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Die
Erfindung betrifft ein Zugangskontrollsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem
oder mehreren benutzerseitig mitführbaren Identifikationsgebern,
auch Funkschlüssel
genannt, wobei zur Durchführung
eine drahtlose Authentifikationskommunikation mit den Identifikationsgebern
fahrzeugseitig mindestens eine Sende- und eine Empfangseinheit vorgesehen
ist.
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Aus
DE 102 36 305 A1 ist
ein gattungsgemäßes Zugangskontrollsystem
für ein
Kraftfahrzeug bekannt. Dieses weist zwei oder mehrere benutzerseitig
mitführbare
ID-Geber auf, mindestens eine fahrzeugseitig vorhandene Sende-/Empfangseinheit
für den
Fahrzeugaußenraum
und mindestens eine Sende-/Empfangseinheit
für den
Fahrzeuginnenraum zur Durchführung
einer drahtlosen Authentifikationskommunikation mit den ID-Gebern,
wobei bei erfolgreicher Authentifikation eines ID-Gebers eine oder
mehrere Sicherheitseinrichtungen ent- oder verriegelt werden.
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Aus
DE 100 13 542 A1 ist
eine weitere gattungsgemäße Anordnung
für ein
Zugangssicherungssystem für
ein Kraftfahrzeug offenbart. Dieses System eignet sich besonders
zur Realisierung von sicheren Zugangssystemen auf Basis von Chipkarten
im Bereich der Gebäudesicherung,
ist aber auch für
Kraftfahrzeuge einsetzbar. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
dass über
die relative Orientierung bzw. Positionierung zwischen einem Datenträger und
einer Basisstation, die vorzugsweise in einem Fahrzeug angeordnet
ist, Signale gewonnen werden, anhand welcher eine eindeutige Identifikation
vornehmbar ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zugangskontrollsystem für ein Kraftfahrzeug
aufzuzeigen, welches insbesondere hinsichtlich der elektromagnetischen
Verträglichkeit
und der Zuordnung und Lokalisierung der Zugangseinheit einsetzbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der weiteren Beschreibung,
der Unteransprüche
sowie der zugehörigen Figuren.
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Das
Zugangskontrollsystem weist zwei wesentliche Einheiten auf, eine
Steuereinheit, welche vorzugsweise im Kraftfahrzeug angeordnet ist,
und eine Zugangseinheit, welche vorzugsweise in einem Schlüssel oder
in einer Zugangsberechtigungsidentifikationseinheit vorhanden ist.
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Das
im Kraftfahrzeug vorzugsweise angeordnete Steuergerät ist mit
mindestens einem Sender mit einer niederen Sendefrequenz, im Weiteren
mit LF-Sender bezeichnet, welcher vorzugsweise im Bereich von 125
kHz arbeitet, einer Steuereinheit sowie mindestens einem UHF-Empfänger ausgestattet.
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Die
Zugangseinheit besteht aus einer Mikrocomputereinheit, mindestens
einem zum LF-Sender im Kraftfahrzeug korrespondierenden LF-Empfänger sowie
mindestens einem UHF-Sender, welcher wiederum zum UHF-Empfänger im
Kraftfahrzeug korrespondiert.
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Das
im Kraftfahrzeug angeordnete Steuergerät ist als Steuereinheit ausgestaltet,
wobei die Steuereinheit auf den LF-Sender zugreift, dessen einzelnen
zugehörigen
Antennen vorzugsweise in den Türgriffen
des Kraftfahrzeuges integriert sind. Im Weiteren ist mindestens
eine Antenne im Innenraum des Kraftfahrzeuges sowie im hinteren
und vorderen Stoßfänger angeordnet.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Antennen des LF-Senders an sieben
Stellen am Fahrzeug an jeweils exponierter Stelle anzuordnen.
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Die
Zugangseinheit, welche insbesondere als mobile Identifikationseinheit
ausgestaltet ist, besteht aus mindestens einem LF-Empfänger, einer
Mikrocomputereinheit und mindestens einem UHF-Sender, welcher insbesondere
als UHF-Sendermodul ausgestaltet ist.
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Das
System arbeitet wie folgt: Betätigt
der Anwender den Türgriff
oder ein anderes Teil am Kraftfahrzeuges, wird zunächst ein
Wecksignal über
den LF-Sender an
die Zugangseinheit gesendet. Das Aufwecksignal ist notwendig, da
sich die Zugangseinheit bei Nichtgebrauch im Ruhezustand, dem sogenannten Sleep-Modus,
befindet, um den Energieverbrauch der Zugangseinheit möglichst
gering zu halten. Durch das Wecksignal, welches vom LF-Empfänger der
Zugangseinheit empfangen wurde, wacht diese nun auf und sendet ihrerseits über den
UHF-Sender ihren spezifischen Identifikationscode. Stimmt dieser
Code nicht mit dem im Steuergerät
des Kraftfahrzeugs abgelegten Code überein, bleibt die Tür des Fahrzeuges
verriegelt. Wird der Identifikationscode aber erkannt, so wird das
Schloss des Kraftfahrzeuges, bzw. das Türschloss des Kraftfahrzeuges,
entriegelt, und der Nutzer kann das Fahrzeug öffnen.
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Das
Steuergerät,
welches den LF-Sender ansteuert, steht, wie bereits aufgezeigt,
vorzugsweise mit der Mikrocomputereinheit in Verbindung, welche
wiederum mit einer Treiberschaltung zum Betrieb der Sendeantennen
für niederfrequente
Signale, angepasst für
den LF-Sender, zusammen arbeitet. Die Mikrocomputereinheit steuert
aber zugleich auch den UHF-Empfänger,
zumal erst nach Empfang des UHF-Signals und dem Empfang der Authentifizierung
eine Entriegelung der mindestens einen Zugangsöffnung zum Kraftfahrzeug erfolgt.
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Die
Mikrocomputereinheit und die Treiberschaltung für die LF-Sender und die LF-Antennen
erzeugen ein Sendesignal, welches aus einem Hochfrequenzträger im Langwellenbereich
mit einer Nennfrequenz von 125 kHz besteht. Der Hochfrequenzträger wird
amplitudenmoduliert. Das hierdurch entstehenden AM-Signal beinhaltet
eine Bitfolgenübertragung
zur Sendung des Wecksignals an die Zugangseinheit. Bei idealer Übertragung
wird ein Rechtecksignal auf die Amplitude des Hochfrequenzträgers moduliert.
Ein solches Signal über Langwelle
zu übertragen
bedarf diverser Maßnahmen,
insbesondere bezüglich
des Frequenzspektrums, da Seitenbänder wie auch Oberwellenanteile
des Trägers
gewisse vorgegebene Werte aufgrund der Funkzulassung der Funkbestimmung
nicht überschreiten
dürfen.
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Der
LF-Sender arbeitet weiterhin mit einem Puls-Weiten-Modulator, einem
Treiber, einem Vorfilter, mindestens einer LF-Sendeantenne sowie
einem im Rückkoppelbereich
befindlichen Gleichrichter- und Regelfilterschaltung zusammen. Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Reichweite von 1,5
m des LF-Signals um die Antenne(n) herum einen Antennenstrom von
1,41 A effektiv zu verwenden. Um nunmehr diesen Strom unabhängig von
der Batteriespannung des Kraftfahrzeuges und anderen Störfaktoren
zu erreichen, wird das von der Mikrocomputereinheit gelieferte Modulationssignal
durch die Puls-Weiten-Modulationseinheit derart in den Puls-Weiten-Bereichen
verändert,
dass der Antennenschwingkreis über
eine Verstärkerschaltung
gerade mit soviel Energie versorgt bzw. angestoßen wird, damit der o.g. erforderliche
Antennenstrom fließt.
Durch einen breiten Pulstakt, erhöht sich die Energiezufuhr und
der Strom steigt, bei einem schmalen Puls verringert sich die Energiezufuhr
und der Strom fällt.
Ist der Soll-Strom-Wert erreicht, muss der Antenne nur noch wenig Energie
zugeführt
werden, damit der Soll-Strom erhalten bleibt. Das pulsbreit modulierte
Signal wird über
eine Verstärkerschaltung
und eine als Überträger fungierenden
Doppel-Pi-Bandpassfilter
in die Antenne eingespeist. Über
einen Spitzengleichwertrichter wird der Strom durch den Bandpassfilter
ermittelt. Die gewonnene Spannung ist proportional zum Sendeantennenstrom.
Um nunmehr einen kontinuierlichen Antennenstrom zu gewährleisten,
wird über
die Mikrocomputereinheit die zugeführte Pulsbreitenmodulationsbreite
des Signals inkrementell angepasst. Die inkrementelle Anpassung
erfolgt in einem Verhältnis
1 zu N, wobei N die Anzahl der laufenden Modulationserhöhungen ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, jeweils mindestens vier Impulse
unverändert
zu belassen. Sobald sich bei der Rückkopplung und Rückmessung
ein gewünschter
Stromfluss in der Antenne eingestellt hat, wird die Inkrementalregelung
von der Mikrocomputereinheit auf den gewünschten Wert fixiert.
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Um
ein Sendesignal ohne störende
Oberwellen zu erzeugen, wird für
die Sendeantenne(n) sowie der Vorfilter verwendet. Dieses Vorfilter
ist als Doppelkreisvorfilter ausgestaltet und erreicht so, dass
schon die dritte Oberwelle beim ersten Kreis um 45 dB abgeschwächt wird.
Auf diese Weise ist die Verbindung vom Steuergerät zur Sendeantenne nicht mit
unnötigen
Oberwellen beaufschlagt. Der zweite Sendekreis besteht aus einer
Induktivität
und einer Kapazität.
Dieser Serienresonanzkreis ist auf die Resonanzfrequenz von 125
kHz abgestimmt, eben der Sendefrequenz.
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Im
Weiteren wird nunmehr die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels
anhand von 1 bis 5 näher beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 einen
schematischen Aufbau der wesentlichen Elemente des Zugangskontollsystems;
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2 einen
schematischen Aufbau des Steuergerätes des Zugangskomtrollsystems;
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3 einen
weiteren schematischen Aufbau des Steuergerätes;
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4 eine
schematische Darstellung der Funktionsweise der Pulsweitenmodulations-Regelung;
und
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5 einen
weiteren schematischen Aufbau des Steuergerätes mit Integration eines digitalen
Bausteines;
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6 einen
weiteren schematischen Aufbau des Steuergerätes mit Integration eines digitalen
Bausteines;
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7 einen
weiteren vereinfachten schematischen Aufbau des Steuergerätes mit
Integration eines digitalen Bausteines.
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Bei
den Figuren wird für
identische Bauteile bzw. Gruppen in allen Figuren das gleiche Bezugszeichen verwendet.
Dies dient zur leichteren Verständlichkeit
der Beschreibung
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Das
in 1 dargestellte Zugangskontrollsystem besteht aus
den zwei wesentlichen Einheiten 1, 7, wobei die
erste Einheit 1 im Kraftfahrzeug und die zweite Einheit 7,
die Zugangseinheit, vorzugsweise in einem Schlüssel oder in einer Zugangsberechtigungsidentifikationseinheit
für das
Fahrzeug angeordnet bzw. integriert ist.
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Die
im Kraftfahrzeug vorzugsweise angeordnete Einheit 1 ist
ein Steuergerät 2,
welches mit mindestens einem LF-Sender 4 mit einer niederen
Sendefrequenz, einem sogenannten LF-Sender, welcher vorzugsweise
im Bereich von 125 kHz arbeitet, einer Microcomputereinheit 5,
sowie mindestens einem UHF-Empfänger 6 ausgestattet
ist. Ein LF-Sender 4 ist jeweils vorzugsweise in jedem
der Türgriffe 3 des
Kraftfahrzeuges bzw. an diesen angeordnet.
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Die
Zugangseinheit 7 besteht ihrerseits aus einer Mikrocomputereinheit 10,
mindestens einem zum LF-Sender 4 im Kraftfahrzeug korrespondierenden
LF-Empfänger 9 sowie
mindestens einem UHF-Sender 11, welcher wiederum zum UHF-Empfänger 6 im
Kraftfahrzeug korrespondiert, sowie einer aktuell nicht näher zu erläuternden
Einheit 8, welche beispielsweise zur Codierung der Sendesignale
dient. Der LF-Empfänger 9 ist auf
die Sendecharakteristik der LF-Sender 4 optimiert
und der UHF-Empfänger 6 auf
die Sendecharakteristik de UHF-Senders 11.
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Natürlicherweise
ist in der Zugangseinheit 7 eine Energieversorgungseinheit
vorhanden, welche die Einheiten und elektrischen Komponenten mit
der notwendigen Energie versorgt. Diese Energieversorgungseinheit
wird bei jedem Startvorgang des Kraftfahrzeuges über dessen Bordnetz geladen,
beispielsweise über die
Einheit 8.
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Im
Weiteren ist der Einheit 1 mindestens eine weitere LF-Antenne
im Innenraum des Kraftfahrzeuges sowie im hinteren und vorderen
Stoßfänger des
Kraftfahrzeuges zugeordnet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen,
die Antennen 4 an sieben Stellen am Fahrzeug an jeweils
exponierter Stelle anzuordnen.
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Betätigt der
Anwender einen der Türgriffe 3 oder
ein anderes Teil am Kraftfahrzeuges, wird zunächst ein Wecksignal über alle
LF-Sender 4 – nacheinander
angesteuert – an
die Zugangseinheit 7 gesendet. Das Aufwecksignal ist notwendig,
da sich die Zugangseinheit 7 bei Nichtgebrauch im Ruhezustand,
dem sogenannten Sleep-Modus, befindet, um den Energieverbrauch der
Zugangseinheit 7 möglichst
gering zu halten. Durch das Wecksignal, welches vom LF-Empfänger 9 der
Zugangseinheit 7 empfangen wurde, wird die Mikrocomputereinheit 10 in
der Zugangseinheit 7 geweckt, welche dann wiederum über den
UHF-Sender 11 den spezifischen Identifikationscode an das
Steuergerät 2 sendet.
Stimmt dieser Code nicht mit dem im Steuergerät 2 abgelegten Code überein,
bleibt die Tür
des Fahrzeuges verriegelt. Wird der Identifikationscode aber erkannt,
so wird das Schloss des Kraftfahrzeuges, bzw. das Türschloss
des Kraftfahrzeuges, entriegelt, und der Nutzer kann das Fahrzeug öffnen.
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Anhand
von 2 wird das Funktionsprinzip der Steuereinheit 2 näher beschrieben.
Die Steuereinheit 2, welches über die Microcomputereinheit 5 den
LF-Sender 4 ansteuert, weist eine Treiberschaltung 12 zum Betrieb
der LF-Sendeantennen 13,
wobei in 2 nur eine Antenne zur Übersichtlichkeit dargestellt
ist, für niederfrequente
Signale, angepasst für
den LF-Sender 4, auf. Die weiteren LF-Sendeantennen 13 sind
parallel zur in 2 dargestellten Sendeantenne
geschaltet und werden über
einen Multiplexer nacheinander angesteuert. Die Mikrocomputereinheit 5 steuert
aber zugleich auch den UHF-Empfänger 6,
zumal erst nach Empfang des UHF-Signals und dem Empfang der Authentifizierung
eine Entriegelung der mindestens einen Zugangsöffnung zum Kraftfahrzeug erfolgt.
Der UHF-Empfänger 6 wiederum
weist eine UHF-Empfangsantenne 14 zum
Empfang der UHF-Signale auf.
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Die
Mikrocomputereinheit 5 und die Treiberschaltung 12 für die LF-Sender 4 und
die LF-Antennen 13 erzeugen ein Sendesignal, welches aus
einem Hochfrequenzträger
im Langwellenbereich mit einer Nennfrequenz von 125 kHz besteht.
Der Hochfrequenzträger
wird amplitudenmoduliert. Das hierdurch entstehenden AM-Signal beinhaltet
eine Bitfolgenübertragung
zur Sendung des Wecksignals an die Zugangseinheit 7. Bei idealer Übertragung
wird ein Rechtecksignal auf die Amplitude des Hochfrequenzträgers moduliert.
Ein solches Signal über
Langwelle zu übertragen
bedarf diverser Maßnahmen,
insbesondere bezüglich
des Frequenzspektrums, da Seitenbänder wie auch Oberwellenanteile
des Trägers
gewisse vorgegebene Werte aufgrund der Funkzulassung der Funkbestimmung
nicht überschreiten
dürfen.
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Der
LF-Sender 4 steht weiterhin mit einem Puls-Weiten-Modulator,
einem Vorfilter sowie einer im Rückkoppelbereich
befindlichen Gleichrichter- und Regelfilterschaltung in Verbindung.
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In 3 ist
dies näher
dargestellt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer Reichweite
von 1,5 m des LF-Signals um die Antenne(n) 13 herum einen
Antennenstrom von 1,41 A effektiv zu verwenden. Um nunmehr diesen
Strom unabhängig
von der Energieversorgung 19, der Batteriespannung des
Kraftfahrzeuges, und anderen Störfaktoren
zu erreichen, wird das von der Mikrocomputereinheit 5 gelieferte
Modulationssignal durch die Puls-Weiten-Modulationseinheit 15 derart
in den Puls-Weiten-Bereichen verändert,
dass der Antennenschwingkreis 13 über eine Verstärkerschaltung
gerade mit soviel Energie versorgt bzw. angestoßen wird, damit der o.g. erforderliche
Antennenstrom fließt.
Durch einen breiten Pulstakt, erhöht sich die Energiezufuhr und
der Strom steigt, bei einem schmalen Puls verringert sich die Energiezufuhr
und der Strom fällt.
Ist der Soll-Strom-Wert erreicht, muss der Antenne 13 nur
noch wenig Energie zugeführt
werden, damit der Soll-Strom erhalten bleibt. Das pulsbreiten modulierte
Signal wird über
einen Treiber 12 und einen als Überträger fungierenden Doppel-Pi-Bandpassfilter
(L1, C1, Lant, C2) in die LF-Sendeantenne 13 eingespeist. Über einen
Spitzengleichwertrichter 17 wird der Strom durch einen
Bandpassfilter ermittelt. Die gewonnene Spannung ist proportional
zum Sendeantennenstrom. Um nunmehr einen kontinuierlichen Antennenstrom
zu gewährleisten,
wird über
die Mikrocomputereinheit 5 die zugeführte Pulsbreitenmodulationsbreite
des Signals inkrementell angepasst. Die inkrementelle Anpassung
erfolgt in einem Verhältnis
1 zu N, wobei N die Anzahl der laufenden Modulationserhöhungen ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, jeweils mindestens vier Impulse
unverändert
zu belassen. Sobald sich bei der Rückkopplung und Rückmessung
ein gewünschter
Stromfluss in der Antenne eingestellt hat, wird die Inkrementalregelung
von der Mikrocomputereinheit 5 auf den gewünschten
Wert fixiert.
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Die
LF-Sendeantenne 13 ist als Langwellenantenne ausgelegt.
Die gesamte Sendevorrichtung umfasst eine Verstärkereinrichtung in Form eines
zentralen Verstärkers,
dessen Betriebsspannung der Energieversorgung 19 geliefert
wird. Am Ausgang des Verstärkers
ist die LF-Sendeantenne 13 direkt angeschlossen. Die LF-Sendeantennen 13 werden
von einer Multiplexereinrichtung bzw. einem Multiplexer, in 3 nicht
dargestellt – einzeln
aktiviert und dabei in einer bestimmten Reihenfolge und Zeitabfolge
zugeschaltet und damit nacheinander aktiviert.
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In
den Massezweig des Multiplexers in 2 nicht
dargestellten Multiplexers ist ein Widerstand, insbesondere ein
Shunt, zur Strommessung geschaltet, der Teil einer Stromregelung
ist. Die Stromregelung umfasst einen Stromdetektor in Form eines Überstrom-Komparators.
Dieser misst den über
die LF-Sendeantennen 13 und
den Multiplexer geführter
Sendestrom.
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Beim
Betrieb der Einheit 1 erzeugt der eingangsseitig mit einem
niederfrequenten Triggersignal angesteuerte Treiber 12 ausgangsseitig
eine Rechteckspannung, die über
den Verstärkerausgang
direkt zur gemeinsamen Ansteuerung der LF-Sendeantennen 13 dient.
Dabei werden die LF-Sendeantennen 13 mittels des
Multiplexers in einer vorgebbaren Zeitabfolge nacheinander dem Treiber 12 zugeschaltet.
Dadurch wird eine besonders verlustarme Ansteuerung erzielt. In
vorteilhafter Weise ist der Treiber 12 als Gegentaktstufe ausgeführt.
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Der über die
jeweils aktivierte LF-Sendeantenne 13 geführte Sendestrom
wird, wie beschrieben, gemessen. Der Überstrom-Komparator vergleicht
den Sendestrom mit einem vorgegebenen Referenzwert. Bei Überschreiten
des Referenzwertes erfolgt mittels einer Stromregelung eine Strombegrenzung
des Sendestroms auf den vorgebbaren Referenzwert, der den Sollwert
der Stromregelung darstellt. Hierzu erzeugt der Überstrom-Komparator ausgangsseitig
ein Steuer- oder Triggersignal, das dem Eingang des Treibers 12 zur Steuerung
der Ausgangsleistung der Endstufe zugeführt wird. Dadurch wird der
Istwert des Sendestroms dem Sollwert angepasst.
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Jede
LF-Sendeantenne 13 ist als Sendespule Lant ausgeführt, die
mittels eines mit dieser in Reihe geschalteten Kondensators C2 auf
Serienresonanz abgestimmt ist.
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Für eine einfache
und energiesparende Ansteuerung wird das Pulsweitenmudulations-Ansteuersignal vom
Pulsweitenmodulator 15 an den Treiber 12 erzeugt.
Um ein Sendesignal ohne störende
Oberwellen zu erzeugen, wird der Vorfilter 16 verwendet.
Mit diesem Doppelkreisfilter kann erreicht werden, dass schon die dritte
Oberwelle beim ersten Kreis um bis zu 45 dB abgeschwächt wird.
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Es
ergibt sich aus dem 1-ten Kreis und dem 2-ten Kreis ein Doppel-Pi-Bandpassfilter (bestehend
aus einem Vorkreis 1 mit L1, C1 und aus einem zweiten Filterkreis
2 aus LAnt, C2).
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Am
Eingang des Gleichrichters 17 entsteht somit eine Wechsel-Spannung über dem
Serienwiderstand R. Diese ist eine Abbildung des Stromes der über die
LF-Sendeantenne 13 fließt. Über einen Gleichrichter 17 wird
diese Spannung als gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Spannung
liegt am Ausgang des Gleichrichters 17 an und dient als
Eingangsignal des Regelungsfilters 18.
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Ein
Zeitbasisgenerator generiert ein periodisches 125-kHz-Rechteck-Digitalsignal. Über dieses
Signal wird wiederum über
die positive Flanke eine Rampe erzeugt und an den invertierten Eingang
eines Komparators übergeben.
Der nicht invertierte Eingang dieses Komparators bekommt vom Regelungsfilter 18 eine
von der Amplitude des Antennenstromes abhängige Spannung übermittelt.
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Der
Sollwert des Antennenstromes bzw. die Feldstärke ist über den Messpunkt M vorgegeben.
Ein Operationsverstärker
dient als Regelfilter. Bei der Annahme, dass der Antennenstrom steigt,
wird die Wechsel-Spannung am Eingang des Gleichrichters 17 steigen.
Somit wird die Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 17 proportional
auch größer werden.
Dadurch bekommt der invertierte Eingang des Operationsverstärkers im
Regelungsfilter 18 eine positivere Spannung als der Spannungssollwert
am Messpunkt M am nicht invertierten Eingang zu sehen. Diese Spannungsdifferenz
wird integriert. Somit sinkt die Ausgangsspannung des Regelungsfilters 18.
Die Ausgangsspannung des Regelungsfilters 18 wird dem Pulsweitenmodulator 15 zugeführt. Dadurch
wird der positive Impuls schmäler,
da die Energie am Doppel-PI-Bandpassfilter weniger geworden ist.
Das hat zur Folge, dass die Spannung am Eingang des Gleichrichters 17 geringer
geworden ist. Die Differenz zwischen Istwert und Sollwert wird verkleinert,
so dass auf den richtigen Wert geregelt wird.
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Anhand
des Ablaufdiagramms 4 wird der Ablauf der Regelung
näher beschrieben
werden.
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Damit
sich bei einem Neustart oder einem undefinierten Betriebszustand
bspw. nach einer gewissen Sendezeit der Istwert U_korrektur so schnell
wie möglich
auf die Führungsgröße einstellt,
wird während
der Phase P1 der Integrationsfilter auf einen groben Wert U0 voreingestellt.
Dies erfolgt mittels des Signals LF_DC_FILT_VAL_UPO (vgl. 3)
so lange, bis LF_FILT_SETUP_UPO = LOW.
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Zum
Verlassen der Voreinstellung und der Aktivierung der PWM wird nach
der Freigabe durch das Signal LF_MODULATION_UPO und LF_FILT_SETUP_UPO
= HIGH durchgeschaltet (FILT_OUT_VAL_HLD_UPO = LOW). d.h. das Regelverhalten
in Phase P2 wird wie oben aktiv.
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Es
wird also in Phase P2.1 das Trägersignal
unmoduliert gesendet (PWM out) und der Strom durch die Antenne (I_Antenne)
erfasst und nachgeregelt, wie anhand der Schwankungen an U_Korrektur
erkennbar ist.
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In
der anschließenden
Sendephase P3.1 wird Signal FILT_OUT_VAL_HLD_UPO = HIGH und damit das
PWM-Verhältnis
festgehalten, bis dass der Datenübertragungszyklus
abgeschlossen ist.
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Ab
diesem Zeitpunkt können
Datenbits über
100 % Modulation des Trägers übertragen
werden. Da ein Ein- bzw. Ausschalten des Trägers weit über der Zeitkonstante des Trägers liegt
wird durch die vorherigen Maßnahmen
und eine entsprechend bemessene Dauer eines Datenübertragungszyklus
vermieden, dass eine Schwebung von U_Korrektur und damit der Trägeramplitude
stattfindet.
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Nach
der vorgegebenen Dauer P3 eines Datenübertragungszyklus wird der
Regelkreis wieder...
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Um
die Sendeschaltung über
einen weiten Bereich von Betriebsspannungen verlustarm zu betreiben, wird
ein PWM-Signalerzeuger zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten
Signals vorgegebener Taktfrequenz vorgesehen, wobei die Taktfrequenz
des PWM-(Grund)-Signals größer, vorzugsweise
ein Vielfaches der Frequenz des digitalen Signals ist. Zur Übertragung
des digitalen Signals wird das digitale Signal dem PWM-Signal überlagert,
d.h. es erfolgt eine entsprechend niederfrequentere Amplitudenmodulation
auf dem PWM-Grundsignal.
Das PWM-Signal steuert Halbleiterschalter im Schaltbetrieb, wobei
der Sendeantenne der Bandpassvorfilter vorgeschaltet ist.
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In 5 und 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
aufgezeigt, in welchem ein Großteil
der Elemente der Erfindung, insbesondere der Einheit 1,
durch eine digitale Regelung und einen elektronischen digitalen
Baustein ersetzt worden. Die Microcomputereinheit 5, bestehend
aus einer Rechnereinheit 5_1 und der zugehörigen Peripherie 5_2 übernimmt
die Regelung digital.
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Der
LF-Sender ist mit 8 Sendeantennen Ant1 bis Ant8 dargestellt.
Die Ansteuerung der Pulsweitenmodulation wird direkt von der Microcomputereinheit 5 über einer
deren Ausgangsports QPWM vorgenommen. Über die Microcomputereinheit 5 kann
entweder die Pulsweitenmodulation digital geregelt werden, oder
aber, bei Kenntnis der Parameter, direkt berechnet und direkt eingestellt
werden. Über
den Ausgangsport CLK wird ein Clock-Signal ausgegeben, welches den Zeittakt
für die
gesamte periphere Beschaltung liefert.
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Bei 5 wird
der Antennenstrom einer jeden der LF-Sendeantennen Ant1 bis Ant8 über einen
Demultiplexer 21 auf eine Leitung geführt und über einen Vergleicher mit dem
Sollantennenstrom verglichen. Das Ergebnis des Vergleiches wird über den
Eingangsport COMP der Microcomputereinheit 5 zugeführt. Der
Multiplexer 20 und der Demultiplexer 21 werden
parallel gesteuert von der Microcomputereinheit 5. Außerdem ist ein
Bin to 1 of 8 Decoder 21_1 vorgesehen.
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In 6 wird
der Demultiplexer durch jeweils eine Diode D1 bis D8 kostengünstig ersetzt.
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Die
digitale Regelung erfolgt über
die Eingangswerte, welche am Eingangsport COMP anliegen. Dort liegt
der Vergleichswert zwischen tatsächlichen
Antennenstrom und dem voreingestellten Sollwert vor. In Abhängigkeit
dieses Ergebnisses steuert die Microcomputereinheit 5 über den
Ausgangsport QPWM den Treiber 12 an und somit die Pulsbreite.
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Die
bereits beschrieben Regelung kann auch umgangen werden, indem die
jeweiligen Werte vorab berechnet werden.
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Dies
lässt sich
anhand der Gleichungen wie folgt errechnen:
Der Effektivwert
des Stromes der LF-Sendeantenne
13 lässt sich wie folgt berechnen:
wobei
PWM_nS
der Wert der Dauer der Pulsbreite in nsec,
Linear_Fakt das
Produkt des Quadrats des Antennenstromes mit dem elektrischen Widerstand
der Antenne und
U_Batt die Versorgungsspannung ist.
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Kennt
man hingegen den Effektivwert des Antennenstomes, bzw. will man
diesen einstellen, so errechnet sich die Pulsbreite in nsec wie
folgt:
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Somit
kann digital der gewünschte
Wert errechnet und direkt eingestellt werden.
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In 7 in
dieser Figur ist der Aufbau der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
mit drei Antennen aufgezeigt. Der Mikrocontroller 5_1 gibt
die entsprechenden Signal an die Antennen Ant_01 bis Ant_03 aus,
wobei die Signale über
den Treiber 12 dem Multiplexer 20 zugeführt werden,
welcher als Shunt Multiplexer ausgeführt ist. Durch diese Anordnung
und Beschaltung und dem Aufbau gemäß 7 kann auf
besonders einfache Weise die DC-Spannung
gewonnen werden. Diese Spannung stellt ein Abbild des Stromes in
den Antennen bzw. der Antenne dar und ermöglicht somit eine ideale Ansteuerung
der Antenne und eine Optimierung des Antennenstroms. Durch den in 7 gewählten Aufbau
können
in vorteilhafter Weise die die Resonanzkondensatoren C_Ant_01 bis
C_Ant_03 und die Kondensatoren C1_VK bis C3_VK auf einer Platine
angeordnet werden, nur die Antennen sind in exponierter Lage anzuordnen.
Dies ermöglicht
es auch die Spannung U DC zu gewinnen, welche ein Abbild des Antennenstroms
ist. Es ist durch den Aufbau nach 7 kein aufwendiger
elektronischer Aufbau und Aufwand zu treiben, um die Spannung U
DC zu gewinnen. Wählt
man nunmehr die Kondensatoren C1_VK und C_Ant_01 derart, dass diese
gleich sind, so ergibt sich für
die Spannung an diesen Kondensatoren eine Phasendrehung von 180° Grad. Dies
hat den Vorteil, dass Oberwellen vermieden werden.
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- 1
- Einheit
- 2
- Steuergerät
- 3
- Türgriff(e)
- 4
- LF-Sender
- 5
- Microcomputereinheit
- 6
- UHF-Empfänger
- 7
- Zugangseinheit
- 8
- Einheit
- 9
- LF-Empfänger
- 10
- Mikrocomputereinheit
- 11
- UHF-Sender
- 12
- Treiber
- 13
- LF-Sendeantenne
- 14
- UHF-Empfangsantenne
- 15
- Pulsweitenmodulator
- 16
- Vorfilter
- 17
- Gleichrichter
- 18
- Regelfilter
- 19
- Energieversorgung
- 20
- Multiplexer
- 21
- Demultiplexer
- 22
- Masse
(Referenz)
- 5_1
- Rechnereinheit
- 5_2
- Peripherie
- 21_1
- Bin
to 1 of 8 Decoder
- RM1
bis RM8
- Widerstand
- D1
bis D8
- Diode
- Ant1
bis Ant8
- LF-Sendeantennen
- Ant_01
bis Ant_03
- LF-Sendeantennen
- C1_VK
bis C3_VK
- Kondensatoren
- C_Ant_01
bis C_Ant_03
- Kondensatoren
- U
DC
- Spannung
- CLK
- Clock
- COMP,
COMP 1
- Eingangsport
- QPWM
- Ausgangsport
