JP6093647B2 - 電子キーシステム - Google Patents

Description

本発明は、制御対象から発信された電波に対する電子キーによる応答を解析して前記制御対象の作動を許容する電子キーシステムに関する。

特許文献１には、電子キーシステムについて、中継器を使った不正行為を検出し、その行為による制御対象の作動を禁止する技術が開示されている。この技術では、車両からＬＦ帯の電波が発信され、この電波を電子キーが受信すると、当該電波の受信強度を示唆する情報を含むＵＨＦ帯の電波が電子キーから送信される。車両の制御装置は、ＬＦ帯の電波を発信してからＵＨＦ帯の電波を受信するまでの遅延時間を測定しつつ、この遅延時間とＵＨＦ帯の電波に含まれた上記情報との間に矛盾が生じた際に、ドアの解錠やエンジンの始動を禁止する。

特開２０１２−１７５５１８号公報

仮にＬＦ電波の強度情報を中継すれば、遅延時間との間で整合をとることができるので、不正行為が可能となる。また、ＬＦ電波の発信からＵＨＦ電波の受信に至る遅延時間について、中継器による変調・復調の遅れ時間よりも、正規部品のばらつきによる変調・復調の遅れ時間の方が大きい場合には、中継器の存在を検出できない。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、その目的は、中継器の存在を検出することが可能な電子キーシステムを提供することにある。

上記課題を解決する電子キーシステムは、制御対象から発信された電波に対する電子キーによる応答を解析して前記制御対象の作動を許容する電子キーシステムにおいて、前記制御対象と前記電子キーとの間に中継器が介在する場合に、前記電波の発信から前記応答の受信に至る伝播時間が、前記中継器による前記電波及び前記応答の処理時間によって規定されることを前提に、前記中継器による前記処理時間を検出可能な距離分解能の得られる帯域幅を使用したインパルスの発信から当該インパルスに対する応答の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、前記制御対象から前記電子キーまでの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段によって測定された距離が閾値以下であることを条件に、前記制御対象の作動を許容する作動制御手段とを備え、前記作動制御手段は、前記インパルスに対する応答を暗号鍵を用いて解読しつつ、当該応答の送信源の正当性を判断し、正当性を肯定判断したことを条件に、前記距離測定手段による測定結果を有効化することをその要旨としている。

この構成によれば、帯域幅の広いインパルスを利用することで、距離分解能が高められるため、電子キーまでの距離を正確に測定することができる。これにより、電子キーまでの距離が閾値を超える場合には、中継器が介在していることを検出することができる。したがって、中継器の存在を検出することができる。
また、仮に中継器が電子キーの模擬として使用された場合でも、この中継器は暗号化通信には追従できないため、当該中継器までの距離が閾値以下であろうとなかろうと、制御対象の作動は許容されない。これにより、中継器を使った不正行為を防止することができる。
上記課題を解決する電子キーシステムは、制御対象から発信された電波に対する電子キーによる応答を解析して前記制御対象の作動を許容する電子キーシステムにおいて、前記制御対象と前記電子キーとの間に中継器が介在する場合に、前記電波の発信から前記応答の受信に至る伝播時間が、前記中継器による前記電波及び前記応答の処理時間によって規定されることを前提に、前記中継器による前記処理時間を検出可能な距離分解能の得られる帯域幅を使用したインパルスの発信から当該インパルスに対する応答の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、前記制御対象から前記電子キーまでの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段によって測定された距離が閾値以下であることを条件に、前記制御対象の作動を許容する作動制御手段とを備え、前記作動制御手段は、前記電子キーの存在するエリアに限定して、前記インパルスを発信することをその要旨としている。
この構成によれば、帯域幅の広いインパルスを利用することで、距離分解能が高められるため、電子キーまでの距離を正確に測定することができる。これにより、電子キーまでの距離が閾値を超える場合には、中継器が介在していることを検出することができる。したがって、中継器の存在を検出することができる。
また、インパルスの発信されるエリアが限定されるため、制御対象の暗電流を低減することができる。

上記電子キーシステムについて、前記作動制御手段は、前記インパルスに対する応答を暗号鍵を用いて解読しつつ、当該応答の送信源の正当性を判断し、正当性を肯定判断したことを条件に、前記距離測定手段による測定結果を有効化することとしてもよい。

この構成によれば、仮に中継器が電子キーの模擬として使用された場合でも、この中継器は暗号化通信には追従できないため、当該中継器までの距離が閾値以下であろうとなかろうと、制御対象の作動は許容されない。これにより、中継器を使った不正行為を防止することができる。

上記電子キーシステムについて、前記作動制御手段は、車両ドアの解錠及びエンジンの始動の少なくとも一方を許容する場合に限り、前記インパルスを発信することとしてもよい。

この構成によれば、インパルス通信の行われる機会が限定されるため、車両及び電子キーの双方について、消費電流を低減することができる。

本発明によれば、中継器の存在を検出することができる。

電子キーシステムの構成を示すブロック図。 車室外にＬＦ帯の電波による呼び掛け信号が送信されている様子を示す平面図。 運転席のドアに設置されたＬＦ発信機によるＬＦ電波の送信エリアに電子キーが進入している様子を示す平面図。 運転席の辺りに設置されたＵＷＢ発信機からインパルス信号が送信されている様子を示す平面図。

以下、電子キーシステムの一実施の形態について説明する。
図１に示すように、電子キーシステム１は、車両オーナによって所持される電子キー２と、車両に搭載されたセキュリティ装置３とを備えている。電子キーシステム１は、電子キー２とセキュリティ装置３との間で無線による２種類の双方向通信が可能である。一方の双方向通信は、ＬＦ帯の電波とＵＨＦ帯の電波を用いた通信として規定される。他方の双方向通信は、３．１ＧＨｚ〜１０．２５ＧＨｚのインパルスを用いたＵＷＢ（Ultra Wide Band ）通信として規定される。

電子キー２は、ＬＦ受信回路２１、ＵＨＦ送信回路２２、ＵＷＢ受信回路２３、ＵＷＢ送信回路２４、マイコン２５を備えている。
ＬＦ受信回路２１は、セキュリティ装置３から送信されたリクエスト信号を受信可能である。リクエスト信号はＬＦ帯の電波として規定される。ＬＦ受信回路２１は、リクエスト信号を受信すると、その信号を復調する等、電気的に処理しつつ受信信号を生成し、この受信信号をマイコン２５に出力する。

マイコン２５は不揮発性のメモリ２５ａを備えている。メモリ２５ａには、電子キー２に固有のＩＤが記憶されている。マイコン２５は、ＬＦ受信回路２１から受信信号が入力されると、リクエスト信号に応答するために、上記ＩＤを含む原信号を生成し、この原信号をＵＨＦ送信回路２２に出力する。

ＵＨＦ送信回路２２は、マイコン２５から入力された原信号を変調する等、電気的に処理しつつ応答信号を生成し、この応答信号を送信する。リクエスト信号に対する応答信号はＵＨＦ帯の電波として規定される。

ＵＷＢ受信回路２３は、セキュリティ装置３から送信されたインパルス信号を受信可能である。インパルス信号は、パルス幅が２ｎｓ以下で帯域幅が５００ＭＨｚ以上の非常に短いパルス信号として規定される。このインパルス信号を利用して距離の測定を行う場合について、電磁波の速さをＣ、帯域幅をＢとすると、距離分解能△ｒは△ｒ＝Ｃ／２Ｂで表わされ、帯域幅として５００ＭＨｚを選択すると、約０．３ｍの距離分解能が得られる。車両と電子キー２との間に中継器が介在する場合に、電波の発信から当該電波に対する応答の受信に至る伝播時間が、中継器による電波及び応答の処理時間によって規定されることを前提とする。本例では、中継器による上記処理時間を検出可能な距離分解能の得られる帯域幅を使用したインパルス信号が利用される。ＵＷＢ受信回路２３は、インパルス信号を受信すると、その信号を復調する等、電気的に処理しつつ受信信号を生成し、この受信信号をマイコン２５に出力する。

マイコン２５は、ＵＷＢ受信回路２３から受信信号が入力されると、この信号に含まれた特定のデータを暗号鍵を用いて暗号化するとともに、この暗号化したデータを含む原信号を生成し、この原信号をＵＷＢ送信回路２４に出力する。

ＵＷＢ送信回路２４は、マイコン２５から入力された原信号を変調する等、電気的に処理しつつ応答信号を生成し、この応答信号をＵＷＢ通信により送信する。
セキュリティ装置３は、ＬＦ発信機３１、ＵＨＦ受信機３２、ＵＷＢ発信機３３、ＵＷＢ受信機３４、照合ＥＣＵ（Electronic Control Unit ）３５を備えている。

ＬＦ発信機３１は、照合ＥＣＵ３５から入力された原信号を変調する等、電気的に処理しつつリクエスト信号を生成し、このリクエスト信号を車両周辺に送信する。ＬＦ発信機３１は、車室内にリクエスト信号を発信するもの及び車室外にリクエスト信号を発信するものの双方が規定され、後者についてはドア毎に規定される。

ＵＨＦ受信機３２は、リクエスト信号に対する応答信号を受信可能である。ＵＨＦ受信機３２は、応答信号を受信すると、その信号を復調する等、電気的に処理しつつ受信信号を生成し、この受信信号を照合ＥＣＵ３５に出力する。

照合ＥＣＵ３５は不揮発性のメモリ３５ａを備えている。メモリ３５ａには、自車両に適合する正規の電子キー２のＩＤが基準ＩＤとして登録されている。照合ＥＣＵ３５は、ＵＨＦ受信機３２から受信信号が入力されると、その受信信号に含まれたＩＤについて、上記基準ＩＤとの照合を行う。照合ＥＣＵ３５は、ＩＤが照合一致すると、特定のデータを含む原信号をＵＷＢ発信機３３に出力する。

ＵＷＢ発信機３３は、照合ＥＣＵ３５から入力された原信号を変調する等、電気的に処理しつつインパルス信号を生成し、このインパルス信号を車両周辺に送信する。ＵＷＢ発信機３３は、運転席の辺りと助手席の辺りに合計２つ設置されている。各発信機３３によるインパルス信号は、車室内のみならず、該当するドアガラスを介して車室外にも効力が及ぶ。例えば、運転席の辺りに設置されたＵＷＢ発信機３３によるインパルス信号は、車室内のおよそ全域に加え、運転席のドアガラス並びに運転席側の後部座席のドアガラスを介して車室外にも効力が及ぶ。

ＵＷＢ受信機３４は、インパルス信号に対する応答信号を受信可能である。ＵＷＢ受信機３４は、応答信号を受信すると、その信号を復調する等、電気的に処理しつつ受信信号を生成し、この受信信号を照合ＥＣＵ３５に出力する。

照合ＥＣＵ３５は、ＵＷＢ受信機３４から受信信号が入力されると、その受信信号に含まれた暗号化データを暗号鍵を用いて解読しつつ、上記特定のデータとの照合を行う。照合ＥＣＵ３５は、データが照合一致すると、インパルス信号に対する応答信号の送信源が正規の電子キー２であると肯定判断する。

ところで、照合ＥＣＵ３５は、インパルス信号の発信から当該インパルス信号に対する応答信号の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、車両から電子キー２までの距離を測定する。よって、照合ＥＣＵ３５は距離測定手段に相当する。照合ＥＣＵ３５は、インパルス信号に対する応答信号の送信源が正規の電子キー２であると肯定判断したことを条件に、上記距離の測定結果を有効化する。照合ＥＣＵ３５は、インパルス伝播時間の検出によって得られた距離が閾値以下であることを条件に、車両動作のうち、ドアロックの解錠とエンジンの始動の双方を許容する。よって、照合ＥＣＵ３５は作動制御手段に相当する。

次に、電子キーシステム１の作用について説明する。
図２に示すように、全てのドアロックが施錠されていることを前提に、各ドアのＬＦ発信機３１から一斉に、ＬＦ帯の電波による呼び掛け信号が送信される。便宜上、運転席のドアに設置されたＬＦ発信機３１による呼び掛け信号の送信エリアを送信エリア３１ａと規定するとともに、助手席のドアに設置されたＬＦ発信機３１による呼び掛け信号の送信エリアを送信エリア３１ｂと規定する。また、運転席側の後部座席のドアに設置されたＬＦ発信機３１による呼び掛け信号の送信エリアを送信エリア３１ｃと規定するとともに、助手席側の後部座席のドアに設置されたＬＦ発信機３１による呼び掛け信号の送信エリアを送信エリア３１ｄと規定する。

図３に示すように、送信エリア３１ａ〜３１ｄのいずれかに電子キー２が進入すると、この電子キー２から呼び掛け信号に対する応答信号が送信される。この応答信号がＵＨＦ受信機３２を介して照合ＥＣＵ３５で取得されると、送信エリア３１ａ〜３１ｄのいずれかへの電子キー２の進入が検出される。照合ＥＣＵ３５は、各ドアに設置されたＬＦ発信機３１を所定の順序で１つずつ選択して、当該ＬＦ発信機３１からリクエスト信号を送信する。送信エリア３１ａに電子キー２が存在するとき、運転席のドアに設置されたＬＦ発信機３１によるリクエスト信号に対する応答信号が照合ＥＣＵ３５によって取得される。これにより、送信エリア３１ａへの電子キー２の進入が検出される。照合ＥＣＵ３５は、電子キー２の存在するエリアを特定する特定手段に相当する。

図４に示すように、上記前提のもとでは、２つのＵＷＢ発信機３３のうち、送信エリア３１ａに近い方のＵＷＢ発信機３３、すなわち運転席の辺りに設置されたＵＷＢ発信機３３のみからインパルス信号が送信される。このインパルス信号が電子キー２によって受信されると、当該インパルス信号に対する応答信号が電子キー２から送信され、この応答信号が照合ＥＣＵ３５によって取得される。照合ＥＣＵ３５は、インパルス信号の発信から当該インパルス信号に対する応答信号の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、車両から電子キー２までの距離を測定する。照合ＥＣＵ３５は、上記測定により得られた距離が閾値以下、例えば３メートル以内であれば、ドアロックの解錠を許容する。通常、送信エリア３１ａは運転席のドアから約０．７メートル〜１．０メートルの範囲として規定されるため、電子キー２が送信エリア３１ａにあるとき、ドアロックの解錠が許容されることになる。

運転席のドアが開けられた後、そのドアが閉められたことを契機に、車室内にリクエスト信号が送信される。このリクエスト信号に対する応答信号が照合ＥＣＵ３５によって取得されると、車室内への電子キー２の進入が検出される。照合ＥＣＵ３５は、運転席の辺りに設置されたＵＷＢ発信機３３を選択して、このＵＷＢ発信機３３のみからインパルス信号を送信する。このインパルス信号が電子キー２によって受信されると、当該インパルス信号に対する応答信号が電子キー２から送信され、この応答信号が照合ＥＣＵ３５によって取得される。照合ＥＣＵ３５は、インパルス信号の発信から当該インパルス信号に対する応答信号の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、車両から電子キー２までの距離を測定する。照合ＥＣＵ３５は、上記測定により得られた距離が閾値以下、例えば３メートル以内であれば、エンジンの始動を許容する。電子キー２が車室内にあるとき、エンジンの始動が許容される。尚、２つの閾値について、前者と後者が同じ構成を採用してもよいし、異なる構成、すなわち前者を第１の閾値（例えば３メートル）とする一方で後者を第２の閾値（例えば２メートル）とする構成を採用してもよい。

運転席のドアのアウトサイドハンドルに設けられたドアロックスイッチが操作されたことを契機に、送信エリア３１ａにリクエスト信号が送信される。このリクエスト信号に対する応答信号が照合ＥＣＵ３５によって取得されると、送信エリア３１ａへの電子キー２の進入が検出される。この場合、インパルス信号を用いたＵＷＢ通信を経ることなく、ドアロックが施錠される。照合ＥＣＵ３５は、許容目的となる制御内容を識別する識別手段に相当する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）帯域幅の広いインパルス信号を利用することで、距離分解能が高められるため、電子キー２までの距離を正確に測定することができる。これにより、電子キー２までの距離が閾値を超える場合には、中継器が介在していることを検出することができる。したがって、中継器の存在を検出することができる。

（２）照合ＥＣＵ３５は、インパルス信号に対する応答信号を暗号鍵を用いて解読しつつ、当該応答信号の送信源の正当性を判断し、正当性を肯定判断したことを条件に、距離の測定結果を有効化する。これにより、仮に中継器が電子キー２の模擬として使用された場合でも、この中継器は暗号化通信には追従できないため、当該中継器までの距離が閾値以下であろうとなかろうと、車両動作は許容されない。これにより、中継器を使った不正行為を防止することができる。

（３）照合ＥＣＵ３５は、ドアロックの解錠やエンジンの始動を許容する場合にはインパルス信号を用いたＵＷＢ通信を行うが、ドアロックを施錠する場合にはＵＷＢ通信を行わない。これにより、インパルス通信の行われる機会が限定されるため、車両及び電子キー２の双方について、消費電流を低減することができる。また、ドアロックの施錠について、応答性を向上できる。

（４）照合ＥＣＵ３５は、電子キー２の存在するエリアに限定して、インパルス信号を発信する。これにより、インパルス信号の発信されるエリアが限定されるため、車両の暗電流を低減することができる。

尚、上記実施の形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ＵＷＢ通信は法規上、帯域幅が５００ＭＨｚ以上と規定されている。上記実施の形態では、５００ＭＨｚを採用したが、それよりも大きな帯域幅を採用すれば、距離分解能がより高められる。

・ＬＦ発信機３１やＵＷＢ発信機３３の設置箇所及び数は上記実施の形態の態様に限定されない。
・上記実施の形態によるＵＨＦの通信をＵＷＢの通信で代用してもよい。

・制御対象は車両に限定されない。建物のドア或いはシャッタを開閉するにあたり、上記実施の形態に倣い、２種類の双方向通信を適用してもよい。
次に、上記実施の形態及び別例から把握できる技術的思想について記載する。

（イ）電子キーシステムにおいて、許容目的となる制御内容を識別する識別手段を備えたこと。
（ロ）電子キーシステムにおいて、電子キーの存在するエリアを特定する特定手段を備えたこと。

１…電子キーシステム、２…電子キー、３…セキュリティ装置、２１…ＬＦ受信回路、２２…ＵＨＦ送信回路、２３…ＵＷＢ受信回路、２４…ＵＷＢ送信回路、２５…マイコン、２５ａ…メモリ、３１…ＬＦ発信機、３１ａ〜３１ｄ…送信エリア、３２…ＵＨＦ受信機、３３…ＵＷＢ発信機、３４…ＵＷＢ受信機、３５…照合ＥＣＵ（距離測定手段、作動制御手段、識別手段、特定手段）、３５ａ…メモリ。

Claims (4)

1. 制御対象から発信された電波に対する電子キーによる応答を解析して前記制御対象の作動を許容する電子キーシステムにおいて、
   前記制御対象と前記電子キーとの間に中継器が介在する場合に、前記電波の発信から前記応答の受信に至る伝播時間が、前記中継器による前記電波及び前記応答の処理時間によって規定されることを前提に、
   前記中継器による前記処理時間を検出可能な距離分解能の得られる帯域幅を使用したインパルスの発信から当該インパルスに対する応答の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、前記制御対象から前記電子キーまでの距離を測定する距離測定手段と、
   前記距離測定手段によって測定された距離が閾値以下であることを条件に、前記制御対象の作動を許容する作動制御手段とを備え、
   前記作動制御手段は、前記インパルスに対する応答を暗号鍵を用いて解読しつつ、当該応答の送信源の正当性を判断し、正当性を肯定判断したことを条件に、前記距離測定手段による測定結果を有効化する
   ことを特徴とする電子キーシステム。
2. 制御対象から発信された電波に対する電子キーによる応答を解析して前記制御対象の作動を許容する電子キーシステムにおいて、
   前記制御対象と前記電子キーとの間に中継器が介在する場合に、前記電波の発信から前記応答の受信に至る伝播時間が、前記中継器による前記電波及び前記応答の処理時間によって規定されることを前提に、
   前記中継器による前記処理時間を検出可能な距離分解能の得られる帯域幅を使用したインパルスの発信から当該インパルスに対する応答の受信に至るインパルス伝播時間を検出して、前記制御対象から前記電子キーまでの距離を測定する距離測定手段と、
   前記距離測定手段によって測定された距離が閾値以下であることを条件に、前記制御対象の作動を許容する作動制御手段とを備え、
   前記作動制御手段は、前記電子キーの存在するエリアに限定して、前記インパルスを発信する
   ことを特徴とする電子キーシステム。
3. 前記作動制御手段は、前記インパルスに対する応答を暗号鍵を用いて解読しつつ、当該応答の送信源の正当性を判断し、正当性を肯定判断したことを条件に、前記距離測定手段による測定結果を有効化する
   請求項２に記載の電子キーシステム。
4. 前記作動制御手段は、車両ドアの解錠及びエンジンの始動の少なくとも一方を許容する場合に限り、前記インパルスを発信する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子キーシステム。