JP2019085777A - 電子キー及び電子キーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電池レスを可能にした電子キー及び電子キーシステムを提供する。【解決手段】電子キー２は、車両１から定期又は不定期に送信されるＬＦ電波（例えばウェイク信号）を充電作動用アンテナ２３で受信すると、このＬＦ電波を電力変換素子２４で電力に変換し、充電素子２５を充電する。キー制御部１７は、充電素子２５が規定量充電されると起動して、車両１との間のスマート通信を開始し、車両１に対して電波を送受信する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線を通じて電子キーＩＤを照合する電子キー及び電子キーシステムに関する。

従来、環境発電素子により発生する電力によって作動する電子キーが周知である（特許文献１等参照）。

特開２０１６−１７７７６９号公報

しかし、特許文献１に記載の環境発電素子は、補助電力を供給するものである。よって、電子キーには、未だ電池が別途必要であり、電池レス化が実現されていなかった。
本発明の目的は、電池レスを可能にした電子キー及び電子キーシステムを提供することにある。

前記問題点を解決する電子キーは、無線を通じて通信相手と電子キーＩＤを照合する構成において、前記通信相手がキー位置を確認するために定期又は不定期に送信する電波を受信した場合に、当該電波を電力に変換する電力変換素子と、前記電力変換素子から入力する電力を充電し、その充電の電力を、キー動作を制御するキー制御部の電源として供給する充電素子とを備えた。

本構成によれば、通信相手から送信された電波を電力変換して充電素子に電力を蓄電するという電力を多く確保することが可能な方式によって、電子キーに電源を供給することが可能となる。このため、電子キーの電源を電池からとるのではなく、電波から取得するようにしても何ら問題はない。よって、電子キーを電池レスにすることが可能となる。

前記電子キーにおいて、前記キー制御部は、前記充電素子が規定量充電された時点で作動し、前記通信相手との通信を開始することが好ましい。この構成によれば、充電素子を規定量まで充電させないと、電子キーと通信相手との間の通信が開始されないので、不正な通信成立に対するセキュリティ性を確保することが可能となる。

前記電子キーにおいて、前記充電素子は、充電が行われない場合、自然放電によって電圧が低下することが好ましい。この構成によれば、電子キーを使用しない場合、暫くすれば充電がなくなる。よって、電子キーの不正な通信成立に対するセキュリティ性の確保に一層有利となる。

前記問題点を解決する電子キーシステムは、電子キーの電子キーＩＤを、通信相手との間で無線を通じて照合する構成において、前記電子キーに設けられ、前記通信相手がキー位置を確認するために定期又は不定期に送信する電波を受信した場合に、当該電波を電力に変換する電力変換素子と、前記電子キーに設けられ、前記電力変換素子から入力する電力を充電し、その充電の電力を、キー動作を制御するキー制御部の電源として供給する充電素子とを備えた。

本発明によれば、電子キーを電池レスにすることができる。

一実施形態の電子キー及び電子キーシステムの構成図。 車両にＬＦ電波によって形成される通信エリアの概要図。 電波を電力変換して電源とするときの電子キーの作動図。 電波を電力変換して電源とするときに実行される制御のフローチャート。

以下、電子キー及び電子キーシステムの一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、車両１は、電子キー２との無線によりＩＤ照合を行って車載機器３の作動を実行又は許可する電子キーシステム４を備える。電子キーシステム４は、車両１からの通信を契機に狭域無線によりＩＤ照合（スマート照合）を実行するキー操作フリーシステムである。キー操作フリーシステムは、電子キー２を直に操作することなく自動で無線によりＩＤ照合が実行される。車載機器３は、例えばドアロック装置５やエンジン６などがある。

車両１は、ＩＤ照合を行う照合ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９と、車載電装品の電源を管理するボディＥＣＵ１０と、エンジン６を制御するエンジンＥＣＵ１１とを備える。これらＥＣＵは、車内の通信線１２を介して電気接続されている。通信線１２は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）である。照合ＥＣＵ９のメモリ（図省略）には、車両１に登録された電子キー２の電子キーＩＤと、ＩＤ照合の認証時に使用するキー固有鍵とが登録されている。ボディＥＣＵ１０は、車両ドア１３の施解錠を切り替えるドアロック装置５の作動を制御する。

車両１は、車両１において電波を送受信する電波送受信部１４を備える。本例の電波送受信部１４は、車両１において電波を送信する電波送信部と、車両１において電波を受信する電波受信部とからなる。また、電波送信部は、例えば室外に電波を送信する室外用と、室内に電波を送信する室内用とを備える。送信電波は、例えばＬＦ（Low Frequency）帯の電波であることが好ましい。受信電波は、例えばＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波であることが好ましい。電子キーシステム４は、ＬＦ−ＵＨＦの双方向通信となっている。

電子キー２は、電子キー２の作動を制御するキー制御部１７と、電子キー２において電波を送受信する電波送受信部１８と、電子キー２におけるユーザ操作を検知する検知部１９とを備える。キー制御部１７のメモリ（図示略）には、電子キー２が有する固有の電子キーＩＤが登録されている。検知部１９は、例えば電子キー２に設けられたスイッチやセンサからなる。スイッチは、例えば車両ドア１３を施錠する場合に操作するロックスイッチや、車両ドア１３を解錠する場合に操作するアンロックスイッチがある。センサは、例えば電子キー２に発生する動きを検出する加速度センサなどがある。

電子キー２（電子キーシステム４）は、通信相手２２（本例は車両１）から送信される電波を基に電子キー２に電力を供給する電力供給機能を備える。本例の電力供給機能は、車両１（電波送受信部１４）から定期的に送信される電波（本例はＬＦ電波）を電子キー２に受信させ、このＬＦ電波を電力変換することで、電波から生成された電力を電子キー２の電源とするものである。

この場合、電子キー２は、通信相手２２（本例は車両１）から送信される電波（本例はＬＦ電波）を受信する充電作動用アンテナ２３と、充電作動用アンテナ２３で受信した電波を電力に変換する電力変換素子２４と、電力変換素子２４によって変換された電力を充電する充電素子２５とを備える。充電作動用アンテナ２３は、電波受信が常時可能であり、車両１の電波送受信部１４から定期送信されるＬＦ電波を受信する。電力変換素子２４は、例えばレクテナ素子であり、通信相手２２（本例は車両１）がキー位置（キーの存在）を確認するために定期又は不定期に送信する電波（一例はＬＦ帯のウェイク信号）を受信した場合に、その電波を電力に変換する。充電素子２５は、例えばキャパシタであることが好ましく、キー制御部１７に接続されている。

次に、図２〜図４を用いて、本実施形態の電子キー２（電力供給機能）の作用及び効果について説明する。
図２に示すように、車両１が駐車状態（車両ドア施錠、エンジン停止）の場合、電波送受信部１４は、電子キー２を起動させるウェイク信号を定期又は不定期の間隔で車両１の室外にＬＦ送信することにより、車両１の室外にウェイク信号による通信エリア（室外通信エリアＥａ）を形成する。室外通信エリアＥａは、例えば運転席側車外、助手席側車外及びラッゲージドア側車外に形成される。

図４に示すように、ステップ１０１において、電子キー２を所持したユーザが車両１に乗車する場合、電子キー２は、車両周囲に形成されたウェイク信号の室外通信エリアＥａに進入する。電子キー２は、室外通信エリアＥａに進入すると、車両１から送信されるＬＦ帯のウェイク信号を受信する状態となる。このとき、電子キー２は、車両１から送信されるＬＦ電波（ウェイク信号）を電波送受信部１８及び充電作動用アンテナ２３の両方で受信するが、充電作動用アンテナ２３で受信した電波で充電作動を開始するものの、まだキー制御部１７が起動していないので、電波送受信部１８で受信した電波では何も作動しない。

ステップ１０２において、電子キー２は、充電作動用アンテナ２３で受信したＬＦ電波（ウェイク信号）により充電素子２５を充電する。本例の場合、図３に示すように、充電作動用アンテナ２３で受信されたＬＦ電波が電力変換素子２４に送られ、ここでＬＦ電波が電力（充電電力）に変換される。そして、電力変換素子２４は、電力変換した電力（充電電力）を充電素子２５に出力し、充電素子２５を充電する。また、充電作動用アンテナ２３でＬＦ電波（ウェイク信号）を受信する度に、ＬＦ電波（ウェイク信号）を電力変換素子２４で電力変換して充電素子２５を充電する処理が繰り返されて、充電素子２５が随時充電されていく。

図４に戻り、ステップ１０３において、電子キー２は、充電素子２５に電力が規定量蓄電された時点で車両１との通信を実行する。すなわち、電子キー２は、充電素子２５が所定量充電（満充電）されると、車両１との間のスマート通信（室外スマート通信）を実行する。本例の場合、図３に示すように、充電素子２５が所定量充電（満充電）されると、充電素子２５からキー制御部１７には、キー制御部１７が起動するのに十分な電力（駆動電力）が供給され、キー制御部１７に電源が投入される。これにより、電子キー２は、電波送受信部１８で受信したＬＦ電波（ウェイク信号）を受け付け、起動する。

起動した電子キー２は、照合ＥＣＵ９とＩＤ照合（スマート照合）を開始する。スマート照合には、電子キーＩＤの正否を確認する電子キーＩＤ照合や、キー固有鍵（暗号鍵）を用いたチャレンジレスポンス認証を含む。チャレンジレスポンス認証は、車両１からチャレンジを電子キー２に送信してキー固有鍵でレスポンスを演算させ、そのレスポンスと、照合ＥＣＵ９が自ら演算したレスポンスとを比較することによって行う認証の一種である。照合ＥＣＵ９は、電子キーＩＤ照合及びチャレンジレスポンス認証の両方が成立することを確認すると、室外スマート照合が成立すると認識する。

なお、電子キー２は、起動後であっても、車両１から送信されるＬＦ電波（例えばチャレンジレスポンス認証の電波）を受信すれば、その度に充電素子２５は充電される。充電素子２５の電荷量は、キー制御部１７で消費されると、その分、低下する。また、自然放電によっても充電素子２５の電荷量は低下していく。

図４に戻り、ステップ１０４において、照合ＥＣＵ９は、車両ドア１３の車外ドアハンドルがタッチ操作されたことを検出すると、室外に位置する電子キー２との間のスマート照合（室外スマート照合）が成立することを条件に、車両ドア１３を解錠する。これにより、車両ドア１３の車外ドアハンドルがタッチされた場合に、車両ドア１３が解錠される。

ステップ１０５において、電子キー２を所持したユーザが車両１に乗車した場合、電波送受信部１４は、ウェイク信号を車両１の室内に送信することにより、車両１の室内にウェイク信号による通信エリア（室内通信エリアＥｂ：図２参照）を形成する。ユーザの車内への乗車は、例えば車両ドア１３の開閉を検出するドアカーテシスイッチ等の信号により検出するとよい。そして、電子キー２は、室内通信エリアＥｂに進入すると、車両１から送信されるＬＦ帯のウェイク信号を受信する状態となる。このため、室外のときと同様に、受信したウェイク信号が電力変換素子２４によって電力（充電電力）に変換され、充電素子２５が充電される。

電子キー２は、充電素子２５が所定量充電（満充電）されると、車両１との間のスマート通信（室内スマート通信）を実行する。このとき、照合ＥＣＵ９は、室内の電子キー２との間で電子キーＩＤ照合及びチャレンジレスポンス認証の両方が成立することを確認すると、室内スマート照合が成立と認識する。これにより、照合ＥＣＵ９は、運転席に設けられたエンジンスイッチ（図示略）による電源遷移操作を許可する。

ステップ１０６において、照合ＥＣＵ９は、エンジン６の始動操作を検出すると、室内に位置する電子キー２との間のスマート照合（室内スマート照合）が成立することを条件に、エンジン６の始動を許可する。よって、室内スマート照合が成立する場合に、ブレーキペダルを踏み込み操作しながらエンジンスイッチ（図示略）が操作されると、エンジン６が始動する。

また、車両１からの降車時、車両ドア１３を施錠する場合には、車外ドアハンドルに設けられたロックボタン（図示略）を操作する。照合ＥＣＵ９は、車外ドアハンドルのロックボタンが操作されたことを検出すると、室外スマート照合を開始するために、電波送受信部１４から室外にＬＦ電波（ウェイク信号）の送信を開始する。このとき、電子キー２は、車両１から受信するウェイク信号によって充電素子２５を充電し、充電素子２５の電荷が規定量蓄電されたら室外スマート照合を実行する。そして、照合ＥＣＵ９は、このときの室外スマート照合が成立することを確認すると、車両ドア１３を施錠させる。

さて、本例の場合、通信相手２２（本例は車両１）から送信された電波（本例はＬＦ電波）を電力変換して充電素子２５に電力を蓄電するという電力を多く確保することが可能な方式によって、電子キー２に電源を供給することが可能となる。このため、電子キー２の電源を電池からとるのではなく、電波から取得するようにしても何ら問題はない。よって、電子キー２を電池レスにすることができる。また、電子キーの電池寿命を心配することもない。

本例の場合、通信範囲が数ｍある近距離無線で送信されるＬＦ電波を電力変換して、電子キー２の電源にする。よって、車両１のいずれの位置に電波送受信部１４を配置しても電波が電子キー２に届くので、電波送受信部１４の搭載位置の自由度が向上する。また、車両１から定期的に送信されるウェイク信号を利用するので、比較的安定した充電が見込める。

キー制御部１７は、充電素子２５が規定量充電された時点で作動し、通信相手２２（車両１）との間の通信（スマート通信）を開始する。よって、充電素子２５を規定量まで充電させないと、車両１及び電子キー２の間の通信（スマート通信）が開始されないので、不正な通信成立に対するセキュリティ性を確保することができる。

充電素子２５は、充電が行われない場合、自然放電によって電圧が低下する。このため、電子キー２を使用しない場合、暫くすれば充電がなくなる。よって、電子キー２の不正な通信成立に対するセキュリティ性の確保に一層有利となる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・充電作動用アンテナ２３は、電波送受信部１８と別体に設けられることに限定されず、これと一体としてもよい。すなわち、電波送受信部１８で受信したＬＦ電波を電力変換して、充電素子２５を充電してもよい。

・電子キー２が充電に利用する電波は、ＬＦ電波に限定されず、他の周波数の電波に変更してもよい。
・充電素子２５は、電力を蓄えることができる素子であればよい。

・電力変換素子２４は、レクテナ素子以外の部材を用いてもよい。
・充電作動用アンテナ２３でＬＦ電波を受信できた場合に、電波受信からの時間を計測し、一定時間経過したとき、充電素子２５に十分な電力が蓄電されたとして、キー制御部１７を起動してスマート通信を開始してもよい。

・電子キー２に加速度センサを設けた場合、加速度センサの出力によって、電子キー２に動き（振動）が発生していることを確認できれば電子キー２を起動し、一方で、電子キー２に動き（振動）が発生していないことを確認すれば電子キー２を停止（待機状態）に移行させてもよい。

・電子キーシステム４は、車外用及び車内用のそれぞれに電波送信用のＬＦアンテナを設け、どちらのＬＦアンテナから電子キー２の応答が返ってきてＩＤ照合が成立するかを見ることで、電子キー２の車内外位置を判定することに限定されない。例えば、車体の左右のＬＦアンテナを設け、これらアンテナからの電波に対する電子キー２の応答の組み合わせから、電子キー２の車内外判定を行ってもよい。

・電子キーシステム４の通信は、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）を用いてもよい。
・車両１及び電子キー２の通信は、電波の周波数や通信方式を適宜変更してもよい。

・通信相手２２は、車両１（照合ＥＣＵ９）に限定されず、他の機器や装置に変更してもよい。
・電子キー２は、キー端末に限定されず、ＩＤ情報が登録された高機能携帯電話等の他の端末でもよい。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記電子キーにおいて、前記通信相手から送信される前記電波を受信して当該電波を前記電力変換素子に送る充電用の充電作動用アンテナを備えた。この構成によれば、通信相手から送信される電波を、充電作動用アンテナによって効率よく受信することが可能となる。

（ロ）前記電子キーにおいて、前記通信相手は、車両であり、前記電波は、前記車両の車外周囲又は車内に電子キーが存在するか否かを確認するために定期又は不定期に送信され、当該電子キーを待機状態から起動状態に切り替えるウェイク信号である。この場合、車両から送信されるウェイク信号を電子キーの電源として使用することにより、電子キーを電源レスにすることが可能となる。

１…車両、２…電子キー、３…車載機器、４…電子キーシステム、１７…キー制御部、２２…通信相手、２４…電力変換素子、２５…充電素子。

Claims (4)

1. 無線を通じて通信相手と電子キーＩＤを照合する電子キーにおいて、
   前記通信相手がキー位置を確認するために定期又は不定期に送信する電波を受信した場合に、当該電波を電力に変換する電力変換素子と、
   前記電力変換素子から入力する電力を充電し、その充電の電力を、キー動作を制御するキー制御部の電源として供給する充電素子と
   を備えた電子キー。
2. 前記キー制御部は、前記充電素子が規定量充電された時点で作動し、前記通信相手との通信を開始する
   請求項１に記載の電子キー。
3. 前記充電素子は、充電が行われない場合、自然放電によって電圧が低下する
   請求項１又は２に記載の電子キー。
4. 電子キーの電子キーＩＤを、通信相手との間で無線を通じて照合する電子キーシステムにおいて、
   前記電子キーに設けられ、前記通信相手がキー位置を確認するために定期又は不定期に送信する電波を受信した場合に、当該電波を電力に変換する電力変換素子と、
   前記電子キーに設けられ、前記電力変換素子から入力する電力を充電し、その充電の電力を、キー動作を制御するキー制御部の電源として供給する充電素子と
   を備えた電子キーシステム。