EP4494366A1 - Authentifizierungssystem zur authentifizierung eines schlüssels gegenüber dem fahrzeug sowie zugehöriges verfahren - Google Patents

Authentifizierungssystem zur authentifizierung eines schlüssels gegenüber dem fahrzeug sowie zugehöriges verfahren

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Publication number
EP4494366A1
EP4494366A1 EP23751626.5A EP23751626A EP4494366A1 EP 4494366 A1 EP4494366 A1 EP 4494366A1 EP 23751626 A EP23751626 A EP 23751626A EP 4494366 A1 EP4494366 A1 EP 4494366A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
uwb
transceiver
ble
communication
key
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23751626.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Baer
Jörg Fischer
Antoine Bacle
Fabian Furtwängler
Andreas Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marquardt GmbH
Original Assignee
Marquardt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marquardt GmbH filed Critical Marquardt GmbH
Publication of EP4494366A1 publication Critical patent/EP4494366A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/00174—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys
    • G07C9/00309—Electronically operated locks; Circuits therefor; Nonmechanical keys therefor, e.g. passive or active electrical keys or other data carriers without mechanical keys operated with bidirectional data transmission between data carrier and locks

Definitions

  • the invention relates to an authentication system with which an authentication of a particularly portable, but alternatively also stationary key can be carried out with respect to the vehicle in order to enable vehicle functions for an operator who, for example, carries the key with him, operates it or approaches it.
  • the invention further relates to a method for operating such an authentication system of a vehicle for authenticating a particularly portable key.
  • a standard widely used in the automotive industry envisages determining distance using both UWB communication and Bluetooth Low Energy (BLE) communication, using a mobile phone as an ID transmitter.
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • an authentication system of a vehicle for authenticating a particularly portable key to the vehicle for releasing vehicle functions for an operator who in particular carries the key with him is therefore proposed.
  • the key has a first UWB transceiver for UWB communication with the vehicle and a first BLE transceiver for BLE communication with the vehicle.
  • the vehicle also has a second UWB transceiver for UWB communication with the key and a second BLE transceiver for BLE communication with the key.
  • the first BLE transceiver is designed to exclusively take on an advertising role in BLE communication, so that it does not have to take on the energy-consuming scanner role.
  • the second BLE transceiver is designed to take on a scanning role in BLE communication.
  • the energy consumption in or on the key can be reduced, so that the battery life of a battery that provides the energy in or on the key is increased.
  • the invention further provides that the first UWB transceiver is designed
  • the goal is to generate UWB frames as messages for UWB communication, which are in particular poll, response, final and/or final data messages that are optimized for this, especially when sending but also when receiving on the first UWB transceivers use as little energy as possible.
  • the UWB frames are designed to consume minimal energy during UWB communication, i.e. when sending and receiving UWB signals at the first UWB transceiver, through a minimal message length and/or through a minimal signal amplitude.
  • the UWB frames or frame types to be sent as part of the messages have been determined.
  • the frame types are in particular Pre-Poll, Poll, Response Final and Finaldata. These frame types in turn contain sometimes different sections or data sections, which lead to different frame structures.
  • the UWB signals themselves or the UWB communication can initially be optimized or the energy consumption minimized by completely eliminating the UWB frame pre-poll as part of the UWB communication.
  • the data sections can in particular be the STS (Scrambled Timestamp Sequence) and PHY header (can also be referred to as PHR or physical layer header) sections.
  • STS Scmbled Timestamp Sequence
  • PHY header can also be referred to as PHR or physical layer header
  • the UWB frames Poll, Response and Final can contain a shorter STS. Furthermore, the PHY header in Finaldata can be omitted.
  • first UWB transceiver and the first BLE transceiver and/or the second UWB transceiver and the second BLE transceiver are designed for synchronization and time-offset or time-parallel communication, so that the BLE communication and the UWB communication can be carried out or are carried out with a time offset from one another and not overlapping in time or in parallel with one another .
  • This training can be implemented, for example, by a corresponding method but also by software and/or hardware locks.
  • the ID transmitter designed as a key is preferably not a mobile phone or the like, but rather a device designed for the specific application. Accordingly, the key can be a “smart key” or a “smart fob”. Alternatively, the key can also be integrated, for example, into a charging station or another stationary structure, such as a garage.
  • the key is integrated into a charging station, it can be used to enable a charging function.
  • the key can be characterized by the fact that it has an internal energy source, such as a battery or an accumulator, but at least no plug-in charging port for charging the energy source via a physical connection.
  • an internal energy source such as a battery or an accumulator
  • the second UWB transceiver and the second BLE transceiver are integrated into or connected to a module of the vehicle for determining a distance of the key from the vehicle.
  • the module is designed here from the UWB Communication transmitted UWB signals to determine the distance of the key from the vehicle. Information transmitted via BLE communication can also be used to determine the distance.
  • the module or a control device integrated therein can be designed to control the second UWB transceiver and/or the second BLE transceiver.
  • the module or the arrangement consisting of the module, the second UWB transceiver and the second BLE transceiver can also be referred to as an authentication arrangement.
  • the distance is determined in particular by calculating the signal transit time of the UWB signal transmitted between the first and the second UWB transceiver as part of the UWB communication.
  • the use of the signal transit time to determine the distance is also known as the “time-of-flight” method, for which the module is designed accordingly.
  • the vehicle can also have a large number of second UWB transceivers, which can communicate one after the other with the first UWB transceiver.
  • the second UWB transceivers can be provided at different positions on the vehicle, whereby they can communicate with the second BLE transceiver, for example via the control unit of the vehicle, so that information exchanged or requested via BLE communication can be sent to each of the UWB transceivers and, for example can be provided indirectly via the control unit.
  • a further aspect according to the invention relates to a method for operating an authentication system according to the invention.
  • the method includes at least the following steps, in particular in the order mentioned: ge:
  • steps A to E may correspond to the actual order of the steps of the method, each of the steps B) to D) can also optionally be skipped or carried out in a different order.
  • step E can follow directly.
  • the steps could also be carried out in the order A), C), E).
  • step E) is repeated several times. Each time step E) is carried out, a different one can occur second UWB transceiver and / or a mutually different combination of second UWB transceivers can be controlled to set up or initiate UWB communication.
  • first UWB transceiver, the first BLE transceiver, the second UWB transceiver and the second BLE transceiver communicate with a time offset from one another and that the UWB communication and the BLE communication are carried out with a time offset and do not overlap in time, which leads to energy savings, since in particular the key-side, i.e. first, transceivers neither have to receive signals at the same time nor have to receive and process signals at the same time.
  • the information for determining the distance is a processing time of a UWB signal in the key and/or settings of the first UWB transceiver and/or information about the first UWB transceiver relevant to determining the distance.
  • the BLE time slot (connection interval), i.e. the time slot in which BLE data is sent, can be optimized by matching the BLE time slot to the ranging cycle, i.e. to a cycle to which the distance is determined should, can be chosen.
  • a BLE time slot of between 300 and 400 ms and preferably approximately 360 ms is preferably used here.
  • Fig. 1 shows an authentication system
  • Fig. 2 shows a process flow during the operation of the authentication system.
  • the key 10 has a first UWB transceiver 11 for UWB communication with the vehicle 20 and a first BLE transceiver 12 for BLE communication with the vehicle 20.
  • the vehicle 20 has a second UWB transceiver 21 for UWB communication with the key 10 or more precisely for UWB communication with the first UWB transceiver 11 of the key 10 and a second BLE transceiver 22 for BLE communication with the key 10 or more precisely for BLE communication with the first BLE transceiver 12 of the key 10.
  • At least one, but preferably several, complementary measures are provided.
  • the first BLE transceiver 12 is designed to exclusively take on an advertising role in BLE communication and not a scanning role, since the advertising role, i.e. sending advertising messages, has a lower energy consumption than the constant or . frequent scanning for advertising messages in the scanning role. Accordingly, the second BLE transceiver 22 must be designed to take on a scanning role in BLE communication.
  • Such an authentication system 1 is intended to determine in particular the distance of the key 10 from the vehicle 20 in order to be able to exclude relay station attacks.
  • the time-of-flight method is used for this, in which the signal transit times of UWB signals that are sent as part of UWB communication are determined.
  • the second UWB transceiver 21 and the second BLE transceiver 22 are integrated into a module 24 of the vehicle 20 for determining the distance.
  • the distance determination module 24 can have additional control means or control units, which control the second UWB transceiver 21 and the second BLE transceiver 22 to carry out the method and determine the distance between the key 10 and the vehicle 20 based on the UWB communication and the BLE communication can.
  • control units such as the control unit 23 shown, can also be provided outside the module 24.
  • the second UWB transceiver 21, the second BLE transceiver 22 and the control unit 23 do not have to be arranged in a module 24, but can be integrated into different systems of the vehicle 20 and only coupled to one another in terms of signaling.
  • 2 shows in particular the course of communication according to its time course t between the various components of the authentication system 1, the first UWB transceiver 11 and the first BLE transceiver 12 of the key 10 being shown together, whereas the UWB transceiver 21 , the BLE transceiver 22 and the vehicle-side control unit 23 of the vehicle 20 that controls the method are shown separately from one another.
  • the process can essentially be divided into at least four phases I to IV, which can also be viewed independently of one another, so that the individual phases could possibly be preceded or followed by other or different phases.
  • signals or commands are transmitted, which can also be referred to as messages, with the signals between the key 10 and the second UWB transceiver 21 always being UWB signals and between the key 10 and the second BLE transceiver.
  • Transceiver 22 always deals with BLE signals. The signals or
  • Commands between the components of the vehicle 20 are preferably se wired and transmitted between them in particular via CAN bus. These are shown as examples to show the BLE connection intervals.
  • UWB transceiver 21 instead of a single UWB transceiver 21, several UWB transceivers 21 can be provided on or in the vehicle 20, which can also be connected together to form a UWB module.
  • the transmitted signals or commands are the following: a “SYNC” signal for the temporal synchronization of control unit 23, second BLE transceiver 22 and second UWB transceiver 21; b “FUP” signal for time synchronization of control unit 23, second BLE transceiver 22 and second UWB transceiver 21; c requesting the information required by the key 10 to determine the distance (Ranging Definition Request); d Request the information required by the key 10 to determine the distance (Ranging Definition Request); e confirmation that information was requested; f internal provision of the information (transfer ranging settings), which corresponds in particular to IEEE 802.15.4z HRP, taking into account the deviations according to the invention; g transmission of information (Ranging Definition Response); h Transmission of information with a time stamp (Ranging Definition Response including Time Stamp); i Transmission of information to establish UWB communication (ranging keys); j confirmation; k Request or announce UWB communication (Setup and
  • Time stamp is transmitted at which the UWB communication should take place on the part of the key 10; n Request for UWB communication (Setup and Start), whereby the time stamp is transmitted at which the UWB communication should take place on the part of the key 10; o Confirmation (Ranging Start Response); p Confirmation (Ranging Start Response including Time Stamp); q UWB communication, consisting of the messages or UWB frames according to their chronological order: Poll, Response, Final, Final Data.
  • the UWB communication can take place several times and one after the other with several second UWB transceivers 21, so that the key-side first UWB transceiver 11 communicates one after the other with different second UWB transceivers; r transmission of the signal transit times between the first and second UWB transceivers 11, 21 and/or the distance between key 10 and vehicle 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lock And Its Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Authentifizierungssystem (1 ) eines Fahrzeugs (20) zur Authentifizierung eines insbesondere portablen Schlüssels (10) gegen¬ über dem Fahrzeug (20) zur Freigabe von Fahrzeugfunktionen für einen Bediener (2), der den Schlüssel (10) insbesondere mit sich führt, wobei der Schlüssel (10) einen ersten UWB-Transceiver (11 ) zur UWB-Kommunikation mit dem Fahrzeug (20) und einen ersten BLE-Transceiver (12) zur BLE- Kommunikation mit dem Fahrzeug (20) aufweist, wobei das Fahrzeug (20) einen zweiten UWB-Transceiver (21 ) zur UWB-Kommunikation mit dem Schlüssel (10) und einen zweiten BLE-Transceiver (22) zur BLE- Kommunikation mit dem Schlüssel (10) aufweist, wobei der erste BLE- Transceiver (12) ausgebildet ist, ausschließlich eine Advertising-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen, und der zweite BLE-Transceiver (22) ausgebildet ist, eine Scanning-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu über¬ nehmen, wobei der erste UWB-Transceiver (11 ) ausgebildet ist, UWB- Frames als Botschaften zur UWB-Kommunikation zu erzeugen, und wobei die UWB-Frames ausgebildet sind, bei der UWB-Kommunikation am ersten UWB-Transceiver (11 ) durch eine minimale Nachrichtenlänge und/oder durch eine minimale Signalamplitude eine minimale Energie zu verbrauchen.

Description

Authentifizierungssystem zur Authentifizierung eines Schlüssels gegenüber dem Fahrzeug sowie zugehöriges Verfahren
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Authentifizierungssystem, mit welchem eine Authentifizierung eines insbesondere portablen, alternativ jedoch auch stationären Schlüssels gegenüber dem Fahrzeug vorgenommen werden kann, um Fahrzeugfunktionen für einen Bediener freizugeben, der den Schlüssel beispielsweise mit sich führt, diesen bedient oder sich diesem nähert. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Authentifizierungssystems eines Fahrzeugs zur Authentifizierung eines insbesondere portablen Schlüssels.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste schlüssellose Zugangs- Systeme bekannt, welche hierfür sowohl niederfrequente (LF) sowie hochfre- quente (HF) Funkwellen verwenden können. Auch die Kombination mittels LF-/HF-Systemen ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Bei funkbasierten Berechtigungssystemen ist die Sicherheit, insbesondere vor Kompromittierung der durchgeführten Funkkommunikation, von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen der Freigabe einer Fahrzeugfunktion unter Nutzung portabler Schlüssel bzw. ID-Geber ist die Bestimmung einer Position, eines Abstands bzw. Entfernung oder einer ähnlichen Größe, beispielsweise zur Plausibilisierung der durchgeführten bidirektionalen Kommunikation, aus dem Stand der Technik bekannt. Generell wird immer häufiger vorgesehen, die Entfernung durch eine Ultrabreitband (UWB) - Kommunikation zu ermitteln.
Beispielsweise lehrt die DE 10 2017 109 293 A1 bzw. die aus der gleichen Patentfamilie stammende US 11 ,277,742 B2 ein Verfahren und ein zugehöriges System, bei welchem nacheinander eine Funkkommunikation zwischen ID-Geber und verschiedenen UWB-Antennen erfolgt und die Signallaufzeit in einem zentralen Steuergerät ausgewertet wird.
Zum Anmeldezeitpunkt sieht ein in der Automobilbranche verbreiteter Standard vor, die Entfernungsbestimmung unter Anwendung von sowohl UWB-Kommunikation als auch Bluetooth Low Energy (BLE) -Kommunikation zu realisieren, wobei hierfür ein Mobiltelefon als ID-Geber verwendet wird.
Problematisch dabei ist jedoch, dass für die UWB-Kommunikation und die BLE-Kommunikation vergleichsweise viel Energie notwendig ist, sodass die Funktion des ID-Gebers nicht in einen herkömmlichen Schlüssel bzw. einen „Smart-Fob“ integriert werden kann, da dessen interner Energiespeicher ansonsten sehr oft getauscht oder geladen werden müsste.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Authentifizierungssystem sowie ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen, welche eine Integration in einen nicht als Mobiltelefon oder dergleichen und vorzugsweise als Schlüssel ausgebildeten ID- Geber ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Authentifizierungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß wird daher Authentifizierungssystem eines Fahrzeugs zur Authentifizierung eines insbesondere portablen Schlüssels gegenüber dem Fahrzeug zur Freigabe von Fahrzeugfunktionen für einen Bediener, der insbesondere den Schlüssel mit sich führt, vorgeschlagen. Hierfür weist der Schlüssel einen ersten UWB-Transceiver zur UWB-Kommunikation mit dem Fahrzeug und einen ersten BLE-Transceiver zur BLE-Kommunikation mit dem Fahrzeug auf. Analog dazu weist auch das Fahrzeug einen zweiten UWB-Transceiver zur UWB-Kommunikation mit dem Schlüssel und einen zweiten BLE-Transceiver zur BLE-Kommunikation mit dem Schlüssel auf. Abweichend vom Stand der Technik ist der erste BLE-Transceiver ausgebildet, ausschließlich eine Advertising-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen, sodass dieser nicht die Energieaufwändige Scanner-Rolle übernehmen muss. Entsprechend ist der zweite BLE-Transceiver ausgebildet, eine Scanning-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen.
Durch den Betrieb des ersten BLE-Transceivers als Advertiser sowie gegebenenfalls die nachfolgend erläuterten weiteren Maßnahmen, kann der Energieverbrauch in bzw. an dem Schlüssel gesenkt werden, sodass sich eine Batterielebensdauer einer Batterie, welche die Energie im bzw. am Schlüssel bereitstellt, erhöht.
Neben der Energieeinsparung durch die Verwendung des schlüsselseitigen d.h. ersten BLE-Transceivers als Advertiser ist zur Energieersparnis erfindungsgemäß ferner vorgesehen, dass der erste UWB-Transceiver ausgebil- det ist, UWB-Frames als Botschaften zur UWB-Kommunikation zu erzeugen, bei welchen es sich insbesondere um Poll-, Response-, Final und/oder Finaldata-Botschaften handelt, welche darauf optimiert sind, insbesondere beim Senden aber auch beim Empfangen am ersten UWB-Transceiver möglichst wenig Energie zu verbrauchen. Entsprechend sind die UWB- Frames ausgebildet, bei der UWB-Kommunikation, also beim Senden und Empfangen von UWB-Signalen am ersten UWB-Transceiver durch eine minimale Nachrichtenlänge und/oder durch eine minimale Signalamplitude eine minimale Energie zu verbrauchen.
Zum Zeitpunkt der Anmeldung gilt, dass die im Rahmen der Nachrichten zu versendenden UWB-Frames bzw. Frametypen festgelegt sind. Die Frametypen sind insbesondere Pre-Poll, Poll, Response Final und Finaldata. Diese Frametypen enthalten wiederum teilweise unterschiedliche Abschnitte bzw. Datenabschnitte, welche zu unterschiedlichen Framestrukturen führen.
Die UWB-Signale an sich bzw. die UWB-Kommunikation kann zunächst dadurch optimiert bzw. der Energieverbrauch minimiert werden, dass im Rahmen der UWB-Kommunikation der UWB-Frame Pre-Poll komplett entfällt.
Bei den Datenabschnitten kann es sich insbesondere um die Abschnitte STS (Scrambled Timestamp Sequence) und PHY-Header (kann auch als PHR oder Physical Layer Header bezeichnet werden) handeln.
Zur Minimierung des Energieverbrauchs gilt, dass die UWB-Frames Poll, Response und Final eine kürzere STS enthalten können. Ferner kann der PHY-Header in Finaldata entfallen.
Hinzukommt, dass mit der Übermittlung von Finaldata, statt der ansonsten meist absoluten Zeitstempel, nur Zeitdifferenzen bzw. delta-Zeitstempel übertragen werden. Da ein zeitgleiches Verarbeiten, Empfangen oder Senden von sowohl UWB- Signalen bei der UWB-Kommunikation als auch von BLE-Signalen bei der BLE-Kommunikation energieintensiv ist, sieht eine weitere Variante vor, dass der erste UWB-Transceiver sowie der erste BLE-Transceiver und/oder der zweite UWB-Transceiver sowie der zweite BLE-Transceiver zur Synchronisierung und zeitversetzten oder zeitparallelen Kommunikation ausgebildet sind, sodass die BLE-Kommunikation und die UWB-Kommunikation zeitlich zueinander versetzt und nicht zeitlich überlappend oder parallel zueinander ausführbar sind bzw. ausgeführt werden. Diese Ausbildung kann beispielsweise durch ein entsprechendes Verfahren aber auch durch Software- und/oder Hardware-Sperren implementiert sein.
Wie eingangs erläutert, handelt es sich bei dem als Schlüssel ausgebildeten ID-Geber vorzugsweise gerade nicht um ein Mobiltelefon oder dergleichen, sondern vielmehr um eine für den speziellen Anwendungszweck ausgebildete Vorrichtung. Entsprechend kann der Schlüssel ein „Smart-Key“ oder ein „Smart-Fob“ sein. Alternativ kann der Schlüssel jedoch auch beispielsweise in eine Ladesäule oder eine andere stationäre Struktur, wie eine Garage, integriert sein.
Insbesondere, wenn der Schlüssel in eine Ladesäule integriert ist, kann dieser zur Freigabe einer Ladefunktion genutzt werden.
Weiter kann sich der Schlüssel dadurch auszeichnen, dass er zwar eine interne Energiequelle, wie eine Batterie oder einen Akkumulator, jedoch zumindest keinen steckbaren Ladeanschluss zum Laden der Energiequelle über eine physische Verbindung besitzt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite UWB-Transceiver und der zweite BLE-Transceiver in ein Modul des Fahrzeugs zur Bestimmung einer Entfernung des Schlüssels von dem Fahrzeug integriert oder mit diesem verbunden sind. Das Modul ist hierbei ausgebildet, aus bei der UWB- Kommunikation übermittelten UWB-Signalen die Entfernung des Schlüssels von dem Fahrzeug zu bestimmen. Weiter können für die Bestimmung der Entfernung über die BLE-Kommunikation übermittelte Informationen verwendet werden. Neben der reinen Bestimmung der Entfernung kann das Modul oder ein darin integriertes Steuergerät ausgebildet sein, den zweiten UWB- Transceiver und/oder den zweiten BLE-Transceiver anzusteuern.
Das Modul bzw. die Anordnung aus dem Modul, dem zweiten UWB- Transceiver und dem zweiten BLE-Transceiver kann dabei auch als Authentifizierungsanordnung bezeichnet werden.
Die Bestimmung der Entfernung erfolgt insbesondere durch die Berechnung der Signallaufzeit eins zwischen dem ersten und dem zweiten UWB- Transceiver im Rahmen der UWB-Kommunikation übertragenen UWB- Signals. Die Verwendung der Signallaufzeit zur Bestimmung der Entfernung ist auch als „Time-of-flight“ -Verfahren bekannt, für welches das Modul entsprechend ausgebildet ist.
Zur exakteren, fehlersicheren und kompromittierungssicheren Bestimmung der Entfernung kann das Fahrzeug zudem eine Vielzahl von zweiten UWB- Transceivern aufweisen, welche nacheinander mit dem ersten UWB- Transceiver kommunizieren können. Die zweiten UWB-Transceiver können dabei an unterschiedlichen Positionen am Fahrzeug vorgesehen sein, wobei diese beispielsweise über die Steuereinheit des Fahrzeugs mit dem zweiten BLE-Transceiver kommunizieren können, sodass über die BLE- Kommunikation ausgetauschte bzw. angefragte Informationen jedem der UWB-Transceiver und beispielsweise mittelbar über die Steuereinheit bereitstellbar sind.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Authentifizierungssystems. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte, insbesondere in der genannten Reihenfol- ge:
A) Aufbau einer BLE-Kommunikation zwischen dem ersten BLE- Transceiver und dem zweiten BLE-Transceiver;
B) Übermittlung von Informationen zur Entfernungsbestimmung mittels der BLE-Kommunikation von dem ersten BLE-Transceiver zu dem zweiten BLE-Transceiver;
C) Anfrage zur Initiierung der Entfernungsbestimmung von dem zweiten BLE-Transceiver zu dem ersten BLE-Transceiver über eine BLE- Kommunikation;
D) Bestätigung der Anfrage von dem ersten BLE-Transceiver an den zweiten BLE-Transceiver über eine BLE-Kommunikation;
E) Ansteuern des ersten UWB-Transceivers zur Initiierung der UWB- Kommunikation zwischen dem ersten UWB-Transceiver und dem zweiten UWB-Transceiver zur Entfernungsbestimmung, wobei dem zweiten UWB-Transceiver zum Aufbau der UWB-Kommunikation vorzugsweise die die durch die BLE-Kommunikation übermittelten Informationen bereitgestellt werden.
Obwohl die genannte Schrittfolge A bis E der tatsächlichen Reihenfolge der Schritte des Verfahrens entsprechen kann, kann jeder der Schritte B) bis D) auch optional übersprungen oder in abweichender Reihenfolge ausgeführt werden. Beispielsweise kann bei dem Verfahren nach Schritt A direkt Schritt E folgen. Alternativ wären die Schritte auch z.B. in der Reihenfolge A), C), E) ausführbar.
Weist das Fahrzeug mehrere bzw. eine Vielzahl von zweiten UWB- Transceivern auf, kann ferner vorgesehen sein, dass der Schritt E) mehrfach wiederholt wird. Bei jeder Durchführung des Schritts E) kann ein anderer zweiter UWB-Transceiver und/oder eine zueinander unterschiedliche Kombination von zweiten UWB-Transceivern zum Aufbau bzw. Initiierung der UWB- Kommunikation angesteuert werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste UWB-Transceiver, der erste BLE-Transceiver, der zweite UWB-Transceiver und der zweite BLE- Transceiver zueinander zeitversetzt kommunizieren und die UWB- Kommunikation und die BLE-Kommunikation zeitversetzt und einander zeitlich nicht überlappend durchgeführt wird, was zu einer Energieersparnis führt, da insbesondere die schlüsselseitigen d.h. ersten Transceiver weder zugleich Signale empfangen noch zugleich Signale empfangen und verarbeiten müssen.
Weiter vorteilhaft ist, wenn es sich bei den Informationen zur Entfernungsbestimmungen um eine Verarbeitungszeit eines UWB-Signals in dem Schlüssel und/oder um Einstellungen des ersten UWB-Transceivers und/oder zur Bestimmung der Entfernung relevante Informationen zu dem ersten UWB- Transceiver handelt.
Für den BLE-Zeitslot (Connection Intervall), d.h. der Zeitslot, in dem BLE Daten gesendet werden, gilt, dass dieser dadurch optimiert werden kann, dass der BLE-Zeitslot passend zum Ranging Zyklus, d.h. zu einem Zyklus zu welchem die Entfernung bestimmt werden soll, gewählt werden kann.
Obwohl hierfür oftmals 42ms definiert sind, wird vorliegend vorzugsweise ein BLE-Zeitslot von zwischen 300 und 400 ms und vorzugsweise ca. 360 ms verwendet.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be- Schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Authentifizierungssystem;
Fig. 2 ein Verfahrensablauf beim Betrieb des Authentifizierungssystems.
Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
In Figur 1 ist ein Authentifizierungssystem 1 eines Fahrzeugs 20 zur Authentifizierung eines hier portablen Schlüssels 10 gegenüber dem Fahrzeug 20 zur Freigabe von Fahrzeugfunktionen für einen Bediener 2, der den portablen Schlüssel 10 mit sich führt, dargestellt. Der Schlüssel 10 weist einen ersten UWB-Transceiver 11 zur UWB-Kommunikation mit dem Fahrzeug 20 und einen ersten BLE-Transceiver 12 zur BLE-Kommunikation mit dem Fahrzeug 20 auf. Entsprechend weist das Fahrzeug 20 einen zweiten UWB- Transceiver 21 zur UWB-Kommunikation mit dem Schlüssel 10 bzw. genauer zur UWB-Kommunikation mit dem ersten UWB-Transceiver 11 des Schlüssels 10 und einen zweiten BLE-Transceiver 22 zur BLE-Kommunikation mit dem Schlüssel 10 bzw. genauer zur BLE-Kommunikation mit dem ersten BLE-Transceiver 12 des Schlüssels 10 auf.
Im Stand der Technik sind bereits Systeme bekannt, welche statt eines Schlüssels 10 ein Mobiltelefon bzw. Smartphone nutzen, da der hohe Energieverbrauch, welcher sich durch die UWB- und BLE-Kommunikation ergibt, durch ein regelmäßiges Laden des Mobiltelefons ausgeglichen werden kann.
Um das Authentifizierungssystem 1 sowie das zugehörige Verfahren dahingehend umzugestalten das es durch einen deutlich reduzierten Energieverbrauch auch in bzw. mit einem Schlüssel 10 umsetzbar ist, sind zumindest eine, jedoch bevorzugt mehrere einander ergänzende Maßnahmen vorgesehen.
Entsprechend ist der erste BLE-Transceiver 12 ausgebildet, ausschließlich eine Advertising-Rolle bei der BLE-Kommunikation und gerade keine Scanning-Rolle zu übernehmen, da die Advertising-Rolle d.h. das Versenden von Advertising-Botschaften einen niedrigeren Energieverbrauch hat, als das ständige bzw. häufige Scannen nach Advertising-Botschaften in der Scanning-Rolle. Entsprechend muss dafür der zweite BLE-Transceiver 22 ausgebildet sein, eine Scanning-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen.
Durch ein derartiges Authentifizierungssystem 1 soll weiterhin insbesondere die Entfernung des Schlüssels 10 von dem Fahrzeug 20 bestimmt werden, um dadurch Relay-Station-Attacken ausschließen zu können. Hierfür wird die Time-of-flight-Methode genutzt, bei welchem die Signallaufzeiten von UWB- Signalen bestimmt werden, welche im Rahmen der UWB-Kommunikation versendet werden. Entsprechend sind der zweite UWB-Transceiver 21 und der zweite BLE-Transceiver 22 in ein Modul 24 des Fahrzeugs 20 zur Bestimmung der Entfernung integriert. Das Entfernungsbestimmungsmodul 24 kann hierfür weitere Steuermittel oder Steuereinheiten aufweisen, welche den zweiten UWB-Transceiver 21 und den zweiten BLE-Transceiver 22 zur Durchführung des Verfahrens ansteuern und anhand der UWB- Kommunikation sowie der BLE-Kommunikation die Entfernung zwischen Schlüssel 10 und Fahrzeug 20 bestimmen können. Weiter können solche Steuereinheiten, wie die dargestellte Steuereinheit 23 auch außerhalb des Moduls 24 vorgesehen sein. Generell müssen der zweite UWB-Transceiver 21 , der zweite BLE-Transceiver 22 und die Steuereinheit 23 nicht in einem Modul 24 angeordnet sein, sondern können in unterschiedliche System des Fahrzeugs 20 integriert und lediglich signaltechnisch miteinander gekoppelt sein. In Figur 2 ist insbesondere der Ablauf der Kommunikation gemäß deren zeitlichen Verlauf t zwischen den verschiedenen Komponenten des Authentifizierungssystems 1 dargestellt, wobei der erste UWB-Transceiver 11 und der erste BLE-Transceiver 12 des Schlüssels 10 zusammen dargestellt sind, wohingegen der UWB-Transceiver 21 , der BLE-Transceiver 22 und die das Verfahren fahrzeugseitige steuernde Steuereinheit 23 des Fahrzeugs 20 voneinander getrennt dargestellt sind.
Der Ablauf lässt sich im Wesentlichen in zumindest vier Phasen I bis IV gliedern, welche auch voneinander unabhängig betrachtet werden können, sodass den einzelnen Phasen gegebenenfalls andere oder abweichende Phasen vorausgehen oder nachfolgen könnten.
Die Phasen sind im Wesentlichen:
I Zeitliche Synchronisierung der Steuereinheit 23 mit dem zweiten UWB-Transceiver 21 und dem zweiten BLE-Transceiver 22 bzw. zeitliche Synchronisierung dieser miteinander.
II Definieren bzw. Ermitteln der für die Entfernungsbestimmung erforderlichen Information;
III Anfordern der Entfernungsbestimmung;
IV Übermittlung der Signale zur Entfernungsbestimmung bzw. Entfernungsbestimmung.
Innerhalb dieser Phasen werden Signale bzw. Befehle übermittelt, welche auch als Botschaften bezeichnet werden können, wobei es sich bei den Signalen zwischen dem Schlüssel 10 und dem zweiten UWB-Transceiver 21 immer um UWB-Signale und zwischen dem Schlüssel 10 und dem zweiten BLE-Transceiver 22 immer um BLE-Signale handelt. Die Signale bzw.
Befehle zwischen den Komponenten des Fahrzeugs 20 werden vorzugswei- se kabelgebunden und insbesondere über CAN-Bus zwischen diesen übermittelt. Zur Darstellung der BLE Verbindungsintervalle s (BLE Connection Interval) sind diese beispielhaft eingezeichnet.
Statt eines einzigen UWB-Transceivers 21 können an bzw. in dem Fahrzeug 20 auch mehrere UWB-Transceiver 21 vorgesehen sein, welche auch zu einem UWB-Modul zusammengeschalten sein können.
Die übertragenen Signale bzw. Befehle sind die folgenden: a „SYNC“-Signal zur zeitlichen Synchronisierung von Steuereinheit 23, zweiten BLE-Transceiver 22 und zweiten UWB-Transceiver 21 ; b „FUP“-Signal zur zeitlichen Synchronisierung von Steuereinheit 23, zweiten BLE-Transceiver 22 und zweiten UWB-Transceiver 21 ; c Anforderung der von dem Schlüssel 10 benötigten Informationen zur Entfernungsbestimmung (Ranging Definition Request); d Anforderung der von dem Schlüssel 10 benötigten Informationen zur Entfernungsbestimmung (Ranging Definition Request); e Bestätigung, dass Informationen angefordert; f interne Bereitstellung der Informationen (Transfer Ranging Settings), welche insbesondere gemäß IEEE 802.15.4z HRP unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Abweichungen entspricht; g Übermittlung der Informationen (Ranging Definition Response); h Übermittlung der Informationen mit Zeitstempel (Ranging Definition Response incl. Time Stamp); i Übermittlung von Informationen zur Herstellung der UWB- Kommunikation (Rangingkeys); j Bestätigung; k Anforderung bzw. Ankündigen der UWB-Kommunikation (Setup and
Start), wobei der Zeitpunkt (Time Stamp) übermittelt wird, zu welchem die UWB-Kommunikation seitens des Schlüssels 10 erfolgen soll;
I Bestätigung; m Anforderung der UWB-Kommunikation (Setup and Start), wobei der
Zeitpunkt (Time Stamp) übermittelt wird, zu welchem die UWB- Kommunikation seitens des Schlüssels 10 erfolgen soll; n Anforderung der UWB-Kommunikation (Setup and Start), wobei der Zeitpunkt (Time Stamp) übermittelt wird, zu welchem die UWB- Kommunikation seitens des Schlüssels 10 erfolgen soll; o Bestätigung (Ranging Start Response); p Bestätigung (Ranging Start Response incl. Time Stamp); q UWB-Kommunikation, gemäß ihrer zeitlichen Reihenfolge bestehend aus den Botschaften bzw. UWB-Frames: Poll, Response, Final, Final Data. Die UWB-Kommunikation kann bei mehreren zweiten UWB- Transceivern 21 mehrfach und zeitlich nacheinander erfolgen, so dass der schlüsselseitige erste UWB-Transceiver 11 nacheinander mit verschiedenen zweiten UWB-Transceivern kommuniziert; r Übermittlung der Signallaufzeiten zwischen dem ersten und zweiten UWB-Transceivern 11 , 21 und/oder der Entfernung zwischen Schlüssel 10 und Fahrzeug 20.

Claims

Patentansprüche
1 . Authentifizierungssystem (1 ) eines Fahrzeugs (20) zur Authentifizierung eines insbesondere portablen Schlüssels (10) gegenüber dem Fahrzeug (20) zur Freigabe von Fahrzeugfunktionen für einen Bediener (2), der insbesondere den Schlüssel (10) mit sich führt, wobei der Schlüssel (10) einen ersten UWB-Transceiver (11 ) zur UWB-Kommunikation mit dem Fahrzeug (20) und einen ersten BLE-Transceiver (12) zur BLE-Kommunikation mit dem Fahrzeug (20) aufweist, wobei das Fahrzeug (20) einen zweiten UWB-Transceiver (21 ) zur UWB-Kommunikation mit dem Schlüssel (10) und einen zweiten BLE-Transceiver (22) zur BLE-Kommunikation mit dem Schlüssel (10) aufweist, wobei der erste BLE-Transceiver (12) ausgebildet ist, ausschließlich eine Advertising-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen, und der zweite BLE-Transceiver (22) ausgebildet ist, eine Scanning-Rolle bei der BLE-Kommunikation zu übernehmen, wobei der erste UWB-Transceiver (11 ) ausgebildet ist, UWB- Frames als Botschaften zur UWB-Kommunikation zu erzeugen, und wobei die UWB-Frames ausgebildet sind, bei der UWB- Kommunikation am ersten UWB-Transceiver (11 ) durch eine minimale Nachrichtenlänge und/oder durch eine minimale Signalamplitude eine minimale Energie zu verbrauchen.
2. Authentifizierungssystem nach Anspruch 1 , wobei es sich bei den Botschaften zur UWB-Kommunikation um
Poll-, Response-, Final und/oder Finaldata-Botschaften handelt.
3. Authentifizierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste UWB-Transceiver (11 ) sowie der erste BLE- Transceiver (12) und/oder der zweite UWB-Transceiver (21 ) sowie der zweite BLE-Transceiver (22) zur Synchronisierung und zeitversetzten oder parallelen Kommunikation ausgebildet sind, sodass die BLE- Kommunikation und die UWB-Kommunikation zeitlich zueinander versetzt oder zeitlich parallel ausgeführt werden. Authentifizierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlüssel (20) als Smart-Key oder Smart-Fob ausgebildet ist. Authentifizierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite UWB-Transceiver (21 ) und der zweite BLE- Transceiver (22) in ein Modul (24) des Fahrzeugs (20) zur Bestimmung einer Entfernung des Schlüssels (10) von dem Fahrzeug (20) integriert oder mit diesem verbunden sind, wobei das Modul (24) ausgebildet ist, aus bei der UWB- Kommunikation übermittelten UWB-Signalen die Entfernung des Schlüssels (10) von dem Fahrzeug (20) zu bestimmen. Authentifizierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von zweiten UWB-Transceivern (21 ) vorgesehen sind, welche ausgebildet sind, nacheinander mit dem ersten UWB-Transceiver (11 ) zu kommunizieren. Verfahren zum Betreiben eines Authentifizierungssystems (1 ) eines Fahrzeugs (20) zur Authentifizierung eines insbesondere portablen Schlüssels (10) gegenüber dem Fahrzeug (20) zur Freigabe von Fahrzeugfunktionen für einen Bediener (2), der insbesondere den Schlüssel (10) mit sich führt, gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: A) Aufbau einer BLE-Kommunikation zwischen dem ersten BLE- Transceiver (12) und dem zweiten BLE-Transceiver (22);
E) Ansteuern des ersten UWB-Transceivers (11 ) zur Initiierung der UWB-Kommunikation zwischen dem ersten UWB-Transceiver
(11 ) und dem zweiten UWB-Transceiver (21 ) zur Entfernungsbestimmung.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend zumindest einen der zwischen den Schritten
A) und E) ausführbaren Schritte:
B) Übermittlung von Informationen zur Entfernungsbestimmung mittels der BLE-Kommunikation von dem ersten BLE- Transceiver (12) zu dem zweiten BLE-Transceiver (22);
C) Anfrage zur Initiierung der Entfernungsbestimmung von dem zweiten BLE-Transceiver (22) zu dem ersten BLE-Transceiver
(12) über eine BLE-Kommunikation;
D) Bestätigung der Anfrage von dem ersten BLE-Transceiver (12) an den zweiten BLE-Transceiver (22) über eine BLE- Kommunikation.
9. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (20) mehrere zweite UWB-Transceiver
(21 ) aufweist und Schritt E) mehrfach wiederholt wird, wobei jeweils andere und/oder eine zueinander unterschiedliche Kombination von zweiten UWB-Transceivern (21 ) zum Aufbau der UWB- Kommunikation angesteuert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, wobei der erste UWB-Transceiver (11 ), der erste BLE- Transceiver (12), der zweite U WB-Transceiver (21 ) und der zweite BLE-Transceiver (22) zueinander zeitversetzt kommunizieren und die UWB-Kommunikation und die BLE-Kommunikation zeitversetzt und einander zeitlich nicht überlappend durchgeführt werden. 11 .Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei den Informationen zur Entfernungsbestimmungen um eine Verarbeitungszeit eines UWB-Signals in dem Schlüssel (10) und/oder um Einstellungen des ersten UWB- Transceivers (11 ) und/oder zur Bestimmung der Entfernung relevante Informationen zu dem ersten U WB-Transceiver (11 ) handelt.
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