JP6363437B2 - 電子キーシステム - Google Patents

Description

本発明は、電子キーシステムに関する。

特許文献１には、車外に露出するドアミラーに付着した水滴を除去する水滴除去装置が開示されている。この技術は、ドアミラーを高周波振動させることにより水滴を除去するものである。すなわち、この技術を、ドアハンドルなどの接触部に採用すれば、当該接触部に付着した水滴が除去される。

ところで、近年、多くの車両は、車載制御部と電子キーとの間の無線通信が成立する場合に、ドアのロックとアンロックとの切り替えを許可する電子キーシステムを採用している。このような、電子キーシステムでは、ドアのロックとアンロックとの切り替えが許可された状態で、ドアハンドル等に設けられる静電センサ等の操作検出部が、操作を検出した場合に、ドアのロックとアンロックとが切り替えられる。

また、一方で、音波を利用して車両と電子キーとの間の距離を判断し、その距離に応じて車載機器の動作を許可したり実行したりする電子キーシステムを採用する車両もある。特許文献２の車両通信システムでは、車載機は、まず電波を放射し、電波の放射から所定時間の経過後に音波を放射する。電子キーは、電波を受信してから音波を受信するまでの音波到達時間を計測し、この時間を車載機に無線送信する。車載機は、音波到達時間から所定時間を差し引いた時間に音波の速度を乗算することにより車両と電子キーとの間の距離を算出する。そして、車載機は、当該算出した距離から電子キーが車室内に位置すると判断される場合にはエンジンの始動を、電子キーが車室外に位置すると判断される場合にはドアのロックとアンロックとの切り替えを、それぞれ許可する。

特開２００５−７５００５号公報 特開２０１３−１０４２４７号公報

上述したように、車両には、ユーザの利便性やセキュリティ性を考慮して様々な技術が搭載されるが、車両に搭載する技術の増加に伴い、車両に搭載する構成の数も増加していた。これにより、車両への組み付け工数の増大を招くなどの問題があった。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、少ない構成で水滴除去機能及び検出機能を実現することができる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ために、接触部に第１の超音波振動子を搭載する車両と電子キーとの間で行う無線通信が成立する場合に車載機器の動作が実行又は許可される電子キーシステムは、前記第１の超音波振動子の振動に伴う前記接触部における振動が変化したことを利用して前記接触部における接触の有無、及び前記第１の超音波振動子の振動に伴い発生する超音波が前記車両から前記電子キーに届くまでの時間を利用して前記車両と前記電子キーとの間の距離のうち少なくとも一方を検出し、その検出結果に基づき前記車載機器の動作の実行又は許可を判断する制御部と、を備えることを要旨とする。

このシステムによれば、第１の超音波振動子の振動に伴い接触部が超音波振動する。その結果、接触部についている水滴が除去される。また、接触部への接触の検出には、第１の超音波振動子の振動に伴い振動する接触部における振動の変化を利用する。さらに、車両と電子キーとの間の距離の検出には、第１の超音波振動子の振動に伴い発生する超音波が車両から電子キーまで届く時間を利用する。すなわち、水滴除去機能を発揮するために設けられた第１の超音波振動子を、接触部への接触の有無及び車両と電子キーとの間の距離のうち少なくとも一方の検出機能を発揮するために使用する。すなわち、２つないし３つの機能を発揮させるために第１の超音波振動子を共用している。このため、２つないし３つの機能を発揮させるために別々の構成を採用するものと比較して、システムの構成点数が少ない。

上記システムにおいて、前記電子キーは、超音波を拾うマイクと、このマイクで拾った超音波の応答として電波を送信する送信部と、を備え、前記車両は、前記電波を受信する受信部と、前記第１の超音波振動子が振動してから前記電波を受信するまでに要した応答時間から前記車両と前記電子キーとの間の距離を算出する算出部と、を備え、前記制御部は、前記電子キーとの間で行う無線通信が成立することに加えて、前記算出部の算出距離に基づき電子キーが車両に近接していると判断されるとき、前記車載機器の動作を実行又は許可することが好ましい。

このシステムによれば、水滴除去機能を発揮するために搭載された第１の超音波振動子の振動を利用して車両と電子キーとの間の距離を検出することができる。そして、その検出した距離に基づいて車載機器の動作を実行又は許可するための判断に利用することができる。例えば、車両と電子キーとの間の距離が長い場合には、中継器を使用した不正な通信が行われた可能性があるので、車載機器の動作を許可しない。これにより、より高いセキュリティ性が確保される。

上記システムにおいて、前記車両は、前記接触部に内蔵され前記接触部の振動に応じた電圧を出力する第２の超音波振動子を備え、前記制御部は、前記電子キーとの間で行う無線通信が成立することに加えて、前記第２の超音波振動子が出力する電圧が変化したことをトリガとして、前記車載機器の動作を実行することが好ましい。

振動する物体が振動しない物体に触れるとき、振動する物体の振動は、減衰することが周知である。この物理現象を利用する当該システムでは、接触部に第２の超音波振動子を設け、その第２の超音波振動子が出力する電圧を監視するという簡易な構成で接触部への接触の有無を判断することができる。

上記システムにおいて、前記制御部は、車両の周囲に設定される通信エリアに向けて応答を要求するリクエスト信号を無線送信し、そのリクエスト信号に対して前記電子キーから無線送信されたレスポンス信号の受信をトリガとして、前記第１の超音波振動子を振動させることが好ましい。

このシステムによれば、第１の超音波振動子が振動するのは、ユーザが車両に近接している場合に限られる。このため、常時、あるいは定期的に第１の超音波振動子を振動させるシステムと比較して、振動にかかる電力消費が抑制される。

本発明の電子キーシステムは、少ない構成で距離検出機能、接触検出機能、及び水滴除去機能を実現することができる。

電子キーシステムの概略構成を示すブロック図。

以下、電子キーシステムの一実施形態について図面に従って説明する。
図１に示すように、電子キーシステム１は、車両１０と電子キー２０との間の無線通信を通じて各種の車両制御を行う。

＜電子キーの構成＞
電子キー２０は、電子キー制御部２１と、ＬＦ受信部２２と、ＵＨＦ送信部２３と、マイク２４と、を備えている。これらのうち電子キー制御部２１を除く各部は、それぞれ電子キー制御部２１に電気的に接続され、当該電子キー制御部２１によって統括的に制御される。

ＬＦ受信部２２は、ＬＦ（Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の無線信号を受信するとともに、受信した信号を電気信号に復調する。
ＵＨＦ送信部２３は、電気信号をＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯に変調するとともに、変調した無線信号を送信する。

マイク２４は、音波を拾って電気信号に変換する。ここでは、後述する第１の超音波振動子１４が振動することにより生成される超音波を拾えるように、マイク２４が拾える周波数帯が設定されている。

電子キー制御部２１のメモリ２１ａには、車両１０と共通のＩＤコードが記憶されている。
電子キー制御部２１は、ＬＦ受信部２２を通じて後述のリクエスト信号を受信すると、リクエスト信号の受信を示す情報及びメモリ２１ａに記憶されたＩＤコードを含ませたレスポンス信号を生成する。当該生成されたレスポンス信号は、ＵＨＦ送信部２３において変調された後、無線送信される。

また、電子キー制御部２１は、マイク２４を通じて超音波を受信すると、超音波の受信を示す情報及びメモリ２１ａに記憶されたＩＤコードを含ませた超音波応答信号を生成する。当該生成された超音波応答信号は、ＵＨＦ送信部２３において変調された後、無線送信される。

＜車両＞
図１に示すように、車両１０は、車載制御部１１と、ＬＦ送信部１２と、ＵＨＦ受信部１３と、第１の超音波振動子１４と、第２の超音波振動子１５と、ドアロック装置１６と、を備えている。これらのうち車載制御部１１を除く各部は、それぞれ車載制御部１１と電気的に接続され、当該車載制御部１１によって統括的に制御される。

ＬＦ送信部１２は、車載制御部１１が生成する電気信号をＬＦ帯の無線信号に変調するとともに、ＬＦアンテナ１２ａを通じて変調した無線信号を車両の周囲に設定される通信エリアに向けて送信する。なお、ＬＦアンテナ１２ａは、第１の超音波振動子１４及び第２の超音波振動子１５と一体化されたモジュールを構成する。モジュールは、ドアハンドル１７に内蔵されている。なお、ドアハンドル１７が、接触部に相当する。

ＵＨＦ受信部１３は、ＵＨＦ帯の無線信号を受信するとともに、受信した信号を電気信号に復調する。
第１の超音波振動子１４は、車載制御部１１から電気信号が入力される間、２０〜数百ｋＨｚで振動（超音波振動）する。なお、第１の超音波振動子１４の超音波振動によりドアハンドル１７も超音波振動する。

第２の超音波振動子１５は、振動の強さに応じた電圧の電気信号を生成する。なお、第２の超音波振動子１５は、ドアハンドル１７に内蔵されているため、ドアハンドル１７が振動した際、すなわち、第１の超音波振動子１４に電気信号が入力される間、電気信号を生成する。なお、第２の超音波振動子１５が、接触検出部に相当する。

ドアロック装置１６は、車載制御部１１が生成する電気信号に基づき車両ドアのロックとアンロックとを切り替える。
車載制御部１１のメモリ１１ａには、電子キー２０と共通のＩＤコードが記憶されている。また、メモリ１１ａには、第１の超音波振動子１４の超音波振動により超音波が放射されてから当該超音波の受信に基づき返信される超音波応答信号を受信するまでの時間から車両１０と電子キー２０との間の距離を算出するための距離算出式が記憶されている。また、車載制御部１１は、図示しないカウンタを使用して第１の超音波振動子１４を超音波振動させてから超音波応答信号を受信するまでの時間を計測することが可能とされている。

車載制御部１１は、ＩＤコードの送信を要求する情報を含ませたリクエスト信号を定期的に生成する。当該リクエスト信号は、ＬＦ送信部１２により変調され、無線送信される。

車載制御部１１は、ＵＨＦ受信部１３を通じてリクエスト信号に対する応答としてのレスポンス信号を受信すると、このレスポンス信号に含まれるＩＤコードとメモリ１１ａに記憶されているＩＤコードとを照合する。照合が成立する場合、あらかじめ設定された時間だけ第１の超音波振動子１４を超音波振動させる電気信号を生成する。第１の超音波振動子１４の超音波振動により車両の周囲に超音波が放射される。

車載制御部１１は、ＵＨＦ受信部１３を通じて超音波に対する応答としての超音波応答信号を受信すると、超音波の放射から超音波応答信号を受信するまでに要した時間から車両１０と電子キー２０との間の距離を算出し、当該算出した距離に基づき電子キー２０が車両１０の近傍に位置するか否かを判断する。そして、電子キー２０が車両１０の近傍に位置すると判断される場合、車載制御部１１は、車両ドアのロックとアンロックとの切り替えを許可する。

車載制御部１１は、第１の超音波振動子１４を振動させている間、第２の超音波振動子１５が生成する電気信号の電圧を監視する。そして、当該監視を通じて、車載制御部１１は、ドアハンドル１７への接触の有無を判断する。詳述すると、電圧があらかじめ設定される基準値を超える場合にはドアハンドル１７への接触がないと判断し、基準値以下の場合にはドアハンドル１７への接触が有ると判断する。ドアハンドル１７への接触が有ると判断した場合、車載制御部１１は、ドアロック装置１６を通じて車両ドアのロックとアンロックとを切り替える。なお、ドアハンドル１７への接触の有無を判断するための基準値は、メモリ１１ａに記憶されている。また、車載制御部１１は、算出部に相当する。

＜電子キーシステムの作用＞
次に、電子キーシステム１の作用について説明する。なお、超音波を利用して車両１０と電子キー２０との間の距離を判断する技術、及びドアハンドル１７を超音波振動させることにより、当該ドアハンドル１７に付着している水滴を除去する技術については周知であることから、ここでの説明は割愛する。

第１の超音波振動子１４が超音波振動すると、その振動は、ドアハンドル１７を通じて第２の超音波振動子１５に伝わる。第２の超音波振動子１５は、振動の強さに応じた電圧の電気信号を生成する。

さて、人間が振動している物体に接触すると、振動が人間に伝達する分、物体の振動が減衰することが周知である。すなわち、第１の超音波振動子１４が超音波振動している場合において、ユーザが接触しているドアハンドル１７の振動は、接触していないドアハンドル１７の振動よりも弱くなる。したがって、第２の超音波振動子１５が生成する電圧は、ユーザがドアハンドル１７に接触している場合の方が、ドアハンドル１７に接触していない場合よりも弱くなる。

この関係を利用することにより、本例の車載制御部１１は、第２の超音波振動子１５が生成する電気信号の電圧がメモリ１１ａに記憶されている基準値を超える場合にはドアハンドル１７への接触がないと判断し、基準値を下回る場合にはドアハンドル１７への接触が有ると判断することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）ドアハンドル１７に車載制御部１１からの電気信号に基づいて超音波振動する第１の超音波振動子１４を内蔵させた。これにより、ドアハンドル１７を超音波振動させること及び超音波を車外にむけて放射することができる。ドアハンドル１７の超音波振動によりドアハンドル１７に付着している水滴を除去することができる。また、車載制御部１１は、超音波を放射してからこれに対する応答である超音波応答信号を受信するまでにかかる時間から車両１０と電子キー２０との間の距離を算出することができる。さらに、車載制御部１１は、第２の超音波振動子１５からドアハンドル１７の超音波振動の強さに応じた電圧の電気信号の受信を通じてドアハンドル１７への接触の有無を判断することができる。

このように、第１の超音波振動子１４によるドアハンドル１７の超音波振動は、距離検出機能にも、水滴除去機能にも、さらには接触検出機能にも利用されるので、これらの機能を発揮させるために別々の構成を採用する場合と比較して、システム全体としての構成が少ない。

（２）車載制御部１１は、車両の周囲に設定される通信エリアに向けて無線送信したリクエスト信号に対する応答であるレスポンス信号を受信した場合に、第１の超音波振動子１４を振動させる。これにより、第１の超音波振動子１４が超音波振動するのは、ユーザが車両に近接している場合に限られる。このため、常時、あるいは定期的に第１の超音波振動子１４を超音波振動させる場合と比較して、振動にかかる電力消費を抑制できる。

（３）ドアハンドル１７に内蔵する超音波振動子に２０〜数百ｋＨｚで振動する第１の超音波振動子１４を採用したことにより、放射される音波が超音波となり人間には聞き取りにくい音となるため、ユーザをはじめとする人間は不快になりにくい。

（４）第１の超音波振動子１４及び第２の超音波振動子１５、並びにＬＦアンテナ１２ａは、これらを一体化させたモジュールの状態でドアハンドル１７に内蔵されている。これにより、これら各構成が別々とされている場合と比較して、ドアハンドル１７への搭載にかかる工数が少ない。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、車載制御部１１は、リクエスト信号に対する応答としてのレスポンス信号を受信した場合に第１の超音波振動子１４を振動させたが、リクエスト信号及びレスポンス信号の送受は必ずしも必要ない。このように構成した場合でも、上記実施形態の（１）の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、第１の超音波振動子１４は、２０〜数百ｋＨｚで振動するものであるが、この周波数帯で振動するものに限らない。例えば、数千ｋＨｚで振動するものであってもよい。

・上記実施形態において、モジュールは、第１の超音波振動子１４及び第２の超音波振動子１５、並びにＬＦアンテナ１２ａを一体化させたものであったが、これらのうち２つが一体化されたものであっても、全てが別々とされるものと比較して、ドアハンドル１７への搭載にかかる工数が少ない。

・上記実施形態において、接触検出部として第２の超音波振動子１５を採用したが、ドアハンドル１７の振動の変化を検出できるものであれば、これに限らない。
・上記実施形態において、ドアハンドル１７にスイッチを設けてもよい。そして、車載制御部１１は、第２の超音波振動子１５によるドアハンドル１７への接触と、ドアハンドル１７に設けられたスイッチによる操作とで、車載機器の動作を変更してもよい。例えば、第２の超音波振動子１５によってドアハンドル１７への接触を検出した場合には、ドアロック装置１６の動作をロックからアンロックへの切り替えに限定し、ドアハンドル１７に設けられたスイッチの操作を検出した場合には、ドアロック装置１６の動作をアンロックからロックへの切り替えに限定する。このように構成すれば、ユーザは、ドアをロックに切り替えたのかアンロックに切り替えたのかを認識しやすい。

・上記実施形態では、第１の超音波振動子１４の振動が、水滴除去機能にも、距離検出機能にも、さらには接触検出機能にも使用されたが、距離検出機能及び接触検出機能のいずれか一方と、水滴除去機能とに使用されればよい。

第１の超音波振動子１４の振動が水滴除去機能と距離検出機能とに使用される場合には、上記実施形態から第２の超音波振動子１５を省略すればよい。第１の超音波振動子１４の振動が水滴除去機能と接触検出機能とに使用される場合には、電子キー２０に設けられるマイク２４を省略すればよい。

・上記実施形態では、車載制御部１１が算出部としての機能も発揮したが、車載制御部１１と算出部とが別々に設けられてもよい。
・上記実施形態において、電子キー２０は、車両１０専用の電子キーに限らない。電子キーとしての機能を有するスマートフォンなどの携帯端末であってもよい。

また、車両１０と携帯端末との間で行う無線通信もＬＦ帯やＵＨＦ帯に限らない。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格による無線通信等、他の規格による無線通信であってもよい。

次に、上記実施形態及び上記別例より想起される技術的思想について記載する。
（イ）前記音波振動子、前記受信部、及び前記接触検出部のうち少なくとも２つは一体化されモジュールを構成していること。

このシステムによれば、接触部への搭載にかかる工数が少ない。
（ロ）前記接触部は、前記モジュールが搭載されるドアハンドルであること。
このシステムによれば、ドアハンドルへの搭載にかかる工数が少ない。

（ハ）前記第１の超音波振動子は、振動することにより２０〜数百ｋＨｚの超音波を生成する超音波振動子であること。
このシステムによれば、車両周囲に生成される音波は、人間の耳には聞こえない帯域の音波、すなわち超音波であることから、ユーザはうるさくない。

１…電子キーシステム、１０…車両、１１…車載制御部、１１ａ，２１ａ…メモリ、１２…ＬＦ送信部、１２ａ…ＬＦアンテナ、１３…ＵＨＦ受信部、１４…第１の超音波振動子、１５…第２の超音波振動子、１６…ドアロック装置、１７…ドアハンドル（接触部）、２０…電子キー、２１…電子キー制御部、２２…ＬＦ受信部、２３…ＵＨＦ送信部、２４…マイク。

Claims (4)

1. 接触部に第１の超音波振動子を搭載する車両と電子キーとの間で行う無線通信が成立する場合に車載機器の動作が実行又は許可される電子キーシステムにおいて、
   前記第１の超音波振動子の振動に伴う前記接触部における振動が変化したことを利用して前記接触部における接触の有無、及び前記第１の超音波振動子の振動に伴い発生する超音波が前記車両から前記電子キーに届くまでの時間を利用して前記車両と前記電子キーとの間の距離の両方を検出し、その検出結果に基づき前記車載機器の動作の実行又は許可を判断する制御部を備える電子キーシステム。
2. 接触部に第１の超音波振動子を搭載する車両と電子キーとの間で行う無線通信が成立する場合に車載機器の動作が実行又は許可される電子キーシステムにおいて、
   前記第１の超音波振動子の振動に伴う前記接触部における振動が変化したことを利用して前記接触部における接触の有無、及び前記第１の超音波振動子の振動に伴い発生する超音波が前記車両から前記電子キーに届くまでの時間を利用して前記車両と前記電子キーとの間の距離のうち少なくとも一方を検出し、その検出結果に基づき前記車載機器の動作の実行又は許可を判断する制御部を備え、
   前記電子キーは、超音波を拾うマイクと、このマイクで拾った超音波の応答として電波を送信する送信部と、を備え、
   前記車両は、前記電波を受信する受信部と、前記第１の超音波振動子が振動してから前記電波を受信するまでに要した応答時間から前記車両と前記電子キーとの間の距離を算出する算出部と、を備え、
   前記制御部は、前記電子キーとの間で行う無線通信が成立することに加えて、前記算出部の算出距離に基づき電子キーが車両に近接していると判断されるとき、前記車載機器の動作を実行又は許可する電子キーシステム。
3. 請求項１又は２に記載の電子キーシステムにおいて、
   前記接触部はドアハンドルであり、当該ドアハンドルに前記第１の超音波振動子を搭載し、前記第１の超音波振動子の振動に伴う前記ドアハンドルにおける振動が変化したことを利用して前記ドアハンドルにおける接触の有無を検出する電子キーシステム。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電子キーシステムにおいて、
   前記車両は、前記接触部に内蔵され前記接触部の振動に応じた電圧を出力する第２の超音波振動子を備え、
   前記制御部は、前記電子キーとの間で行う無線通信が成立することに加えて、前記第２の超音波振動子が出力する電圧が変化したことをトリガとして、前記車載機器の動作を実行する電子キーシステム。