponderspulen X, Y, Z verwendet werden. Zu diesem Zweck ist sie so angeordnet, daß sie Signale verschiedener Frequenzen in dichtem Abstand um die Nennfrequenz der Spulen sendet, und die Antworten der Spulen X, Y, Z werden gemessen. Etwaige Differenzen zwischen den Antworten der Spulen X, Y, Z bei der Frequenz des Abfragesignals können dann bei der Messung der Feldvektorkomponenten kompensiert werden.
Die Transponderspulenbaugruppe X, Y, Z kann zum Beispiel in ein Kunststoff- oder Epoxyharzmaterial mit Transponderlogikschaltungen eingebettet werden. Dies hätte den Vorteil des Ausschließens einer bequemen Untersuchung oder Überwachung der Signale durch einen Hacker.
Die bisher beschriebene Ausführungsform betrifft ein System, bei dem die Fahrzeugspulen A, B, C auf nominal 125 kHz senden und der Transponder 26 auf 434 MHz antwortet. Offensichtlich können die verwandten Bänder 315, 868 und 900 usw. verwendet werden. Es kann sich als wünschenswert erweisen, für die Kommunikation von dem Fahrzeug 10 andere Frequenzen zu benutzen. Zum Beispiel ermöglicht die Verwendung von 13,56 MHz eine Übertragung mit niedrigerer Leistung und eine größere Reichweite. Die Transponderspulen X, Y, Z könnten bezüglich Maßstab und möglicherweise auch bezüglich Struktur verändert werden, um diese Änderung zu berücksichtigen. Genauso kann die Verwendung von 434 MHz in beiden Richtungen bestimmte Kostenverminderungen in dem Transponder 26 aufgrund der Zusammenlegung der Frequenzen ermöglichen.
Mit Bezug auf 7 ist es auch möglich, die Aufgabe eines Hackers weiter zu erschweren, indem die Senderspule A durch ein Spulenpaar A1, A2 mit untereinander orthogonalen Orientierungen ersetzt wird. Die beiden anderen Spulen B und C würden ähnlich durch Orthogonalspulen ersetzt. Das von jedem der Spulenpaare A, B und C erzeugte Feld kann dann durch Variieren der relativen Stärken der Signale von den beiden Spulen in dem Paar gedreht werden. Das heißt, daß während der Übertragung eines Abfragesignals, das im allgemeinen in Form einer Anzahl von Bit vorliegen wird, die Richtung des Feldes variiert werden kann, indem zum Beispiel für aufeinanderfolgende Bit einfach zwischen Spulen umgeschaltet wird, oder durch Kombinieren von Signalen aus den beiden Spulen, um ein kombiniertes Feld zu erhalten, dessen Richtung dann auf komplexere Weise über einen Bereich von Winkeln durch Variieren der relativen Stärke der beiden Signale gedreht werden kann. Die Richtungsänderungen des Feldes können dann durch den Transponder erkannt und als die Vektorinformationen verwendet werden, die zu der Steuerung 18 zurückgesendet und geprüft werden, bevor ein Zugang zu dem Fahrzeug oder ein Anlassen des Fahrzeugs erlaubt wird. Tatsächlich kann man diesen Ansatz mit nur einem Spulenpaar an einem einzigen Ort an dem Fahrzeug verwenden. In diesem Fall kann das Feld immer noch mit der Position variieren und kann deshalb zum Erhalten eines gewissen Grads an Überprüfung bezüglich der Position des Transponders verwendet werden, und dies kombiniert mit der Verkomplizierung des Erkennens für einen Hacker und des Weiterleitens von Informationen über die Vektorgrößen des Signals kann eine ausreichende Sicherheit für bestimmte Anwendungen ergeben. Außerdem hat es den Vorteil verringerter Kosten im Vergleich zu einen System mit einer Anzahl von Sendern, die um das Fahrzeug verteilt sind.
Bei einer weiteren Modifikation dieser Technik ist ersichtlich, daß Signale aus den getrennten Spulen A, B und C sich kombinieren werden, wenn sie gleichzeitig gesendet werden, um ein Feld zu bilden, dessen Richtung davon abhängt, welche der Spulen A, B oder C oder welche Kombinationen von zwei oder allen drei dieser senden. Wiederum bedeutet dies, daß die Richtung des Feldes an einem beliebigen Punkt um das Fahrzeug zeitlich variiert werden kann, indem die relativen Stärken der Signale aus den Spulen A, B, C verändert werden, und diese Variation mindestens als Teil der relevanten Vektorinformationen benutzt werden kann. Wie oben beschrieben, kann deshalb die Feldrichtung auf vorbestimmte Weise bitweise als Codemodulation modifiziert werden. Der Transponder 26 kann so eingerichtet werden, daß er nur auf einen korrekten Code in dieser Modulation antwortet, oder die Modulationsinformationen für eine Prüfung, bevor ein Zugang zu dem Fahrzeug erlaubt wird, zu der Steuerung zurücksendet.
Anstelle der Transponderspulen X, Y, Z könnten Hall-Effekt-Sensoren verwendet werden. Bei Verwendung eines Hall-Effekt-Sensors zur Messung der Richtung der Magnetfelder können Daten dann auch ohne eine Trägerfrequenz gesendet werden. Die Verwendung eines Gleichstromfeldes als Abfragesignal würde die Erzeugung und Aufbereitung von Wechselstromsignalen ersparen. Weiterhin sind Hall-Effekt-Wandler tendenziell besser für eine Integration in Strukturen von "Chipkarten" geeignet als Spulen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Senderspulen A, B, C so angeordnet, daß sie auf wesentlich höheren Frequenzen im GHz-Wellenband senden. Bei diesen Frequenzen befinden sich die Signale in dem Bereich im und um das Fahrzeug nicht mehr in der Nahfeldregion, sondern stattdessen in der Fernfeldregion. Das heißt, daß sie sich wie elektromagnetische Strahlung ausbreiten und die Richtung der elektrischen und magnetischen Felder senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung der Strahlung ist, die ihrerseits eine gerade Linie von der sendenden Spule weg sein wird. Deshalb können die relativen Winkel der verschiedenen Sender von dem Transponder direkt gemessen werden, indem die Winkeldifferenzen zwischen den Feldern der Signale von den Sendern gemessen werden. Außerdem kann man bei diesen Frequenzen dieselbe Frequenz für das Abfragesignal und das Antwortsignal verwenden, wodurch eine gewisse Kostenverminderung in der Transpondereinheit ermöglicht wird.

Claims

Sicherheitssystem mit einer Sicherheitssteuerung (18) und mehreren Singalsendern (A, B, C), die einem geschützten Objekt (10) zugeordnet sind, und einem tragbaren Transponder (26), der so angeordnet ist, daß er ein Abfragesignal von den Sendern (A, B, C) empfängt und als Antwort darauf ein Antwortsignal sendet, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfragesignal Vektorinformationen bezüglich der Richtung eines von jedem der Sender (A, B, C) erzeugten Magnetfelds umfaßt und daß Mittel zur Ausführung eines Vergleichs zwischen den Vektorinformationen und einer Vektorabbildung eines dem geschützten Objekt (10) zugeordneten Bereichs vorgesehen sind, um die Position des Transponders (26) in bezug auf das geschützte Objekt (10) zu bestimmen, und daß die Sicherheitssteuerung (18) so angeordnet ist, daß sie abhängig von dem Vergleich eine Sicherheitsfunktion (18) durchführt.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, wobei die Vektorinformationen die relativen Richtungen von mindestens einer Komponente der Signale von den jeweiligen Sendern (A, B, C) umfassen.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vektorinformationen die relativen Stärken mindestens einer Komponente der Signale von den jeweiligen Sendern (A, B, C) umfassen.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transponder (26) so angeordnet ist, daß er die Vektorinformationen zu der Sicherheitssteuerung (18) weiterleitet und die Sicherheitssteuerung so angeordnet ist, daß sie aus den Vektorinformationen die Position des Transponders in bezug auf das geschützte Objekt bestimmt.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Transponder (26) so angeordnet ist, daß er aus den Vektorinformationen seine Position in bezug auf das geschützte Objekt bestimmt und seine Antwort entsprechend variiert.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sender (A, B, C) in Gruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe mindestens zwei Sender (A1, A2) umfaßt, die im wesentlichen zusammen in verschiedenen Orientierungen angeordnet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abfragesignal mehrere Komponenten (x_A, y_A, z_A, x_B, y_B, z_B) von verschiedenen Sendern (A, B, C, A1, A2) umfaßt und die relativen Stärken der Komponenten in dem Signal so angeordnet sind, daß sie während der Übertragung des Abfragesignals zeitlich variieren.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transponder (26) mehrere Sensoren (X, Y, Z) umfaßt, die so angeordnet sind, daß sie verschiedene Komponenten (x_A, y_A, z_A) des Abfragesignals erkennen.
Sicherheitssystem nach Anspruch 8, wobei die Komponenten (x_A, y_A, z_A) im wesentlichen untereinander orthogonal sind.
Sicherheitssystem nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der Transponder (26) weiterhin einen Kalibrationssender (W) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er ein Signal mit einer bekannten Orientierung relativ zu den Sensoren (X, Y, Z) sendet, um so eine Kalibration der Sensoren zu ermöglichen.
Sicherheitssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (10) ein Fahrzeug ist und die Sicherheitsfunktion das Erlauben eines Zugangs zu dem Fahrzeug umfaßt.
Sicherheitssystem nach Anspruch 11, weiterhin mit mehreren Sensoren (22L, 22R), die jeweils mit einem jeweiligen Verschluß (20L, 20R) des Fahrzeugs assoziiert sind, wobei die Sicherheitssteuerung (18) so angeordnet ist, daß sie das Abfragesignal als Reaktion auf einen Versuch durch einen Benutzer, einen der Verschlüsse (20L, 20R) zu öffnen, ausgibt.
Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Objekt (10) ein Fahrzeug ist und die Sicherheitsfunktion das Erlauben des Anlassens des Fahrzeugs umfaßt.