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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
zur drahtlosen Kommunikation mit mindestens einer peripheren Einheit.
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Insbesondere
in Kraftfahrzeugen wird bereits heute eine Vielzahl von Funktionen über Fernsteuerungen
ausgelöst
oder gesteuert. Üblicherweise
wird dafür
eine Funkstrecke in lizenzfreien Frequenzbändern für die Übertragung vom und zum Kraftfahrzeug genutzt.
Für den
Fahrzeugzugang und beispielsweise auch den Motorstart sind dies
sogenannte „Remote
Keyless Entry” Systeme
(kurz: RKE-Systeme), wie sie zum Beispiel zur Funkzentralverriegelung
verwendet werden. RKE-Systeme sind inzwischen die Standardlösung nicht
nur für
komfortables Ver- und Entriegeln
eines Fahrzeuges, sondern auch für
weitere Komfortfunktionen. Dies erfolgt mittels einer meist in einem
Fahrzeugschlüssel
integrierten Funksteuerung, die darüber hinaus dazu verwendet wird, dass
neben dem Ver- und Entriegeln der Türen und des Kofferraums auch
der Diebstahlschutz sowie die Wegfahrsperre entsprechend aktiviert
oder deaktiviert werden. Weitere Funktionen, wie beispielsweise komfortables Öffnen und
Schließen
von Fenstern, Sonnendächern,
Schiebetüren
oder Heckklappen können
ebenso mitintegriert sein. Eine weitere Komfortfunktion und Sicherheitsfunktion
ist die Aktivierung der Vorfeldbeleuchtung des Fahrzeuges. Für zusätzliche
Sicherheit sorgt ein im Schlüssel
integrierter sogenannter Notfall-Knopf, der auf Druck einen akustischen
und visuellen Alarm am Fahrzeug auslöst. Die Druckschrift
DE 102 33 597 A1 beschreibt
die Funktionsweise eines derartigen RKE Systems und eine Methode
zur Warnung vor illegalen Zugriffsversuchen.
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Solche
RKE Systeme arbeiten dabei je nach Anforderungen mit uni- oder bidirektionaler
Kommunikation im Bereich von weltweit freigegebenen ISM-Frequenzen.
Weitere Merkmale sind zum Beispiel eine gesicherte Datenübertragung
mit optional erhöh ter
Sicherheit durch ein Challenge-Response-Authentifizierungsverfahren
(bidirektional) sowie ein niedriger Ener gieverbrauch. Zudem lassen weitergehende
Anwendungen eine Personalisierung der Funktionen eines RKE-Systems
auf ausgewählte Personen
zu. Die Reichweite solcher RKE Systeme beträgt üblicherweise bis zu 100 m.
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Eine
weiteres auf Funkkommunikation basierendes System ist das so genannte
PASS-System. PASS steht dabei für
PAssive Start and Entry und beschreibt ein schlüsselloses Zugangs- und Startsystem.
Bei diesem schlüssellosen
Fahrzeugzugangssystem muss der Fahrer lediglich einen Identifikationsgeber
(ID) mit sich führen
und erhält
durch einfaches Berühren
des Türgriffes
Zugang zum Fahrzeug. Sobald sich der Fahrer im Innern des Fahrzeuges
befindet, kann der Motor durch Knopfdruck gestartet werden. Verlässt der
Fahrer das Fahrzeug, so verriegelt das PASS-System das Fahrzeug
entweder automatisch oder auf Knopfdruck. Der Identifikationsausweis
des Fahrers ersetzt herkömmliche
mechanische oder funkgesteuerte Schlüssel und soll maximalen Komfort
und einfachste Handhabung für
den Fahrer bieten. Auch hier besteht wiederum die Möglichkeit der
Personalisierung auf ausgewählte
Personen und es wird üblicherweise
eine mehrkanalige bidirektionale Datenübertragung eingesetzt, die
ebenfalls drahtlos und verschlüsselt,
zum Beispiel im Bereich von weltweit freigegebenen ISM-Frequenzen
erfolgt.
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Daneben
etablieren sich im Bereich von Kraftfahrzeugen heute auch noch Systeme
mit weiteren Funktionen wie zum Beispiel die Übermittlung von Zustandsinformationen.
Solche Systeme wirken im Allgemeinen über größere Reichweiten, üblicherweise
mehrere 100 m. Beispiele dafür
sind der sogenannte Telestart, d. h. ein Motorstart aus größeren Entfernungen,
oder die Fernbedienung einer Standheizung, einer Klima-Automatik
undsoweiter. Weitere Beispiele für
den Einsatz von Funkstrecken mit größeren Reichweiten als denjenigen
bei den beschriebenen RKE- und PASS-Systeme betreffen aus größerer Entfernung
abrufbare Statusinformationen zum Kraftfahrzeug, wie etwa der aktuelle
Schließzustand, die
aktuelle Innenraumtemperatur und Ergebnisse technischer Systemüberprüfungen (Technik-Check).
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Auch
eine Übertragung
von Alarmmeldungen ist über
eine größere Entfernung
wünschenswert.
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Alle
Funktionen, die eine drahtlose Datenübertragung über größere Entfernungen erfordern, werden
auch unter dem Oberbegriff „Long-Range-Anwendungen” zusammengefasst.
Ein Ziel für Long-Range-Anwendungen
ist es, die Datenübertragung
beziehungsweise Kommunikation über
Entfernungen von mindestens 600 m zur Verfügung zu stellen. Bereits heute
verfügbare
Anordnungen für Long-Range-Anwendungen
sind dabei bisher überwiegend ”isolierte” Anordnungen,
die aus verschiedenen Gründen
eine separate Kontrolleinheit mit entsprechender Identifikation
(ID) und ein separates Steuergerät
im Kraftfahrzeug haben.
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Um
den Bedienkomfort für
den Benutzer zu verbessern besteht ein hohes Interesse daran, die Funkkommunikation
bei RKE, PASS und Long-Range-Anwendungen in nur einem einzigen System
zu realisieren. Für
den Benutzer bedeutet dies, dass er nur eine peripheren Einheit
(z. B. mobiles Bediengerät,
Fernbedienung) verwenden und mit sich führen muss, mit der er alle
gewünschten
Funktionen steuern kann. Gleichzeitig ist es im Hinblick auf die
Kosten günstig,
dass insbesondere fahrzeugseitig nur ein einziges Steuergerät verbaut
werden muss, das die Steuerung aller genannten Funktionen durchführt.
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Wünschenswert
ist auch, dass das fahrzeugseitige Steuergerät auch zur Kontrolle und Überprüfung des
Reifendrucks ausgebildet ist, wobei die periphere Einheit dann ein
Reifendrucksensor ist. Anordnungen zur Kontrolle des Reifendrucks
sind beispielsweise unter den Bezeichnungen „Tire Guard” oder „TPMS (Tire
Pressure Monitoring System)” bekannt.
Dabei ist Tire Guard ein so genanntes direktes Reifendruckkontrollsystem,
bei dem durch Batterien gespeiste, an den Rädern angebrachte Sensoren den
Reifendruck fortlaufend messen. Die codierte Information über den
aktuellen Reifendruck wird dabei als ein Hochfrequenzsignal an einen
Empfänger übertragen
und die entsprechenden Daten werden von einer speziellen Software
in ei nem Steuergerät ausgewertet
und im Armaturenbrett angezeigt. Dabei arbeiten die an den Rädern des
Kraftfahrzeugs angebrachten Sensoren ebenfalls in lizenzfreien Frequenzbändern (üblicherweise
bei 315 MHz und 433,92 MHz) und damit auch in den von RKE und PASS
Anordnungen genutzten Frequenzbereichen.
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Eine
Integration von Standardanordnungen wie beispielsweise RKE, PASS,
Tire Guard beziehungsweise TPMS Anordnungen sowie der Long-Range-Anwendungen
in ein System ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert. Aus Sicht des
Benutzers bedeutet dies beispielsweise, dass er nur eine z. B. als
mobiles Bediengerät
ausgestaltete periphere Einheit mit sich führen muss, mit der er alle genannten
Funktionen steuern kann. Andererseits ist es zum Beispiel im Hinblick
auf die Kosten wünschenswert,
fahrzeugseitig nur ein einziges Steuergerät vorzusehen, das die fahrzeugseitige
Funkkommunikation und Steuerabläufe
zu den genannten Funktionen durchführt.
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Jedoch
sind dabei unterschiedliche teils gegensätzliche Anforderungen insbesondere
an das fahrzeugseitige Steuergerät
zu erfüllen.
Diese unterschiedlichen Anforderungen betreffen beispielsweise das
jeweils verwendete Frequenzband, das Modulationsverfahren, die Datenübertragungsrate,
die notwendige Bandbreite, die Empfindlichkeit der Empfängereinheit,
die erforderliche Sendeleistung und die jeweilige Antennencharakteristik
für das
Senden und Empfangen der entsprechenden Signale.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Steuergerät zur drahtlosen
Kommunikation mit mindestens einer peripheren Einheit für unterschiedliche
Standardanwendungen und/oder Long-Range-Anwendungen anzugeben, bei
dem die unterschiedlichen Anforderungen weitgehend erfüllt werden.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Steuergerät
gemäß Anspruch
1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
Aufgabe wird insbesondere gelöst
durch ein Steuergerät
für ein
Kraftfahrzeug zur drahtlosen Kommunikation mit mindestens einer
peripheren Einheit mit mindestens einer Empfängereinheit zum Empfang von
Funksignalen für
Standardanwendungen und mindestens einer Empfängereinheit zum Empfang von
Funksignalen für
Long-Range-Anwendungen, die von der peripheren Einheit auf unterschiedlichen
Frequenzen für
die Standardanwendungen und die Long-Range-Anwendungen ausgesendet
werden; mit mindestens einer Antenne für jeweils eine oder beide Empfängereinheiten;
und mit einer Kontrolleinheit zur Steuerung der beiden Empfängereinheiten
sowie zur Auswertung von Signalen von den beiden Empfängereinheiten.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert, wobei
gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
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1 eine
Tabelle mit üblichen
Frequenzbereichen bei Standard- und Long-Range-Anwendungen;
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2 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
mit exklusiven Antennen;
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3 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
mit einer wechselseitig oder parallel genutzten, geschalteten, gemeinsamen
Antenne;
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4 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
mit einer geschalteten exklusiven und einer wechselseitig oder parallel
genutzten, geschalteten, gemeinsamen Antenne;
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5 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
mit simultaner Verwendung einer exklusiven und einer damit wechselseitig
oder parallel genutzten, schaltbaren, gemeinsamen Antenne;
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6 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
mit einer Vielzahl von über
eine Schaltmatrix zuordenbaren Antennen;
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7 in
einem Blockschaltbild eine beispielhafte Schaltungsanordnung zur
Verwendung bei den Ausführungsbeispielen
nach den 2 bis 6;
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8 in
einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel
eines Body Controllers mit erfindungsgemäßer Steuerschaltung; und
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9 in
einem Blockschaltbild ein alternatives Ausführungsbeispiel zu dem Body
Controller nach 8.
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Herkömmliche
RKE-, PASE- und TPMS-Anordnungen (Standard) nutzen üblicherweise
andere Frequenzbänder,
als diejenigen, die für
Long-Range-Anordnungen eingesetzt werden. In 1 ist eine Tabelle
gezeigt, die eine Übersicht über die
verwendeten Frequenzbereiche für
Standardanordnungen (RKE, PASE, TPMS) und für Long-Range-Anordnungen in
Abhängigkeit
von den geographisch unterschiedlichen Vorgaben dargestellt. Tabelle
1 hat dabei 5 Spalten für
die Regionen Europa (EC), USA (US), Japan, Korea und China. Jede
Spalte umfasst zwei Zeilen mit den jeweils zugehörigen Frequenzbereichen für die Anwendungsbereiche
Standard (RKE, PASE, TPMS) und Long Range. Weiterhin sind in Tabelle
1 die jeweils zu den dargestellten Frequenzbändern gehörigen Pegelbereiche der verwendeten
Signale dargestellt und dort, wo verfügbar, die Bezeichnung der zugehörigen Normen
beziehungsweise Vorschriften (zum Beispiel ERC und FCC) angegeben.
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Aus
Tabelle 1 ist zu ersehen, dass Long-Range-Anwendungen wie oben erwähnt üblicherweise
andere Frequenzbänder
und darüber
hinaus auch andere Signalpegel (zulässige Sendeleistung in dBm)
verwenden, als dies für
Standarddienste der Fall ist. Insbesondere die zulässige Sendeleistung
ist bei Long-Range-Anwendungen
höher (und auf
Grund der höheren
erwünschten Reichweite auch
notwendig), als dies bei Standardanwendungen (zum Beispiel RKE,
PASS, TPMS) der Fall ist. Daher lassen sich die Standardanwendungen
auf wünschenswerte
Weise technisch auch kostengünstiger realisieren
als die beschriebenen Long-Range-Anwendungen.
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Betreffend
die Modulation der übertragenen Signale
zielen Long-Range-Anwendungen auf Schmalbandigkeit ab, wie dies
zum Beispiel beim ARIE Standard (ARIB STD-T67) für Japan der Fall ist, oder
es werden Spread-Spectrum-Übertragungsverfahren
eingesetzt, wie zum Beispiel in den USA. Die dabei eingesetzten
Modulationen umfassen ASK (Amplitude Shift Keying) und FSK (Frequency
Shift Keying) bei schmalbandigen Ausführungsformen beziehungsweise
Direct Sequence Spread Spectrum (PSK – Phase Shift Keying) oder
Frequency Hopping (FSK, OOK = On/Off Keying). Demgegenüber beschränken sich
typische RKE- und PASS-Anordnungen, Tire Guard oder TPMS auf Amplitude
Shift Keying (ASK) und Frequency Shift Keying (FSK) mit großem Hub.
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Ein
weiterer Unterschied zwischen Standardanwendungen und Long-Range-Anwendungen
besteht in der typischerweise verwendeten Datenübertragungsrate. Dabei werden
bei Long-Range-Anwendungen
niedrige Datenübertragungsraten
eingesetzt, um eine möglichst
hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Die Datenübertragungsrate für Long-Range-Anwendungen
liegt beispielsweise bei etwa 1 kbit/sec. Demgegenüber werden
bei Standardanwendungen, wie RKE, PASS und TPMS oder Tire Guard
höhere
Datenübertragungsraten
angewendet, die beispielsweise bei etwa 5 kbit/sec bis 10 kbit/sec
liegen.
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Weiterhin
müssen
Long-Range-Anwendungen in einigen Anwendungsfällen kompatibel sein zur Nutzung
geringer Kanalbandbreiten für
Sende- und Empfangssignal, wie dies gemäß der verfügbaren Frequenzbänder und
der zugehörigen
Normen in einigen Regionen der Fall ist. Diese Kanalbandbreiten betragen
dabei typischerweise 12,5 kHz für
Korea, 12,5 kHz und 25 kHz für
Japan und 25 kHz für
Europa, wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist. Weiterhin müssen Long-Range-Anwendungen
in einigen Fällen kompatibel
sein zu Übertragungsvorschriften
für die Spread-Spectrum-Signalübertragung,
wie dies zum Beispiel für
die USA zutrifft. In diesem Fall beträgt die nutzbare Bandbreite
typischerweise 600 kHz, wodurch sich gänzlich andere Anforderungen
für die
Realisierung von Sender-Empfänger-Einheiten und zugehörigen Antennen
für Long-Range-Anwendungen ergeben.
Im Falle von RKE- und PASS- sowie der Tire-Guard-Anwendungen sind Bandbreiten von 50 kHz
bis 300 kHz für
die Signalübertragung üblich und stellen
daher wiederum anders geartete Anforderungen an die technische Realisierung
als bei Long-Range-Anwendungen.
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Weitere
deutliche Unterschiede zwischen den Anordnungen für herkömmliche
Standardanwendungen und denen für
Long-Range-Anwendungen bestehen
in der geforderten Empfindlichkeit der Empfänger-Einheiten. Die für Long-Range-Anwendungen
geforderte Empfindlichkeit liegt dabei im Bereich von kleiner –115 dBm,
während
die für
RKE-, PASE- sowie Tire-Guard-Anordnungen erforderliche Empfindlichkeit
der Empfängereinheiten
beispielsweise bei etwa –105
dBm liegt. Im Falle der Long-Range-Anwendungen beziehungsweise der dort
eingesetzten Empfängereinheiten
erfordert diese Anforderung spezielle schaltungstechnische Maßnahmen
wie etwa besonders rauscharme Vorverstärker. Dies erhöht die Komplexität der Anordnungen und
führt zu
höheren
Kosten.
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Außerdem werden
bei Long-Range-Anwendungen einerseits und Standardanwendungen andererseits
auch unterschiedliche Anforderungen an die Sendeleistung gestellt.
Die Sender-Einheit für Long-Range-Anwendungen
muss dabei für
Sendeleistungen von mindestens +14 dBm ausgelegt sein, während die
Sendeleistungen bei RKE, PASE sowie Tire Guard üblicherweise deutlich weniger
als die zulässigen
+10 dBm betragen (nämlich
typischerweise –20
dBm).
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Noch
weitere deutliche Unterschiede zwischen den Anordnungen für herkömmliche
Standardanwendungen und denen für
Long- Range-Anwendungen
ergeben sich aus den Anforderungen an die verwendeten Sende- und
Empfangsantennen, wobei wiederum die Anforderungen im Bereich der Long-Range-Anwendungen
deutlich höher
sind als bei RKE, PASS und Tire Guard. Dies führt dazu, dass bei Long-Range-Anwendungen
häufig
Antennen-Diversity Verwendung findet. Antennen-Diversity bezeichnet
Verfahren und Anlagen, bei denen mehrere Antennen pro Sender oder
Empfänger
verwendet werden, um Interferenz-Effekte bei der Funkübertragung
zu reduzieren. Dies ist besonders bei mobilen Funkanlagen über größere Entfernungen,
wie im Fall von Long-Range-Anwendungen,
notwendig. Werden nun zum Beispiel mehrere Antennen als Empfangsantennen
genutzt, so ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sich mindestens
eine der Antennen an einer Stelle befindet, die nicht von einer
Signalauslöschung
betroffen ist. Entsprechend ist in der Empfängereinheit eine Funktion erforderlich,
die erkennt, welche der Antennen gerade das beste Signal empfängt und
dann deren Signal verwendet.
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Aus
den geschilderten Unterschieden in den Anforderungen an Sende-/Empfängereinheiten
für Standardanwendungen
wie RKE, PASS und Tire Guard gegenüber Long-Range-Anwendungen
lässt sich ableiten,
dass bei der Realisierung der Funkübertragung in Standardanwendungen
die wünschenswerte kostengünstige Umsetzung
der Anforderung im Vordergrund steht, während im Falle von Sende-/Empfängereinheiten
für Long-Range-Anwendungen
eine leistungsorientierte Auslegung erforderlich ist. Dies stellt
eine grundsätzliche
Problematik bei einer möglichst
flexiblen und kostengünstigen
Integration von Long-Range-Anwendungen
und Standardanwendungen in eine einzige drahtlose Kontrolleinheit
und ein einziges zugehöriges
Steuergerät
dar.
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Darüber hinaus
besteht bei einer solchen Integration die Anforderung nach möglichst
hoher Skalierbarkeit. Herkömmliche
Basisausstattungen von Kraftfahrzeugen umfassen im Allgemeinen keine Funktionen
im Bereich von Long-Range-Anwendungen,
es ist jedoch wünschenswert,
dass solche Basisausstattungen möglichst
einfach und kostengünstig aufrüstbar beziehungsweise
nachrüstbar
sind, um dem Benutzer weiterhin nur eine einzige Bedieneinheit zur
drahtlosen Steuerung des Kraftfahrzeuges zur Verfügung stellen
zu können.
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Bei
bekannten, integrierten Lösungen
werden zum Beispiel für
Funktionen der Long-Range-Anwendungen und der Standardanwendungen
oft die gleichen Frequenzbänder
zur Signalübertragung genutzt.
Die für
Long-Range-Anwendungen notwendigen Sendeleistungen können daher
nicht umgesetzt werden. Der Lösungsweg
besteht in diesen Fällen
darin, dass die vorhandenen Sender-Empfänger-Einheiten der Standardanwendungen
lediglich auf höhere
Empfindlichkeiten in der Empfängereinheit
hin optimiert werden. Die erzielbaren Reichweiten für solche
Long-Range-Anwendungen liegen dabei typischerweise bei weniger als
100 m, wohingegen es wünschenswert
ist, Reichweiten von mindestens 600 m zu erzielen.
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Andere
bekannte Anordnungen, die Standardanwendungen und Long-Range-Anwendungen
integrieren, setzen dazu unterschiedliche Frequenzbänder für die beiden
Gruppen von Diensten ein. Dabei wird die Sender-Empfänger-Einheit
im fahrzeugseitigen Steuergerät
bezüglich
der Leistungsfähigkeit (Sendeleistung
etc.) für
Long-Range-Anwendungen ausgelegt und bei beiden Frequenzbändern genutzt. Dieser
auch „Dual
Band” Betrieb
genannte Lösungsansatz
hat jedoch zur Folge, dass weit reichende Kompromisse hinsichtlich
der Hochfrequenzeigenschaften oder Anpassungen oder Umschaltungen vorgenommen
werden müssen.
Solche Kompromisse wirken sich vor allem auf die gewünschte Leistungsfähigkeit
der integrierten Long-Range-Anwendungen negativ aus. Weiterhin wirken
sich die Randbedingungen eines „Dual-Band-Betriebs” von drahtlosen
Funkfernsteuerungen auch negativ auf die oben erwähnte erwünschte Skalierbarkeit
solcher Anordnungen aus.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist hingegen die Verwendung von mindestens
zwei getrennten Sender-Empfänger-Einheiten
zusammen mit nur einer einzigen Kontrolleinheit vorgesehen. Dabei
kann eine der Sender-Empfänger-Einheiten
auf die technischen Anforderungen von Standardanwendungen wie RKE,
PASS und TPMS (Tire Guard) ausgerichtet und optimiert sein, und
eine andere auf die technischen Anforderungen von Long-Range-Anwendungen ausgerichtet
und optimiert sein. Zudem kann das fahrzeugseitige Steuergerät ganz oder
teilweise in einem Mikrocontroller mit entsprechender Software implementiert
sein oder als State Machine ausgeführt sein. Das Steuergerät kann dabei über nur
eine einzige Schnittstelle angesteuert werden, über die sowohl die Funktionssteuerungen
der Standardanwendungen RKE, PASS und TPMS (Tire Guard) auf die Kontrolleinheit
einwirken wie auch die Funktionssteuerung(en) der Long-Range-Anwendungen.
Dies ist vor allem auch dann günstig,
wenn nur eine einzige Antenne für
die mindestens zwei Sender-Empfänger-Einheiten
verwendet wird oder mindestens zwei Sender-Empfänger-Einheiten die gleiche(n)
Antenne(n) gemeinsam verwenden, sei es nun simultan oder umschaltbar.
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Die
nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
zeigen aus Gründen
der Übersichtlichkeit
immer den Fall zweiergetrennter Sender-Empfänger-Einheiten (Transceiver),
wobei auch immer mehr als zwei Sender-Empfänger-Einheiten möglich sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 2 ist eine Sender-Empfänger-Einheit 1 und
ein Sender-Empfänger-Einheit 2 vorgesehen.
Weiterhin umfasst das Ausführungsbeispiel
nach 2 einen Funktionsblock 3 für gemeinsam
genutzte Komponenten sowie eine Kontrolleinheit 4. Über einen
Datenbus BUS sind so genannte Funktionssteuerungen mit der Kontrolleinheit 4 der
fahrzeugseitigen Steuergerät
verbunden. Diese Funktionssteuerungen umfassen je eine Funktionssteuerung 5 für RKE (Remote
Keyless Entry), eine Funktionssteuerung 6 für PASS (PAssive
Start and Entry), eine Funktionssteuerung 7 für Tire Guard
sowie eine Funktionssteuerung 8 für Long-Range-Anwendungen.
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Weiterhin
ist gemäß 2 die
Kontrolleinheit 4 mit beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 verbunden.
Diese Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 sind
jeweils mit dem Funktionsblock 3 verbunden. Jede der Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 umfasst
dabei den vollständigen
Sende- und Empfangspfad, das heißt vom Hochfrequenzteil bis
hin zur Datenschnittstel le. Die Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 können dabei
bestimmte Komponenten gemeinsam nutzen, soweit dies im Hinblick
auf die schaltungstechnische Umsetzung möglich und beispielsweise unter
Kostengesichtspunkten sinnvoll ist. Gemeinsam nutzbare Komponenten
können
zum Beispiel Quarzoszillatoren, spannungsgesteuerte Oszillatoren
(VCO) oder Basisbandkomponenten sein.
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Die
Sender-Empfänger-Einheit 1 ist
auf die Anforderungen hin ausgelegt, die sich für die Standardanwendungen RKE,
PASS und Tire Guard ergeben. Dabei kann die Sender-Empfänger-Einheit 1 auch
als reiner Empfänger
ausgebildet sein, falls die Funkverbindung beispielsweise für RKE, PASS
und Tire Guard nur unidirektional sein soll, das heißt, wenn
nur Signale von der Peripheren Einheit zum Steuergerät übertragen
werden sollen (wie z. B. beim Tire Guard Reifendruck-Kontrollsystem
von der peripheren Einheit im Drucksensor zum Steuergerät), aber
keine Signale an die (mobile) periphere Einheit übermittelt werden sollen. Die
Sender-Empfänger-Einheit 2 ist
auf die Anforderungen hin ausgelegt, die sich für den Betrieb der Long-Range-Anwendungen
ergeben.
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Die
Kontrolleinheit 4 steuert beide Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2.
Dies betrifft insbesondere die Aktivierung der Sender-Empfänger-Einheit 1 und/oder
der Sender-Empfänger-Einheit 2 und den
Betriebsmodus dieser Sender-Empfänger-Einheiten, wie zum
Beispiel Senden, Empfangen oder Polling. Weiterhin umfasst die Steuerung
Funktionen betreffend die Kanalwahl und zur Einstellung sender- beziehungsweise
empfängerspezifischer
Parameter, wie etwa Sendeleistung, Kanalfilter, Art der Modulation,
Datenübertragungsrate
und Protokollformate. Eine weitere Funktionalität der Kontrolleinheit 4 betrifft
die Auswertung der Eigenschaften des jeweils empfangenen Signals,
wie zum Beispiel RSSI (Received Signal Strength Indication), Frequenzabweichungen,
zyklische Redundanzprüfung
(CRC) und Ähnliches.
Die Kontrolleinheit 4 kann dabei mittels eines softwaregesteuerten
Mikrocontrollers oder als State-Machine ausgeführt sein.
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Darüber hinaus
steuert die Kontrolleinheit 4 den Ablauf der Kommunikation
durch Übertragung
so genannter Acknowledge-Signale
und Verwendung von ARQ Protokollen (Automatic RepeatreQuest). Eine
weitere Aufgabe der Kontrolleinheit 4 besteht in der Synchronisation
des Ablaufs der verschiedenen Funktionen der Funktionssteuerungen 5 bis 8,
insbesondere auch deren Priorisierung. Weitere Funktionen der Kontrolleinheit 4 bestehen
in der Durchführung
der Datenaufbereitung für
das Senden der Signale (zum Beispiel Rahmenaufbau, Mehrfachübertragung
und Multikanalbetrieb) und das Empfangen der Signale (zum Beispiel
Plausibilitätsprüfung der
empfangenen Daten, Fehlerkorrektur, Zugehörigkeitsprüfung/ID und Kanalsuche). Das
fahrzeugseitige Steuergerät
zur Funkkommunikation umfasst daher im Allgemeinen die Aufgaben
des so genannten „Physical
Lagers” (PHY)
und des so genannten „Data
Link Lagers” (DLL)
gemäß dem OSI
Schichtenmodell. Abweichungen von diesen Funktionalitäten, sei
es eine Verringerung des Umfangs zur Vereinfachung oder eine Ergänzung um
spezifische Merkmale sind je nach Anwendungsfall möglich.
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Über die
in 2 mit ”BUS” bezeichnete Busschnittstelle
werden die zu sendenden beziehungsweise die empfangenen Daten von
der Kontrolleinheit 4 von beziehungsweise zu den entsprechenden
Funktionssteuerungen 5 bis 8 übertragen. Dabei ist das fahrzeugseitige
Steuergerät
eine eigenständige
Anordnung, die beispielsweise über
eine in Kraftfahrzeugen verbreitete Schnittstelle beziehungsweise
Datenaustauschverbindung, wie zum Beispiel den LIN-Bus (Local Interconnect
Network Bus) oder den CAN-Bus (Controller Area Network Bus) mit
den Funktionssteuerungen 5 bis 8 verbunden ist.
Andere geeignete Bus-Verbindungen
können
ebenso eingesetzt werden. Je nach Ausführungsform können die Funktionssteuerungen 5 bis 8,
wie in 2 beispielhaft dargestellt, voneinander getrennte
Steuerungsanordnungen sein, aber zum Beispiel auch einzeln oder
vollständig
in das fahrzeugseitige Steuergerät zur
Funkkommunikation integriert werden.
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In
Abhängigkeit
von den technischen Merkmalen der jeweils konkret gewählten Implementierung
und den zugrundeliegenden Anforderungen können die Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 unterschiedlich
betrieben werden. Ein möglicher
Betriebsmodus ist ein exklusiver Betrieb der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2,
das heißt
zu einem bestimmten Zeitpunkt ist immer nur eine Sender-Empfänger-Einheit
aktiv (Senden und/oder Empfangen). Ein weiterer möglicher
Betriebsmodus ist ein Parallelbetrieb der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 im
Empfangsmodus (Parallelempfang), das heißt beide Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 können sich
gleichzeitig im Empfangsbetrieb befinden, allerdings nicht gleichzeitig
im Sendebetrieb. Ein anderer möglicher
Betriebsmodus ist ein Parallelbetrieb der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 im
Empfangsmodus und Sendemodus, das heißt beide Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 können sich
gleichzeitig im Empfangsbetrieb und im Sendebetrieb befinden. Entsprechende
Kombinationen und Mischformen von Sende- und Empfangsbetrieb sind
ebenfalls möglich,
insbesondere wenn die Anordnung des fahrzeugseitigen Steuergeräts mehr
als zwei Sender-Empfänger-Einheiten umfasst.
Durch die Verwendung der gemeinsamen Kontrolleinheit 4 ergeben
sich beim Parallelbetrieb der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 wesentliche
Vorteile im Pollingbetrieb. Da die Dienste RKE, TPMS (Tire Guard),
PASS, sowie Longe Range teilweise gleichzeitig zur Verfügung abgefragt
werden können
und die Informationen gleichzeitig zur Verfügung stehen, kann die Systemreaktionszeit deutlich
reduziert werden. Das sequenzielle Abfragen aller Kanäle kann
so zumindest teilweise entfallen. Gleichzeitig wirkt sich dieser
Parallelbetrieb auch auf die Strombilanz (den Stromverbrauch) vorteilhaft aus,
da die lange Gesamtempfangsdauer durch kurze parallele Empfangsvorgänge ersetzt
wird. Die Stromaufnahme wird dadurch deutlich verringert.
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Für die Anbindung
an und die Zuordnung von Sende-Empfangs-Antennen zu den einzelnen Sender-Empfänger-Einheiten
sind unterschiedliche Ausführungen
vorgesehen, von denen Beispiele in den 2 bis 6 dargestellt
und erläutert
werden. Da bei umfassen die 3 bis 6 wiederum
die oben mit Bezug auf 2 beschriebenen Komponenten. Beim
Ausführungsbeispiel
nach 2 werden zwei separate Antennen ANT1 und ANT2
für die
beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 verwendet, das
heißt
für jede
der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1, 2 steht
eine eigene Antenne exklusiv zur Verfügung. Im Weiteren bezieht sich
die Bezeichnung Antenne auf solche Antennen, die sowohl für das Senden
als auch das Empfangen von Signalen eingesetzt werden können. Eine
exklusive Zuordnung der Antennen ANT1 und ANT2 zu jeder der Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 des
fahrzeugseitigen Steuergeräts
ermöglicht
die Optimierung der Antennen auf den jeweiligen Frequenzbereich.
Dabei können
diese Antennen im Steuergerät
für die
Funkkommunikation als so genannte interne Antennen integriert sein
oder als sogenannte externe Antennen außerhalb des Steuergeräts im Kraftfahrzeug
oder beispielsweise an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet
sein.
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Für die in 2 gezeigte
Anordnung mit einer Sender Empfänger-Einheit 1 für Standardanwendungen
(RKE, PASS, Tire Guard) und einer Sender-Empfänger-Einheit 2 für Long-Range-Anwendungen wird
die Antenne ANT1 für
die Sender-Empfänger-Einheit 1 vorzugsweise
als interne Antenne ausgeführt,
wodurch eine geringe Baugröße beim Einbau
des Steuergeräts
in das Kraftfahrzeug erreicht werden kann. Die Ausführungsform
als interne Antenne ist auch deswegen gut geeignet, weil zur Datenübertragung
der Standardanwendungen keine so hohe Reichweite der Funkkommunikation
erzielt werden muss, wie dies bei den Long-Range-Anwendungen der
Fall ist. Daher wird die Antenne ANT2 für die Sender-Empfänger-Einheit
2 zum Betrieb der Long-Range-Anwendungen beim Ausführungsbeispiel
nach 2 vorzugsweise als externe Antenne ausgeführt, die
hinsichtlich Baugröße und Platzierung
im oder am Kraftfahrzeug eine Verbesserung der Reichweite bewirkt.
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3 zeigt
ein Steuergerät
mit einer gemeinsamen Antenne ANT1 für die Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2.
Die eingesetzte Antenne ANT1 ist in diesem Fall sowohl für die Fre quenzbereiche
der Standardanwendungen (RKE, PASS, Tire Guard) als auch für die Frequenzbereiche
ausgelegt, die bei den Long-Range-Anwendungen zur Anwendung kommen.
Eine solche Antenne wird allgemein auch als Dual Band Antenne bezeichnet.
Die Ankopplung der Antenne ANT1 an die Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 und
damit die Zuordnung zu diesen Einheiten erfolgt über einen Koppler 9,
der als Umschalter oder als Frequenzweiche ausgeführt sein
kann. Wenn der Koppler 9 als Umschalter ausgelegt ist,
kann der weiter oben beschriebene Betriebsmodus des exklusiven Betriebs
der beiden Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 realisiert
werden, das heißt
zu einem bestimmten Zeitpunkt ist immer nur eine der Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 aktiv
(Senden oder/und Empfangen) und mit der Antenne ANT1 verbunden.
Bei als Frequenzweiche ausgeführtem
Koppler 9 kann hingegen der Parallelbetrieb der beiden
Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 im
Empfangsmodus oder im Empfangs- und Sendemodus mit der einzigen
Antenne ANT1 realisiert werden. Entsprechende Kombinationen und Mischformen
von Sende- und Empfangsbetrieb sind auch hier wiederum möglich, wenn
die Anordnung des fahrzeugseitigen Steuergeräts mehr als zwei Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 umfasst.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem wie in 3 die von den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 gemeinsam
genutzte Dual Band Antenne ANT1 verwendet wird und zusätzlich die
zweite Antenne ANT2, die exklusiv für die Sender-Empfänger-Einheit 2 zum
Betrieb der Long-Range-Anwendungen
zur Verfügung
steht. Die Verbindung der Antenne ANT1 zu den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 und
damit die Zuordnung zu diesen Einheiten erfolgt wiederum über den
Koppler 9. Die Anbindung der Antenne ANT2 an die Sender-Empfänger-Einheit 2 erfolgt
in 4 mittels eines Schalters 10 und steht
daher der Sender-Empfänger-Einheit 2 exklusiv
zur Verfügung. Über den Schalter 10 kann
der Sender-Empfänger-Einheit 2 entweder
die Antenne ANT1 oder die Antenne ANT2 zugeordnet werden. Auf diese
Weise wird für
die Sender-Empfänger-Einheit 2 zum
Betrieb der Long-Range- Anwendungen
ein geschaltetes Antennen Diversity ermöglicht. Die Sender-Empfänger-Einheit 2 wählt über den
Schalter 10 die jeweilige Antenne aus, mit der unter den
gegebenen Umständen
die beste Signalqualität
und Reichweite für Long-Range-Anwendungen erzielt
werden kann.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 5 wird wie in 4 die von
den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 gemeinsam
genutzte Dual Band Antenne ANT1 verwendet und zusätzlich die zweite
Antenne ANT2, die exklusiv der Sender-Empfänger-Einheit 2 für Long-Range-Anwendungen zur Verfügung steht.
Die Verbindung der Antenne ANT1 zu den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 und
damit die Zuordnung zu diesen Einheiten erfolgt wiederum über den
Koppler 9. Die Anbindung der Antenne ANT2 an die Sender-Empfänger-Einheit 2 erfolgt
jedoch direkt ohne eine Umschaltung oder eine Frequenzweiche und
steht daher der Sender-Empfänger-Einheit 2 fortlaufend
exklusiv zur Verfügung.
Zu diesem Zweck umfasst die Sender-Empfänger-Einheit 2 in 5 zwei
Hochfrequenzeingänge
für die gleichzeitige
Anbindung und Nutzung der Antennen ANT1 und ANT2. Damit ergibt sich
für die
Sender-Empfänger-Einheit 2 die
Möglichkeit
der Nutzung eines simultanen Antennen Diversity, das heißt die beiden
unabhängigen
Signale der Antennen ANT1 und ANT2 können gleichzeitig genutzt und
ausgewertet werden. Ist dabei der Koppler 9 als Frequenzweiche
ausgeführt,
ist dieses simultane Antennen Diversity zu jedem Zeitpunkt möglich, da
die Signale der Antennen ANT1 und ANT2 dauerhaft zur Verfügung stehen.
Ist der Koppler 9 alternativ als Schalter zur Umschaltung
der Signale der Antenne ANT1 zu Sender-Empfänger-Einheit 1 oder Sender-Empfänger-Einheit 2 ausgeführt, steht
das Antennen Diversity für
die Sender-Empfänger-Einheit 2 nur
dann zur Verfügung,
wenn die Antenne ANT1 von der Sender-Empfänger-Einheit 1 nicht
verwendet wird.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei der n Antennen ANT1, ANT2....ANTn über eine Schaltmatrix 11 beliebig
mit den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2 verbunden
werden können. Über diese Schaltmatrix 11 können erwünschte beliebige, beziehungsweise
unter den jeweils gegebenen Sende- und Empfangsbedingungen optimale
Konstellationen aus den n Antennen ANT1, ANT2....ANTn für die Standardanwendungen
RKE, PASS beziehungsweise Tire Guard und die Long-Range-Anwendungen gewählt werden
(Antennen Diversity). Dabei ist entsprechend dieser Ausführungsform
auch die Anwendung von Antennen Diversity für die Sender-Empfänger-Einheit 1.
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Zwecks
einer übersichtlicheren
und einfacheren Darstellung zeigen die 2 bis 6 keine Schalter
für die
Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsbetrieb bei den Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2.
Weiterhin wird in den 2 bis 6 nicht
zwischen den möglichen
Ausführungsformen zwischen
integrierten und externen Antennen unterschieden, da der Fokus auf
der Darstellung der möglichen
Verbindungen der jeweils eingesetzten Antennen mit den Sender-Empfänger-Einheiten
liegt. Die Ausführungsform
der beschriebenen Antennen als interne oder externe Antennen kann
dabei entsprechend den technischen Notwendigkeiten, wie zum Beispiel
Empfangscharakteristik und Sendeleistung beziehungsweise Empfangsempfindlichkeit
und entsprechend den vorliegenden Einbaubedingungen für diese
Antennen frei gewählt
werden. Wie bereits beschrieben, lassen sich weitere Konstellationen
der Antennenanbindung an die Sender-Empfänger-Einheiten, auch für Ausführungsformen
mit mehr als zwei Sender-Empfänger-Einheiten,
leicht aus den vorliegenden Beispielen gemäß 2 bis 6 herleiten.
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7 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung, in der die zwei Sender-Empfänger-Einheiten und die zugehörige Kontrolleinheit
in einem integrierten Schaltkreis 18 (beispielsweise in einem
ASIC) zusammengefasst sind. In diesem Fall werden nur mehr gegebenenfalls
zugehörige
Hochfrequenzanordnungen wie beispielsweise verschiedene Eingangsfilter
und/oder Verstärker
einzeln und extern ausgeführt.
Die Hochfrequenzanordnungen sind dementsprechend der HF Anordnung 16 für Standardanwendungen
und der HF Anordnung 17 für Long-Range-Anwendungen vorgeschaltet. Der
integrierte Schaltkreis 18 umfasst die Kontrolleinheit 4 sowie
die aus der Übertra gungstechnik
und Modulation beziehungsweise Demodulation von Funksignalen bekannten
Anordnungen für
das Basisband 12, die Zwischenfrequenz 13 (ZF
Kanal-Filter, Demodulation) und die Hochfrequenz 14 (HF
LNA/PA Mischer, wobei LNA für
Low Noise Amplification und PA für
Power Amplifier steht). Die Zusammenfassung dieser Komponenten der
Sender-Empfänger-Einheiten
und der Kontrolleinheit in einem einzigen integrierten Schaltkreis
(z. B. in einem ASIC) ermöglicht es,
die gemeinsame Nutzung von Funktionskomponenten maximal auszuschöpfen und
eine kompakte und kostengünstige
Realisierung des fahrzeugseitigen Steuergeräts zur Funkkommunikation zu
erzielen.
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Die
Sender-Empfänger-Einheiten
und die Kontrolleinheit können
als Teil einer umfassenderen Steuerungsanordnung wie zum Beispiel
eines so genannten Body Controllers beziehungsweise einer so genannten
Body Control Unit ausgeführt
werden. Als Body Control Units (BCUs) werden Steuerungsanordnungen
bezeichnet, die mehrere Funktionen in einem Gehäuse vereinen. Je nach angewendeter Fahrzeugarchitektur
gibt es verschiedene Ausführungsformen
von BCUs. Installiert im Motorraum steuern BCUs zum Beispiel Scheinwerfer,
Blinker und die Scheibenwisch-Wasch-Anlage. Im Kofferraum eines
Kraftfahrzeuges werden BCUs zum Beispiel für die Steuerung der Heckbeleuchtung,
der Motorantenne, des Heckscheibenwischers und der Türschließhilfe eingesetzt.
Zentrale Body Control Units dienen auch dazu, die Steuerung des
Verriegelungssystems, der Wegfahrsperre, der Klimaanlage und der
Reifendrucküberwachung
in einer Anordnung zu bündeln.
Hinzukommen BCUs für
Tür- und
Schiebedachfunktionen. Dabei sind diese BCUs typischerweise modular
aufgebaut, sind daher leicht skalierbar und ermöglichen einen hohen Grad an
funktionaler Integration. Eingebunden in die Elektronikarchitektur eines
Gesamtfahrzeugs reduzieren BCUs die Anzahl der Steckverbinder und
Kabelbäume
und bieten gleichzeitig ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit
und Wirtschaftlichkeit.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Integration eines Steuergerätes zur Funkkommunikation in
eine Body Control U nit, die hier kurz als Body Controller bezeichnet
wird. Der Body Controller umfasst wie bereits aus den 2 bis 6 bekannt
die Kontrolleinheit 4, den Funktionsblock 3 für gemeinsam
genutzte Komponenten und die Sender-Empfänger-Einheiten 1 und 2.
Weiterhin umfasst der Body Controller auch die Funktionssteuerung 5 für RKE (Remote
Keyless Entry), die Funktionssteuerung 6 für PASS (PAssive
Start and Entry), die Funktionssteuerung 7 für Tire Guard
(TPMS) sowie die Funktionssteuerung 8 für Long Range. Dabei können die
Funktionssteuerungen 5 bis 8, wie in 8 gezeigt,
zum Beispiel auch zusammengefasst in einem Mikrocontroller 15 ausgeführt sein.
In einem solchen Fall erfolgt die Anbindung an die Kontrolleinheit 4 über eine
andere Busschnittstelle, die im vorliegenden Fall als so genannte
SPI Schnittstelle ausgeführt ist.
Das Serial Peripheral Interface (SPI) wird hier für eine synchrone
serielle Kommunikation zwischen einem Hostprozessor (hier dem Mikrocontroller 15)
und Peripheriebausteinen (hier der Kontrolleinheit 4) verwendet.
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9 zeigt
eine weiteres Beispiel für
die Integration des Steuergerätes
zur Funkkommunikation in einen Body Controller. Gegenüber 8 ist
bei der Ausführungsform
nach 9 auch die Kontrolleinheit 4 im Mikrocontroller 15 implementiert.
Die in den 8 und 9 dargestellten
Ausführungsformen erlauben
eine sehr flexible Anpassung an die jeweiligen Anforderungen auch
im bereits in das Kraftfahrzeug eingebauten Zustand des Steuergerätes. Durch Verwendung
unterschiedlicher Software im Mikrocontroller 15 lassen
sich so auch Abänderungen
der Konfiguration und der Steuerung der Anordnung im eingebauten
Zustand im Kraftfahrzeug durchführen. Dies
kann zum Beispiel dann notwendig sein, wenn nachträglich weitere,
bei der Auslieferung des Kraftfahrzeugs noch nicht implementierte
Funktionskomponenten aus den Bereichen RKE, PASS, TPMS und Long-Range-Anwendungen
realisiert werden sollen.
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Weiterhin
zeichnen sich die dargestellten Ausführungsformen durch hohe Flexibilität hinsichtlich
der Skalierbarkeit der fahrzeugseitigen Steuergeräte aus.
Es können
zum Beispiel im Rahmen von Bestückungsvarianten
je nach Anwendungsfall nicht benötigte
Sender-Empfänger-Einheiten
beziehungsweise zugehörige
Komponenten weggelassen werden und dementsprechend kostenoptimierte
Ausführungsformen
der Steuergeräte
zur Verfügung
gestellt werden. Somit wird die Datenübertragung beziehungsweise
Kommunikation für
Standardanwendungen wie zum Beispiel RKE, PASS und TPMS (Tire Guard)
sowie Long-Range-Anwendungen
skalierbar und kostengünstig
in einem einzigen, flexibel konfigurierbaren Steuergerät integriert.