WO2005088560A1 - Induktives bauelement, insbesondere für einen elektronischen schlüssel - Google Patents

Induktives bauelement, insbesondere für einen elektronischen schlüssel Download PDF

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WO2005088560A1
WO2005088560A1 PCT/EP2005/002525 EP2005002525W WO2005088560A1 WO 2005088560 A1 WO2005088560 A1 WO 2005088560A1 EP 2005002525 W EP2005002525 W EP 2005002525W WO 2005088560 A1 WO2005088560 A1 WO 2005088560A1
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coil
coils
electrical component
inductive electrical
signal
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Johannes Mattes
Wolfgang Stehle
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Marquardt Gmbh
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    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core

Definitions

  • Inductive component especially for an electronic key
  • the invention relates to an inductive electrical component according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an inductive electrical component is used in particular in an electronic key, an ID transmitter, a chip card or the like (hereinafter generally referred to as an electronic key) for keyless entry / go systems in motor vehicles for inside / outside recognition.
  • Electronic keys from KeylessEntry / Go systems are moved or carried by the user. They are therefore subject to constant miniaturization, so that the same functionality is sought with ever smaller components.
  • the electronic key can be equipped with means for inductive energy transmission from the motor vehicle to the key, so that the electronic key can be operated with this energy.
  • a device for signal transmission in which a plurality of coils, each having a coil former, are arranged as inductive components on a circuit board.
  • the longitudinal axes of the coils are arranged in different spatial directions, such that the coils have a reception and / or transmission characteristic in the manner of an antenna in these spatial directions.
  • a disadvantage of the known device for signal transmission is its space requirement and the high component and assembly costs. This device for signal transmission therefore appears to be unsuitable for use in an electronic key for a motor vehicle.
  • a miniaturized inductive electrical component in the manner of an antenna for a device for signal transmission is known from US 2003/0210198 AI.
  • the inductive electrical component has a coil body on which three coils are arranged as coil windings.
  • the longitudinal axes of the coils are arranged essentially orthogonally to one another on the coil body, such that the coils have a reception and / or transmission characteristic in all three spatial directions. This enables a field measurement for the electromagnetic field for waking and / or locating the electronic key in KeylessEntry / Go systems with a single inductive electrical component. Nevertheless, an electronic key that uses such an inductive electrical component is still bulky due to the means for inductive energy transmission.
  • the invention has for its object to provide an inductive electrical component with a further reduced space requirement with the same functionality, in particular with regard to the inside / outside detection and the energy transfer.
  • a further fourth coil is arranged on the single coil body in addition to the three coils arranged orthogonally to one another for the inside / outside detection.
  • This fourth coil is used for energy transmission by means of an electromagnetic field, in particular for the operation of the device for signal transmission.
  • all the coils are integrated into a single inductive electrical component in the manner of a multidimensional coil, so that instead of several separate coils on the circuit board, only a single component with a correspondingly reduced space requirement has to be accommodated.
  • Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the coil former to consist of a ferrite core.
  • the four coil windings are then applied to a common ferrite core.
  • the coils can be designed differently, for example in the type of winding, in the winding direction, in the wire thickness, in the type of wire or the like, so as to be optimally adapted to the respective intended use.
  • the energy transmitted by means of the fourth coil is used to operate the key.
  • the fourth coil can thus be designed for higher power.
  • the fourth coil for energy transmission can be aligned in one of the directions of the three other coils for the location or in a different direction. For the sake of a compact arrangement, it makes sense that the fourth coil is arranged on the coil body essentially in parallel and optionally spaced apart from one of the three coils.
  • the inductive electrical component can be inserted into a recess in the printed circuit board. This advantageously involves optimal assembly and space utilization, the maximum overall height for the component being able to be dimensioned larger by the thickness of the printed circuit board.
  • the electrical connections are not at the bottom of the component but are preferably attached to it laterally.
  • the electrical connections for the individual coils on the coil body can be independent of one another in a differential manner or also have one or more common ground connections in a single-ended manner.
  • a winding protection can be provided on the component for protection against mechanical or thermal loads.
  • This winding protection can be produced, for example, by potting, extrusion coating or the like using plastic.
  • the inductive electrical component according to the invention is primarily for use in a locking system, in particular for the operator-independent access and / or Driving authorization for a motor vehicle in the manner of a keyless entry / go functionality and / or suitable for operator-dependent access and / or driving authorization for a motor vehicle in the manner of remote / local control.
  • a locking system comprises at least two states, formed as a control device, such as a control device for unlocking and / or locking the car doors, the ignition lock, the steering wheel lock, for releasing and / or locking the immobilizer, the engine control unit or the like. , and an associated second device designed in the manner of an electronic key, an ID transmitter, a chip card or the like.
  • the two devices have means for sending and / or receiving signals.
  • At least one of the signals transmitted between the second device and the first device is, in particular, a coded operating signal for authenticating the second device, so that after a positive evaluation of the transmitted operating signal, the state of the first device can be changed when the second device is authorized.
  • there is an inductive electrical component which is used to wake and / or locate this device and is designed in accordance with the invention.
  • Such a second device can be carried and operated particularly conveniently by the user due to its small size.
  • the inductive electrical component has an expanded functionality in that it replaces several previously discrete components. Nevertheless, the inductive electrical component has a reduced space requirement. The component costs and the assembly and assembly costs incurred during further processing are also reduced. KeylessEntry / Go systems in motor vehicles using such an inductive electrical component are consequently less expensive and also more reliable than conventional systems.
  • Show it 1 is a motor vehicle equipped with a locking system
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of the first and second device with a diagram for the transmission of the signals
  • Fig. 6 is a schematic diagram for the electrical connection of the inductive electrical component according to a first embodiment
  • Fig. 7 is a schematic circuit diagram for the electrical connection of the inductive electrical component according to a second embodiment.
  • a motor vehicle 1 with the authorized user 2 can be seen in FIG. 1.
  • the motor vehicle 1 is provided with a locking system 3 as a door locking system, which comprises a first device 4 designed as a control device and an associated second device 5.
  • the second device 5 is designed in the manner of an electronic key, an identification (ID) transmitter, a chip card, a smart card or the like.
  • the second device 5 is in the possession of the authorized user 2, so that the latter has access to the motor vehicle 1 within an effective range 8 regardless of the operator.
  • the first device 4 has at least two states, with the car doors 6 being locked in the first state and unlocked in the second state.
  • the two devices 4, 5 have means for transmitting and / or receiving signals 7.
  • a coded, electromagnetic operating signal 23 (see FIG. 4).
  • the coded operating signal 23 serves for the authentication of the second device 5, whereby a change in the state of the first device 4 can be effected in the case of an authorized second device 5 after a positive evaluation of the transmitted operating signal 23.
  • the coded operating signal 23 is transmitted when the authorized user 2 actuates the door handle 16 on the car door 6 or approaches the door handle 16. This unlocks the car doors 6 according to the KeylessEntry functionality.
  • the transmission of the coded operating signal 23 can equally well take place automatically without the participation of the user 2 as soon as the user enters the effective range 8, which is not considered in more detail below. If the user closes the car doors 6 from the outside, the car doors 6 are automatically locked. The car doors 6 can also be automatically locked after the user has left the effective area 8.
  • the locking system 3 also determines the driving authorization for the motor vehicle 1 regardless of the operator.
  • the first device 4 designed as a control device likewise effects the unlocking and / or locking of the ignition lock 9 or the steering wheel lock 10, which can be seen in FIG. 3, in accordance with the two states.
  • Another functionally relevant component of motor vehicle 1 can equally well be controlled accordingly by first device 4.
  • an immobilizer, the engine control unit or the like can thereby be released and / or blocked.
  • the coded operating signal 23 for the authentication of the second device 5 is transmitted when the authorized user 2 is in the motor vehicle 1 and actuates a start / stop switch 11. As a result, the starting process or the like of the motor vehicle 1 is triggered in accordance with the KeylessGo functionality.
  • the locking system 3 for access authorization can also be controlled as a function of a remote control, depending on the operator.
  • the car doors 6 of the motor vehicle 1 can be operated remotely up to a certain maximum distance from the Lock and / or unlock motor vehicle 1, ie the central locking for the car doors 6 can be operated by the user 2.
  • a coded remote control signal 12 can be transmitted between the second device 5 and the first device 4.
  • remote control signals 12 electromagnetic signals, such as RF signals and / or infrared signals or the like, are generally used.
  • the transmission of the ferri operating signal 12 can be triggered by the user 2 by means of actuating members 14 located on the housing of the second device 5 and designed as buttons.
  • actuating members 14 located on the housing of the second device 5 and designed as buttons.
  • a control signal is in turn transmitted via a bus system 15 to the control unit 13 located in the respective car door 6 for locking and / or unlocking the car doors 6.
  • the second device 5 shown in FIG. 2 there are a total of three buttons 14, one button 14 each for unlocking and locking the car doors 6 —and another button 14 for opening the trunk lid.
  • the essentially operator-dependent driving authorization is shown in the manner of a local control.
  • the second device 5 is inserted into a receptacle 17 on an ignition lock 9 located in the dashboard of the motor vehicle 1.
  • contactless inductive energy transmission from the ignition lock 9 to the second device 5 can be switched on, so that the energy required for the intended operation of the second device 5 is supplied by the ignition lock 9.
  • the operator-dependent driving authorization can thus also be used in particular in an emergency, for example when the battery of the second device 5 is exhausted and an operator-independent mode of operation is then no longer possible.
  • the first device 4 then exchanges the coded operating signal 7 with the second device 5 located in the receptacle 17 via the bus system 15, which may be infrared signals, for example.
  • the immobilizer release is again activated.
  • the motor vehicle 1 can be started up, for example by actuating the start / stop switch 11, by actuating the ignition lock 9 or the like by the user 2.
  • the first device 4 sends an electromagnetic signal 20, referred to as a wake-up signal, for the associated second device 5 by means of a transmitter / receiver 18 as a means for transmitting and / or receiving signals.
  • This wakes up the second device 5 by bringing it out of an idle state reduced energy requirement is brought into an activated state for the intended operation.
  • the first device 4 sends at least one further, locating electromagnetic signal 21, which is also referred to below as an area delimitation signal.
  • the associated second device 5 can determine its location in relation to the first device 4. In particular, it can be determined whether the second device 5 is located outside of the motor vehicle 1 and, if appropriate, at which point in the exterior 25 and / or in the interior 24 of the motor vehicle 1 (see also FIG. 3).
  • the area delimitation signal 21 preferably consists of several sub-signals. There are three sub-signals 21a, 21b, 21c, which are each assigned to a motor vehicle side and the motor vehicle rear.
  • the partial signal 21a transmitted by the transmitter / receiver 18a is assigned to the left side of the motor vehicle
  • the partial signal 21c transmitted by the transmitter / receiver 18c is assigned to the rear of the motor vehicle, reference also being made to FIG. 3
  • the sub-signals 21a, 21b, 21c are sent in succession.
  • the location is then determined in accordance with the field strength of the respective sub-signal 21a, 21b, 21c received by the second device 5, specifically on the basis of the respective field strengths of the sub-signal 21a, 21b, 21c received in the three spatial directions x, y and z with the aid of an in Microprocessor 34 located in the second device. It is particularly preferred that the wake-up signal 20 and / or the area delimitation signal 21 or the partial signals 21a, 21b, 21c have a frequency lying in the inductive LF range.
  • the second device 5 then sends a further signal 22 containing the information about the determined location to the first device 4 by means of a transmitter / receiver 19, which signal is also referred to below as a response signal.
  • the coded electromagnetic operating signal 23 for example as an RF signal, is then transmitted between the first and the second device 4, 5 for authentication by means of the transceivers 18, 19.
  • the signal 23 can in particular consist of several partial signals and can be transmitted in a bidirectional communication between the two devices 4, 5. With regard to more details on bidirectional communication itself, reference is also made to DE 43 40 260 AI.
  • the second device 5 For signal transmission of the inductive signals 20, 21 or 21a, 21b, 21c, the second device 5 has an inductive electrical component 26 which acts like an antenna.
  • This component 26 has at least two coils 27, 28 which have a coil former.
  • the longitudinal axes of the coils 27, 28 are arranged in mutually different spatial directions, such that the coils 27, 28 have a reception and / or transmission characteristic in these spatial directions, which in turn means the measurement of the components of the field strength of the transmitted signal 20 pointing in these spatial directions.
  • the coils 27, 28 are arranged as coil windings on a single coil body 30.
  • the coil former 30 expediently consists of a ferrite core in order to ensure a sufficient signal strength.
  • the arrangement of only two coils 27, 28 on the coil body 30 is sufficient in some cases, but the spatial vectorial field strengths of the partial signals 21a, 21b, 21c can preferably be determined in the second device 5, for which purpose three coil windings 27, 28, on the coil body 30 29 are arranged essentially orthogonally to one another by means of their longitudinal axes.
  • the coil 27 is oriented in the x direction, the coil 28 in the y direction and the coil 29 in the z direction. This makes the Reception and / or transmission characteristics of the component 26 for field measurement for waking and / or locating the second device 5 in all three spatial directions.
  • a further, fourth coil 31 for energy transfer is arranged on the coil body 30.
  • the coils 27, 28, 29, 31 can be configured differently. For example, there may be differences in the type of winding, in the winding direction, in the wire thickness, in the type of wire or the like. This applies in particular to the fourth, which is used for energy transmission.
  • the fourth coil (31) is arranged essentially parallel and at a distance from one of the three coils (27, 28, 29) on the coil body (30), specifically in the present case to the coil 28.
  • the second device 5 there is a printed circuit board 33 on which the electrical electronic components, such as the component 26, the transmitter / receiver 19, the microprocessor 34 or the like, are arranged.
  • the component 26 can be inserted into a recess 32 in the circuit board 33 for optimal assembly and use of space.
  • the electrical connections (not shown further) for the component 26 are then preferably attached to the side of the coil body 30.
  • the coils 27, 28, 29, 31 on the coil body 30 can have independent electrical connections in a differential manner, as shown schematically in FIG. 6, or one or more common ground connections in have single-ended type, as can be seen schematically in FIG. ' 7.
  • the component 26 can have winding protection as protection against mechanical or thermal loads, but this is also not shown further.
  • winding protection can be achieved, for example, by potting, extrusion coating or the like Apply plastic when the inductive electrical component 26 is mounted on the circuit board 33.
  • an inductive electrical component 26 As described above with reference to a motor vehicle locking system 3, in at least one of the two devices 4, 5, in particular in the second device 5, there is an inductive electrical component 26 according to the invention which is used to wake and / or locate this device 5.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment described and illustrated. Rather, it also includes all professional training within the scope of the claims.
  • the inductive electrical component 26 can also be used for another door lock, which is located, for example, on a property or the like. It is also possible to use the inductive electrical component 26 in mobile telephones, in other data transmission systems or the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein induktives elektrisches Bauelement (26), insbesondere in der Art einer Antenne für eine Einrichtung zur Signalübertragung in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines ID-Gebers, einer Chipkarte o. dgl., mit einem Spulenkörper (30), an dem drei Spulen (27, 28, 29) als Spulenwicklungen angeordnet sind. Die Längsachsen der Spulen (27, 28, 29) sind im wesentlichen orthogonal zueinander am Spulenkörper (30) angeordnet, derart dass die Spulen (27, 28, 29) eine Empfangs- und/oder Sendecharakteristik in alle drei Raumrichtungen aufweisen. An dem einzigen Spulenkörper (30) ist eine weitere vierte Spule (31) zur Energieübertragung, insbesondere für den Betrieb der Einrichtung zur Signalübertragung, angeordnet. Desweiteren ist ein ein solches induktives elektrisches Bauelement (26) verwendendes Schliesssystem, insbesondere für die bedienungsunabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug in der Art einer KeylessEntry/Go-Funktionalität und/oder für die bedienungsabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug in der Art einer Fern-/Nahbedienung, beschrieben.

Description

Induktives Bauelement, insbesondere für einen elektronischen Schlüssel
Die Erfindung betrifft ein induktives elektrisches Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches induktives elektrisches Bauelement wird insbesondere in einem elektronischen Schlüssel, einem ID-Geber, einer Chipkarte o. dgl. (nachfolgend allgemein mit elektronischem Schlüssel bezeichnet) für KeylessEntry/Go-Systeme in Kraftfahrzeugen zur Innen/Aussen-Erkennung verwendet. Elektronische Schlüssel von KeylessEntry/Go- Systemen werden vom Benutzer mobil bewegt beziehungsweise mit sich getragen. Sie sind daher einer fortwährenden Miniaturisierung ausgesetzt, so daß mit immer kleineren Bauteilen die gleiche Funktionalität erstrebt wird. Außerdem kann der elektronische Schlüssel mit Mitteln zur induktiven Energieübertragung vom Kraftfahrzeug auf den Schlüssel ausgestattet sein, so daß der elektronische Schlüssel mit dieser Energie betreibbar ist.
Aus der DE 197 18 423 AI ist eine Einrichtung zur Signalübertragung bekannt, bei der auf einer Leiterplatte mehrere, jeweils einen Spulenkörper besitzende Spulen als induktive Bauelemente angeordnet sind. Die Längsachsen der Spulen sind in zueinander unterschiedlichen Raumrichtungen angeordnet, derart daß die Spulen eine Empfangsund/oder Sendecharakteristik in der Art einer Antenne in diese Raumrichtungen aufweisen. Nachteilig bei der bekannten Einrichtung zur Signalübertragung ist deren Platzbedarf sowie die hohen Bauteil- und Bestückungskosten. Zur Verwendung in einem elektronischen Schlüssel für ein Kraftfahrzeug erscheint diese Einrichtung zur Signalübertragung daher wenig geeignet. Ein miniaturisiertes induktives elektrisches Bauelement in der Art einer Antenne für eine Einrichtung zur Signalübertragung ist aus der US 2003/0210198 AI bekannt. Das induktive elektrische Bauelement weist einen Spulenkörper auf, an dem drei Spulen als Spulenwicklungen angeordnet sind. Die Längsachsen der Spulen sind im wesentlichen orthogonal zueinander am Spulenkörper angeordnet, derart daß die Spulen eine Empfangsund/oder Sendecharakteristik in alle drei Raumrichtungen aufweisen. Dadurch wird eine Feldmessung für das elektromagnetische Feld zum Wecken und/oder Orten des elektronischen Schlüssels in KeylessEntry/Go-Systemen mit einem einzigen induktiven elektrischen Bauelement ermöglicht. Dennoch ist ein elektronischer Schlüssel, der ein solches induktives elektrisches Bauelement verwendet, aufgrund der Mittel zur induktiven Energieübertragung immer noch voluminös ausgestaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives elektrisches Bauelement mit weiter verringertem Platzbedarf bei gleicher Funktionalität, insbesondere im Hinblick auf die Innen/Außen-Erkennung sowie die Energieübertragung, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen induktiven elektrischen Bauelement durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen induktiven elektrischen Bauelement ist zusätzlich zu den drei orthogonal zueinander angeordneten Spulen für die Innen/Außen-Erkennung eine weitere vierte Spule an dem einzigen Spulenkörper angeordnet. Diese vierte Spule dient zur Energieübertragung mittels eines elektromagnetischen Feldes, insbesondere für den Betrieb der Einrichtung zur Signalübertragung. Norteilhafterweise sind damit sämtliche Spulen zu einem einzigen induktiven elektrischen Bauelement in der Art einer mehrdimensionalen Spule integriert, so daß anstatt von mehreren separaten Spulen auf der Leiterplatte lediglich ein einziges Bauteil mit entsprechend verringertem Platzbedarf unterzubringen ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Zur Steigerung der Effizienz der Signalübertragung bietet es sich an, daß der Spulenkörper aus einem Ferritkern besteht. Die vier Spulenwicklungen sind dann auf einen gemeinsamen Ferritkern aufgebracht.
Bei Bedarf können die Spulen unterschiedlich, beispielsweise in der Bewicklungsart, in der Wickelrichtung, in der Drahtstärke, in der Drahtart o. dgl., ausgestaltet sein, um so dem jeweiligen Verwendungszweck optimal angepaßt zu werden. Zweckmäßigerweise bietet sich das bei der vierten Spule an, die der Energieübertragung auf den elektronischen Schlüssel dient. Die mittels der vierten Spule übertragene Energie wird zum Betrieb des Schlüssels verwendet. Im Gegensatz zu den lediglich einer Signalübertragung dienenden drei weiteren Spulen ist somit die vierte Spule für eine höhere Leistung auslegbar. Die Ausrichtung der vierten Spule zur Energieübertragung kann in eine der Richtungen der drei anderen Spulen für die Ortung oder auch in eine davon unterschiedliche Richtung erfolgen. Der kompakten Anordnung halber bietet es sich an, daß die vierte Spule im wesentlichen parallel sowie gegebenenfalls beabstandet zu einer der drei Spulen am Spulenkörper angeordnet ist.
Im Hinblick auf die Miniaturisierung des elektronischen Schlüssels kann das induktive elektrische Bauelement in eine Ausnehmung in der Leiterplatte eingesetzt sein. Damit ist vorteilhafterweise eine optimale Bestückung und Platzausnutzung verbunden, wobei die maximale Bauhöhe für das Bauelement um die Dicke der Leiterplatte größer dimensioniert werden kann. In diesem Falle liegen die elektrischen Anschlüsse nicht unten am Bauelement sondern sind bevorzugterweise daran seitlich angebracht. Die elektrischen Anschlüsse für die einzelnen Spulen am Spulerikörper können je nach Verwendungszweck in differentieller Art voneinander unabhängig oder auch einen beziehungsweise mehrere gemeinsame Masseanschlüsse in singleended Art besitzen.
Für den Schutz gegen mechanische oder thermische Belastungen läßt sich am Bauelement ein Wicklungsschutz vorsehen. Dieser Wicklungsschutz kann beispielsweise durch Verguß, Umspritzung o. dgl. mittels Kunststoff hergestellt sein.
Das erfindungsgemäße induktive elektrische Bauelement ist vor allem zur Verwendung in einem Schließsystem, insbesondere für die bedienungsunabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug in der Art einer KeylessEntry/Go-Funktionalität und/oder für die bedienungsabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug in der Art einer Fern-/Nahbedienung geeignet. Ein solches Schließsystem umfaßt eine wenigstens zwei Zustände besitzende, als Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung, wie eine Steuereinrichtung zur Ent- und/oder Verriegelung der Autotüren, des Zündschlosses, der Lenkradverriegelung, zur Freigabe und/oder Sperrung der Wegfahrsperre, des Motorsteuergeräts o. dgl., und eine zugehörige, in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines ID-Gebers, einer Chipkarte o. dgl. ausgebildete zweite Einrichtung. Die beiden Einrichtungen besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen. Bei wenigstens einem der zwischen der zweiten Einrichtung und der ersten Einrichtung übertragenen Signale handelt es sich insbesondere um ein codiertes Betriebssignal zur Authentikation der zweiten Einrichtung, so daß nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals bei berechtigter zweiter Einrichtung eine Änderung des Zustandes der ersten Einrichtung bewirkbar ist. In wenigstens einer der beiden Einrichtungen, insbesondere in der zweiten Einrichtung, befindet sich ein zum Wecken und/oder Orten dieser Einrichtung dienendes induktives elektrisches Bauelement, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Eine solcherart ausgebildete zweite Einrichtung läßt sich aufgrund deren geringen Größe besonders bequem vom Benutzer mit sich tragen und bedienen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das induktive elektrische Bauelement eine erweiterte Funktionalität besitzt, indem es mehrere bisher diskret ausgestaltete Bauteile ersetzt. Dennoch besitzt das induktive elektrische Bauelement einen verkleinerten Platzbedarf. Desgleichen verringern sich die Bauteilkosten sowie die bei der Weiterverarbeitung entstehenden Bestückungs- und Montagekosten. Ein solches induktives elektrisches Bauelement verwendende KeylessEntry/Go-Systeme in Kraftfahrzeugen sind folglich kostengünstiger und auch betriebssicherer als herkömmliche Systeme.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein mit einem Schließsystem ausgestattetes Kraftfahrzeug,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild für das Schließsystem,
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild für das Kraftfahrzeug,
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der ersten und zweiten Einrichtung mit einem Diagramm zur Übertragung der Signale,
Fig. 5 das in der zweiten Einrichtung befindliche induktive elektrische Bauelement in perspektivischer Ansicht,
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild für den elektrischen Anschluß des induktiven elektrischen Bauelements entsprechend einer ersten Ausgestaltung und
Fig. 7 ein schematisches Schaltbild für den elektrischen Anschluß des induktiven elektrischen Bauelements entsprechend einer zweiten Ausgestaltung.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit dem berechtigten Benutzer 2 zu sehen. Das Kraftfahrzeug 1 ist für die Zugangsberechtigung mit einem Schließsystem 3 als Türschließsystem versehen, das eine als eine Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 4 und eine zugehörige zweite Einrichtung 5 umfaßt. Die zweite Einrichtung 5 ist in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines Identifikations(ID)-Gebers, einer Chipkarte, einer Smartcard o. dgl. ausgebildet. Die zweite Einrichtung 5 befindet sich im Besitz des berechtigten Benutzers 2, womit dieser innerhalb eines Wirkbereichs 8 bedienungsunabhängig Zugang zum Kraftfahrzeug 1 besitzt.
Die erste Einrichtung 4 besitzt wenigstens zwei Zustände, wobei im ersten Zustand eine Verriegelung und im zweiten Zustand eine Entriegelung der Autotüren 6 vorliegt. Die beiden Einrichtungen 4, 5 besitzen zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen 7. Bei wenigstens einem dieser zwischen der zweiten Einrichtung 5 und der ersten Einrichtung 4 übertragenen Signale 7 handelt es sich um ein codiertes, elektromagnetisches Betriebssignal 23 (siehe Fig. 4). Das codierte Betriebssignal 23 dient zur Authentikation der zweiteri Einrichtung 5, womit bei berechtigter zweiter Einrichtung 5 nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals 23 eine Änderung des Zustandes der ersten Einrichtung 4 bewirkbar ist. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 23 erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 2 den Türgriff 16 an der Autotüre 6 betätigt oder sich dem Türgriff 16 annähert. Dadurch wird die Entriegelung der Autotüren 6 entsprechend der KeylessEntry-Funktionalität ausgelöst. Ebensogut kann die Übertragung des codierten Betriebssignals 23 auch selbsttätig ohne Mitwirkung des Benutzers 2 erfolgen, sobald dieser den Wirkbereich 8 betritt, was jedoch im folgenden nicht näher betrachtet wird. Schließt der Benutzer die Autotüren 6 von außen, so erfolgt eine selbsttätige Verriegelung der Autotüren 6. Ebensogut kann die selbsttätige Verriegelung der Autotüren 6 erfolgen, nachdem der Benutzer den Wirkbereich 8 verlassen hat.
Das Schließsystem 3 stellt weiterhin bedienungsunabhängig die Fahrberechtigung für das Kraftfahrzeug 1 fest. Hierzu bewirkt die als Steuereinrichtung ausgebildete erste Einrichtung 4 ebenfalls entsprechend den beiden Zuständen die Ent- und/oder Verriegelung des Zündschlosses 9 oder der Lenkradverriegelung 10, die in Fig. 3 zu sehen sind. Ebensogut kann ein sonstiges funktionsrelvantes Bauteil des Kraftfahrzeugs 1 durch die erste Einrichtung 4 dementsprechend angesteuert werden. Beispielsweise kann dadurch eine Freigabe und/oder Sperrung einer Wegfahrsperre, des Motorsteuergeräts o. dgl. erfolgen. Die Übertragung des codierten Betriebssignals 23 zur Authentikation der zweiten Einrichtung 5 erfolgt dann, wenn der berechtigte Benutzer 2 sich im Kraftfahrzeug 1 befindet und einen Start/Stop-Schalter 11 betätigt. Dadurch wird der Start- Vorgang o. dgl. des Kraftfahrzeugs 1 entsprechend der KeylessGo-Funktionalität ausgelöst.
Wie anhand der Fig. 2 zu sehen ist, läßt sich mit Hilfe der zweiten Einrichtung 5 das Schließsystem 3 zur Zugangsberechtigung auch bedienungsabhängig in der Art einer Fernbedienung ansteuern. Im vorliegenden Fall lassen sich die Autotüren 6 des Kraftfahrzeugs 1 fernbedienbar bis zu einer gewissen maximalen Entfernung vom Kraftfahrzeug 1 ver- und/oder entriegeln, d.h. die Zentralverriegelung für die Autotüren 6 läßt sich so durch den Benutzer 2 betätigen.
Hierfür ist zwischen der zweiten Einrichtung 5 und der ersten Einrichtung 4 ein codiertes Fernbedienungssignal 12 übertragbar. Als Fernbedienungssignale 12 werden in der Regel elektromagnetische Signale, wie Hf-Signale und/oder Infrarot-Signale o. dgl., verwendet. Die Übertragung des Ferribedienungssignals 12 ist mittels am Gehäuse der zweiten Einrichtung 5 befindlicher, als Tasten ausgestalteter Betätigungsorgane 14 durch den Benutzer 2 auslösbar. Nach positiver Auswertung des übertragenen Fernbedienungssignal 12, d.n. falls es sich um die berechtigte zweite Einrichtung 5 handelt, wird wiederum ein Steuersignal über ein Bussystem 15 an das in der jeweiligen Autotüre 6 befindliche Steuergerät 13 zur Ver- und/oder Entriegelung der Autotüren 6 übertragen. Bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Einrichtung 5 sind insgesamt drei Tasten 14 vorhanden, und zwar je eine Taste 14 zur Entriegelung und Verriegelung der Autotüren 6 -sowie eine weitere Taste 14 für die Öffnung des Kofferraumdeckels.
In Fig. 2 ist weiter die im wesentlichen bedienungsabhängige Fahrberechtigung in der Art einer Nahbedienung gezeigt. Hierzu wird die zweite Einrichtung 5 in eine Aufnahme 17 an einem im Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs 1 befindlichen Zündschloß 9 eingesteckt. Hierbei kann eine kontaktlose induktive Energieübertragung vom Zündschloß 9 auf die zweite Einrichtung 5 eingeschaltet werden, so daß die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der zweiten Einrichtung 5 benötigte Energie vom Zündschloß 9 geliefert wird. Somit läßt sich die bedienungsabhängige Fahrberechtigung insbesondere auch im Notfall einsetzen, beispielsweise wenn die Batterie der zweiten Einrichtung 5 erschöpft und eine bedienungsunäbhängige Betriebsweise dann nicht mehr ermöglicht ist. Anschließend tauscht die erste Einrichtung 4 mit der in der Aufnahme 17 befindlichen zweiten Einrichtung 5 über das Bussystem 15 das codierte Betriebssignal 7 aus, wobei es sich beispielsweise um Infrarotsignale handeln kann. Nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals 7 wird wiederum die Freigabe für die Wegfahrsperre aktiviert. Nach Freigabe der Wegfahrsperre ist die Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs 1, beispielsweise durch Betätigen des Start/Stop-Schalters 11, durch Betätigen des Zündschlosses 9 o. dgl. durch den Benutzer 2, ermöglicht. Die bedienungsunabhängige Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schließsystems 3 soll nun anhand der Fig. 4 noch näher erläutert werden.
Zunächst sendet die erste Einrichtung 4 mittels eines Senders/Empfängers 18 als Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen ein als Wecksignal bezeichnetes elektromagnetisches Signal 20 für die zugehörige zweite Einrichtung 5. Dadurch wird die zweite Einrichtung 5 geweckt, indem diese aus einem Ruhezustand mit verringertem Energiebedarf in einen aktivierten Zustand für den bestimmungsgemäßen Betrieb übergeführt wird.
Danach sendet die erste Einrichtung 4 wenigstens ein weiteres, der Ortung dienendes elektromagnetisches Signal 21, das nachfolgend auch als Bereichsabgrenzungssignal bezeichnet ist. Dadurch kann die zugehörige zweite Einrichtung 5 deren Standort in Bezug auf die erste Einrichtung 4 bestimmen. Insbesondere läßt sich feststellen, ob die zweite Einrichtung 5 außerhalb am Kraftfahrzeug 1 sowie gegebenenfalls an welcher Stelle des Außenraums 25 und/oder im Innenraum 24 des Kraftfahrzeugs 1 (siehe auch Fig. 3) befindlich ist.
Bevorzugterweise besteht das Bereichsabgrenzungssignal 21 aus mehreren Teilsignalen. Es bieten sich hierfür drei Teilsignale 21a, 21b, 21c an, wobei diese jeweils einer Kraftfahrzeugseite und dem Kraftfahrzeugheck zugeordnet sind. So ist das vom Sender/Empfänger 18a gesendete Teilsignal 21a der linken Kraftfahrzeugseite, das vom Sender/Empfänger 18b gesendete Teilsignal 21b der rechten Kraftfahrzeugseite und das vom Sender/Empfänger 18c gesendete Teilsignal 21c dem Kraftfahrzeugheck zugeordnet, wobei hierzu auch auf Fig. 3 verwiesen wird. Die Teilsignale 21a, 21b, 21c werden nacheinander gesendet. Die Standortbestimmung wird dann entsprechend der von der zweiten Einrichtung 5 empfangenen Feldstärke des jeweiligen Teilsignals 21a, 21b, 21c, und zwar anhand der in den drei Raumrichtungen x, y und z empfangenen jeweiligen Feldstärken des Teilsignals 21a, 21b, 21c mit Hilfe eines in der zweiten Einrichtung befindlichen Mikroprozessors 34 ermöglicht. Besonders bevorzugt ist, daß das Wecksignal 20 und/oder das Bereichsabgrenzungssignal 21 bzw. die Teilsignale 21a, 21b, 21c eine im induktiven NF-Bereich liegende Frequenz aufweisen.
Nachfolgend sendet dann die zweite Einrichtung 5 mittels eines Senders/Empfängers 19 ein die Information zum ermittelteten Standort beinhaltendes weiteres Signal 22 zur ersten Einrichtung 4, das im folgenden auch als Rückantwortsignal bezeichnet ist. Schließlich wird dann, wie bereits beschrieben, das codierte elektromagnetische Betriebssignal 23, beispielsweise als HF-Signal, zur Authentikation mittels der Sender/Empfänger 18, 19 zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung 4, 5 übertragen. Das Signal 23 kann insbesondere aus mehreren Teilsignalen bestehen und in einer bidirektionalen Kommunikation zwischen den beiden Einrichtungen 4, 5 übertragen werden. Im Hinblick auf nähere Einzelheiten zur bidirektionalen Kommunikation an sich wird auch auf die DE 43 40 260 AI verwiesen.
Zur Signalübertragung der induktiven Signale 20, 21 bzw.21a, 21b, 21 c besitzt die zweite Eirichtung 5 ein in der Art einer Antenne wirkendes induktives elektrisches Bauelement 26. Dieses Bauelement 26 weist wenigstens zwei einen Spulenkörper besitzende Spulen 27, 28 auf. Die Längsachsen der Spulen 27, 28 sind in zueinander unterschiedlichen Raumrichtungen angeordnet, derart daß die Spulen 27, 28 eine Empfangs- und oder Sendecharakteristik in diese Raumrichtungen aufweisen, was wiederum die Messung der in diese Raumrichtungen weisenden Komponenten der Feldstärke des übertragenen Signals 20,
21 bzw. 21a, 21b, 21c gestattet. Wie anhand der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Spulen 27, 28 als Spulenwicklungen an einem einzigen Spulenkörper 30 angeordnet. Der Spulenkörper 30 besteht zweckmäßigerweise aus einem Ferritkern, um eine genügende Signalstärke zu gewährleisten.
Die Anordnung von lediglich zwei Spulen 27, 28 am Spulerikörper 30 ist in manchen Fällen ausreichend, bevorzugterweise können jedoch in der zweiten Einrichtung 5 die räumlich vektoriellen Feldstärken der Teilsignale 21a, 21b, 21c bestimmt werden, wozu am Spulerikörper 30 drei Spulenwicklungen 27, 28, 29 mittels ihrer Längsachsen im wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind. Die Spule 27 ist in x-Richtung, die Spule 28 in y-Richtung und die Spule 29 in z-Richtung ausgerichtet. Dadurch wirkt die Empfangs- und/oder Sendecharakteristik des Bauelements 26 zur Feldmessung für das Wecken und/oder Orten der zweiten Einrichtung 5 in alle drei Raumrichtungen.
Wie bereits erwähnt, kann bei der bedienungsabhängigen Fahrberechtigung, wozu die zweite Einrichtung 5 im Zündschloß 9 eingesteckt ist, eine kontaktlose induktive Energieübertragung vom Zündschloß 9 auf die zweite Einrichtung 5 erfolgen, um deren Batterie zu schonen und/oder den Betrieb im Notfall zu gewährleisten. Zu diesem Zweck ist noch eine weitere, vierte Spule 31 zur Energieübertragung am Spulenkörper 30 angeordnet. Entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck können die Spulen 27, 28, 29, 31 unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielsweise können Unterschiede in der Bewicklungsart, in der Wickelrichtung, in der Drahtstärke, in der Drahtart o. dgl. vorliegen. Dies betrifft insbesondere die der Energieübertragung dienende vierte. Spule 31, die für höhere Leistungen als die lediglich zur Signalübertragung dienenden Spulen 27, 28, 29 geeignet sein muß. Entsprechend der Fig. 5 ist die vierte Spule (31) im wesentlichen parallel sowie beabstandet zu einer der drei Spulen (27, 28, 29) am Spulerikörper (30), und zwar vorliegend zur Spule 28, angeordnet.
Wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, befindet sich in der zweiten Einrichtung 5 eine Leiterplatte 33, auf der die elektrischen elektronischen Bauteile, wie das Bauelement 26, der Sender/Empfanger 19, der Mikroprozessor 34 o. dgl., angeordnet sind. Das Bauelement 26 kann zur optimalen Bestückung und Platzausnutzung in eine Ausnehmung 32 in der Leiterplatte 33 eingesetzt sein. Die nicht weiter gezeigten elektrischen Anschlüsse für das Bauelement 26 sind dann bevorzugterweise seitlich am Spulenkörper 30 angebracht. Je nach dem Aufbau der elektrischerJelektronischen Schaltungsanordnung zur Auswertung der gemessenen vektoriellen Feldstärke können die Spulen 27, 28, 29, 31 am Spulenkörper 30 voneinander unabhängige elektrische Anschlüsse in differentieller Art, wie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist, oder einen beziehungsweise mehrere gemeinsame Masseanschlüsse in single-ended Art, wie schematisch in Fig.' 7 zu sehen ist, besitzen. Schließlich kann das Bauelement 26 einen Wicklungsschutz als Schutz gegen mechanische oder thermische Belastungen aufweisen, was jedoch ebenfalls nicht weiter gezeigt ist. Ein derartiger Wicklungsschutz läßt sich beispielsweise durch Verguß, Umspritzung o. dgl. mittels Kunststoff aufbringen, wenn das induktive elektrische Bauelement 26 auf der Leiterplatte 33 montiert ist.
Wie vorstehend anhand eines Kraftfahrzeug-Schließsystems 3 beschrieben, befindet sich in wenigstens einer der beiden Einrichtungen 4, 5, insbesondere in der zweiten Einrichtung 5, ein zum Wecken und/oder Orten dieser Einrichtung 5 dienendes induktives elektrisches Bauelement 26 gemäß der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Patentansprüche. So kann das induktive elektrische Bauelement 26 auch eine Verwendung für ein sonstiges Türschloß, das sich beispielsweise an einer Immobilie o. dgl. befindet, finden. Ebenso ist ein Einsatz des induktiven elektrischen Bauelements 26 in Mobiltelefonen, in sonstigen Datenübertragungssystemen o. dgl. möglich.
Bezugszeichen-Liste:
Kraftfahrzeug (berechtigter) Benutzer Schließsystem erste Einrichtung zweite Einrichtung Autotüre Signal Wirkbereich Zündschloß Lenkradverriegelung Start/Stop-Schalter Fernb edienungssignal Steuergerät (in der Autotüre) Betätigungsorgan / Taste (an zweiter Einrichtung) Bussystem Türgriff Aufnahme (von Zündschloß),18a,b,c: Sender/Empfänger (in der ersten Einrichtung) Sender/Empfänger (in der zweiten Einrichtung) Signal / Wecksignal Signal / Bereichsabgrenzungssignal a,b,c: Teilsignale (des Bereichsabgrenzungssignals) Signal / Rückantwortsignal Signal / (codiertes) Betriebssignal Innenraum (vom Kraftfahrzeug) Außenraum (vom Kraftfahrzeug) (induktives elektrisches) Bauelement Spule / Spulenwicklung (in x-Richtung) Spule / Spulenwicklung (in y-Richtung) Spule / Spulenwicklung (in z-Richtung) Spulerikörper
Spule (zur Energieübertragung)
Ausnehmung (in der Leiterplatte)
Leiterplatte
Mikroprozessor

Claims

P at e n t an s p rü c h e :
1. Induktives elektrisches Bauelement, insbesondere in der Art einer Antenne für eine Einrichtung zur Signalübertragung in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines ID- Gebers, einer Chipkarte o. dgl, mit einem (einzigen) Spulenkörper (30), mit drei am Spulenkörper (30) als Spulenwicklungen angeordneten Spulen (27, 28, 29), wobei die Längsachsen der Spulen (27, 28, 29) im wesentlichen orthogonal zueinander am Spulenkörper (30) angeordnet sind, derart daß die Spulen (27, 28, 29) eine Empfangsund/oder Sendecharakteristik in alle drei Raumrichtungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere vierte Spule (31) zur Energieübertragung, insbesondere für den Betrieb der Einrichtung zur Signalübertragung, am Spulerikörper (30) angeordnet ist.
2. Induktives elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulerikörper (30) aus einem Ferritkern besteht.
3. Induktives elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (27, 28, 29, 31), insbesondere die vierte Spule (31), unterschiedlich, beispielsweise in der Bewicklungsart, in der Wickelrichtung, in der Drahtstärke, in der Drahtart o. dgl., ausgestaltet sind, und daß vorzugsweise die vierte Spule (31) im wesentlichen parallel sowie gegebenenfalls beabstandet zu einer der drei Spulen (27, 28, 29) am Spulerikörper (30) angeordnet ist.
4. Induktives elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) in eine Ausnehmung (32) in der Leiterplatte (33) eingesetzt ist, und daß vorzugsweise die elektrischen Anschlüsse für das Bauelement (26) seitlich angebracht sind.
5. Induktives elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (27, 28, 29, 31) am Spulenkörper (30) voneinander unabhängige elektrische Anschlüsse oder einen beziehungsweise mehrere gemeinsame Masseanschlüsse besitzen.
6. Induktives elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (26) einen Wicklungsschutz, beispielsweise durch Verguß, Umspritzung o. dgl. mittels Kunststoff, aufweist.
7. Schließsystem, insbesondere für die bedienungsunabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug (1) in der Art einer KeylessEntry/Go- Funktionalität und/oder für die bedienungsabhängige Zugangs- und/oder Fahrberechtigung bei einem Kraftfahrzeug (1) in der Art einer Feπ Nahbedienung, mit einer wenigstens zwei Zustände besitzenden, als Steuereinrichtung ausgebildeten ersten Einrichtung (4), wie einer Steuereinrichtung zur Ent- und/oder Verriegelung der Autotüren (6), des Zündschlosses (9), der Lenkradverriegelung (10), zur Freigabe und/oder Sperrung der Wegfahrsperre, des Motorsteuergeräts o. dgl., und mit einer zugehörigen, in der Art eines elektronischen Schlüssels, eines ID-Gebers, einer Chipkarte o. dgl. ausgebildeten zweiten Einrichtung (5), wobei die beiden Einrichtungen (4, 5) zu deren bestimmungsgemäßen Betrieb Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Signalen besitzen, und wobei es sich insbesondere bei wenigstens einem der zwischen der zweiten Einrichtung (5) und der ersten Einrichtung (4) übertragenen Signale (7) um ein codiertes Betriebssignal (23) zur Authentikation der zweiten Einrichtung (5) handelt, so daß nach positiver Auswertung des übertragenen Betriebssignals (23) bei berechtigter zweiter Einrichtung (5) eine Änderung des Zustandes der ersten Einrichtung (4) bewirkbar ist, wobei in wenigstens einer der beiden Einrichtungen (4, 5), insbesondere in der zweiten Einrichtung (5), ein induktives elektrisches Bauelement (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche befindlich ist.
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