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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein handfreies Steuerungssystem für ein Fahrzeug.
Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein System, das
ausgelegt ist, das Anlassen des Fahrzeugs zu autorisieren oder zu
verhindern und/oder die Verriegelungs-/Entriegelungsmittel der Schlösser der
Türen des
Fahrzeugs in Abhängigkeit
von der Lokalisierung einer Identifikationsvorrichtung innerhalb
oder außerhalb
des Innenraums des Fahrzeugs zu steuern.
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Im
Sinne der Erfindung umfasst der Innenraum des Fahrzeugs jeden durch
Wände begrenzten Raum,
wobei der Raum von Personen benutzbar, wie beispielsweise der Fahrgastraum,
oder nicht benutzbar, wie beispielsweise der Kofferraum, sein kann. Die
Erfindung betrifft auch sogenannte Monospace-Fahrzeuge (Kombis),
bei denen der Kofferraum und der Fahrgastraum nicht voneinander
getrennt sind.
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Es
sind Fahrzeuge bekannt, die mit einem handfreien Steuerungssystem
des oben beschriebenen Typs ausgerüstet sind. In diesem Fall bedeutet der
Ausdruck „handfrei", dass es nicht notwendig
ist, einen mechanischen Schlüssel
zur Durchführung
bestimmter Handlungen zu benutzen. Beispielsweise ermöglicht das
handfreie Steuersystem, ein handfreies Zugangsverfahren zur Fernsteuerung
eines Verriegelungsmittels für
den Zugang zum Fahrzeug durchzuführen,
beispielsweise ein Tür-
oder Kofferraumschloss, oder auch ein handfreies Anlassverfahren,
zur Fernsteuerung eines Anlassers des Fahrzeugs.
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Bei
einem Fahrzeug, das mit einem bekannten handfreien Steuerungssystem
ausgerüstet
ist, ist die Identifikationsvorrichtung ein elektronischer Identifizierer,
der ein vom berechtigten Benutzer des Fahrzeugs zu tragender Sendeempfänger ist,
welcher den mechanischen Schlüssel
ersetzt. Eine zentrale Steuereinheit an Bord des Fahrzeugs stellt
einen bidirektionalen Ferndialog mit der tragbaren Empfangsvorrichtung
zur Authentifizierung des Benutzers und zur Steuerung der Verriegelungs-/Entriegelungsmittel
der Schlösser
der Türen
bzw. der Anlassmittel des Motors dar, wenn der Benutzer als berechtigt
erkannt worden ist. Beispielsweise kann die Initialisierung des
Kommunikationsprotokolls dadurch aktiviert werden, dass man den äußeren Griff der
Türe berührt oder
betätigt
oder auch durch Detektion der Anwesenheit der Hand in der Nähe des äußeren Türgriffs
bei einem handfreien Zugang; oder, bei einem handfreien Anlassen,
indem man auf den Anlassknopf am Armaturenbrett drückt. Gemäß einer Variante
kann diese Initialisierung durch Betätigen eines Steuerknopfes der
tragbaren Empfangsvorrichtung ausgelöst werden.
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Für die Verbindung
von der zentralen Steuereinheit zur tragbaren Empfangsvorrichtung
ist es üblich,
ein moduliertes Magnetfeld mit einer Trägerfrequenz zu verwenden, die,
abhängig von
den zugelassenen Frequenzbändern,
beispielsweise zwischen 10 kHz und 20 kHz oder bei etwa 125 kHz,
oder bei etwa 6 MHz oder auch bei etwa 13 MHz liegt.
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Bei
einem solchen Fahrzeug muss man aus Sicherheitsgründen während der
verschiedenen Schritte des Steuerungsverfahrens die Position der tragbaren
Empfangsvorrichtung berücksichtigen. Beispielsweise
wird bevorzugt das Anlassen des Fahrzeugs nur dann autorisiert,
wenn sich die tragbare Empfangsvorrichtung im Inneren des Fahrzeugs befindet
und, im Gegensatz dazu, die Verriegelung der Türen bzw. der Heckklappe des
Kofferraums nur dann autorisiert, wenn sich die tragbare Empfangsvorrichtung
außerhalb
des Fahrgastraums des Fahrzeugs bzw. seines Kofferraums befindet.
Was die Entriegelung der Schlösser
betrifft, darf diese nur dann autorisiert werden, wenn sich der
Benutzer so nahe am Fahrzeug befindet, dass er den Ablauf der ausgelösten Operationen
bemerken kann, damit eine zufällige
oder kriminelle Auslösung
des Steuerungsverfahrens zu verhindern.
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EP-1 363 354-A1 beschreibt
ein handfreies Zugangssystem, bei welchem eine Antennenschleife einen
Detektionsbereich begrenzt, der dem Innenraum des Fahrzeugs entspricht.
Die tragbare Identifikationsvorrichtung misst die Amplitude des
von der Antennenschleife ausgestrahlten Feldes, was es ermöglicht,
festzustellen, ob sich die Identifikationsvorrichtung in dem Detektionsbereich
befindet oder nicht.
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Ein
solches handfreies Zugangssystem weist mehrere Nachteile auf. Die
Amplitude des von der Antennenschleife in der Nähe des Umfangs des Detektionsbereichs
emittierten Feldes ist innerhalb und außerhalb des Detektionsbereichs
im Wesentlichen gleich. Es ist daher nicht immer möglich, die Identifikationsvorrichtung
zuverlässig
zu lokalisieren. Außerdem
ist es dann, wenn der Detektionsbereich eine beträchtliche
Größe aufweist,
erforderlich, mehrere Antennenschleifen vorzusehen oder eine Antenne,
die mehrere Schleifen bildet, was das System komplizierter gestaltet
und den Arbeitsaufwand erhöht,
der zu dessen Installation im Fahrzeug erforderlich ist. Die verwendete
Trägerfrequenz
muss mit der Antennenschleife kompatibel sein. Außerdem hat man
festgestellt, dass dieses System nicht korrekt funktioniert, wenn
sich die Identifikationsvorrichtung zwar im Innenraum des Fahrzeugs,
dort aber in einem Metallkoffer befindet, welcher die Hochfrequenzverbindung
mit der Zentraleinheit verhindert.
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Das
handfreie Zugangssystem muss vor kriminellen Angriffen, insbesondere
Angriffen mit Relaiskästen
geschützt
werden. Das Prinzip eines Angriffs mit Relaiskästen ist aus
EP 1 152 107-A1 bekannt.
Dieses Dokument beschreibt einhandfreies Zugangssystem, das durch
die Messung eines zeitlichen Versatzes zwischen zwei Signalen vor
Angriffen mit Re laissystemen geschützt ist. Dieses System erfordert
die Verwendung einer teuren elektronischen Vorrichtung zur Messung
des zeitlichen Versatzes. Außerdem
muss die Hochfrequenzverbindung bei hoher Frequenz stattfinden,
in der Größenordnung von
einigen hundert MHz, was Einschränkungen
hinsichtlich der verwendbaren Antennen mit sich bringt. Auf kurze
Entfernungen kann diese Lösung
unvorhersehbare Verhalten zeigen, was auf die Ausbreitung derartiger
Hochfrequenzwellen auf unterschiedlichen Wegen zurückzuführen ist.
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Die
Verwendung eines Infraschallsensors ist bei der Eindringungsdetektion
bekannt. Beispielsweise beschreibt
WO
95/06925 eine Vorrichtung zur Detektion eines Eindringens
in ein Fahrzeug durch Messung von Infraschall. Diese Vorrichtung
dient dazu, das Eindringen eines Diebes zu detektieren. Sie ermöglicht es
nicht, festzustellen, ob ein Benutzer, der eine Identifikationsvorrichtung
trägt,
sich innerhalb oder außerhalb
des Fahrzeugs aufhält.
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Das
Dokument
DE 100 52 451 beschreibt
ein System gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Das Dokument
DE
198 50 176 beschreibt ein System, bei dem ein und dieselbe
physikalische Größe einerseits
in dem Transponder und andererseits in dem Fahrzeug gemessen wird.
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Die
Erfindung beabsichtigt, die genannten Nachteile des Standes der
Technik zu vermeiden. Insbesondere ist ein Ziel der Erfindung die
Bereitstellung eines handfreien Steuersystems, das eine zuverlässige Ortsbestimmung
einer Identifikationsvorrichtung innerhalb oder außerhalb
des Innenraums ermöglicht.
Einweiteres Ziel der Erfindung ist es, ein handfreies Steuersystem
bereitzustellen, das vor kriminellen Angriffen mit Relaiskästen geschützt ist.
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Dazu
stellt die Erfindung ein handfreies Steuerungssystem für ein Fahrzeug
gemäß Patentanspruch
1 bereit.
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Wenn
sich die Identifikationsvorrichtung also im Inneren des Fahrzeugs
befindet, erfährt
sie Bewegungen, die stark mit den Bewegungen des Fahrzeugs korreliert
sind. Diese Bewegungen werden beispielsweise durch das Anlassen
des Fahrzeugs oder durch das Absenken der Federungen des Fahrzeugs
nach dem Einsteigen einer Person in das Fahrzeug verursacht. Die
von den ersten und zweiten Sensoren gemessenen Beschleunigungen
sind daher stark korreliert.
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Wenn
sich im Gegensatz dazu die Identifikationsvorrichtung nicht im Inneren
des Fahrzeugs befindet, erfährt
sie Bewegungen, die unabhängig
von den Bewegungen des Fahrzeugs sind. Beispielsweise erfährt sich
die Bewegungen der Person, welche die Identifikationsvor richtung
trägt,
während
das Fahrzeug unbeweglich ist oder geringe Vibrationen erfährt, die
durch die Bewegung von Objekten in seiner Umgebung verursacht werden.
Die von den ersten und zweiten Sensoren gemessenen Beschleunigungen
sind folglich unabhängig
und nicht korreliert.
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Der
Vergleich des gemessenen Signals und des Referenzsignals ermöglicht daher
festzustellen, ob sich die Identifikationsvorrichtung in dem Fahrzeug
befindet.
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Der
kriminelle Angriff auf das System mittels Relaiskästen ist
unmöglich.
Dies würde
nämlich
bedeuten, dass man die Bewegungen des Fahrzeugs messen und entsprechende
Bewegungen an der vom Benutzer getragenen Identifikationsvorrichtung erzeugen
müsste,
was notwendigerweise einen großen
und sichtbaren mechanischen Apparat erfordern würde, was mit der für Kriminelle
erforderlichen Unauffälligkeit
nicht vereinbar ist. Außerdem
würde der Benutzer
diese Bewegungen spüren.
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Vorzugsweise
kann der erste Sensor eine Winkelbeschleunigung messen, wobei das
Messsignal von dem Betrag des von dem ersten Sensor gemessenen Rotationsvektors
abhängt,
wobei der zweite Sensor eine Winkelbeschleunigung messen kann, wobei
das Referenzsignal von dem Betrag eines von dem zweiten Sensor gelieferten
Rotationsvektors abhängt.
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Vorteilhaft
kann der erste Sensor eine Linearbeschleunigung in wenigstens einer
Richtung messen, wobei das Messsignal vom Betrag eines von dem ersten
Sensor gelieferten Beschleunigungsvektors abhängt, wobei der zweite Sensor
eine Linearbeschleunigung in wenigstens einer Richtung messen kann,
wobei das Referenzsignal von dem Betrag eines von dem zweiten Sensor
gelieferten Beschleunigungsvektors abhängt.
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Die
Tatsache, dass man den Betrag des Rotationsvektors oder des Beschleunigungsvektors
berücksichtigt,
ermöglicht
es, eine Korrelation zwischen den Bewegungen der Identifikationsvorrichtung
und den Bewegungen des Fahrzeugs selbst dann aufzustellen, wenn
die Orientierung des ersten Sensors nicht derjenigen des zweiten
Sensors entspricht.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform umfasst
der Komparator einen Speicher, wobei der Komparator das Messsignal
und das Referenzsignal in dem Speicher während wenigstens eines Vergleichszeitraums
speichern kann.
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Vorzugsweise
ist die Zentraleinheit mit einem Sensor so verbindbar, dass sie
von dem Sensor ein Auslösesignal
empfangen kann, wobei der Komparator das Messsignal und das Re ferenzsignal
während
eines Vergleichszeitraums speichern kann, der im Wesentlichen mit
dem Empfang des Auslösesignals
beginnt.
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Vorteilhaft
ist der das Auslösesignal
erzeugende Sensor ein Türgriffsensor,
der auf die Betätigung
eines Griffs der Türe
reagiert.
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Somit
ist es möglich,
eine Korrelation zwischen den Mess- und Referenzsignalen herzustellen, während der
Benutzer in das Fahrzeug einsteigt. Man kann somit das Anlassen
autorisieren, wenn dieses besetzt ist.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform
ist der das Auslösesignal
erzeugende Sensor ein Betätigungsknopf,
der zur Steuerung des Anlassens des Fahrzeugs dient.
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Vorzugsweise
umfasst das System einen Betätigungsknopf,
der zur Steuerung des Anlassens des Fahrzeugs dient, wobei der Komparator
das Messsignal und das Referenzsignal während eines Vergleichszeitraums
speichern kann, der nach der Betätigung
des Betätigungsknopfes
endet.
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Somit
wird sichergestellt, dass während
eines Vergleichszeitraums Schwingungen mit einer ausreichenden Amplitude
existieren, um eine zuverlässige
Messung zu erhalten. Wenn man nach dem Anlassen des Motors feststellt,
dass keine Korrelation zwischen den Mess- und Referenzsignalen vorhanden
ist, kann man den Motor ausschalten.
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Vorteilhaft
kann die Zentraleinheit das Anlassen des Motors detektieren, wobei
der Komparator das Messsignal und das Referenzsignal während eines
Vergleichszweitraums speichern kann, der nach dem Anlassen endet.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform kann
der Komparator einen Korrelationsgrad zwischen einer zeitlichen
Einhüllenden
des Messsignals und einer zeitlichen Einhüllenden des Referenzsignals
bestimmen, wobei die Lokalisierungsmittel die Lokalisierung der
Identifikationsvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs in Abhängigkeit
von dem Korrelationsgrad durchführen
können.
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Vorzugsweise
umfasst die Identifikationsvorrichtung einen Drucksensor, der Druckänderung
in der Umgebung der Identifikationsvorrichtung in einem Infraschallfrequenzbereich
messen kann, wobei der Sender der Identifikationsvorrichtung ein
von den durch den Sensor gemessenen Druckänderungen abhängiges Antwortsignal
an die Zentraleinheit übertragen
kann wobei der Komparator das Antwortsignal mit einem Druckreferenzsignal
vergleichen kann, mit welchem Druckänderungen in dem Innenraum
in einem Infraschallfrequenzbereich korreliert sind, um die Lokalisierung
der Identifikationsvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Innenraums durchzuführen.
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Vorteilhaft
umfasst das System einen kombinierten Druck- und Beschleunigungssensor,
welcher den ersten Sensor und den Drucksensor bildet und dessen
kombiniertes Messsignal das Messsignal und das Antwortsignal bildet,
wobei der zweite Sensor ein zweiter kombinierter Druck- und Beschleunigungssensor
ist, der Druckänderungen
indem Innenraum des Fahrzeugs in einem Infraschallfrequenzbereich messen
kann, wobei das Referenzsignal und das Druckreferenzsignal von einem
einzigen Referenzsignal gebildet werden, von dem zweiten kombinierten Druck-
und Beschleunigungssensor gemessen wird.
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Die
Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren zur Steuerung eines handfreien Steuerungssystems für ein Fahrzeug
gemäß Patenanspruch
16 bereit.
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Die
Erfindung wird besser verständlich
werden und weitere ihrer Ziele, Details, Eigenschaften und Vorteile
werden im Laufe der folgenden Beschreibung mehrerer spezieller Ausführungsformen der
Erfindung deutlicher werden, die rein illustrativ und nicht einschränkend unter
Bezugnahme auf beigefügte
Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen:
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ist 1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einem handfreien
Steuerungssystem ausgerüstet
ist, welches dem Verständnis
der Erfindung dient,
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ist 2 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einem handfreien
Steuerungssystem ausgerüstet
ist, welches dem Verständnis
der Erfindung dient,
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ist 3 eine
schematische Darstellung der Zentraleinheit und der Identifikationsvorrichtung
des handfreien Steuerungssystems der 2,
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zeigt 4 die
zeitliche Veränderung
mehrerer Signale des handfreien Steuerungssystems der 2,
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zeigt 5 mehrere
als „Augendiagramme" bezeichnete Diagramme,
die den Signalen der 4 entsprechen,
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ist 6 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einem handfreien
Steuerungssystem ausgerüstet
ist, welches dem Verständnis
der Erfindung dient,
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ist 7 eine
schematische Darstellung der Zentraleinheit und der Identifikationsvorrichtung
des handfreien Steuerungssystems der 6,
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zeigt 8 eine
Seitenansicht des Fahrzeugs der 6 gemäß einer
Variante der Ausführungsform
der Erfindung,
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ist 9 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit einem handfreien
Steuerungssystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgerüstet
ist,
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zeigt 10 im
Schnitt entlang der unterbrochenen Linie X-X einen kombinierten
Beschleunigungs- und Infraschallsensor, der in der Ausführungsform
der 9 verwendbar ist,
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zeigt 11 den
Sensor der 10 in der Draufsicht,
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zeigt 12 den
Sensor der 10 mit dessen Membran in einem
verformten Zustand,
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zeigt 13 die
Messschaltung des Sensors der 9.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 1, das eine Wand umfasst, die einen Innenraum 3 begrenzt.
Die Wand 2 umfasst beispielsweise das Dach, den Boden,
die Türen,
die Fenster usw. des Fahrzeugs 1.
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Die
in dem Innenraum 3 vorhandene Luft unterliegt Druckänderungen
in einem Infraschallfrequenzbereich. Entsprechend unterliegt die
außerhalb des
Fahrzeugs 1 vorhandene Luft Druckänderungen in einem Infraschallfrequenzbereich.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung versteht man unter „Infraschallfrequenzbereich" die für den Menschen
nicht hörbaren
Frequenzen, d. h. unterhalb von 40 Hz. Diese Schwingungen werden
durch unterschiedlichste, plötzlich
auftretende Ereignisse in oder außerhalb des Fahrzeugs hervorgerufen,
beispielsweise durch Bewegungen von Personen oder von einem Objekt
in der Umgebung des Fahrzeugs oder durch den Wind.
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Die
Wand 2 ist nicht perfekt gegenüber Infraschallschwingungen
isoliert, sondern weist Leckverluste auf, die durch die Öffnungen 4 angedeutet
sind. Wenn jedoch alle Türen
des Fahrzeugs 1 (Seitentüren, Kofferraumdeckel, Schiebedach,
usw.) geschlossen sind, sind diese Verluste sehr gering. Folglich
bildet die Wand 2 unter diesen Bedingungen eine gute Abschirmung
gegen die Übertragung
von Druckunterschieden zwischen der Umgebung des Fahrzeugs 1 und
dem Innenraum 3. Somit sind die Druckänderungen in einem Infraschallfrequenzbereich
innerhalb des Innenraums 3 sehr unterschiedlich von denjenigen
in der Umgebung des Fahrzeugs 1.
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Das
Fahrzeug 1 ist mit einem handfreien Steuerungssystem ausgerüstet. Das
handfreie Steuerungssystem umfasst eine an Bord des Fahrzeugs 1 befindliche
Zentraleinheit 5 und eine Identifikationsvorrichtung 6,
die von einem Benutzer des Fahrzeugs getragen werden kann. In 1 ist
die Identifikationsvorrichtung 6 zweifach dargestellt:
einmal in den Innenraum 3 und einmal außerhalb des Fahrzeugs 1 in
der Nähe
der Wand 2.
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Die
Zentraleinheit 5 umfasst einen (nicht dargestellten) Sendeempfänger, der
mit einer an Bord des Fahrzeugs 1 befindlichen Antenne 7 verbunden ist.
Die Identifikationsvorrichtung umfasst einen Controller 9,
der einen mit einer in die Identifikationsvorrichtung 6 integrierten
Antenne 8 verbundenen Sendeempfänger aufweist. Somit können die
Zentraleinheit 5 und die Identifikationsvorrichtung 6 eine
bidirektionale elektromagnetische Kommunikationsverbindung aufbauen,
die durch den Doppelpfeil 10 dargestellt ist, um Nachrichten
auszutauschen. Beispielsweise tauscht die Zentraleinheit infolge
eines Auslöseereignisses,
wie demjenigen, dass ein Benutzer den Griff einer Tür des Fahrzeugs 1 berührt hat,
Nachrichten mit der Identifikationsvorrichtung gemäß einem
an sich bekannten kryptographischen Verfahren aus, um die Identifikationsvorrichtung
zu authentifizieren. Die Trägerfrequenz
der Kommunikationsverbindung 10 liegt beispielsweise bei
125 kHz für
eine Verbindung von der Zentraleinheit 5 zu der Identifikationsvorrichtung 6,
und bei 13 MHz für
eine Verbindung von der Identifikationsvorrichtung 6 zur Zentraleinheit 5.
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Die
Identifikationsvorrichtung weist einen Infraschallsensor 11 auf.
Der Infraschallsensor 11 kann Druckänderungen in der Umgebung der
Identifikationsvorrichtung 6 in einem Infraschallfrequenzbereich messen.
Dazu weist der Sensor 11 beispielsweise ein Elektretmikrofon
auf. Der Sensor 11 sendet ein Messsignal zum Controller 9.
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Der
Controller 9 umfasst einen Analog/Digital-Wandler, der
das Messsignal erfassen und digitalisieren kann. Der Sendeempfänger des
Controllers 9 kann über
die elektromagnetische Kommunikationsverbindung 10 ein
Antwortsignal an die Zentraleinheit 5 senden, welches dem
erfassten und digitalisierten Messsignal entspricht. Vorzugsweise
wird das Antwortsignal mittels eines vorab zwischen der Zentraleinheit 5 und
der Identifikationsvorrichtung 6 ausgetauschten Schlüssels verschlüsselt übertragen.
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Alternativ
kann, wie im Folgenden beschrieben werden wird, das von dem Infraschallsensor 11 ausgesandte
Messsignal in analoger Weise an die Zentraleinheit 5 übertragen
werden, beispielsweise in Form eines Antwortsignals, welches die
Trägerwelle
der Kommunikationsverbindung 10 moduliert.
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Das
handfreie Steuerungssystem weist außerdem einen im Innenraum 3 angeordneten
inneren Infraschallsensor 12 und einen im Fahrzeug 1 eingebauten
und außerhalb
des Innenraums 3 angeordneten äußeren Infraschallsensor 13 auf.
Die Sensoren 12 und 13 sind vorzugsweise durch
Befestigungsmittel fixiert, beispielsweise mittels elastomerer Halter, um
die Sensoren 12 und 13 ausreichend von der Fahrzeugstruktur
zu entkoppeln. So wird verhin dert, dass die Struktur nur Schwingungen
auf den Sensor 12 beziehungsweise 13 überträgt, die
außerhalb
des Fahrzeugs 1 beziehungsweise innerhalb des Fahrzeugs 1 erzeugt
werden. Die Sensoren 12 und 13 sind mit der Zentraleinheit 5 verbunden.
Sie entsprechen beispielsweise dem Sensor 11.
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Im
Anschluss an das oben erwähnte
Auslöseereignis
und wenn die Identifikationsvorrichtung 6 korrekt authentifiziert
ist, überträgt die Identifikationsvorrichtung 6 das
Antwortsignal, welches dem vom Sensor 11 ausgesandten Messsignal
entspricht an die Zentraleinheit 5. Die Zentraleinheit 5 verfügt folglich über ein
von dem Sensor 12 stammendes inneres Referenzsignal Pi, ein von dem Sensor 13 stammendes äußeres Referenzsignal
Pe und ein von dem Sensor 11 stammendes
Messsignal Pm.
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Wie
oben erläutert
unterscheiden sich die Druckvariationen in einem Infraschallfrequenzbereich
im Fahrzeuginnenraum 3 stark von denjenigen außerhalb
des Fahrzeugs 1. Wenn sich also die Identifikationsvorrichtung 6 im
Innenraum 3 befindet, unterscheidet sich das Messsignal
stark von dem äußeren Referenzsignal
und ist dem inneren Referenzsignal sehr ähnlich, um nicht zu sagen mit
diesem identisch. Wenn sich die Identifikationsvorrichtung 6 im umgekehrten
Fall außerhalb
des Fahrzeugs 1 befindet, unterscheidet sich das Messsignal
stark von dem inneren Referenzsignal und ist dem äußeren Referenzsignal
sehr ähnlich,
um nicht zu sagen mit diesem identisch.
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Durch
Vergleich dieser Signale kann die Zentraleinheit 5 die
Identifikationsvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Fahrzeuginnenraums 3 lokalisieren
und kann das Anlassen des Fahrzeugs 1 autorisieren oder
verhindern und/oder Mittel zum Verriegeln/Entriegeln der Schlösser der
Türen des
Fahrzeugs 1 abhängig
von dieser Lokalisierung steuern. Beispielsweise umfasst die Zentraleinheit
Berechnungsmittel, die in der Lage sind, einerseits den wirksamen
Wert des Unterschieds zwischen dem inneren Referenzsignal Pi und dem Messsignal Pm und
andererseits den wirksamen Wert des Unterschieds zwischen dem äußeren Referenzsignal
Pe und dem Messsignal Pm zu
bestimmen, nämlich
Si = (Pi – Pm)rms und Se = (Pe – Pm)rms, wobei rms
den quadratischen Mittelwert des Signals bezeichnet. Wenn Si < Se ist, stellt die Zentraleinheit 5 fest,
dass sich die Identifikationsvorrichtung 6 im Fahrzeuginnenraum 3 befindet. Wenn
umgekehrt Si > Se ist, stellt
die Zentraleinheit 5 fest, dass sich die Identifikationsvorrichtung 6 außerhalb
des Fahrzeugs 1 befindet. Alternativ können die Berechnungsmittel
beispielsweise einen Vergleich der Referenz- und Messsignale durchführen, indem das
Faltungsprodukt der Signale berechnet oder eine Spektralanalyse
durchgeführt
wird, wobei das Ziel jedes Mal ist, festzustellen, mit welchem der
Signale Pi und Pe das
Signal Pm die größte Ähnlichkeit aufweist.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die Sensoren 11, 12 und 13 beispielsweise
ein Signal liefern können,
das proportional zu den Druckänderungen ist,
die sie messen, oder ein Signal, das proportional zur zeitlichen
Ableitung dieser Druckänderungen
ist. Die Kenntnis eines Signals selbst ist äquivalent zur Kenntnis von
dessen Ableitung. Im zweiten Fall kann die Vergleichsoperation an
Hand der Referenz- und Messsignale selbst stattfinden, die proportional
zu den zeitlichen Ableitungen der gemessenen Druckänderungen
sind, oder an Hand dieser Signale nach einer Integration.
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Ein
Aktiv-1-Modus wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Die Elemente, die identisch oder vergleichbar mit den Elementen des
passiven Modus sind, werden mit den gleichen, um 100 erhöhten Bezugsziffern
bezeichnet.
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Wie
beim passiven Modus umfasst das Fahrzeug 101 eine Wand 102,
die einen Innenraum 103 begrenzt und Lecks 104 aufweist.
Ein handfreies Steuerungssystem umfasst eine Zentraleinheit 105, die
mittels Antennen 107, 108 eine elektromagnetische
Kommunikationsverbindung 110 mit einer Identifikationsvorrichtung 106 aufbauen
kann. Die Identifikationsvorrichtung 106 weist einen Infraschalldrucksensor 111 und
einen Controller 109 auf. Die Unterschiede zwischen dem
passiven Modus und dem Aktiv-1-Modus werden im Folgenden erläutert.
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Das
Steuerungssystem des Aktiv-1-Modus weist weder einen inneren noch
einen äußeren Drucksensor
auf. Die Zentraleinheit 105 ist mit zwei Lautsprechern 120 über eine
nicht dargestellte Ausgangsschnittstelle verbunden. Alternativ kann
sie mit einem einzigen oder mit mehr als zwei Lautsprechern verbunden
werden. Bevorzugt sind die Lautsprecher 120 die Lautsprecher
des Autoradios des Fahrzeugs 101. Alternativ handelt es
sich um für
das handfreie Steuerungssystem spezifische Lautsprecher. Die Lautsprecher 120 können Druckvariationen
in dem Fahrzeuginnenraum 103 unter Kontrolle der Zentraleinheit 105 erzeugen.
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3 ist
eine detailliertere Darstellung der Zentraleinheit 105 und
der Identifikationsvorrichtung 106. Im Folgenden werden
die funktionalen Aspekte der Zentraleinheit 105 und der
Identifikationsvorrichtung beschrieben. In der Praxis können die
Elemente, welche diese Funktionen durchführen, in Form einer allgemeinen
elektronischen Schaltung, die in spezieller Weise programmiert ist,
in Form einer speziellen elektronischen Schaltung oder in Form einer Kombination
von beiden realisiert werden. Sie können zentral oder verteilt
verwirklicht werden. Dies gilt auch für die entsprechenden Elemente
der anderen Ausführungsformen.
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Die
Zentraleinheit 121 umfasst einen Zufallszahlengenerator 121.
Dieser Generator 121 erzeugt eine Zufallszahl, beispielsweise
ein 16 Bit-Binärwort Sbt und speichert es ab. Der Generator 121 sendet über eine
Aufbereitungsschaltung 122 ein dem Wort SBt entsprechendes
Binärsignal
A aus. Die Aufbereitungsschaltung 122 ändert die Codierung des Binärwortes
Sbt. Genauer gesagt transformiert sie das
Signal A, bei welchem die „0"en und „1"en beispielsweise
durch die Spannungen +1 Volt beziehungsweise –1 Volt repräsentiert
werden, in ein nicht auf Non-Return-to-Zero-Signal (NRZ-Signal)
B, das einen Mittelwert von Null aufweist. Das Signal B wird durch
einen Tiefpassfilter 123 gefiltert, welcher nur die Infraschallfrequenzen
passieren lässt
und dessen Ausgangssignal C mittels eines Verstärkers 124 an die Lautsprecher 120 übertragen
wird. In den Signalen A, B und C werden die Bits vorzugsweise mit
einer Geschwindigkeit zwischen 10 und 40 Bit pro Sekunde übertragen. Beispielsweise
benötigt
man bei einer Geschwindigkeit von 20 Bit pro Sekunde 0,8 Sekunden
für die Übertragung
des 16 Bit großen
Binärwortes
Sbt.
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Die
Aufbereitungsschaltung 122 ermöglicht es auch, aus dem Signal
A ein Signal C mit Mittelwerten Null zu erhalten. Somit enthält das Steuersignal der
Lautsprecher 120 keine kontinuierliche Komponente, was
vermeidet, dass die Membranen der Lautsprecher 120 permanent
gegenüber
der Ruheposition ausgelenkt sind, was zu Sättigungsphänomenen führen könnte. Der Tiefpassfilter 123 ermöglicht es, Frequenzen
von mehr als 40 Hz abzuschneiden. Die von den Lautsprechern 120 erzeugten
Druckvariationen sind daher unhörbar,
was jegliche Störung
oder Interferenz mit Schallsignalen verhindert, die von den Lautsprechern 120 ausgesandt
werden, beispielsweise Musik.
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Das
Signal C wird im Innenraum 103 von den Lautsprechern 120 ausgestrahlt.
Folglich enthalten die Infraschalldruckvariationen im Innenraum 103 eine
Infraschallkomponente PC, die dem Signal
C entspricht, und gegebenenfalls eine entsprechende Komponente des
Umgebungslärms,
die man als Komponente des Infraschalllärms bezeichnen kann. Im Infraschallbereich
hat der Umgebungslärm
im allgemeinen eine sehr geringe Amplitude, vor allem im Inneren
des geschlossenen Fahrgastraums des Fahrzeugs 110 und vor
allem bei abgeschaltetem Motor. Außerhalb des Fahrzeugs C enthalten
die Infraschall-Druckvariationen die Komponente PC nicht. Dort
hört man
nur, dass die entsprechende Komponente des Signals C im Innenraum 103 durch
die Wand 2 ausreichend stark abgeschwächt wird, dass der Sensor 111,
dessen Empfindlichkeitsschwelle entsprechend eingestellt wurde,
diese Komponente nicht detektieren kann, wenn sich die Vorrichtung 106 außerhalb
des Fahrzeugs 101 befindet und dieses geschlossen ist.
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Die
Identifikationsvorrichtung 106 weist einen Verstärker 128 auf,
der das von dem Infraschallsensor 111 ausgesandte Signal
verstärkt
und der mit einem Filter 129 verbunden ist, welcher nur
Infraschallfrequenzen passieren lässt. 4 zeigt
die Signale A, B und C für
einen Zeitraum von einigen Bitzeiten tbit,
sowie das Signal D aus Ausgang des Filters 129 für den Fall,
wo sich die Identifikationsvorrichtung in dem Innenraum 103 befindet.
Aufgrund der Eigenschaften des Electret-Sensors 111 entspricht
das Signal D der zeitlichen Ableitung des Signals PC und
somit des Signals C. Dies führt
dazu, dass die Codierung des Binärwortes
Sbt in eine Manchester-Codierung umgewandelt
wird.
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5 zeigt
die Signale der 4 in einer als „Augengramm" bezeichneten Darstellung.
Außerdem
sind mehrere Zeitabschnitte der Signale in überlagerter und mit der Bitzeit
tbit synchronisierten Form dargestellt.
Aufgrund der Laufzeit zwischen der Zentraleinheit 105 und
der Identifikationsvorrichtung 106 ist das Signal D zeitlich
bezüglich
der Signale A, B und C verzögert.
Diese Verzögerung
ist in 4 nicht dargestellt, um den Vergleich der Signale
zu erleichtern.
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Die
Identifikationsvorrichtung 106 umfasst einen Bitdetektor 130,
der am Eingang das Signal D empfängt.
Wie man in den 4 und 5 erkennt, ist
das Signal D im Fall des Bits „1" im Verlauf der ersten
Halbbitdauer größer als
0 Volt und im Fall eines Bits „0" im Verlauf der ersten
Halbbitdauer kleiner als 0 Volt. Der Bitdetektor 130 kann
so ein binäres
Wort M in dem Signal D identifizieren.
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Die
Tatsache, dass das „Auge" im Fall des Signals
D der 5 offen ist, bedeutet, dass das von dem Bitdetektor 130 detektierte
Wort M dem Wort Sbt mit einer geringen Irrtumswahrscheinlichkeit
entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass dies nur für den Fall
richtig ist, wo sich die Identifikationsvorrichtung 106 in
dem Innenraum 103 befindet. Wenn sich die Identifikationsvorrichtung 106 außerhalb
des Fahrzeugs 101 befindet, enthalten die von dem Sensor 111 gemessenen
Druckvariationen keine Komponente, die dem Signal C entspricht.
Das Signal D ist dann beliebig und der Bitdetektor 130 liefert
dann am Ausgang ein zufälliges
oder in jedem Fall von dem Wort Sbt unabhängiges Wort
M.
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Die
Identifikationsvorrichtung 106 umfasst einen Kodierer 131,
welcher das Wort M beispielsweise mit Hilfe eines symmetrischen
Chiffrierschlüssels,
der vorher zwischen der Zentraleinheit 105 und der Vorrichtung 106 ausgetauscht
wurde, verschlüsselt.
Das Wort M wird dann mittels des Sendeempfängers 132 und der
Antenne 108 der Vorrichtung 106 verschlüsselt zur
Zentraleinheit 105 übertragen. Die
Elemente 128 bis 132 sind Teil des Controllers 109.
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Die
Zentraleinheit 105 umfasst einen Sensorempfänger 125 und
einen Dekodierer 126, die es ermöglichen, das Wort M in dem
von der Antenne 107 empfangenen Signal wiederzufinden.
Die Zentraleinheit 105 verfügt somit über das von dem Generator 121 gespeicherte
Wort Sbt und das von dem Dekodierer entschlüsselte Wort
M. Die Zentraleinheit umfasst einen Komparator 127, welcher
das Wort M mit dem Wort Sbt vergleicht,
um zu bestimmen, ob sich die Identifikationsvorrichtung im Innenraum 103 befindet
oder nicht. Beispielsweise nimmt der Komparator 127 an,
dass sich die Identifikationsvorrichtung 106 im Innenraum 103 befindet,
wenn der Hamming-Abstand, d. h. die Anzahl der zwischen den Wörtern Sbt und M unterschiedliche Bits kleiner als ein
vorgegebener Grenzwert ist. Im Fall von 16-Bit-Wörtern, ist der vorgegebene
Grenzwert beispielsweise 0, was bedeutet, dass Sbt und
M gleich sind, oder noch 1 oder 2, was einen gewissen Fehler bei
der Detektion des Wortes M erlaubt.
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Wie
oben erläutert,
dauert es in diesem Beispiel etwa 0,8 Sekunden, um das Wort Sbt von der Zentraleinheit 105 zur
Identifikationsvorrichtung 106 zu übertragen. Die Kommunikation
in die andere Richtung findet über
elektromagnetische Wellen statt. Das Wort M kann daher von der Identifikationsvorrichtung 106 zur
Zentraleinheit 105 in einer Zeit übertragen werden, die verglichen
mit diesen 0,8 Sekunden vernachlässigbar
ist. Die Zeit von 0,8 Sekunden ist daher die minimal erforderliche
Zeit, um die Vorrichtung 106 zu lokalisieren und bildet
daher einen Minimalzeitraum, der zwischen dem Moment, wo der die
Vorrichtung 106 tragende Benutzer das handfreie Anlassprotokoll
auslöst,
und dem Moment, wo der Motor des Fahrzeugs 101 in Gang
gesetzt wird, abläuft.
Wenn beispielsweise das Protokoll ausgelöst wird, sobald der Benutzer
in den Innenraum 103 eintritt, ist ein Zeitraum von 0,8
Sekunden klein im Vergleich zu der erforderlichen Zeit ist, um sich
niederzulassen oder den Sicherheitsgurt anzulegen, und wird nicht
als störend
empfunden. Auf jeden Fall sollte dieser Zeitraum kleiner als 5 Sekunden,
bevorzugt kleiner als 2 Sekunden sein.
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Ab
dem oben erwähnten
Auslöseereignis
erzeugt die Zentraleinheit 105 wiederholt das Wort Sbt in dem Innenraum 103. Mit einer
vorgegebenen Wiederholrate kann der Generator 121 gegebenenfalls ein
neues Wort Sbt erzeugen und speichern, um
den Schutz gegen eine illegale Manipulation zu verbessern.
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Ein
Aktiv-2-Modus wird unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 beschrieben.
Die Bauelemente, die identisch oder ähnlich wie die Bauelemente
des passiven Modus oder des Aktiv-1-Modus sind, werden mit den gleichen
um 200 beziehungsweise 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
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Der
Aktiv-2-Modus kann als Kombination des Passiv-Modus und des Aktiv-1-Modus
betrachtet werden. So umfasst das handfreie Steuerungssystem des
Fahrzeugs 201 Lautsprecher 220, einen inneren
Infraschallsensor 212, der in dem Innenraum 203 angeordnet
ist, und einen äußeren Infraschallsensor 213,
der auf dem Fahrzeug 201 installiert und außerhalb
des Innenraums 203 angeordnet ist. Die Sensoren 212 und 213 sind
mit der Zentraleinheit 205 verbunden.
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Wie
die Zentraleinheit 105 des Aktiv-1-Modus, steuert die Zentraleinheit 204 die
Lautsprecher 220 damit die Druckvariationen im Infraschallbereich in
den Innenraum 203 eine Komponente PC umfassen,
die einem Binärwort
Sbt entspricht. Die Identifikationsvorrichtung 206 ermittelt
mittels des Sensors 211, des Verstärkers 228 und des
Filters 229 ein Signal D. Die Signale A, B, C und D der 4 und 5,
die unter Bezugnahme auf den Aktiv-1-Modus beschrieben wurden, sind
im Fall des Aktiv-2-Modus unverändert.
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Die
Identifikationsvorrichtung 206 weist einen Analog/Digital-Wandler 240 auf,
der das Signal D erfasst und digitalisiert. Somit wird das Signal
D in ein Antwortsignal umgewandelt, welches dem erfassten und digitalisierten
Signal D entspricht. Es handelt sich um eine Abtastung auf mehreren
Niveaus und bei einer Frequenz, die deutlich größer als die Modulationsfrequenz
des Signals D ist, denn abgesehen von dem logischen Inhalt des Signals
D, nämlich
dem Wort Sbt, muss das Antwortsignal außerdem den analogen
Inhalt des Signals D enthalten, nämlich eine quantitative Messung
der Amplitude des Signals D und dessen zeitlicher Variation.
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Die
Identifikationsvorrichtung 206 umfasst einen Kodierer 231,
der das Antwortsignal beispielsweise mittels eines vorab zwischen
der Zentraleinheit 205 und der Vorrichtung 206 ausgetauschten
Schlüssels
verschlüsselt.
Das Antwortsignal wird dann verschlüsselt über den Sendeempfänger 232 und
die Antenne 208 der Vorrichtung 206 zu der Zentraleinheit 205 übertragen.
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Die
Zentraleinheit 205 umfasst einen Sendeempfänger 225 und
eine Verarbeitungsschaltung 242. Die Verarbeitungsschaltung 242 empfängt das von
der Antenne 207 empfangene Signal und führt zwei Operationen durch.
Zunächst
decodiert sie das Antwortsignal, welches sie verschlüsselt empfangen hat.
Die Verarbeitungsschaltung verfügt
demnach über
das von dem Konverter 240 erzeugte Antwortsignal, d. h.
einer digitalisierten Form des Signals D. In entsprechender Weise
wie der Bitdecoder 130 des Aktiv-1-Modus, identifiziert
die Verarbeitungsschaltung 242 ein binäres Wort M in dem Signal D.
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Die
Zentraleinheit 205 verfügt
dann auf Höhe des
Komparators 241 über
das von der Schaltung 242 gelieferte binäre Wort
M, das von dem Generator 221 gelieferte binäre Wort
Sbt, ein von dem Sensor 212 geliefertes
inneres Referenzsignal, ein von dem Sensor 213 geliefertes äußeres Referenzsignal
und über
den ebenfalls von der Schaltung 242 gelieferten analogen
Inhalt des Signals D.
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Wie
im Fall des Aktiv-1-Modus kann die Zentraleinheit 204 durch
Vergleich der Worte M und Sbt die Identifikationsvorrichtung 206 lokalisieren.
Wie bei dem passiven Modus kann die Zentraleinheit 205 durch
Vergleich der inneren und äußeren Referenzsignale
mit dem analogen Inhalt des Signals D die Identifikationsvorrichtung 206 lokalisieren.
Diese doppelte Lokalisierung bietet einen erhöhten Schutz gegenüber illegalen
Manipulationen mittels Relaiskästen.
Alternativ kann die Zentraleinheit 205 nur eine der beiden
Methoden zur Lokalisierung verwenden, beispielsweise abhängig von
einem vom Benutzer des Fahrzeugs 201 betätigbaren
Schalter. Das System kann auch einen die Sicherheit in den Vordergrund
stellenden Betriebsmodus anbieten, bei welchem die Lokalisierungsbedingung
der Vorrichtung 206 zum handfreien Anlassen durch beide
Lokalisierungsmethoden erfüllt
sein muss; sowie einen weiteren Betriebsmodus, der den Nutzungskomfort
in den Vordergrund stellt, bei welchem die Lokalisierungsbedingung
als erfüllt
angesehen wird, solange eine der beiden Methoden ein positives Ergebnis
liefert.
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8 zeigt
schematisch eine abgewandelte Ausführungsform des Fahrzeugs 201 in
der Seitenansicht. Die Lautsprecher 220 sind hier in der
Rückablagenwand
angeordnet, welche den Innenraum 203 in einen Fahrgastraum 203a und
einen Kofferraum 203b unterteilt. Diese Wand und die Rücklehnen 250 der
Rücksitze
bilden im allgemeinen eine gute Abschirmung gegen die Übertragung
von Druckvariationen im Infraschall. Somit sind die von den Lautsprechern 220 in
dem Fahrgastraum 203a erzeugten Infraschall-Druckvariationen
in ihrer Phase denjenigen im Kofferraum 203b entgegengesetzt. Wenn
sich die Identifikationsvorrichtung 206 in dem Kofferraum 203b befindet,
weist das Signal D die entgegengesetzte Phase zu derjenigen auf,
die es hätte, wenn
sich die Vorrichtung 206 in dem Fahrgastraum 203a befände und
das von der Schaltung 242 detektierte Wort M hätte all
seine Bits invertiert. Somit kann der Komparator 241 feststellen,
ob sich die Identifikationsvorrichtung in dem Fahrgastraum 203a,
in dem Kofferraum 203b oder außerhalb des Fahrzeugs 201 befindet:
Der Komparator 241 berechnet den Hamming-Abstand zwischen
Sbt und M. Wenn die Worte M und Sbt gleich sind, gegebenenfalls mit einem Zähler von
1 oder 2 Bit, bedeutet dies, dass sich die Vorrichtung 206 in
dem Fahrgastraum 203a befindet. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass wenn der Hamming-Abstand zwischen Sbt und
M kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist, der Komparator 241 feststellt,
dass sich die Vorrichtung 206 in dem Fahrgast raum 203a befindet.
Wenn dies nicht der Fall ist, berechnet der Komparator den Hamming-Abstand zwischen
Sbt und nicht(M), dem logischen Inversen
des Worts M. Wenn nicht(M) und das Wort Sbt gleich sind,
gegebenenfalls mit einem Fehler von ein oder zwei Bit, bedeutet
dies, dass sich die Vorrichtung 206 in dem Kofferraum 203b befindet.
Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass wenn der Hamming-Abstand zwischen Sbt und nicht(M) kleiner als ein vorgegebener
Grenzwert ist, der Komparator 241 feststellt, dass sich
die Vorrichtung 206 in dem Kofferraum 203b befindet.
Wenn schließlich
die Worte M und Sbt nicht korrigiert sind,
bedeutet dies, dass sich die Vorrichtung 206 außerhalb
des Fahrzeugs 201 befindet. Diese auf den Binärworten
basierende Bestimmung ist auch für
den Aktiv-1-Modus anwendbar.
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Gemäß einer
abgewandelten Ausführungsform
kann der Komparator 241 auch auf der Grundlage des inneren
Referenzsignals Pi, des äußeren Referenzsignals Pe und des analogen Inhalts des Signals D
bestimmen, ob sich die Identifikationsvorrichtung in dem Fahrgastraum 203a,
in dem Kofferraum 203b oder außerhalb des Fahrzeugs 201 befindet. Gemäß dieser
Variante ist der innere Referenzsensor 212 in dem Fahrgastraum 203a angeordnet.
Wenn sich das Signal D dem inneren Referenzsignal Pi sehr ähnelt, bedeutet
dies also, dass sich die Vorrichtung 206 in dem Fahrgastraum 203a befindet.
Wenn das Signal D nach einer einmaligen Phaseninvertierung dem inneren
Referenzsignal Pi sehr ähnelt, bedeutet dies, dass
sich die Vorrichtung 206 im Kofferraum 203b befindet.
Wenn schließlich
das Signal D dem äußeren Referenzsignal
Pi am ähnlichsten
ist, bedeutet dies, dass sich die Vorrichtung 206 außerhalb des
Fahrzeugs 1 befindet.
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Alternativ
zu dem, was beschrieben wurde, kann man in dem Fall, wo die Lautsprecher 220 nicht in
einer Wand angeordnet sind, welche den Fahrgastraum 203a vom
Kofferraum 203b trennt, einen zusätzlichen (nicht dargestellten)
Lautsprecher verwenden, der in dem Kofferraum 203b angeordnet
ist. Die Lautsprecher 220 und der zusätzliche Lautsprecher werden
sequenziell angeregt und die Signale werden so verarbeitet, wie
im Folgenden beschrieben werden wird. Abhängig von dem Moment, in welchem man
die Vorrichtung 206 im Innenraum 203 lokalisiert,
kann man feststellen, ob sie sich im Fahrgastraum 203a oder
im Kofferraum 203b befindet. Eine andere Variante, bei
der die Struktur des Fahrzeugs den Fahrgastraum stark vom Kofferraum
isoliert, so dass kein wesentlicher Übergang von Infraschallsignalen
von einem zum anderen stattfindet, besteht darin, die Lautsprecher 220 und
den zusätzlichen
Lautsprecher gleichzeitig, aber auf der Grundlage von zwei unterschiedlichen
Binärwörtern Sb1t und Sb2t anzuregen.
Diese Variante weist den Vorteil der Schnelligkeit auf, denn die
Vorrichtung 206 kann bereits bei der ersten Ausstrahlung
der Worte Sb1t und Sb2t lokalisiert
werden.
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Die
hier beschriebene Erfindung kann durch eine Lokalisierung mit Hilfe
von beispielsweise Antennenschleifen, die spezifische Detektionsbereiche aufweisen,
komplettiert werden, was es beispielsweise ermöglicht, die Identifikationsvorrichtung
außerhalb
des Fahrzeugs 1 in der Nähe einer rechten Türe, einer
linken Türe
oder des Kofferraums zu lokalisieren. Zur Verbesserung des Schutzes
gegen illegale Manipulationen kann die Erfindung mit einem Basisschutz
zur Messung einer zeitlichen Verschiebung der Signale kombiniert
werden.
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Gemäß einer
Variante des Aktiv-2-Modus' sind
die Infraschall-Druckvariationen, die von den Lautsprechern 220 unter
Kontrolle der Zentraleinheit 205 ausgestrahlt werden, beliebig.
Anders ausgedrückt,
umfassen sie keine Komponenten, die einem festgelegten Binärwort entsprechen.
Die Lokalisierung der Vorrichtung 206 basiert daher allein
auf dem Vergleich der Referenzsignale Pi und
Pe und dem analogen Inhalt des Signals D.
Diese Ausführungsvariante
kann auch bei der passiven Ausführungsform
realisiert werden, vorausgesetzt, dass das Fahrzeug mit einer Vorrichtung
ausgerüstet
ist, die ein Infraschallsignal erzeugen kann, beispielsweise einem Autoradio.
Die Idee ist hier, künstlich
eine Infraschallanregung im Innenraum des Fahrzeugs unter der Kontrolle
der Zentraleinheit 5 oder 205 zu erzeugen. Diese
Anregung wird beispielsweise erzeugt, wenn in dem Moment, wo die
Identifikationsvorrichtung 6 oder 206 lokalisiert
werden muss, kein signifikantes Signal von den Sensoren 12 und 13 oder 212 und 213 empfangen
wird.
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Häufig weist
diese Variante selbst dann, wenn der Infraschall-Umgebungslärm in und
außerhalb
des Innenraums 3 oder 203 nicht sehr unterschiedlich
ist, insbesondere, wenn sich das Fahrzeug in einer sehr ruhigen
Umgebung befindet, den Vorteil auf, einen Unterschied zwischen dem
Innenraum 3 oder 203 und der Umgebung zu erzeugen,
was die Zuverlässigkeit
erhöht.
Im Rahmen eines handfreien Anlassprotokolls muss der Benutzer normalerweise jedoch
zunächst
das Fahrzeug besteigen, so dass normalerweise zumindest ein Türschlagen
hervorgerufen wird, was eine Infraschallanregung erzeugt, die von
dem System ausgenutzt werden kann.
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Eine
andere Lösung
des Problems der geringen Unterschiede, die zwischen den Infraschalldruckänderungen
in und außerhalb
des Innenraums vorhanden sein können,
oder des Problems des Fehlens eines Infraschallgeräusches in
oder außerhalb des
Fahrzeugs, besteht darin, den Motor des Fahrzeugs anzulassen, wenn
die Identifikationsvorrichtung lokalisiert werden soll, was dazu
führt,
dass Druckunterschiede im Infraschallbereich erzeugt werden. Anschließend lokalisiert
man nach einem kurzen Zeitraum von beispielsweise einigen Sekunden
die Identifikationsvorrichtung. Wenn diese sich draußen befindet,
schaltet man den Motor wieder aus. Wenn sie sich im Inneren befindet,
lässt man den
Motor laufen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung, die man als Vibrationsmodus bezeichnet, wird unter
Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die Elemente,
die identisch oder ähnlich
den Elementen des passiven Modus' sind,
werden mit den gleichen, um 300 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
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Das
Fahrzeug 301 weist Wände 302 auf.
Die Wand 302 umfasst insbesondere den Boden und die Türen des
Fahrzeugs 301. Die Wand 302 kann teilweise offen
sein oder, anders ausgedrückt,
bei dem Fahrzeug 301 kann es sich um ein Cabriolet handeln.
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Das
Fahrzeug 301 weist ein handfreies Steuerungssystem auf.
Das handfreie Steuerungssystem umfasst eine Zentraleinheit 305,
die mittels Antennen 307, 308 eine elektromagnetische
Kommunikationsverbindung 310 mit einer Identifikationsvorrichtung 306 herstellen
kann. Die Identifikationsvorrichtung 306 weist einen Beschleunigungssensor 311 und
einen Controller 309 auf.
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Der
Beschleunigungssensor 311 kann ein Winkelbeschleunigungssensor
sein, der die Winkelbeschleunigung einer, zweier oder dreier Achsen misst,
und am Ausgang einen Rotationsvektor in einer, zwei bzw. drei Dimensionen
liefert. Der Rotationsvektor wird beispielsweise durch eine, zwei
oder drei elektrische Spannungen repräsentiert, wobei jede der jeweiligen
Komponenten des Rotationsvektors einer der gemessenen Achsen entspricht.
Alternativ kann der Rotationsvektor durch eine einzige elektrische
Spannung repräsentiert
werden, die dessen Betrag entspricht.
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Der
Beschleunigungssensor 311 kann auch ein linearer Beschleunigungssensor
sein, der die Linearbeschleunigung in einer, zwei oder drei Achsen misst
und am Ausgang einen Beschleunigungsvektor mit einer, zwei oder
drei Dimensionen liefert. Der Beschleunigungsvektor wird beispielsweise
durch eine, zwei oder drei elektrische Spannungen repräsentiert, die
jeweils der entsprechenden Komponente des Beschleunigungsvektors
in einer der gemessenen Achsen entsprechen. Alternativ kann der
Beschleunigungsvektor durch eine einzige elektrische Spannung repräsentiert
werden, die dessen Betrag entspricht.
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Der
Betrag des Rotationsvektors oder des Beschleunigungsvektors liefert
ein Messsignal Sm, das für die Beschleunigung der Identifikationsvorrichtung 306 repräsentativ
ist.
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In
entsprechender Weise, wie dies unter Bezugnahme auf den passiven
Modus oder den Aktiv-2-Modus beschrieben wurde, überträgt der Controller 309 das
Messsignal Sm mittels der Antenne 308 und
der elektromagnetischen Kommunikationsverbindung 310 in
digitalisierter und verschlüsselter
Weise an die Zentraleinheit 305. Die Zentraleinheit 305 weist
einen Decoder zum Entschlüsseln
des empfangenen Signals auf.
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Das
Steuerungssystem umfasst auch einen Beschleunigungssensor 312,
beispielsweise vom gleichen Typ wie der Beschleunigungssensor 311. Der
Sensor 312 ist an der Struktur des Fahrzeugs 301 so
fixiert, dass er die Bewegungen des Fahrzeugs 301 mitmacht.
Der Sensor 312 kann ein für das handfreie Steuerungssystem
spezifischer Sensor sein oder ein Sensor, der außerdem für andere Kontrollfunktionen
des Fahrzeugs 301 dient. Beispielsweise kann der Sensor 312 auch
zur Steuerung der Auslösung
von aufblasbaren Sicherheitskissen (Airbag) dienen.
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Der
Sensor 312 ist mit der Zentraleinheit 305 verbunden.
So verfügt
die Zentraleinheit 305 über das
von dem Sensor 311 stammende Messsignal Sm und
ein von dem Sensor 312 stammendes Referenzsignal Sr.
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Wenn
die Identifikationsvorrichtung 306 sich in dem Fahrzeug 301 befindet,
führt sie
die Bewegungen durch, die den Bewegungen des Fahrzeugs 301 entsprechen,
gegebenenfalls kombiniert mit den Bewegungen eines Benutzers, der
die Vorrichtung 306 in dem Fahrzeug trägt. Das Messsignal Sm und das Referenzsignal Sr werden
dann beide eine Komponente enthalten, die einer Beschleunigung des
Fahrzeugs 301 entspricht, und werden folglich korreliert sein.
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Umgekehrt,
wenn sich die Identifikationsvorrichtung 306 nicht in dem
Fahrzeug 301 befindet, werden das Messsignal Sm und
das Referenzsignal Sr unabhängig voneinander
und nicht korreliert sein.
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Durch
Vergleich des Messsignals Sm und des Referenzsignal
Sr ist es daher möglich, zu bestimmen, ob sich
die Identifikationsvorrichtung 306 in dem Fahrzeug 301 befindet
oder nicht.
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Der
Vergleich des Messsignals Sm mit dem Referenzsignal
Sr kann beispielsweise auf die folgende
Weise durchgeführt
werden.
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In
Folge eines Auslöseereignisses,
das mittels eines Sensors detektiert wird, beispielsweise der Betätigung eines
Türgriffs
oder des Schließens
einer Tür,
stellt die Zentraleinheit 305 eine Kommunikationsverbindung 310 mit
der Identifikationsvorrichtung 306 her, um Nach richten
gemäß einem
an sich kryptografischen Verfahren auszutauschen, um die Identifikationsvorrichtung 306 zu
authentifizieren und/oder ihr eine Abfragebotschaft zu übermitteln. Anschließend beginnt
die Identifikationsvorrichtung 306 mit der Übertragung
des Messsignals Sm an die Zentraleinheit 305.
Die Zentraleinheit 305 speichert die empfangenen Signale
und führt
eine Berechnung der Korrelation zwischen dem Messsignal Sm und dem Referenzsignal Sr durch.
Genauer gesagt, ermittelt die Zentraleinheit 305 die Einhüllende des
Messsignals Sm und des Referenzsignals Sr. Wenn sich die Identifikationsvorrichtung 306 in
dem Fahrzeug 301 befindet, werden die Einhüllenden
der Signale Sm und Sr beide
miteinander korrelierte Spitzen und Bereiche mit verringerter Amplitude
aufweisen. Der Grad der Korrelation kann dadurch berechnet werden,
indem man ein Korrelationsprodukt dieser Einhüllenden bildet. Alternativ
kann die Zentraleinheit 305 beispielsweise den effektiven
Wert des Unterschiedes zwischen den Einhüllenden der Signale Sm und Sr berechnen.
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Wenn
das so bestimmte Korrelationsniveau größer als ein Schwellwert ist,
bestimmt die Zentraleinheit 305, dass sich die Identifikationsvorrichtung 306 in
dem Fahrzeug 301 befindet. Wenn dies nicht der Fall ist,
bestimmt die Zentraleinheit 305, dass sich die Identifikationsvorrichtung 306 nicht
in dem Fahrzeug 301 befindet.
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Der
Grad der Korrelation muss wenigstens während eines Vergleichszeitraums
von vorbestimmter Dauer, der größer als
ein vorgegebener Grenzzeitraum, beispielsweise 5 Sekunden, ist,
größer als der
Korrelationsgrenzwert sein. Zu diesem Zweck speichert die Zentraleinheit 305 das
Messsignal Sm und das Referenzsignal Sr in einem Speicher und vergleicht diese
Signale während
mehrerer Vergleichszeiträume.
Beispielsweise beginnt einer dieser Vergleichszeiträume mit
dem oben erwähnten Auslöseereignis.
So ist es gegebenenfalls möglich, die
Identifikationsvorrichtung 306 schnell in dem Fahrzeug
zu lokalisieren und das Anlassen zu autorisieren, sobald der Fahrer
eingestiegen ist.
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Es
ist möglich,
dass die Bewegungen, die allein von dem durch das Einsteigen einer
Person in das Fahrzeug verursachten Absenken der Federung des Fahrzeugs 301 ausgelöst werden,
eine Amplitude besitzen, die nicht ausreicht, um eine Korrelation zwischen
dem Messsignal Sm und dem Referenzsignal
Sr herstellen zu können. Aus diesem Grund veranlasst
die Zentraleinheit 305 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform
das Anlassen des Motors des Fahrzeugs 301, wenn die Identifikationsvorrichtung 306 an
Hand des oben erwähnten
kryptographischen Verfahrens korrekt identifiziert wurde. Dieses Anlassen
kann entweder nach einem vorgegebenen Zeitraum von beispielsweise
5 Sekunden nach dem Auslöseereignis
oder nach Betätigen
eines zu diesem Zweck vorgesehenen Steuerknopfes, der beispielsweise
auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs 301 angeordnet sein
kann, stattfinden.
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Ein
Vergleichszeitraum beginnt dann mit dem Anlassen des Motors und
endet einige Sekunden später,
beispielsweise zwischen 5 und 10 Sekunden später. Wenn der Grad der Korrelation
zwischen dem Messsignal Sm und dem Referenzsignal
Sr während
dieses Vergleichszeitraums größer als
ein Grenzwert ist, lässt
man den Motor laufen. Andernfalls veranlasst die Zentraleinheit 305,
dass der Motor ausgeschaltet wird.
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Das
Steuerungssystem gemäß dem Vibrationsmodus
kann mit einem Steuerungssystem gemäß einem der passiven, Aktiv-1-
oder Aktiv-2-Infraschallmodi kombiniert werden. In diesem Fall umfasst
die Identifikationsvorrichtung 306 einen Beschleunigungssensor 311 und
einen Infraschallsensor 11, 111 oder 211 und
das Fahrzeug umfasst ebenfalls wenigstens einen Beschleunigungssensor und
gegebenenfalls Infraschallsensoren. In diesem Fall wird eine doppelte
Detektion der Position der Identifikationsvorrichtung durchgeführt, was
die Sicherheit gegen illegale Manipulationen weiter erhöht.
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Gemäß einer
anderen Variante, die der Kombination des Vibrationsmodus mit dem
passiven Infraschallmodus oder dem Aktiv-2-Infraschallmodus entspricht,
umfasst die Identifikationsvorrichtung 6 oder 206 einen
kombinierten Beschleunigungs- und Infraschallsensor. In diesem Fall
kann auch wenigstens einer der Sensoren 12, 13 oder 212, 213 ein kombinierter
Beschleunigungs- und Infraschallsensor sein.
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Im
Fall dieser Varianten spiegelt das von der Identifikationsvorrichtung
zu der Zentraleinheit übertragene
Messsignal gleichzeitig die Druckvariationen in der Umgebung der
Identifikationsvorrichtung und die Beschleunigungen, denen diese
unterliegt, wieder. Die Zentraleinheit lokalisiert die Identifikationsvorrichtung
indem sie dieses Messsignal mit einem inneren Infraschall-Referenzsignal
und/oder mit einem inneren Infraschall-Referenzsignal und einem Beschleunigungs-Referenzsignal
vergleicht. Das Messsignal eines in dem Fahrzeug eingebauten kombinierten
Beschleunigungs- und Infraschallsensors kann in diesem Fall auch
als Referenzsignal verwendet werden. Ein äußerer Infraschallsensor ist
somit nicht immer notwendig.
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Ein
Beispiel eines kombinierten Beschleunigungs- und Infraschallsensors 319 ist
in den 10 bis 13 dargestellt.
Der Sensor 319 basiert auf dem Prinzip des Elektretmikrofons
und umfasst ein Gehäuse 320 aus
Aluminium, das beispielsweise eine kreiszylindrische Form besitzt.
Das Gehäuse 320 weist
eine Öffnung 322 auf,
welche Druckänderungen
passieren lässt.
Eine metallische Membran 321 ist im Inneren des Gehäuses 320 angeordnet und
an dessen Umfang fixiert. Die metallisierte Membran 321 ist
verformbar. 10 zeigt die Membran 321 in
ihrer nicht verformten Position. 12 zeigt die
Membran 321 in einer verformten Position, wobei die Verformung
zur besseren Klarheit der Zeichnung übertrieben dargestellt ist.
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Eine
Messelektrode 323 besteht aus einer Metallscheibe, die
parallel zu der metallisierten Membran 321 in deren nicht
verformter Position in dem Gehäuse 320 fixiert
ist. Die Messelektrode 323 und die metallisierte Membran 321 bilden
gemeinsam einen variablen Kondensator, der, wie durch den Pfeil 324 dargestellt,
mit einer Messschaltung 330 verbunden ist. Ein Beispiel
der Messschaltung 330 ist in 13 dargestellt
und durch gestrichelte Linien umschlossen. Sie umfasst einen variablen
Kondensator 313, der von der Elektrode 323 und
der Membran 321 gebildet wird. Die Elektrode 323 ist
mit dem Gitter eines Feldeffekttransistors 332 verbunden,
dessen beiden anderen Anschlüsse
die Ausgänge
des Sensors bilden, von denen einer mit der Masse und der andere
mittels eines Widerstandes 333 von beispielsweise zwei
2 kΩ, mit
einer Spannungsquelle von beispielsweise +3 V verbunden ist. Die
an der Anschlussklemme 334 anliegende Spannung ist variabel
und entspricht den Kapazitätsänderungen
des Kondensators 331. Die Messschaltung 330 umfasst außerdem einen
Widerstand 335 von mehreren MΩ.
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Unter
dem Einfluss von Druckvariationen verformt sich die metallisierte
Membran 321 und die Kapazität des von der Membran 321,
und der Elektrode 323 gebildeten Kondensators variiert.
Diese Variation der Kapazität
wird von der Messschaltung in ein Ausgangssignal umgewandelt, beispielsweise
in Form einer variablen elektrischen Spannung.
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Der
Sensor 319 umfasst zwei Massen 325 und 326,
die an der metallisierten Membran 321 in der Nähe des Zentrums
der Membran 321 einander diametral gegenüber liegend
fixiert sind. Die Massen 325 und 326 sind beispielsweise
kleine Volumina eines dichten Materials, wie beispielsweise Blei
oder einer Zinnlegierung. Die Schwerpunkte der Massen 325 und 326 befinden
sich oberhalb der Membran 321.
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Die
Masse 325 ist außerdem
mittels einer Lasche 327 mit dem Gehäuse 320 verbunden,
welches sich entlang einer Achse Y erstreckt und die Masse 325 auf
Höhe der
Membran mit dem Gehäuse 320 verbindet.
Somit ist die Masse 325 um eine Drehachse schwenkbar, die
durch die Befestigung der Lasche 327 am Gehäuse 320 definiert
wird. In entsprechender Weise ist die Masse 326 mittels
einer Lasche 328, die sich entlang einer zu der Achse Y
senkrechten Achse Z erstreckt, an dem Gehäuse 320 fixiert.
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Unter
dem Einfluss einer Beschleunigung verformen die Massen 325 und 326 die
Membran 321 und die Kapazität des von der Membran 321 und
der Elektrode 323 gebildeten Kondensators variiert. Diese
Variation der Kapazität
wird von der Messschaltung in ein Ausgangssignal umgewandelt.
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Genauer
gesagt: Wenn der Sensor 319 eine Beschleunigung entlang
der senkrechten Achse der 10, also
der Achse X erfährt,
verschieben sich die Massen 325 und 326 entlang
dieser Achse X und verformen die Membran. Wenn der Sensor 319 eine Beschleunigung
entlang der Achse Y erfährt,
erfährt die
Masse 325 ein Drehmoment, weil ihr Schwerpunkt bezüglich der
Drehachse, die durch die Befestigung der Lasche 327 am
Gehäuse 320 definiert wird,
versetzt ist. Folglich verformt die Masse 325 die Membran 321,
wie in 12 dargestellt ist, während die
Masse 326 von der Lasche 328 gehalten wird. Wenn
schließlich
der Sensor 319 eine Beschleunigung entlang der Achse Z
erfährt,
verformt die Masse 326 die Membran 321, während die
Masse 325 von der Lasche 327 gehalten wird. Eine
Beschleunigung entlang einer beliebigen Achse verformt die Membran 321 gemäß einer
Kombination der drei oben erwähnten
Effekte.
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Somit
führt eine
Beschleunigung oder eine Verschiebung des Sensors 319 in
einer Richtung parallel zur Ebene der Membran 321 zu einem
Drehmoment der Massen 325 und 326, das geeignet
ist, die Membran in detektierbarer Weise zu verformen. Die Laschen 327 und 328 sind
dazu nicht unerlässlich, aber
sie verstärken
die Befestigung der Massen 325 und 326 und ermöglichen
es, einen großen
Hebelarm zu erzeugen.
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So
ermöglicht
es der Sensor 319, gleichzeitig eine Beschleunigung und
Druckvariationen insbesondere in einem Infraschallfrequenzbereich
zu messen. Die Membran 321 kann so dimensioniert sein, dass
sie sich in Folge von Druckwellen in anderen Frequenzbereichen verformt.
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Die
hier beschriebenen Steuerungssysteme umfassen eine Identifikationsvorrichtung.
Sie können von
diesen aber auch mehrere aufweisen, wobei jede von einem anderen
autorisierten Benutzer getragen wird.
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Die
Steuerungssysteme, die hier beschrieben wurden, umfassen eine ansteigende
Hochfrequenzverbindung, d. h. von der Zentraleinheit in Richtung
zur Identifikationsvorrichtung. Man kann auf diese Verbindung verzichten.
In diesem Fall enthält die
Identifikationsvorrichtung, um sich zu authentifizieren, einen geheimen
privaten Schlüssel,
der auch der Zentraleinheit bekannt ist. Dieser geheime Schlüssel wird
auch von dem Kodierer 331 oder 231 und dem Dekodierer 126 oder
der Schaltung 242 verwendet.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit mehreren speziellen Ausführungsformen
beschrieben wurde, versteht es sich, dass sie keineswegs auf diese
eingeschränkt
ist und dass sie alle äquivalenten
Techniken der beschriebenen Mittel und deren Kombinationen umfasst,
soweit diese in den durch die Erfindung abgesteckten Rahmen fallen.