EP1185879A1 - Verfahren zur bestimmung der entfernung zwischen zwei einrichtungen eines identifikationssystems - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der entfernung zwischen zwei einrichtungen eines identifikationssystems

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EP1185879A1
EP1185879A1 EP00927142A EP00927142A EP1185879A1 EP 1185879 A1 EP1185879 A1 EP 1185879A1 EP 00927142 A EP00927142 A EP 00927142A EP 00927142 A EP00927142 A EP 00927142A EP 1185879 A1 EP1185879 A1 EP 1185879A1
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EP
European Patent Office
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signal
distance
devices
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received
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EP00927142A
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English (en)
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Reinhold Berberich
Christopher Sievers
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • B60R25/20—Means to switch the anti-theft system on or off
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves
    • G01S11/06—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves using intensity measurements
    • G—PHYSICS
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    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
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    • G07C9/20—Individual registration on entry or exit involving the use of a pass
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • G07C2209/63—Comprising locating means for detecting the position of the data carrier, i.e. within the vehicle or within a certain distance from the vehicle

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the distance between two devices of an identification system.
  • electronic identification and access systems which have a transmitter and a receiver for electromagnetic signals and which can be operated with a radio key which, at the push of a button, is prompted by a signal emitted by the transmitter or automatically sends out electromagnetic signals that identify or give access to the owner.
  • a control unit sends requesting signals continuously or by touching, for example a door handle of a door that is still locked, which, when received by a suitable radio key, stimulate the latter to transmit its signal.
  • the control device then automatically enables access, for example to the door in question.
  • radio keys cannot be precisely controlled due to reflections and the like, so that if a remote radio key is accidentally stimulated, the identification system may react inappropriately by bringing the key signal from a distance.
  • an electromagnetic signal is emitted by a first of the devices, which is formed by an oscillation train with a predetermined amplitude profile and a predetermined duration, the amplitude of which continuously decreases at the end of the oscillation train, that the signal is received that the duration of the a portion of the received signal exceeding a predetermined amplitude threshold value is measured and that the distance between the devices is determined from this measured duration.
  • a first embodiment of the invention provides that the signal is received by the second of the devices and the distance is determined there.
  • the signal is received by the second of the devices and sent back to the first device and that the returned signal is received by the first device and the distance is determined there or that the signal from the second of the devices is received, that the duration of the portion of the received signal exceeding a predetermined amplitude threshold value is measured there and that the value of the measured duration is sent back to the first device.
  • the signal is only reflected to double the total distance to the transmitter.
  • the evaluating electronics can also be accommodated in the first device, so that the second device can be constructed in a very compact manner.
  • the distance can be determined in the sending device. The duration of the signal received by the second device is only measured there and sent back as a numerical value.
  • the amplitude of the transmitted signal is essentially constant from an initial settling range of the oscillation train up to the beginning of its continuously decreasing end range.
  • a vibration train running according to the invention is achieved in a further embodiment of the invention in that a resonance circuit of the first device for generating the signal to be transmitted is supplied with a square-wave signal such that the amplitude of the transmitted signal steadily decays towards the end of the amplitude curve due to the resonance circuit reverberating.
  • the one formed for the transmission of such signals from the transmitting antenna and a capacitor The resonant circuit should have a high quality and thus a noticeable post-oscillation duration.
  • the distance is determined from the difference between the duration of the transmitted signal and the measured duration by comparison with a calibration characteristic of the signal duration over the distance.
  • a first application for the method according to the invention arises if one of the two devices is an access device and the other device is a suitable radio key, and specifically if the unlocking device is an unlocking device of a motor vehicle.
  • An access mechanism can thus be designed, for example, in such a way that unlocking of the motor vehicle is prevented if the radio key is outside a predetermined radius around the motor vehicle.
  • the distance is determined at least twice in succession at a predetermined time interval and the difference between the results is related to the time interval. In this way, a relative movement of the two devices to one another can be determined.
  • Fig. 4 shows a received signal at a small distance between the transmitter and receiver
  • Fig. 5 shows a received signal at a great distance between the transmitter and receiver.
  • Fig. 1 shows two devices 1 and 2, each having a transmitter 3, 4 and a receiver 5, 6 for electromagnetic signals 7 and 8.
  • the frequency of the signals 7 and 8 differs.
  • the signal 7 has a frequency of 125 kHz, while the signal 8 is in the range of a few MHz or more.
  • the transmitter 3 of the low-frequency transmission path sends a vibration train of known duration. By designing the transmitter 3, a decaying reverberation of the oscillation train of the signal is achieved.
  • the receiver 5 Via a defined input threshold, the receiver 5 receives a signal which, depending on its distance from the transmitter 3, is weakened compared to the transmitted signal 7.
  • the second device 2 measures the duration of the one input part of the received attenuated signal exceeding the threshold and sends the measured value back in numerical form as signal 8 to the first device.
  • the first device 1 evaluates the measured value and uses a predetermined calibration characteristic to determine the approximate distance to the second device 2.
  • a control unit 21 located in the motor vehicle transmits the low-frequency signal 7 (not shown here) via an antenna 22.
  • a radio key 23 located in the vicinity and suitable for the motor vehicle receives the signal 7 via an antenna 24 and measures its duration with the aid of a connected measuring device 25. The measured value is then sent back to the control unit 21, as shown in FIG. 1, where the distance d is determined becomes.
  • the distance d can be estimated with a reasonable accuracy within a radius of a few meters.
  • FIGS. 4 and 5 show the signals 31' received by the second device with a small distance d between devices 1 and 2.
  • the signal 31 The maximum amplitude An is converted into a square-wave signal of length tn via an amplitude threshold 41. If the devices 1 and 2 are further apart, the maximum amplitude Af of the signal 31 "arriving at the second device is reduced. After conversion via the amplitude threshold 41, a square wave signal 43 is formed, the length of which ge tf is less than that tn of the first square-wave signal 42. With the measured length tn, tf of the signal 31 ', 31 "received by the second device 2, the distance d can be estimated by comparing a calibration characteristic.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Einrichtungen eines Identifikationssystems wird von einer ersten der Einrichtungen ein elektromagnetisches Signal ausgesendet, welches von einem Schwingungszug mit vorgegebenem Amplitudenverlauf und vorgegebener Dauer gebildet ist, dessen Amplitude zum Ende des Schwingungszugs stetig abnimmt. Das Signal wird empfangen und die Dauer des einen vorgegebenen Amplituden-Schwellwert überschreitenden Teils des empfangenen Signals wird gemessen. Aus dieser gemessenen Dauer wird die Entfernung zwischen den Einrichtungen ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Einrichtungen eines Identifikationssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Einrichtungen eines Identifikationssystems.
In zunehmendem Maße kommen, beispielsweise zur Entriegelung von Kraftfahrzeugen, elektronische Identifikations- und Zugangssysteme zum Einsatz, die über einen Sender und einen Empfänger für elektromagnetische Signale verfügen und die mit einem Funkschlüssel bedienbar sind, welcher auf Knopfdruck, nach Aufforderung durch ein vom Sender ausgesendetes Signal oder automatisch elektromagnetische Signale aussendet, welche den Besitzer identifizieren oder ihm Zugang verschaffen.
Bei fortschrittlichen Systemen sendet ein Steuergerät ständig oder durch Antasten, beispielsweise eines Türgriffes einer noch verschlossenen Tür, auffordernde Signale, die, wenn sie von einem passenden Funkschlüssel empfangen werden, diesen zur Aussendung seines Signals anregen. Das Steuergerät gibt daraufhin den Zugang, beispielsweise zu der betreffenden Tür, voltautomatisch frei.
Die Reichweite derartiger Funkschlüssel ist aufgrund von Reflexionen und dergleichen nicht genau steuerbar, so daß es bei zufälliger Anregung eines entfernten Funkschlüssels zu einer unzulässigen Reaktion des Identifikationssystems durch Herantragen des Schlüsselsignals aus der Entfernung kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die ungefähre Entfernung zwischen den senden- den Einrichtungen eines Identifikationssystems ohne großen technischen Aufwand zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß von einer ersten der Einrichtungen ein elektromagnetisches Signal ausgesendet wird, welches von einem Schwingungszug mit vorgegebenem Amplitudenverlauf und vorgegebener Dauer gebildet ist, dessen Amplitude zum Ende des Schwingungszugs stetig abnimmt, daß das Signal empfangen wird, daß die Dauer des einen vorgegebenen Amplituden-Schwellwert überschreitenden Teils des empfangenen Signals gemessen wird und daß aus dieser gemessenen Dauer die Entfernung zwischen den Einrichtungen ermittelt wird.
Bei der Ausbreitung des gesendeten Signals im Raum verringert sich dessen Schwingungsamplitude mit dem zurückgelegten Weg. Dadurch verkürzt sich gleichzeitig auch die gemessene Signaldauer, da aufgrund des sich zu seinem Ende stetig verringernden Amplitudenverlaufs das Signal mit zunehmender Entfernung vom Sender nach und nach die Meßschwelle unterschreitet. Die gemessene Dauer des noch bei einem Empfänger ankommenden Signals kann damit direkt zur Abschätzung der Entfernung vom Sender benutzt werden.
Es ist damit beispielsweise möglich, bei einem Kraftfahrzeug, welches über ein mit einem Funkschlüssel zu öffnendes elektronisches Schloß verfügt, ein Öffnen der Türen aus der Ferne zu verhindern. Erst wenn der zu dem Schloß passende elektronische Funkschlüssel in die Nähe des Fahrzeugs kommt, kann das Fahrzeug geöffnet werden. Es kann ferner auch erkannt werden, ob sich der Schlüssel innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs befindet oder ob er sich auf das Fahrzeug zu- oder von dem Fahrzeug wegbewegt. Eine erste Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Signal von der zweiten der Einrichtungen empfangen und dort die Entfernung ermittelt wird.
Ferner ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Signal von der zweiten der Einrichtungen empfangen und zu der ersten Einrichtung zurückgesendet wird und daß das zurückgesendete Signal von der ersten Einrichtung empfangen wird und dort die Entfernung ermittelt wird oder daß das Signal von der zweiten der Einrichtungen empfangen wird, daß dort die Dauer des einen vorgegebenen Amplituden- Schwellwert überschreitenden Teils des empfangenen Signals gemessen wird und daß der Wert der gemessenen Dauer an die erste Einrichtung zurückgesendet wird. Im ersten Fall wird das Signal lediglich zur Verdoppelung der insgesamt zurückgelegten Entfernung zum Sender zurückgespiegelt. Dadurch kann auch die auswertende Elektronik in der ersten Einrichtung untergebracht werden, so daß die zweite Einrichtung sehr kompakt konstruiert werden kann. Auch im zweiten Fall kann die Ermittlung der Entfernung in der sendenden Einrichtung vorgenommen werden. Die Dauer des von der zweiten Einrichtung empfangenen Signals wird dort lediglich gemessen und als numerischer Wert zurückgesendet.
Es ist vorteilhaft, wenn die Amplitude des gesendeten Signals ab einem anfänglichen Einschwingbereich des Schwingungszugs bis zu Beginn dessen stetig abfallenden Endbereichs im wesentlichen konstant ist.
Ein erfindungsgemäß verlaufender Schwingungszug wird bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß einem Resonanzkreis der ersten Einrichtung zur Erzeugung des auszusendenden Signals ein Rechtecksignal derart zugeführt wird, daß die Amplitude des ausgesendeten Signals durch Nachschwingen des Resonanzkreises gegen Ende des Amplitudenverlaufs stetig abklingt. Der zur Übertragung derartiger Signale von der Sendeantenne und einem Kondensator gebildete Schwingkreis soll eine hohe Güte und damit eine merkliche Nachschwingdauer aufweisen.
Zur Ermittlung der Entfernung zwischen den Einrichtungen kann vorgesehen sein, daß die Entfernung aus der Differenz der Dauer des gesendeten Signals zur gemessenen Dauer durch Vergleich mit einer Eichcharakteristik der Signaldauer über der Entfernung ermittelt wird.
Ein erster Anwendungsfall für das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich, wenn eine der beiden Einrichtungen eine Zugangseinrichtung und die andere Einrichtung ein dazu passender Funkschlüssel ist und konkret, wenn die Entriegelungseinrichtung eine Entriegelungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs ist.
Damit kann ein Zugangsmechanismus beispielsweise derart gestaltet werden, daß ein Entriegeln des Kraftfahrzeugs verhindert wird, wenn sich der Funkschlüssel außerhalb eines vorgegebenen Radius um das Kraftfahrzeug befindet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß zur Ermittlung der Änderung der Entfernung zwischen den Einrichtungen die Entfernung in vorgegebenem Zeitabstand wenigstens zweimal nacheinander ermittelt und die Differenz der Ergebnisse zu dem Zeitabstand in Relation gesetzt wird. Auf diese Weise kann eine Relativbewegung der beiden Einrichtungen zueinander festgestellt werden.
Damit läßt sich ferner bewirken, daß ein Entriegeln des Kraftfahrzeugs verhindert wird, wenn sich der Funkschlüssel vom Kraftfahrzeug weg bewegt. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 zwei Einrichtungen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 Funkschlüssel und Steuergerät eines Zugangssystems für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 3 ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Signal,
Fig. 4 ein empfangenes Signal bei kleiner Entfernung zwischen Sender und Empfänger und
Fig. 5 ein empfangenes Signal bei großer Entfernung zwischen Sender und Empfänger.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt zwei Einrichtungen 1 und 2, die jeweils über einen Sender 3, 4 und einen Empfänger 5, 6 für elektromagnetische Signale 7 und 8 verfügen. Im Beispiel unterscheidet sich die Frequenz der Signale 7 und 8. Das Signal 7 weist eine Frequenz von 125 kHz auf, während sich das Signal 8 im Bereich von einigen MHz oder mehr befindet. Der Sender 3 der niederfrequenten Sendestrecke sendet einen Schwingungszug bekannter Dauer. Durch Auslegung des Senders 3 wird ein abklingendes Nachschwingen des Schwingungszuges des Signals erreicht. Der Empfänger 5 empfängt über eine definierte Eingangsschwelle ein Signal, das je nach seiner Entfernung vom Sender 3 dem gesendeten Signal 7 gegenüber abgeschwächt ist. Die zweite Einrichtung 2 mißt die Dauer des eine Eingangs- schwelle überschreitenden Teils des empfangenen abgeschwächten Signals und sendet den Meßwert in numerischer Form als Signal 8 an die erste Einrichtung zurück. Die erste Einrichtung 1 wertet den Meßwert aus und ermittelt anhand einer vorgegebenen Eichcharakteristik die ungefähre Entfernung zu der zweiten Einrichtung 2.
In Fig. 2 sind die zur konkreten Anwendung des Verfahrens für ein Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs notwendigen Einrichtungen gezeigt. Ein im Kraftfahrzeug befindliches Steuergerät 21 sendet über eine Antenne 22 das hier nicht dargestellte niederfrequente Signal 7 aus. Ein im näheren Umkreis befindlicher, zum Kraftfahrzeug passender Funkschlüssel 23 empfängt das Signal 7 über eine Antenne 24 und mißt dessen Dauer mit Hilfe einer angeschlossenen Meßeinrichtung 25. Der Meßwert wird dann entsprechend Fig. 1 wieder an das Steuergerät 21 zurückgesendet, wo die Entfernung d bestimmt wird. Innerhalb eines Radius von einigen Metern kann die Entfernung d mit brauchbarer Genauigkeit abgeschätzt werden.
Fig. 3 zeigt den Schwingungsverlauf eines Signals 31 , wie es von der ersten Einrichtung 1 ausgesendet wird. Nach dem Einschwingen des Senders 3 bei 32 schwingt das Signal 31 bei 33 mit konstanter Amplitude, bis es bei 34 durch Nachschwingen des Senders 3 abklingt.
Die Signale sind in den Figuren 4 und 5 zur Vereinfachung als Hüllkurven der jeweiligen Schwingungszüge 31' und 31" dargestellt. Fig. 4 zeigt das von der zweiten Einrichtung empfangene Signal 31' bei geringem Abstand d zwischen den Einrichtungen 1 und 2. Das Signal 31' der maximalen Amplitude An wird über eine Amplituden-Schwelle 41 in ein Rechtecksignal der Länge tn gewandelt. Sind die Einrichtungen 1 und 2 weiter voneinander entfernt, so verringert sich die maximale Amplitude Af des an der zweiten Einrichtung ankommenden Signals 31". Nach Umwandlung über die Amplituden-Schwelle 41 entsteht ein Rechtecksignal 43, dessen Län- ge tf geringer ist, als diejenige tn des ersten Rechtecksignals 42. Mit der gemessenen Länge tn, tf des von der zweiten Einrichtung 2 empfangenen Signals 31', 31" kann durch Vergleich einer Eichcharakteristik die Entfernung d abgeschätzt werden.

Claims

PatentansprücheVerfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Einrichtungen eines Identifikationssystems
1. Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Einrichtungen eines Identifikationssystems, dadurch gekennzeichnet,
- daß von einer ersten (1 ) der Einrichtungen (1 , 2) ein elektromagnetisches Signal (7) ausgesendet wird, welches von einem Schwingungszug (31 ) mit vorgegebenem Amplitudenverlauf (32, 33, 34) und vorgegebener Dauer gebildet ist, dessen Amplitude zum Ende (34) des Schwingungszugs stetig abnimmt,
- daß das Signal (3V, 31") empfangen wird,
- daß die Dauer (tn, tf) des einen vorgegebenen Amplituden- Schwellwert (41 ) überschreitenden Teils des empfangenen Signals (3 V, 31") gemessen wird und
- daß aus dieser gemessenen Dauer (tn, tf) die Entfernung (d) zwischen den Einrichtungen (1 , 2) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der zweiten der Einrichtungen empfangen und dort die Entfernung ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der zweiten der Einrichtungen empfangen und zu der ersten Einrichtung zurückgesendet wird und daß das zurückgesendete Signal von der ersten Einrichtung empfangen wird und dort die Entfernung ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der zweiten (2) der Einrichtungen (1 , 2) empfangen wird, daß dort die Dauer (tn, tf) des einen vorgegebenen Amplituden- Schwellwert (41 ) überschreitenden Teils des empfangenen Signals (3V, 31") gemessen wird und daß der Wert der gemessenen Dauer (tn, tf) an die erste Einrichtung (1 ) zurückgesendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des gesendeten Signals (31 ) ab einem anfänglichen Einschwingbereich (32) des Schwingungszugs bis zu Beginn dessen stetig abfallenden Endbereichs (34) im wesentlichen konstant ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem Resonanzkreis der ersten Einrichtung zur Erzeugung des auszusendenden erfindungsgemäßen Signals ein Rechtecksignal derart zugeführt wird, daß die Amplitude des ausgesendeten Signals durch Nachschwingen des Resonanzkreises gegen Ende des Amplitudenverlaufs stetig abklingt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung (d) aus der Differenz der Dauer des gesendeten Signals (31 ) zur gemessenen Dauer (tn, tf) durch Vergleich mit einer Eichcharakteristik der Signaldauer über der Entfernung ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Einrichtungen eine Zugangseinrichtung und die andere Einrichtung ein dazu passender Funkschlüssel (23) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entriegelungseinrichtung eine Entriegelungseinrichtung (21 ) eines Kraftfahrzeugs ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entriegeln des Kraftfahrzeugs verhindert wird, wenn sich der Funkschlüssel (23) außerhalb eines vorgegebenen Radius um das Kraftfahrzeug befindet.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Änderung der Entfernung zwischen den Einrichtungen die Entfernung in vorgegebenem Zeitabstand wenigstens zweimal nacheinander ermittelt und die Differenz der Ergebnisse zu dem Zeitabstand in Relation gesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entriegeln des Kraftfahrzeugs verhindert wird, wenn sich der Funkschlüssel vom Kraftfahrzeug weg bewegt.
EP00927142A 1999-06-15 2000-05-05 Verfahren zur bestimmung der entfernung zwischen zwei einrichtungen eines identifikationssystems Withdrawn EP1185879A1 (de)

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