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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Senden und Empfangen von Signalen zwischen mindestens einer
ersten Sende- und Empfangseinrichtung und mindestens einer weiteren
Sende- und Empfangseinrichtung, insbesondere zum Ent- und/oder Verriegeln
eines Fahrzeugs sowie Sende- und Empfangseinrichtungen und eine
Anordnung aus solchen hierfür.
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Derartige Verfahren sowie Sende-
und Empfangseinrichtungen finden beispielsweise in der Fahrzeugtechnik
Anwendung, um die Entriegelung des Fahrzeuges bzw. der Fahrzeugtüren und/oder das
Aktivieren und Deaktivieren der Diebstahlsicherung auf eine für eine Bedienperson
möglichst
komfortable Weise zu ermöglichen.
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Hierbei werden vermehrt passive Zugangssysteme
verwendet, bei denen eine Bedienperson einen ID-Geber mit sich trägt, der
im Gegensatz zu aktiven Systemen nicht mittels eines Knopfes oder ähnlichem
betätigt
werden muss, sondern selbsttätig
mit einer im Fahrzeug befindlichen entsprechenden Basisstation kommuniziert.
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Für
derartige aktive und insbesondere für passive elektronische, zumeist
funkbasierte Schlüsselsysteme
bestehen hohe Anforderungen an Sicherheit gegenüber unberechtigtem Zugang wie
beispielsweise ein Abhören
eines ID-Gebers innerhalb oder außerhalb der Reichweite der
Basisstation im Fahrzeug und widerrechtlicher Wiedergabe.
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Um einen unberechtigten Zugang zu
verhindern, werden üblicherweise
besondere Verschlüsselungsalgorithmen
und Veränderungen
des Zugangscodes vorgenommen.
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Aus der WO98/50652 A1 ist beispielsweise ein
Diebstahlschutzsystem bekannt, bei dem von einer fahrzeugseitigen
Sendeeinheit ein Fragesignal über
zwei voneinander getrennte Antennen ausgesendet wird, wodurch das
Fragesignal in Abhängigkeit
von den Übertragungsparametern
in zumindest zwei verschiedenen Übertragungskanälen übertragen
wird, wobei die Übertragungsparameter
in Abhängigkeit
vom Antwortsignal verändert
werden.
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Aus der
DE 197 12 911 A1 ist weiterhin
ein Magnetfeldsensor für
ein schlüsselloses
Zugangssystem bekannt, mit dem die Einfallsrichtung einer von einem
Sender im Nahfeld ausgestrahlten elektromagnetischen Strahlung detektiert
werden kann. Der Magnetfeldsensor besteht aus wenigstens einer ersten
und wenigstens einer zweiten Leiterschleife, die im wesentlichen
konzentrisch zueinander angeordnet und zum Zentrum im wesentlichen
symmetrisch aufgebaut sind.
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Aus der
DE 44 09 167 C1 ist zudem
eine schlüssellose
Zugangskontrolleinrichtung bekannt, bei der durch Betätigen eines
Türgriffs
ein Frage-Antwort-Dialog zwischen einem Fahrzeugsteuergerät und einer
tragbaren Chipkarte in Gang gesetzt wird, um die Zugangsberechtigung
eines Benutzers zu überprüfen. Der
Dialog wird sofort abgebrochen, falls der Abstand Chipkarte-Kraftfahrzeug,
der durch eine Abstandsdetekitiereinrichtung gemessen wird, zu groß ist.
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In der
DE 198 36 957 C1 wird dagegen
eine Diebstahlschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein
Verfahren zum Betreiben einer solchen Diebstahlschutzeinrichtung
vorgeschlagen, bei der von einer fahrzeugseitigen Sendeeinheit ein
erstes Fragesignal ausgesendet und dessen Empfangsleistung in einem
tragbaren Codegeber gemessen wird. Anschließend wird ein zweites Fragesignal
unter veränderten
Sendebedingungen ausgesendet und dessen Empfangsleistung ebenfalls
gemessen. Erst wenn die empfangenen Leistungen auch unterschiedlich sind,
werden Türen
entriegelt oder der Verbrennungsmotor gestartet.
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Mit der fortschreitenden Technik,
die einen unberechtigten Zugang auch gegenüber solchen Schutzmaßnahmen
ermöglicht,
entsteht in der Praxis die Forderung nach weiterem verbesserten
Schutz gegen unberechtigten Zugang bzw. fälschlicher Detektierung eines
ID-Gebers.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Senden und Empfangen
mit wenigstens einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung eines
Objekts und wenigstens einer weiteren mobilen Sende- und Empfangseinrichtung
für das
Auslösen
wenigstens einer Aktion im Objekt sowie eine Sende- und Empfangseinrichtung
und eine Anordnung hierfür
zu schaffen, die auf einfache Art und Weise eine erhöhte Sicherheit
gegenüber
unberechtigten Eingriffen gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Sende- und
Empfangseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine Anordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Durch das Detektieren der Sendefeldstärke und
Senderichtung der ersten, beispielsweise zum Objekt stationären, Sende-
und Empfangseinrichtung in der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung
werden zusätzliche
Parameter übermittelt
und nur bei einem positiven Ergebnis des Vergleichs mit entsprechenden
Soll-Werten eine Aktion im Objekt ausgelöst. Da diese zusätzlichen
Parameter bei bisher bekannten derartigen Übermittlungsverfahren zum Detektieren
einer mobilen Sende- und Empfangseinrichtung bisher nicht verwendet
werden, erhöht
sich die Sicherheit gegenüber
derzeit bekannten Methoden zur Verschaffung eines widerrechtlichen
Zugangs.
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Zudem kann durch dieses Verfahren
eine Aktion im Objekt nur ausgelöst
werden, wenn sich die mobile Sende- und Empfangseinrichtung wie
beispielsweise ID-Geber, in der Reichweite der ersten Sende- und
Empfangseinrichtung beispielsweise einer Basisstation in einem Fahrzeug
befindet. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein unberechtigter Zugang
mittels Abhören
eines ID-Gebers außerhalb
der Reichweite und Ausnützen
dieser gewonnenen Information hierzu erfolgreich verhindert werden,
da zu einem Zeitpunkt außerhalb
der Reichweite diese Parameter (Sendefeldstärke und Senderichtung) nicht vorliegen
und dementsprechend nicht aufgezeichnet werden können.
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Die Auswerteeinheit zum Vergleich
der empfangenen Werte für
Sendefeldstärke
und Senderichtung mit entsprechenden Soll-Werten kann sich hierbei in der mobilen
Sende- und Empfangseinrichtung selbst befinden. Es ist aber auch
denkbar, dass diese Werte von der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung
wieder zurück
an die stationäre
Sende- und Empfangseinrichtung übermittelt
werden und erst dort einer Auswerteeinheit mit entsprechenden Soll-Werten
verglichen werden.
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In jedem Fall kann erst bei einem
positiven Vergleichsergebnis eine entsprechende Aktion im Objekt,
wie Deaktivieren der Diebstahlsicherung und/oder Entriegelung des
Fahrzeugs bzw. Fahrzeugtüren
ausgelöst
werden, indem korrekt detektiert wurde, dass die mobile Sende- und
Empfangseinrichtung sich innerhalb der Reichweite der stationären Sende-
und Empfangseinrichtung befindet. Umgekehrt ist es möglich, dass
bei Verlassen der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung der Reichweite der
stationären
Sende- und Empfangseinrichtung entsprechende Aktionen wie Aktivierung
der Diebstahlsicherung und/oder Verriegeln eines Fahrzeugs ausgelöst werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der
Erfindung sendet die stationäre
Sende- und Empfangseinrichtung mit wenigstens zwei Sendeantennen,
wobei während
einer Übertragung
Datentelegramme, welche beispielsweise Intervall- oder pulsartig
in digitalen Blöcken
erfolgen kann, ein Umschalten zwischen den Sendeantennen möglich ist,
so dass sich auf Grund der nicht identischen Anordnung der Sendeantennen
unterschiedliche Sendefelder ergeben. Hierbei sind die Umschaltzeitpunkte
auch der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung bekannt, bei spielsweise
fest vorgegeben und eventuell abwandelbar mittels eines feststehenden
Algorithmus. Es ist aber auch denkbar, dass die Umschaltzeitpunkte über dieselbe
oder eine weitere Übermittlungsstrecke
zwischen stationärer
Sende- und Empfangseinrichtung und mobiler Sende- und Empfangseinrichtung übermittelt
und evtl. zwischengespeichert werden und auf diese Weise ebenfalls
vorgebbar sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann
auch die Sendefeldstärke
während
einer Übertragung
beispielsweise eines digitalen Übertragungsblocks
variiert werden, wobei die Art und Zeitpunkte der Variationen in
der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung wie vorstehend für die Umschaltzeitpunkte
beschrieben vorgebbar sind.
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Durch diese weiteren Ausgestaltungen
erhöht
sich vorteilhafterweise die Sicherheit gegenüber einem unberechtigten Zugangsversuch,
da weitere Parameter ausgewertet und mit entsprechenden Soll-Werten
verglichen werden und erst bei einem positiven Ergebnis zur Auslösung einer
entsprechenden Aktion im Objekt führen.
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Die Sende- und Empfangseinrichtung
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens weist wenigstens zwei Sende- und/oder Empfangsantennen auf.
Hierbei kann beispielsweise die stationäre Sende- und Empfangseinrichtung
mit zwei an nicht identischen Plätzen
befindlichen Antennen, die hinsichtlich der räumlichen Lage unterschiedlich
angeordnet sein können,
senden, wobei diese mindestens zwei Felder von einer mobilen Sende-
und Empfangseinrichtung mit wenigstens zwei Empfangsantennen, die sich
an unterschiedlichen Positionen befinden, empfangen werden können, wobei
durch bekannte trigonometrische Verfahren sowohl die Größe des sendenden
Feldes, beispielsweise Magnetfeldes, als auch dessen Richtung bezüglich der
Lage und Orientierung der mobilen Sende- und Empfangseinrichtung
berechnet werden kann. Statt einer Anordnung aus 2 Antennen (Sende- oder Empfangsantenne)
ist auch denkbar, ein und dieselbe (Sen de- oder Empfangsantenne)
beispielsweise im Multiplexbetrieb mit unterschiedlichen Parametern
(Sendeleistung) zu betreiben, um auf diese Weise ebenfalls unterschiedliche
Felder zu erhalten.
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Selbstverständlich kann, statt wie geschildert,
auch clie mobile Sende- und Empfangseinrichtung mit zwei Sendeantennen
senden und die stationäre
Sende- und Empfangseinrichtung entsprechend mit zwei Empfangsantennen
empfangen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an
Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer stationären Sende-
und Empfangseinrichtung mit zwei Sendeantennen;
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2 eine
mobile Sende- und Empfangseinrichtung mit drei Empfangsantennen
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3 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer stationären Sende-
und Empfangseinrichtung mit drei Sendeantennen und
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4 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer stationären Sende-
und Empfangseinrichtung mit vier Antennen.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
einer Innenraumüberwachung
eines Fahrzeugs mit einer ersten Sendeantenne 1 und einer
zweiten Sendeantenne 2, welche mit einem Steuergerät 3 verbunden sind,
dargestellt. Durch das Steuergerät 3 können die Antennen 1 und 2,
welche beispielsweise als magnetische Spulen ausgebildet sind, für eine Datenübertragung
mit einem niederfrequenten Wechselstrom versorgt werden. Dieser
Wechselstrom oszilliert mit der Trägerfrequenz beispielsweise
in einer Größenordnung
von 100 kHz und wird mittels des Steuergeräts 3 zum Zwecke der
Datenübertragung
und Leistungsvariation moduliert.
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Wie in 1 dargestellt,
befinden sich die Sendeantennen 1 und 2 an unterschiedlichen
Orten, beispielsweise an der linken und der rechten Seite in den
Türen im
Fahrzeug und werden mit einer entsprechend eingestellten Leistung
betrieben, so dass eine mobile Sende- und Empfangseinrichtung, beispielsweise
ID-Geber 4, wenn er sich im Detektionsraum, also hier im
Innenraum des Fahrzeugs befindet, die gesendeten Magnetfelder 1', 2' beider Antennen
bzw. Spulen 1 und 2 nach Spitzenwert Feldstärke und
Feldrichtung erfassen kann.
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Hierzu weist der ID-Geber 4,
wie in 2 dargestellt,
drei in räumlicher
Anordnung zueinander senkrecht stehende Empfangs- bzw. Detektorspulen 7, 8 und 9 auf,
welche jeweils mit einem Verstärker 10, 11 und 12 über jeweils
eine Spitzenwertmesseinheit 13, 14, 15 mit
den Eingängen
(ADC) eines Mikroprozessors 16 verbunden sind. Befindet
sich ein derartiger ID-Geber 4 in einem Feld 1'', 2'',
so ist über Bewertung
der einzelnen in den Spulen 7, 8, 9 empfangenen
Feldanteilen bzw. Werten mittels bekannter trigonometrischer Verfahren
eine eindeutige Aussage über
die Richtung des Feldes bzw. der Feldlinien bezüglich des Ortes des ID-Gebers 4 möglich. Hierbei
ist die zueinander senkrechte Anordnung nur eine beispielhafte,
bezüglich
der Höhe
der Feldstärke
besonders vorteilhafte Ausgestaltung, wobei auch andere Winkel zueinander,
ausgenommen 0°,
also räumlich
identische Lage, wenigstens zweier Antennen eine entsprechende Aussage
zulassen. Zudem kann auf einfache Weise auch die Größe bzw.
Feldstärke
des gesendeten Magnetfeldes am Ort des ID-Gebers 4 bestimmt
werden.
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Handelt es sich bei dem Mikrocontroller
bzw. -prozessor 16 um einen entsprechend komplexen Prozessor,
können
die entsprechend ermittelten Werte bereits in dem ID-Geber 4 in
dem zusätzlich
als Auswerteeinheit fungierenden Mikroprozessor 16 mit entsprechenden
Soll-Werten verglichen werden und das Ergebnis des Vergleichs beispielsweise über eine
weitere Funkstrecke nämlich
HF-Sendestufe 6 und Sendeantenne an einen Funkempfänger 5 der stationären Sende-
und Empfangseinrichtung im Fahrzeug übermittelt werden.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass nur
die mittels der Spulen 7, 8 und 9 empfangenen Messwerte über eine
Sendeeinrichtung 6, beispielsweise HF-Sender, an die Empfangseinrichtung 5, beispielsweise
HF-Empfänger
der stationären
Sende- und Empfangseinrichtung im Fahrzeug übermittelt werden und erst
dort in einer Auswerteeinheit, welche sich beispielsweise zusätzlich im
Steuergerät 3 befindet,
mit entsprechenden Soll-Werten, die den Fahrzeuginnenraum bzw. den
zu detektierenden Raum definieren, verglichen werden. Ist das Vergleichsergebnis
positiv, so kann im Fahrzeug eine entsprechende Aktion, wie hier
beispielsweise das Deaktivieren der Wegfahrsperre, ausgelöst werden.
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Die Datenübertragungen können hierbei
zur weiteren Erhöhung
der Sicherheit gegen unbefugte Eingriffe mit wechselnden Codes oder
verkryptisiert erfolgen. Zudem kann bei einen. Senden mit zwei Antennen
während
einer Datenübertragung
bzw. eines Datentelegramms ein einfaches oder mehrmaliges Umschalten
erfolgen, wobei die Umschaltzeitpunkte dem ID-Geber 4 vorbekannt
sind oder an ihn übermittelt
werden, so dass nur mit dem richtigen ID-Geber 4 eine korrekte
Antwort (Synchronisation der Umschaltzeitpunkte) erfolgen kann.
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Hierbei kann eine weitere Erhöhung statt durch
einfaches Umschalten durch eine Leistungsvariation erfolgen, indem
die Sendeleistung auch auf Zwischenwerte eingestellt wird, so dass
die erfassbare Lage und Orientierung des ID-Gebers über bestimmt
ist und zur Erhöhung
der Sicherheit mittels Auswertung beiträgt.
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3 zeigt
eine stationäre
Sende- und Empfangseinrichtung in einem Fahrzeug, welche zusätzlich zum
Ausführungsbeispiel
nach 1 eine dritte Sendespule 17 aufweist,
die sich wiederum an einem anderen Ort als die beiden anderen Sendespulen 1 und 2,
beispielsweise mittig in der Fahrzeugkonsole oder im Fahrzeughimmel
befindet.
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Durch dieses dritte Sendefeld 17'', welches wiederum an einem ID-Geber 4,
wie vorstehend für Sendefelder 1'', 2'' beschrieben
nach Feldstärke
und Richtung am Ort des ID-Gebers 4 bestimmt werden kann,
kann, wie vorstehend für
eine Leistungsvariation beschrieben, ebenfalls eine Überbestimmung
der Lage des ID-Gebers 4 im
detektierbaren Raum erreicht werden, so dass diese Überbestimmung
eine Redundanz zur Folge hat. Mittels entsprechender Auswertung
dieser Redundanz bzw. der Werte kann die Sicherheit der Überprüfung gegenüber einem
unberechtigten Eingriff weiter erhöht werden.
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Das in 4 dargestellte
Beispiel zeigt statt einer Überwachung
des Innenraums wie in 1 und 3 dargestellt, die Überwachung
eines Außenraums
bestimmter Größe, beispielsweise
der Außenraum
von Kotflügel
bis Heck der linken und rechten Fahrzeugtür. Hierbei befinden sich zusätzlich zu den
Sendeantennen 1 und 2, die in 4 jedoch zumindest zusätzlich ein
Sendefeld in dem Außenraum 1'', 2'' darstellen,
an beiden Seiten jeweils eine zusätzliche Antenne 18 bzw. 19 (rechte
Seite), die sich an einer von den Sendeantennen 1 und 2 unterschiedlichen
Stelle befindet. Hierdurch ist wiederum, wie bereits für 1 für einen Innenraum beschrieben,
das Detektieren eines ID-Gebers bezüglich seiner genauen Lage (beispielsweise
bei einer Annäherung
von links wie dargestellt) wie nachfolgend näher erläutert, möglich.
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Erzeugt eine erste Sendeantenne 1 während einer
Datenübertragung
ein elektromagnetisches Feld 1', mit einer von vornherein festgelegten
Leistung, so breitet sich dieses im Detektionsraum mit sehr objektspezifischer
Charakteristik aus, wobei die Feldstärke überproportional zum Abstand
von der Sendeantenne 1 abnimmt. Erfasst ein ID-Geber 4 die Feldstärkeamplitude
im Detektionsraum während
der Datenübertragung,
so kann aus diesem Messwert abgeleitet werden, auf welcher Equipotentialfläche (im
Raum gekrümmte
Fläche
gleicher Feldstärke) sich
der ID-Geber 4 befindet. Erfasst dieser zusätzlich die
Feldrichtung, so ist seine Orientierung bezüglich des Feldgradienten bis
auf eine mögliche
Rotation definiert.
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Erfasst nun dieser ID-Geber 4 die
Feldstärkenamplitude
im Detektionsraum während
der Datenübertragung über eine
zweite Sendeantenne 2', 18', so kann aus
diesem Messwert abgeleitet werden, auf welcher zweiten Equipotentialfläche sich
der ID-Geber 4 befindet.
Zusammen mit der ersten Feldstärkemessung
ist die Lage des ID-Gebers 4 auf die Schnittlinie der beiden
Equipotentialflächen
eingegrenzt. Durch zusätzliche
Erfassung der Feldrichtung bei Betrieb der zweiten Sendeantenne
ist auch der letzte Freiheitsgrad fixiert, da erfindungsgemäß die beiden
Sendeantennen wechselnd, beispielsweise mittels Multiplexing während einer
Datenübertragung,
also kurzzeitig hintereinander, betrieben werden, so dass sich die
Lage und Orientierung des ID-Gebers 4 im Raum in dieser
Zeit nicht ändert.
Die so festgestellte Lage kann in einer Auswerteeinheit mit Soll-Werten
welche die im Detektionsraum möglichen
Lagen vordefinieren, verglichen werden und so eine zuverlässige Aussage
darüber
liefern, ob sich der ID-Geber 4 wirklich im Detektionsraum
befindet oder nicht, bzw. dies nur mittels eines unberechtigten Eingriffs
vorgetäuscht
werden soll.
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Selbstverständlich sind die dargestellten Ausführungsbeispiele "Innenraumüberwachung (1) mit zwei Antennen", "Innenraumüberwachung
(3) mit drei Antennen" und "Außenraumüberwachung
(4)" miteinander beliebig kombinierbar,
so dass beispielsweise das Ent- oder Verriegeln der Tür durch
ein und denselben ID-Geber 4 erfolgen kann, der auch der
Deaktivierung bzw. Aktivierung einer Wegfahrsperre dient, so dass
sich bei Annäherung
einer Bedienperson, welche einen ID-Geber 4 mit sich führt, an
eine Tür
diese bzw. die Zentralverriegelung entriegelt und bei einem Platznehmen
der Bedienperson auf dem Fahrerplatz die Wegfahrsperre automatisch
deaktiviert, sowie bei einem Aufstehen und Verlassen des Fahrzeuges
die Wegfahrsperre aktiviert und das Türschloss nach einem Schließen der
Tür und
Verlassen der Bedienperson des relativ geringen überwachten Detektionsraums,
beispielsweise 1–5
m automatisch verriegelt. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Prinzip
auch auf Anordnungen mit mehreren ID-Gebern und mehreren Basisstationen angewandt
werden.
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Obwohl das geschilderte Ausführungsbeispiel
das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines passiven Zugangssystems für ein Kraftfahrzeug schildert,
ist dieses selbstverständlich
auch auf ein aktives Zugangssystem, also Detektion der Lage wenigstens
eines ID-Gebers 4 erst auf Betätigung beispielsweise eines
Knopfs oder ähnlichem
im ID-Geber 4 anwendbar. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren
sowie eine Anordnung der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinrichtungen
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens nicht auf die Fahrzeugtechnik beschränkt, sondern
in vielen Bereichen wie Datenverarbeitungsanlagen, Haustechnik, Überwachungstechnik,
Zählsysteme
usw. anwendbar.
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Beispielsweise sind derartige Zugangskontrollen
auch für
Datenverarbeitungssysteme, Haustüren,
Garagentore usw, vorstellbar. Andererseits kann die Erfindung statt
für eine
Zugangskontrolle auch zum sicheren Detektieren einer Sende- und
Empfangseinrichtung (mobil) für
eine Überwachung
von beweglichen Objekten, wie beispielsweise Positionen, wo sich
ein solches bewegliches Objekt befindet, oder wie oft es bestimmte
Positionen passiert (Zählsysteme),
verwendet werden.